JP5811806B2 - マルチレベル電力変換器 - Google Patents
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Description
(SM1)S1,S2,S3とS4がオン、S5,S6,S7とS8がオフのとき、端子間AMには電圧+2Eが出力される。
(2)請求項1に記載の発明によれば、第1および第2のコンデンサの電圧を小さい電圧に制御した場合でも高調波の少ない複数の電圧レベルを出力させることが可能となり、スイッチング損失も低減することができる。また、第9〜第12のスイッチング素子のオン、オフ制御によって第1および第2のコンデンサの合計電圧を可変制御することができる。これによって、直流電源電圧に対して任意の複数の電圧レベルの出力が可能となり、直流電源電圧と出力電圧のマッチングを取ったスイッチング損失を最小限に低減することができる。
(3)請求項2、5に記載の発明によれば、制御モードの選択によって第1および第2のコンデンサの電圧バランスを制御することができる。
(4)請求項3、6に記載の発明によれば、少ない素子数でY結線接続による三相のマルチレベル電力変換器を実現することができる。
(5)請求項4に記載の発明によれば、リアクトルを介して電流が流れている第1および第2のスイッチング手段をオフ制御して電圧がゼロに急変したときのリアクトルのエネルギーは、第1および第2のコンデンサに吸収されるため、第1および第2のスイッチング手段にサージ電圧が加わって素子が破壊されるのを防ぐことができる。このためリアクトルのサージ電圧を吸収するスナバ回路が不要となる。
スイッチング素子S1,S2,S7,S8が各々オフ、スイッチング素子S3,S4,S5,S6が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S3→S4→N→P→S5→S6→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはN→Pが接続され、A,B間の電圧は2Eとなる。
スイッチング素子S1,S2,S5,S8が各々オフ、スイッチング素子S3,S4,S6,S7が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S3→S4→N→NP→D3→S6→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはN→NPが直列に接続され、A,B間の電圧はEとなる。
スイッチング素子S1,S4,S7,S8が各々オフ、スイッチング素子S2,S3,S5,S6が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S3→D2→NP→P→S5→S6→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはNP→Pが直列に接続され、A,B間の電圧はEとなる。
スイッチング素子S1,S2,S5,S6が各々オフ、スイッチング素子S3,S4,S7,S8が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S3→S4→S8→S7→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはスイッチング素子S3,S4,S7,S8を介して直送され、A,B間の電圧は0となる。
スイッチング素子S1,S4,S5,S8が各々オフ、スイッチング素子S2,S3,S6,S7が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S3→D2→NP→D3→S6→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはスイッチング素子S3,S6を介して直送され、A,B間の電圧は0となる。
スイッチング素子S3,S4,S7,S8が各々オフ、スイッチング素子S1,S2,S5,S6が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S2→S1→S5→S6→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはスイッチング素子S2,S1,S5,S6を介して直送され、A,B間の電圧は0となる。
スイッチング素子S1,S4,S5,S6が各々オフ、スイッチング素子S2,S3,S7,S8が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S3→D2→NP→N→S8→S7→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはNP→Nが直列に接続され、A,B間の電圧は−Eとなる。
スイッチング素子S3,S4,S5,S8が各々オフ、スイッチング素子S1,S2,S6,S7が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S2→S1→P→NP→D3→S6→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはP→NPが直列に接続され、A,B間の電圧は−Eとなる。
スイッチング素子S3,S4,S5,S6が各々オフ、スイッチング素子S1,S2,S7,S8が各々オンとなり、電流Iは、出力端子A→S2→S1→P→N→S8→S7→出力端子Bの経路で流れる。出力端子A,B間にはP→Nが順に接続され、A,B間の電圧は−2Eとなる。
200,200U,200U´,200V,200V´,200W,200W´300U,300V,300W…5レベル電圧変換部
S1〜S12…スイッチング素子
VDC…直流電源
C1,C2…コンデンサ
D1〜D4…ダイオード
L…リアクトル
A,B…出力端子
Claims (6)
- 直流電源の電圧を複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換器であって、
