JP6421882B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換回路及びブレーキ回路を備えた電力変換装置に関する。
従来、電動機、掃除機、空気調和機、溶接機等にインバータ等の電力変換装置が適用されている。この電力変換装置には、高電位側半導体スイッチング素子と低電位側半導体スイッチング素子とを直列に接続したスイッチングアームが使用されている。半導体スイッチング素子としてはＩＧＢＴやパワーＭＯＳ等の電圧制御形が適用されている。
電力変換装置として、交流電力を直流電力に変換する整流回路、ブレーキ回路及び直流電力を交流電力に変換するインバータ回路及びこれらの制御回路を備えたものが提案されている（特許文献１参照）。
電力変換装置として、交流電力を直流電力に変換する整流回路、ブレーキ回路及び直流電力を交流電力に変換するインバータ回路及びこれらの制御回路を備えたものが提案されている（特許文献１参照）。
最近では、整流回路、ブレーキ回路、インバータ回路及びこれらの制御回路を１つのパッケージ内に配置してインテリジェントパワーモジュールが形成される。
このように、インテリジェントパワーモジュールを構成する場合は、インテリジェントパワーモジュール内での配線が長くなり、配線インダクタンスが大きくなる傾向にある。
このため、ブレーキ回路やインバータ回路に使用される半導体スイッチング素子として、例えばＩＧＢＴがオン状態からオフ状態となったときに、配線インダクタンスに蓄積された蓄積エネルギーによる過電圧（サージ電圧）がＩＧＢＴの制御端子となるゲート及び低電位側端子となるエミッタ間に供給される。
このように、インテリジェントパワーモジュールを構成する場合は、インテリジェントパワーモジュール内での配線が長くなり、配線インダクタンスが大きくなる傾向にある。
このため、ブレーキ回路やインバータ回路に使用される半導体スイッチング素子として、例えばＩＧＢＴがオン状態からオフ状態となったときに、配線インダクタンスに蓄積された蓄積エネルギーによる過電圧（サージ電圧）がＩＧＢＴの制御端子となるゲート及び低電位側端子となるエミッタ間に供給される。
このサージ電圧がＩＧＢＴのブレークダウン電圧よりも高くなることを防止するために、特許文献２に記載されているように、サージ電圧抑制回路を設けることが提案されている。
このサージ電圧抑制回路は、２つのツェナーダイオードを互いのアノード同士を接続する逆直列接続して構成されている。このサージ電圧抑制回路がＩＧＢＴのゲート及びエミッタ間に並列に接続されている。
このサージ電圧抑制回路は、２つのツェナーダイオードを互いのアノード同士を接続する逆直列接続して構成されている。このサージ電圧抑制回路がＩＧＢＴのゲート及びエミッタ間に並列に接続されている。
前述した特許文献２に記載されたサージ電圧抑制回路を、図３に示す電力変換装置に適用する場合を検討する。この電力変換装置は、交流電源１００から出力される交流電力を全波整流回路１０１で直流に変換して正極側配線１０２ｐ及び負極側配線１０２ｎに出力する。正極側配線１０２ｐ及び負極側配線１０２ｎ間には平滑コンデンサ１０３、ブレーキ回路１０４及びインバータ回路１０５が接続されている。インバータ回路１０５の交流出力側には、三相電動機１０８が接続されている。なお、１１０はブレーキ回路１０４及びインバータ回路１０５の各スイッチング素子をスイッチング制御する制御回路である。
また、ブレーキ回路１０４を構成するＩＧＢＴ１０６と負極側配線１０２ｎとの間に、サージ電圧抑制回路１１１を接続する。このサージ電圧抑制回路１１１は２つのツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２を逆直列接続した構成とされている。同様に、インバータ回路１０５を構成するスイッチングアームにおける低電位側のＩＧＢＴ１０７と負極側配線１０２ｎとの間にもサージ電圧抑制回路１１１と同様の構成を有するサージ電圧抑制回路１１２を接続する。
このように、特許文献２に記載されたサージ電圧抑制回路をブレーキ回路１０４及びインバータ回路１０５を有する電力変換装置に適用する場合には、少なくともブレーキ回路１０４及びインバータ回路１０５に２つのサージ電圧抑制回路１１１及び１１２を接続する必要がある。しかも、サージ電圧抑制回路として２つのツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２を使用し、これらツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２はチップサイズが大きいとともに、高価であり、電力変換装置の製造コストが嵩むという問題点がある。
