JP6101585B2 - Inverter device - Google Patents

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Description

本発明はインバータ装置に関する。
The present invention relates to an inverter device.

近年、Si(シリコン)に比べて絶縁破壊電界強度が10倍以上高い、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)等のワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体がインバータ装置に適用されている。特にダイオードに関して、従来のインバータ装置はSi−PiND(P−intrinsic−N)が使用されていたが、逆回復動作時に逆回復電流が大きいため、スイッチング素子のターンオン損失やダイオードのリカバリ損失が増大する課題があった。また、逆回復電流のないSBD(ショットキーバリアダイオード)をSiで製作すると、導通損失が大きく増大してしまい200V程度の耐圧が限界であり、高耐圧時にはSiC−SBDを製作することが有効である。   In recent years, power semiconductors using wide band gap semiconductors such as SiC (silicon carbide) and GaN (gallium nitride), which have a dielectric breakdown electric field strength 10 times or more higher than that of Si (silicon), have been applied to inverter devices. In particular, with respect to diodes, Si-PiND (P-intrinsic-N) has been used in conventional inverter devices, but since reverse recovery current is large during reverse recovery operation, turn-on loss of switching elements and recovery loss of diodes increase. There was a problem. In addition, if an SBD (Schottky barrier diode) without reverse recovery current is made of Si, the conduction loss greatly increases, and the withstand voltage of about 200 V is the limit. It is effective to produce an SiC-SBD at a high withstand voltage. is there.

高耐圧ダイオードについて述べると、SiC−SBDはSi―PiNDに比べて半導体チップを薄くすることができるため、接合容量が大きくなる特徴がある。この影響としてスイッチング素子がターンオン動作を行い、SiC−SBDが逆回復動作を行ったときに、主回路インダクタンスと接合容量に起因する振動電流が流れ、ノイズやサージ電圧の増大が課題となる。   As for the high voltage diode, SiC-SBD has a feature that the junction capacitance is increased because the semiconductor chip can be made thinner than Si-PiND. As a result of this, when the switching element performs a turn-on operation and the SiC-SBD performs a reverse recovery operation, an oscillating current due to the main circuit inductance and the junction capacitance flows, which causes an increase in noise and surge voltage.

本技術分野の背景技術として特開2011−78296号公報(特許文献1)がある。この文献には複数のダイオードのうち、リカバリ動作を行うダイオードのみをワイドバンドギャップ半導体とし、リカバリ動作を行わないダイオードの少なくとも一つをワイドバンドギャップ半導体以外のダイオードとし、低損失かつ低コストであるインバータ装置を提供すると記載されている。特許文献1ではインバータ装置の構成に特化しており、ワイドバンドギャップ半導体を適用したときのノイズ増加が課題となる。   As background art of this technical field, there is JP 2011-78296 A (Patent Document 1). In this document, among the plurality of diodes, only the diode that performs the recovery operation is a wide bandgap semiconductor, and at least one of the diodes that does not perform the recovery operation is a diode other than the wide bandgap semiconductor, resulting in low loss and low cost. It is described that an inverter device is provided. In patent document 1, it is specialized in the structure of an inverter apparatus, The noise increase when a wide band gap semiconductor is applied becomes a subject.

特開2013−90350号公報(特許文献2)では供給電流が0アンペア付近にある場合にターンオンさせる際のスイッチング速度を供給電流が0アンペア付近でない場合のスイッチング速度を低下させることにより、振動電流を抑制するインバータ装置を提供すると記載されている。特許文献2ではノイズの抑制方法に関して記載されているが、大電流が流れているときには損失が増大することが課題であり、また3レベルインバータ装置に関して記載されていない。   In JP 2013-90350 A (Patent Document 2), when the supply current is in the vicinity of 0 amperes, the switching speed when turning on is reduced by reducing the switching speed in the case where the supply current is not in the vicinity of 0 amperes. It is described that an inverter device to be suppressed is provided. Patent Document 2 describes a method for suppressing noise, but the problem is that loss increases when a large current flows, and there is no description regarding a three-level inverter device.

特開2011−78296JP2011-78296 特開2013−90350JP2013-90350A

上記のように、SiC−SBDを適用したインバータ装置は、主回路インダクタンスとSiC−SBDの接合容量に起因する振動電流が増大する。振動電流の抑制方法としてスイッチング素子のターンオン速度の低下やフィルタ装置の追加が有効であるが、スイッチング損失の増大やインバータ装置の大型化が課題となる。本発明の目的はSBDを適用時にインバータ装置の損失を増大することなく、振動電流を抑制するインバータ装置を提供することにある。
As described above, in the inverter device to which the SiC-SBD is applied, the oscillating current due to the main circuit inductance and the junction capacitance of the SiC-SBD increases. As a method for suppressing the oscillating current, it is effective to reduce the turn-on speed of the switching element and to add a filter device. The objective of this invention is providing the inverter apparatus which suppresses an oscillating current, without increasing the loss of an inverter apparatus at the time of applying SBD.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲の構成を採用する。その一例を挙げるならば、直流の高電位を与える高電位端子と直流の負電位を与える負電位端子と前記高電位と前記負電位との中間電位を与える中間電位端子とを備えた直流三端子と、正極が前記高電位端子に接続された第一のスイッチング素子と、正極が前記第一のスイッチング素子の負極に接続された第二のスイッチング素子と、正極が前記第二のスイッチング素子の負極に接続された第三のスイッチング素子と、正極が前記第三のスイッチング素子の負極に接続され負極が前記負電位端子に接続された第四のスイッチング素子と、中間電位端子と第一のスイッチング素子の負極の間に接続された第一のダイオード素子と、中間電位端子と第三のスイッチング素子の負極の間に接続された第二のダイオード素子と、第二のスイッチング素子の負極と前記第三のスイッチング素子の正極の間に接続された出力端子と、を有し、直流三端子から与えられる高電位及び中間電位及び負電位の三電位を順次、出力端子に出現させるインバータ装置において、第二のスイッチング素子と第三のスイッチング素子が同時にオン状態となる動作モードで、第二のスイッチング素子と第三のスイッチング素子のゲート端子に異なる電圧を印加する手段を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration of the claims is adopted. For example, a direct current three terminal having a high potential terminal that provides a high direct current potential, a negative potential terminal that imparts a negative negative potential, and an intermediate potential terminal that provides an intermediate potential between the high potential and the negative potential. A first switching element having a positive electrode connected to the high potential terminal, a second switching element having a positive electrode connected to a negative electrode of the first switching element, and a positive electrode being a negative electrode of the second switching element A third switching element connected to the fourth switching element, a fourth switching element having a positive electrode connected to the negative electrode of the third switching element and a negative electrode connected to the negative potential terminal, an intermediate potential terminal, and the first switching element A first diode element connected between the negative electrodes of the first switching element, a second diode element connected between the intermediate potential terminal and the negative electrode of the third switching element, and a second switching element. Output terminal connected between the negative electrode of the third switching element and the positive electrode of the third switching element, and the three potentials of the high potential, the intermediate potential, and the negative potential that are given from the three DC terminals are sequentially made to appear at the output terminal. The inverter device has means for applying different voltages to the gate terminals of the second switching element and the third switching element in an operation mode in which the second switching element and the third switching element are simultaneously turned on. Features.

