JP5417641B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、直流電圧から複数レベルの電圧を生成して出力可能な電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power converter capable of generating and outputting a plurality of levels of voltage from a DC voltage.
図12は、後述する非特許文献1に記載されているインバータの主回路構成図である。この回路は、容量が等しいコンデンサC1〜C4の直列回路の直流電圧を、U相ユニット10U、V相ユニット10V、W相ユニット10Wにより3相交流電圧に変換するものであり、出力1相分について考えると、8個の自己消弧形半導体スイッチ(図12はIGBTを用いた例であり、以下では、自己消弧形半導体スイッチをその代表例であるIGBTとして呼称する。)と、14個のダイオード(6個のダイオードD1〜D6及び8個の環流ダイオード)とにより構成されている。なお、以下では、環流ダイオードが逆並列接続されたIGBTを半導体スイッチS1〜S8という(単にスイッチともいう)ものとする。
また、図12において、Edは直流電圧、Mは直流回路の中点、IUはU相電流、U,V,Wは出力端子、50は負荷を示す。
FIG. 12 is a main circuit configuration diagram of an inverter described in Non-Patent
In FIG. 12, E d is a DC voltage, M is a midpoint of the DC circuit, I U is a U-phase current, U, V, and W are output terminals, and 50 is a load.
次に、この従来技術における1相分(U相)の動作を説明する。
図13は、図12のスイッチS1〜S8のオンオフ状態と、直流回路の中点Mを基準に観測した出力端子Uの電圧VUMとの関係を示したものであり、「1」はスイッチがオンの状態を、「0」はスイッチがオフの状態である。なお、図12における各コンデンサC1〜C4の電圧値をEd/4とする。
Next, the operation for one phase (U phase) in this prior art will be described.
FIG. 13 shows the relationship between the on / off state of the switches S 1 to S 8 in FIG. 12 and the voltage V UM of the output terminal U observed with reference to the midpoint M of the DC circuit. The switch is on, and “0” is the switch off. Incidentally, the voltage values of the capacitors C 1 -C 4 in FIG. 12 and E d / 4.
この図13に基づいて適切なスイッチをオンオフすることにより、出力電圧VUMの電圧波形は、例えば図8のようになり、平均値が正弦波状の電圧を出力することが可能となる。
この従来技術は、非特許文献1に記載されている如く、一般にダイオードクランプ形5レベルインバータと呼ばれている。この5レベルインバータは、広く普及している2レベルインバータに比べ、出力電圧に含まれる高調波成分が少ない。このため、例えば負荷50を電動機とした場合に、高調波による電動機の発生損失を低減できると共に、出力電圧の変化量が2レベルインバータに比べて少ないことから、電動機に発生するサージ電圧が低減され、サージ電圧に起因する電動機の絶縁劣化を抑制できる、等の多くの利点を有している。
By turning on and off an appropriate switch based on FIG. 13, the voltage waveform of the output voltage V UM becomes, for example, as shown in FIG. 8, and it is possible to output a voltage whose average value is a sine wave.
As described in Non-Patent
さて、図12において、例えば出力電圧VUMがEd/2である場合に、U相電流IUが正(図12における矢印の向きを正とする)方向に流れているとすると、図13からも明らかなように、電流は4個のスイッチS1〜S4に流れることになる。
一般的に半導体素子は、電流が流れると必ず導通損失が発生する。換言すれば、電流が流れる半導体素子の数が多ければ発生損失が多くなるということであり、図12の従来技術では、4個のスイッチS1〜S4に通流することから発生損失が大きくなるという問題があった。また、半導体素子の数として、1相分で考えると、図12ではIGBTが8個、ダイオードが14個で、合計22個となり、3相分ではその3倍にも達するため、低価格化の妨げとなっていた。
In FIG. 12, for example, when the output voltage V UM is E d / 2, the U-phase current I U is flowing in the positive direction (the direction of the arrow in FIG. 12 is positive). As is clear from FIG. 4, current flows through the four switches S 1 to S 4 .
In general, a semiconductor element always generates a conduction loss when a current flows. In other words, the larger the number of semiconductor elements through which current flows, the greater the generated loss. In the prior art of FIG. 12, the generated loss is large because it flows through the four switches S 1 to S 4. There was a problem of becoming. Also, considering the number of semiconductor elements for one phase, in FIG. 12, the number of IGBTs is 8 and the number of diodes is 14, which is a total of 22 pieces. It was a hindrance.
