JP4654423B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に複数スイッチから構成される電力変換装置の高電力密度化またはパワー集積回路を実現する電力変換装置に関する。
家庭、産業、輸送システムなどでモータにおける電力消費が増加しており、省エネおよび電気によるエネルギー利用率の向上が進む中で、モータにおける電力消費の低減が重要である。モータで使用するエネルギーの最適化は、交流から交流への電力変換装置を用いたモータの出力回転数制御を行う。しかし、現在のモータへの電力変換装置普及率は非常に低く、今後の普及が期待されている。電力変換装置の普及を促進するためには、電力変換装置の高電力密度化による材料の削減、または電力変換装置の集積化による汎用化されたパワー集積回路の実現が必要である。
図１から図３は、従来の交流電源から直流部を介して交流負荷へと変換する電力変換装置の構成図である。図１は、三相交流電源から三相フルブリッジ回路１、直流リンクキャパシタ２および三相フルブリッジ回路３を介して三相交流負荷に電力を変換する装置である。図２は、単相交流電源から単相フルブリッジ回路４、直流リンクキャパシタ２および三相フルブリッジ回路５を介して三相交流負荷に電力を変換する装置である。図３は、単相交流電源から単相フルブリッジ回路６、複合チョッパ回路７、直流リンクキャパシタ２および三相フルブリッジ回路８を介して三相交流負荷に電力を変換する装置である。
図４から図７は、従来の交流電源から交流負荷へと直流部を介さずに直接変換する電力変換回路の構成図である。図４は、三相交流電源から２つの三相フルブリッジ回路９および１０を介して三相交流負荷に電力を変換するインダイレクト方式直接電力変換回路（インダイレクト方式マトリックスコンバータ）である。図５は、単相交流電源から単相フルブリッジ回路１２と三相フルブリッジ回路１３を介して三相交流負荷に電力を変換するインダイレクト方式直接電力変換回路（インダイレクト方式マトリックスコンバータ）である。図６は、三相交流電源からダイレクト方式直接電力変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）１４を介して三相交流負荷に電力を変換する装置である。図７は、単相交流電源からダイレクト方式直接電力変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）１５を介して三相交流負荷に電力を変換する装置である。
図８から図１３は、前記交流から交流へと直接変換する電力変換回路に用いられる双方向スイッチである。図８は、サイリスタまたはゲートターンオフサイリスタＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）を逆並列に組み合わせることで構成された双方向スイッチである。図９は、ダイオードブリッジ回路と絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を組み合わせることで構成された双方向スイッチである。図１０は、ＩＧＢＴと逆並列ダイオードを組み合わせたものを、エミッタ側を共通にして向かい合わせに組み合わせることで構成された双方向スイッチである。図１１は、ＩＧＢＴと逆並列ダイオードを組み合わせたものを、コレクタ側を共通にして向かい合わせに組み合わせることで構成された双方向スイッチである。図１２は、ＩＧＢＴと直列にダイオードを組み合わせたものを、さらに逆並列に組み合わせることで構成された双方向スイッチである。また、図１２には、ＩＧＢＴと直列のダイオードのドリフト層を共通にすることで、１つの素子にした逆阻止ＩＧＢＴを逆並列に組み合わせる方法もある。図１３は、ＭＯＳＦＥＴのソース側を共通にして向かい合わせに組み合わせることで構成された双方向スイッチである。
図８から図１３の全ての双方向スイッチにおいて、ゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときには双方向に電流を阻止する。
図１から図７は、主にモータ駆動用の電源として用いられている。モータ駆動時に、電力の流れが電源からモータへの力行運転、モータから電源への回生運転の２通りがある。これらの電力の流れが急変すると、電力変換装置の内部において制御およびスイッチングの遅延分の電力を処理する必要がある。このため、図１から図３では大容量の直流リンクキャパシタ２を設け、図４から図７ではダイオードクランプ回路１１を接続することで電力を処理する。
図１４は、三相交流電源から三相交流負荷に変換する場合のダイオードクランプ回路１１の具体例の１つである。図１５は、単相交流電源から三相交流負荷に変換する場合のダイオードクランプ回路１１の具体例の１つである。ダイオードクランプ回路にはキャパシタ１６を用いる。負荷または、電源からの電力はキャパシタ１６に蓄積され、キャパシタ１６と並列に接続されている抵抗１７によって損失として放電される。
従来、図４から図７の電力変換装置は、双方向に電流を流すことができる半導体装置を用いることで実現されてきた。しかし、図８から図１３に代表される従来の双方向スイッチでは、ゲート電源、制御電源、およびゲート回路や制御電源の停電時には、電力の流れを制御することができない。電力変換装置の入力電源および、前記のゲート電源、制御電源およびゲート回路の急な故障、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときには、モータに蓄積されたエネルギーを処理するために、ダイオードクランプ回路を接続し、ダイオードクランプ回路の直流リンクに大容量のキャパシタと放電抵抗を接続する。
しかし、前記の直流リンクキャパシタやダイオードクランプ回路は、電力変換装置の体積に占める割合が大きく、電力変換装置の高電力密度化や集積化の障害となっている。
高橋 勲："ＳｉＣ素子を用いた近未来電力変換器とその応用"、平成１３年電気学会産業応用部門大会、Vol.1、pp.279-284、2001
M.Venturini:" A new sine wave in、sine wave out、conversion technique eliminates reactive elements"、in Proc.Powercon.7、pp.E3-1-E-15、1980
A.Alesina and M.Venturini、"Solid-state Power Conversion:A Fourier Analysis Approach to Generalized Transformer Synthesis"、IEEE Trans.on Circuit and systems vol.CAS-28、NO.4、pp.319-330、1981
R.Brown、M.Soldano:「μPFCTMIC:IR1150を利用したＰＦＣ回路の設計ワン・サイクル・コントロールＩＣ」、International Rectifier社、アプリケーションノート、AN-1077
S.Martin、F.Miwa、A.Brett:"Active Power Factor Correction for Switching Power Supplies"、IEEE Transactions on Power Electronics、Volume 2,Issue 4,pp:273-281、1987
モータ駆動用の電力変換装置が高電力密度化または集積化されていないために、モータの省エネルギー化の促進が妨げられている。特に、数ｋＷ以下の低出力容量のモータでの省エネルギー化が進んでいない。
モータ駆動用の電力変換装置において、モータ回生時の電力の行き場がないために、図１から図３の直流リンク方式の電力変換装置では大容量の直流リンクキャパシタが必要になる。しかし、直流リンクキャパシタは通常の要求耐圧及び容量が大きいため、高電力密度化または集積化の障害となる。
モータ駆動用の電力変換装置において、図４から図７の直流部を介さない交流から交流への直接変換方式の電力変換装置では、直流リンク部および大容量のキャパシタがないため、ダイオードクランプ回路を入力側と出力側に接続し、その間に直流リンクキャパシタと同様な回路を設けることが必要になる。ダイオードクランプ回路に内蔵されるキャパシタが大きく、またそのキャパシタに貯めたエネルギーを放電するための抵抗が必要であり、放電時には抵抗を介して熱を発生するため冷却装置が必要であり、高電力密度化または集積化を妨げる。
電力消費の大部分を占めるモータの省エネルギー化のため、高電力密度化または集積化された電力変換装置の普及が必要だが、電力変換装置の体積の大部分を占める直流リンクキャパシタやダイオードクランプ回路の小型化または除去する手法が提案されていない。
特に、電力変換装置の体積の大部分を占める直流リンクキャパシタやダイオードクランプ回路の小型化または除去するために、モータなどの負荷からの回生電力を電力変換装置に貯めない工夫が必要だが、具体的手法の提案がされていない。
図４から図７の直流部を介さない交流から交流への直接変換方式の電力変換装置において、ダイオードクランプ回路以外にモータなどの負荷からの回生電力の通路を設け、モータなどの負荷に回生電力を戻すことができればダイオードクランプ回路が不要になるが、図８から図１３に示す双方向スイッチだけでは、図４から図７のスイッチ部に前記モータからの回生電力を戻す機能を持たすことができない。
そこで、本発明は、モータなどの負荷の動作が力行から回生に電力の流れが変化したときや、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときのモータなどの負荷からの電力を、モータなどの負荷に戻す機能を電力変換装置に持たせることで、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を使用しない交流から交流への電力変換装置を実現することを目的としている。
本発明の電力変換装置は、交流電源から交流負荷に供給する電力を直接変換する電力変換装置において該電力変換装置を構成する複数スイッチのいくつかは、ゲート端子にゲート回路から正または負の電圧を与えたときにオフするノーマリオン素子と、ゲート端子にゲート回路から正または負の電圧を与えたときにオンするノーマリオフ素子を組み合わせた双方向スイッチで構成され、該ノーマリオン素子あるいは該ノーマリオフ素子を制御して、前記交流負荷の動作に応じて、双方向に電流を通電、もしくは、電流を通電する向きを任意の片方向のみに制御する電力変換主回路により、停電、電圧低下などの異常時により該双方向スイッチを駆動するゲート回路が正常に機能しないため、オンオフの制御ができないときに、該ノーマリオフ素子と逆並列に接続されたダイオードと前記ノーマリオン素子を介して、前記交流負荷からの電力を特定の片方向にのみ通電し、該電力変換器と交流負荷間の内部インピーダンスによって負荷電力を消費することで、電力変換装置内部にエネルギーを蓄積する要素を用いずに、負荷からの電力を該電力変換装置と負荷の間で循環させることを特徴とする。
図１６から図１８は、ゲート電源、制御電源を含むゲート回路が正常に機能しないときに特定の片方向からのみ電流を流す機能を有し、ゲート電源、制御電源を含むゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流す機能と、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御できる機能を有することを特徴とする半導体装置による双方向スイッチであり、該半導体装置を交流から交流への電力変換装置に使用することで、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源を含むゲート回路が正常に機能しないときのモータの負荷からの電力を、モータなどの負荷に戻す機能を電力変換装置に持たせる。図１６は３端子スイッチ、図１７は４端子スイッチ、図１８は５端子スイッチである。これら３端子スイッチ、４端子スイッチ、及び５端子スイッチの具体例を、それぞれ、図１９−図２０，図２１−図２２，及び図２３−図２４に示す。
図１６から図１８は、ゲート電源、制御電源を含むゲート回路が正常に機能しないときに特定の片方向からのみ電流を流す機能を有し、ゲート電源、制御電源を含むゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流す機能と、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御できる機能を有することを特徴とする半導体装置による双方向スイッチであり、該半導体装置を交流から交流への電力変換装置に使用することで、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源を含むゲート回路が正常に機能しないときのモータの負荷からの電力を、モータなどの負荷に戻す機能を電力変換装置に持たせる。図１６は３端子スイッチ、図１７は４端子スイッチ、図１８は５端子スイッチである。これら３端子スイッチ、４端子スイッチ、及び５端子スイッチの具体例を、それぞれ、図１９−図２０，図２１−図２２，及び図２３−図２４に示す。