本発明の効果はインバータ装置の損失を増大さえることなく、振動電流を抑制できることにある。
The effect of the present invention is that the oscillating current can be suppressed without even increasing the loss of the inverter device.

本発明の実施例1によるインバータ装置を示す回路図の例である。It is an example of the circuit diagram which shows the inverter apparatus by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1によるインバータ装置を示す回路図の例である。It is an example of the circuit diagram which shows the inverter apparatus by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1によるインバータ装置の電圧、電流波形の概略図の例である。It is an example of the schematic of the voltage of the inverter apparatus by Example 1 of this invention, and a current waveform. 本発明の実施例1によるインバータ装置が動作中の等価回路図の例である。It is an example of the equivalent circuit diagram in operation | movement of the inverter apparatus by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1によるスイッチング素子の特性図の例である。It is an example of the characteristic view of the switching element by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1によるインバータ装置を示す回路図の例である。It is an example of the circuit diagram which shows the inverter apparatus by Example 1 of this invention. 本発明の実施例2によるインバータ装置を示す回路図の例である。It is an example of the circuit diagram which shows the inverter apparatus by Example 2 of this invention. 本発明の実施例3によるインバータ装置の構成を示す例である。It is an example which shows the structure of the inverter apparatus by Example 3 of this invention. 本発明の実施例3によるインバータ装置を示す回路図の例である。It is an example of the circuit diagram which shows the inverter apparatus by Example 3 of this invention. 本発明の実施例4によるインバータ装置を示す回路図の例である。It is an example of the circuit diagram which shows the inverter apparatus by Example 4 of this invention.

以下、図面を用いて実施例を説明する。   Embodiments will be described below with reference to the drawings.

(インバータ装置の構成)
図1は本発明の実施例1のインバータ装置100の構成図の例である。図1の回路図においてインバータ装置100は主電源としての直流電源101a,101bと4個のスイッチング素子Q1〜Q4と6個のダイオードD1〜D6で構成されている。ここで、スイッチング素子Q1〜Q4には、それぞれダイオードD1〜D4の導通極性が逆となるように並列に、いわゆる逆並列に接続されている。
(Configuration of inverter device)
FIG. 1 is an example of a configuration diagram of an inverter device 100 according to a first embodiment of the present invention. In the circuit diagram of FIG. 1, the inverter device 100 includes DC power supplies 101a and 101b as main power supplies, four switching elements Q1 to Q4, and six diodes D1 to D6. Here, the switching elements Q1 to Q4 are connected in parallel so-called reverse parallel so that the conduction polarities of the diodes D1 to D4 are reversed.

スイッチング素子Q1〜Q4はゲート端子とコレクタ端子とエミッタ端子とを備える三端子半導体素子であり、ゲート電圧によりコレクタ電流を制御することができる。例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の電圧制御素子で構成される。また、スイッチング素子Q1〜Q4はその内部で複数のスイッチング素子を多直列接続または多並列接続されていてもよい。   The switching elements Q1 to Q4 are three-terminal semiconductor elements including a gate terminal, a collector terminal, and an emitter terminal, and the collector current can be controlled by the gate voltage. For example, it is composed of a voltage control element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). In addition, the switching elements Q1 to Q4 may have a plurality of switching elements connected in series or connected in parallel.

ダイオードD1〜D6はアノード端とカソード端とを備える二端子半導体素子であり、アノード端からカソード端へのみ電流が流れる。インバータ装置100の損失を増大しないためには、ダイオードD1〜D4は逆回復電流のないSBD(ショットキーバリアダイオード)が望ましいが、PiND(P−intrinsic−N)でもよい。また、ダイオードD1〜D6はその内部で複数のダイオードを多直列接続または多並列接続されていてもよい。   The diodes D1 to D6 are two-terminal semiconductor elements having an anode end and a cathode end, and current flows only from the anode end to the cathode end. In order not to increase the loss of the inverter device 100, the diodes D1 to D4 are preferably SBDs (Schottky barrier diodes) having no reverse recovery current, but may be PiNDs (P-intrinsic-N). In addition, the diodes D1 to D6 may have a plurality of diodes connected in series or in parallel.

直流電源101aと101bは、商用電源を用いたスイッチング電源を用いてもよく、一次電池や二次電池を用いることもできる。   As the DC power supplies 101a and 101b, a switching power supply using a commercial power supply may be used, and a primary battery or a secondary battery may be used.

(インバータ装置の動作方法)
スイッチング素子Q1〜Q4のオンおよびオフ状態はそれぞれゲート駆動装置104a〜104dで制御される。以下、図2を用いてスイッチング素子Q3を例に説明する。
(Operation method of inverter device)
The on and off states of switching elements Q1-Q4 are controlled by gate drive devices 104a-104d, respectively. Hereinafter, the switching element Q3 will be described as an example with reference to FIG.