そこで、本発明の解決課題は、従来技術のように出力電圧に含まれる高調波成分が少ないという利点を損なうことなく、半導体素子で発生する損失を低減すると共に、半導体素子の数を減少させて装置全体の低価格化、回路構成の簡略化を可能にした電力変換装置を提供することにある Therefore, the problem to be solved by the present invention is to reduce the loss generated in the semiconductor element and reduce the number of semiconductor elements without losing the advantage that the harmonic component contained in the output voltage is small as in the prior art. The object is to provide a power conversion device capable of reducing the overall cost of the device and simplifying the circuit configuration.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、第1〜第4の半導体スイッチを直列に接続した半導体スイッチ直列回路と、第1,第2のコンデンサの直列回路とを、直流電源にそれぞれ並列に接続し、
双方向の電流を遮断可能で双方向の耐圧を有する第1,第2の双方向スイッチを直列に接続した双方向スイッチ直列回路と、第3のコンデンサとを、前記半導体スイッチ直列回路内の第2,第3の半導体スイッチの直列回路にそれぞれ並列に接続し、
第1,第2のコンデンサの直列接続点と第1,第2の双方向スイッチの直列接続点とを接続し、
第2,第3の半導体スイッチの直列接続点を、出力端子として負荷に接続して構成され、
第1,第2のコンデンサの直列接続点と出力端子との間に、第1のコンデンサ,第2のコンデンサ,第1,第3のコンデンサの直列回路,第2,第3のコンデンサの直列回路,または、第3のコンデンサを接続し、もしくは、第1,第2のコンデンサの直列接続点と出力端子とを接続するように、前記各スイッチのうち所定の2個のスイッチのみをオンさせるものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
A bidirectional switch series circuit in which a first and a second bidirectional switch capable of interrupting bidirectional current and having a bidirectional breakdown voltage are connected in series, and a third capacitor are connected to each other in the semiconductor switch series circuit. 2, connected in parallel to the series circuit of the third semiconductor switch,
Connecting the series connection point of the first and second capacitors and the series connection point of the first and second bidirectional switches;
The series connection point of the second and third semiconductor switches is connected to a load as an output terminal ,
Between the series connection point of the first and second capacitors and the output terminal, the first capacitor, the second capacitor, the series circuit of the first and third capacitors, and the series circuit of the second and third capacitors , Or a third capacitor is connected, or only two of the switches are turned on so that the series connection point of the first and second capacitors and the output terminal are connected It is.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した電力変換装置において、前記各スイッチをオンまたはオフさせることにより、第3のコンデンサの電圧値を、第1,第2のコンデンサの電圧値の和の1/4となるように調整するものである。 According to a second aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the voltage value of the third capacitor is set to the voltage value of the first and second capacitors by turning each switch on or off. It is adjusted so that it becomes 1/4 of the sum .
請求項3に係る発明は、第1,第2の半導体スイッチの直列回路と、第1,第2のコンデンサの直列回路とを、直流電源にそれぞれ並列に接続し、双方向の電流を遮断可能で双方向の耐圧を有する第1,第2の双方向スイッチの直列回路と、第3,第4の半導体スイッチの直列回路と、第5,第6の半導体スイッチの直列回路と、第3のコンデンサとを、それぞれ並列に接続し、第1,第2の半導体スイッチの直列接続点と第3,第4の半導体スイッチの直列接続点とを接続すると共に、第1,第2のコンデンサの直列接続点と第1,第2の双方向スイッチの直列接続点とを接続し、第5,第6の半導体スイッチの直列接続点を、出力端子として負荷に接続したものである。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項3に記載した電力変換装置において、第1,第2のコンデンサの直列接続点と出力端子との間に、第1のコンデンサ,第2のコンデンサ,第1,第3のコンデンサの直列回路,第2,第3のコンデンサの直列回路,または、第3のコンデンサを接続し、もしくは、第1,第2のコンデンサの直列接続点と出力端子とを接続するように、前記各スイッチをオンまたはオフさせるものである。
また、請求項5に係る発明は、請求項3または4に記載した電力変換装置において、前記各スイッチをオンまたはオフさせることにより、第3のコンデンサの電圧値を、第1,第2のコンデンサの電圧値の和の1/4となるように調整するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the power converter according to the third aspect , wherein the first capacitor, the second capacitor, the first capacitor are connected between the series connection point of the first and second capacitors and the output terminal. , A series circuit of third capacitors, a series circuit of second and third capacitors, or a third capacitor, or a series connection point of the first and second capacitors and an output terminal. as such, the a shall turns on or off the switches.
