JP5954924B2

JP5954924B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP5954924B2
Application number: JP2010178821A
Authority: JP
Inventors: 大樹松岡
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2030-08-09
Also published as: JP2012039790A

Description

本発明は、電力変換装置に関し、更に詳しくは電力変換装置に用いられる電力用スイッチング素子の駆動の仕方に関する。

近年では、インバータやコンバータ等の電力変換装置は、半導体の電力用スイッチング素子を用いた構成のものが主流となっている。
図７にＩＧＢＴ等の電力用スイッチング素子を用いた一般的な電力変換装置の主回路、並びにゲート駆動回路の構成例を示す。

図７の構成では電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂが２並列で接続された構成の電力変換装置の１相分の回路を示している。この図７の回路は、直流電源１から供給される電力を変換して、負荷Ｍに供給するものである。以降直流電源１、及び電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂを有する図７の回路を主回路とする。なお、直流電源１としては、交流電源からダイオード整流回路，平滑コンデンサを介して得られるものであってもよい。

ゲート駆動電源２は、不図示の制御回路からのオン／オフ信号Ｓ１に基づいて、ゲート駆動信号を各々並列に接続されたゲート抵抗３ａ及び３ｂを介して電力用スイッチング素子６ａ、６ｂのゲート端子に伝達する。尚、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのエミッタ配線はゲート駆動電源２のエミッタ端子に接続される。

以降ゲート駆動電源２からゲート抵抗３ａ及３ｂを介して電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子接続し、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのエミッタ端子からゲート駆動電源に戻る回路をゲート駆動回路という。

図７において、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂは、ゲート駆動電源２から発信されるゲート駆動信号によりターンオン／ターンオフ動作を行い、直流電源１から供給される電力を任意のエネルギーに変換し、負荷Ｍに供給するものであり、例えば、直流／交流変換，周波数変換によるモータ駆動、昇圧／降圧、制動エネルギーの処理等を目的とするものである。

ゲート駆動電源２はそのエミッタ端子の電圧を基準電位として、制御回路から入力される信号Ｓ１に基づいて、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子の電位を、ターンオン動作時にはプラス電位、ターンオフ動作時にはマイナス電位となるよう動作する。この電位差により、ターンオン動作時にはゲート駆動電源２から電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子へ電流を流し、ターンオフ動作時には逆に電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子からゲート駆動電源２に電流を流す。以降この電流をゲート電流という。

図８に図７に示した電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂが２並列で接続された構成の場合の電力変換装置のゲート駆動回路例を示す。
図８のゲート駆動回路は図７に示したものと同一であり、図８は図７から主回路の記載を省略したものである。また、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂは、図７に示した主回路の一部である。

図８中の点線矢印はターンオン動作時のゲート電流の向きを示しており、ターンオフ動作時のゲート電流の向きは矢印の向きが逆である。ここで理想的にはＩＧ＝ＩＧａ＋ＩＧｂとなり、またＩＧ＝ＩＥ＝ＩＥａ＋ＩＥｂとなる。

尚上記説明は直列接続された図７の回路の上半分の電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂ、及び上半分のゲート駆動回路の動作について説明したが、直列接続された図７の下半分の電力用スイッチング素子、及びゲート駆動回路の動作についても同様の説明が適用される。

図８に示される並列接続された電力用スイッチング素子６ａと６ｂのスイッチング特性に何らかのばらつきがあると、電力用スイッチング素子６ａと６ｂの間でターンオン／ターンオフに要する時間に差異が生じる。この差異は、例えば電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの製造工程でのばらつきによって生じる、ゲート容量や閾値電圧の違いによって生じる。

このスイッチング特性の違いによって、ターンオン動作時には速くターンオン動作する方の電力用スイッチング素子は並列接続された他方の電力用スイッチング素子よりも大きな電流を遮断することになり、またターンオフ動作時には遅くターンオフ動作する電力用スイッチング素子が並列接続された他方の大きな電流を遮断することになる。

電力用半導体スイッチング素子のばらつきによって生じる分担電流を平衡させる。この点に対処したものとして特許文献１には、ゲート駆動回路と電力用スイッチング素子のゲートとの間にコモンモードコイルを挿入する構成が開示されている。