図１９から図２４は、ゲートに正または負の電圧を与えたときにオフするノーマリオン素子と、ゲートに正または負の電圧を与えたときにオンするノーマリオフ素子を組み合わせた双方向スイッチでスイッチ部を構成した半導体装置による双方向スイッチである。いずれの例の双方向スイッチも、ゲートからの入力信号により、電流を任意の片方向に制御することが可能であり、ゲート回路が機能しないときには、ノーマリオフ素子と並列に入っているダイオードとノーマリオン素子により電流路ができ、電流を特定の片方向のみに流すことができる。また、図２３と図２４では、ノーマリオン素子とノーマリオフ素子の間にドレイン端子を設けることで、ゲート回路が機能しないときに、第１または第２ソースとドレインが双方向に電流を流すことができ、または第１または第２ソースとドレインが特定の片方向のみ電流を流すことができる。これによりモータの動作が力行から回生に電力の流れが変化したときや、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときのモータなどの負荷からの電力を、モータなどの負荷に戻す機能を電力変換装置に持たせる。
前記、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を使用しない、交流から交流への電力変換装置の実現により、高電力密度の電力変換装置またはパワー集積回路を実現し、特にモータ駆動用電源として普及を促進する。
本発明は、前記課題を解決し、前記目的を達成するために、図１６から図１８に示す、ゲート電源、制御電源を含むゲート回路が機能しないときに特定の片方向からのみ電流を流す機能を有し、ゲート電源、制御電源を含むゲート回路が機能するときには双方向に電流を流す機能と、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御できる機能を有することを特徴とする半導体装置により、モータの動作が力行から回生に電力の流れが変化したときや、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源を含むゲート回路が機能しないとき、電力変換装置の入力電源の急な故障、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときのモータからの電力の流れを、直流リンクキャパシタやダイオードクランプ回路を使わないで実現される電力変換装置またはパワー集積回路を提供する。
本発明は、前記直流リンクキャパシタおよび前記ダイオードクランプ回路を除去し、三相交流または単相交流から三相交流への電力変換装置またはパワー集積回路を提供する。
本発明は、三相交流または単相交流から三相交流への電力変換装置またはパワー集積回路を実現し、低価格でモータ駆動用の電力変換装置を実現し、モータの省エネルギー化に寄与する。
本発明は、単相交流から三相交流への高電力密度化された電力変換装置またはパワー集積回路を実現し、特に家庭などの単相交流電源から駆動される、エアコン、冷蔵庫、洗濯機および掃除機などに使用されるモータの省エネルギー化を提供する。
本発明は、交流直接電力変換装置において、今までは電力変換装置の入力電源の急な故障、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときにダイオードクランプ回路で電力を吸収し、破壊から素子を保護しているが、本発明の双方向スイッチを使用することで、ダイオードクランプ回路なしでも電力、電流の急変を無くすことで素子を保護することが出来る。
以下、本発明により駆動する負荷を三相交流負荷として記すが、三相交流負荷とはブラシレス直流モータ、誘導モータ、同期モータなど三相交流により動作する誘導性負荷および抵抗負荷である。また、三相交流負荷に限らず、単相交流負荷、他あらゆる交流負荷への適用も可能である。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態１）
図２５は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはフィルタ部が接続される。フィルタ部は、インダクタまたはキャパシタにより構成される。交流交流変換回路部に使用するスイッチの一部または全部には、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類または複数種類を組み合わせて使用することで、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図２５は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはフィルタ部が接続される。フィルタ部は、インダクタまたはキャパシタにより構成される。交流交流変換回路部に使用するスイッチの一部または全部には、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類または複数種類を組み合わせて使用することで、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図２５の交流交流変換回路部は、直流回路とエネルギーを蓄積する要素を介さずに、電力を変換する回路方式で構成され、電源側の三相フルブリッジ回路と負荷側の三相フルブリッジ回路が接続された構成のインダイレクト方式の交流直接変換回路でのインダイレクト方式直接電力変換回路（マトリックスコンバータ）（図４参照）、三相交流電源と三相交流負荷の間に９つの双方向直接スイッチが入出力の線間に接続しているダイレクト方式直接電力変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）（図６参照）を用いる。
図２６は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはフィルタ部が接続される。フィルタ部は、インダクタまたはキャパシタにより構成される。交流交流変換回路部に使用するスイッチの一部または全部には、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類または複数種類を組み合わせて使用することで、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図２６の交流交流変換回路部は、直流回路とエネルギーを蓄積する要素を介さずに、電力を変換する回路方式で構成され、電源側の単相フルブリッジ回路と負荷側の三相フルブリッジ回路が接続された構成のインダイレクト方式の交流直接変換回路でのインダイレクト方式直接電力変換回路（マトリックスコンバータ）（図５参照）、単相交流電源と三相交流負荷の間に６つの双方向直接スイッチが入出力の線間に接続しているダイレクト方式直接電力変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）（図７参照）を用いる。
図１９および図２０は、ゲートに正または負の電圧を与えたときにオフするノーマリオン素子１８と、ゲートに正または負の電圧を与えたときにオンするノーマリオフ素子１９と、それぞれに対して並列に組み合わせたダイオード２０および２１により構成される３端子の半導体装置で、該半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチである。１つのゲート部と２つの電流路である第１ソースと第２ソースを持つ。それぞれのゲート部に入力する信号の組み合わせにより、最大２種類の動作モードにより第１ソースと第２ソースに流れる電流を制御する機能を持つ。
図２１および図２２は、ゲートに正または負の電圧を与えたときにオフするノーマリオン素子１８と、ゲートに正または負の電圧を与えたときにオンするノーマリオフ素子１９と、それぞれに対して並列に組み合わせたダイオード２０および２１により構成される４端子の半導体装置で、該半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチである。２つのゲート部である第１ゲートと第２ゲートと２つの電流路である第１ソースと第２ソースを持つ。それぞれのゲート部に入力する信号の組み合わせにより、最大４種類の動作モードにより第１ソースと第２ソースに流れる電流を制御する機能を持つ。
図２３および図２４は、ゲートに正または負の電圧を与えたときにオフするノーマリオン素子１８と、ゲートに正または負の電圧を与えたときにオンするノーマリオフ素子１９と、それぞれに対して並列に組み合わせたダイオード２０および２１により構成される５端子の半導体装置で、該半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチである。２つのゲート部である第１ゲートと第２ゲートと３つの電流路である第１ソースと第２ソースとドレインを持つ。それぞれのゲート部に入力する信号の組み合わせにより、最大４種類の動作モードにより第１ソースと第２ソースに流れる電流を制御する機能を持つ。また、ノーマリオン素子１８とノーマリオフ素子１９の中間でドレイン端子を出すことで、第１ソースと第２ソースに流れる電流を制御しつつ、別の電流路を有する。
図２７から図３２には、前記半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチの回路記号を示す。
図２７および図２８は、図１６に示した前記半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す３端子の双方向スイッチの回路記号である。図２７は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を第２ソースから第１ソースに流す半導体装置の回路記号である。図２８は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を第１ソースから第２ソースに流す半導体装置の回路記号である。
図２９および図３０は、図１７に示した前記半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す４端子の双方向スイッチの回路記号である。図２９は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を第２ソースから第１ソースに流す半導体装置の回路記号である。図３０は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を第１ソースから第２ソースに流す半導体装置の回路記号である。
図３１および図３２は、図１８に示した前記半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す５端子の双方向スイッチの回路記号である。図３１は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を第２ソースから第１ソースに流す半導体装置の回路記号である。図３２は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を第１ソースから第２ソースに流す半導体装置の回路記号である。
図３３から図４９には、前記半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチの具体例を示す。
図３３および図３４は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第１ソースからの電流のみ流す第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜形：Metal Oxide Semiconductor FET）部２２と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２３を組み合わせて構成した半導体装置である。図３３は４端子の半導体装置であり、２つのゲート部である第１ゲートと第２ゲートと２つの電流路である第１ソースと第２ソースを持つ。図３４は５端子の半導体装置であり、２つのゲート部である第１ゲートと第２ゲートと３つの電流路である第１ソースと第２ソースとドレインを持つ。
第１および第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、それぞれ内部にダイオードを有しており、図３３および図３４の第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部および並列のダイオード部にあたり、第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部および並列のダイオード部にあたる。
第１および第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、それぞれ内部にダイオードを有しており、図３３および図３４の第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部および並列のダイオード部にあたり、第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部および並列のダイオード部にあたる。
図３５は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第１ソースからの電流のみ流す第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２４と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２５を組み合わせて構成した４端子の横型半導体装置である。
図３６は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第１ソースからの電流のみ流す第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２６と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２７を組み合わせて構成した４端子の縦型半導体装置である。第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２６と第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２７を絶縁体２８で分離する。
