JP6602466B2 - Motor drive device - Google Patents

Motor drive device Download PDF

Info

Publication number
JP6602466B2
JP6602466B2 JP2018510168A JP2018510168A JP6602466B2 JP 6602466 B2 JP6602466 B2 JP 6602466B2 JP 2018510168 A JP2018510168 A JP 2018510168A JP 2018510168 A JP2018510168 A JP 2018510168A JP 6602466 B2 JP6602466 B2 JP 6602466B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
diode
capacitor
circuit
connection point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018510168A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2017175328A1 (en
Inventor
泰治 乗松
顕 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2017175328A1 publication Critical patent/JPWO2017175328A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6602466B2 publication Critical patent/JP6602466B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring

Description

本発明は、交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路を備えたモータ駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor drive device including a converter circuit that converts an AC voltage input from an AC power source into a DC voltage.

一般に、モータ駆動システムは、交流電源、モータ駆動装置およびモータから構成されている。モータ駆動装置は、コンバータ回路およびインバータ回路で構成されている。(例えば、特許文献1参照。)   In general, a motor drive system includes an AC power supply, a motor drive device, and a motor. The motor drive device is composed of a converter circuit and an inverter circuit. (For example, refer to Patent Document 1.)

コンバータ回路は、4個のダイオードで構成される整流回路と、4個のダイオードおよび2個の双方向スイッチング素子で構成されるスイッチ回路と、直列に接続されている2個のコンデンサで構成されるコンデンサ回路と、から構成されている。また、インバータ回路は、6個のスイッチング素子から構成されている。   The converter circuit includes a rectifier circuit including four diodes, a switch circuit including four diodes and two bidirectional switching elements, and two capacitors connected in series. And a capacitor circuit. The inverter circuit is composed of six switching elements.

上記したコンバータ回路は以下のように動作する。交流電源からコンバータ回路へ入力される交流電力は、整流回路で全波整流されてコンデンサ回路に充電されることにより直流電力に変換される。そして、交流電源から正の電圧が印加されている場合に、スイッチ回路のスイッチング素子が一方がオンのときに他方がオフとなるように相補的に制御されると、コンデンサ回路の両方のコンデンサがそれぞれ入力電圧となるように充電される。交流電源から負の電圧が印加されている場合も、スイッチ回路のスイッチング素子が一方がオンのときに他方がオフとなるように相補的に制御されると、コンデンサ回路の両方のコンデンサがそれぞれ入力電圧となるように充電される。   The converter circuit described above operates as follows. The AC power input from the AC power source to the converter circuit is full-wave rectified by the rectifier circuit and charged into the capacitor circuit, thereby being converted into DC power. When a positive voltage is applied from the AC power supply, if the switching element of the switch circuit is complementarily controlled so that when one is on and the other is off, both capacitors of the capacitor circuit are Each is charged to the input voltage. Even when a negative voltage is applied from the AC power supply, both capacitors of the capacitor circuit are input to each other when the switching elements of the switch circuit are complementarily controlled so that one of them is on and the other is off. It is charged to become voltage.

以上の動作により、コンバータ回路の出力の直流電圧は、コンデンサ回路の直列に接続されている各コンデンサに蓄積されている電圧を加算した和電圧となり、入力電圧の2倍となる。   With the above operation, the DC voltage output from the converter circuit becomes a sum voltage obtained by adding the voltages accumulated in the capacitors connected in series in the capacitor circuit, and is twice the input voltage.

特開2005−110491号公報JP 2005-110491 A

しかしながら、特許文献1のコンバータ回路においては、交流電源の電圧を全波整流電圧から倍電圧整流電圧までを制御するためにスイッチ回路を用いた際に、どの充放電の経路においても4個のダイオードのいずれかを必ず導通させることによる回路損失が発生していた。   However, in the converter circuit of Patent Document 1, when the switch circuit is used to control the voltage of the AC power supply from the full-wave rectified voltage to the double voltage rectified voltage, four diodes are used in any charge / discharge path. There was a circuit loss due to the fact that either one of them was always conducted.

さらに、特許文献1のスイッチ回路をショートさせるために2つのスイッチング素子を同時にオンする状況においても、2つのダイオードを導通させることによる回路損失が発生していた。   Furthermore, even in a situation where the two switching elements are simultaneously turned on in order to short-circuit the switch circuit of Patent Document 1, a circuit loss has occurred due to conduction of the two diodes.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンバータ回路におけるダイオードによる回路損失を回避することができるモータ駆動装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a motor drive device that can avoid circuit loss due to a diode in a converter circuit.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源の第一端子と第二端子の間の交流電圧を昇圧して、第一出力端子および第二出力端子に出力するコンバータ回路と、第一出力端子と第二出力端子との間に直列接続された2個のスイッチング素子の組を3組並列に有するインバータ回路と、を備える。コンバータ回路は、第一端子に一端が直列接続されるリアクトルと、第一出力端子と第二出力端子との間に直列接続された第1ダイオードおよび第2ダイオードと、第一出力端子と第二出力端子との間に直列接続され、第1ダイオードおよび第2ダイオードに並列接続される第3ダイオードおよび第4ダイオードとを有し、第1ダイオードと第2ダイオードとの接続点がリアクトルの他端に接続され、第3ダイオードと第4ダイオードとの接続点が第二出力端子に接続される整流回路と、第一出力端子と第二出力端子との間に直列に接続された第一コンデンサおよび第二コンデンサと、直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子に並列接続され、直列接続された第3スイッチング素子および第4スイッチング素子と、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子に並列接続され、直列接続された第5スイッチング素子および第6スイッチング素子とを有し、第5スイッチング素子と第6スイッチング素子との接続点が第一コンデンサと第二コンデンサとの接続点に接続され、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との接続点が第1ダイオードと第2ダイオードとの接続点に接続され、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子との接続点が第3ダイオードと第4ダイオードとの接続点に接続され、第1スイッチング素子から第6スイッチング素子は、逆並列ダイオードを夫々有するスイッチ回路と、を備え、交流電源から正負極性のうちの一方の極性の電力が出力されている期間は、第1スイッチング素子から第6スイッチング素子のうちの第3スイッチング素子および第5スイッチング素子のみがオンにされる第1状態と、第1スイッチング素子から第6スイッチング素子のうちの第4スイッチング素子および第6スイッチング素子のみがオンにされる第2状態とによって第一コンデンサが充電され、第1スイッチング素子から第6スイッチング素子のうちの第2スイッチング素子および第6スイッチング素子のみがオンにされる第3状態と、第1スイッチング素子から第6スイッチング素子のうちの第1スイッチング素子および第5スイッチング素子のみがオンにされる第4状態とによって第二コンデンサが充電され、交流電源から正負極性のうちの他方の極性の電力が出力されている期間は、第1状態と、第2状態とによって第コンデンサが充電され、第3状態と、第4状態とによって第コンデンサが充電されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention boosts the AC voltage between the first terminal and the second terminal of the AC power supply and outputs the boosted voltage to the first output terminal and the second output terminal. A converter circuit; and an inverter circuit having three sets of two switching elements connected in series between the first output terminal and the second output terminal in parallel. The converter circuit includes a reactor having one end connected in series to the first terminal, a first diode and a second diode connected in series between the first output terminal and the second output terminal, a first output terminal, and a second output terminal. A third diode and a fourth diode are connected in series with the output terminal and connected in parallel to the first diode and the second diode, and the connection point between the first diode and the second diode is the other end of the reactor. A rectifier circuit in which a connection point between the third diode and the fourth diode is connected to the second output terminal, a first capacitor connected in series between the first output terminal and the second output terminal, and The second capacitor, the first switching element and the second switching element connected in series, the parallel connection to the first switching element and the second switching element, and the serial connection A third switching element and a fourth switching element; and a fifth switching element and a sixth switching element connected in parallel to and connected in series to the first switching element and the second switching element. A connection point of the element is connected to a connection point of the first capacitor and the second capacitor, a connection point of the first switching element and the second switching element is connected to a connection point of the first diode and the second diode; A connection point between the third switching element and the fourth switching element is connected to a connection point between the third diode and the fourth diode, and the first to sixth switching elements each have a switching circuit having an anti-parallel diode; The period during which power of one polarity of positive and negative polarity is output from the AC power supply is A first state in which only the third switching element and the fifth switching element among the first to sixth switching elements are turned on, and the fourth switching element and the fourth switching element among the first to sixth switching elements; The first capacitor is charged by the second state in which only the six switching elements are turned on, and the second switching element and only the sixth switching element among the first to sixth switching elements are turned on. The second capacitor is charged according to the state and the fourth state in which only the first switching element and the fifth switching element among the first to sixth switching elements are turned on. During the period in which power of the other polarity is output, the first state, the second state, The second capacitor is charged by, and the first capacitor is charged by the third state and the fourth state.