そこで、本発明は、上記従来例の問題点に着目してなされたものであり、簡易な構成で電圧制御形半導体スイッチング素子の制御端子及び低電位側端子間のサージ電圧の影響を抑制することができる電力変換装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置の一態様は、直流電力を多相交流電力に変換する電圧制御形の第１半導体スイッチング素子を有する電力変換回路と、電力変換回路に加わる過電圧から電力変換回路を保護する電圧制御形の第２半導体スイッチング素子を有するブレーキ回路と、電力変換回路の第１半導体スイッチング素子及びブレーキ回路の第２半導体スイッチング素子を制御する制御回路と、電力変換回路の負電位側と前記制御回路の負電位側との間に接続したサージ電圧を抑制する抵抗及びコンデンサを含むスナバ回路と、を備えている。
本発明の一態様によれば、ブレーキ回路及び電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子の制御端子及び低電位側端子間へのサージ電圧の影響を簡易な構成で抑制することができる。
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
本発明の一実施形態を表す電力変換装置について図面を参照して説明する。
まず、本実施形態による電力変換装置１０について図１を用いて説明する。
図１に示すように、電力変換装置１０は、三相交流電源１１から入力される三相交流電力を直流電力に変換する交直電力変換回路としての全波整流回路１２と、全波整流回路１２から出力される直流電力を平滑化する平滑コンデンサ１３とを備えている。
まず、本実施形態による電力変換装置１０について図１を用いて説明する。
図１に示すように、電力変換装置１０は、三相交流電源１１から入力される三相交流電力を直流電力に変換する交直電力変換回路としての全波整流回路１２と、全波整流回路１２から出力される直流電力を平滑化する平滑コンデンサ１３とを備えている。
全波整流回路１２は、高電位側配線としての正極側配線Ｌｐ及び低電位側配線としての負極側配線Ｌｎ間に、２個のダイオードを直列に接続した直列回路１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃを並列に接続したフルブリッジ回路で構成されている。各直列回路１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃのダイオード間の接続点に三相交流電源１１の各相電力が供給され、これらが各ダイオードで全波整流されて正極側配線Ｌｐ及び負極側配線Ｌｎ間から直流電力が出力される。
平滑コンデンサ１３は、全波整流回路１２から直流電力が出力される正極側配線Ｌｐ及び負極側配線Ｌｎ間に接続されて、直流電力を平滑化する。負極側配線Ｌｎは、平滑コンデンサ１３との接続点でグランドに接続されている。
また、電力変換装置１０は、ブレーキ回路１４と、直流を多相交流に変換する電力変換回路としてのインバータ回路１５と、制御回路１６とを備えている。
また、電力変換装置１０は、ブレーキ回路１４と、直流を多相交流に変換する電力変換回路としてのインバータ回路１５と、制御回路１６とを備えている。
ブレーキ回路１４は、負荷としての三相電動機１９を回生制動する際にインバータ回路１５に加わる過電圧からインバータ回路１５を保護するために、回生電流を外部に接続された抵抗を通じて消費するようにしている。ブレーキ回路１４は、サージ電圧抑制用のダイオード１４ａと、例えばＩＧＢＴで構成される電圧制御形の半導体スイッチング素子１４ｂと、ダイオード１４ａと並列に接続された外付けの抵抗１４ｃとで構成されている。
そして、ダイオード１４ａのカソードと抵抗１４ｃの一端とが正極側配線Ｌｐに接続され、ダイオード１４ａのアノードと抵抗１４ｃの他端との接続点が半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４ｂの高電位側端子（コレクタ）に接続されている。半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４ｂの低電位側端子（エミッタ）は負極側配線Ｌｎに接続され、制御端子（ゲート）は後述する制御回路１６に接続されている。