図３７は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第１ソースからの電流のみ流す第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２９と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３０を組み合わせて構成した５端子の横型半導体装置である。第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部２９と第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３０の間にドレイン端子３１を有する。
図３８は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第１ソースからの電流のみ流す第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３２と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３３を組み合わせて構成した５端子の横型半導体装置である。第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３２と第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３３の間にドレイン端子３４を有する。また、第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３２と第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３３を絶縁体３５で分離する。
図３９は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第１ソースからの電流のみ流す第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３６と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３７を組み合わせて構成した５端子の縦型半導体装置である。第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３６と第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３７の間にドレイン端子３８を有する。また、第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３６と第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部３７を絶縁体３９で分離する。
図３５から図３９は、第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部と第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部に、それぞれ寄生ダイオードを有する。または、外部にダイオードを接続する。
図３３から図３９に示す半導体装置は、第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加することで、第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部はｎチャネルを開くことができ、双方向に電流を流すことができる。第２ゲートに第２ソースに対して負の電圧を印加することで、第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部はｎチャネルを閉じることができ、第２ソースからの電流のみ流すことができる。
第１ゲートと第２ゲート共に電圧を印加しないと、電流は第１ソースから第２ソースの方向にのみ流れることが可能になる。第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加して第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部にｎチャネルを開き、第２ゲートに電圧を印加しないと、電流は第１ソースから第２ソースまたは第２ソースから第１ソースの双方向に流れる。第１ゲートに電圧を印加せず、第２ゲートには第２ソースに対して負の電圧を印加して第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部のｎチャネルを閉じると、半導体装置は双方向に対して電流を遮断する。第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加して第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部にｎチャネルを開き、第２ゲートには第２ソースに対して負の電圧を印加して第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部のｎチャネルを閉じると、電流は第２ソースから第１ソースの方向にのみ流れることが可能になる。
図４０および図４１は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに双方向に電流を流す第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４０と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースに向かう電流のみ流す第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４１を組み合わせて構成した横型半導体装置である。図４０は４端子の半導体装置であり、２つのゲート部である第１ゲートと第２ゲートと２つの電流路である第１ソースと第２ソースを持つ。図４１は５端子の半導体装置であり、２つのゲート部である第１ゲートと第２ゲートと３つの電流路である第１ソースと第２ソースとドレインを持つ。
第１および第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部は、それぞれ内部にダイオードを有しており、図４０および図４１の第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図２０、図２２、図２４のノーマリオン素子部および並列のダイオード部にあたり、第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図２０、図２２、図２４のノーマリオフ素子部および並列のダイオード部にあたる。
第１および第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部は、それぞれ内部にダイオードを有しており、図４０および図４１の第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図２０、図２２、図２４のノーマリオン素子部および並列のダイオード部にあたり、第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図２０、図２２、図２４のノーマリオフ素子部および並列のダイオード部にあたる。
図４２は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに双方向に電流を流す第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４２と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースに向かう電流のみ流す第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４３を組み合わせて構成した横型半導体装置である。
図４３は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに双方向に電流を流す第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４４と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースに向かう電流のみ流す第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４５を組み合わせて構成した縦型半導体装置である。第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４４と第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４５を絶縁体４６で分離する。
図４４は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに双方向に電流を流す第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４７と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースに向かう電流のみ流す第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４８を組み合わせて構成した横型半導体装置である。第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４７と第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部４８の間にドレイン端子４９を有する。
図４５は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに双方向に電流を流す第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５０と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースに向かう電流のみ流す第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５１を組み合わせて構成した横型半導体装置である。第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５０と第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５１の間にドレイン端子５２を有する。また、第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５０と第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５１を絶縁体５３で分離する。
図４６は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに双方向に電流を流す第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５４と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースに向かう電流のみ流す第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５５を組み合わせて構成した縦型半導体装置である。第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５４と第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５５の間にドレイン端子部５６を有する。また、第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５４と第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部５５を絶縁体５７で分離する。
図４２から図４６は、第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部と第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部には、それぞれ内部に寄生ダイオードを有する。または、外部にダイオードを接続する。
図４０から図４６に示す半導体装置は、第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加することで、第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部はｐチャネルを閉じることができ、第１ソースに向かう電流のみ流すことができる。第２ゲートに第２ソースに対して負の電圧を印加することで、第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部はｐチャネルを開くことができ、双方向に電流を流すことができる。