According to a fifth aspect of the present invention, in the power conversion device according to the third or fourth aspect, the voltage value of the third capacitor is changed to the first and second capacitors by turning each switch on or off. It adjusts so that it may become 1/4 of the sum of the voltage value of.
本発明によれば、従来技術よりも少数の半導体素子により、出力電圧に含まれる高調波成分の少ない電力変換装置を構成することができる。このため、損失の低減や装置全体の低価格化、回路構成の簡略化が可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device with few harmonic components contained in an output voltage can be comprised by fewer semiconductor elements than a prior art. For this reason, it is possible to reduce loss, to lower the overall cost of the apparatus, and to simplify the circuit configuration.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の第1実施形態を示す回路図であり、3相インバータの出力1相分(図示例ではU相)のみを示している。
図1において、直流電源Eには、環流ダイオードが逆並列接続されたIGBTからなる半導体スイッチS1〜S4の直列回路と、コンデンサC1,C2の直列回路とが並列に接続されている。また、IGBTを逆並列接続することによって双方向の電流遮断が可能で双方向の耐圧を備えた双方向スイッチS5D,S6Dの直列回路が、スイッチS2,S3の直列回路と並列に接続され、更にコンデンサC3も並列に接続されている。
また、双方向スイッチS5D,S6Dの直列接続点が直流回路の中点(コンデンサC1,C2の直列接続点)Mに接続され、スイッチS2,S3の直列接続点が、負荷(図示せず)に接続される出力端子Uとなっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention, and shows only one phase output (U phase in the illustrated example) of a three-phase inverter.
In FIG. 1, a DC power source E is connected in parallel with a series circuit of semiconductor switches S 1 to S 4 made of an IGBT having anti-reflective diodes connected in antiparallel, and a series circuit of capacitors C 1 and C 2 . . In addition, a series circuit of bidirectional switches S 5D and S 6D capable of bidirectional current interruption and having bidirectional withstand voltage by connecting the IGBTs in anti-parallel is parallel to the series circuit of switches S 2 and S 3. It is connected, and further connected in parallel also the capacitor C 3.
The series connection point of the bidirectional switches S 5D and S 6D is connected to the midpoint of the DC circuit (the series connection point of the capacitors C 1 and C 2 ) M, and the series connection point of the switches S 2 and S 3 is connected to the load The output terminal U is connected to (not shown).
上記構成において、半導体スイッチS1〜S4は請求項1における第1〜第4の半導体スイッチに、コンデンサC1〜C3は第1〜第3のコンデンサに、双方向スイッチS5D,S6Dは第1,第2の双方向スイッチに、それぞれ相当する。
In the above configuration, the semiconductor switches S 1 to S 4 are the first to fourth semiconductor switches in
ここで、直流電源Eの電圧をEd、コンデンサC1の電圧をVC1、コンデンサC2の電圧をVC2、コンデンサC3の電圧をVC3とすると、中点Mから観測した出力電圧VUMと各スイッチS1〜S4,S5D,S6Dのオンオフ状態との関係は、図2のようになる(図2における電流極性等に関する項目は後述する)。
なお、図2では、各スイッチS1〜S4,S5D,S6Dのオンオフ状態に応じた動作モードを、それぞれモード1〜8としてある。
Here, when the voltage of the DC power source E is E d , the voltage of the capacitor C 1 is V C1 , the voltage of the capacitor C 2 is V C2 , and the voltage of the capacitor C 3 is V C3 , the output voltage V observed from the middle point M The relationship between the UM and the on / off states of the switches S 1 to S 4 , S 5D and S 6D is as shown in FIG. 2 (items relating to current polarity and the like in FIG. 2 will be described later).