インバータ回路１５は、Ｘ相スイッチングアーム１５Ｘ、Ｙ相スイッチングアーム１５Ｙ及びＺ相スイッチングアーム１５Ｚを備えている。これらＸ相スイッチングアーム１５Ｘ、Ｙ相スイッチングアーム１５Ｙ及びＺ相スイッチングアーム１５Ｚは正極側配線Ｌｐ及び負極側配線Ｌｎ間に並列に接続されている。
Ｘ相スイッチングアーム１５Ｘは、正極側配線Ｌｐ及び負極側配線Ｌｎ間に直列に接続された高電位側半導体スイッチング素子ＱＸＨ及び低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬを有している。高電位側半導体スイッチング素子ＱＸＨ及び低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬは、電圧制御形半導体スイッチング素子である例えばＩＧＢＴで構成されている。高電位側半導体スイッチング素子ＱＸＨには、フリーホイーリングダイオードＤＸＨが逆並列に接続されている。低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬにも、フリーホイーリングダイオードＤＸＬが逆並列に接続されている。
Ｘ相スイッチングアーム１５Ｘは、正極側配線Ｌｐ及び負極側配線Ｌｎ間に直列に接続された高電位側半導体スイッチング素子ＱＸＨ及び低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬを有している。高電位側半導体スイッチング素子ＱＸＨ及び低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬは、電圧制御形半導体スイッチング素子である例えばＩＧＢＴで構成されている。高電位側半導体スイッチング素子ＱＸＨには、フリーホイーリングダイオードＤＸＨが逆並列に接続されている。低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬにも、フリーホイーリングダイオードＤＸＬが逆並列に接続されている。
Ｙ相スイッチングアーム１５Ｙは、正極側配線Ｌｐ及び負極側配線Ｌｎ間に直列に接続された高電位側半導体スイッチング素子ＱＹＨ及び低電位側半導体スイッチング素子ＱＹＬを有している。高電位側半導体スイッチング素子ＱＹＨ及び低電位側半導体スイッチング素子ＱＹＬは、電圧制御形半導体スイッチング素子である例えばＩＧＢＴで構成されている。高電位側半導体スイッチング素子ＱＹＨには、フリーホイーリングダイオードＤＹＨが逆並列に接続されている。低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬにも、フリーホイーリングダイオードＤＹＬが逆並列に接続されている。
Ｚ相スイッチングアーム１５Ｚは、正極側配線Ｌｐ及び負極側配線Ｌｎ間に直列に接続された高電位側半導体スイッチング素子ＱＺＨ及び低電位側半導体スイッチング素子ＱＺＬを有している。高電位側半導体スイッチング素子ＱＺＨ及び低電位側半導体スイッチング素子ＱＺＬは、電圧制御形半導体スイッチング素子である例えばＩＧＢＴで構成されている。高電位側半導体スイッチング素子ＱＺＨには、フリーホイーリングダイオードＤＺＨが逆並列に接続されている。低電位側半導体スイッチング素子ＱＺＬにも、フリーホイーリングダイオードＤＺＬが逆並列に接続されている。
そして、Ｘ相スイッチングアーム１５Ｘ、Ｙ相スイッチングアーム１５Ｙ及びＺ相スイッチングアーム１５Ｚのスイッチング素子間の接続点が負荷となる三相電動機１９の例えばスター結線された巻線Ｌｘ、Ｌｙ及びＬｚに接続されている。
制御回路１６は、ブレーキ用制御回路１７と、インバータ用制御回路１８とで構成されている。ブレーキ用制御回路１７は、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４ｂの制御端子（ゲート）を駆動するゲート駆動回路（ＧＤＵ）で構成されている。このブレーキ用制御回路１７は、平滑コンデンサ１３の端子間電圧がインバータ回路１５の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）のブレークダウン電圧又はこれより低い設定電圧未満であるときに、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４ｂをオフ状態に維持する。ブレーキ用制御回路１７は、平滑コンデンサ１３の端子間電圧が設定電圧を超えると、半導体スイッチング素子１４ｂをターンオンさせる。
