JP5780907B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、高電圧の電力を変換するモーター駆動用インバータや周波数変換装置などに適用される電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device applied to a motor drive inverter, a frequency conversion device, or the like that converts high voltage power.
従来の技術として、3レベルの電圧を出力する変換装置として、ダイオードクランプ回路を用いた変換装置、中性点スイッチを用いた変換装置は、論文等で開示されている。これら回路の基本構成を図13、14に示す。 As a conventional technique, a conversion device using a diode clamp circuit and a conversion device using a neutral point switch as a conversion device that outputs a three-level voltage are disclosed in papers and the like. The basic configuration of these circuits is shown in FIGS.
まず、従来技術の動作を図13を用いて説明する。 First, the operation of the prior art will be described with reference to FIG.
図13は、電力変換器の1相分の構成を示すものであり、単相出力ではこの構成を1組(ハーフブリッジ単相出力回路)あるいは2組(フルブリッジ単相出力回路)用い、三相出力では3組用いる。Uは電力変換器の交流出力であり、レグ1内の半導体101〜104のオンオフにより、直流回路2により維持される直流電圧+E、0、−Eの3つのレベルの電圧が出力される。その電圧ステップの幅をPWM制御により調整し、所望の周波数・電圧の交流電圧を負荷に与える。
FIG. 13 shows the configuration of one phase of the power converter. For single-phase output, this configuration is used in one set (half-bridge single-phase output circuit) or two sets (full-bridge single-phase output circuit). Three sets are used for phase output. U is an AC output of the power converter, and three levels of voltages, DC voltages + E, 0, and −E, maintained by the
U相に+Eの電圧を出力する場合は、半導体素子101、102をオンする。0電圧を出力するには、半導体素子102、103をオンする。この状態では、ダイオードクランプ回路3を通じて、直流中性点Cと交流出力端子Uとが接続する。−Eの電圧を出力する場合は、半導体素子103、104をオンする。このようにして、3つのレベルの電圧が出力される。
When outputting + E voltage to the U phase, the
次に、他の従来技術を図14を用いて説明する。 Next, another conventional technique will be described with reference to FIG.
図14は、電力変換器の1相分の構成を示すものであり、単相出力では上記同様にこの構成を1組(ハーフブリッジ単相出力回路)あるいは2組(フルブリッジ単相出力回路)用い、三相出力では3組用いる。動作は、図13の例とほぼ同様であるが、0電圧を出力するには、中性点スイッチ6をオンすることで、直流中性点Cと交流出力端子Uとを接続する点が異なる。従来技術を示す図13の構成では、中性点スイッチをダイオード301、302とトランジスタ102、103をそれぞれ直列した回路を並列接続して構成しているが、図14のようにダイオードとトランジスタを逆並列接続した構成6A、6Bを直列接続しても、同じ機能が実現される。一般的なIGBT素子は、トランジスタとダイオードが逆並列接続されているので、それを用いてスイッチを構成するのが実用的である。したがって図14では、IGBTを互いに逆方向に向けて直列接続することでスイッチを構成した例を示した。
FIG. 14 shows the configuration for one phase of the power converter. For single-phase output, this configuration is similarly set to one set (half-bridge single-phase output circuit) or two sets (full-bridge single-phase output circuit). Use three sets for three-phase output. The operation is almost the same as the example of FIG. 13 except that the DC neutral point C and the AC output terminal U are connected by turning on the
これらの技術に用いられる半導体素子として、実用的に使われるのは自励式(自己消弧可能な)IGBT素子などであり、経済的に入手できる半導体素子の電圧定格は、千V程度のものが多く、これらの技術は、数百V程度の出力の電力変換器に適用されている。 As a semiconductor element used in these technologies, a self-excited (self-extinguishing) IGBT element or the like is practically used, and an economically available semiconductor element has a voltage rating of about 1000 V. Many of these techniques are applied to power converters having an output of about several hundred volts.
省エネ及びCO2削減などのため、ポンプやファンの電動機をインバータで可変速駆動する技術が広く用いられている。しかし、それらのインバータは、先に説明した理由から定格電圧が数百V程度のものが大半であり、大規模なプラントなどで用いられる高電圧電動機は、複数の低電圧インバータを変圧器を介して直列接続した構成のインバータを適用している。しかし、このような構成では、変圧器を必要とすることから、重量や寸法が大きくなり、据付場所などの制約が大きいなどの問題があった。 In order to save energy and reduce CO 2, a technology for driving a pump or a fan motor at a variable speed with an inverter is widely used. However, most of these inverters have a rated voltage of about several hundred volts for the reasons described above. High voltage motors used in large-scale plants and the like have a plurality of low voltage inverters connected via transformers. Inverter connected in series. However, in such a configuration, since a transformer is required, there are problems such as an increase in weight and size and a large restriction on an installation location.
実施形態は上記課題を解決するため、半導体素子の直列構成を中心的な構成とし、変圧器を使用することなく高電圧及び多出力レベルを扱える電力変換器を提供する。 In order to solve the above-described problem, the embodiment provides a power converter capable of handling high voltages and multiple output levels without using a transformer, with a series configuration of semiconductor elements as a central configuration.
上記課題を解決する手段の一例は下記のとおりである。 An example of means for solving the above problems is as follows.
高電圧を扱うため、電圧形変換器のレグを複数の半導体素子の直列接続で構成する。経済性に考慮し同一定格の半導体素子を用いる。また、直流回路も高電圧となるので、直流コンデンサの直列接続で構成する。この構成において、レグを構成する半導体素子相互間の接続点と、直流コンデンサ相互間の接続点を、レグを構成する半導体素子と同じ定格を有する半導体素子から構成されるスイッチにより接続する構成とする。直流回路の直列接続されたコンデンサの数に応じたレベル数の出力電圧が発生される。 In order to handle a high voltage, the legs of the voltage source converter are configured by connecting a plurality of semiconductor elements in series. Considering economic efficiency, use semiconductor elements with the same rating. Further, since the DC circuit also has a high voltage, it is configured by connecting DC capacitors in series. In this configuration, the connection point between the semiconductor elements constituting the leg and the connection point between the DC capacitors are connected by a switch composed of a semiconductor element having the same rating as the semiconductor element constituting the leg. . The output voltage of the number of levels corresponding to the number of capacitors connected in series in the DC circuit is generated.