第１ゲートおよび第２ゲートに電圧を印加しないと、電流は第１ソースから第２ソースの方向にのみ流れることが可能になる。第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加して第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部にｐチャネルを閉じ、第２ゲートに電圧を印加しないと、半導体装置は双方向に対して電流を遮断する。第１ゲートに電圧を印加せず、第２ゲートには第２ソースに対して負の電圧を印加して第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部のｐチャネルを開くと、第１ソースから第２ソースまたは第２ソースから第１ソースの双方向に流れる。第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加して第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部にｐチャネルを閉じ、第２ゲートには第２ソースに対して負の電圧を印加して第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部のｐチャネルを開くと、電流は第２ソースから第１ソースの方向にのみ流れることが可能になる。
図４７は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第１ソースからの電流のみ流す第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部５８と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部５９を組み合わせて構成した半導体装置と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第１ソースからの電流のみ流す第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ６０部と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部６１を組み合わせて構成した半導体装置を組み合わせ、スーパージャンクション構造にした横型半導体装置である。
図４７は、第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部、第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部および、第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部、第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部には、それぞれ内部に寄生ダイオードを有する。または、外部にダイオードを接続する。
図４７は、第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加することで、第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部はｎチャネルを開くことができ、双方向に電流を流すことができる。第２ゲートに第２ソースに対して負の電圧を印加することで、第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部はｐチャネルを開くことができ、双方向に電流を流すことができる。
第１ゲートと第２ゲート共に電圧を印加しないと、電流は第１ソースから第２ソースの方向にのみ流れることが可能になる。第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加して第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部にｎチャネルを開き、第２ゲートに電圧を印加しないと、電流は第１ソースから第２ソースまたは第２ソースから第１ソースの双方向に流れる。第１ゲートに電圧を印加せず、第２ゲートには第２ソースに対して負の電圧を印加して第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部のｐチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースまたは第２ソースから第１ソースの双方向に流れる。第１ゲートに第１ソースに対して正の電圧を印加して第１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部にｎチャネルを開き、第１のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部のｐチャネルを閉じ、第２ゲートには第２ソースに対して負の電圧を印加して第２のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部のｎチャネルを閉じ、第２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ部のｐチャネルを開くと、電流は第２ソースから第１ソースの方向にのみ流れることが可能になる。
図４８は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流すＪＦＥＴ（接合形：Junction FET）部６２およびダイオード部６３と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースからの電流のみ流すｎ型ＭＯＳＦＥＴ部６４で構成した半導体装置である。
図４８は、ＪＦＥＴ部およびｎ型ＭＯＳＦＥＴ部には、それぞれ内部に寄生ダイオードを有する。または、外部にダイオードを接続する。
特に、炭化ケイ素のＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードを用いることで性能改善を図る。
図４８は、第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加することで、ＪＦＥＴ部はｎチャネルを閉じることができ、双方向に電流を遮断することができる。第２ゲートに第２ソースに対して正の電圧を印加することで、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ部はｎチャネルを開くことができ、双方向に電流を流すことができる。
図４８のＪＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部にあたり、ＪＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部と並列のダイオードにあたり、また、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は内部にダイオードを有しており、図４８のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部および並列のダイオード部にあたる。
図４８のＪＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部にあたり、ＪＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部と並列のダイオードにあたり、また、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は内部にダイオードを有しており、図４８のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部および並列のダイオード部にあたる。
第１ゲートと第２ゲート共に電圧を印加しないと、電流は第２ソースから第１ソースの方向にのみ流れることが可能になる。第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加してＪＦＥＴ部にｎチャネルを閉じ、第２ゲートに電圧を印加しないと、電流は双方向に電流を遮断する。第１ゲートに電圧を印加せず、第２ゲートには第２ソースに対して正の電圧を印加してｎ型ＭＯＳＦＥＴ部のｎチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースまたは第２ソースから第１ソースの双方向に流れる。第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加してＪＦＥＴ部にｎチャネルを閉じ、第２ゲートには第２ソースに対して正の電圧を印加してｎ型ＭＯＳＦＥＴ部のｎチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースの方向にのみ流れることが可能になる。
図４９は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第１ＪＦＥＴ部６５およびダイオード部６６と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースからの電流のみ流す第２ＪＦＥＴ部６７およびダイオード部６８で構成した半導体装置である。
図４９の第１ＪＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部にあたり、第１ＪＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部と並列のダイオードにあたり、また、第２ＪＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部にあたり、第２ＪＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部と並列のダイオード部にあたる。
図４９の第１ＪＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部にあたり、第１ＪＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部と並列のダイオードにあたり、また、第２ＪＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部にあたり、第２ＪＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部と並列のダイオード部にあたる。
図４９は、第１ＪＦＥＴ部および第２ＪＦＥＴ部には、それぞれ内部に寄生ダイオードを有する。または、外部にダイオードを接続する。
特に、炭化ケイ素のＪＦＥＴ、ダイオードを用いることで性能改善を図る。
図４９は、第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加することで、第１ＪＦＥＴ部はｎチャネルを閉じることができ、双方向に電流を遮断することができる。第２ゲートに第２ソースに対して正の電圧を印加することで、第２ＪＦＥＴ部はｎチャネルを開くことができ、双方向に電流を流すことができる。
第１ゲートと第２ゲート共に電圧を印加しないと、電流は第２ソースから第１ソースの方向にのみ流れることが可能になる。第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加して第１ＪＦＥＴ部にｎチャネルを閉じ、第２ゲートに電圧を印加しないと、電流は双方向に電流を遮断する。第１ゲートに電圧を印加せず、第２ゲートには第２ソースに対して正の電圧を印加して第２ＪＦＥＴ部のｎチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースまたは第２ソースから第１ソースの双方向に流れる。第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加して第１ＪＦＥＴ部にｎチャネルを閉じ、第２ゲートには第２ソースに対して正の電圧を印加して第２ＪＦＥＴ部のｎチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースの方向にのみ流れることが可能になる。
図５０は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流すＭＥＳＦＥＴ（金属半導体形 ：Metal Semiconductor FET）部６９およびダイオード部７０と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースからの電流のみ流すｎ型ＭＯＳＦＥＴ部７１で構成した半導体装置である。
図５０のＭＥＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部にあたり、ＭＥＳＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部と並列のダイオードにあたり、また、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は内部にダイオードを有しており、図５０のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部および並列のダイオード部にあたる。
図５０のＭＥＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部にあたり、ＭＥＳＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部と並列のダイオードにあたり、また、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は内部にダイオードを有しており、図５０のｎ型ＭＯＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部および並列のダイオード部にあたる。