本発明に係るモータ駆動装置は、コンバータ回路におけるダイオードによる回路損失を回避することができるという効果を奏する。   The motor drive device according to the present invention has an effect that circuit loss due to a diode in the converter circuit can be avoided.

本発明の実施の形態1にかかるモータ駆動装置の全体回路図1 is an overall circuit diagram of a motor drive device according to a first embodiment of the present invention. 実施の形態1にかかるスイッチ回路の状態ごとのスイッチング素子の状態を示す図The figure which shows the state of the switching element for every state of the switch circuit concerning Embodiment 1 本発明の実施の形態2にかかるモータ駆動装置の全体回路図FIG. 2 is an overall circuit diagram of a motor drive device according to a second embodiment of the present invention. 実施の形態2にかかるスイッチ回路の状態ごとのスイッチング素子の状態を示す図The figure which shows the state of the switching element for every state of the switch circuit concerning Embodiment 2

以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, a motor drive device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるモータ駆動装置100の全体回路図である。モータ駆動装置100は、交流電源1から出力される交流電力を入力としてモータ7を駆動する。モータ駆動装置100は、コンバータ回路8およびインバータ回路6を備える。インバータ回路6がモータ7を駆動する。モータ7の具体例は、家庭電化製品で用いられるコンプレッサに内蔵されるモータである。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an overall circuit diagram of a motor drive device 100 according to the first embodiment of the present invention. The motor driving device 100 drives the motor 7 with AC power output from the AC power supply 1 as an input. The motor drive device 100 includes a converter circuit 8 and an inverter circuit 6. The inverter circuit 6 drives the motor 7. A specific example of the motor 7 is a motor built in a compressor used in home appliances.

コンバータ回路8は、交流電源1を入力とし、入力電圧をその振幅値以上の正の電圧に変換して出力する昇圧回路である。コンバータ回路8は、交流電源1の力率を改善するためのリアクトル回路2と、電圧を整流するための整流回路3と、コンデンサ回路5と交流電源1との接続を切り替えるスイッチ回路4と、交流電源1の出力電圧の2倍の電圧まで出力可能なコンデンサ回路5と、を備える。インバータ回路6は、コンデンサ回路5に接続されてモータ7を駆動する。   The converter circuit 8 is a booster circuit that takes the AC power supply 1 as an input, converts the input voltage into a positive voltage equal to or higher than the amplitude value, and outputs the positive voltage. The converter circuit 8 includes a reactor circuit 2 for improving the power factor of the AC power source 1, a rectifier circuit 3 for rectifying the voltage, a switch circuit 4 for switching the connection between the capacitor circuit 5 and the AC power source 1, and an AC And a capacitor circuit 5 that can output up to twice the output voltage of the power supply 1. The inverter circuit 6 is connected to the capacitor circuit 5 and drives the motor 7.

交流電源1は、第一端子41および第二端子42を備え、第一端子41と第二端子42との間に交流電圧を生じさせる。   The AC power source 1 includes a first terminal 41 and a second terminal 42, and generates an AC voltage between the first terminal 41 and the second terminal 42.

リアクトル回路2は、リアクトル9および10を備える。リアクトル9および10は、それぞれ第1の端部および第2の端部を有している。リアクトル9の第1の端部は第一端子41に接続され、リアクトル10の第1の端部は第二端子42に接続される。   Reactor circuit 2 includes reactors 9 and 10. Reactors 9 and 10 each have a first end and a second end. The first end of the reactor 9 is connected to the first terminal 41, and the first end of the reactor 10 is connected to the second terminal 42.

整流回路3は、第一出力端子51および第二出力端子52に直列接続されたダイオード11および12と、第一出力端子51および第二出力端子52に直列接続されたダイオード13および14と、を並列に備えている。   The rectifier circuit 3 includes diodes 11 and 12 connected in series to the first output terminal 51 and the second output terminal 52, and diodes 13 and 14 connected in series to the first output terminal 51 and the second output terminal 52. In parallel.

スイッチ回路4は、直列接続されたスイッチング素子15および16と、直列接続されたスイッチング素子17および18と、直列接続されたスイッチング素子19および20と、を並列に備えている。スイッチング素子15から20は、双方向スイッチング素子である。   The switch circuit 4 includes switching elements 15 and 16 connected in series, switching elements 17 and 18 connected in series, and switching elements 19 and 20 connected in series. Switching elements 15 to 20 are bidirectional switching elements.

コンデンサ回路5は、第一出力端子51および第二出力端子52に直列接続された第一コンデンサ21および第二コンデンサ22と、第一出力端子51および第二出力端子52に接続された第三コンデンサ23と、を備える。したがって、第一出力端子51および第二出力端子52と、第三コンデンサ23と、は並列接続されている。コンデンサ回路5は、整流回路3の出力を平滑化する。なお、図1では、第一コンデンサ21、第二コンデンサ22および第三コンデンサ23は電解コンデンサとして記載しているが、その他のコンデンサであっても、かまわない。また、倍電整流用の第一コンデンサ21および第二コンデンサ22は、2つに限らず第一出力端子51および第二出力端子52の間に偶数個設けることができる。また、第三コンデンサ23は省略してもよい。   The capacitor circuit 5 includes a first capacitor 21 and a second capacitor 22 connected in series to the first output terminal 51 and the second output terminal 52, and a third capacitor connected to the first output terminal 51 and the second output terminal 52. 23. Therefore, the first output terminal 51 and the second output terminal 52 and the third capacitor 23 are connected in parallel. The capacitor circuit 5 smoothes the output of the rectifier circuit 3. In FIG. 1, the first capacitor 21, the second capacitor 22, and the third capacitor 23 are described as electrolytic capacitors, but other capacitors may be used. The first capacitor 21 and the second capacitor 22 for voltage doubler rectification are not limited to two and can be provided between the first output terminal 51 and the second output terminal 52. The third capacitor 23 may be omitted.