すなわち、実施形態に係る電力変換装置は、ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子として構成され、複数の同一電圧定格のコンデンサが2n個(nは自然数)直列接続された直流回路と、複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグと、前記正及び負の直流母線からそれぞれ数えてk番目(kは自然数)と(k+1)番目のコンデンサの相互接続点と、k番目と(k+1)番目の半導体素子の相互接続点との間に直列に接続されるk個の半導体素子で構成されたスイッチと、レグの中点から正および負の母線側に共にn番目と(n+1)番目の半導体素子の相互接続点の間に直列接続された同一方向及び偶数個のダイオードを含み、前記偶数個のダイオードの中点が前記直流回路の中性点に接続されたダイオードクランプ回路とを具備する。 That is, in the power conversion device according to the embodiment, a circuit element composed of an anti-parallel connection of a diode and a switching element is configured as a semiconductor element, and a plurality of 2n capacitors (n is a natural number) having the same voltage rating are connected in series. A circuit and a series circuit in which 4n semiconductor elements having the same voltage rating are connected in series, the leg being connected in parallel with the DC circuit by a positive and negative bus, and the positive and negative DC bus K semiconductors connected in series between the interconnection point of the kth (k is a natural number) and (k + 1) th capacitors and the interconnection point of the kth and (k + 1) th semiconductor elements, respectively. Switches in the same direction and even number connected in series between the interconnection points of the nth and (n + 1) th semiconductor elements, both on the positive and negative buses from the middle point of the leg It includes a diode midpoint of the even number of diodes comprises a diode clamp circuit connected to the neutral point of the DC circuit.
以下、実施形態の構成及び作用を図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は第1実施形態に係る電圧形自励式の電力変換装置の構成を示す図である。図1は直流コンデンサを6つ直列接続した構成を示す。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a voltage source self-excitation power converter according to the first embodiment. FIG. 1 shows a configuration in which six DC capacitors are connected in series.
直流電圧が全体では、+3E、−3Eと高い電圧になるため、その電圧に見合うよう半導体素子の直列数を定める。各コンデンサの容量及び定格電圧は同一で、「E」はコンデンサの定格電圧を示す。図1では、スイッチング素子(IGBT等)及びダイオードを逆並列接続した12個の半導体素子101〜112を直列して、レグ1を構成する。本明細書では、このスイッチング素子及びダイオードを逆並列接続した回路要素を半導体素子と呼ぶ。ダイオードクランプ回路3を構成するダイオードも電圧に合わせ直列構成としている。電圧定格の高いダイオードを1つで構成しても良い。
Since the DC voltage as a whole is as high as + 3E and -3E, the number of series of semiconductor elements is determined so as to meet the voltage. The capacitance and rated voltage of each capacitor are the same, and “E” indicates the rated voltage of the capacitor. In FIG. 1, a
レグ1、ダイオードクランプ回路3を用いることで、従来と同様、交流出力端子Uに、+3E、0、−3Eの3つの電圧レベルを出力可能である。しかし、負荷から見ると、レグのスイッチングに伴う電圧レベルの変化が3Eと大きくなり、ケーブルでの反射による電圧サージなどが発生することがある。つまり出力電圧波形と、負荷を反射した電圧波形が重畳して過電圧が発生し、負荷にとってはストレスが大きくなるおそれがある。
By using the
そこで図1においては、半導体素子101と102との接続点A、直流コンデンサ201と202との接続点Bの間をスイッチ41で接続し、半導体素子102と103との接続点C’、直流コンデンサ202と203との接続点Dの間をスイッチ42で接続し、半導体素子110と111との接続点E’、直流コンデンサ204と205との接続点Fの間をスイッチ43で接続し、半導体素子111と112との接続点G、直流コンデンサ205と206との接続点Hの間をスイッチ44で接続する。このような構成とすることで、直流コンデンサ電圧Eの+2E、+E、−E、−2Eが、交流出力端子Uに発生でき、+3E、+2E、+E、0、−E、−2E、−3Eという7レベルの電圧を出力できる。これにより、スイッチングに伴う電圧変化はEとなるので、負荷の電圧ストレスは小さくなる。
Therefore, in FIG. 1, the connection point A between the
7レベルの電圧の出力は、次のように行う。+3Eの出力は、半導体素子101〜106を全てオンし、他の半導体素子をオフする(以下、冗長な説明を避けるため、オンする半導体素子またはスイッチのみを示し、他の半導体素子またはスイッチをオフする記載は省略する)。+2Eの出力は、スイッチ41と半導体素子102〜106をオンする。+Eの出力は、スイッチ42と半導体素子103〜106をオンする。0の出力は、半導体素子104〜109をオンしダイオードクランプ回路3経由で中性点Cと交流出力端子Uを接続する。−Eの出力は、スイッチ43と半導体素子107〜110をオンする。−2Eの出力は、半導体素子107〜111とスイッチ44をオンする。−3Eの出力は、半導体素子107〜112を全てオンする。尚、以上のようなスイッチングのシーケンスはルックアップテーブル等で行い、パルス幅はPWM等を用いて決定される。
The 7-level voltage is output as follows. The output of + 3E turns on all the
ここで、スイッチ41〜44は、レグとの接続点を適宜選定することで、レグを構成する半導体素子と同じ電圧定格の半導体素子、かつ一方向性の半導体素子で構成することができる。つまり、例えば+3Eを出力している場合、スイッチ41のコレクタ電位は+3E、エミッタ電位は+2Eであるので、スイッチ41の端子間には電圧Eがかかる。ここで、レグを構成する半導体素子は、電圧Eを扱えるものが用いられているので、同じ半導体素子が適用できる。次に、+Eを出力している場合は、スイッチ41のエミッタ電位は+2Eで、交流出力端子Uは+Eであり、スイッチ41と半導体素子102にて+Eの電圧を背負う。0を出力している場合は、スイッチ41のエミッタ電位は+2Eで、交流出力端子Uは0であり、スイッチ41と半導体素子102、103にて+2Eの電圧を背負う。いずれも半導体素子1つあたりの電圧はE以下である。スイッチ42〜44についても同様である。
Here, the
また、別の観点から言えば、図1に示した接続構成とすることで、レグを構成する半導体素子の直列数を有効に活用、すなわち高耐圧及び多レベル出力を実現できる。 From another point of view, the connection configuration shown in FIG. 1 makes it possible to effectively use the series number of semiconductor elements constituting the leg, that is, to realize a high breakdown voltage and multilevel output.
図1では、半導体素子1つで、対応する直流コンデンサ電圧Eを扱えるものとして、直列数を12個で説明した。直流コンデンサ電圧を2つの半導体素子の直列構成で扱うなど、直列数が更に増加しても、同様である。また図1では、直流電圧レベルを7で説明したが、同様な考えで更に高電圧多レベルの電力変換装置を実現できる。 In FIG. 1, the number of series is described as 12 because one semiconductor element can handle the corresponding DC capacitor voltage E. The same applies even if the number of series increases further, such as when the DC capacitor voltage is handled in a series configuration of two semiconductor elements. In FIG. 1, the DC voltage level is described as 7. However, a high voltage multi-level power conversion device can be realized with the same idea.