図５０は、ＭＥＳＦＥＴ部およびｎ型ＭＯＳＦＥＴ部には、それぞれ内部に寄生ダイオードを有する。または、外部にダイオードを接続する。
特に、窒化ガリウムのＭＥＳＦＥＴ、ダイオードまたはＭＯＳＦＥＴを用いることで性能改善を図る。
図５０は、第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加することで、ＭＥＳＦＥＴ部はｎチャネルを閉じることができ、双方向に電流を遮断することができる。第２ゲートに第２ソースに対して正の電圧を印加することで、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ部はｎチャネルを開くことができ、双方向に電流を流すことができる。
第１ゲートと第２ゲート共に電圧を印加しないと、電流は第２ソースから第１ソースの方向にのみ流れることが可能になる。第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加してＭＥＳＦＥＴ部にｎチャネルを閉じ、第２ゲートに電圧を印加しないと、電流は双方向に電流を遮断する。第１ゲートに電圧を印加せず、第２ゲートには第２ソースに対して正の電圧を印加してｎ型ＭＯＳＦＥＴ部のｎチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースまたは第２ソースから第１ソースの双方向に流れる。第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加してＭＥＳＦＥＴ部にｎチャネルを閉じ、第２ゲートには第２ソースに対して正の電圧を印加してｎ型ＭＯＳＦＥＴ部のｎチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースの方向にのみ流れることが可能になる。
図５１は、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す第１ＭＥＳＦＥＴ部７２およびダイオード部７３と、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに第２ソースからの電流のみ流す第２ＭＥＳＦＥＴ部７４およびダイオード部７５で構成した半導体装置である。
図５１の第１ＭＥＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部にあたり、第１ＭＥＳＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部と並列のダイオードにあたり、また、第２ＭＥＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部にあたり、第２ＭＥＳＦＥＴ部と並列のダイオードは、ノーマリオフ素子部と並列のダイオード部にあたる。
図５１の第１ＭＥＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部にあたり、第１ＭＥＳＦＥＴ部と並列のダイオードは、図１９、図２１、図２３のノーマリオン素子部と並列のダイオードにあたり、また、第２ＭＥＳＦＥＴ部は、図１９、図２１、図２３のノーマリオフ素子部にあたり、第２ＭＥＳＦＥＴ部と並列のダイオードは、ノーマリオフ素子部と並列のダイオード部にあたる。
図５１は、第１ＭＥＳＦＥＴ部および第２ＭＥＳＦＥＴ部には、それぞれ内部に寄生ダイオードを有する。または、外部にダイオードを接続する。
特に、窒化ガリウムのＭＥＳＦＥＴ、ダイオードを用いることで性能改善を図る。
図５１は、第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加することで、第１ＭＥＳＦＥＴ部はｎチャネルを閉じることができ、双方向に電流を遮断することができる。第２ゲートに第２ソースに対して正の電圧を印加することで、第２ＭＥＳＦＥＴ部はｎチャネルを開くことができ、双方向に電流を流すことができる。
第１ゲートと第２ゲート共に電圧を印加しないと、電流は第２ソースから第１ソースの方向にのみ流れることが可能になる。第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加して第１ＭＥＳＦＥＴ部にｎチャネルを閉じ、第２ゲートに電圧を印加しないと、電流は双方向に電流を遮断する。第１ゲートに電圧を印加せず、第２ゲートには第２ソースに対して正の電圧を印加して第２ＭＥＳＦＥＴ部のｎチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースまたは第２ソースから第１ソースの双方向に流れる。第１ゲートに第１ソースに対して負の電圧を印加して第１ＭＥＳＦＥＴ部にｎチャネルを閉じ、第２ゲートには第２ソースに対して正の電圧を印加して第２ＭＥＳＦＥＴ部のｎチャネルを開くと、電流は第１ソースから第２ソースの方向にのみ流れることが可能になる。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態２）
図５２は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ７６が接続される。三相交流電源側の三相フルブリッジ回路７７のうち２つのレグに備える第２スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用する。ただし、レグとは、電力変換装置における交流の１相を構成する回路、またはそれに並列に挿入される回路とする。図８から図１３はその具体例であり、該双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。三相交流電源側の三相フルブリッジ回路７７のうち１つのレグに備える第１スイッチ部および三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備える第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。以上により、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図５２は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ７６が接続される。三相交流電源側の三相フルブリッジ回路７７のうち２つのレグに備える第２スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用する。ただし、レグとは、電力変換装置における交流の１相を構成する回路、またはそれに並列に挿入される回路とする。図８から図１３はその具体例であり、該双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。三相交流電源側の三相フルブリッジ回路７７のうち１つのレグに備える第１スイッチ部および三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備える第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。以上により、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図５３は、図５２に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１３のＭＯＳＦＥＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部および三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図５４は、図５２に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１２のＩＧＢＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部および三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図５５は、図５２に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１３に示すＭＯＳＦＥＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図５６に示すＭＯＳＦＥＴとダイオードで構成されるスイッチＣを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図５７は、図５２に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１２に示すＩＧＢＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図５８に示すＩＧＢＴとダイオードで構成されるスイッチＣを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態３）
図５９は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ７９が接続される。図５９の単相交流電源側の単相フルブリッジ回路８０のうち１つのレグに備える第２スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図８から図１３に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。単相交流電源側の単相フルブリッジ回路８０うち１つのレグに備える第１スイッチ部および三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路８１の全てのレグに備える第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。以上により、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図５９は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ７９が接続される。図５９の単相交流電源側の単相フルブリッジ回路８０のうち１つのレグに備える第２スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図８から図１３に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。単相交流電源側の単相フルブリッジ回路８０うち１つのレグに備える第１スイッチ部および三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路８１の全てのレグに備える第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。以上により、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６０は、図５９に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１３のＭＯＳＦＥＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部および三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６１は、図５９に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１２のＩＧＢＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部および三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６２は、図５９に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１３に示すＭＯＳＦＥＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図５６に示すＭＯＳＦＥＴとダイオードで構成されるスイッチＣを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６３は、図５９に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１２に示すＩＧＢＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図５８に示すＩＧＢＴとダイオードで構成されるスイッチＣを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態４）
