JP6253733B2 - コンバータ - Google Patents

Description

本発明は、コンバータに関し、特に、電圧クランプを有するコンバータである。

コンバータは、例えば、太陽光インバータ（ｓｏｌａｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ）、無停電電源装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ；ＵＰＳ）、電源調節システム（ＰＣＳ）等の関連分野に広く適用される。

上記コンバータは、一般的に、スイッチユニットを含む。コンバータの操作途中、スイッチユニットがオフになると、電圧サージが発生して、コンバータにおける素子に影響を与える。ある技術において、スイッチユニットが電圧サージにより損壊しないように、コンバータには電圧クランプによる保護が加えられる。

従来の技術では、電圧クランプによる保護は、単一周波数の電圧サージしか吸収できない。しかしながら、回路上の異なる寄生インダクタンス値又は容量値によって、スイッチユニットがオフになる場合に発生する電圧サージが多種の周波数を有する可能性がある。そのため、従来の電圧クランプ操作では、依然としてスイッチユニットを完璧的に保護できない。

本発明の一態様では、第１のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、第１の共振周波数を有するように設けられて、第１のスイッチユニットの第１のサージを吸収する第１の充電分岐路と、第２の共振周波数を有するように設けられて、第１のスイッチユニットの第２のサージを吸収する第２の充電分岐路と、を含む電圧クランプユニットと、を備えるコンバータを提供する。

ある実施例において、第１の充電分岐路は、第１のスイッチユニットに並列されて、第１のサージを吸収する第１のキャパシタを含み、第２の充電分岐路は、第１のスイッチユニットに並列されて、第２のサージを吸収する第２のキャパシタを含む。

ある実施例において、第１の充電分岐路は、第１のキャパシタに直列結合される第１のインダクタを更に含み、第２の充電分岐路は、第２のキャパシタに直列結合される第２のインダクタを更に含み、第１のキャパシタと第２のキャパシタとは、下記の特定関係を満たす。

ただし、Ｃ１は第１のキャパシタの容量値であり、Ｃ２は第２のキャパシタの容量値であり、ＦＳ１は第１の共振周波数であり、ＦＳ２は第２の共振周波数であり、Ｌ１は第１のインダクタのインダクタンス値であり、Ｌ２は第２のインダクタのインダクタンス値であり、第１の共振周波数が第１のサージの振動周波数に対応し、第２の共振周波数が第２のサージの振動周波数に対応する。

ある実施例において、前記第１の充電分岐路は、陽極が前記第１のキャパシタにつながり、陰極が前記第１のスイッチユニットにつながって、前記第１のサージを吸収する第１のダイオードを更に含み、前記第２の充電分岐路は、陽極が前記第２のキャパシタにつながり、陰極が前記第１のスイッチユニットにつながって、前記第２のサージを吸収する第２のダイオードを更に含む。

ある実施例において、第１のダイオード及び第２のダイオードは、同一のダイオードにより達成される。

ある実施例において、電圧クランプユニットは、第１の放電分岐路と、第２の放電分岐路と、を更に含む。第１の放電分岐路は、第１のキャパシタと入力電源の正極端との間に結合され、第１のキャパシタが第１の放電分岐路を介して電気エネルギーを放出する。第２の放電分岐路は、第２のキャパシタと入力電源の正極端との間に結合され、第２のキャパシタが第２の放電分岐路を介して電気エネルギーを放出する。

ある実施例において、第１の放電分岐路及び第２の放電分岐路は、同一の放電分岐路により達成される。

ある実施例において、電圧クランプユニットは、第１のスイッチユニットに対応する第３のサージを吸収するための第３の共振周波数を有する第３の充電分岐路を更に含み、第３のサージの振動周波数が第３の共振周波数に対応し、第１の共振周波数、第２の共振周波数及び第３の共振周波数が互いに異なる。

ある実施例において、電圧クランプユニットは、第３の充電分岐路と入力電源の正極端との間に結合され、第３の放電分岐路を介して電気エネルギーを放出する第３の放電分岐路を更に含む。

ある実施例において、第１の放電分岐路、第２の放電分岐路及び第３の放電分岐路の少なくとも２つは、同一の放電分岐路により達成される。

ある実施例において、第１のブリッジアームは、第１のスイッチユニットに直列される第２のスイッチユニットを更に含み、電圧クランプユニットは、更に、第２のスイッチユニットの少なくとも１つのサージを吸収することに用いられる。

本発明の一態様では、電圧クランプユニットを提供する。電圧クランプユニットは、スイッチユニットに並列接続されており、スイッチユニットの第１のサージを吸収するための第１の共振周波数を有する第１の充電分岐路と、スイッチユニットに並列接続されており、スイッチユニットの第２のサージを吸収するための第２の共振周波数を有する第２の充電分岐路と、入力電源と第１の充電分岐路との間に結合されて、第１の充電分岐路の電気エネルギーを放出する第１の放電分岐路と、入力電源と第２の充電分岐路との間に結合され、第２の充電分岐路の電気エネルギーを放出する第２の放電分岐路と、を含む。