以上のように本実施形態に係る電力変換装置は、ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子とし、複数の同一電圧定格のコンデンサ201〜206が2n個(図1ではn=3)直列接続された直流回路2と、複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグ1と、前記正及び負の直流母線P、Nから数えてk番目(kは自然数)と(k+1)番目のコンデンサの相互接続点と、k番目と(k+1)番目の半導体素子の相互接続点との間に直列に接続されるk個の半導体素子で構成されたスイッチ41〜44と、レグの中点から正および負の母線側に共にn番目と(n+1)番目の半導体素子の相互接続点の間に直列接続された同一方向及び偶数個のダイオード301〜306を含み、前記偶数個のダイオードの中点が前記直流回路の中性点Cに接続されたダイオードクランプ回路3とを具備する。
As described above, in the power conversion device according to the present embodiment, the circuit element formed of the antiparallel connection of the diode and the switching element is a semiconductor element, and there are
(効果)
本実施形態によれば、電力変換器の扱う電圧を高くするだけではなく、出力電圧レベルを増加させることができ、より滑らかな電圧出力が可能な電力変換装置を提供できる。
(effect)
According to this embodiment, not only the voltage handled by the power converter can be increased, but also the output voltage level can be increased, and a power converter capable of smoother voltage output can be provided.
[第2実施形態]
(構成)
図2は第2実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態は、図1のダイオードクランプ回路3の代わりに、中性点スイッチ6を用いた構成である。
[Second Embodiment]
(Constitution)
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the second embodiment. In this embodiment, a
中性点スイッチ6は、従来は異なり、扱う直流電圧が高くなるので、スイッチ61、62の直列接続から構成されている。また、スイッチ61、62は夫々、半導体素子61A、61Bおよび62A、62Bから構成されている。これらの半導体素子は、レグを構成する半導体素子と同じ電圧定格の半導体素子を適用できる。
Unlike the prior art, the
(作用)
図2では、直流コンデンサを4つ直列接続した構成を示す。直流電圧が全体では、+2E、−2Eと高い電圧になるため、その電圧に見合うよう半導体素子の直列数を定める。図2では、101〜108の8つの半導体素子を直列して、レグ1を構成する。半導体素子101と102との接続点I、直流コンデンサ201と202との接続点Jの間をスイッチ41で接続し、半導体素子107と108との接続点K、直流コンデンサ203と204との接続点Lの間をスイッチ42で接続する。+2Eの出力は、半導体素子101〜104を全てオンする。+Eの出力は、スイッチ41と半導体素子102〜104をオンする。0の出力は、中性点スイッチ6をオンにする。−Eの出力は、半導体素子105〜107とスイッチ42をオンする。−2Eの出力は、半導体素子105〜108を全てオンする。
(Function)
FIG. 2 shows a configuration in which four DC capacitors are connected in series. Since the DC voltage as a whole is as high as + 2E and -2E, the series number of semiconductor elements is determined so as to meet the voltage. In FIG. 2, the
図2に示す箇所にスイッチを接続することで、スイッチ41、42のように、一方向性半導体素子でスイッチを構成でき、またレグを構成する半導体素子の直列数を有効に活用できる。
By connecting the switches to the locations shown in FIG. 2, the switches can be configured with unidirectional semiconductor elements like the
以上のように本実施形態に係る電力変換装置は、ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子とし、複数の同一電圧定格のコンデンサ201〜204が2n個(nは自然数)直列接続された直流回路2と、複数の同一電圧定格の半導体素子101〜108を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグ1と、前記直流回路2の中性点とレグ中点の間に接続され、2n個の同一電圧定格の半導体素子が直列接続された中性点スイッチ6と、前記正及び負の直流母線P、Nから数えてk番目(本例ではk=1)と(k+1)番目のコンデンサの相互接続点と、k番目と(k+1)番目の半導体素子の相互接続点との間に直列に接続されるk個の半導体素子で構成されたコンデンサ・レグ間スイッチ41、42とを具備する。
As described above, in the power conversion device according to the present embodiment, the circuit element formed of the anti-parallel connection of the diode and the switching element is a semiconductor element, and
(効果)
第2実施形態によれば、電力変換器の扱う電圧を高くするだけではなく、出力電圧レベルを増加させることができ、より滑らかな電圧出力が可能な電力変換装置を提供できる。
(effect)
According to the second embodiment, it is possible not only to increase the voltage handled by the power converter, but also to increase the output voltage level and to provide a power converter that can output a smoother voltage.
また、図2では中性点スイッチ61、62をIGBTの逆直列接続で構成する例を示したが、逆方向阻止ができる半導体素子(例えばIGBTとダイオードの直列回路)を、電流方向を逆にして並列に接続しても良いし、またダイオードブリッジとIGBTとの組合せで構成するなど、他の等価な回路構成としてもかまわない。 In addition, FIG. 2 shows an example in which the neutral point switches 61 and 62 are configured by the reverse series connection of the IGBT. However, a semiconductor element (for example, a series circuit of an IGBT and a diode) that can prevent the reverse direction is reversed in the current direction. May be connected in parallel, or may be another equivalent circuit configuration such as a combination of a diode bridge and an IGBT.
[第3実施形態]
(構成)
図3は第3実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態は、図1のダイオードクランプ回路の代わりに、中性点スイッチ6を用いた他の構成である。
[Third embodiment]
(Constitution)
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the third embodiment. The present embodiment is another configuration in which a
中性点スイッチ6は、前述の図12の構成とは異なり、扱う直流電圧が高くなるので、スイッチ61、62、63の直列接続から構成されている。スイッチの構成は図2と同様である。
Unlike the configuration of FIG. 12 described above, the
(作用)
図3において、交流電圧出力端子Uに0を出力する場合は、中性点スイッチ6をオンすることが図1の場合と異なるが、その他の動作と作用は図1の回路と同様である。
(Function)
In FIG. 3, when 0 is output to the AC voltage output terminal U, the
図3に示す箇所にスイッチ41、44を接続することで、一方向性半導体素子でスイッチを構成でき、またレグを構成する半導体素子の直列数を有効に活用できることは、図1の例と同様である。
Similar to the example of FIG. 1, by connecting the
(効果)
第3実施形態によれば、図1の実施形態と同様、電力変換器の扱う電圧を更に高くするだけではなく、出力電圧レベルを増加させることができ、より滑らかな電圧出力が可能な電力変換装置を提供できる。
(effect)
According to the third embodiment, as in the embodiment of FIG. 1, not only the voltage handled by the power converter is further increased, but also the output voltage level can be increased, and power conversion capable of smoother voltage output is possible. Equipment can be provided.
尚、図2、図3では、直流電圧レベルを5レベル、7レベルで説明したが、同様な考えで、更に高電圧多レベルの電力変換装置を実現できる。 2 and 3, the DC voltage level is described as being at the 5th level and the 7th level. However, a power converter having a higher voltage and multilevel can be realized with the same idea.
[第4実施形態]
(構成)
図4は第4実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
[Fourth embodiment]
(Constitution)
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the fourth embodiment.