図６４は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはインダクタで構成されるフィルタ８２が接続される。電源側の三相フルブリッジ回路８３と負荷側の三相フルブリッジ回路８５は、第１スイッチ部とキャパシタで構成されるレグ８４を介して接続される。キャパシタは従来の電力を蓄える機能ではなく、半導体素子がスイッチング時に発生するサージ電圧を吸収する機能として使用するため、従来のものより極端に小容量のものになる。三相交流電源側の三相フルブリッジ回路８３のうち１つのレグに備える第２スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図８から図１３に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。三相交流電源側の三相フルブリッジ回路８３のうち１つのレグに備える第１スイッチ部、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路８５の全てのレグに備える第１スイッチ部および２つの三相フルブリッジ回路の間のレグ８４に備える第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。以上により、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６４は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはインダクタで構成されるフィルタ８２が接続される。電源側の三相フルブリッジ回路８３と負荷側の三相フルブリッジ回路８５は、第１スイッチ部とキャパシタで構成されるレグ８４を介して接続される。キャパシタは従来の電力を蓄える機能ではなく、半導体素子がスイッチング時に発生するサージ電圧を吸収する機能として使用するため、従来のものより極端に小容量のものになる。三相交流電源側の三相フルブリッジ回路８３のうち１つのレグに備える第２スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図８から図１３に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。三相交流電源側の三相フルブリッジ回路８３のうち１つのレグに備える第１スイッチ部、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路８５の全てのレグに備える第１スイッチ部および２つの三相フルブリッジ回路の間のレグ８４に備える第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。以上により、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６５は、図６４に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１３のＭＯＳＦＥＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部と三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部および２つの三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、また、キャパシタレグのスイッチは電流の流れを遮断することでキャパシタの短絡を防ぐことができ、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６６は、図６４に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１２のＩＧＢＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部と三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部および２つの三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、また、キャパシタレグのスイッチは電流の流れを遮断することでキャパシタの短絡を防ぐことができ、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６７は、図６４に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１３のＭＯＳＦＥＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図５６に示すＭＯＳＦＥＴとダイオードで構成されるスイッチＣを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、また、キャパシタレグのスイッチは電流の流れを遮断することでキャパシタの短絡を防ぐことができ、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６８は、図６４に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１２に示すＩＧＢＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、三相交流電源側の三相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図５８に示すＩＧＢＴとダイオードで構成されるスイッチＣを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、また、キャパシタレグのスイッチは電流の流れを遮断することでキャパシタの短絡を防ぐことができ、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態５）
図６９は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタで構成されるフィルタ８６が接続される。電源側の単相フルブリッジ回路８７と負荷側の三相フルブリッジ回路８９は、第１スイッチ部とキャパシタで構成されるレグ８８を介して接続される。キャパシタは従来の電力を蓄える機能ではなく、半導体素子がスイッチング時に発生するサージ電圧を吸収する機能として使用するため、従来のものより極端に小容量のものになる。単相交流電源側の単相フルブリッジ回路８７のうち１つのレグに備える第２スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図８から図１３に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。単相交流電源側の単相フルブリッジ回路８７のうち１つのレグに備える第１スイッチ部、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路８９の全てのレグに備える第１スイッチ部および単相フルブリッジ回路と三相フルブリッジ回路の間のレグ８８に備える第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。以上により、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図６９は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタで構成されるフィルタ８６が接続される。電源側の単相フルブリッジ回路８７と負荷側の三相フルブリッジ回路８９は、第１スイッチ部とキャパシタで構成されるレグ８８を介して接続される。キャパシタは従来の電力を蓄える機能ではなく、半導体素子がスイッチング時に発生するサージ電圧を吸収する機能として使用するため、従来のものより極端に小容量のものになる。単相交流電源側の単相フルブリッジ回路８７のうち１つのレグに備える第２スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図８から図１３に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。単相交流電源側の単相フルブリッジ回路８７のうち１つのレグに備える第１スイッチ部、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路８９の全てのレグに備える第１スイッチ部および単相フルブリッジ回路と三相フルブリッジ回路の間のレグ８８に備える第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。以上により、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図７０は、図６９に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１３のＭＯＳＦＥＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部と三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部および単相フルブリッジ回路と三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、また、キャパシタレグのスイッチは電流の流れを遮断することでキャパシタの短絡を防ぐことができ、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図７１は、図６９に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１２のＩＧＢＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部と三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部および単相フルブリッジ回路と三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、また、キャパシタレグのスイッチは電流の流れを遮断することでキャパシタの短絡を防ぐことができ、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図７２は、図６９に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１３のＭＯＳＦＥＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部と三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部および単相フルブリッジ回路と三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図５６に示すＭＯＳＦＥＴとダイオードで構成されるスイッチＣを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、また、キャパシタレグのスイッチは電流の流れを遮断することでキャパシタの短絡を防ぐことができ、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図７３は、図６９に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに、電流の流れを遮断する双方向スイッチとして、図１２のＩＧＢＴを組み合わせた半導体装置Ａを使用し、単相交流電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備えるスイッチ部と三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部および単相フルブリッジ回路と三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置Ｂを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部には、図５８に示すＩＧＢＴとダイオードで構成されるスイッチＣを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使い、三相負荷電流をスイッチ部とモータ間を回すことができ、また、キャパシタレグのスイッチは電流の流れを遮断することでキャパシタの短絡を防ぐことができ、従来の電力を蓄える直流リンクキャパシタおよびダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態６）
図７４は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはインダクタで構成されるフィルタ９０が接続される。電源側の三相ダイオード整流回路９１と負荷側の三相フルブリッジ回路９４は、スイッチ部で構成されるレグ９２と、スイッチ部とキャパシタで構成されるレグ９３を介して接続される。三相交流電源側の三相ダイオード整流回路９１に備えるダイオード部にはダイオードを使用する。三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路９４の全てのレグに備えるスイッチ部および三相ダイオード整流回路９１と三相フルブリッジ回路９４の間のレグ９２およびレグ９３に備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。レグ９３のスイッチ部は変換装置の正常運転時は電源の短絡モードを作り、入力電流を正弦波状に近い波形を作り、入力総合力率の改善と入力電流の高調波を低減することができる。レグ９３に備えるスイッチ部にはゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用し、モータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力をモータに返すことができ、レグ９３に備えるスイッチ部はレグ９２に備えるスイッチ部と連携し、双方向に電流を遮断し、キャパシタ端子の電圧の急増を防ぎ、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、およびゲート回路が復帰すると負荷側の三相フルブリッジ回路９４のスイッチ部と連携し、貯まった電力を負荷に戻す。以上により、入力電流の高調波が低減でき、小容量の電力変換が可能な電力変換装置を実現する。