特開平８−１９２４６号公報

図９は、２並列に電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂが接続された電力変換装置の１相分の主回路を示す図である。
図９は図７に示した回路からゲート駆動回路の記載を省略し、電流と電圧の流れを加えたものである。

図９中でエミッタ配線の寄生インダクタンス１０に流れる電流ＩＬは、ＩＬ＝ＩＬａ＋ＩＬｂであり、電力用スイッチング素子６ａ、６ｂのスイッチング特性が同一であれば、理想的にはＩＬａ＝ＩＬｂとなる。

ここでは電力用スイッチング素子６ａと６ｂのスイッチング特性が異なっていたとする。例えばゲート容量が電力用スイッチング素子６ａの方が電力用スイッチング素子６ｂより大きく、スイッチングに要する時間が電力用スイッチング素子６ａの方が電力用スイッチング素子６ｂよりも遅かったとする。この場合、電力用スイッチング素子６ａがターンオンする前に電力用スイッチング素子６ｂがターンオンすることとなる。

電力用スイッチング素子６ａが遅れてターンオンするので、電力用スイッチング素子６ａがターンオンするまでは電力用スイッチング素子６ｂのみがターンオンしている状態なので、極端な例として、ＩＬａ＝０、ＩＬｂ＝ＩＬとなる。また同様の現象により、ターンオフ動作時には逆に遅れてターンオフする電力用スイッチング素子６ｂに電流が集中し、ＩＬａ＝ＩＬ、ＩＬｂ＝０となる。

この現象により、ターンオン、ターンオフ時に電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂに安全動作領域を超える電流が流れること、また電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂに加わるサージ電圧が電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの耐圧を超えることで、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの破損の要因となる。

サージ電圧は、直流電源１から電力用スイッチング素子６ａや６ｂまでの配線の寄生インダクタンス１０をＬ（説明を簡略化するため直流電源１と電力用スイッチング素子６ａの間配線の寄生インダクタンス、及び直流電源１と電力用スイッチング素子６ｂの間の配線の寄生インダクタンスは共にＬとする）とする。そして電力用スイッチング素子６ａには直流電源１の電圧ＥＤＣ＋寄生インダクタンス１０による電圧ΔＶａ、電力用スイッチング素子６ｂにはＥＤＣ＋寄生インダクタンス１０による電圧ΔＶｂが印加される。

ここでΔＶａ＝Ｌ×ｄＩＬａ／ｄｔ、ΔＶｂ＝ｄＩＬｂ／ｄｔである。そしてｄＩＬａ／ｄｔ、ｄＩＬｂ／ｄｔは電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂに流れる電流の時間変化量を示し、一般的に電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの定格電流に対し、過大な電流を流すほど大きくなるため、サージ電圧もこの電流変化量に伴い大きな値となる。

この点については、特許文献１の構成でも考慮されているが、特許文献１の構成では、ゲート駆動回路と電力用スイッチング素子のゲートとの間にコモンモードコイルを挿入し無ければならず、大がかりな構成となり回路規模が大きくなる。

そこで本発明は、簡単な構成で、並列接続された電力用スイッチング素子のスイッチング特性の差異によって生ずるターンオン／オフ動作に流れる電流の偏りを緩和する電力変換装置を提供することを課題とする。