ある実施例において、第１の充電分岐路は、スイッチユニットに並列されて、第１のサージを吸収する第１のキャパシタを含み、第２の充電分岐路は、スイッチユニットに並列されて、第２のサージを吸収する第２のキャパシタを含む。

ある実施例において、第１の充電分岐路は、第１のキャパシタに直列結合される第１のインダクタを更に含み、第２の充電分岐路は、第２のキャパシタに直列結合される第２のインダクタを更に含み、第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとは、下記の特定関係を満たす。

ただし、Ｃ１は第１のキャパシタの容量値であり、Ｃ２は第２のキャパシタの容量値であり、ＦＳ１は第１の共振周波数であり、ＦＳ２は第２の共振周波数であり、Ｌ１は第１のインダクタのインダクタンス値であり、Ｌ２は第２のインダクタのインダクタンス値であり、第１の共振周波数が第１のサージの振動周波数に対応し、第２の共振周波数が第２のサージの振動周波数に対応する。

ある実施例において、第１の充電分岐路は、陽極がスイッチユニットに結合され、陰極が第１のキャパシタに結合される第１のダイオードを含み、第２の充電分岐路は、陽極がスイッチユニットに結合され、陰極が第２のキャパシタに結合される第２のダイオードを含む。

ある実施例において、第１のダイオード及び第２のダイオードは、同一のダイオードにより達成される。

ある実施例において、第１の放電分岐路及び第２の放電分岐路は、同一の放電分岐路により達成される。

ある実施例において、電圧クランプユニットは、スイッチユニットに並列接続され、スイッチユニットに対応する第３のサージを吸収するための第３の共振周波数を有する第３の充電分岐路と、第３の充電分岐路と入力電源との間に接続され、第３の充電分岐路の電気エネルギーを放出する第３の放電分岐路と、を更に含み、第３のサージの振動周波数が第３の共振周波数に対応し、第１の共振周波数、第２の共振周波数及び第３の共振周波数が互いに異なる。

ある実施例において、第１の放電分岐路、第２の放電分岐路及び第３の放電分岐路における少なくとも２つは、同一の放電分岐路により達成される。

上記をまとめると、本発明に係るコンバータと電圧クランプユニットは、スイッチユニットの発生した異なる振動周波数のサージを吸収することができ、電圧クランプによる完璧な保護が達成される。

下記の図面の説明は、本発明の前記又はその他の目的、特徴、利点及び実施例をより分りやすくするためのものである。
本発明の一実施例によるコンバータを示す模式図である。 本発明の一実施例による図１Ａに示すスイッチＳ２がオフになる場合に発生するサージを示す模式図である。 本発明の一実施例による図１Ａに示すダイオードＤ２の逆回復の場合に発生するサージを示す模式図である。 本発明の一実施例によるコンバータを示す模式図である。 本発明の一実施例によるコンバータを示す模式図である。 本発明の一実施例によるコンバータを示す模式図である。 本発明の一実施例によるコンバータを示す模式図である。 本発明の一実施例によるコンバータを示す模式図である。

以下、実施例を挙げて添付図面に合わせて詳しく説明するが、提供された実施例は本発明の範囲を制限するためのものではなく、構造操作に対する記述もその実行順序を制限するためのものではない。素子から改めて組み合わせられた如何なる構造、及びそれによる同等効果を持つ装置も、本発明の範囲に含まれる。また、図面は、説明するためのものだけであり、原サイズ通りに描かれたものではない。容易に理解するために、下記では、同一の素子に同一の記号を付けて説明する。

本明細書に用いる「第１の」、「第２の」等については、順序又は順位を特定するものではなく、本発明を限定するためのものでもなく、同一の技術用語で記述される素子又は操作を区別するためのものだけである。

また、本明細書に用いる「結合」又は「接続」は、何れも２つ又は複数の素子が互いに直接で実体的に又は電気的に接触し、又は互いに間接で実体的に又は電気的に接触し、或は２つ又は複数の素子が互いに操作又は動作することを指すことができる。

本明細書に用いる「約」、「およそ」又は「およそ約」の用語とは、一般的に、所定値又は範囲の２０％内であり、好ましくは１０％以内であり、より好ましくは５％以内であることを意味する。本明細書で、明確に説明しない限り、言及された数値を、全て、「約」、「およそ」又は「およそ約」で表す誤差又は範囲のような近似値と見なす。