図７４は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはインダクタで構成されるフィルタ９０が接続される。電源側の三相ダイオード整流回路９１と負荷側の三相フルブリッジ回路９４は、スイッチ部で構成されるレグ９２と、スイッチ部とキャパシタで構成されるレグ９３を介して接続される。三相交流電源側の三相ダイオード整流回路９１に備えるダイオード部にはダイオードを使用する。三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路９４の全てのレグに備えるスイッチ部および三相ダイオード整流回路９１と三相フルブリッジ回路９４の間のレグ９２およびレグ９３に備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。レグ９３のスイッチ部は変換装置の正常運転時は電源の短絡モードを作り、入力電流を正弦波状に近い波形を作り、入力総合力率の改善と入力電流の高調波を低減することができる。レグ９３に備えるスイッチ部にはゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用し、モータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力をモータに返すことができ、レグ９３に備えるスイッチ部はレグ９２に備えるスイッチ部と連携し、双方向に電流を遮断し、キャパシタ端子の電圧の急増を防ぎ、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、およびゲート回路が復帰すると負荷側の三相フルブリッジ回路９４のスイッチ部と連携し、貯まった電力を負荷に戻す。以上により、入力電流の高調波が低減でき、小容量の電力変換が可能な電力変換装置を実現する。
図７５は、図７４に示される電力変換装置のうち、三相交流電源側の三相ダイオード整流回路に備えるダイオード部にはダイオードを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部および三相ダイオード整流回路と三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使用した電力変換装置である。レグ９５に備えるスイッチ部は電力変換装置の正常運転時には電源の短絡モードを作り、入力総合力率の改善と入力電流を正弦波状に近い波形を作り、入力電流の高調波を低減することができる。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、またモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、モータに返すことができる。以上により、入力電流の高調波が低減でき、小容量のキャパシタで電力変換が可能な電力変換装置を実現する。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態７）
図７６は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタで構成されるフィルタ９６が接続される。電源側の単相ダイオード整流回路９７と負荷側の三相フルブリッジ回路１００は、スイッチ部で構成されるレグ９８と、スイッチ部とキャパシタで構成されるレグ９９を介して接続される。単相交流電源側の単相ダイオード整流回路９７に備えるダイオード部にはダイオードを使用する。三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路１００の全てのレグに備えるスイッチ部および単相ダイオード整流回路と三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図２２に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。レグ９９のスイッチ部は変換装置の正常運転時は電源の短絡モードを作り、入力電流を正弦波状に近い波形を作り、入力総合力率の改善と入力電流の高調波を低減することができる。レグ９９に備えるスイッチ部にはゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用し、モータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力をモータに返すことができ、レグ９９に備えるスイッチ部はレグ９８に備えるスイッチ部と連携し、双方向に電流を遮断し、キャパシタ端子の電圧の急増を防ぎ、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、およびゲート回路が復帰すると負荷側の三相フルブリッジ回路１００のスイッチ部と連携し、貯まった電力を負荷に戻す。以上により、入力電流の高調波が低減でき、小容量の直流リンクキャパシタで電力変換が可能な電力変換装置を実現する。
図７６は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタで構成されるフィルタ９６が接続される。電源側の単相ダイオード整流回路９７と負荷側の三相フルブリッジ回路１００は、スイッチ部で構成されるレグ９８と、スイッチ部とキャパシタで構成されるレグ９９を介して接続される。単相交流電源側の単相ダイオード整流回路９７に備えるダイオード部にはダイオードを使用する。三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路１００の全てのレグに備えるスイッチ部および単相ダイオード整流回路と三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図２２に示す双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。レグ９９のスイッチ部は変換装置の正常運転時は電源の短絡モードを作り、入力電流を正弦波状に近い波形を作り、入力総合力率の改善と入力電流の高調波を低減することができる。レグ９９に備えるスイッチ部にはゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用し、モータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力をモータに返すことができ、レグ９９に備えるスイッチ部はレグ９８に備えるスイッチ部と連携し、双方向に電流を遮断し、キャパシタ端子の電圧の急増を防ぎ、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、およびゲート回路が復帰すると負荷側の三相フルブリッジ回路１００のスイッチ部と連携し、貯まった電力を負荷に戻す。以上により、入力電流の高調波が低減でき、小容量の直流リンクキャパシタで電力変換が可能な電力変換装置を実現する。
図７７は、図７６に示される電力変換装置のうち、単相交流電源側の単相ダイオード整流回路に備えるダイオード部にはダイオードを使用し、三相交流負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグに備えるスイッチ部および単相ダイオード整流回路と三相フルブリッジ回路の間に備えるスイッチ部には、図１６から図１８に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す半導体装置を使用した電力変換装置である。レグ１０１のスイッチ部は変換装置の正常の運転時には電源の短絡モードを作り、入力電流を正弦波状に近い波形を作り、入力総合力率の改善と入力電流の高調波を低減することができる。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、またモータの急制動、軽負荷運転のときに三相交流負荷からの回生電力および循環電力を、モータに返すことができる。以上により、入力電流の高調波が低減でき、小容量のキャパシタで電力変換が可能な電力変換装置を実現する。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態８）
図７８は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ１０２が接続される。三相交流電源側のフィルタ１０２と三相交流負荷は、９つの第１スイッチ部とそれぞれ３つの給電路を有している三相交流電源から三相交流負荷に電力を変換するダイレクト方式直接電力変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）１０３により接続される。また、該ダイレクト方式マトリックスコンバータ１０３に備える９つの第１スイッチ部のうち一部のスイッチ部は、ドレイン端子を備え、各相間をそれぞれ第２スイッチ部１０４で接続する。該第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。該第２スイッチ部１０４には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す双方向スイッチを使用する。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図７８は、三相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。三相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ１０２が接続される。三相交流電源側のフィルタ１０２と三相交流負荷は、９つの第１スイッチ部とそれぞれ３つの給電路を有している三相交流電源から三相交流負荷に電力を変換するダイレクト方式直接電力変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）１０３により接続される。また、該ダイレクト方式マトリックスコンバータ１０３に備える９つの第１スイッチ部のうち一部のスイッチ部は、ドレイン端子を備え、各相間をそれぞれ第２スイッチ部１０４で接続する。該第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。該第２スイッチ部１０４には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す双方向スイッチを使用する。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図７９は、前記ダイレクト方式マトリックスコンバータ１０３の第２スイッチ部１０４に使用する、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す双方向スイッチの回路記号である。１つのゲート部と２つの電流路である第１ソースと第２ソースを持つ。ゲート部に入力する信号の組み合わせにより、第１ソースと第２ソースに流れる電流を制御する機能を持つ。
特に、該第２スイッチ部には、炭化ケイ素のＪＦＥＴ、または窒化ガリウムのＭＥＳＦＥＴを用いることで、特性の改善を図る。
図８０は、図７８に示される電力変換装置のうち、ダイレクト方式マトリックスコンバータに備える９つのスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチとして、図１６から図１８の半導体装置Ｂを使用し、各相間を接続するスイッチ部には、図７９に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す半導体装置Ｃを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、各相間を接続するスイッチ部が双方向に電流を流すことで、負荷からの回生電力を安全に負荷に戻すことができ、ダイオードクランプ回路が必要なくなる。また三相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに、三相交流負荷からの回生電力および循環電力をスイッチ部とモータ間で回すことができる。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態９）