リアクトル9の第2の端部は、ダイオード11および12の接続点である接続点71と、スイッチング素子15および16の接続点である接続点73と、に接続されている。リアクトル10の第2の端部は、ダイオード13および14の接続点である接続点72と、スイッチング素子17および18の接続点である接続点74と、に接続されている。さらに、スイッチング素子19および20の接続点である接続点75と、第一コンデンサ21および第二コンデンサ22の接続点である接続点76と、は接続されている。   A second end of the reactor 9 is connected to a connection point 71 that is a connection point of the diodes 11 and 12 and a connection point 73 that is a connection point of the switching elements 15 and 16. The second end of the reactor 10 is connected to a connection point 72 that is a connection point of the diodes 13 and 14 and a connection point 74 that is a connection point of the switching elements 17 and 18. Further, a connection point 75 that is a connection point of the switching elements 19 and 20 and a connection point 76 that is a connection point of the first capacitor 21 and the second capacitor 22 are connected.

リアクトル9の第2の端部は、リアクトル9の本体および第1の端部を介して、最終的には第一端子41に接続されており、リアクトル10の第2の端部は、リアクトル10の本体および第1の端部を介して、最終的には第二端子42に接続されている。ここで、接続点76と第一端子41との間を短絡可能な双方向スイッチング素子を第一スイッチング素子とし、接続点76と第二端子42との間を短絡可能な双方向スイッチング素子を第二スイッチング素子とすれば、上で説明した接続状況は以下のように言うことができる。   The second end portion of the reactor 9 is finally connected to the first terminal 41 via the main body and the first end portion of the reactor 9, and the second end portion of the reactor 10 is connected to the reactor 10. Is finally connected to the second terminal 42 via the main body and the first end. Here, a bidirectional switching element capable of short-circuiting between the connection point 76 and the first terminal 41 is defined as a first switching element, and a bidirectional switching element capable of short-circuiting between the connection point 76 and the second terminal 42 is defined as a first switching element. If two switching elements are used, the connection status described above can be said as follows.

すなわち、接続点76と第一端子41との間に第一スイッチング素子であるスイッチング素子15および19が直列接続され、接続点76と第二端子42との間に第二スイッチング素子であるスイッチング素子18および20が直列接続されている。そして、2個の第一スイッチング素子同士の接続点である接続点77と第二端子42との間に第三スイッチング素子であるスイッチング素子17が接続される。さらに、2個の第二スイッチング素子同士の接続点である接続点78と第一端子41との間に第四スイッチング素子であるスイッチング素子16が接続される。   That is, the switching elements 15 and 19 as the first switching elements are connected in series between the connection point 76 and the first terminal 41, and the switching element as the second switching element is connected between the connection point 76 and the second terminal 42. 18 and 20 are connected in series. And the switching element 17 which is a 3rd switching element is connected between the connection point 77 which is a connection point of two 1st switching elements, and the 2nd terminal 42. FIG. Furthermore, the switching element 16 that is the fourth switching element is connected between the connection point 78 that is a connection point between the two second switching elements and the first terminal 41.

また、上記と異なり、第一スイッチング素子をスイッチング素子16および20とし、第二スイッチング素子をスイッチング素子17および19とし、第三スイッチング素子をスイッチング素子18とし、第四スイッチング素子をスイッチング素子15としても、上で説明した状況は以下のように言うことが可能である。すなわち、接続点76と第一端子41との間に第一スイッチング素子であるスイッチング素子16および20が直列接続され、接続点76と第二端子42との間に第二スイッチング素子であるスイッチング素子17および19が直列接続されている。そして、2個の第一スイッチング素子同士の接続点である接続点78と第二端子42との間に第三スイッチング素子であるスイッチング素子18が接続される。さらに、2個の第二スイッチング素子同士の接続点である接続点77と第一端子41との間に第四スイッチング素子であるスイッチング素子15が接続される。   Further, unlike the above, the first switching element may be switching elements 16 and 20, the second switching element may be switching elements 17 and 19, the third switching element may be switching element 18, and the fourth switching element may be switching element 15. The situation described above can be said as follows. That is, the switching elements 16 and 20 as the first switching elements are connected in series between the connection point 76 and the first terminal 41, and the switching element as the second switching element is connected between the connection point 76 and the second terminal 42. 17 and 19 are connected in series. Then, the switching element 18 that is the third switching element is connected between the connection point 78 that is the connection point between the two first switching elements and the second terminal 42. Further, the switching element 15, which is the fourth switching element, is connected between the connection point 77, which is a connection point between the two second switching elements, and the first terminal 41.

インバータ回路6は、第一出力端子51と第二出力端子52との間で直列接続されたスイッチング素子24および25と、第一出力端子51と第二出力端子52との間で直列接続されたスイッチング素子26および27と、第一出力端子51と第二出力端子52との間で直列接続されたスイッチング素子28および29と、を並列に備えている。スイッチング素子24から29は、双方向スイッチング素子である。スイッチング素子24および25の接続点と、スイッチング素子26および27の接続点と、スイッチング素子28および29の接続点と、はそれぞれモータ7と接続されている。   The inverter circuit 6 is connected in series between the switching elements 24 and 25 connected in series between the first output terminal 51 and the second output terminal 52, and between the first output terminal 51 and the second output terminal 52. Switching elements 26 and 27 and switching elements 28 and 29 connected in series between the first output terminal 51 and the second output terminal 52 are provided in parallel. Switching elements 24 to 29 are bidirectional switching elements. A connection point between the switching elements 24 and 25, a connection point between the switching elements 26 and 27, and a connection point between the switching elements 28 and 29 are connected to the motor 7, respectively.

なお、図1では、リアクトル回路2は、リアクトル9および10の2つのリアクトルで構成しているが、リアクトル9または10の一方で構成されていてもかまわない。リアクトル9が存在しない場合は、第一端子41が接続点71および接続点73に直接接続される。リアクトル10が存在しない場合は、第二端子42が接続点72および接続点74に直接接続される。すなわち、整流回路3の接続点71および接続点72は、第一端子41および第二端子42にそれぞれ接続されているが、第一端子41および第二端子42の少なくとも一方と整流回路3との間にはリアクトルが介在している。   In FIG. 1, the reactor circuit 2 is configured by two reactors 9 and 10, but may be configured by one of the reactors 9 and 10. When the reactor 9 is not present, the first terminal 41 is directly connected to the connection point 71 and the connection point 73. When the reactor 10 is not present, the second terminal 42 is directly connected to the connection point 72 and the connection point 74. That is, the connection point 71 and the connection point 72 of the rectifier circuit 3 are connected to the first terminal 41 and the second terminal 42, respectively, but at least one of the first terminal 41 and the second terminal 42 and the rectifier circuit 3 There is a reactor in between.

また、スイッチ回路4およびインバータ回路6で用いられるスイッチング素子の具体例は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)、といった素子である。   Specific examples of the switching elements used in the switch circuit 4 and the inverter circuit 6 are elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors).