図１Ａを参照されたい。図１Ａは、本発明の一実施例によるコンバータ１００を示す模式図である。図１Ａに示すように、コンバータ１００は、ブリッジアーム１２０と、電圧クランプユニット１４０と、を備える。ブリッジアーム１２０は、スイッチユニット１２２と、スイッチユニット１２４と、を含む。スイッチユニット１２２は、第１の端が入力電源ＶＢＵＳに結合され、第２の端がスイッチユニット１２４の第１の端に結合される。また、スイッチユニット１２４は、第２の端が入力電源ＶＢＵＳに結合される。

ある実施例において、スイッチユニット１２２とスイッチユニット１２４との何れか一方は、並列した出力半導体スイッチとダイオードを含む。例としては、図１Ａに示すように、スイッチユニット１２２は、互いに並列した出力半導体スイッチＳ１とダイオードＤ１を含む。同様に、スイッチユニット１２４は、互いに並列したスイッチＳ２とダイオードＤ２を含む。各実施例において、上記のスイッチＳ１とスイッチＳ２は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＭＯＳＦＥＴ）等の各種のトランジスタにより達成されてよい。

図１Ｂは、本発明の一実施例による図１Ａに示したスイッチＳ２がオフになる場合に発生するサージを示す模式図である。図１Ｃは、本発明の一実施例による図１Ａに示したダイオードＤ２がオフになる場合に発生するサージを示す模式図である。

上記のように、ある実施例において、スイッチユニット１２２又はスイッチユニット１２４の何れか一方は、一般的に、出力半導体スイッチ及びそれに並列されたダイオードを含む。簡単に説明するために、下記各実施例の図面では、ＩＧＢＴだけを例として説明するが、本発明はこれに制限されない。

ＩＧＢＴとダイオードとは、作動特性が異なる。例えば、スイッチユニット１２４がオフになる場合、ダイオードＤ２におけるサージの電圧ピーク値（ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ）及びその振動周波数１／Ｔ２は、スイッチＳ２の両端のサージの電圧ピーク値及びその振動周波数１／Ｔ１と異なる。図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、スイッチＳ２上のサージ電圧に対して、ダイオードＤ２上のサージ電圧は、より大きい振動周波数及びより高い電圧ピーク値を有する。そのため、上記両者の電圧ピーク値及び振動周波数が異なることについて、異なる実施例において、複数の分岐路の電圧クランプユニット１４０を有することで、スイッチＳ２及びダイオードＤ２のそれぞれの発生するサージ電圧は別々に吸収されて、より好適な保護作用が達成される。

電圧クランプユニット１４０は、充電分岐路１４２＿１と、充電分岐路１４２＿２と、を含む。充電分岐路１４２＿１は、スイッチユニット１２４のサージを吸収するための第１の共振周波数ＦＳ１を有するように設けられる。充電分岐路１４２＿２は、スイッチユニット１２４のサージを吸収するための第２の共振周波数ＦＳ２を有するように設けられる。これにより、スイッチユニット１２４がオフにされると、それに対応して発生する異なる周波数の複数のサージは、充電分岐路１４２＿１と充電分岐路１４２＿２により吸収される。同等的に、充電分岐路１４２＿１と充電分岐路１４２＿２は、スイッチユニット１２４の信頼性を改善するために、電圧クランプにより保護することができる。

図１Ａに示すように、充電分岐路１４２＿１は、ダイオードＤＣ１、インダクタＬＣ１及びキャパシタＣＣ１を含む。充電分岐路１４２＿２は、ダイオードＤＣ２、インダクタＬＣ２及びキャパシタＣＣ２を含む。ダイオードＤＣ１の陽極とダイオードＤＣ２の陽極がスイッチユニット１２４の第１の端に結合される。インダクタＬＣ１がダイオードＤＣ１の陰極とキャパシタＣＣ１との間に結合され、インダクタＬＣ２がダイオードＤＣ２の陰極とキャパシタＣＣ２との間に結合される。キャパシタＣＣ１とキャパシタＣＣ２が更にスイッチユニット１２４の他端に結合される。このように設けることで、スイッチユニット１２４がオフになる場合、複数のサージの電圧ピーク値がバスバーの電圧より高くなると、キャパシタＣＣ１及びキャパシタＣＣ２は、対応するサージを吸収するために充電される。このように、スイッチユニット１２４の両端のサージ電圧が低下する。

各実施例において、充電分岐路１４２＿１の第１の共振周波数ＦＳ１は、スイッチＳ２がオフになる場合に発生するサージに対応する振動周波数に設けられてよい。充電分岐路１４２＿２の第２の共振周波数ＦＳ２は、ダイオードＤ２が逆回復の過渡状態で発生するサージに対応する振動周波数に設けられてよい。ある実施例において、充電分岐路１４２＿１の第１の共振周波数ＦＳ１とスイッチＳ２がオフになる場合に発生するサージの振動周波数とがおよそ同一であり、充電分岐路１４２＿２の第２の共振周波数ＦＳ２とダイオードＤ２が逆回復の過渡状態で発生するサージの振動周波数とが大体同一である。また別のある実施例において、充電分岐路１４２＿１の第１の共振周波数ＦＳ１はスイッチＳ２がオフになる場合に発生するサージの振動周波数に等しく、充電分岐路１４２＿２の第２の共振周波数ＦＳ２はダイオードＤ２が逆回復の過渡状態で発生するサージの振動周波数に等しい。