図８１は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ１０５が接続される。単相交流電源側のフィルタ１０５と三相交流負荷は、６つの第１スイッチ部とそれぞれ３つの給電路を有している単相交流電源から三相交流負荷に電力を変換するダイレクト方式直接電力変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）１０６により接続される。また、該ダイレクト方式マトリックスコンバータ１０６に備える６つの第１スイッチ部のうち一部のスイッチ部は、ドレイン端子を備え、各相間をそれぞれ第２スイッチ部１０７で接続する。該第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。該第２スイッチ部１０７には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す双方向スイッチを使用する。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図８１は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ１０５が接続される。単相交流電源側のフィルタ１０５と三相交流負荷は、６つの第１スイッチ部とそれぞれ３つの給電路を有している単相交流電源から三相交流負荷に電力を変換するダイレクト方式直接電力変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）１０６により接続される。また、該ダイレクト方式マトリックスコンバータ１０６に備える６つの第１スイッチ部のうち一部のスイッチ部は、ドレイン端子を備え、各相間をそれぞれ第２スイッチ部１０７で接続する。該第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。該第２スイッチ部１０７には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す双方向スイッチを使用する。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図８２は、図８１に示される電力変換装置のうち、ダイレクト方式マトリックスコンバータに備える６つのスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチとして、図１６から図１８の半導体装置Ｂを使用し、各相間を接続するスイッチ部には、図７９に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す半導体装置Ｃを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、各相間を接続するスイッチ部が双方向に電流を流すことで、負荷からの回生電力を安全に負荷に戻すことができ、ダイオードクランプ回路が必要なくなる。また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに、三相交流負荷からの回生電力および循環電力をスイッチ部とモータ間で回すことができる。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
（交流電源から交流負荷に電力を変換する装置の実施形態１０）
図８３は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ１０８と単相交流の脈動抑制用のキャパシタ１０９が接続される。単相交流電源側のフィルタ１０８および単相交流の脈動抑制用のキャパシタ１０９と三相交流負荷は、９つの第１スイッチ部とそれぞれ３つの給電路を有している三相交流電源から三相交流負荷に電力を変換するダイレクト方式直接変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）１１０により接続される。また、該ダイレクト方式マトリックスコンバータ１１０に備える９つの第１スイッチ部のうち一部のスイッチ部は、ドレイン端子を備え、各相間をそれぞれ第２スイッチ部１１１で接続する。該第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。該第２スイッチ部１１１には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す双方向スイッチを使用する。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図８３は、単相交流電源から三相交流負荷を駆動する本発明の電力変換装置である。単相交流電源側にはインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ１０８と単相交流の脈動抑制用のキャパシタ１０９が接続される。単相交流電源側のフィルタ１０８および単相交流の脈動抑制用のキャパシタ１０９と三相交流負荷は、９つの第１スイッチ部とそれぞれ３つの給電路を有している三相交流電源から三相交流負荷に電力を変換するダイレクト方式直接変換回路（ダイレクト方式マトリックスコンバータ）１１０により接続される。また、該ダイレクト方式マトリックスコンバータ１１０に備える９つの第１スイッチ部のうち一部のスイッチ部は、ドレイン端子を備え、各相間をそれぞれ第２スイッチ部１１１で接続する。該第１スイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチを使用する。該双方向スイッチには、図１６から図１８に示す従来の双方向スイッチのうち１種類を使用、または複数種類を組み合わせて使用する。該第２スイッチ部１１１には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す双方向スイッチを使用する。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
図８４は、図８３に示される電力変換装置のうち、ダイレクト方式マトリックスコンバータに備える９つのスイッチ部には、半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を特定の片方向にのみ流す双方向スイッチとして、図１６から図１８の半導体装置Ｂを使用し、各相間を接続するスイッチ部には、図７９に示す半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないときに電流を双方向に流す半導体装置Ｃを使用した電力変換装置である。半導体装置に接続されたゲート電源、制御電源、或いはゲート回路が機能しないとき、各相間を接続するスイッチ部が双方向に電流を流すことで、負荷からの回生電力を安全に負荷に戻すことができ、ダイオードクランプ回路が必要なくなる。また単相交流電源の急な故障や、短い時間での瞬時停電、および電圧の瞬時低下のとき、またはモータの急制動、軽負荷運転のときに、三相交流負荷からの回生電力および循環電力をスイッチ部とモータ間で回すことができる。以上により、従来の交流から交流への直接電力変換装置で必要不可欠なダイオードクランプ回路を必要としない電力変換装置を実現する。
Claims (7)
- 交流電源から交流負荷に供給する電力を直接変換する電力変換装置において、
該電力変換装置を構成する複数スイッチのいくつかは、ゲート端子にゲート回路から正または負の電圧を与えたときにオフするノーマリオン素子と、ゲート端子にゲート回路から正または負の電圧を与えたときにオンするノーマリオフ素子を組み合わせた双方向スイッチで構成され、該ノーマリオン素子あるいは該ノーマリオフ素子を制御して、前記交流負荷の動作に応じて、双方向に電流を通電、もしくは、電流を通電する向きを任意の片方向のみに制御する電力変換主回路により、停電、電圧低下などの異常時により該双方向スイッチを駆動するゲート回路が正常に機能しないため、オンオフの制御ができないときに、該ノーマリオフ素子と逆並列に接続されたダイオードと前記ノーマリオン素子を介して、前記交流負荷からの電力を特定の片方向にのみ通電し、該電力変換器と交流負荷間の内部インピーダンスによって負荷電力を消費することで、電力変換装置内部にエネルギーを蓄積する要素を用いずに、負荷からの電力を該電力変換装置と負荷の間で循環させることを特徴とする電力変換装置。 - 前記電力変換主回路部を２つの三相フルブリッジ回路によって構成し、
負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグと電源側の三相フルブリッジ回路のうちの１つのレグに前記双方向スイッチを接続して第１スイッチ部とし、また、電源側の該三相フルブリッジ回路のうちの２つのレグを、二つのノーマリオフ素子を逆直列で組み合わせた双方向スイッチである第２スイッチ部で構成し、前記第１スイッチ部と前記第２スイッチ部を構成するゲート回路の少なくとも一つ以上が正常に機能しないとき、前記ノーマリオン素子を介して、前記交流負荷からの電力を特定の片方向からのみ電流を流し、前記電力変換器と交流負荷間のインピーダンスによって電力を消費し、前記ゲート回路が正常に機能するときには、前記ノーマリオン素子あるいは前記ノーマリオフ素子を制御して、前記交流負荷の動作に応じて、双方向に電流を流し、あるいは、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御するよう構成し、
電源側の三相フルブリッジ回路のうち２つのレグに備える前記第２スイッチ部には、ゲート回路が正常に機能しないときに電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用して双方向に電流を阻止し、ゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流し、あるいは、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御するよう構成した請求項１記載の電力変換装置。 - 前記負荷側の三相フルブリッジ回路を、ノーマリオフ素子であるＭＯＳＦＥＴとダイオードを逆並列にしたスイッチ、あるいは、ノーマリオフ素子であるＩＧＢＴとダイオードを逆並列に接続した双方向スイッチで構成し、前記電源側の三相フルブリッジ回路のうちの１レグに、ノーマリオン素子と、ノーマリオフ素子を組み合わせた前記双方向スイッチを使用する請求項２記載の電力変換装置。
- 前記電力変換主回路を直接接続の単相フルブリッジ回路と三相フルブリッジ回路によって構成し、
負荷側の三相フルブリッジ回路の全てのレグと電源側の単相フルブリッジ回路のうち１つのレグに備える第１スイッチ部には、ゲート回路が正常に機能しないときに、チャネル部をオフする第１ゲート部を有するノーマリオフ素子と、チャネル部をオンする第２ゲート部を有するノーマリオン素子を組み合わせて、片方向のみ電流を流し、前記電力変換器と交流負荷間のインピーダンスによって電力を消費し、ゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流し、あるいは、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御するよう構成し、
前記電源側の単相フルブリッジ回路のうちの１つのレグに備える第２スイッチ部には、ゲート回路が正常に機能しないときに電流の流れを遮断する双方向スイッチを使用して双方向に電流を阻止し、ゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流し、あるいは、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御するよう構成した請求項１記載の電力変換装置。 - 前記負荷側の三相フルブリッジ回路に用いる第１スイッチ部を、ＭＯＳＦＥＴとダイオードまたはＩＧＢＴとダイオードを組み合わせたスイッチで構成し、前記電源側の単相フルブリッジ回路のうちの１レグに、ノーマリオフ素子とノーマリオン素子を組み合わせたスイッチを使用する請求項４記載の電力変換装置。
- 前記電力変換主回路を、電源側および負荷側として９つの第１スイッチ部とそれぞれ３つの給電路を有して、三相交流電源から三相交流負荷に供給する電力を変換するマトリックスコンバータによって構成し、
前記９つの第１スイッチ部の全てが、ゲート回路が正常に機能しないときに、チャネル部をオフする第１ゲート部を有するノーマリオフ素子と、チャネル部をオンする第２ゲート部を有するノーマリオン素子を組み合わせて、特定の片方向からのみ電流を流し、ゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流し、あるいは、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御するよう構成し、
第１ゲート部を有するノーマリオフ素子と第２ゲート部を有するノーマリオン素子の間にドレイン端子を備え、前記マトリックスコンバータ内部において、該ドレイン端子を、各相間においてそれぞれ第２スイッチ部で接続し、
全ての第２スイッチ部には、ゲート回路が正常に機能しないときに双方向に電流を通電する逆直列に接続した２つのノーマリオン素子を有し、ゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流す機能と、双方向に電流を遮断する機能を有する請求項１記載の電力変換装置。 - 前記電力変換主回路を、電源側および負荷側として６つの第１スイッチ部とそれぞれ３つの給電路を有して、単相交流電源から三相交流負荷に供給する電力を変換するマトリックスコンバータによって構成し、
前記６つの第１スイッチ部の全てが、ゲート回路が正常に機能しないときに、チャネル部をオフする第１ゲート部を有するノーマリオフ素子と、チャネル部をオンする第２ゲート部を有するノーマリオン素子を組み合わせて、特定の片方向からのみ電流を流し、ゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流し、あるいは、電流を流す向きを任意の片方向のみに制御するよう構成し、
前記第１ゲート部を有するノーマリオフ素子と第２ゲート部を有するノーマリオン素子の間にドレイン端子を備え、前記マトリックスコンバータ内部において、該ドレイン端子を、各相間においてそれぞれ第２スイッチ部で接続し、
全ての第２スイッチ部には、ゲート回路が正常に機能しないときに双方向に電流を通電する逆直列に接続した２つのノーマリオン素子を有し、ゲート回路が正常に機能するときには双方向に電流を流す機能と、双方向に電流を遮断する機能を有する請求項１記載の電力変換装置。
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