次に、実施の形態1にかかるモータ駆動装置100の動作について説明する。モータ駆動装置100の動作状態は、スイッチ回路4のスイッチング素子15から20の状態によって異なるため、以下では各状態別に動作を説明する。図2は、実施の形態1にかかるスイッチ回路4の状態ごとのスイッチング素子15から20の状態を示す図である。スイッチ回路4の状態は、以下に説明する(状態1)、(状態2−1)、(状態2−2)および(状態3)である。なお、交流電源1の出力は、第一端子41が第二端子42より電圧が高くなる電圧を正側の電圧、逆に第二端子42が第一端子41より電圧が高くなる電圧を負側の電圧として説明する。   Next, the operation of the motor driving apparatus 100 according to the first embodiment will be described. Since the operation state of the motor drive device 100 differs depending on the states of the switching elements 15 to 20 of the switch circuit 4, the operation will be described for each state below. FIG. 2 is a diagram illustrating states of the switching elements 15 to 20 for each state of the switch circuit 4 according to the first embodiment. The states of the switch circuit 4 are (State 1), (State 2-1), (State 2-2) and (State 3) described below. The output of the AC power supply 1 is such that the voltage at which the voltage at the first terminal 41 is higher than that at the second terminal 42 is a positive voltage, and the voltage at which the voltage at the second terminal 42 is higher than that of the first terminal 41 is negative. The voltage will be described.

(状態1)
先ず、スイッチング素子15から20が全てオフ状態となる(状態1)について説明する。このように構成されたコンバータ回路8では、交流電源1の出力が入力されると整流回路3で整流され、整流回路3の出力によりコンデンサ21から23が第一出力端子51の電圧が第二出力端子52の電圧より高くなるようにコンデンサ回路5は充電される。すなわち、交流電源1から正側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル9→ダイオード11→コンデンサ回路5→ダイオード14→リアクトル10→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ回路5は充電される。逆に、交流電源1から負側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル10→ダイオード13→コンデンサ回路5→ダイオード12→リアクトル9→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ回路5は充電される。
(State 1)
First, a description will be given of a case where all of the switching elements 15 to 20 are turned off (state 1). In the converter circuit 8 configured as described above, when the output of the AC power supply 1 is input, the output is rectified by the rectifier circuit 3, and the capacitors 21 to 23 are connected to the second output voltage of the capacitors 21 to 23 by the output of the rectifier circuit 3. The capacitor circuit 5 is charged so as to be higher than the voltage at the terminal 52. That is, when a positive voltage is output from the AC power supply 1, the capacitor circuit is formed by the current flowing through the path of the AC power supply 1 → reactor 9 → diode 11 → capacitor circuit 5 → diode 14 → reactor 10 → AC power supply 1. 5 is charged. On the contrary, when a negative voltage is output from the AC power source 1, the capacitor flows due to the current flowing through the path of the AC power source 1 → reactor 10 → diode 13 → capacitor circuit 5 → diode 12 → reactor 9 → AC power source 1. The circuit 5 is charged.

次に、コンデンサ21および22を交互に充電する状態である(状態2)を、更に2つの状態である(状態2−1)および(状態2−2)に分けてそれぞれについて説明する。   Next, (state 2) in which the capacitors 21 and 22 are charged alternately will be further divided into two states (state 2-1) and (state 2-2).

(状態2−1)
図2の(状態2−1)の欄に示すように、スイッチング素子15から20のなかで、スイッチング素子17および19のみをオンにするもしくはスイッチング素子18および20のみをオンにする。これは、2個の第二スイッチング素子のみを共にオンにすることである。これにより、リアクトル10と接続点76とが接続される。(状態2−1)において、交流電源1から正側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル9→ダイオード11→コンデンサ21→スイッチ回路4→リアクトル10→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ21が充電される。また、逆に、交流電源1から負側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル10→スイッチ回路4→コンデンサ22→ダイオード12→リアクトル9→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ22が充電される。
(State 2-1)
As shown in the column of (State 2-1) in FIG. 2, among the switching elements 15 to 20, only the switching elements 17 and 19 are turned on or only the switching elements 18 and 20 are turned on. This is to turn on only the two second switching elements. Thereby, reactor 10 and connection point 76 are connected. In (state 2-1), when a positive voltage is output from the AC power source 1, the current is passed through the path of the AC power source 1 → reactor 9 → diode 11 → capacitor 21 → switch circuit 4 → reactor 10 → AC power source 1. The capacitor 21 is charged. On the other hand, when a negative voltage is output from the AC power source 1, current flows through the path of the AC power source 1 → reactor 10 → switch circuit 4 → capacitor 22 → diode 12 → reactor 9 → AC power source 1. As a result, the capacitor 22 is charged.

(状態2−2)
図2の(状態2−2)の欄に示すように、スイッチング素子15から20のなかで、スイッチング素子15および19のみをオンにするもしくはスイッチング素子16および20のみをオンにする。これは、2個の第一スイッチング素子のみを共にオンにすることである。これにより、リアクトル9と接続点76とが接続される。(状態2−2)において、交流電源1から正側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル9→スイッチ回路4→コンデンサ22→ダイオード14→リアクトル10→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ22が充電される。また、逆に、交流電源1から負側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル10→ダイオード13→コンデンサ21→スイッチ回路4→リアクトル9→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ21が充電される。
(State 2-2)
As shown in the column of (State 2-2) in FIG. 2, among the switching elements 15 to 20, only the switching elements 15 and 19 are turned on or only the switching elements 16 and 20 are turned on. This is to turn on only the two first switching elements. Thereby, the reactor 9 and the connection point 76 are connected. In (State 2-2), when a positive voltage is output from the AC power source 1, the current flows through the path of the AC power source 1 → reactor 9 → switch circuit 4 → capacitor 22 → diode 14 → reactor 10 → AC power source 1. The capacitor 22 is charged. On the other hand, when a negative voltage is output from the AC power source 1, a current flows through the path of the AC power source 1 → reactor 10 → diode 13 → capacitor 21 → switch circuit 4 → reactor 9 → AC power source 1. As a result, the capacitor 21 is charged.

(状態3)
交流電源1の出力電圧が0ボルト程度の電圧の時において、スイッチング素子15から20のなかで、スイッチング素子15および17のみをオンにすると、交流電源1→リアクトル9→スイッチング素子15→スイッチング素子17→リアクトル10→交流電源1の経路で電流が流れることにより、交流電源1は短絡の状態となる。また、交流電源1の出力電圧が0ボルト程度の電圧の時において、スイッチング素子15から20のなかで、スイッチング素子16および18のみをオンにすると、交流電源1→リアクトル10→スイッチング素子18→スイッチング素子16→リアクトル9→交流電源1の経路で電流が流れることにより、交流電源1は短絡の状態となる。
(State 3)
When only the switching elements 15 and 17 among the switching elements 15 to 20 are turned on when the output voltage of the AC power supply 1 is about 0 volts, the AC power supply 1 → reactor 9 → switching element 15 → switching element 17 When the current flows through the path of the reactor 10 → the AC power source 1, the AC power source 1 is short-circuited. Further, when the output voltage of the AC power supply 1 is a voltage of about 0 volts, if only the switching elements 16 and 18 are turned on among the switching elements 15 to 20, the AC power supply 1 → the reactor 10 → the switching element 18 → switching. When a current flows through the path of the element 16 → the reactor 9 → the AC power supply 1, the AC power supply 1 is in a short circuit state.

上記した(状態2−1)および(状態2−2)においてコンデンサ回路5を充電する場合は、スイッチング素子15から20のなかでオンにするスイッチング素子の選択を変えても充電の効果は同じである。(状態2−1)および(状態2−2)においては、オンにするスイッチング素子を定めておけば、コンデンサ21および22を交互に充電することで、(状態1)のときに交流電源1から出力される電圧の最大値の2倍程度の電圧が得られる。   When charging the capacitor circuit 5 in the above (State 2-1) and (State 2-2), the charging effect is the same even if the selection of the switching element to be turned on among the switching elements 15 to 20 is changed. is there. In (State 2-1) and (State 2-2), if the switching element to be turned on is determined, the capacitors 21 and 22 are alternately charged. A voltage about twice the maximum value of the output voltage is obtained.