In FIG. 2, the operation modes corresponding to the on / off states of the switches S 1 to S 4 , S 5D and S 6D are referred to as
この図2に基づいて、図1における適切なスイッチを選択してオンオフすると、出力電圧VUMは、図3に示すように7つの電圧レベル(VC1,VC1−VC3,VC3,0,−VC3,−VC2+VC3,−VC2)を持ち、かつ、平均電圧が正弦波状の波形となる。
図2から判るように、本実施形態では、負荷電流が通過するスイッチの数は常に2個となり、図12の従来技術における通流スイッチの数(4個)と比べて半減するので、損失が低減される。また、図1の回路では、IGBT及びダイオードの個数の合計が12個であり、図12の22個に比べて素子数が大幅に減少するため、低価格化、回路構成の簡略化が可能である。
なお、この実施形態では直流電圧EdをコンデンサC1,C2により分割した構成となっているが、各コンデンサC1,C2に電圧値がEd/2の直流電圧源をそれぞれ接続してもよい。
When an appropriate switch in FIG. 1 is selected and turned on / off based on FIG. 2, the output voltage V UM is changed to seven voltage levels (V C1 , V C1 −V C3 , V C3 , 0 as shown in FIG. 3). , −V C3 , −V C2 + V C3 , −V C2 ), and the average voltage is a sinusoidal waveform.
As can be seen from FIG. 2, in this embodiment, the number of switches through which the load current passes is always two, which is halved compared to the number of current-carrying switches (four) in the prior art in FIG. Reduced. Further, in the circuit of FIG. 1, the total number of IGBTs and diodes is 12, and the number of elements is significantly reduced compared to 22 in FIG. 12, so that the price can be reduced and the circuit configuration can be simplified. is there.
Note that although a configuration in which divided by the capacitor C 1, C 2 the DC voltage E d in this embodiment, the voltage value connected
次に、図4は本発明の第2実施形態を示す回路図であり、第1実施形態と同様に3相インバータの出力1相分(図示例ではU相)のみを示している。
図4において、直流電源Eには、環流ダイオードが逆並列接続されたIGBTからなる半導体スイッチS1,S2の直列回路と、コンデンサC1,C2の直列回路とが並列に接続されている。また、環流ダイオードが逆並列接続されたIGBTからなる半導体スイッチS5,S6の直列回路と、同じく半導体スイッチS7,S8の直列回路と、IGBTを逆並列接続することで双方向の電流遮断が可能で双方向の耐圧を備えた双方向スイッチS3D,S4Dの直列回路とが、全て並列に接続され、更にコンデンサC3も並列に接続されている。
Next, FIG. 4 is a circuit diagram showing the second embodiment of the present invention, and shows only one phase output (U phase in the illustrated example) of the three-phase inverter as in the first embodiment.
In FIG. 4, a DC power source E is connected in parallel with a series circuit of semiconductor switches S 1 and S 2 made of an IGBT to which a freewheeling diode is connected in antiparallel, and a series circuit of capacitors C 1 and C 2 . . In addition, a bidirectional current can be obtained by connecting an IGBT in reverse parallel to a series circuit of semiconductor switches S 5 and S 6 made of an IGBT to which a free-wheeling diode is connected in anti-parallel, and a series circuit of semiconductor switches S 7 and S 8. A series circuit of bidirectional switches S 3D and S 4D that can be shut off and has a bidirectional breakdown voltage is all connected in parallel, and a capacitor C 3 is also connected in parallel.
更に、スイッチS1,S2の直列接続点とスイッチS5,S6の直列接続点とが接続され、コンデンサC1,C2の直列接続点と双方向スイッチS3D,S4Dの直列接続点とが接続されている。そして、スイッチS7,S8の直列接続点が、負荷に接続される出力端子Uとなっている。 Further, the series connection point of the switches S 1 and S 2 and the series connection point of the switches S 5 and S 6 are connected, and the series connection point of the capacitors C 1 and C 2 and the series connection of the bidirectional switches S 3D and S 4D . The dots are connected. The series connection point of the switches S 7 and S 8 is an output terminal U connected to the load.
上記構成において、半導体スイッチS1,S2は請求項2における第1,第2の半導体スイッチに、半導体スイッチS5,S6,S7,S8は第3〜第6の半導体スイッチに、双方向スイッチS3D,S4Dは第1,第2の双方向スイッチに、コンデンサC1〜C3は第1〜第3のコンデンサに相当する。
In the above configuration, the semiconductor switches S 1 and S 2 are the first and second semiconductor switches in
さて、前記同様に直流電源Eの電圧をEd、コンデンサC1の電圧をVC1、コンデンサC2の電圧をVC2、コンデンサC3の電圧をVC3とすると、中点Mから観測した出力電圧VUMと各スイッチS1,S2,S3D,S4D,S5〜S8のオンオフ状態との関係は、図5のようになる(図5における電流極性等に関する項目は後述する)。
なお、図5では、各スイッチS1,S2,S3D,S4D,S5〜S8のオンオフ状態に応じた動作モードを、それぞれモード1〜12としてある。
As described above, when the voltage of the DC power source E is E d , the voltage of the capacitor C 1 is V C1 , the voltage of the capacitor C 2 is V C2 , and the voltage of the capacitor C 3 is V C3 , the output observed from the middle point M The relationship between the voltage V UM and the on / off states of the switches S 1 , S 2 , S 3D , S 4D , and S 5 to S 8 is as shown in FIG. 5 (items relating to current polarity and the like in FIG. 5 will be described later). .