スイッチング素子Q3のゲート駆動装置104cはトランジスタ108a、108bおよびPWM(Pulse Width Modulation)信号生成装置114で構成される。また、ゲート駆動装置104cは直流電源102c、103cに接続されている。   The gate driving device 104c of the switching element Q3 includes transistors 108a and 108b and a PWM (Pulse Width Modulation) signal generator 114. The gate driving device 104c is connected to DC power supplies 102c and 103c.

例えば、スイッチング素子Q3のPWM信号生成装置114がオン信号を出力すると、トランジスタ108aがオンし、スイッチング素子Q3のゲートエミッタ間は直流電源102cと等電位になる。スイッチング素子Q3のPWM信号生成装置114がオフ信号を出力するとトランジスタ108bがオンし、スイッチング素子Q3のゲートエミッタ間は直流電源103cと等電位になる。ここで、直流電源102cはスイッチング素子Q3のしきい値電圧201以上であり、直流電源103cはしきい値電圧201よりも低い。例えば、スイッチング素子Q3のしきい値電圧201を6Vとすると、直流電源102cは18V、直流電源103cは−12Vである。   For example, when the PWM signal generation device 114 of the switching element Q3 outputs an ON signal, the transistor 108a is turned ON, and the potential between the gate and the emitter of the switching element Q3 becomes equal to the DC power source 102c. When the PWM signal generation device 114 of the switching element Q3 outputs an off signal, the transistor 108b is turned on, and the gate-emitter of the switching element Q3 is equipotential with the DC power supply 103c. Here, DC power supply 102c is equal to or higher than threshold voltage 201 of switching element Q3, and DC power supply 103c is lower than threshold voltage 201. For example, if the threshold voltage 201 of the switching element Q3 is 6V, the DC power supply 102c is 18V and the DC power supply 103c is -12V.

スイッチング素子Q1、Q2、Q4のそれぞれのゲート駆動装置104a、104b、104dはスイッチング素子Q3のゲート駆動装置104cと同様の動作を行い、ゲート駆動装置104a、104b、104dがそれぞれオン信号を出力したとき、Q1、Q2、Q4のゲートエミッタ間はそれぞれ直流電源102a、102b、102dと等電位となり、ゲート駆動装置104a、104b、104dがオフ信号を出力したとき、Q1、Q2、Q4のゲートエミッタ間はそれぞれ直流電源103a、103b、103dとなる。ここで、直流電源102a、102b、102cはそれぞれスイッチング素子Q1、Q2、Q4のしきい値電圧以上であり、直流電源102a、102b、102dはそれぞれスイッチング素子Q1、Q2、Q4のしきい値電圧よりも低い。   When the gate driving devices 104a, 104b, and 104d of the switching elements Q1, Q2, and Q4 perform the same operation as the gate driving device 104c of the switching element Q3, and the gate driving devices 104a, 104b, and 104d output ON signals, respectively. , Q1, Q2, and Q4 are equipotential to the DC power supplies 102a, 102b, and 102d, respectively, and when the gate drive devices 104a, 104b, and 104d output an off signal, the gate emitters of Q1, Q2, and Q4 are The DC power supplies 103a, 103b, and 103d are used, respectively. Here, the DC power supplies 102a, 102b, and 102c are equal to or higher than the threshold voltages of the switching elements Q1, Q2, and Q4, respectively, and the DC power supplies 102a, 102b, and 102d are based on the threshold voltages of the switching elements Q1, Q2, and Q4, respectively. Is also low.

(ゲート電圧切替装置の構成および動作)
次にスイッチング素子Q3のゲート電圧切替装置105bの動作を説明する。MPU(Micro Processing Unit)107bは出力電流センサ117で検出した出力電流値の正負を判定する正負判定装置116およびスイッチング素子Q2のPWM信号生成装置115から構成される。ここで、MPU107bは複数の信号を演算し、その結果から信号を出力できる手段を有すればよい。
(Configuration and operation of gate voltage switching device)
Next, the operation of the gate voltage switching device 105b of the switching element Q3 will be described. An MPU (Micro Processing Unit) 107b includes a positive / negative determining device 116 that determines whether the output current value detected by the output current sensor 117 is positive and negative, and a PWM signal generating device 115 for the switching element Q2. Here, the MPU 107b only needs to have a means for calculating a plurality of signals and outputting the signals from the results.

MPU107bで生成された信号は絶縁装置106bを介して判定回路110へ送られ、判定回路110は半導体スイッチ109aまたは109bのどちらか一方をオンする。具体的には、出力電流センサ117が正の電流かつスイッチング素子Q2のPWM信号生成装置115がオン信号を出力しているとき、スイッチング素子Q3のMPU107bは半導体スイッチ109bをオンする信号を出力し、それ以外ではQ3のMPU107bは半導体スイッチ109aをオンする信号を出力する。   The signal generated by the MPU 107b is sent to the determination circuit 110 via the insulating device 106b, and the determination circuit 110 turns on one of the semiconductor switches 109a and 109b. Specifically, when the output current sensor 117 is a positive current and the PWM signal generation device 115 of the switching element Q2 outputs an on signal, the MPU 107b of the switching element Q3 outputs a signal for turning on the semiconductor switch 109b, In other cases, the MPU 107b of Q3 outputs a signal for turning on the semiconductor switch 109a.

ここで、スイッチング素子Q3のゲート駆動装置104cがオン信号を出力しているときに半導体スイッチ109bがオンすると、Q3のゲートエミッタ間電圧は直流電源102cからツェナーダイオード111を介して印加される。例えば、直流電源102cが18V、ツェナーダイオード111のツェナー電圧が12VとするとQ3のゲートエミッタ間電圧は6Vとなる。ここでツェナーダイオード111の素子定格を超過しないよう、ツェナーダイオードに流れる電流を抵抗112で抑制する。   Here, when the semiconductor switch 109b is turned on while the gate driving device 104c of the switching element Q3 is outputting the on signal, the gate-emitter voltage of Q3 is applied from the DC power supply 102c via the Zener diode 111. For example, if the DC power supply 102c is 18V and the Zener voltage of the Zener diode 111 is 12V, the gate-emitter voltage of Q3 is 6V. Here, the current flowing through the Zener diode is suppressed by the resistor 112 so as not to exceed the element rating of the Zener diode 111.