またこれにより信頼性を向上させ、電流定格や、耐圧の低い素子の適用を可能とし、低コスト化を実現する電力変換装置を提供することを課題とする。

本電力変換装置は、少なくとも２組以上の第１の電力用スイッチング素子を並列接続するとともに、少なくとも２組以上の第２の電力用スイッチング素子を並列接続し、前記第１の電力用スイッチング素子と前記第２の電力用スイッチング素子を直列接続した構成を備え、前記第１の電力用スイッチング素子及び前記第２の電力用スイッチング素子をスイッチングすることによって印加された電力を変換して負荷にエネルギーを供給する電力変換装置において、
前記第１の電力用スイッチング素子のスイッチングを行うゲート駆動信号を各当該第１の電力用スイッチング素子のゲートに出力する第１のゲート駆動電源と、
前記第２の電力用スイッチング素子のスイッチングを行うゲート駆動信号を各当該第２の電力用スイッチング素子のゲートに出力する第２のゲート駆動電源と、
前記第１の電力用スイッチング素子と前記第１のゲート駆動電源との間に設けられ、各前記第１のスイッチング素子のターンオン／オフ時に、当該第１の電力用スイッチング素子にその電気的特性に適したゲート電流を流すよう調整する第１のゲート電流調整部と、
前記第２の電力用スイッチング素子と前記第２のゲート駆動電源との間に設けられ、各前記第２のスイッチング素子のターンオン／オフ時に、当該第２の電力用スイッチング素子にその電気的特性に適したゲート電流を流すよう調整する第２のゲート電流調整部と、を有し、
前記第１のゲート電流調整部は、前記第１のゲート駆動電源と前記第１の電力用スイッチング素子のゲート端子それぞれを接続する複数のゲート配線を２カ所以上で接続して単線部分を設け、前記第１のゲート駆動電源と前記第１の電力用スイッチング素子のエミッタ端子それぞれを接続する複数のエミッタ配線を２カ所以上で接続して単線部分を設け、前記第１の電力用スイッチング素子の前記ゲート配線の単線部分と前記第１の電力用スイッチング素子のエミッタ配線の単線部分の間にコモンモード電流の抑制に効果のある磁性体を配した構成を有し、
前記第２のゲート電流調整部は、前記第２のゲート駆動電源と前記第２の電力用スイッチング素子のゲート端子それぞれを接続する複数のゲート配線を２カ所以上で接続して単線部分を設け、前記第２のゲート駆動電源と前記第２の電力用スイッチング素子のエミッタ端子それぞれを接続する複数のエミッタ配線を２カ所以上で接続して単線部分を設け、前記第２の電力用スイッチング素子の前記ゲート配線の単線部分と前記第２の電力用スイッチング素子のエミッタ配線の単線部分の間にコモンモード電流の抑制に効果のある磁性体を配した構成を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、並列接続された電力用スイッチング素子のスイッチング特性の差異によって生ずるターンオン／オフ動作に流れる電流の偏りを緩和することが出来る。

これにより装置の信頼性を向上させ、電流定格や、耐圧の低い素子の適用を可能とし、低コスト化を実現することが出来る。

本実施形態の電力変換装置の構成例を示す図である。ゲート電流調整部の第１の実施形態を示す図である。第１の実施形態のゲート電流調整部を備えた場合の主回路の一部及びゲート駆動回路部分を抽出した図である。第２の実施形態のゲート電流調整部を備えた電力変換装置の構成を示す図である。第３の実施形態を、第１の実施形態のゲート電流調整部に適用した場合の構成例を示す図である。第３の実施形態を、第２の実施形態のゲート電流調整部に適用した場合の構成例を示す図である。一般的な電力用スイッチング素子を用いた電力変換装置の主回路、並びにゲート駆動回路の構成例を示す。電力用スイッチング素子が２並列で接続された構成の場合の電力変換装置のゲート駆動回路例を示す図である。２並列に電力用スイッチング素子が接続された電力変換装置の１相分の主回路を示す図である。

以下に本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の電力変換装置の構成例を示す図である。同図の構成は、直流電源１から供給される電力を例えば、直流／交流変換，周波数変換によるモータ駆動、昇圧／降圧、制動エネルギーの処理等を目的として、任意のエネルギーに変換する１相分の回路を示し、電力用スイッチング素子を２並列で用いている回路構成例であり、変換したエネルギーは負荷Ｍに供給する。

直流電源１は、本実施形態の電力変換装置が交流入力型の場合、その構成は整流回路及び平滑回路であり、直流入力型の場合には平滑回路となる。以降図１の回路中、直流電源１、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂを有する回路を主回路という。