In FIG. 5, the operation modes corresponding to the on / off states of the switches S 1 , S 2 , S 3D , S 4D , and S 5 to S 8 are referred to as
この図5に基づいて、図4における適切なスイッチを選択してオンオフすると、出力電圧VUMは、図6に示すように9つの電圧レベル(VC1+VC3,VC1,VC1−VC3,VC3,0,−VC3,−VC2+VC3,−VC2,−VC2−VC3)を持ち、かつ、平均電圧が正弦波状の波形となる。
図5から判るように、本実施形態では、負荷電流が通過するスイッチの数は常に2個または3個となり、図12の従来技術における通流スイッチの数(4個)と比べて減少するので、損失が低減される。また、図4の回路によれば、IGBT及びダイオードの個数の合計が16個であり、図1の回路に比べると多くなるが、図12の22個よりも減少するため、従来よりも低価格化、回路構成を簡略化することができる。
この実施形態においても、各コンデンサC1,C2に電圧値がEd/2の直流電圧源をそれぞれ接続してもよい。
When an appropriate switch in FIG. 4 is selected and turned on / off based on FIG. 5, the output voltage V UM is changed to nine voltage levels (V C1 + V C3 , V C1 , V C1 −V C3 as shown in FIG. 6). , V C3 , 0, −V C3 , −V C2 + V C3 , −V C2 , −V C2 −V C3 ), and the average voltage is a sinusoidal waveform.
As can be seen from FIG. 5, in this embodiment, the number of switches through which the load current passes is always two or three, which is smaller than the number of current-carrying switches (four) in the prior art of FIG. 12. , Loss is reduced. Further, according to the circuit of FIG. 4, the total number of IGBTs and diodes is 16, which is larger than that of the circuit of FIG. 1, but is lower than 22 of FIG. And circuit configuration can be simplified.
Also in this embodiment, a DC voltage source having a voltage value of E d / 2 may be connected to each of the capacitors C 1 and C 2 .
次いで、図7は図1に示した第1実施形態の電力変換装置を制御するための制御ブロック図である。この図7の説明に先立ち、コンデンサC3の電圧を制御しつつ複数の電圧レベルを出力させる原理について以下に説明する。 Next, FIG. 7 is a control block diagram for controlling the power converter of the first embodiment shown in FIG. Prior to the description of FIG. 7 will be described below principle of outputting a plurality of voltage levels while controlling the voltage of the capacitor C 3.
まず、図1におけるコンデンサC1,C2の電圧がEd/2である状態で、適切なスイッチをオンオフすることによりコンデンサC3を充放電させ、コンデンサC3の電圧VC3をEd/4に制御した場合、各スイッチのオンオフ状態に応じた出力電圧VUMは、前述した図2における出力電圧VUMの欄の右側に示す値、すなわち、Ed/2,Ed/4,0,−Ed/4,−Ed/2となる。
従って、図2に基づいて所定のスイッチをオンオフすることにより、出力電圧VUMは、図8に示すように、5つの電圧レベル(Ed/2,Ed/4,0,−Ed/4,−Ed/2)を持ち、かつ、平均電圧が正弦波状の波形となる。
First, in a state where the voltages of the capacitors C 1 and C 2 in FIG. 1 are E d / 2, the capacitor C 3 is charged and discharged by turning on and off an appropriate switch, and the voltage V C3 of the capacitor C 3 is changed to E d / 2. 4, the output voltage V UM according to the on / off state of each switch is the value shown on the right side of the column of the output voltage V UM in FIG. 2, that is, E d / 2, E d / 4, 0 , −E d / 4, −E d / 2.
Therefore, by turning on and off a predetermined switch based on FIG. 2, the output voltage V UM is changed to five voltage levels (E d / 2, E d / 4, 0, −E d / 4, -E d / 2), and the average voltage is a sinusoidal waveform.