実施の形態1にかかるモータ駆動装置100全体の動作を以下に説明する。上記から分かるように、(状態1)でコンデンサ回路5を充電すれば、交流電源1から出力される最大電圧値程度の電圧となるようにコンデンサ回路5は充電される。また、(状態2)すなわち(状態2−1)および(状態2−2)でコンデンサ回路5を充電すれば、交流電源1から出力される最大電圧値の2倍程度の電圧となるようにコンデンサ回路5は充電される。そして、(状態3)では、コンデンサ回路5は充電されない。   The overall operation of the motor driving apparatus 100 according to the first embodiment will be described below. As can be seen from the above, if the capacitor circuit 5 is charged in (state 1), the capacitor circuit 5 is charged so that the voltage is about the maximum voltage value output from the AC power supply 1. Further, if the capacitor circuit 5 is charged in (State 2), that is, (State 2-1) and (State 2-2), the capacitor is set to a voltage about twice the maximum voltage value output from the AC power supply 1. The circuit 5 is charged. In (State 3), the capacitor circuit 5 is not charged.

したがって、モータ7で要求される電力に応じて、(状態1)から(状態3)のそれぞれの状態でコンデンサ回路5を充電すれば、0ボルト程度の電圧、交流電源1から出力される最大電圧値程度の電圧、交流電源1から出力される最大電圧値の2倍程度の電圧、といった3段階の出力電圧が得られる。   Therefore, if the capacitor circuit 5 is charged in each of the states (state 1) to (state 3) according to the power required by the motor 7, a voltage of about 0 volts, the maximum voltage output from the AC power source 1 is obtained. A three-stage output voltage is obtained, such as a voltage of about the value and a voltage of about twice the maximum voltage value output from the AC power supply 1.

交流電源1の出力に基づいて、(状態1)から(状態3)を交流電源1の周波数より高い周波数で切り替えるように制御することで、急激に電流を流すことを防いで高調波電流を抑制することができる。すなわち、交流電源1の出力を滑らかに変化させて昇圧し、モータ7に出力するといったことが可能になる。   Based on the output of the AC power supply 1, by controlling the switching from (State 1) to (State 3) at a frequency higher than the frequency of the AC power supply 1, it is possible to prevent a rapid current flow and suppress the harmonic current. can do. That is, it is possible to smoothly change the output of the AC power supply 1 to boost the voltage and output it to the motor 7.

実施の形態1にかかるコンバータ回路8によれば、(状態2)および(状態3)をダイオードを用いずに2個のスイッチング素子を導通させることで実現でき、電流経路においてダイオードを導通させることによる回路損失を回避することができるので、スイッチングロスの小さい高効率なコンバータ回路の実現が可能となる。また、コンバータ回路8がスイッチング素子のみで構成されているため、コンバータ回路8のモジュールの作成または選定の作業が簡易になる。   According to the converter circuit 8 according to the first embodiment, (State 2) and (State 3) can be realized by conducting two switching elements without using a diode, and by conducting the diode in the current path. Since circuit loss can be avoided, a highly efficient converter circuit with low switching loss can be realized. In addition, since the converter circuit 8 is composed only of switching elements, the creation or selection of the module of the converter circuit 8 is simplified.

さらに、実施の形態1にかかるコンバータ回路8は、インバータ回路6とスイッチング素子の構成が同じモジュールを使用することにより、インバータ回路6と共通化できる。これにより、製造プロセスを簡単化できる。また、インバータ回路6に用いられている汎用モジュールの流用ができるので、安価なモジュールの選択が可能となりモジュール選択の幅を広げることができる。さらに、全てスイッチング素子を用いてスイッチ回路4を構成しているので、スイッチング素子のみを用いた同期整流が実現出来る。   Furthermore, the converter circuit 8 according to the first embodiment can be shared with the inverter circuit 6 by using a module having the same configuration of the inverter circuit 6 and the switching element. Thereby, the manufacturing process can be simplified. In addition, since a general-purpose module used in the inverter circuit 6 can be used, an inexpensive module can be selected, and the range of module selection can be expanded. Furthermore, since the switch circuit 4 is configured using all switching elements, synchronous rectification using only the switching elements can be realized.

実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2にかかるモータ駆動装置200の全体回路図である。モータ駆動装置200は、実施の形態1にかかるモータ駆動装置100とはスイッチ回路の構成が異なる点以外は、同じ構成である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is an overall circuit diagram of the motor drive device 200 according to the second embodiment of the present invention. The motor drive device 200 has the same configuration as the motor drive device 100 according to the first embodiment except that the configuration of the switch circuit is different.

モータ駆動装置200は、コンバータ回路8’およびインバータ回路6を備える。コンバータ回路8’は、リアクトル回路2と、整流回路3と、スイッチ回路4’と、コンデンサ回路5と、を備える。スイッチ回路4’は、4個の双方向スイッチング素子であるスイッチング素子30から33で構成される。   The motor driving device 200 includes a converter circuit 8 ′ and an inverter circuit 6. The converter circuit 8 ′ includes a reactor circuit 2, a rectifier circuit 3, a switch circuit 4 ′, and a capacitor circuit 5. The switch circuit 4 'is composed of switching elements 30 to 33 which are four bidirectional switching elements.

スイッチ回路4’は、接続点71および接続点76の間に直列接続された第一スイッチング素子であるスイッチング素子30および32と、接続点72および接続点76の間に直列接続された第二スイッチング素子であるスイッチング素子31および33と、を備えている。接続点71は最終的には第一端子41に接続されており、接続点72は最終的には第二端子42に接続されているので、実施の形態1と同様に、第一スイッチング素子は、第一端子41と接続点76との間を接続し、第二スイッチング素子は、第二端子42と接続点76との間を接続していることになる。   The switching circuit 4 ′ includes switching elements 30 and 32 which are first switching elements connected in series between the connection point 71 and the connection point 76, and second switching connected in series between the connection point 72 and the connection point 76. Switching elements 31 and 33 which are elements. Since the connection point 71 is finally connected to the first terminal 41 and the connection point 72 is finally connected to the second terminal 42, the first switching element is the same as in the first embodiment. The first terminal 41 and the connection point 76 are connected, and the second switching element connects the second terminal 42 and the connection point 76.

スイッチング素子30から33には、MOSFETといった電界効果トランジスタを用いる。スイッチング素子30および32はお互いのソース端子同士が接続されており、スイッチング素子30のドレイン端子は接続点71に接続され、スイッチング素子32のドレイン端子は接続点76に接続される。スイッチング素子31および33もお互いのソース端子同士が接続されており、スイッチング素子31のドレイン端子は接続点72に接続され、スイッチング素子33のドレイン端子は接続点76に接続される。ソース端子同士を接続することにより、両方のスイッチング素子がオフのときに導通するおそれが無いようにできる。   For the switching elements 30 to 33, field effect transistors such as MOSFETs are used. The switching elements 30 and 32 have their source terminals connected to each other, the drain terminal of the switching element 30 is connected to the connection point 71, and the drain terminal of the switching element 32 is connected to the connection point 76. The switching elements 31 and 33 also have their source terminals connected to each other, the drain terminal of the switching element 31 is connected to the connection point 72, and the drain terminal of the switching element 33 is connected to the connection point 76. By connecting the source terminals to each other, there is no possibility of conduction when both switching elements are off.