高電圧を扱うため、前述した図14の電圧形変換器のレグおよび中性点スイッチを複数の半導体素子の直列接続で構成する。経済性に考慮し、定格電圧および定格電流が全て同一の半導体素子を用いる。また、直流回路も高電圧となるので、直流コンデンサの直列接続で構成する。また、この構成において、レグを構成する半導体素子相互の接続点M、Nと、中性点スイッチ相互の接続点Oを、コンデンサ7、8でそれぞれ接続する。
In order to handle a high voltage, the above-mentioned leg of the voltage source converter and the neutral point switch of FIG. 14 are configured by connecting a plurality of semiconductor elements in series. In consideration of economy, semiconductor devices having the same rated voltage and rated current are used. Further, since the DC circuit also has a high voltage, it is configured by connecting DC capacitors in series. Further, in this configuration, the connection points M and N between the semiconductor elements constituting the leg and the connection point O between the neutral point switches are connected by the
(作用)
作用を図4を用いて説明する。
(Function)
The operation will be described with reference to FIG.
図4では、直流コンデンサを4つ直列接続した構成を示す。 FIG. 4 shows a configuration in which four DC capacitors are connected in series.
直流電圧が全体では、+2E、−2Eと高い電圧になるため、その電圧に見合うよう半導体素子の直列数を定める。図4では、101〜108の8つの半導体素子を直列して、レグ1を構成する。中性点スイッチ6を構成するスイッチも電圧に合わせ直列構成としている。スイッチの構成は、図2と同様である。
Since the DC voltage as a whole is as high as + 2E and -2E, the series number of semiconductor elements is determined so as to meet the voltage. In FIG. 4, the
レグ1、中性点スイッチ6を用いることで、従来例と同様、交流出力端子Uに、+2E、0、−2Eの3つの電圧レベルを出力可能である。しかし、負荷から見ると、レグのスイッチングに伴う電圧レベルの変化が2Eと大きくなり、ケーブルでの反射による電圧サージなど負荷にとってはストレスが大きくなるおそれがある。
By using the
そこで図4においては、半導体素子101と102との接続点M、中性点スイッチ61と62との接続点Oの間をコンデンサ7で接続し、半導体素子107と108との接続点N’、中性点スイッチ61と62との接続点Oの間をコンデンサ8で接続する。このような構成とし、コンデンサ7、8の電圧をEとすることで、直流コンデンサ電圧Eあるいは−Eが、交流出力端子Uに発生でき、+2E、+E、0、−E、−2Eという5レベルの電圧が出力できる。これにより、スイッチングに伴う電圧変化はEとなるので、負荷の電圧ストレスは小さくなる。尚、コンデンサ7の電圧+Eおよびコンデンサ8の電圧−Eは、装置起動時に充電するものとする。
Therefore, in FIG. 4, the connection point M between the
5レベルの電圧出力は、次のように行う。 The 5-level voltage output is performed as follows.
+2Eの出力は、半導体素子101〜104を全てオンする。+Eの出力は2通りある。すなわち、中性点スイッチ61と半導体素子102、103、104をオンする。あるいは、半導体素子101と中性点スイッチ62をオンする。0の出力は、中性点スイッチ61、62を両方オンする。−Eの出力は2通りある。すなわち、中性点スイッチ61と半導体素子105、106、107をオンする。あるいは、半導体素子108と中性点スイッチ62をオンする。+2Eの出力は、半導体素子105〜108を全てオンする。
The output of + 2E turns on all the
また、図4に示す点M、N、Oにコンデンサを接続することで、レグを構成する半導体素子の直列数を有効に活用できる。例えば、−2Eを出力している場合、交流出力端子Uの電位は−2Eである。このとき、コンデンサ7を接続している点Mの電位は+Eであり、その電位差は3Eとなるが、その2点間には半導体素子102、103、104の3つが直列されている。半導体素子1つで電圧Eを扱えるので、3つの直列により3Eの電圧を扱うことができ問題ない。
In addition, by connecting capacitors to the points M, N, and O shown in FIG. 4, the number of series semiconductor elements constituting the leg can be effectively utilized. For example, when −2E is output, the potential of the AC output terminal U is −2E. At this time, the potential at the point M connecting the
図4では、半導体素子の直列数を8個で説明したが、直列数が更に増加しても同様である。 In FIG. 4, the number of series of semiconductor elements is described as eight, but the same applies even if the number of series is further increased.
以上のように本実施形態に係る電力変換装置は、ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子とし、複数の同一電圧定格の直流コンデンサ201〜204が2n個(nは自然数)直列接続された直流回路2と、複数の同一電圧定格の半導体素子101〜108を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線P、Nにより前記直流回路と並列に接続されたレグ1と、前記直流回路2の中性点とレグ中点の間に接続され、2n個の同一電圧定格の半導体素子が直列接続された中性点スイッチ6と、前記レグの正の母線Pからk番目(kは自然数)とk+1番目の半導体素子相互の接続点と前記中性点スイッチ6を構成する半導体素子相互の接続点との間に接続されたレグ・スイッチ間第1コンデンサ7と、前記レグ1の負の母線Nからk番目とk+1番目の半導体素子相互の接続点と前記中性点スイッチ6を構成する半導体素子相互の前記接続点との間に接続されたレグ・スイッチ間第2コンデンサ8とを具備する。
As described above, in the power conversion device according to the present embodiment, the circuit element including the anti-parallel connection of the diode and the switching element is a semiconductor element, and there are 2n
(効果)
第4実施形態によれば、他の実施例と同様、電力変換器の扱う電圧を高くするだけではなく、出力電圧レベルを増加させることができ、より滑らかな電圧出力が可能な電力変換装置を提供できる。
(effect)
According to the fourth embodiment, as in the other examples, the power converter that not only increases the voltage handled by the power converter, but also increases the output voltage level and enables smoother voltage output. Can be provided.
[第5実施形態]
(構成)
図5は第5実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態は図4と同様であるが、コンデンサのレグ側接続点が異なる構成である。
[Fifth Embodiment]
(Constitution)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the fifth embodiment. Although this embodiment is the same as that of FIG. 4, it is the structure from which the leg side connection point of a capacitor differs.
コンデンサ7は半導体素子102と103の接続点P’と中性点スイッチ61と62の接続点Oの間、コンデンサ8は半導体素子106と107の接続点Qと中性点スイッチ61と62の接続点Oの間に接続される。
The
(作用)
このような構成としても、図4と同じ作用が実現できる。
(Function)
Even with such a configuration, the same operation as in FIG. 4 can be realized.
(効果)
また、このような構成としても、図4と同じ効果が得られる。
(effect)
In addition, even with such a configuration, the same effect as in FIG. 4 can be obtained.
[第6実施形態]
(構成)
図6は第6実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態は図5と同様であるが、中性点スイッチ62の代わりに、ダイオードクランプ回路3を設けている点が異なる構成である。
[Sixth Embodiment]
(Constitution)
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the sixth embodiment. The present embodiment is the same as that of FIG. 5 except that a
(作用)
このような構成としても、図5と同じ作用が実現できる。
(Function)
Even with such a configuration, the same operation as in FIG. 5 can be realized.