直流電源と、
前記直流電源の直流電圧が充電又は放電される第1のコンデンサおよび第2のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路の第1のコンデンサ側端と第2のコンデンサ側端の間に順次直列接続された第1〜第4のスイッチング素子と、
前記コンデンサ直列回路の第1のコンデンサ側端と第2のコンデンサ側端の間に順次直列接続された第5〜第8のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の共通接続点と、第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子の共通接続点との間に直列接続された第1および第2のダイオードと、
前記第5のスイッチング素子および第6のスイッチング素子の共通接続点と、第7のスイッチング素子および第8のスイッチング素子の共通接続点との間に直列接続された第3および第4のダイオードと、
前記第1〜第8のスイッチング素子のオン、オフ制御によって複数の電圧レベルを出力させる制御手段と、
前記直流電源の正極端と、前記第1のコンデンサおよび第1のスイッチング素子の共通接続点との間に順次直列接続された、リアクトルと、前記直流電源および第1および第2のコンデンサの電圧に応じてオン、オフ制御される第9のスイッチング素子と、前記直流電源および第1および第2のコンデンサの電圧に応じてオン、オフ制御される第10のスイッチング素子と、
前記第2のコンデンサおよび第4のスイッチング素子の共通接続点と前記直流電源の負極端との間に順次直列接続された、前記第10のスイッチング素子と同一タイミングでオン、オフ制御される第11のスイッチング素子と、前記第9のスイッチング素子と同一タイミングでオン、オフ制御される第12のスイッチング素子と、を備え、
前記第1および第2のダイオードの共通接続点と、前記第3および第4のダイオードの共通接続点と、前記第1および第2のコンデンサの共通接続点とを共通に接続し、
前記第2のスイッチング素子および第3のスイッチング素子の第1の共通接続点と、第6のスイッチング素子および第7のスイッチング素子の第2の共通接続点とを複数の電圧レベルの交流出力端としたことを特徴とするマルチレベル電力変換器。 - 前記制御手段のオン、オフ制御は、同一電圧レベルの出力時に前記第1のコンデンサを充電又は放電させる制御モードと第2のコンデンサを充電又は放電させる制御モードとを有していることを特徴とする請求項1に記載のマルチレベル電力変換器。
- 前記リアクトル、第1〜第12のスイッチング素子、第1および第2のコンデンサ、第1〜第4のダイオードによってマルチレベル電圧変換部を構成し、該マルチレベル電圧変換部を三相交流の各相に各々設け、前記三相各相のマルチレベル電圧変換部の、第1の共通接続点どうしを中性点として共通接続し、前記第2の共通接続点をU相、V相、W相の各出力端としたことを特徴とする請求項1又は2に記載のマルチレベル電力変換器。
- 直流電源の電圧を複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換器であって、
直流電源と、
第1〜第4のスイッチング素子を順次直列接続した第1の直列回路と、
第5〜第8のスイッチング素子を順次直列接続した第2の直列回路と、
前記第1の直列回路の一端と第2の直列回路の一端との間、および第1の直列回路の他端と第2の直列回路の他端との間に各々接続されたリアクトルと、
前記第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の共通接続点と、第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子の共通接続点との間に直列接続された第1および第2のダイオードと、
前記第5のスイッチング素子および第6のスイッチング素子の共通接続点と、第7のスイッチング素子および第8のスイッチング素子の共通接続点との間に直列接続された第3および第4のダイオードと、
前記リアクトルおよび第5のスイッチング素子の共通接続点と、リアクトルおよび第8のスイッチング素子の共通接続点との間に直列接続された第1および第2のコンデンサと、
前記第1〜第8のスイッチング素子のオン、オフ制御によって複数の電圧レベルを出力させる制御手段と、
前記直流電源の正極端と、前記リアクトルおよび第1のスイッチング素子の共通接続点との間に接続された第1のスイッチング手段と、
前記リアクトルおよび第4のスイッチング素子の共通接続点と前記直流電源の負極端との間に接続された、前記第1のスイッチング手段と同一タイミングでオン、オフ制御される第2のスイッチング手段と、を備え、
前記第1および第2のダイオードの共通接続点と、前記第3および第4のダイオードの共通接続点と、前記第1および第2のコンデンサの共通接続点とを共通に接続し、
前記第2のスイッチング素子および第3のスイッチング素子の第1の共通接続点と、第6のスイッチング素子および第7のスイッチング素子の第2の共通接続点とを複数の電圧レベルの交流出力端としたことを特徴とするマルチレベル電力変換器。 - 前記制御手段のオン、オフ制御は、同一電圧レベルの出力時に前記第1のコンデンサを充電又は放電させる制御モードと第2のコンデンサを充電又は放電させる制御モードとを有していることを特徴とする請求項4に記載のマルチレベル電力変換器。
- 前記リアクトル、第1〜第8のスイッチング素子、第1および第2のスイッチング手段、第1および第2のコンデンサ、第1〜第4のダイオードによってマルチレベル電圧変換部を構成し、該マルチレベル電圧変換部を三相交流の各相に各々設け、前記三相各相のマルチレベル電圧変換部の、第1の共通接続点どうしを中性点として共通接続し、前記第2の共通接続点をU相、V相、W相の各出力端としたことを特徴とする請求項4又は5に記載のマルチレベル電力変換器。
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