例えば、第１の共振周波数ＦＳ１はキャパシタＣＣ１の容量値とインダクタＬＣ１のインダクタンス値を調整することで設けられてよく、第２の共振周波数ＦＳ２はキャパシタＣＣ２の容量値とインダクタＬＣ２のインダクタンス値を調整することで設けられてよい。キャパシタＣＣ１とキャパシタＣＣ２は、下記の特定関係を満たす。

ただし、Ｃ１はキャパシタＣＣ１の容量値であり、Ｃ２はキャパシタＣＣ２の容量値であり、Ｌ１はインダクタＬＣ１のインダクタンス値であり、Ｌ２はインダクタＬＣ２のインダクタンス値である。

スイッチＳ２の素子特性がダイオードＤ２の素子特性と異なるので、ダイオードＤ２が逆回復の過渡状態で発生するサージの振動周波数は、一般的に、スイッチＳ２がオフになる場合に発生するサージの振動周波数より高い。本実施例において、充電分岐路１４２＿１は、スイッチユニット１２４におけるスイッチＳ２がオフになる場合に発生するサージを吸収するように設けられ、充電分岐路１４２＿２は、スイッチユニット１２４におけるダイオードＤ２が逆回復の場合に発生するサージを吸収するように設けられる。このように、スイッチユニット１２４の発生した異なる周波数を有する複数のサージの影響は、電圧クランプユニット１４０により低下する。

一実施例において、インダクタＬＣ１とキャパシタＣＣ１は、電圧クランプユニット１４０における直列共振回路として操作するように設けられる。スイッチＳ２がオフになる場合、インダクタＬＣ１とキャパシタＣＣ１は対応して共振する。直列共振点で、電圧クランプユニット１４０の充電分岐路１４２＿１の抵抗が最低となって、スイッチＳ２の発生したサージは、充電分岐路１４２＿１により十分に吸収される。同等的に、スイッチＳ２がオフになる場合に発生するサージは、電圧クランプユニット１４０におけるインダクタＬＣ１及びキャパシタＣＣ１により十分に制限される。

同様に、ダイオードＤ２が逆回復の過渡状態である場合、インダクタＬＣ２とキャパシタＣＣ２とは対応して共振する。直列共振点で、電圧クランプユニット１４０の充電分岐路１４２＿２の抵抗が最低となって、ダイオードＤ２の発生したサージは、充電分岐路１４２＿２により十分に吸収される。同等的に、ダイオードＤ２が逆回復の過渡状態で発生するサージは、電圧クランプユニット１４０におけるインダクタＬＣ２及びキャパシタＣＣ２により十分に制限される。

別のある実施例において、前記の直列共振回路の直列共振周波数は、それに対応するサージの振動周波数と接近するように設けられてよい。このように、対応するサージを吸収する機能も達成される。

ある実施例において、前記のインダクタＬＣ１とインダクタＬＣ２は、回路における寄生インダクタである。例えば、シミュレーション又はネットワーク・アナライザによって充電分岐路１４２＿１と充電分岐路１４２＿２をテストすることで、インダクタＬＣ１とインダクタＬＣ２のインダクタンス値を取得し、更にそれに対応してキャパシタＣＣ１とキャパシタＣＣ２との容量値を設けることができる。或は、別のある実施例において、前記のインダクタＬＣ１とインダクタＬＣ２は、インダクタ素子を設けることで直接達成される。上記インダクタＬＣ１とインダクタＬＣ２との設置形態は例示だけであり、本発明はこれに限定されない。当業者であれば、実際な適用に応じて、インダクタＬＣ１とインダクタＬＣ２との設置形態を調整することができる。

なお、また図１Ａを参照されたい。電圧クランプユニット１４０は、放電分岐路１４４＿１と、放電分岐路１４４＿２と、を更に含む。放電分岐路１４４＿１が充電分岐路１４２＿１と入力電源ＶＢＵＳの正極端との間に結合され、放電分岐路１４４＿２が充電分岐路１４２＿２と入力電源ＶＢＵＳの正極端との間に結合される。ある実施例において、放電分岐路１４４＿１は抵抗ＲＣ１を含み、放電分岐路１４４＿２は抵抗ＲＣ２を含む。キャパシタＣＣ１の吸収した電気エネルギーは抵抗ＲＣ１により放出され、キャパシタＣＣ２の吸収した電気エネルギーは抵抗ＲＣ２により放出される。これにより、サージの影響で損壊しないように、スイッチＳ２とダイオードＤ２とに対応する電圧クランプ操作は持続的に行われる。