(実施例の効果)
また、この構成としても、図5と同じ効果が得られる。
(Effect of Example)
Also, with this configuration, the same effect as in FIG. 5 can be obtained.
[第7実施形態]
(構成)
図7は第7実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態は図4と同様であるが、直流コンデンサを6つ用いており、更に扱う直流電圧が高くなるので、中性点スイッチ6はスイッチ61、62、63の直列接続から構成されている。スイッチの構成は図2と同様である。
[Seventh embodiment]
(Constitution)
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the seventh embodiment. This embodiment is the same as that of FIG. 4, but uses six DC capacitors and further increases the DC voltage to be handled. Therefore, the
コンデンサ9、10および11、12は扱う電圧を2Eとするため、2直列したものである。コンデンサ9、10は半導体素子101と102の接続点Rと中性点スイッチ61と62の接続点Sの間、コンデンサ7は半導体素子102と103の接続点Tと中性点スイッチ62と63の接続点U’の間、コンデンサ8は半導体素子110と111の接続点Vと中性点スイッチ62と63の接続点U’の間、コンデンサ11、12は半導体素子111と112の接続点Wと中性点スイッチ61と62の接続点Sの間に接続される。
この構成を用いれば、+3E、+2E、+E、0、−E、−2E、−3Eの7レベルの出力が可能となる。図7に示した接続構成により、図5の場合と同様にレグを構成する半導体素子の直列数を有効に活用できる。 If this configuration is used, + 7E, + 2E, + E, 0, -E, -2E, and -3E can be output at seven levels. With the connection configuration shown in FIG. 7, the number of semiconductor elements that form the leg can be used effectively as in the case of FIG. 5.
(作用)
図7において、出力レベルが7レベルとなっている点が図4の場合と異なるが、その他の動作と作用は図4の回路と同様である。
(Function)
7 is different from the case of FIG. 4 in that the output level is 7 levels, but other operations and actions are the same as those of the circuit of FIG.
(効果)
本実施形態によれば、図3の実施形態と同様、電力変換器の扱う電圧を更に高くするだけではなく、出力電圧レベルを増加させることができ、より滑らかな電圧出力が可能な電力変換装置を提供できる。
(effect)
According to the present embodiment, as in the embodiment of FIG. 3, not only the voltage handled by the power converter can be further increased, but also the output voltage level can be increased and a smoother voltage output is possible. Can provide.
[第8実施形態)
(構成)
図8は第8実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態の構成は図6と同様であるが、コンデンサのレグ側接続点が異なる構成である。
[Eighth embodiment]
(Constitution)
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the eighth embodiment. The configuration of the present embodiment is the same as that of FIG. 6, but the configuration is different in the connection point on the leg side of the capacitor.
コンデンサ9、10は半導体素子102と103の接続点Tと中性点スイッチ61と62の接続点Sの間、コンデンサ7は半導体素子104と105の接続点Xと中性点スイッチ62と63の接続点U’の間に接続される。コンデンサ8は半導体素子108と109の接続点Yと中性点スイッチ62と63の接続点U’の間、コンデンサ11、12は半導体素子110と111の接続点Vと中性点スイッチ61と62の接続点Sの間に接続される。
(作用)
このよな構成としても、図7と同じ作用が実現できる。
(Function)
Even with such a configuration, the same operation as in FIG. 7 can be realized.
尚、コンデンサのレグ側の接続は、複数のコンデンサ相互間で重複しない限り、図6、図7に示した接続以外の接続構成でも良い。 The connection on the leg side of the capacitor may be a connection configuration other than the connections shown in FIGS. 6 and 7 as long as it does not overlap between a plurality of capacitors.
つまり本実施形態に係る電力変換装置は、中性点スイッチ6が2n(nは自然数)個の同一電流電圧定格(同一定格)の半導体素子の直列接続から構成され、レグが複数の同一定格の半導体素子を4n個の直列接続で構成されている場合、直流中性点Cから数えて第2k番目と第(2k+1)番目の半導体素子の相互接続点に、コンデンサの第1の端子を接続した場合、レグ1の正・負の直流母線から数えて第k番目と第(k+1)番目の半導体素子相互接続点(図7)、またはレグ1の正・負の直流母線から数えて第2k番目と第(2k+1)番目の半導体素子相互接続点(図8)との間にコンデンサの第2の端子が接続される。
That is, in the power conversion device according to the present embodiment, the
(効果)
図8のような構成としても、図7と同じ効果が得られる。
(effect)
Even with the configuration as shown in FIG. 8, the same effect as in FIG. 7 can be obtained.
[第9実施形態]
(構成)
図9は第9実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態は図4と同様であるが、1つのパッケージに2つの半導体素子が同一方向に直列接続された組を収納した構造のものを適用する場合に有利な構成を示したものである。
[Ninth Embodiment]
(Constitution)
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the ninth embodiment. This embodiment is the same as that of FIG. 4, but shows an advantageous configuration when a structure in which a set in which two semiconductor elements are connected in series in the same direction is accommodated in one package is applied.
この例では中性点スイッチ6は図2などとは異なり、直列半導体構成64、65がそれぞれ、同一方向の2つの半導体素子の直列接続で構成され、直列半導体構成64、65を互いに逆方向で直列接続した構成である点が異なる。直列半導体構成64、65はそれぞれ、半導体素子641と642の直列接続および半導体素子651と652の直列接続から構成される。レグ1も中性点スイッチと同様、2つの半導体素子を直列した直列半導体構成を用いて構成できる。
In this example, the
図9の構成で、図4と同様な動作を行うためには、コンデンサ7の中性点スイッチ側端子を、半導体素子641と642の接続点aに接続する。コンデンサ8の中性点スイッチ側端子を、半導体素子651と652の接続点bに接続する。
9, the neutral point switch side terminal of the
図9に示した接続構成とすることで、レグと中性点スイッチを、同じ構成の半導体素子で構成することができる。 With the connection configuration shown in FIG. 9, the leg and the neutral point switch can be configured by semiconductor elements having the same configuration.
(作用)
図9において、+2E、0、−2Eを出力する場合は、図4と同様な制御をすれば良い。
(Function)
In FIG. 9, when outputting + 2E, 0, and −2E, the same control as in FIG. 4 may be performed.
しかし、+Eを出力する場合は、中性点スイッチの中の半導体642と102〜104オンするか、あるいは半導体素子101と半導体素子641、651、652をオンする。また、−Eを出力する場合、半導体素子641、642、651と半導体素子105をオンするか、あるいは半導体素子106〜108と半導体素子652をオンする。
However, when outputting + E, the
(効果)
本実施形態によれば、図4の実施例と同様な効果が得られるとともに、レグと中性点を同一構成の半導体素子で構成でき、より経済的な電力変換装置を提供できる。
(effect)
According to the present embodiment, the same effects as those of the example of FIG. 4 can be obtained, and the leg and the neutral point can be configured by semiconductor elements having the same configuration, and a more economical power conversion device can be provided.