ゲート駆動電源２ａは、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート駆動電源であり、直流電源回路、絶縁器、スイッチ素子を備えている。ゲート駆動電源２ａは、不図示の制御回路から出力されるオン／オフ信号Ｓ１に基づいて、ゲート端子２Ｇからゲート抵抗３ａ及び３ｂを介して電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子６ａＧ、６ｂＧにゲート駆動信号を出力する。このゲート駆動電源２ａが出力するゲート駆動信号は、エミッタ端子２Ｅの電圧を基準電圧とし、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子の電位を、ターンオン動作時にはプラス電位、ターンオフ動作時にはマイナス電位とする電流である。

またゲート駆動電源２ｂは、電力用スイッチング素子６ｃ及び６ｄのゲート駆動電源であり、不図示の制御回路からのオン／オフ信号Ｓ２に基づいたゲート駆動信号を、ゲート抵抗３ｃ及び３ｄを介して電力用スイッチング素子６ｃ及び６ｄのゲート端子６ｃＧ(不図示)、６ｄＧ(不図示)に出力する。このゲート駆動信号によって生じる電位差により、例えばターンオン動作時にはゲート駆動電源２ａから電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子へ電流を流し、ターンオフ動作時には逆に電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子からゲート駆動電源２ａに電流を流す。以降この電流をゲート電流という。

電力用スイッチング素子６ａ乃至６ｄは、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子で、ゲート端子６ａＧ乃至６ｄＧの入力に基づいてスイッチングを行う。ダイオード８ａ乃至８ｄは、電力用スイッチング素子６ａの負荷電流を転流させるためのフリーホイール・ダイオード（ＦＷＤ：ＦｒｅｅＷｈｅｅｌｉｎｇＤｉｏｄｅ）である。

図１の上半分の電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの動作と、下半分の電力用スイッチング素子６ｃ及び６ｄの動作は、基本的に同じなので以下の説明では、上半分の電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの動作を中心に説明する。また以降ゲート駆動電源２ａ、配線４、４ａ及び４ｂ、ゲート抵抗３ａ及び３ｂ、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂゲート端子６ａＧ及び６ｂＧ、エミッタ端子６ａＥ及び６ｂＥを有する回路をゲート駆動回路という。

図１の本実施形態の電力変換装置と図７の一般的な電力変換装置を比較すると図１の装置は、図７の装置に比して新たにゲート電流調整部７ａ及び７ｂを備えている。このゲート電流調整部７ａは、ゲート駆動電源２ａ、ゲート抵抗３ａ及び３ｂと、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの間に、配線４ａ、４ｂ、５ａ、及び５ｂ上に設けられている。また同様にゲート電流調整部７ｂは、ゲート駆動電源２ｂ、ゲート抵抗３ｃ及び３ｄと、電力用スイッチング素子６ｃ及び６ｄの間に設けられている。

このゲート電流調整部７ａは、ターンオン／オフ時に、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの電気的特性に適したゲート電流ＩＧａ、ＩＧｂを流すよう調整するものである。このゲート電流調整部７ａによって、電力用スイッチング素子６ａと６ｂのターンオン／オフに要する時間の差を緩和して、電力用スイッチング素子６ａのコレクタ−エミッタ間に流れる電流ＩＬａ≒電力用スイッチング素子６ｂのコレクタ−エミッタ間に流れる電流ＩＬｂとする。これにより並列接続された電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのどちらか一方への電流の集中を抑制することが出来る。

図２は、ゲート電流調整部７ａの第１の実施形態を示す図である。
同図においてゲート電流調整部７ａは、配線４ｃ及び配線５ｃからなる。配線４ｃは、ゲート抵抗３ａとゲート端子６ａＧを結ぶ配線４ａとゲート抵抗３ｂとゲート端子６ｂＧを結ぶ配線４ｂを電力用スイッチング素子６ａのゲート端子６ａＧと電力用スイッチング素子６ｂのゲート端子６ｂＧに物理的に直近の位置で接続する配線である。つまり、ゲート端子６ａＧからゲート端子６ｂＧまでの距離が最短となるように配線４ｃを接続して、この間の配線インピーダンスを小さくするようにしている。配線５ｃは、ゲート駆動電源２ａのエミッタ端子２Ｅと電力用スイッチング素子６ａのエミッタ端子６ａＥを結ぶ配線５ａと、ゲート駆動電源２ａのエミッタ端子２Ｅと電力用スイッチング素子６ｂのエミッタ端子６ｂＥを結ぶ配線５ｂを電力用スイッチング素子６ａのエミッタ端子６ａＥと電力用スイッチング素子６ｂのエミッタ端子６ｂＥに物理的に直近の位置で接続する配線である。つまり、エミッタ端子６ａＥからエミッタ端子６ｂＥまでの距離が最短となるように配線５ｃを接続して、この間の配線インピーダンスを小さくするようにしている。このように配線４ｃと配線５ｃとをそれぞれゲート端子６ａＧ，ゲート端子６ｂＧとエミッタ端子６ａＥ，エミッタ端子６ｂＥに物理的に近接した位置で接続することにより、回り込む電流経路の配線インピーダンスが小さくなり、電流の偏りを少なくすることができる。