なお、図2における「電流極性」は、負荷電流iUの極性であり、図1における矢印の方向を+としてある。また、各モードの右端に記した「c」,「d」は、そのモードにおける各スイッチのオンオフにより、電流極性に応じてコンデンサC3が充電(「c」)または放電(「d」)することを示している。 Incidentally, "the current polarity" in FIG. 2 is a polarity of the load current i U, is the direction of the arrow in FIG. 1 as +. In addition, “c” and “d” written at the right end of each mode are charged (“c”) or discharged (“d”) by the capacitor C 3 according to the current polarity by turning on / off each switch in that mode. It is shown that.
図2によれば、例えば出力電圧VUMとしてEd/4を得るためには、モード2またはモード3の何れかを選択すれば良いことが判る。すなわち、電流極性及びコンデンサC3の電圧VC3に応じて、モード2またはモード3の何れかを選択すれば、コンデンサC3を充電または放電することが可能になり、コンデンサC3の電圧VC3をEd/4に調整しつつ、出力電圧VUMとしてEd/4を負荷に供給することが可能になる。
As can be seen from FIG. 2, for example, in order to obtain E d / 4 as the output voltage V UM , either
前述した図4の第2実施形態についても、同様なことが言える。
つまり、各スイッチのオンオフ状態、出力電圧、コンデンサC3の充放電及び電流極性の関係は図5のように整理することができる。例えば、出力電圧VUMとしてEd/4を得るためには、電流極性とコンデンサC3の電圧VC3に応じて、モード4またはモード5の何れか選択すれば、コンデンサC3の電圧VC3をEd/4に調整しつつ、出力電圧VUMとしてEd/4を負荷に供給することができる。
The same applies to the second embodiment of FIG. 4 described above.
That is, on-off states of the switches, the output voltage, charge and discharge, and current polarity relationships of the capacitor C 3 can be arranged as shown in FIG. 5. For example, in order to obtain the E d / 4 as the output voltage V UM in accordance with the voltage V C3 of the current polarity and the capacitor C 3, by selecting one of the
なお、図1の第1実施形態では、出力可能な電圧の絶対値の最大値がEd/2であるのに対し、図4の第2実施形態では3Ed/4となる。また、前述した如く、コンデンサC3の電圧をEd/4とした場合、図1では5つの電圧レベルを出力可能であるのに対し、図4では7つの電圧レベルを出力可能である。 In the first embodiment of FIG. 1, the maximum absolute value of the voltage that can be output is E d / 2, whereas in the second embodiment of FIG. 4, it is 3 E d / 4. Further, as described above, when the voltage of the capacitor C 3 is E d / 4, five voltage levels can be output in FIG. 1, whereas seven voltage levels can be output in FIG.
次に、図7の制御ブロック図に基づき、図1に示した第1実施形態の電力変換装置を制御する方法を説明する。
図7において、三角波Tri1〜Tri4は、振幅(ピーク−ピーク値)が1/2であり、また、各三角波の直流成分(オフセット)は、それぞれ3/4,1/4,−1/4,−3/4である。
また、比較器61は、電圧指令値VU *と三角波Tri1〜Tri4とをそれぞれ比較し、図9に示す論理に基づき、電力変換装置の5レベルの出力電圧Ed/2,Ed/4,0,−Ed/4,−Ed/2を決定する。
Next, a method for controlling the power conversion apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described based on the control block diagram of FIG.
In FIG. 7, the triangular waves Tri 1 to Tri 4 have an amplitude (peak-peak value) of 1/2, and the DC components (offsets) of the triangular waves are 3/4, 1/4, −1 / 4, -3/4.
Further, the
図7の比較器62は、コンデンサC3の電圧VC3がその指令値Ed/4に等しくなったことを検出するためのものであり、この比較器62にはヒステリシス特性を持たせても良い。
また、比較器63は、負荷電流iUの極性を検出するためのものである。
The
Further, the
図7のオンオフスイッチ選択部70は、比較器61,62,63の出力に基づき、図2に従ってスイッチS1〜S6Dのうちの適切なスイッチをオンオフするように駆動信号を出力する。
例えば、出力電圧VUMをEd/4とする場合、コンデンサC3の電圧が指令値Ed/4よりも低く、かつ、負荷電流iUの極性が正である時には、図2に基づいてモード2を選択し、コンデンサC3を充電しつつEd/4を出力する。
また、図2によれば、出力電圧VUMを0とする場合には、モード4及びモード5の何れかを選択可能であるが、一方のモードのみを選択すると特定のスイッチに損失が偏るため、図7のオンオフスイッチ選択部70では、モード4及びモード5を交互に選択する等の方法により、特定のスイッチに損失が偏るのを防止することもできる。
The on / off
For example, when the output voltage V UM is E d / 4, when the voltage of the capacitor C 3 is lower than the command value E d / 4 and the polarity of the load current i U is positive, based on FIG.