コンデンサ113はツェナーダイオード111のノイズ除去および抵抗112の電圧を安定させるために追加している。ゲート電圧切替装置105bはツェナーダイオード111や半導体スイッチ109a、109bを用いたもので実施したが、特定の信号をもとに出力電圧を切り替えることのできる装置であればよい。   The capacitor 113 is added to remove noise from the Zener diode 111 and stabilize the voltage of the resistor 112. The gate voltage switching device 105b is implemented by using the Zener diode 111 and the semiconductor switches 109a and 109b. However, any device that can switch the output voltage based on a specific signal may be used.

一方、スイッチング素子Q3のゲート駆動装置104cがオン信号を出力しているときに半導体スイッチ109aがオンすると、Q3のゲートエミッタ間に直流電源102cが印加される。   On the other hand, when the semiconductor switch 109a is turned on while the gate drive device 104c of the switching element Q3 is outputting the on signal, the DC power supply 102c is applied between the gate emitters of Q3.

次に図3のタイミングチャートを用いてスイッチング素子Q3のゲート電圧切替装置105bの動作を説明する。ここで、出力電流センサ117は正の電流を検出しているとする。時間t1〜t2のモード1ではスイッチング素子Q3、Q4のゲート駆動装置104c、104dからオン信号が出力されており、スイッチング素子Q3、Q4のゲートエミッタ間に直流電源102c、102dが印加されている。   Next, the operation of the gate voltage switching device 105b of the switching element Q3 will be described using the timing chart of FIG. Here, it is assumed that the output current sensor 117 detects a positive current. In mode 1 from time t1 to time t2, ON signals are output from the gate drive devices 104c and 104d of the switching elements Q3 and Q4, and the DC power supplies 102c and 102d are applied between the gate emitters of the switching elements Q3 and Q4.

時間t2においてスイッチング素子Q4のゲート駆動装置104dからオフ信号が出力され、スイッチング素子Q4のゲートエミッタ間電圧は直流電源103dが印加される。   At time t2, an off signal is output from the gate drive device 104d of the switching element Q4, and the DC power supply 103d is applied to the gate-emitter voltage of the switching element Q4.

その後、スイッチング素子Q2〜Q4が同時にオンすることが無いよう、時間t2〜t3にデッドタイム期間202を設ける。   Thereafter, a dead time period 202 is provided at times t2 to t3 so that the switching elements Q2 to Q4 do not turn on simultaneously.

デッドタイム期間202が終了すると時間t3〜t5のモード2に移行し、スイッチング素子Q2のゲート駆動装置104bからオン信号が出力され、スイッチング素子Q2のゲートエミッタ間は直流電源102bが印加される。このとき、出力電流センサ117は正の信号を検出しているため、スイッチング素子Q3のMPU117から半導体スイッチ109bをオンする信号が出力される。スイッチング素子Q3のゲートエミッタ間は前記のように直流電源102cからツェナーダイオード111のツェナー電圧を引いた電圧が印加される。この電圧は直流電源102cより低くかつスイッチング素子Q3のしきい値電圧201以上とする。   When the dead time period 202 ends, the mode shifts to mode 2 from time t3 to t5, an ON signal is output from the gate drive device 104b of the switching element Q2, and the DC power supply 102b is applied between the gate emitter of the switching element Q2. At this time, since the output current sensor 117 detects a positive signal, a signal for turning on the semiconductor switch 109b is output from the MPU 117 of the switching element Q3. As described above, a voltage obtained by subtracting the Zener voltage of the Zener diode 111 from the DC power supply 102c is applied between the gate and emitter of the switching element Q3. This voltage is lower than DC power supply 102c and is equal to or higher than threshold voltage 201 of switching element Q3.

(ゲート電圧切替装置の効果)
次に図3、図4および図5を用いてゲート電圧切替装置105bの効果を説明する。ここで、出力電流センサ117は正の電流を検出しているとする。
(Effect of gate voltage switching device)
Next, the effect of the gate voltage switching device 105b will be described with reference to FIG. 3, FIG. 4, and FIG. Here, it is assumed that the output current sensor 117 detects a positive current.

スイッチング素子Q3、Q4がオンしているモード1では、数百Aの主電流は直流電源101bからダイオードD3、D4を介して出力される。モータなどの誘導性のものが出力端子に接続されている場合には出力電流は瞬時に電流の方向が変化しないため、スイッチング素子Q2、Q3がオンしているモード2では出力電流はダイオードD5とスイッチング素子Q2を介して流れる。   In mode 1 in which the switching elements Q3 and Q4 are turned on, a main current of several hundred A is output from the DC power supply 101b via the diodes D3 and D4. When an inductive device such as a motor is connected to the output terminal, since the direction of the output current does not change instantaneously, in mode 2 in which the switching elements Q2 and Q3 are on, the output current is the same as that of the diode D5. It flows through the switching element Q2.

図4はモード1からモード2へ移行する際の等価回路を示す。ダイオードD4はモード1では主電流が流れており、モード2ではダイオードD4のアノードカソード間に直流電源101bが印加されるため、逆回復動作を行い、等価的に接合容量305となる。   FIG. 4 shows an equivalent circuit when shifting from mode 1 to mode 2. In the diode D4, the main current flows in the mode 1, and in the mode 2, the DC power source 101b is applied between the anode and the cathode of the diode D4, so that the reverse recovery operation is performed and the junction capacitance 305 is equivalently obtained.

ここで、インバータ装置100にはスイッチング素子Q1〜Q4やダイオードD1〜D6を接続するための電気的配線があり、寄生インダクタンス301がいたるところに存在する。すなわち、モード1からモード2へ移行する際に直流電源101b、寄生インダクタンス301、ダイオードD5のオン抵抗302、スイッチング素子Q2、Q3のオン抵抗303、304、ダイオードD4の接合容量305の経路で振動電流が流れる。   Here, the inverter device 100 has electrical wiring for connecting the switching elements Q1 to Q4 and the diodes D1 to D6, and the parasitic inductance 301 exists everywhere. That is, when the mode 1 is shifted to the mode 2, the oscillating current passes through the path of the DC power source 101b, the parasitic inductance 301, the on-resistance 302 of the diode D5, the on-resistances 303 and 304 of the switching elements Q2 and Q3, and the junction capacitance 305 of the diode D4. Flows.