[第10実施形態]
(構成)
図10は第10実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態は図9と同様の構成であるが、コンデンサのレグ側接続点が異なる。
[Tenth embodiment]
(Constitution)
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the tenth embodiment. Although this embodiment has the same configuration as that of FIG. 9, the connection point on the leg side of the capacitor is different.
コンデンサ7は半導体素子102と103の接続点c’と中性点スイッチ641と642の接続点aの間、コンデンサ8は半導体素子106と107の接続点dと中性点スイッチ651と652の接続点bの間に接続される。
The
(作用)
このような構成としても、図9と同じ作用が実現できる。
(Function)
Even with such a configuration, the same operation as in FIG. 9 can be realized.
尚、コンデンサのレグ側の接続は、複数のコンデンサ相互間で重複しない限り、図9、図10に示した以外の他の接続の組合せでも良い。 The connections on the leg side of the capacitors may be other connection combinations than those shown in FIGS. 9 and 10 as long as they do not overlap among a plurality of capacitors.
(効果)
このような構成としても、図9と同じ効果が得られる。
(effect)
Even with such a configuration, the same effect as in FIG. 9 can be obtained.
尚、図4〜10では直流電圧レベルを5レベル、7レベルで説明したが、同様な考えで更に高電圧の電力変換装置を実現できる。 4 to 10, the DC voltage level has been described as being at the 5th level and the 7th level, but a higher voltage power conversion device can be realized with the same idea.
[第11実施形態]
(構成)
図11は第11実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態はレグを構成する半導体素子相互の接続点と、中性点スイッチ相互の接続点をコンデンサで接続する。図11では、直流コンデンサを4つ直列接続した構成を示す。
[Eleventh embodiment]
(Constitution)
FIG. 11 is a diagram illustrating the configuration of the power conversion device according to the eleventh embodiment. In this embodiment, a connection point between semiconductor elements constituting a leg and a connection point between neutral point switches are connected by a capacitor. FIG. 11 shows a configuration in which four DC capacitors are connected in series.
(作用)
直流電圧が全体では、+2E、−2Eと高い電圧になるため、その電圧に見合うよう半導体素子の直列数を定める。図11では、101〜108の8つの半導体素子を直列して、レグ1を構成する。図11に示す位置にスイッチ41、42を設け直列コンデンサ2とレグ1間を接続する。更にコンデンサ7、8を設け、スイッチ41、42とレグ1を接続する。
(Function)
Since the DC voltage as a whole is as high as + 2E and -2E, the series number of semiconductor elements is determined so as to meet the voltage. In FIG. 11,
レグ1、スイッチ41、42を用いることで、従来例と同様、交流出力端子Uに、+2E、0、−2Eの3つの電圧レベルを出力可能である。コンデンサ7、8の電圧を起動時にEに充電することで、+Eの出力は、半導体素子101、412、103、104をオンする。または、半導体素子411、102、103、104をオンする。同様に−Eの出力は、108、422、106、105、または、421、107、106、105をオンする。これにより、直流コンデンサ電圧Eあるいは−Eが、交流出力端子Uに発生され、+2E、+E、0、−E、−2Eという5レベルの電圧を出力できる。
By using the
以上のように本実施形態に係る電力変換装置は、ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子とし、複数の同一電圧定格の直流コンデンサ201〜204が2n個(nは自然数)直列接続された直流回路2と、複数の同一電圧定格の半導体素子101〜108を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線P、Nにより前記直流回路2と並列に接続されたレグ1と、前記直流回路2の中性点Cと、前記レグの正の母線Pからk番目(kは自然数)とk+1番目の半導体素子相互の接続点fとの間に接続され、半導体素子がn個直列に接続された第1スイッチ41と、前記第1スイッチ41の半導体素子相互接続点gと、前記レグの正の母線Pからk番目とk―1番目の半導体素子相互の接続点eとの間に接続された第1コンデンサ7と、前記直流回路の中性点Cと、前記レグの負の母線Nからk番目とk+1番目の半導体素子相互の接続点hとの間に接続され、半導体素子がn個直列に接続された第2スイッチ42と、前記第2スイッチ42の半導体素子相互接続点iと、前記レグの負の母線Nからk番目とk―1番目の半導体素子相互の接続点jとの間に接続された第2コンデンサ8とを具備する。
As described above, in the power conversion device according to the present embodiment, the circuit element including the anti-parallel connection of the diode and the switching element is a semiconductor element, and there are 2n
(効果)
本実施形態によれば、他の実施形態と同様、電力変換器の扱う電圧を高くするだけではなく、出力電圧レベルを増加させることができ、より滑らかな電圧出力が可能な電力変換装置を提供できる。
(effect)
According to the present embodiment, as in the other embodiments, not only the voltage handled by the power converter is increased, but also the output voltage level can be increased, and a power conversion device capable of smoother voltage output is provided. it can.
[第12実施形態]
(構成)
図12は第12実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。本実施形態は、図11と同様の構成であるが、直流コンデンサを6つ用い、更に扱う直流電圧が高くなるので、レグ1の半導体素子を12個直列としている。スイッチ41、42は半導体素子411、412、413、421、422、423から構成されている。更にコンデンサ7、8を設け、スイッチ41、42とレグ1を接続する。
[Twelfth embodiment]
(Constitution)
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the twelfth embodiment. This embodiment has the same configuration as that of FIG. 11, but uses six DC capacitors and further increases the DC voltage to be handled. Therefore, twelve semiconductor elements of
この構成を用いれば、+3E、+2E、+E、0、−E、−2E、−3Eの7レベルの出力が可能となる。 If this configuration is used, + 7E, + 2E, + E, 0, -E, -2E, and -3E can be output at seven levels.
