JP6419266B2 - 制御可能なクランプを有する電力用インバータのためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
Claims (28)
- 第1の電圧振幅経路と、第2の電圧振幅経路と、前記第1の電圧振幅経路に結合された第1のクランプ素子と、前記第2の電圧振幅経路に結合された第2のクランプ素子と、を含む装置であって、
・前記第1の電圧振幅経路は、第1の複数の電力トランジスタを含み、前記第1の電圧振幅経路には、アクティブなときに出力信号の正の半波の部分が発生し、
・前記第2の電圧振幅経路は、第2の複数の電力トランジスタを含み、前記第2の電圧振幅経路には、アクティブなときに出力信号の負の半波の部分が発生し、
・前記第1のクランプ素子は、前記第1の電圧振幅経路のためのフリーホイール経路を成し、前記第1のクランプ素子は、制御端子を含み、前記第1のクランプ素子は、前記制御端子が第1の状態にあるときに第1の蓄積電荷を有し、前記制御端子が第2の状態にあるときに第2の蓄積電荷を有し、ただし前記第1の蓄積電荷は前記第2の蓄積電荷よりも多く、
・前記第2のクランプ素子は、前記第2の電圧振幅経路のためのフリーホイール経路を成し、前記第2のクランプ素子は、制御端子を含み、前記第2のクランプ素子は、前記制御端子が前記第1の状態にあるときに第1の蓄積電荷を有し、前記制御端子が前記第2の状態にあるときに第2の蓄積電荷を有する、
装置。 - ・前記第1の電圧振幅経路は、正の電圧源と前記出力信号を出力する共通の端子とに結合された第1の複数の電力スイッチを含み、
・前記第1のクランプ素子は、アノードとカソードとを含み、前記第1のクランプ素子のアノードには入力信号が供給され、前記第1のクランプ素子のカソードには前記第1の複数の電力スイッチが結合されており、
・前記第2の電圧振幅経路は、負の電圧源と前記共通の端子とに結合された第2の複数の電力スイッチを含み、
・前記第2のクランプ素子は、アノードとカソードとを含み、前記第2のクランプ素子のカソードには入力信号が供給され、前記第2のクランプ素子のアノードには前記第2の複数の電力スイッチが結合されている、
請求項1記載の装置。 - 前記第1のクランプ素子および前記第2のクランプ素子は、ダイオードであり、前記ダイオードは、前記制御端子が前記第1の状態にあるときには低いアノード効率を有し、前記制御端子が前記第2の状態にあるときには高いアノード効率を有する、
請求項2記載の装置。 - 前記ダイオードは、アノードとカソードとの間において横方向で前記ダイオードを貫通しかつn型ドーピングされた埋込層を含む、
請求項3記載の装置。 - 前記ダイオードは、MOSゲート型ダイオードである、
請求項3記載の装置。 - 前記第1のクランプ素子および前記第2のクランプ素子は、ダイオード制御機能付き逆導通型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(RCDC IGBT)である、
請求項1記載の装置。 - 前記第1のクランプ素子および前記第2のクランプ素子は、前記制御端子が第3の状態にあるときには、前記第2の蓄積電荷よりも少ない第3の蓄積電荷を有する、
請求項1記載の装置。 - 前記第1のクランプ素子および前記第2のクランプ素子は、コントローラに結合されており、前記コントローラは、
・前記出力信号を測定し、
・前記出力信号が予め定められた閾値よりも小さくなると、前記第1のクランプ素子および前記第2のクランプ素子の制御端子を前記第1の状態へ切り替える、
ように構成されている、
請求項7記載の装置。 - 前記コントローラは、さらに、
前記出力信号が前記予め定められた閾値を超えると、前記第1のクランプ素子および前記第2のクランプ素子の制御端子を前記第2の状態へ切り替える、
ように構成されている、
請求項8記載の装置。 - 前記コントローラは、さらに、
・前記第1のクランプ素子の制御端子を前記第3の状態に切り替え、
・所定の期間経過後、前記第1のクランプ素子の制御端子を前記第2の状態に切り替え、
・前記第1の電圧振幅経路をアクティブ状態にする、
ように構成されている、
請求項8記載の装置。 - NPCインバータと、検出器と、前記検出器および前記NPCインバータに結合されたコントローラと、を含むシステムであって、
・前記NPCインバータは、複数のクランプデバイスを含み、前記複数のクランプデバイスの各々は、制御端子を有し、前記複数のクランプデバイスの各々は、前記制御端子が第1の状態にあるときには第1の蓄積電荷を有し、前記制御端子が第2の状態にあるときには第2の蓄積電荷を有し、ただし前記第1の蓄積電荷は、前記第2の蓄積電荷よりも多く、前記NPCインバータは、DC入力信号からAC出力信号を発生し、