図２を参照されたい。図２は本発明の一実施例によるコンバータ２００を示す模式図である。図１Ａに対して、図２に示したコンバータ２００の電圧クランプユニット１４０には、単一のダイオードＤＣ３と抵抗ＲＣ３しか設けられていない。つまり、この例において、充電分岐路１４２＿１と充電分岐路１４２＿２には、別にダイオード（つまり、図１Ａに示すダイオードＤＣ１とＤＣ２）を設けていない。充電分岐路１４２＿１と充電分岐路１４２＿２はダイオードＤＣ３を介してスイッチユニット１２４に接続される。つまり、図１Ａに示すダイオードＤＣ１とＤＣ２は単一のダイオードＤＣ３により達成される。

具体的には、図２に示すように、充電分岐路１４２＿１はキャパシタＣＣ１とインダクタＬＣ１しか含まず、充電分岐路１４２＿２はキャパシタＣＣ２とインダクタＬＣ２しか含まない。キャパシタＣＣ１とキャパシタＣＣ２との何れも同一のダイオードＤＣ３を介してスイッチユニット１２４に接続されて、対応するサージを吸収する。

同様に、この例において、電圧クランプユニット１４０は、前記の抵抗ＲＣ３により達成される単一の放電分岐路１４４＿３しか含まない。つまり、この例において、キャパシタＣＣ１とキャパシタＣＣ２との何れも同一の抵抗ＲＣ３を介して電気エネルギーを放出する。つまり、図１Ａに示す放電分岐路１４４＿１と１４４＿２は１つの放電分岐路１４４＿３により達成される。

上記各実施例の電圧クランプユニット１４０におけるダイオードと放電分岐路との数は例示だけであり、本発明はこれに限定されない。任意の数のダイオードと放電分岐路又は上記各実施例における如何なる組み合わせも本発明の範囲に含まれると見なされるべきである。例えば、また別のある実施例において、電圧クランプユニット１４０は、依然としてダイオードＤＣ１とダイオードＤＣ２を有するが、単一の放電分岐路１４４＿３のみを有する（つまり、単一の抵抗ＲＣ３のみを有する）。或は、ある実施例において、電圧クランプユニット１４０は、単一のダイオードＤＣ３のみを有するが、２つの放電分岐路１４４＿１と放電分岐路１４４＿２を有する。

図３を参照されたい。図３は、本発明の一実施例によるコンバータ３００を示す模式図である。図１Ａに対して、コンバータ３００における電圧クランプユニット１４０は、複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎと、複数の放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎと、を更に含む。複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎ及び複数の放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎは、前記の充電分岐路１４２＿１、１４２＿２及び放電分岐路１４４＿１と１４４＿２と同じように設けられるので、ここで詳しく説明しない。

各実施例において、前記の図２に示すように、各充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎにおける少なくとも２つは同一のダイオードにより達成されてよい。更に別のある実施例において、全てのダイオードＤＣ１〜ＤＣＮは同一のダイオードにより達成されてよい。同様に、各実施例において、前記の図２に示すように、各放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎにおける少なくとも２つは同一の放電分岐路により達成されてよい。更に別のある実施例において、全ての放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎは同一の放電分岐路により達成されてよい。

この例において、複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎの各々の共振周波数は異なる周波数に設けられてよい。例えば、充電分岐路１４２＿１は第１の共振周波数を有し、充電分岐路１４２＿２は第２の共振周波数を有し、充電分岐路１４２＿Ｎは第Ｎ共振周波数を有し、且つ第１の共振周波数、第２の共振周波数及び第Ｎ共振周波数は互いに異なり、ただしＮは２より大きい正整数であってもよい。これにより、複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎは、スイッチユニット１２４がオフになる場合に発生する、異なる振動周波数を有する複数のサージを吸収することができる。つまり、ある実施例において、回路における寄生インダクタンス値、寄生容量値又は他の変異による影響を考慮すると、異なる共振周波数を有する複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎを複数の群で設けることで、スイッチユニット１２４に発生する可能な各種の振動周波数を有するサージを吸収することができる。このように、スイッチユニット１２４の信頼性は更に向上する。

図４を参照されたい。図４は、本発明の一実施例によるコンバータ４００を示す模式図である。図３に対して、図４に示すように、コンバータ４００における複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎは、ブリッジアーム１２０と並列接続するように設けられる。詳しくは、ダイオードＤＣ１とダイオードＤＣ２がスイッチユニット１２２の第１の端に結合され、スイッチユニット１２２の第１の端が入力電源ＶＢＵＳの正極端につながる。キャパシタＣＣ１とキャパシタＣＣ２がスイッチユニット１２４の第２の端に結合され、スイッチユニット１２４の第２の端が入力電源ＶＢＵＳの負極端につながる。