次に、実施の形態2にかかるモータ駆動装置200の動作について説明する。モータ駆動装置200の動作状態は、スイッチ回路4’のスイッチング素子30から33の状態によって異なるため、以下では各状態別に動作を説明する。図4は、実施の形態2にかかるスイッチ回路4’の状態ごとのスイッチング素子30から33の状態を示す図である。スイッチ回路4’の状態は、以下に説明する(状態1)、(状態2−1)、(状態2−2)および(状態3)である。   Next, the operation of the motor driving apparatus 200 according to the second embodiment will be described. Since the operation state of the motor driving device 200 varies depending on the states of the switching elements 30 to 33 of the switch circuit 4 ′, the operation will be described for each state below. FIG. 4 is a diagram illustrating states of the switching elements 30 to 33 for each state of the switch circuit 4 ′ according to the second embodiment. The states of the switch circuit 4 'are (State 1), (State 2-1), (State 2-2), and (State 3) described below.

(状態1)
先ず、スイッチング素子30から33が全てオフ状態となる(状態1)について説明する。このように構成されたコンバータ回路8’では、交流電源1の出力が入力されると整流回路3で整流され、整流回路3の出力によりコンデンサ21から23が第一出力端子51の電圧が第二出力端子52の電圧より高くなるようにコンデンサ回路5は充電される。すなわち、交流電源1から正側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル9→ダイオード11→コンデンサ回路5→ダイオード14→リアクトル10→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ回路5は充電される。逆に、交流電源1から負側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル10→ダイオード13→コンデンサ回路5→ダイオード12→リアクトル9→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ回路5は充電される。
(State 1)
First, the switching element 30 to 33 are all turned off (state 1) will be described. In the converter circuit 8 ′ thus configured, when the output of the AC power supply 1 is input, the output is rectified by the rectifier circuit 3, and the capacitors 21 to 23 are connected to the second output terminal 51 by the output of the rectifier circuit 3. The capacitor circuit 5 is charged so as to be higher than the voltage at the output terminal 52. That is, when a positive voltage is output from the AC power supply 1, the capacitor circuit is formed by the current flowing through the path of the AC power supply 1 → reactor 9 → diode 11 → capacitor circuit 5 → diode 14 → reactor 10 → AC power supply 1. 5 is charged. On the contrary, when a negative voltage is output from the AC power source 1, the capacitor flows due to the current flowing through the path of the AC power source 1 → reactor 10 → diode 13 → capacitor circuit 5 → diode 12 → reactor 9 → AC power source 1. The circuit 5 is charged.

次に、コンデンサ21および22を交互に充電する状態である(状態2)を、更に2つの状態である(状態2−1)および(状態2−2)に分けてそれぞれについて説明する。   Next, (state 2) in which the capacitors 21 and 22 are charged alternately will be further divided into two states (state 2-1) and (state 2-2).

(状態2−1)
図4の(状態2−1)の欄に示すように、スイッチング素子30から33のなかで、第二スイッチング素子であるスイッチング素子31および33のみをオンする。これにより、リアクトル10と接続点76とが接続される。(状態2−1)において、交流電源1から正側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル9→ダイオード11→コンデンサ21→スイッチ回路4→リアクトル10→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ21が充電される。また、逆に、交流電源1から負側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル10→スイッチ回路4→コンデンサ22→ダイオード12→リアクトル9→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ22が充電される。
(State 2-1)
As shown in the column of (State 2-1) in FIG. 4, only the switching elements 31 and 33, which are the second switching elements, are turned on among the switching elements 30 to 33. Thereby, reactor 10 and connection point 76 are connected. In (state 2-1), when a positive voltage is output from the AC power source 1, the current is passed through the path of the AC power source 1 → reactor 9 → diode 11 → capacitor 21 → switch circuit 4 → reactor 10 → AC power source 1. The capacitor 21 is charged. On the other hand, when a negative voltage is output from the AC power source 1, current flows through the path of the AC power source 1 → reactor 10 → switch circuit 4 → capacitor 22 → diode 12 → reactor 9 → AC power source 1. As a result, the capacitor 22 is charged.

(状態2−2)
図4の(状態2−2)の欄に示すように、スイッチング素子30から33のなかで、第一スイッチング素子であるスイッチング素子30および32のみをオンする。これにより、リアクトル9と接続点76とが接続される。(状態2−2)において、交流電源1から正側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル9→スイッチ回路4→コンデンサ22→ダイオード14→リアクトル10→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ22が充電される。また、逆に、交流電源1から負側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル10→ダイオード13→コンデンサ21→スイッチ回路4→リアクトル9→交流電源1の経路で電流が流れることによりコンデンサ21が充電される。
(State 2-2)
As shown in the column of (State 2-2) in FIG. 4, among the switching elements 30 to 33, only the switching elements 30 and 32 that are the first switching elements are turned on. Thereby, the reactor 9 and the connection point 76 are connected. In (State 2-2), when a positive voltage is output from the AC power source 1, the current flows through the path of the AC power source 1 → reactor 9 → switch circuit 4 → capacitor 22 → diode 14 → reactor 10 → AC power source 1. The capacitor 22 is charged. On the other hand, when a negative voltage is output from the AC power source 1, a current flows through the path of the AC power source 1 → reactor 10 → diode 13 → capacitor 21 → switch circuit 4 → reactor 9 → AC power source 1. As a result, the capacitor 21 is charged.

(状態3)
交流電源1の出力電圧が0ボルト程度の電圧の時において、スイッチング素子30から33を全てオンにする。交流電源1から正側の電圧が出力されている場合、交流電源1→リアクトル9→スイッチング素子30→スイッチング素子32→スイッチング素子33→スイッチング素子31→リアクトル10→交流電源1の経路で電流が流れることになり、交流電源1は短絡の状態となる。逆に、交流電源1から負側の電圧が出力されている場合、上記と逆の経路で電流が流れることになり、交流電源1は短絡の状態となる。
(State 3)
When the output voltage of the AC power supply 1 is a voltage of about 0 volts, all the switching elements 30 to 33 are turned on. When a positive voltage is output from the AC power source 1, a current flows through the path of the AC power source 1 → reactor 9 → switching element 30 → switching element 32 → switching element 33 → switching element 31 → reactor 10 → AC power source 1. As a result, the AC power supply 1 is short-circuited. On the other hand, when a negative voltage is output from the AC power supply 1, a current flows through a path reverse to the above, and the AC power supply 1 is in a short circuit state.

上記した(状態2−1)および(状態2−2)においてコンデンサ回路5を充電する場合は、スイッチング素子30から33のなかでオンにするスイッチング素子の選択を変えても充電の効果は同じである。(状態2−1)および(状態2−2)においては、オンにするスイッチング素子を定めておけば、コンデンサ21および22を交互に充電することで、(状態1)のときに交流電源1から出力される電圧の最大値の2倍程度の電圧が得られる。   When charging the capacitor circuit 5 in the above (State 2-1) and (State 2-2), the charging effect is the same even if the selection of the switching element to be turned on among the switching elements 30 to 33 is changed. is there. In (State 2-1) and (State 2-2), if the switching element to be turned on is determined, the capacitors 21 and 22 are alternately charged. A voltage about twice the maximum value of the output voltage is obtained.