(作用)
レグ1、スイッチ41、42を用いることで、交流出力端子Uに、+3E、0、−3Eの3つの電圧レベルを出力可能である。コンデンサ7、8の電圧をEとすることで、+2Eの出力は、半導体素子101、102、413、104、105、106をオンする。+Eの出力は、半導体素子411、412、103、104、105、106をオンする。同様に−Eの出力は、半導体素子421、422、110、109、108、107を、−2Eの出力は、半導体素子112、111、423、109、108、107をオンする。これにより、交流出力端子Uに、+3E、+2E、+E、0、−E、−2E、−3Eという7レベルの電圧が出力できる。
(Function)
By using the
(実施例の効果)
本発明によれば、図11の実施例と同様、電力変換器の扱う電圧を更に高くするだけではなく、出力電圧レベルを増加させることができ、より滑らかな電圧出力が可能な電力変換装置を提供できる。尚、図12の例では半導体素子の直列数を12個で説明したが、直列数が更に増加しても、同様である。
(Effect of Example)
According to the present invention, as in the embodiment of FIG. 11, not only can the voltage handled by the power converter be further increased, but also the output voltage level can be increased and a power converter capable of smoother voltage output is provided. Can be provided. In the example of FIG. 12, the number of series of semiconductor elements has been described as twelve, but the same is true even if the number of series is further increased.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に本件出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子として構成され、
複数の同一電圧定格のコンデンサが2n個(nは自然数)直列接続された直流回路と、
複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグと、
前記正及び負の直流母線からそれぞれ数えてk番目(kは自然数)と(k+1)番目のコンデンサの相互接続点と、k番目と(k+1)番目の半導体素子の相互接続点との間に直列に接続されるk個の半導体素子で構成されたスイッチと、
レグの中点から正および負の母線側に共にn番目と(n+1)番目の半導体素子の相互接続点の間に直列接続された同一方向及び偶数個のダイオードを含み、前記偶数個のダイオードの中点が前記直流回路の中性点に接続されたダイオードクランプ回路と、を具備することを特徴とする電圧形自励式の電力変換装置。
[2]
前記レグ及びスイッチを構成する半導体素子は互いに同一電圧定格であって、各半導体素子としてIGBTを含む一方向性半導体素子が用いられることを特徴とする[1]記載の電力変換装置。
[3]
ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子として構成され、
複数の同一電圧定格のコンデンサが2n個(nは自然数)直列接続された直流回路と、
複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグと、
前記直流回路の中性点とレグ中点の間に接続され、2n個の同一電圧定格の半導体素子が直列接続された中性点スイッチと、
前記正及び負の直流母線からそれぞれ数えてk番目(kは自然数)と(k+1)番目のコンデンサの相互接続点と、k番目と(k+1)番目の半導体素子の相互接続点との間に直列に接続されるk個の半導体素子で構成されたコンデンサ・レグ間スイッチと、を具備することを特徴とする電圧形自励式の電力変換装置。
[4]
前記レグ、中性点スイッチ及びコンデンサ・レグ間スイッチを構成する半導体素子は互いに同一電圧定格であって、各半導体素子としてIGBTを含む一方向性半導体素子が用いられることを特徴とする[3]記載の電力変換装置。
[5]
ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子として構成され、
複数の同一電圧定格の直流コンデンサが2n個(nは自然数)直列接続された直流回路と、
複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグと、
前記直流回路の中性点とレグ中点の間に接続され、2n個の同一電圧定格の半導体素子が直列接続された中性点スイッチと、
前記レグの正及び負の母線から共にk番目(kは自然数)とk+1番目の半導体素子相互の接続点と、前記中性点スイッチを構成する半導体素子相互の接続点との間に接続されたレグ・スイッチ間第1及び第2コンデンサと、
を具備することを特徴とする電圧形自励式の電力変換装置。
[6]
前記中性点スイッチは、互いに異なる方向の2つの半導体素子の直列回路が1以上直列に接続され、前記第1及び第2コンデンサの前記中性点スイッチ側接続点が同一であることを特徴とする[5]記載の電力変換装置。
[7]
前記中性点スイッチは、互いに同一方向の2つの半導体素子の直列回路が1以上直列に接続され、前記第1及び第2コンデンサの前記中性点スイッチ側接続点が、互いに異なることを特徴とする[5]記載の電力変換装置。
[8]
ダイオードとスイッチング素子の逆並列接続からなる回路要素が半導体素子として構成され、
複数の同一電圧定格の直流コンデンサが2n個(nは自然数)直列接続された直流回路と、
複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグと、
前記直流回路の中性点と、前記レグの正の母線から数えてk番目(kは自然数)とk+1番目の半導体素子相互の接続点との間に接続され、半導体素子がn個直列に接続された第1スイッチと、
前記第1スイッチの半導体素子相互接続点と、前記レグの正の母線からk番目とk―1番目の半導体素子相互の接続点との間に接続された第1コンデンサと、
前記直流回路の中性点と、前記レグの負の母線から数えてk番目とk+1番目の半導体素子相互の接続点との間に接続され、半導体素子がn個直列に接続された第2スイッチと、
前記第2スイッチの半導体素子相互接続点と、前記レグの負の母線からk番目とk―1番目の半導体素子相互の接続点との間に接続された第2コンデンサと、
を具備することを特徴とする電圧形自励式の電力変換装置。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
The invention described in the scope of the claims at the beginning of the present application is added below.
[1]
A circuit element consisting of an anti-parallel connection of a diode and a switching element is configured as a semiconductor element,
A DC circuit in which 2n capacitors (n is a natural number) of the same voltage rating are connected in series;
A series circuit in which a plurality of 4n semiconductor devices having the same voltage rating are connected in series, the legs being connected in parallel with the DC circuit by positive and negative buses;
A series connection is made between the interconnection point of the kth (k + 1) th capacitor and the interconnection point of the kth and (k + 1) th semiconductor elements, counting from the positive and negative DC buses, respectively. A switch composed of k semiconductor elements connected to
Including in the same direction and an even number of diodes connected in series between the interconnection points of the nth and (n + 1) th semiconductor elements on the positive and negative bus side from the midpoint of the leg, And a diode clamp circuit having a middle point connected to a neutral point of the DC circuit.
[2]
The semiconductor device constituting the leg and the switch has the same voltage rating, and a unidirectional semiconductor device including an IGBT is used as each semiconductor device.
[3]
A circuit element consisting of an anti-parallel connection of a diode and a switching element is configured as a semiconductor element,
A DC circuit in which 2n capacitors (n is a natural number) of the same voltage rating are connected in series;
A series circuit in which a plurality of 4n semiconductor devices having the same voltage rating are connected in series, the legs being connected in parallel with the DC circuit by positive and negative buses;
A neutral point switch connected between a neutral point of the DC circuit and a midpoint of the leg, and 2n semiconductor elements having the same voltage rating connected in series;
A series connection is made between the interconnection point of the kth (k + 1) th capacitor and the interconnection point of the kth and (k + 1) th semiconductor elements, counting from the positive and negative DC buses, respectively. A voltage-type self-excited power conversion device, comprising: a capacitor-leg switch composed of k semiconductor elements connected to the capacitor.
[4]
The semiconductor elements constituting the leg, the neutral point switch, and the capacitor-leg switch have the same voltage rating, and a unidirectional semiconductor element including an IGBT is used as each semiconductor element [3] The power converter described.