前記の実施例に比べ、この例において、スイッチユニット１２４がオフになる場合に発生するサージは、各充電分岐路１４２＿１〜１４２＿ＮにおけるキャパシタＣＣ１〜ＣＣＮ〜ＣＣＮに充電するように、スイッチユニット１２２を介して各充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎに伝送される。同等的に、対応するサージが各充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎにより吸収されることで、各サージが抑制される。また、この実施例において、複数の充電分岐路１４２＿１、１４２＿２、…、１４２＿Ｎは、スイッチユニット１２２がオフになる場合に発生する、対応する振動周波数を有する少なくとも１つのサージを同時に吸収することができる。例としては、充電分岐路１４２＿１と充電分岐路１４２＿２はスイッチユニット１２４のサージを吸収するように設けられ、充電分岐路１４２＿Ｎ−１（図示せず）と充電分岐路１４２＿Ｎはスイッチユニット１２２におけるスイッチＳ１とダイオードＤ１のサージを吸収するように設けられてよい。つまり、充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎは、ブリッジアーム１２０の発生する、異なる振動周波数を有する複数のサージを吸収することができる。上記の設置形態は例示だけであり、他のタイプの設置形態も本発明の範囲に含まれるべきである。

図４に示すように、電圧クランプユニット１４０は、放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎを更に含む。放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎは、それぞれ充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎといちいち対応する。各充電分岐路１４２＿１〜１４２＿ＮにおけるキャパシタＣＣ１〜ＣＣＮは、それに対応する放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎを介して電気エネルギーを放出する。前記のように、ある実施例において、各充電分岐路１４２＿１〜１４２＿ＮにおけるダイオードＤＣ１〜ＤＣＮの少なくとも２つは同一のダイオードにより達成される。更なる実施例において、全てのダイオードＤＣ１〜ＤＣＮは同一のダイオードにより達成されてよい。前記のように、ある実施例において、各放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎにおける少なくとも２つは同一の放電分岐路により達成されてよい。更なる実施例において、全ての放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎは同一の放電分岐路により達成されてよい。

図５を参照されたい。図５は、本発明の一実施例によるコンバータ５００を示す模式図である。図５に示すように、コンバータ５００は、ブリッジアーム５２０と、ブリッジアーム５４０と、電圧クランプユニット１４０と、を備える。この例において、コンバータ５００は、Ｔタイプ中性点クランプ（Ｔ−ｔｙｐｅ ｎｅｕｔｒａｌ ｐｏｉｎｔ ｃｌａｍｐｅｄ；ＴＮＰＣ）回路である。入力電源ＶＢＵＳ＋と入力電源ＶＢＵＳ−が中性点Ｎに結合される。ブリッジアーム５２０は、スイッチユニット５２２とスイッチユニット５２４を含む。スイッチユニット５２２は、第１の端が電圧クランプユニット１４０に結合され、第２の端がスイッチユニット５２４の第１の端（以下、接続点Ｎ１という）に結合される。スイッチユニット５２４の第２の端が入力電源ＶＢＵＳ−の負極端に結合される。ブリッジアーム５４０が中性点Ｎと接続点Ｎ１との間に結合される。ブリッジアーム５４０はスイッチユニット５４２とスイッチユニット５４４を含む。スイッチユニット５４２とスイッチユニット５４４とが直列結合される。詳しくは、スイッチユニット５４２におけるスイッチＳ４のエミッタがスイッチユニット５４２におけるスイッチＳ３のエミッタにつながる。前記複数のスイッチユニット５２２、５２４、５４２及び５４４が前記実施例におけるスイッチユニット１２２、１２４と同じように設けられるので、ここで詳しく説明しない。

電圧クランプユニット１４０は、複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎや１４２＿Ｘと、複数の放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎや１４４＿Ｘと、を含む。複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎが中性点Ｎと入力電源ＶＢＵＳ＋の正極端との間に結合される。このように、複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎは、スイッチユニット５２２、スイッチユニット５４２及びスイッチユニット５４４の発生したサージを吸収し、且つそれぞれ複数の放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎを介して電気エネルギーを放出することができる。充電分岐路１４２＿Ｘは、中性点Ｎと入力電源ＶＢＵＳ−の負極端との間に設けられて、スイッチユニット５２４、スイッチユニット５２２、スイッチユニット５４２及びスイッチユニット５４４の発生したサージを吸収する。同様に、充電分岐路１４２＿Ｘは、放電分岐路１４４＿Ｘを介して電気エネルギーを放出することができる。これにより、コンバータ５００における各スイッチユニット５２２、５２４、５４２及び５４４の電圧クランプ操作は効果的に行われる。