制御回路１６は、ブレーキ用制御回路１７と、インバータ用制御回路１８とで構成されている。ブレーキ用制御回路１７は、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４ｂの制御端子（ゲート）を駆動するゲート駆動回路（ＧＤＵ）で構成されている。このブレーキ用制御回路１７は、平滑コンデンサ１３の端子間電圧がインバータ回路１５の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）のブレークダウン電圧又はこれより低い設定電圧未満であるときに、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４ｂをオフ状態に維持する。ブレーキ用制御回路１７は、平滑コンデンサ１３の端子間電圧が設定電圧を超えると、半導体スイッチング素子１４ｂをターンオンさせる。
インバータ用制御回路１８は、高電位側制御回路１８Ｈと低電位側制御回路１８Ｌとで構成されている。
高電位側制御回路１８Ｈは、モジュール内でブレーキ用制御回路１７とは反対側に配置されている。この高電位側制御回路１８Ｈは高電位側半導体スイッチング素子ＱＸＨ、ＱＹＨ及びＱＹＺの制御端子（ゲート）に駆動信号を供給して各スイッチング素子ＱＸＨ、ＱＹＨ及びＱＺＨをスイッチング制御する。
高電位側制御回路１８Ｈは、モジュール内でブレーキ用制御回路１７とは反対側に配置されている。この高電位側制御回路１８Ｈは高電位側半導体スイッチング素子ＱＸＨ、ＱＹＨ及びＱＹＺの制御端子（ゲート）に駆動信号を供給して各スイッチング素子ＱＸＨ、ＱＹＨ及びＱＺＨをスイッチング制御する。
低電位側制御回路１８Ｌは、モジュール内でブレーキ用制御回路１７と同じ側に隣接して配置されている。この低電位側制御回路１８Ｌは低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬ、ＱＹＬ及びＱＺＬの制御端子（ゲート）に駆動信号を供給して各スイッチング素子ＱＸＬ、ＱＹＬ及びＱＺＬをスイッチング制御する。
ブレーキ用制御回路１７の負極端子１７ｎ及び低電位側制御回路１８Ｌの負極端子１８ｎがグランドに接続されている。
ブレーキ用制御回路１７の負極端子１７ｎ及び低電位側制御回路１８Ｌの負極端子１８ｎがグランドに接続されている。
そして、負電位側となる負極側配線Ｌｎ及びブレーキ用制御回路１７の負電位側となる負極端子１７ｎ間にサージ電圧抑制回路としてのＲＣスナバ回路２０が接続されている。このＲＣスナバ回路２０は、抵抗２１とコンデンサ２２とを直列に接続した構成とされている。ＲＣスナバ回路２０の抵抗２１側は負極側配線Ｌｎに接続され、コンデンサ２２側がブレーキ用制御回路１７の負極端子１７ｎに接続される。
抵抗２１の負極側配線Ｌｎとの接続位置は、インバータ回路１５の配線インダクタンスが最大となる低電位側半導体スイッチング素子ＱｉＬ（ｉ＝Ｘ，Ｙ，Ｚ）の低電位側端子（エミッタ端子）の接続点とすることが好ましい。すなわち、負極側配線Ｌｎの幅及び厚みが等しいものとすると、負極側配線Ｌｎのグランドへの接続点までの配線長さが一番長くなる低電位側半導体スイッチング素子ＱｉＬ（ｉ＝Ｘ，Ｙ，Ｚ）の低電位側端子（エミッタ端子）の接続点の近傍位置とすることが好ましい。このように、負極側配線Ｌｎのグランドとの接続点との配線長さが一番長い位置に、抵抗２１を接続することにより、サージ電圧抑制効果を最大限に発揮することができる。
そして、全波整流回路１２、ブレーキ回路１４、インバータ回路１５、制御回路１６が１つのパッケージに配置されてインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）として構成されている。
そして、全波整流回路１２、ブレーキ回路１４、インバータ回路１５、制御回路１６が１つのパッケージに配置されてインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）として構成されている。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
外部の交流電源からの交流電力が全波整流回路１２で整流されて直流電力に変換される。この直流電力は平滑コンデンサ１３で平滑化されてブレーキ回路１４及びインバータ回路１５に供給される。
このとき、インバータ回路１５で三相電動機１９を回転駆動している状態では、インバータ回路１５がインバータ用制御回路１８の高電位側制御回路１８Ｈ及び低電位側制御回路１８Ｌによってスイッチング制御される。一方、ブレーキ回路１４は、平滑コンデンサ１３の端子間電圧が設定電圧に達することがないので、半導体スイッチング素子１４ｂはオフ状態を維持する。