[5]
A circuit element consisting of an anti-parallel connection of a diode and a switching element is configured as a semiconductor element,
A DC circuit in which a plurality of DC capacitors having the same voltage rating are connected in series (n is a natural number);
A series circuit in which a plurality of 4n semiconductor devices having the same voltage rating are connected in series, the legs being connected in parallel with the DC circuit by positive and negative buses;
A neutral point switch connected between a neutral point of the DC circuit and a midpoint of the leg, and 2n semiconductor elements having the same voltage rating connected in series;
Both the kth (k is a natural number) and k + 1th semiconductor element connection points from the positive and negative buses of the leg and the connection points of the semiconductor elements constituting the neutral switch are connected. First and second capacitors between the legs and the switches;
A voltage-type self-excited power conversion device comprising:
[6]
The neutral point switch is characterized in that one or more series circuits of two semiconductor elements in different directions are connected in series, and the neutral point switch side connection points of the first and second capacitors are the same. The power conversion device according to [5].
[7]
The neutral point switch is characterized in that one or more series circuits of two semiconductor elements in the same direction are connected in series, and the neutral point switch side connection points of the first and second capacitors are different from each other. The power conversion device according to [5].
[8]
A circuit element consisting of an anti-parallel connection of a diode and a switching element is configured as a semiconductor element,
A DC circuit in which a plurality of DC capacitors having the same voltage rating are connected in series (n is a natural number);
A series circuit in which a plurality of 4n semiconductor devices having the same voltage rating are connected in series, the legs being connected in parallel with the DC circuit by positive and negative buses;
Connected between the neutral point of the DC circuit and the connection point between the kth (k is a natural number) and the k + 1th semiconductor elements counted from the positive bus of the leg, and n semiconductor elements are connected in series. A first switch,
A first capacitor connected between a semiconductor element interconnection point of the first switch and a k-th and k−1th semiconductor element interconnection point from the positive bus of the leg;
A second switch connected between a neutral point of the DC circuit and a connection point between the kth and k + 1th semiconductor elements counted from the negative bus of the leg, and n semiconductor elements connected in series When,
A second capacitor connected between a semiconductor element interconnection point of the second switch and a k-th and k−1th semiconductor element interconnection point from the negative bus of the leg;
A voltage-type self-excited power conversion device comprising:
1…レグ、2…直流回路、3…ダイオードクランプ回路、6…中性点スイッチ、141〜44…スイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
複数の同一電圧定格のコンデンサが2n個(nは自然数)直列接続された直流回路と、
複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグと、
前記直流回路の中性点とレグ中点の間に接続され、2n個の同一電圧定格の半導体素子が直列接続された中性点スイッチと、
前記正及び負の直流母線からそれぞれ数えてk番目(kは自然数)と(k+1)番目のコンデンサの相互接続点と、k番目と(k+1)番目の半導体素子の相互接続点との間に直列に接続されるk個の半導体素子で構成されたコンデンサ・レグ間スイッチと、を具備することを特徴とする電圧形自励式の電力変換装置。 A circuit element consisting of an anti-parallel connection of a diode and a switching element is configured as a semiconductor element,
A DC circuit in which 2n capacitors (n is a natural number) of the same voltage rating are connected in series;
A series circuit in which a plurality of 4n semiconductor devices having the same voltage rating are connected in series, the legs being connected in parallel with the DC circuit by positive and negative buses;
A neutral point switch connected between a neutral point of the DC circuit and a midpoint of the leg, and 2n semiconductor elements having the same voltage rating connected in series;
A series connection is made between the interconnection point of the kth (k + 1) th capacitor and the interconnection point of the kth and (k + 1) th semiconductor elements, counting from the positive and negative DC buses, respectively. A voltage-type self-excited power conversion device, comprising: a capacitor-leg switch composed of k semiconductor elements connected to the capacitor.
複数の同一電圧定格の直流コンデンサが2n個(nは自然数)直列接続された直流回路と、
複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグと、
前記直流回路の中性点とレグ中点の間に接続され、2n個の同一電圧定格の半導体素子が直列接続された中性点スイッチと、
前記レグの正及び負の母線から共にk番目(kは自然数)とk+1番目の半導体素子相互の接続点と、前記中性点スイッチを構成する半導体素子相互の接続点との間に接続されたレグ・スイッチ間第1及び第2コンデンサと、
を具備することを特徴とする電圧形自励式の電力変換装置。 A circuit element consisting of an anti-parallel connection of a diode and a switching element is configured as a semiconductor element,
A DC circuit in which a plurality of DC capacitors having the same voltage rating are connected in series (n is a natural number);
A series circuit in which a plurality of 4n semiconductor devices having the same voltage rating are connected in series, the legs being connected in parallel with the DC circuit by positive and negative buses;
A neutral point switch connected between a neutral point of the DC circuit and a midpoint of the leg, and 2n semiconductor elements having the same voltage rating connected in series;
Both the kth (k is a natural number) and k + 1th semiconductor element connection points from the positive and negative buses of the leg and the connection points of the semiconductor elements constituting the neutral switch are connected. First and second capacitors between the legs and the switches;
A voltage-type self-excited power conversion device comprising:
複数の同一電圧定格の直流コンデンサが2n個(nは自然数)直列接続された直流回路と、
複数の同一電圧定格の半導体素子を4n個直列に接続した直列回路であって、正及び負の母線により前記直流回路と並列に接続されたレグと、
前記直流回路の中性点と、前記レグの正の母線から数えてk番目(kは自然数)とk+1番目の半導体素子相互の接続点との間に接続され、半導体素子がn個直列に接続された第1スイッチと、
前記第1スイッチの半導体素子相互接続点と、前記レグの正の母線からk番目とk―1番目の半導体素子相互の接続点との間に接続された第1コンデンサと、
前記直流回路の中性点と、前記レグの負の母線から数えてk番目とk+1番目の半導体素子相互の接続点との間に接続され、半導体素子がn個直列に接続された第2スイッチと、
前記第2スイッチの半導体素子相互接続点と、前記レグの負の母線からk番目とk―1番目の半導体素子相互の接続点との間に接続された第2コンデンサと、
を具備することを特徴とする電圧形自励式の電力変換装置。 A circuit element consisting of an anti-parallel connection of a diode and a switching element is configured as a semiconductor element,
A DC circuit in which a plurality of DC capacitors having the same voltage rating are connected in series (n is a natural number);
A series circuit in which a plurality of 4n semiconductor devices having the same voltage rating are connected in series, the legs being connected in parallel with the DC circuit by positive and negative buses;
Connected between the neutral point of the DC circuit and the connection point between the kth (k is a natural number) and the k + 1th semiconductor elements counted from the positive bus of the leg, and n semiconductor elements are connected in series. A first switch,
A first capacitor connected between a semiconductor element interconnection point of the first switch and a k-th and k−1th semiconductor element interconnection point from the positive bus of the leg;
A second switch connected between a neutral point of the DC circuit and a connection point between the kth and k + 1th semiconductor elements counted from the negative bus of the leg, and n semiconductor elements connected in series When,
A second capacitor connected between a semiconductor element interconnection point of the second switch and a k-th and k−1th semiconductor element interconnection point from the negative bus of the leg;
A voltage-type self-excited power conversion device comprising:
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