According to FIG. 2, when the output voltage V UM is set to 0, either
以上に説明した制御方法は図1の第1実施形態に係る電力変換装置を対象としたものであるが、図4の第2実施形態に係る電力変換装置についても同様である。
すなわち、図7のオンオフスイッチ選択部70が、第1実施形態では図2に基づいてオンオフするスイッチを選択するのに対し、第2実施形態では、図5に基づいてオンオフするスイッチを選択すれば良い。
The control method described above is intended for the power conversion device according to the first embodiment of FIG. 1, but the same applies to the power conversion device according to the second embodiment of FIG. 4.
That is, the on / off
次いで、図10は、前述した第1実施形態を用いた単相インバータの構成図である。この場合、コンデンサC1,C2の直列接続点である中点Mと、スイッチS2,S3の直列接続点である出力端子Uとの間に単相の負荷51が接続される。
また、図11は、第1実施形態を用いた3相インバータの構成図である。同図において、80UはU相ユニット、80VはV相ユニット、80WはW相ユニットであり、各ユニットの構成は実質的に図1,図10と同一である。ここで、S1U〜S4U,S1V〜S4V,S1W〜S4Wは半導体スイッチ、S5UD,S6UD,S5VD,S6VD,S5WD,S6WDは双方向スイッチ、C3U,C3V,C3Wはコンデンサを示す。
この回路では、スイッチS2U,S3Uの直列接続点、同S2V,S3Vの直列接続点、同S2W,S3Wの直列接続点を3相の出力端子U,V,Wとして3相の負荷50が接続される。
なお、図4の第2実施形態についても、同様にして単相インバータ、3相インバータを構成することができる。
Next, FIG. 10 is a configuration diagram of a single-phase inverter using the first embodiment described above. In this case, a single-
FIG. 11 is a configuration diagram of a three-phase inverter using the first embodiment. In this figure, 80U is a U-phase unit, 80V is a V-phase unit, and 80W is a W-phase unit, and the configuration of each unit is substantially the same as in FIGS. Here, S 1U ~S 4U, S 1V ~S 4V, S 1W ~S 4W semiconductor switches, S 5UD, S 6UD, S 5VD, S 6VD, S 5WD, S 6WD bidirectional switch, C 3U, C 3V and C3W indicate capacitors.
In this circuit, three-phase output terminals U, V, and W are used as a series connection point of switches S 2U and S 3U, a series connection point of S 2V and S 3V, and a series connection point of S 2W and S 3W. The
In addition, also about 2nd Embodiment of FIG. 4, a single phase inverter and a 3 phase inverter can be comprised similarly.