図3に示すようにスイッチング素子Q4のコレクタ端子に振動電流203が流れるため、スイッチング素子Q4のコレクタエミッタ間には振動電圧204が発生し、ノイズの原因となる。この振動電流はスイッチング素子Q2のゲート抵抗を小さくする等により、高速な動作を実現するほど顕著になる。   As shown in FIG. 3, since the oscillating current 203 flows through the collector terminal of the switching element Q4, an oscillating voltage 204 is generated between the collector and emitter of the switching element Q4, which causes noise. This oscillating current becomes more prominent as a high-speed operation is realized, for example, by reducing the gate resistance of the switching element Q2.

振動電流の抑制方法としてスイッチング素子Q2のターンオン速度を遅くすることが有効であるが、スイッチング損失が増大することが課題となる。その他の手段として、振動電流を抑制するにはその経路の抵抗を増大することが有効であるため、スイッチング素子Q2、Q3のオン抵抗303、304を増大すればよい。   Although it is effective to slow down the turn-on speed of the switching element Q2 as a method for suppressing the oscillating current, an increase in switching loss is a problem. As another means, in order to suppress the oscillating current, it is effective to increase the resistance of the path. Therefore, the on-resistances 303 and 304 of the switching elements Q2 and Q3 may be increased.

図5にスイッチング素子のコレクタエミッタ間電圧とコレクタ電流の関係のゲートエミッタ間電圧依存性を示す。コレクタエミッタ間電圧を一定とすると、ゲートエミッタ間電圧を小さくすることでコレクタ電流が少なくなるため、スイッチング素子のオン抵抗が上昇する特性がある。この特性を活用してスイッチング素子Q2、Q3のゲートエミッタ間電圧を低下することで振動電流を抑制できる。一方、スイッチング素子Q2には数百Aの主電流が流れているため、スイッチング素子Q2のオン抵抗303を増大すると損失が大幅に増大してしまう。   FIG. 5 shows the gate-emitter voltage dependency of the relationship between the collector-emitter voltage and the collector current of the switching element. When the collector-emitter voltage is kept constant, the collector current is reduced by reducing the gate-emitter voltage, so that the on-resistance of the switching element increases. By utilizing this characteristic, the oscillation current can be suppressed by reducing the gate-emitter voltage of the switching elements Q2, Q3. On the other hand, since a main current of several hundred A flows through the switching element Q2, increasing the on-resistance 303 of the switching element Q2 significantly increases the loss.

本発明のゲート電圧切替装置ではスイッチング素子Q3のゲートエミッタ間のみを直流電源102cより小さくかつスイッチング素子Q3のしきい値電圧201よりも大きくすることを特徴としているため、スイッチング素子Q3のオン抵抗304のみを増大することができる。ここで、ダイオードD4にSiC−SBDを適用すると逆回復電流が無く、振動電流は数十Aであるため、スイッチング素子Q3のオン抵抗304増大による損失の増大はほとんど発生しない。   The gate voltage switching device according to the present invention is characterized in that only the gate-emitter of the switching element Q3 is made smaller than the DC power supply 102c and larger than the threshold voltage 201 of the switching element Q3. Only can be increased. Here, when SiC-SBD is applied to the diode D4, there is no reverse recovery current and the oscillating current is several tens of A. Therefore, an increase in loss due to the increase in the ON resistance 304 of the switching element Q3 hardly occurs.

図3に示すようにゲート電圧切替装置を適用するとスイッチング素子Q4のコレクタ電流は振動電流205のように低減でき、それに伴いスイッチング素子Q4のコレクタエミッタ間電圧も振動電圧206のように抑制することができる。   As shown in FIG. 3, when the gate voltage switching device is applied, the collector current of the switching element Q4 can be reduced as the oscillating current 205, and accordingly, the collector-emitter voltage of the switching element Q4 is also suppressed as the oscillating voltage 206. it can.

また、ゲート電圧切替装置を適用する時間はスイッチング素子Q2が完全にオンし、スイッチング素子Q4のコレクタ電流の振動電流203または205が抑制されるまででよい。すなわち、スイッチング素子Q2が完全にオンした信号をもとにして、時間t4ではスイッチング素子Q3のゲートエミッタ間は直流電源102cが印加されることとなる。   Further, the time for applying the gate voltage switching device may be until the switching element Q2 is completely turned on and the oscillation current 203 or 205 of the collector current of the switching element Q4 is suppressed. That is, based on the signal that the switching element Q2 is completely turned on, the DC power source 102c is applied between the gate and emitter of the switching element Q3 at time t4.

上記の実施例では出力電流センサ117が正の信号を検出している場合について説明した。以下では出力電流センサ117が負の電流を検出している場合のスイッチング素子Q2のゲート電圧切替装置105aの動作を説明する。インバータ装置の構成は前記と同様であるため省略する。   In the above embodiment, the case where the output current sensor 117 detects a positive signal has been described. Hereinafter, the operation of the gate voltage switching device 105a of the switching element Q2 when the output current sensor 117 detects a negative current will be described. Since the configuration of the inverter device is the same as described above, the description thereof is omitted.

前記のスイッチング素子Q3のゲート電圧切替装置105aとスイッチング素子Q2のゲート電圧切替装置105bで異なる点はMPU107aの判定信号である。MPU107aは出力電流センサ117で検出した値の正負を判定する正負判定装置116およびスイッチング素子Q3のPWM信号生成装置114から構成される。MPU107aで生成された信号は絶縁装置106aを介して判定回路110へ送られ、判定回路110は半導体スイッチ109aまたは109bのどちらか一方をオンする。具体的には、出力電流センサ117が負の信号かつスイッチング素子Q3のPWM信号生成装置115がオン信号を出力しているとき、スイッチング素子Q2のMPU107aは半導体スイッチ109bをオンする信号を出力し、それ以外の信号ではMPU107bは半導体スイッチ109aをオンする信号を出力する。以下、スイッチング素子Q2のゲートエミッタ間電圧を変化させる動作はスイッチング素子Q3のゲート電圧切替装置104cと同様である。
The difference between the gate voltage switching device 105a of the switching element Q3 and the gate voltage switching device 105b of the switching element Q2 is a determination signal of the MPU 107a. The MPU 107a includes a positive / negative determining device 116 that determines whether the value detected by the output current sensor 117 is positive and negative, and a PWM signal generating device 114 for the switching element Q3. The signal generated by the MPU 107a is sent to the determination circuit 110 via the insulating device 106a, and the determination circuit 110 turns on one of the semiconductor switches 109a and 109b. Specifically, when the output current sensor 117 is a negative signal and the PWM signal generation device 115 of the switching element Q3 outputs an on signal, the MPU 107a of the switching element Q2 outputs a signal for turning on the semiconductor switch 109b, For other signals, the MPU 107b outputs a signal for turning on the semiconductor switch 109a. Hereinafter, the operation of changing the gate-emitter voltage of the switching element Q2 is the same as that of the gate voltage switching device 104c of the switching element Q3.