上記複数の充電分岐路与複数の放電分岐路の数は例示だけであり、本発明はこれに限定されない。例えば、別のある実施例において、異なる振動周波数を有するサージを吸収するための充電分岐路１４２＿Ｘをさらに設けてもよい。

図６を参照されたい。図６は、本発明の一実施例によるコンバータ６００を示す模式図である。図６に示すように、コンバータ６００は、ブリッジアーム６２０と、ダイオードＤＢ１と、ダイオードＤＢ２と、電圧クランプユニット１４０と、を備える。この例において、コンバータ６００は、ダイオード中性点クランプ（ｄｉｏｄｅ ｎｅｕｔｒａｌ−ｐｏｉｎｔ−ｃｌａｍｐｅｄ；ＤＮＰＣ）回路である。

入力電源ＶＢＵＳ＋と入力電源ＶＢＵＳ−が中性点Ｎに結合される。ブリッジアーム６２０は、スイッチユニット６２２、スイッチユニット６２４、スイッチユニット６２６及びスイッチユニット６２８を含む。スイッチユニット６２２は、第１の端が電源ＶＢＵＳ＋の正極端に結合され、第２の端がスイッチユニット６２４の第１の端（以下、接続点Ａという）及びダイオードＤＢ１の陰極に結合される。スイッチユニット６２４は、第２の端がスイッチユニット６２６の第１の端（以下、接続点Ｂという）に結合される。スイッチユニット６２６は、第２の端がスイッチユニット６２８の第１の端（以下、接続点Ｃという）及びダイオードＤＢ２の陽極に結合される。スイッチユニット６２８は、第２の端が電源ＶＢＵＳ−の負極端に結合される。ただし、ダイオードＤＢ２の陰極がダイオードＤＢ１の陽極につながって中性点Ｎに結合され、ダイオードＤＢ１の陽極が接続点Ａに結合され、ダイオードＤＢ２の陰極が接続点Ｃに結合される。前記複数のスイッチユニット６２２、６２４、６２６及び６２８が前記実施例におけるスイッチユニット１２２、１２４と同じように設けられるので、ここで詳しく説明しない。

電圧クランプユニット１４０は、複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎ及び１４２＿Ｘと、複数の放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎ及び１４４＿Ｘと、を含む。複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿ＮがダイオードＤＢ２の陰極（つまり、中性点Ｎ）とスイッチユニット６２２の第１の端との間に結合される。このように、複数の充電分岐路１４２＿１〜１４２＿Ｎは、スイッチユニット６２２及びダイオードＤＢ１の発生したサージを吸収し、且つそれぞれ複数の放電分岐路１４４＿１〜１４４＿Ｎを介して電気エネルギーを放出することができる。充電分岐路１４２＿Ｘは、スイッチユニット６２８及びダイオードＤＢ２の発生したサージを吸収するように、ダイオードＤＢ２の陰極（つまり、中性点Ｎ）とスイッチユニット６２８の第２の端との間に設けられる。同様に、充電分岐路１４２＿Ｘは、放電分岐路１４４＿Ｘを介して電気エネルギーを放出することができる。これにより、コンバータ６００におけるスイッチユニット６２２、６２８及びダイオードＤＢ１、ＤＢ２の電圧クランプ操作は効果的に行われる。

上記複数の充電分岐路と複数の放電分岐路の数は例示だけであり、本発明はこれに限定されない。例えば、別のある実施例において、異なる振動周波数を有するサージを吸収するための充電分岐路１４２＿Ｘをさらに設けてもよい。

上記電圧クランプユニット１４０の適用は例示だけであるが、本発明は上記適用に制限されなく、他の各種タイプのコンバータの適用も本発明の範囲に含まれると見なされるべきである。

上記をまとめると、本発明に示すコンバータと電圧クランプユニットは、スイッチユニットの発生した異なる振動周波数のサージを吸収することができる。つまり、スイッチユニットがオフになる場合に発生するサージが抑制され、電圧クランプによる完璧な保護が達成される。

本発明を実施形態によって上記のように開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、各種の変更及び修飾することができる。本発明は、特許請求の範囲の記載によって限定される。

１００、２００、３００、４００、５００、６００：コンバータ
１２０、５２０、５４０、６２０：ブリッジアーム
１２２、１２４、５２２、５２４、６２２、６２４、６２６、６２８：スイッチユニット
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４：スイッチ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、ＤＣ１、ＤＣ２、ＤＣ３、ＤＣＮ、ＤＣＸ、ＤＢ１、ＤＢ２：ダイオード
１４０：電圧クランプユニット
１４２＿１、１４２＿２、１４２＿Ｎ、１４２＿Ｘ：充電分岐路
１４４＿１、１４４＿２、１４４＿３、１４４＿Ｎ、１４４＿Ｘ：放電分岐路
ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣＮ、ＲＣＸ：抵抗
ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣＮ、ＬＣＸ：インダクタ
ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣＮ、ＣＣＸ：キャパシタ
ＶＢＵＳ、ＶＢＵＳ＋、ＶＢＵＳ−：入力電源
Ｎ：中性点
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ１：接続点
Ｔ１、Ｔ２：周期