この図２の回路において、例えばゲート容量が電力用スイッチング素子６ａの方が電力用スイッチング素子６ｂより大きく、電力用スイッチング素子６ａのスイッチングにかかる時間の方が遅かった場合を考える。この場合、ゲート端子６ｂＧに流れるゲート電流ＩＧｂは、電力用スイッチング素子６ｂが速くスイッチング動作するため、その一部を配線４ｃを通り、電流ＩＧｃとしてゲート端子６ａＧへと分流する。このため、ゲート端子６ａＧにはＩＧａ＋ＩＧｃの電流が流れ、また６ｂＧにはＩＧｂ−ＩＧｃの電流が流れる。

したがって図２に示したようなゲート電源調整部７ａは、ゲート容量の大きい電力用スイッチング素子６のゲートには大きな電流、ゲート容量の小さい電力用スイッチング素子６のゲートには小さな電流を流すようにゲート電流を調整する。これによりスイッチングに掛かる時間を、並列接続された電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂ間で均一化することが出来る。

この第１の実施形態のゲート電流調整部７ａによれば、電力用スイッチング素子６ａのコレクタ−エミッタ間に流れる電流ＩＬａと、電力用スイッチング素子６ｂのコレクタ−エミッタ間に流れる電流ＩＬｂの不平衡は改善される。したがって、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂにおける前述の安全動作領域を超える電流を通電すること、並びにサージ電圧が耐圧を超えることによる破損の要因を取り除くことが出来る。よって、信頼性の高い電力変換装置を提供することが出来、また電流定格や、耐圧の小さい電力用スイッチング素子６を用いることが出来るので、低コストな構成で電力変換装置を実現することが出来る。

図３は、第１の実施形態のゲート電流調整部７ａを備えた場合の主回路の一部及びゲート駆動回路部分を抽出した図である。
同図において、８は主回路配線の、９ａは配線５ｄ２の、９ｂは配線５ｃの、９ｃは配線５ａ１及び５ｂ１の寄生インダクタンスを示している。そしてこれら寄生インダクタンス８、９ａ、９ｂ及び９ｃの大きさはＬ、Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃであるとする。

ターンオン／オフ動作時に電力用スイッチング素子６ａと６ｂの間の主回路配線にｄＩＬｄ／ｄｔの電流変化が生じ、電力用スイッチング素子６ａと６ｂの間の主回路配線インダクタンス８により、起電圧ΔＶｃが印加される。この電圧ΔＶｃは主回路配線の寄生インダクタンス８を有する回路の、並列回路の配線５ａ２、５ｄ２及び５ｃの寄生インダクタンス９ｂ及び９ｃにも印加されることになる。そしてこれによって生じる電位差により、ｄＩＬｃ／ｄｔの電流変化が生じ、配線５ｃの寄生インダクタンス９ｂにはｄＩＬｃ／ｄｔにより電圧ΔＶｄが印加される。この電圧ΔＶｄにより配線５ａ１及び５ｂ１の寄生インダクタンス９ｃには、ｄＩＬｅ／ｄｔの電流変化を生じる。