図7は本発明の実施例2で使用されるインバータ装置100の回路図である。インバータ装置100の動作モードおよびゲート電圧切替装置106a、106bの動作は実施例1と同様であるため省略する。   FIG. 7 is a circuit diagram of the inverter device 100 used in Embodiment 2 of the present invention. Since the operation mode of the inverter device 100 and the operation of the gate voltage switching devices 106a and 106b are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

一般的にSiC−SBDが逆回復動作時に発生する振動電流は出力電流が大きいほど大きくなる課題がある。この課題を解決するため、出力電流センサ117および出力電流値の判定装置402a、402bを用いて振動電流を効率よく抑制する。   Generally, there is a problem that the oscillating current generated during the reverse recovery operation of the SiC-SBD increases as the output current increases. In order to solve this problem, the oscillation current is efficiently suppressed by using the output current sensor 117 and the output current value determination devices 402a and 402b.

判定装置402a、402bは出力電流センサ117で検出した電流値を判定する装置である。この値をそれぞれ絶縁装置401a、401bを介してゲート電圧切替装置105a、105bに入力する。ゲート電圧切替装置105a、105bは絶縁装置401a、401bから入力された値をもとにして、スイッチング素子Q2およびQ3に出力するゲートエミッタ間電圧を制御する。   The determination devices 402 a and 402 b are devices that determine the current value detected by the output current sensor 117. This value is input to the gate voltage switching devices 105a and 105b via the insulating devices 401a and 401b, respectively. Gate voltage switching devices 105a and 105b control the gate-emitter voltage output to switching elements Q2 and Q3 based on the values input from insulating devices 401a and 401b.

例えば、出力電流センサ117で正の数百Aの大電流を検出した際には、スイッチング素子Q3のゲートエミッタ間電圧をスイッチング素子Q2のゲートエミッタ間電圧より低くかつスイッチング素子Q3のしきい値電圧以上の中で、しきい値電圧に限りなく近づけるようにゲート電圧切替装置105bを制御し、出力電流センサ117で負の数百Aの大電流を検出した際にはスイッチング素子Q2のゲートエミッタ間電圧をスイッチング素子Q3のゲートエミッタ間電圧より低くかつスイッチング素子Q2のしきい値電圧以上の中で、しきい値電圧に限りなく近づけるようにゲート電圧切替装置105aを制御することが有効である。そうすることで出力電流が大電流時にスイッチング素子Q2、Q3のそれぞれのオン抵抗303、304が増大し、振動電流を抑制することができる。
For example, when the output current sensor 117 detects a large positive current of several hundred A, the gate-emitter voltage of the switching element Q3 is lower than the gate-emitter voltage of the switching element Q2, and the threshold voltage of the switching element Q3 In the above, when the gate voltage switching device 105b is controlled so as to be as close as possible to the threshold voltage, and when the output current sensor 117 detects a large negative current of several hundreds of A, it is between the gate and emitter of the switching element Q2. It is effective to control the gate voltage switching device 105a so that the voltage is lower than the gate-emitter voltage of the switching element Q3 and equal to or higher than the threshold voltage of the switching element Q2 as much as possible. By doing so, the on-resistances 303 and 304 of the switching elements Q2 and Q3 increase when the output current is large, and the oscillating current can be suppressed.

図8は実施例3を実現するためのインバータ装置100の構成である。   FIG. 8 shows a configuration of an inverter device 100 for realizing the third embodiment.

図9は本発明の実施例3で使用されるインバータ装置100の回路図である。インバータ装置100の動作モードおよびゲート電圧切替装置106a、106bの動作は実施例1と同様であるため省略する。   FIG. 9 is a circuit diagram of an inverter device 100 used in Embodiment 3 of the present invention. Since the operation mode of the inverter device 100 and the operation of the gate voltage switching devices 106a and 106b are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

一般的にSiC−SBDが逆回復動作時に発生する振動電流はインバータ装置100の温度が低いほど増大する課題がある。この課題を解決するために、インバータ装置100に接続された冷却器501の温度センサ502から出力された信号を温度判定装置503a、503bで処理し、ゲート電圧切替装置105a、105bが出力する電圧を制御する。   In general, there is a problem that the oscillating current generated in the reverse recovery operation of the SiC-SBD increases as the temperature of the inverter device 100 decreases. In order to solve this problem, the signals output from the temperature sensor 502 of the cooler 501 connected to the inverter device 100 are processed by the temperature determination devices 503a and 503b, and the voltages output from the gate voltage switching devices 105a and 105b are processed. Control.

例えば、温度センサ502が氷点下の温度を検出し、出力電流センサ117が正の電流を検出した際には、スイッチング素子Q3のゲートエミッタ間電圧をスイッチング素子Q2のゲートエミッタ間電圧より低くかつスイッチング素子Q3のしきい値電圧以上の中で、しきい値電圧に限りなく近づけるようにゲート電圧切替装置105bを制御し、出力電流センサ117で負の電流を検出した際には、スイッチング素子Q2のゲートエミッタ間電圧をスイッチング素子Q3のゲートエミッタ間電圧より低くかつスイッチング素子Q2のしきい値電圧以上の中で、しきい値電圧に限りなく近づけるようにゲート電圧切替装置105aを制御することが有効である。
For example, when the temperature sensor 502 detects a temperature below freezing point and the output current sensor 117 detects a positive current, the gate-emitter voltage of the switching element Q3 is lower than the gate-emitter voltage of the switching element Q2, and the switching element When the gate voltage switching device 105b is controlled to be as close as possible to the threshold voltage within the threshold voltage of Q3, and the negative current is detected by the output current sensor 117, the gate of the switching element Q2 It is effective to control the gate voltage switching device 105a so that the emitter-to-emitter voltage is lower than the gate-emitter voltage of the switching element Q3 and equal to or higher than the threshold voltage of the switching element Q2. is there.

