JP7201045B2 - power converter - Google Patents

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Description

本技術は、電力変換装置に関する。 The present technology relates to a power conversion device.

直交変換器(DC(Direct Current)/AC(Alternate Current)変換器)として、3レベルインバータに代表されるマルチレベルインバータは、従前の2レベルインバータに比べて、システムの小型化や高効率化を実現する電力変換器として注目されている。 As a quadrature converter (DC (Direct Current)/AC (Alternate Current) converter), a multi-level inverter represented by a 3-level inverter can make the system smaller and more efficient than the conventional 2-level inverter. It is attracting attention as a power converter to be realized.

3レベルインバータの従来技術としては、例えば、正極端子と負極端子との間に直列接続される少なくとも2つのスイッチング素子におのおの逆並列に接続される還流ダイオードの電圧降下特性を、中性点端子と交流端子との間に接続されるスイッチング素子に逆並列に接続される還流ダイオードの電圧降下特性より大きくして、電力損失を低減した技術が提案されている(特許文献1)。 As a conventional technique for a three-level inverter, for example, the voltage drop characteristics of freewheeling diodes connected in anti-parallel to at least two switching elements connected in series between a positive terminal and a negative terminal are measured as a neutral point terminal and a neutral point terminal. A technology has been proposed in which the power loss is reduced by increasing the voltage drop characteristic of a freewheeling diode connected in anti-parallel to a switching element connected to an AC terminal (Patent Document 1).

特開2013-116020号公報JP 2013-116020 A

しかし、3レベルインバータに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作によってモータ等の誘導性負荷を駆動する場合に、スイッチング素子内のボディダイオードに負荷電流が還流すると、ボディダイオードが劣化して、電力損失が増大するという問題がある。 However, when an inductive load such as a motor is driven by the switching operation of the switching elements included in the 3-level inverter, if the load current flows back through the body diode in the switching element, the body diode deteriorates and power loss increases. There is a problem that

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ボディダイオードの劣化を抑制し、電力損失の低減化を図った電力変換装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power converter that suppresses deterioration of body diodes and reduces power loss.

上記課題を解決するために、電力変換装置が提供される。この電力変換装置は、第1のボディダイオードを含む正極側の第1のスイッチング素子と、第1のスイッチング素子に直列接続する負極側の第2のスイッチング素子と、第1のスイッチング素子に並列接続するスイッチ回路とを含む直交変換部と、第2のスイッチング素子がターンオフ動作後、ターンオン動作するまでの期間中に、スイッチ回路を所定期間オン状態にして、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とが直列接続する中間点を介して接続される負荷から第1のスイッチング素子に向かう負荷電流をスイッチ回路に流して、第1のボディダイオードに対して負荷電流を非導通にする制御回路とを備える。
また、上記課題を解決するために、電力変換装置が提供される。この電力変換装置は、第1のボディダイオードを含む正極側の第1のスイッチング素子と、第1のスイッチング素子に直列接続する負極側の第2のスイッチング素子と、第1のスイッチング素子に並列接続するスイッチ回路とを含む直交変換部と、第2のスイッチング素子がターンオフ動作後、ターンオン動作するまでの期間中に、スイッチ回路を所定期間オン状態にする制御回路と、を有する。また、直交変換部は、第1のトランジスタと第1のボディダイオードを含む第1のスイッチング素子、第2のトランジスタと第2のボディダイオードを含む第2のスイッチング素子、第3、第4のスイッチング素子、第1、第2のダイオード、正極側電源、負極側電源、および第3のトランジスタと第3のダイオードを含むスイッチ回路を備える。正極側電源の正極側端子は、第1のトランジスタのドレイン、第1のボディダイオードのカソードおよび第3のトランジスタのソースに接続し、負極側電源の負極側端子は、第2のトランジスタのソースと、第2のボディダイオードのアノードに接続し、正極側電源の負極側端子は、負極側電源の正極側端子、第3のスイッチング素子のエミッタおよび第1のダイオードのアノードに接続し、第3のスイッチング素子のコレクタは、第1のダイオードのカソード、第2のダイオードのカソードおよび第4のスイッチング素子のコレクタに接続し、第4のスイッチング素子のエミッタは、第2のダイオードのアノード、第1のトランジスタのソース、第1のボディダイオードのアノード、第3のダイオードのアノード、第2のトランジスタのドレイン、第2のボディダイオードのカソードおよび中間点に接続し、第3のダイオードのカソードは、第3のトランジスタのドレインに接続する。
A power converter is provided to solve the above problems. This power converter includes a first switching element on the positive electrode side including a first body diode, a second switching element on the negative electrode side connected in series with the first switching element, and a parallel connection to the first switching element. and the switch circuit is turned on for a predetermined period during the period from the turn-off operation of the second switching element to the turn-on operation of the second switching element, thereby switching the first switching element and the second switching element. A control circuit that causes a load current directed from a load connected via an intermediate point where the switching element is connected in series to the first switching element to flow through the switch circuit, thereby making the load current non-conductive with respect to the first body diode. and
Also, in order to solve the above problems, a power converter is provided. This power converter includes a first switching element on the positive electrode side including a first body diode, a second switching element on the negative electrode side connected in series with the first switching element, and a parallel connection to the first switching element. and a control circuit for turning on the switch circuit for a predetermined period during the period from when the second switching element turns off until it turns on. Further, the orthogonal transform unit includes a first switching element including a first transistor and a first body diode, a second switching element including a second transistor and a second body diode, and third and fourth switching elements. A switch circuit including an element, first and second diodes, a positive power source, a negative power source, and a third transistor and a third diode. The positive terminal of the positive power supply is connected to the drain of the first transistor, the cathode of the first body diode and the source of the third transistor, and the negative terminal of the negative power supply is connected to the source of the second transistor. , the anode of the second body diode; the negative terminal of the positive power source is connected to the positive terminal of the negative power source, the emitter of the third switching element and the anode of the first diode; The collector of the switching element is connected to the cathode of the first diode, the cathode of the second diode and the collector of the fourth switching element, and the emitter of the fourth switching element is connected to the anode of the second diode and the first diode. connected to the source of the transistor, the anode of the first body diode, the anode of the third diode, the drain of the second transistor, the cathode of the second body diode and the intermediate point; connected to the drain of the transistor in