外部の交流電源からの交流電力が全波整流回路１２で整流されて直流電力に変換される。この直流電力は平滑コンデンサ１３で平滑化されてブレーキ回路１４及びインバータ回路１５に供給される。
このとき、インバータ回路１５で三相電動機１９を回転駆動している状態では、インバータ回路１５がインバータ用制御回路１８の高電位側制御回路１８Ｈ及び低電位側制御回路１８Ｌによってスイッチング制御される。一方、ブレーキ回路１４は、平滑コンデンサ１３の端子間電圧が設定電圧に達することがないので、半導体スイッチング素子１４ｂはオフ状態を維持する。
インバータ回路１５で低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬ〜ＱＺＬがオン状態からターンオフする場合を考える。この場合には、負極側配線Ｌｎの配線インダクタンスに蓄積された蓄積エネルギーがサージ電圧として低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬ〜ＱＺＬの制御端子及び低電位側端子間に供給される。
このとき、負極側配線Ｌｎの配線インダクタンスが最大となる接続点とブレーキ用制御回路１７の負極端子１７ｎとグランドとの接続点との間にＲＣスナバ回路２０が接続されている。このため、サージ電圧はＲＣスナバ回路２０の抵抗２１を通じてコンデンサ２２によって抑制されることになる。したがって、インバータ回路１５の低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬ〜ＱＺＬの制御端子及び低電位側端子に加わるサージ電圧を抑制することができる。
このとき、負極側配線Ｌｎの配線インダクタンスが最大となる接続点とブレーキ用制御回路１７の負極端子１７ｎとグランドとの接続点との間にＲＣスナバ回路２０が接続されている。このため、サージ電圧はＲＣスナバ回路２０の抵抗２１を通じてコンデンサ２２によって抑制されることになる。したがって、インバータ回路１５の低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬ〜ＱＺＬの制御端子及び低電位側端子に加わるサージ電圧を抑制することができる。
すなわち、Ｘ相スイッチングアーム１５Ｘの低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬがオン状態からターンオフして配線インダクタンスの蓄積エネルギーによるサージ電圧が発生した場合を例に説明する。
先ず、ＲＣスナバ回路２０を設けない場合には、図２（ａ）に示すように、Ｘ相スイッチングアーム１５Ｘにおける低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬの制御端子及び低電位側端子間電圧ＶＧＥ（Ｘ−Ｎ１）がサージ電圧によって２０Ｖ／ｄｉｖに達する。
先ず、ＲＣスナバ回路２０を設けない場合には、図２（ａ）に示すように、Ｘ相スイッチングアーム１５Ｘにおける低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬの制御端子及び低電位側端子間電圧ＶＧＥ（Ｘ−Ｎ１）がサージ電圧によって２０Ｖ／ｄｉｖに達する。
これに対して、ＲＣスナバ回路２０を設けた場合には、負極側配線Ｌｎの配線インダクタンスに蓄積された蓄積エネルギーがＲＣスナバ回路２０の抵抗２１を通じてコンデンサ２２に吸収される。このため、Ｘ相スイッチングアーム１５Ｘにおける低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬの制御端子及び低電位側端子間電圧ＶＧＥ（Ｘ−Ｎ１）は図２（ｂ）に示すように、１１．９Ｖとなる。
この結果、ＲＣスナバ回路２０を設けることにより、ＲＣスナバ回路２０を設けない場合に比較して低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬの制御端子及び低電位側端子間電圧ＶＧＥ（Ｘ−Ｎ１）を８．１Ｖ低下させることができ、大きなサージ電圧抑制効果を発揮することができる。
また、負極側配線Ｌｎに発生するサージ電圧はブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子１４ｂにも印加される。このため、半導体スイッチング素子１４ｂの制御端子（ゲート端子）及び低電位側端子（エミッタ端子）間電圧ＶＧＥ（Ｂ−Ｎ１）は、図２（ａ）に示す如くブレークダウン電圧を超える２０Ｖ／ｄｉｖとなる。