Claims (9)

1. 第１のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、
   第１の共振周波数を有するように設けられて、前記第１のスイッチユニットがオフになる間の前記第１のスイッチユニットの第１のサージを吸収する第１の充電分岐路と、第２の共振周波数を有するように設けられて、前記第１のスイッチユニットがオフになる間の前記第１のスイッチユニットの第２のサージを吸収する第２の充電分岐路と、を含み、前記第１のブリッジアームにつながる電圧クランプユニットと、
   を備え、
   前記第１の共振周波数が前記第１のサージの振動周波数に対応し、前記第２の共振周波数が前記第２のサージの振動周波数に対応する、
   コンバータ。
2. 前記第１の充電分岐路は、前記第１のスイッチユニットに並列されて、前記第１のサージを吸収する第１のキャパシタを含み、前記第２の充電分岐路は、前記第１のスイッチユニットに並列されて、前記第２のサージを吸収する第２のキャパシタを含む請求項１に記載のコンバータ。
3. 前記第１の充電分岐路は、前記第１のキャパシタに直列結合される第１のインダクタを更に含み、前記第２の充電分岐路は、前記第２のキャパシタに直列結合される第２のインダクタを更に含み、
   前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとは、下記の特定関係を満たす
   

   

   （ただし、Ｃ１は前記第１のキャパシタの容量値であり、Ｃ２は前記第２のキャパシタの容量値であり、ＦＳ１は前記第１の共振周波数であり、ＦＳ２は前記第２の共振周波数であり、Ｌ１は前記第１のインダクタのインダクタンス値であり、Ｌ２は前記第２のインダクタのインダクタンス値である）請求項２に記載のコンバータ。
4. 前記第１の充電分岐路は、陰極が前記第１のインダクタにつながり、陽極が前記第１のスイッチユニットにつながって、前記第１のサージを吸収する第１のダイオードを更に含み、
   前記第２の充電分岐路は、陰極が前記第２のインダクタにつながり、陽極が前記第１のスイッチユニットにつながって、前記第２のサージを吸収する第２のダイオードを更に含む請求項３に記載のコンバータ。
5. 前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードは、同一のダイオードにより達成される請求項４に記載のコンバータ。
6. 前記電圧クランプユニットは、前記第１のスイッチユニットに対応する第３のサージを吸収するための第３の共振周波数を有する第３の充電分岐路を更に含み、
   前記第３のサージの振動周波数が前記第３の共振周波数に対応し、前記第１の共振周波数、前記第２の共振周波数及び前記第３の共振周波数が互いに異なる請求項４に記載のコンバータ。
7. 前記電圧クランプユニットは、
   第１の端が入力電源の正極端に結合され、第２の端が前記第１の充電分岐路、前記第２の充電分岐路及び前記第３の充電分岐路の少なくとも一方に結合される少なくとも１つの放電分岐路を更に含み、
   前記第１の充電分岐路、前記第２の充電分岐路及び前記第３の充電分岐路の前記少なくとも一方は、前記少なくとも１つの放電分岐路を介して電気エネルギーを放出する請求項６に記載のコンバータ。
8. 前記第１のブリッジアームは、前記第１のスイッチユニットに直列される第２のスイッチユニットを更に含み、前記電圧クランプユニットは、前記第１のブリッジアームに並列され、更に、前記第２のスイッチユニットの少なくとも１つのサージを吸収することに用いられる請求項１に記載のコンバータ。
9. スイッチユニットに並列接続されており、前記スイッチユニットがオフになる間の前記スイッチユニットの第１のサージを吸収するための第１の共振周波数を有する第１の充電分岐路と、
   前記スイッチユニットに並列接続されており、前記スイッチユニットがオフになる間の前記スイッチユニットの第２のサージを吸収するための第２の共振周波数を有する第２の充電分岐路と、
   入力電源と前記第１の充電分岐路との間に結合されて、前記第１の充電分岐路の電気エネルギーを放出する第１の放電分岐路と、
   前記入力電源と前記第２の充電分岐路との間に結合されて、前記第２の充電分岐路の電気エネルギーを放出する第２の放電分岐路と、
   を含み、
   前記第１の共振周波数が前記第１のサージの振動周波数に対応し、前記第２の共振周波数が前記第２のサージの振動周波数に対応する、
   電圧クランプユニット。

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