図10は本発明の実施例4で使用されるインバータ装置100の回路図である。インバータ装置100の動作モードおよびゲート電圧切替装置106a、106bの動作は実施例1と同様であるため省略する。   FIG. 10 is a circuit diagram of an inverter device 100 used in Embodiment 4 of the present invention. Since the operation mode of the inverter device 100 and the operation of the gate voltage switching devices 106a and 106b are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

一般的にSiC−SBDが逆回復動作時に発生する振動電流はインバータ装置100の直流電源101a、101bが高いほど増大する。この課題を解決するために、インバータ装置100に接続された電圧センサ601をもとにゲート電圧切替装置105a、105bが出力する電圧を制御する。   In general, the oscillating current generated in the reverse recovery operation of the SiC-SBD increases as the DC power sources 101a and 101b of the inverter device 100 are higher. In order to solve this problem, the voltage output from the gate voltage switching devices 105 a and 105 b is controlled based on the voltage sensor 601 connected to the inverter device 100.

例えば、インバータ装置100が通常動作しているときの直流電源101a、101bに比べて電圧センサ601が高い電圧を検出し、出力電流センサ117が正の電流を検出した際には、スイッチング素子Q3のゲートエミッタ間電圧をスイッチング素子Q2のゲートエミッタ間電圧より低くかつスイッチング素子Q3のしきい値電圧以上の中で、しきい値電圧に限りなく近づけるようにゲート電圧切替装置105bを制御し、出力電流センサ117で負の電流を検出した際には、スイッチング素子Q2のゲートエミッタ間電圧をスイッチング素子Q3のゲートエミッタ間電圧より低くかつスイッチング素子Q2のしきい値電圧以上の中で、しきい値電圧に限りなく近づけるようにゲート電圧切替装置105aを制御することが有効である。   For example, when the voltage sensor 601 detects a higher voltage than the DC power supplies 101a and 101b when the inverter device 100 is normally operating and the output current sensor 117 detects a positive current, the switching element Q3 The gate voltage switching device 105b is controlled such that the gate-emitter voltage is lower than the gate-emitter voltage of the switching element Q2 and equal to or higher than the threshold voltage of the switching element Q3, and the output voltage When the sensor 117 detects a negative current, the threshold voltage between the gate-emitter voltage of the switching element Q2 is lower than the gate-emitter voltage of the switching element Q3 and is equal to or higher than the threshold voltage of the switching element Q2. It is effective to control the gate voltage switching device 105a so as to be as close as possible.

例えば、鉄道用インバータ装置では回生動作時には電圧センサ601は通常動作に比べて高い電圧を検出するため、実施例4が有効となる。
For example, in a railway inverter device, the voltage sensor 601 detects a voltage higher than that in the normal operation during the regenerative operation, and thus the fourth embodiment is effective.

Q1〜Q4 スイッチング素子
D1〜D6 ダイオード
100 インバータ装置
101a、101b 直流電源(主電源)
102a〜102d 直流電源(第1直流電源)
103a〜103d 直流電源(第2直流電源)
104a〜104d ゲート駆動装置
105a、105b ゲート電圧切替装置
106a、106b、401a、401b 絶縁装置
107a、107b MPU(Micro Processing Unit)
108a、108b トランジスタ
109a、109b 半導体スイッチ
110 判定回路
111 ツェナーダイオード
112 抵抗
113 コンデンサ
114 Q3のPWM信号生成装置
115 Q2のPWM信号生成装置
116 正負判定装置
117 出力電流センサ
201 スイッチング素子Q3のしきい値電圧
202 デッドタイム期間
203 従来のコレクタ電流波形
204 従来のコレクタエミッタ間電圧波形
205 本発明のコレクタ電流波形
206 本発明のコレクタエミッタ間電圧波形
301 寄生インダクタンス
302 ダイオードD5のオン抵抗
303、304 スイッチング素子Q2、Q3のオン抵抗
305 ダイオードD4の接合容量
402a、402b 電流値判定装置
501 冷却器
502 温度センサ
503a、503b 温度判定装置
601 電圧センサ
602a、602b 電圧値判定装置
Q1 to Q4 Switching elements D1 to D6 Diode 100 Inverter devices 101a and 101b DC power supply (main power supply)
102a to 102d DC power supply (first DC power supply)
103a to 103d DC power supply (second DC power supply)
104a to 104d Gate driving devices 105a and 105b Gate voltage switching devices 106a, 106b, 401a and 401b Insulating devices 107a and 107b MPU (Micro Processing Unit)
108a, 108b Transistors 109a, 109b Semiconductor switch 110 Determination circuit 111 Zener diode 112 Resistor 113 Capacitor 114 Q3 PWM signal generation device 115 Q2 PWM signal generation device 116 Positive / negative determination device 117 Output current sensor 201 Threshold voltage of switching element Q3 202 Dead time period 203 Conventional collector current waveform 204 Conventional collector-emitter voltage waveform 205 Collector current waveform 206 of the present invention Collector-emitter voltage waveform of the present invention 301 Parasitic inductance 302 On-resistance 303, 304 of the diode D5 Switching element Q2, Q3 ON-resistance 305 Junction capacitance 402a, 402b of diode D4 Current value determination device 501 Cooler 502 Temperature sensor 503a, 503b Temperature determination device 60 Voltage sensor 602a, 602b voltage value determining device

Claims (8)