実施の形態2にかかるモータ駆動装置200全体の動作も実施の形態1にかかるモータ駆動装置100全体の動作と同様であり、実施の形態1と同様な効果が得られる。   The overall operation of the motor drive apparatus 200 according to the second embodiment is the same as the overall operation of the motor drive apparatus 100 according to the first embodiment, and the same effect as in the first embodiment is obtained.

さらに、モータ駆動装置200では、スイッチ回路4’が備えるスイッチング素子の数をスイッチ回路4に比べて、6個から4個に減らすことができるので、モータ駆動装置100に比べて、コストの低減を図ることができる。   Furthermore, in the motor drive device 200, the number of switching elements provided in the switch circuit 4 ′ can be reduced from six to four compared to the switch circuit 4, so that the cost can be reduced compared to the motor drive device 100. Can be planned.

実施の形態3.
実施の形態3にかかるモータ駆動装置は、実施の形態1にかかるスイッチ回路4のスイッチング素子15から20およびインバータ回路6のスイッチング素子24から29に、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された双方向スイッチング素子を使用したモータ駆動装置である。あるいは、実施の形態3にかかるモータ駆動装置は、実施の形態2にかかるスイッチ回路4’のスイッチング素子30から33およびインバータ回路6のスイッチング素子24から29に、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された双方向スイッチング素子を使用したモータ駆動装置である。
Embodiment 3 FIG.
The motor driving apparatus according to the third embodiment includes bidirectional switching elements formed of wide band gap semiconductors in the switching elements 15 to 20 of the switch circuit 4 and the switching elements 24 to 29 of the inverter circuit 6 according to the first embodiment. It is a motor drive device using. Alternatively, in the motor drive device according to the third embodiment, both the switching elements 30 to 33 of the switch circuit 4 ′ according to the second embodiment and the switching elements 24 to 29 of the inverter circuit 6 are formed of wide band gap semiconductors. This is a motor drive device using a directional switching element.

ここで、ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンのバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体のことを指し、代表的なワイドバンドギャップ半導体は、SiC(シリコンカーバイド)、GaN(窒化ガリウム)またはダイヤモンドである。   Here, the wide band gap semiconductor refers to a semiconductor having a band gap larger than that of silicon, and a typical wide band gap semiconductor is SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), or diamond.

このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。   Since the switching element formed of such a wide band gap semiconductor has high voltage resistance and high allowable current density, the switching element can be reduced in size. By using these reduced switching elements, A semiconductor module incorporating these elements can be miniaturized.

また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化、あるいは水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。   In addition, since the switching element formed of a wide band gap semiconductor has high heat resistance, it is possible to downsize the heat sink fins of the heat sink or to air-cool the water-cooled portion, thereby further reducing the size of the semiconductor module. .

更に、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。   Furthermore, since the switching element formed of a wide band gap semiconductor has low power loss, the switching element can be highly efficient, and the semiconductor module can be highly efficient.

また、スイッチ回路4,4’およびインバータ回路6のスイッチング素子が全てワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、スイッチ回路4,4’のスイッチング素子のみがワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもかまわない。   Further, it is desirable that the switching elements of the switch circuits 4 and 4 ′ and the inverter circuit 6 are all formed of a wide band gap semiconductor, but only the switching elements of the switch circuits 4 and 4 ′ are formed of a wide band gap semiconductor. It doesn't matter.

実施の形態3にかかるモータ駆動装置の動作は、実施の形態1にかかるモータ駆動装置100または実施の形態2にかかるモータ駆動装置200と同様であるため説明を省略する。他の半導体に比べてワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子はスイッチング速度を高速にできるため、実施の形態3にかかるモータ駆動装置においては、装置全体の回路損失をさらに低減することが可能となる。   Since the operation of the motor driving apparatus according to the third embodiment is the same as that of the motor driving apparatus 100 according to the first embodiment or the motor driving apparatus 200 according to the second embodiment, the description thereof is omitted. Since a switching element formed of a wide bandgap semiconductor can increase the switching speed compared to other semiconductors, the motor drive device according to the third embodiment can further reduce the circuit loss of the entire device. Become.

すなわち、コンバータ回路8または8’にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、キャリア周波数を高周波数にしても損失が増加しない。したがって、キャリア周波数を高くし、それに応じて全スイッチング素子を高速に制御することにより、リアクトル回路2のリアクトル9および10のインダクタンス値を下げること、あるいはコンデンサ回路5のコンデンサ21から23の容量を下げることが可能となり、コンバータ回路8または8’の回路全体の小型化が可能となる。   That is, by using a wide band gap semiconductor for the converter circuit 8 or 8 ', the loss does not increase even if the carrier frequency is increased. Therefore, by increasing the carrier frequency and controlling all the switching elements at high speed accordingly, the inductance values of the reactors 9 and 10 of the reactor circuit 2 are lowered, or the capacitances of the capacitors 21 to 23 of the capacitor circuit 5 are lowered. Accordingly, the entire circuit of the converter circuit 8 or 8 ′ can be reduced in size.

また、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子は高価なので、実施の形態2にかかるコンバータ回路8’をワイドバンドギャップ半導体を用いて実現した方が、実施の形態1にかかるコンバータ回路8をワイドバンドギャップ半導体を用いて実現するよりもスイッチング素子の数が少ないことにより大幅なコストダウンの効果が得られる。   In addition, since a switching element using a wide band gap semiconductor is expensive, the converter circuit 8 ′ according to the second embodiment is realized by using the wide band gap semiconductor. Since the number of switching elements is smaller than that realized by using a gap semiconductor, a significant cost reduction effect can be obtained.

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。   The configuration described in the above embodiment shows an example of the content of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations within the scope of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

1 交流電源、2 リアクトル回路、3 整流回路、4,4’ スイッチ回路、5 コンデンサ回路、6 インバータ回路、7 モータ、8,8’ コンバータ回路、9,10 リアクトル、11,12,13,14 ダイオード、15,16,17,18,19,20,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33 スイッチング素子、21 第一コンデンサ、22 第二コンデンサ、23 第三コンデンサ、41 第一端子、42 第二端子、51 第一出力端子、52 第二出力端子、71,72,73,74,75,76,77,78 接続点。   1 AC power supply, 2 reactor circuit, 3 rectifier circuit, 4, 4 'switch circuit, 5 capacitor circuit, 6 inverter circuit, 7 motor, 8, 8' converter circuit, 9, 10 reactor, 11, 12, 13, 14 diode 15, 16, 17, 18, 19, 20, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 switching element, 21 first capacitor, 22 second capacitor, 23 third capacitor, 41 1st terminal, 42 2nd terminal, 51 1st output terminal, 52 2nd output terminal, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78 Connection point.