また、負極側配線Ｌｎに発生するサージ電圧はブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子１４ｂにも印加される。このため、半導体スイッチング素子１４ｂの制御端子（ゲート端子）及び低電位側端子（エミッタ端子）間電圧ＶＧＥ（Ｂ−Ｎ１）は、図２（ａ）に示す如くブレークダウン電圧を超える２０Ｖ／ｄｉｖとなる。
これに対して、ＲＣスナバ回路２０を設けることにより、サージ電圧をＲＣスナバ回路２０のコンデンサ２２によって抑制するので、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子１４ｂの制御端子（ゲート端子）及び低電位側端子（エミッタ端子）間電圧ＶＧＥ（Ｂ−Ｎ１）は１３．８Ｖに低下させることができる。したがって、ＲＣスナバ回路２０を設けることにより、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子１４ｂの制御端子（ゲート端子）及び低電位側端子（エミッタ端子）間電圧ＶＧＥ（Ｂ−Ｎ１）を、ＲＣスナバ回路２０を設けない場合に比較して６．２Ｖ低下させることが可能となる。
また、インバータ回路１５を全波整流器として動作させて三相電動機１９を発電機として回生制動する場合について説明する。この回生制動状態では、三相電動機１９で発電される交流電力がインバータ回路１５で全波整流されて直流電力に変換される。このため、平滑コンデンサ１３の端子間電圧が上昇し、インバータ回路１５を構成する各半導体スイッチング素子ＱＸＨ〜ＱＺＬのブレークダウン電圧を超える場合が生じる。
このとき、平滑コンデンサ１３の端子間電圧がブレークダウン電圧又はブレークダウン電圧より低い電圧に設定された設定電圧を超えると、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子１４ｂがオン状態に制御される。このため、平滑コンデンサ１３の端子間電圧が外付けの抵抗１４ｃを通じて消費されることになり、平滑コンデンサ１３の端子間電圧の上昇が抑制される。したがって、インバータ回路１５の各半導体スイッチング素子ＱＸＨ〜ＱＺＬを保護することができる。
その後、平滑コンデンサ１３の端子間電圧が設定電圧未満に低下すると、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子１４ｂがオフ状態に制御される。このため、負極側配線Ｌｎの配線インダクタンスに蓄積された蓄積エネルギーによるサージ電圧が半導体スイッチング素子１４ｂの制御端子及び低電位側端子に印加される。
この場合も、負極側配線Ｌｎに発生するサージ電圧がＲＣスナバ回路２０の抵抗２１を通じてコンデンサによって抑制される。このため、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子１４ｂ及びインバータ回路１５の低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬ〜ＱＺＬにサージ電圧が印加されることを抑制できる。
この場合も、負極側配線Ｌｎに発生するサージ電圧がＲＣスナバ回路２０の抵抗２１を通じてコンデンサによって抑制される。このため、ブレーキ回路１４の半導体スイッチング素子１４ｂ及びインバータ回路１５の低電位側半導体スイッチング素子ＱＸＬ〜ＱＺＬにサージ電圧が印加されることを抑制できる。
本実施形態では、サージ電圧抑制回路を、前述したように、負極側配線Ｌｎの配線インダクタンスが最大となる接続点とブレーキ用制御回路の負極端子及びグランド間の接続点との間に１つのＲＣスナバ回路２０を接続するだけの簡易な構成としている。この構成により、配線インダクタンスによって発生するサージ電圧による電圧制御形の半導体スイッチング素子の制御端子（ゲート端子）及び低電位側端子（エミッタ端子）間電圧の上昇を抑制することができる。しかも、１つのＲＣスナバ回路２０によってブレーキ回路及びインバータ回路に個別に２つのツェナーダイオードを相互に逆直列接続したサージ電圧抑制回路を設ける場合に比較して大きなサージ電圧抑制効果を発揮することができる。
なお、上記実施形態では、ブレーキ回路１４及びインバータ回路１５を構成する電圧制御形半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴを適用する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、パワーＭＯＳＦＥＴなどの他の電圧制御形半導体スイッチング素子を適用することができる。