・前記検出器は、前記NPCインバータの前記AC出力信号を測定するように構成されており、
・前記コントローラは、前記検出器により測定された前記AC出力信号が予め定められた閾値よりも小さくなると、前記複数のクランプデバイス各々の制御端子を前記第1の状態に切り替えるように構成されている、
システム。 - 前記複数のクランプデバイスは、制御可能なダイオードと並列にIGBTを含み、前記IGBTおよび前記制御可能なダイオードは、前記NPCインバータの電圧振幅経路内にある、
請求項11記載のシステム。 - 前記複数のクランプデバイスは、前記第1の状態では低いアノード効率を有し、前記第2の状態では高いアノード効率を有するダイオードである、
請求項11記載のシステム。 - 前記ダイオードは、制御可能なアクティブな半導体領域を含み、前記第1の状態における前記制御可能なアクティブな半導体領域のサイズは、前記第2の状態における前記制御可能なアクティブな半導体領域のサイズよりも大きい、
請求項13記載のシステム。 - 前記ダイオードは、前記ダイオードのアノードとカソードとの間において、横方向で前記ダイオードを貫通しかつn型ドーピングされた埋込層を含む、
請求項13記載のシステム。 - 前記ダイオードは、MOSゲート型ダイオードである、
請求項13記載のシステム。 - 前記複数のクランプデバイスは、ダイオード制御機能付き逆導通型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(RCDC IGBT)である、
請求項11記載のシステム。 - 前記コントローラは、さらに、
前記検出器により測定された前記AC出力信号が予め定められた閾値を超えると、前記複数のクランプデバイス各々の制御端子を前記第2の状態に切り替える、
ように構成されている、
請求項11記載のシステム。 - 前記複数のクランプデバイスの各々は、前記制御端子が第3の状態にあるときには、前記第2の蓄積電荷よりも少ない第3の蓄積電荷を有する、
請求項11記載のシステム。 - 前記コントローラは、さらに、
・前記複数のクランプデバイスのうち第1のクランプデバイスの制御端子を前記第3の状態に切り替え、
・所定の期間経過後、前記第1のクランプデバイスの制御端子を前記第2の状態に切り替え、
・前記第1のクランプデバイスのアノードおよびカソードに結合された前記NPCインバータの経路をアクティブ状態にする、
ように構成されている、
請求項19記載のシステム。 - 前記NPCインバータの経路は、前記第1のクランプデバイスの制御端子が前記第2の状態に切り替えられた後、約100ns〜約2μsの間、アクティブ状態にされる、
請求項20記載のシステム。 - 前記所定の期間は、約1ms〜約10msの間であり、前記クランプデバイスの阻止電圧は、約2000Vよりも低い、
請求項20記載のシステム。 - 前記所定の期間は、約20ms〜約100msの間であり、前記クランプデバイスの阻止電圧は、約6.5kVである、
請求項20記載のシステム。 - 前記DC入力信号は、ソーラパネルを供給源とする、
請求項11記載のシステム。 - 前記DC入力信号は、風力タービンを供給源とする、
請求項11記載のシステム。 - 前記AC出力信号は、電力網に伝送される、
請求項11記載のシステム。 - 以下のステップを含む方法であって、すなわち、
・インバータ内のクランプデバイスの制御電圧をクリティカルレベルよりも高くなるよう設定することによって、前記クランプデバイスを第1のモードで動作するように設定するステップと、
・前記クランプデバイスに結合された前記インバータの1つの分岐をイネーブル状態にするステップと、
・前記クランプデバイスの前記制御電圧を前記クリティカルレベルよりも低くなるよう設定することによって、第2のモードで動作するように前記クランプデバイスを切り替えるステップと、
を含み、
前記第1のモードにおける前記クランプデバイスの蓄積電荷は、前記第2のモードにおける前記クランプデバイスの蓄積電荷より小さい、
方法。 - ・前記インバータの分岐をイネーブル状態にする前記ステップの前に、前記クランプデバイスを第3のモードに切り替えるステップと、
・所定の期間、待機するステップと、
・前記クランプデバイスを前記第1のモードに切り替えるステップと、
を含む、
請求項27記載の方法。
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