JP5256721B2

JP5256721B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP5256721B2
Application number: JP2007319680A
Authority: JP
Inventors: 康阿部; 清明笹川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: JP2009148001A

Description

この発明は、IGBT（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの電圧駆動型半導体素子をスイッチング素子（以下、単に素子ともいう）とするインバータを、複数台並列接続して構成される電力変換装置、特に各インバータの出力間に流れる横流電流を抑制することが可能な電力変換装置に関する。

近年、電力変換装置を大容量化するために、インバータどうしを並列接続して構成する場合がある。このときの回路構成例を図４に示す。
図４において、INV7 ，INV8は三相出力インバータを示す。Qu7〜Qz7およびQu8〜Qz8は、各インバータINV7 ，INV8を構成するIGBTなどのスイッチング素子、GD u7〜GD z7およびGD u8〜およびGD z8は各素子のゲート駆動回路である。

図４の回路では、各素子の動作タイミング差などにより、各インバータ出力間に電位差が発生する時間が存在し、これにより横流電流が流れるため、図示のように各インバータ出力にリアクトルLo71〜Lo73，Lo81〜Lo83を設けている。なお、以上のような技術は例えば特許文献１，２に開示されている。

特公平０７−９３８２５号公報特開２００７−１０４８２２号公報

ところで、図４のような回路では横流電流を抑制できるが、大容量のリアクトルが必要となって装置が大型化するという問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、横流電流の抑制用リアクトルの小容量化，小型化を図ることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、電圧駆動型半導体素子をスイッチング素子とするインバータを複数台並列接続して構成される電力変換装置において、
各インバータの同じアームに相当する電圧駆動型半導体素子の信号線どうしを互いに磁気結合し、各インバータの出力間に流れる横流電流を抑制することを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記信号線は、ゲート線どうし、ゲート線とエミッタ線またはエミッタ線どうしのいずれかとすることができ（請求項２の発明）、また、請求項１または２の発明においては、前記信号線どうしの磁気結合は、トランスにより行なうことができる（請求項３の発明）。

この発明によれば、各インバータの同一アームに相当する素子を、スイッチングタイミングのばらつき無く動作させることができるため、各インバータの出力電圧差が発生する時間を零に近付けることが可能となる。これにより、横流電流の抑制用リアクトルのリアクタンス値を大幅に小さくするか省略することができ、その結果、リアクトルの小型化、すなわち装置の小型化が可能になるという利点がもたらされる。

図１において、INV1 ，INV2は三相出力インバータを示す。Qu1〜Qz1およびQu2〜Qx2は各インバータINV1 ，INV2を構成するスイッチング素子、GD u1〜GD z1およびGD u2〜およびGD z2は各素子のゲート駆動回路、Lo11〜Lo13，Lo21〜Lo23は各インバータINV1 ，INV2の横流電流抑制用のリアクトルである。これらのリアクトルを介して２台のインバータが並列接続される点は、先に説明した図４と全く同様である。以下、相違点について説明する。

COは磁気回路（トランス）Tru1~Trz1からなる磁気結合部を示し、各インバータの同じアームに相当する素子のゲート線を磁気的に結合する。ここでは、例えばINV1側素子Qu1のゲート線（端子G u11，G u12）とINV2側素子Qu2のゲート線（端子G u21，G u22）とを磁気回路Tru1により、同様に素子Qv1のゲート線とQv2のゲート線とを磁気回路Trv1により…という具合に、互いに磁気結合するようにしている。ここでは、磁気結合用にトランスを用いているが、単に磁性体に巻き付けるだけでも良い。

このように構成することで、ゲート線が磁気結合されている素子は、各ゲート駆動回路からの信号タイミングにばらつきがあった場合でも、同期してスイッチングさせることが可能となる。なお、このような動作原理は、例えば特開２００２−２０４５７８号公報などにも記載されているところであり、よく知られているので説明は省略する。
こうして、各インバータ間に流れる横流電流を零に近付けることができ、各出力に接続しているリアクトルのリアクタンスを大幅に小さく設定することができる。その結果、リアクトルを小型化、または配線の浮遊リアクタンスのみで対応できるようになる。

図１ではゲート線どうしを磁気結合するようにしたが、上記特開２００２−２０４５７８号公報にも記載のように、磁気結合する信号線としてゲート線とエミッタ線、またはエミッタ線どうしを磁気結合するようにしても、同様の効果を期待することができる。
図２にゲート線とエミッタ線を磁気結合する例を、また、図３にエミッタ線どうしを磁気結合する例をそれぞれ示す。

なお、電圧駆動型半導体素子として上記ではIGBTを用いたが、MOSFET（金属酸化膜電界効果トランジスタ）などを用いることができるのは言うまでも無い。
この発明は、特に大容量化を要する場合に用いて好適である。

この発明の実施の形態を示す回路図図１の変形例を示す回路図図１の別の変形例を示す回路図従来例を示す回路図

符号の説明

Qu1〜Qz1，Qu2〜Qz2，Qu3〜Qz3，Qu4〜Qz4，Qu5〜Qz5，Qu6〜Qz6，Qu7〜Qz7， Qu8〜Qz8…IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の電圧駆動型半導体素子、GDu1〜GDz1，Gdu2〜GDz2，Gdu3〜GDz3，Gdu4〜GDz4，Gdu5〜GDz5，Gdu6〜GDz6，Gdu7〜GDz7，Gdu8〜GDz8…ゲート駆動回路、Tru1〜Trz1，Tru2〜Trz2，Tru3〜Trz3…磁気回路、CO…磁気結合部、Lo11〜Lo83…（横流電流防止用）リアクトル、INV1〜INV8…インバータ。

Claims

電圧駆動型半導体素子をスイッチング素子とするインバータを複数台並列接続して構成される電力変換装置において、
各インバータの同じアームに相当する電圧駆動型半導体素子の信号線どうしを互いに磁気結合し、各インバータの出力間に流れる横流電流を抑制することを特徴とする電力変換装置。
前記信号線は、ゲート線どうし、ゲート線とエミッタ線またはエミッタ線どうしのいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記信号線どうしの磁気結合は、トランスにより行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。