S1〜S8,S1U〜S4U,S1V〜S4V,S1W〜S4W:半導体スイッチ
S3D,S4D,S5D,S6D,S5UD,S6UD,S5VD,S6VD,S5WD,S6WD:双方向スイッチ
D1〜D6:ダイオード
C1〜C4,C3U,C3V,C3W:コンデンサ
E:直流電源
M:中点
U,V,W:出力端子
10U,80U:U相ユニット
10V,80V:V相ユニット
10W,80W:W相ユニット
50,51:負荷
61〜63:比較器
70:オンオフスイッチ選択部
S 1 ~S 8, S 1U ~S 4U, S 1V ~S 4V, S 1W ~S 4W: the semiconductor switch S 3D, S 4D, S 5D , S 6D, S 5UD, S 6UD, S 5VD, S 6VD, S 5WD, S 6WD: bidirectional switch D 1 to D 6: diode C 1 ~C 4, C 3U, C 3V, C 3W: capacitor E: DC power supply M: middle U, V, W:
Claims (5)
双方向の電流を遮断可能で双方向の耐圧を有する第1,第2の双方向スイッチを直列に接続した双方向スイッチ直列回路と、第3のコンデンサとを、前記半導体スイッチ直列回路内の第2,第3の半導体スイッチの直列回路にそれぞれ並列に接続し、
第1,第2のコンデンサの直列接続点と第1,第2の双方向スイッチの直列接続点とを接続し、
第2,第3の半導体スイッチの直列接続点を、出力端子として負荷に接続して構成され、
第1,第2のコンデンサの直列接続点と出力端子との間に、第1のコンデンサ,第2のコンデンサ,第1,第3のコンデンサの直列回路,第2,第3のコンデンサの直列回路,または、第3のコンデンサを接続し、もしくは、第1,第2のコンデンサの直列接続点と出力端子とを接続するように、前記各スイッチのうち所定の2個のスイッチのみをオンさせることを特徴とする電力変換装置。 A semiconductor switch series circuit in which the first to fourth semiconductor switches are connected in series and a series circuit of the first and second capacitors are connected in parallel to the DC power supply,
A bidirectional switch series circuit in which a first and a second bidirectional switch capable of interrupting bidirectional current and having a bidirectional breakdown voltage are connected in series, and a third capacitor are connected to each other in the semiconductor switch series circuit. 2, connected in parallel to the series circuit of the third semiconductor switch,
Connecting the series connection point of the first and second capacitors and the series connection point of the first and second bidirectional switches;
The series connection point of the second and third semiconductor switches is connected to a load as an output terminal ,
Between the series connection point of the first and second capacitors and the output terminal, the first capacitor, the second capacitor, the series circuit of the first and third capacitors, and the series circuit of the second and third capacitors , Or connect a third capacitor, or turn on only two of the switches so that the series connection point of the first and second capacitors and the output terminal are connected. The power converter characterized by this.
前記各スイッチをオンまたはオフさせることにより、第3のコンデンサの電圧値を、第1,第2のコンデンサの電圧値の和の1/4となるように調整することを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device according to claim 1,
A power converter that adjusts the voltage value of the third capacitor to be ¼ of the sum of the voltage values of the first and second capacitors by turning each switch on or off. .
双方向の電流を遮断可能で双方向の耐圧を有する第1,第2の双方向スイッチの直列回路と、第3,第4の半導体スイッチの直列回路と、第5,第6の半導体スイッチの直列回路と、第3のコンデンサとを、それぞれ並列に接続し、
第1,第2の半導体スイッチの直列接続点と第3,第4の半導体スイッチの直列接続点とを接続すると共に、第1,第2のコンデンサの直列接続点と第1,第2の双方向スイッチの直列接続点とを接続し、
第5,第6の半導体スイッチの直列接続点を、出力端子として負荷に接続したことを特徴とする電力変換装置。 A series circuit of the first and second semiconductor switches and a series circuit of the first and second capacitors are respectively connected in parallel to the DC power source,
A series circuit of first and second bidirectional switches capable of interrupting bidirectional current and having bidirectional breakdown voltage; a series circuit of third and fourth semiconductor switches; and a fifth circuit and a sixth semiconductor switch. A series circuit and a third capacitor are respectively connected in parallel,
The series connection point of the first and second semiconductor switches and the series connection point of the third and fourth semiconductor switches are connected, and both the series connection point of the first and second capacitors and the first and second points are connected. Connected to the series connection point of
A power conversion device , wherein the series connection point of the fifth and sixth semiconductor switches is connected to a load as an output terminal .
第1,第2のコンデンサの直列接続点と出力端子との間に、第1のコンデンサ,第2のコンデンサ,第1,第3のコンデンサの直列回路,第2,第3のコンデンサの直列回路,または、第3のコンデンサを接続し、もしくは、第1,第2のコンデンサの直列接続点と出力端子とを接続するように、
前記各スイッチをオンまたはオフさせることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device according to claim 3 ,
Between the series connection point of the first and second capacitors and the output terminal, the first capacitor, the second capacitor, the series circuit of the first and third capacitors, and the series circuit of the second and third capacitors Or a third capacitor is connected, or a series connection point of the first and second capacitors and an output terminal are connected,
The power converter according to claim Rukoto each switch is turned on or off.
前記各スイッチをオンまたはオフさせることにより、第3のコンデンサの電圧値を、第1,第2のコンデンサの電圧値の和の1/4となるように調整することを特徴とする電力変換装置。A power converter that adjusts the voltage value of the third capacitor to be ¼ of the sum of the voltage values of the first and second capacitors by turning each switch on or off. .
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