Claims (2)

交流電源の第一端子と第二端子の間の交流電圧を昇圧して、第一出力端子および第二出力端子に出力するコンバータ回路と、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列接続された2個のスイッチング素子の組を3組並列に有するインバータ回路と、
を備えるモータ駆動装置において、
前記コンバータ回路は、
前記第一端子に一端が直列接続されるリアクトルと、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列接続された第1ダイオードおよび第2ダイオードと、前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列接続され、前記第1ダイオードおよび前記第2ダイオードに並列接続される第3ダイオードおよび第4ダイオードとを有し、前記第1ダイオードと前記第2ダイオードとの接続点が前記リアクトルの他端に接続され、前記第3ダイオードと前記第4ダイオードとの接続点が前記第二出力端子に接続される整流回路と、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列に接続された第一コンデンサおよび第二コンデンサと、
直列接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子に並列接続され、直列接続された第3スイッチング素子および第4スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子に並列接続され、直列接続された第5スイッチング素子および第6スイッチング素子とを有し、前記第5スイッチング素子と前記第6スイッチング素子との接続点が前記第一コンデンサと前記第二コンデンサとの接続点に接続され、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点が前記第1ダイオードと前記第2ダイオードとの接続点に接続され、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との接続点が前記第3ダイオードと前記第4ダイオードとの接続点に接続され、前記第1スイッチング素子から前記第6スイッチング素子は、逆並列ダイオードを夫々有するスイッチ回路と、
を備え、
前記交流電源から正負極性のうちの一方の極性の電力が出力されている期間は、前記第1スイッチング素子から前記第6スイッチング素子のうちの前記第3スイッチング素子および前記第5スイッチング素子のみがオンにされる第1状態と、前記第1スイッチング素子から前記第6スイッチング素子のうちの前記第4スイッチング素子および前記第6スイッチング素子のみがオンにされる第2状態とによって前記第一コンデンサが充電され、前記第1スイッチング素子から前記第6スイッチング素子のうちの前記第2スイッチング素子および前記第6スイッチング素子のみがオンにされる第3状態と、前記第1スイッチング素子から前記第6スイッチング素子のうちの前記第1スイッチング素子および前記第5スイッチング素子のみがオンにされる第4状態とによって前記第二コンデンサが充電され、
前記交流電源から正負極性のうちの他方の極性の電力が出力されている期間は、前記第1状態と、前記第2状態とによって前記第コンデンサが充電され、前記第3状態と、前記第4状態とによって前記第コンデンサが充電される、
ことを特徴とするモータ駆動装置。
A converter circuit that boosts the AC voltage between the first terminal and the second terminal of the AC power source and outputs the boosted voltage to the first output terminal and the second output terminal;
An inverter circuit having three sets of two switching elements connected in series between the first output terminal and the second output terminal in parallel;
In a motor drive device comprising:
The converter circuit is
A reactor having one end connected in series to the first terminal;
A first diode and a second diode connected in series between the first output terminal and the second output terminal; a first diode connected in series between the first output terminal and the second output terminal; A third diode and a fourth diode connected in parallel to the diode and the second diode, and a connection point between the first diode and the second diode is connected to the other end of the reactor, and the third diode And a rectifier circuit in which a connection point of the fourth diode is connected to the second output terminal;
A first capacitor and a second capacitor connected in series between the first output terminal and the second output terminal;
A first switching element and a second switching element connected in series, a third switching element and a fourth switching element connected in parallel to the first switching element and the second switching element, and the first switching element And a fifth switching element and a sixth switching element connected in parallel to each other and the second switching element, and a connection point between the fifth switching element and the sixth switching element is the first capacitor. And a connection point between the first capacitor and the second capacitor, a connection point between the first switching element and the second switching element is connected to a connection point between the first diode and the second diode, and the third switching element. The connection point between the element and the fourth switching element is the front end of the third diode. Connected to the connection point of the fourth diode, the sixth switching element from said first switching element, a switching circuit, each of which has an anti-parallel diode,
With
Only the third switching element and the fifth switching element among the first switching element to the sixth switching element are on during a period in which power of one polarity of positive and negative polarity is output from the AC power supply. The first capacitor is charged by the first state of the first switching element and the second state of turning on only the fourth switching element and the sixth switching element among the first to sixth switching elements. A third state in which only the second switching element and the sixth switching element among the first switching element to the sixth switching element are turned on; and the first switching element to the sixth switching element. Only the first switching element and the fifth switching element are turned on. Wherein the second capacitor is charged by the fourth condition,
The second capacitor is charged by the first state and the second state during a period in which power of the other polarity of positive and negative polarity is output from the AC power source, and the third state, The first capacitor is charged according to four states,
The motor drive device characterized by the above-mentioned.
前記第1スイッチング素子から前記第6スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
The motor driving apparatus according to claim 1, wherein the first to sixth switching elements are formed of a wide band gap semiconductor.
JP2018510168A 2016-04-06 2016-04-06 Motor drive device Active JP6602466B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/061230 WO2017175328A1 (en) 2016-04-06 2016-04-06 Motor drive device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017175328A1 JPWO2017175328A1 (en) 2018-07-26
JP6602466B2 true JP6602466B2 (en) 2019-11-06

Family

ID=60000284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018510168A Active JP6602466B2 (en) 2016-04-06 2016-04-06 Motor drive device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6602466B2 (en)
WO (1) WO2017175328A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102014143B1 (en) * 2017-11-24 2019-08-26 엘지전자 주식회사 Power converting apparatus and home appliance including the same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3934982B2 (en) * 2001-04-17 2007-06-20 松下電器産業株式会社 Power supply
KR100654487B1 (en) * 2003-09-09 2006-12-05 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 Converter circuit, motor driving device, compressor, air conditioner, refrigerator, electric washing machine, fan, electric cleaner, and heat pump water-warmer
JP5367008B2 (en) * 2011-04-14 2013-12-11 三菱電機株式会社 Control device for power converter
JP5947109B2 (en) * 2012-05-24 2016-07-06 株式会社日立製作所 Uninterruptible power supply, control method of uninterruptible power supply
JP2015023709A (en) * 2013-07-19 2015-02-02 株式会社東芝 Power conversion apparatus
JP5550773B2 (en) * 2013-08-01 2014-07-16 三菱電機株式会社 DC power supply
JP2015115523A (en) * 2013-12-13 2015-06-22 株式会社日立製作所 Semiconductor apparatus for power conversion device, and power conversion device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017175328A1 (en) 2017-10-12
JPWO2017175328A1 (en) 2018-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5282855B2 (en) AC-AC converter
US20080253156A1 (en) Dc/dc power conversion device
US9385624B2 (en) Rectifier circuit
CN106921305B (en) Three-level power conversion circuit
US20080252145A1 (en) Dc/dc power conversion device
JP6136011B2 (en) Semiconductor device and power conversion device
JP2010288415A (en) Three-level power converter
JP7270139B2 (en) DC/DC converter
US20130241290A1 (en) Filter circuit and bidirectional power conversion apparatus including thereof
JP2012170304A (en) Dc/dc voltage converter
JP2017195691A (en) Power conversion device
US9036387B2 (en) Alternating-current/direct-current converter
US6999325B2 (en) Current/voltage converter arrangement
JP2016135003A (en) Dc-dc converter
JP6602466B2 (en) Motor drive device
WO2013136623A1 (en) Power converter and apparatus for controlling same
WO2017090118A1 (en) Power conversion device and rail vehicle
CN107546974B (en) Boost circuit and inverter topology with cascaded diode circuits
JP2016123148A (en) Switching power supply
JP5420080B2 (en) Power converter
US10461662B1 (en) AC/DC converter
JP6191542B2 (en) Power converter
CN219999227U (en) Three-level converter
WO2017024995A1 (en) Ac-ac converter and control method thereof
WO2017064864A1 (en) Electric power conversion device and power conditioner using same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180327

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180327

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190416

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190625

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190726

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190910

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191008

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6602466

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250