直流の高電位を与える高電位端子と直流の負電位を与える負電位端子と前記高電位と前記負電位との中間電位を与える中間電位端子とを備えた直流三端子と、
正極が前記高電位端子に接続された第一のスイッチング素子と、
正極が前記第一のスイッチング素子の負極に接続された第二のスイッチング素子と、
正極が前記第二のスイッチング素子の負極に接続された第三のスイッチング素子と、
正極が前記第三のスイッチング素子の負極に接続され負極が前記負電位端子に接続された第四のスイッチング素子と、
前記中間電位端子と前記第一のスイッチング素子の負極の間に接続された第一のダイオード素子と、
前記中間電位端子と前記第三のスイッチング素子の負極の間に接続された第二のダイオード素子と、
前記第二のスイッチング素子の負極と前記第三のスイッチング素子の正極の間に接続された出力端子と、を有し、
前記直流三端子から与えられる高電位及び中間電位及び負電位の三電位を順次、前記出力端子に出現させるインバータ装置において、
前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子が同時にオン状態となる動作モードで、前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子のゲート端子に異なる電圧を印加する手段を有することを特徴とするインバータ装置。
A direct current three terminal including a high potential terminal for applying a high direct current potential, a negative potential terminal for providing a negative direct current potential, and an intermediate potential terminal for providing an intermediate potential between the high potential and the negative potential;
A first switching element having a positive electrode connected to the high potential terminal;
A second switching element having a positive electrode connected to the negative electrode of the first switching element;
A third switching element having a positive electrode connected to the negative electrode of the second switching element;
A fourth switching element having a positive electrode connected to the negative electrode of the third switching element and a negative electrode connected to the negative potential terminal;
A first diode element connected between the intermediate potential terminal and the negative electrode of the first switching element;
A second diode element connected between the intermediate potential terminal and the negative electrode of the third switching element;
An output terminal connected between the negative electrode of the second switching element and the positive electrode of the third switching element;
In the inverter device that causes the three potentials of the high potential, the intermediate potential, and the negative potential that are given from the three DC terminals to appear at the output terminal sequentially,
Means for applying different voltages to gate terminals of the second switching element and the third switching element in an operation mode in which the second switching element and the third switching element are simultaneously turned on; A featured inverter device.
請求項1に記載のインバータ装置において、
前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子が同時にオン状態となる動作モードで、前記第二のスイッチング素子の制御信号と前記第三のスイッチング素子の制御信号と前記出力端子に流れる電流の正負に応じて、前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子のゲート端子の電圧の変化するタイミングを制御する装置を有することを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to claim 1,
In the operation mode in which the second switching element and the third switching element are simultaneously turned on, the control signal of the second switching element, the control signal of the third switching element, and the current flowing through the output terminal An inverter device comprising a device for controlling a timing at which a voltage at a gate terminal of the second switching element and the third switching element changes according to positive and negative.
請求項1又は請求項2に記載のインバータ装置において、
前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子が同時にオン状態となる動作モードで、前記出力端子から前記直流三端子に電流が流れるとき、前記第二のスイッチング素子のゲート端子に印加する電圧は前記第二のスイッチング素子のしきい値電圧以上かつ前記第三のスイッチング素子のゲート端子の電圧より低く、前記直流三端子から前記出力端子に電流が流れるとき、前記第三のスイッチング素子のゲート端子に印加する電圧は前記第三のスイッチング素子のしきい値電圧以上かつ前記第二のスイッチング素子のゲート端子の電圧より低いことを特徴とするインバータ装置。
In the inverter device according to claim 1 or 2,
The voltage applied to the gate terminal of the second switching element when current flows from the output terminal to the three DC terminals in an operation mode in which the second switching element and the third switching element are simultaneously turned on. Is lower than the threshold voltage of the second switching element and lower than the voltage of the gate terminal of the third switching element, and when a current flows from the three DC terminals to the output terminal, the gate of the third switching element The voltage applied to the terminal is equal to or higher than the threshold voltage of the third switching element and lower than the voltage of the gate terminal of the second switching element.
請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のインバータ装置において、
前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子が同時にオン状態となる動作モードで、前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子のゲート端子に印加する電圧は、前記出力端子に流れる電流値によって制御されることを特徴とするインバータ装置。
In the inverter apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 3,
In the operation mode in which the second switching element and the third switching element are simultaneously turned on, a voltage applied to the gate terminals of the second switching element and the third switching element flows to the output terminal. An inverter device controlled by a current value.
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載のインバータ装置において、
前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子が同時にオン状態となる動作モードで、前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子のゲート端子に印加する電圧は、前記インバータ装置の温度によって制御されることを特徴とするインバータ装置。
In the inverter apparatus as described in any one of Claim 1 thru | or 4,
In the operation mode in which the second switching element and the third switching element are simultaneously turned on, the voltage applied to the gate terminals of the second switching element and the third switching element is the temperature of the inverter device. It is controlled by the inverter apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のインバータ装置において、
前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子が同時にオン状態となる動作モードで、前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子のゲート端子に印加する電圧は、前記高電位端子と前記電位端子間の電圧によって制御されることを特徴とするインバータ装置。
In the inverter apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 5,
In an operation mode in which the second switching element and the third switching element are simultaneously turned on, the voltage applied to the gate terminals of the second switching element and the third switching element is the high potential terminal and An inverter device controlled by a voltage between the negative potential terminals.
請求項1乃至請求項6に記載のインバータ装置において、
前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子が同時にオン状態となる動作モードで、前記第二のスイッチング素子又は前記第三のスイッチング素子のゲート端子に異なる電圧を印加したあとに、前記第二のスイッチング素子又は前記第三のスイッチング素子のターンオン動作が完了すると、前記第二のスイッチング素子と前記第三のスイッチング素子に同電圧を印加することを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to any one of claims 1 to 6,
In an operation mode in which the second switching element and the third switching element are turned on simultaneously, after applying different voltages to the gate terminal of the second switching element or the third switching element, When the turn-on operation of the second switching element or the third switching element is completed, the same voltage is applied to the second switching element and the third switching element.
請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載のインバータ装置において、
前記第1乃至第4のスイッチング素子はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材とすることを特徴とするインバータ装置。
In the inverter apparatus as described in any one of Claim 1 thru | or 7,
The inverter device characterized in that the first to fourth switching elements are based on a semiconductor material having a larger band gap than silicon.
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