電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのスイッチング時間は数十［ｎｓ］〜数百［ｎｓ］程度（数十［ＭＨｚ］程度）であり、また主回路の電流変化量は最大で８００［Ａ］程度である。よって、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂの種類によって大きく異なるが、数［ｋＡ／μｓ］程度の急峻な主回路の電流変化ｄＩＬｄ／ｄｔによるエミッタ配線のｄＩＬｅ／ｄｔは、配線５ａ１、５ｂ１及び５ｃにコモンモード電流として流れる。そしてこの電流はゲート駆動電源２ａに作用し、ゲート駆動電源２ａの誤動作や部品の破損等の要因となる。

この点に対処したのが第２の実施形態のゲート電流調整部７である。
図４は、第２の実施形態のゲート電流調整部７ａを備えた電力変換装置の構成を示す図である。

図４では、ゲート電流調整部７ａは、ゲート配線側においてゲート抵抗３ａと３ｂの下流端のゲート配線４ａ１と４ｂ１を接続し、また電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子６ａＧ及び６ｂＧから出ているゲート配線４ａ２と４ｂ２を接続する。そしてこの２つの接続点同士の間を配線４ｄで接続する構成を持つ。またエミッタ配線においてもエミッタ配線５ａ１と５ｂ１を接続し、またエミッタ配線５ａ２と５ｄ２を接続する。そしてこの接続点同士を配線５ｄで接続する構成を有する。

言い換えると、第２の実施形態のゲート電流調整部７ａでは、各電力用スイッチング素子６に対してそれぞれ個別に設けたゲート駆動電源２ａのゲート端子２Ｅと電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのゲート端子６ａＧ及び６ｂＧを接続するゲート配線を複数箇所で接続する。また各電力用スイッチング素子６に対してそれぞれ個別に設けたゲート駆動電源２ａのエミッタ端子２Ｅと電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのエミッタ端子６ａＥ及び６ｂＥを接続するエミッタ配線においても複数箇所で接続する構成となっている。

この構成により、第２の実施形態のゲート電流調整部７ａでは、ゲート配線及びエミッタ配線には単線となる部分が設けられる。そしてこの単線部分で第１の実施形態で生じたコモンモード電流ｄＩＬｅ／ｄｔの通電経路を遮断し、ゲート駆動電源２ａへのコモンモード電流の流入を抑制することが出来る。なお、ゲート配線４ａ２とゲート配線４ｂ２との接続点をゲート端子６ａＧ，ゲート端子６ｂＧと物理的に近接した位置にするとともに、エミッタ配線５ａ２とエミッタ配線５ｂ２との接続点をエミッタ端子６ａＥ，エミッタ端子６ｂＥと物理的に近接した位置にして、ゲート端子６ａＧとゲート端子６ｂＧとの配線距離およびエミッタ端子６ａＥとエミッタ端子６ｂＥとの配線距離が最短になるようにするとよい。

次に第３の実施形態のゲート電流調整部７について説明する。
第３の実施形態のゲート電流調整部７では、第１の実施形態若しくは第２の実施形態のゲート電流調整部７にコモンモード電流の抑制に効果のある磁性体１０を配置したものである。

図５は第３の実施形態を、第１の実施形態のゲート電流調整部７に適用した場合の構成例を示す図である。
同図では、ゲート電流調整部７ａは、図３の第１の実施形態の構成に、ゲート配線４ａ１とエミッタ配線５ａ１の間、並びにゲート配線４ｂ１とエミッタ配線５ｂ１の間の位置にコモンモード電流の抑制に効果のある磁性体１０ａ及び１０ｂを設けた構成となっている。

この構成により、数十［ＭＨｚ］のコモンモード電流ｄＩＬｆ／ｄｔを磁性体１０ａ及び１０ｂのインピーダンスの効果で減少させ、ゲート駆動電源２ａへのコモンモード電流の流入を抑制することが出来る。

図６は第３の実施形態を、第２の実施形態のゲート電流調整部７に適用した場合の構成例を示す図である。
図６の構成では、ゲート電流調整部７ａは、図５の構成に、ゲート配線４ｄとエミッタ配線５ｄの間にコモンモード電流の抑制に効果のある磁性体１０ｃを設けた構成となっている。