また、上記実施形態では、交流電力を直流電力に変換する電力変換回路として全波整流回路１２を適用した場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、整流回路に代えてインバータ回路１５と同様の構成を有するＡＣ−ＤＣ電力変換回路を適用することができる。
また、上記実施形態では、交流電力を直流電力に変換する電力変換回路として全波整流回路１２を適用した場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、整流回路に代えてインバータ回路１５と同様の構成を有するＡＣ−ＤＣ電力変換回路を適用することができる。
さらに、上記実施形態では、交流電力を直流電力に変換する全波整流回路１２を設けた場合について説明した。しかしながら、本発明は、全波整流回路１２を省略して、バッテリ等の直流電源を正極側配線Ｌｐ及び負極側配線Ｌｎ間に接続するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ブレーキ用制御回路１７とインバータ用制御回路１８とで制御回路１６を構成する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、ブレーキ用制御回路１７とインバータ用制御回路１８とを１つの制御回路に組み込むようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ブレーキ用制御回路１７とインバータ用制御回路１８とで制御回路１６を構成する場合について説明した。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではなく、ブレーキ用制御回路１７とインバータ用制御回路１８とを１つの制御回路に組み込むようにしてもよい。
１０…電力変換装置、１２…全波整流回路、１３…平滑コンデンサ、１４…ブレーキ回路、１４ａ…ダイオード、１４ｂ…半導体スイッチング素子、１４ｃ…抵抗、１５…インバータ回路、１５Ｘ…Ｘ相スイッチングアーム、１５Ｙ…Ｙ相スイッチングアーム、１５Ｚ…Ｚ相スイッチングアーム、ＱＸＨ〜ＱＺＨ…高電位側半導体スイッチング素子、ＱＸＬ〜ＱＺＬ…低電位側半導体スイッチング素子、１６…制御回路、１７…ブレーキ用制御回路、１８…インバータ用制御回路、１８Ｈ…高電位側制御回路、１８Ｌ…低電位側制御回路、２０…ＲＣスナバ回路、２１…抵抗、２２…コンデンサ
Claims (4)
- 直流電力を多相交流電力に変換する電圧制御形の第１半導体スイッチング素子を有する電力変換回路と
前記電力変換回路に加わる過電圧から当該電力変換回路を保護する電圧制御形の第２半導体スイッチング素子を有するブレーキ回路と、
前記電力変換回路の前記第１半導体スイッチング素子及び前記ブレーキ回路の第２半導体スイッチング素子を制御する制御回路と、
前記電力変換回路の負電位側と前記制御回路の負電位側との間に接続したサージ電圧を抑制する抵抗及びコンデンサを含むスナバ回路と、
を備えていることを特徴とする電力変換装置。 - 前記電力変換回路、前記ブレーキ回路、前記制御回路及び前記スナバ回路は、１つのパッケージ内に一体に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換回路は、高電位側半導体スイッチング素子及び低電位側半導体スイッチング素子を直列に接続したスイッチングアームを３相以上並列に接続して構成され、
前記スナバ回路は、前記スイッチングアームを構成する低電位側半導体スイッチング素子のうち低電位側端子が接続された低電位側配線の配線インダクタンスが一番大きい低電位側半導体スイッチング素子の低電位側端子接続部と前記制御回路の低電位側配線との間に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。 - 交流電力を直流電力に変換する交直電力変換回路をさらに備え、前記交直電力変換回路から出力される直流電力を前記ブレーキ回路及び前記電力変換回路に供給することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電力変換装置。
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