この図６の構成によれば、コモンモード電流ｄＩＬｅ／ｄｔの通電経路を遮断し、ゲート駆動電源２ａへのコモンモード電流の流入を防ぐことが出来る。
以上により本実施形態の電力変換装置によれば、電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂのコレクタ−エミッタ間を流れる主回路電流ＩＬａ及びＩＬｂの不平衝を改善することができる。したがって電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂに安全動作領域を超える電流が流れたり、サージ電圧が耐圧を超えることによって破損したり、ゲート駆動回路が誤動作したりすることを防ぐことが出来る。

また電力用スイッチング素子６ａ及び６ｂが破損する要因を取り除くことより、信頼性の高い電力変換装置を実現できる。さらに電力変換装置に用いる部品は、電流定格、及び耐圧の小さい電力用スイッチング素子を用いることが出来、コストを低くすることが出来る。

なお上記例では、説明の簡略化のために電力変換装置に電力用スイッチング素子６ａと６ｃ、電力用スイッチング素子６ｂと６ｄの２並列の構成の回路の場合を例を示しているが、本実施形態の電力変換装置は、３並列以上の回路構成についても適用可能である。

１直流電源
２ａ、２ｂゲート駆動電源
３ａ、３ｂゲート抵抗
４ゲート配線
５エミッタ配線
６ａ、６ｂ電力用スイッチング素子
７ａ、７ｂゲート電流調整部
８ａ〜８ｄダイオード
８、９ａ〜９ｃインダクタンス
１０磁性体

Claims

少なくとも２組以上の第１の電力用スイッチング素子を並列接続するとともに、少なくとも２組以上の第２の電力用スイッチング素子を並列接続し、前記第１の電力用スイッチング素子と前記第２の電力用スイッチング素子を直列接続した構成を備え、前記第１の電力用スイッチング素子及び前記第２の電力用スイッチング素子をスイッチングすることによって印加された電力を変換して負荷にエネルギーを供給する電力変換装置において、
前記第１の電力用スイッチング素子のスイッチングを行うゲート駆動信号を各当該第１の電力用スイッチング素子のゲートに出力する第１のゲート駆動電源と、
前記第２の電力用スイッチング素子のスイッチングを行うゲート駆動信号を各当該第２の電力用スイッチング素子のゲートに出力する第２のゲート駆動電源と、
前記第１の電力用スイッチング素子と前記第１のゲート駆動電源との間に設けられ、各前記第１のスイッチング素子のターンオン／オフ時に、当該第１の電力用スイッチング素子にその電気的特性に適したゲート電流を流すよう調整する第１のゲート電流調整部と、
前記第２の電力用スイッチング素子と前記第２のゲート駆動電源との間に設けられ、各前記第２のスイッチング素子のターンオン／オフ時に、当該第２の電力用スイッチング素子にその電気的特性に適したゲート電流を流すよう調整する第２のゲート電流調整部と、を有し、
前記第１のゲート電流調整部は、前記第１のゲート駆動電源と前記第１の電力用スイッチング素子のゲート端子それぞれを接続する複数のゲート配線を２カ所以上で接続して単線部分を設け、前記第１のゲート駆動電源と前記第１の電力用スイッチング素子のエミッタ端子それぞれを接続する複数のエミッタ配線を２カ所以上で接続して単線部分を設け、前記第１の電力用スイッチング素子の前記ゲート配線の単線部分と前記第１の電力用スイッチング素子のエミッタ配線の単線部分の間にコモンモード電流の抑制に効果のある磁性体を配した構成を有し、
前記第２のゲート電流調整部は、前記第２のゲート駆動電源と前記第２の電力用スイッチング素子のゲート端子それぞれを接続する複数のゲート配線を２カ所以上で接続して単線部分を設け、前記第２のゲート駆動電源と前記第２の電力用スイッチング素子のエミッタ端子それぞれを接続する複数のエミッタ配線を２カ所以上で接続して単線部分を設け、前記第２の電力用スイッチング素子の前記ゲート配線の単線部分と前記第２の電力用スイッチング素子のエミッタ配線の単線部分の間にコモンモード電流の抑制に効果のある磁性体を配した構成を有することを特徴とする電力変換装置。