ボディダイオードの劣化を抑制し、電力損失の低減化を図ることが可能になる。 It is possible to suppress deterioration of the body diode and reduce power loss.

本発明の電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power converter device of this invention. 3レベルインバータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a 3 level inverter. 3レベルインバータのスイッチングパターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the switching pattern of a 3 level inverter. 3レベルインバータの出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of a 3 level inverter. 負荷電流が流れる経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a path through which load current flows; 負極側のスイッチング素子の両端電圧が閾値レベルを超えたときに負荷電流が流れる経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a path through which a load current flows when a voltage across a switching element on the negative electrode side exceeds a threshold level; ボディダイオードの導通時の状態を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a state when a body diode is conducting; 電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation|movement of a power converter device. 変形例の電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power converter device of a modification. 変形例の電力変換装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation|movement of the power converter device of a modification.

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の電力変換装置の構成例を示す図である。電力変換装置1は、直交変換器1aと制御回路1bを備える。直交変換器1aは、スイッチング素子T1~T4、ダイオードD1、D2(第1、第2のダイオード)、直流電源として正極側電源V1および負極側電源V2を備える。
Embodiments will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power converter according to the present invention. The power conversion device 1 includes an orthogonal converter 1a and a control circuit 1b. The orthogonal converter 1a includes switching elements T1 to T4, diodes D1 and D2 (first and second diodes), and a positive power source V1 and a negative power source V2 as DC power sources.

正極側のスイッチング素子T1(第1のスイッチング素子)は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)としてNチャネルのNMOSトランジスタM1(第1のトランジスタ)を含み、さらに寄生ダイオードであるボディダイオードDp1(第1のボディダイオード)を含む。負極側のスイッチング素子T2(第2のスイッチング素子)は、スイッチング素子T1と直列接続する。 The switching element T1 (first switching element) on the positive electrode side includes an N-channel NMOS transistor M1 (first transistor) as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and further includes a body diode Dp1 (first switching element) which is a parasitic diode. 1 body diode). The switching element T2 (second switching element) on the negative electrode side is connected in series with the switching element T1.

直交変換器1a内の接続関係を記すと、正極側電源V1の正極側端子は、NMOSトランジスタM1のドレインと、ボディダイオードDp1のカソードに接続し、負極側電源V2の負極側端子は、スイッチング素子T2の一端に接続する。 The connection relationship in the orthogonal converter 1a is as follows. Connect to one end of T2.

正極側電源V1の負極側端子は、負極側電源V2の正極側端子、スイッチング素子T3の一端、ダイオードD1のアノードに接続する。スイッチング素子T3の他端は、ダイオードD1のカソード、ダイオードD2のカソードおよびスイッチング素子T4の一端に接続する。 The negative terminal of the positive power source V1 is connected to the positive terminal of the negative power source V2, one end of the switching element T3, and the anode of the diode D1. The other end of switching element T3 is connected to the cathode of diode D1, the cathode of diode D2 and one end of switching element T4.

スイッチング素子T4の他端は、ダイオードD2のアノード、NMOSトランジスタM1のソース、ボディダイオードDp1のアノード、スイッチング素子T2の他端および中間点Uに接続する。また、中間点Uには、図示しないフィルタを介して負荷3が接続される。 The other end of the switching element T4 is connected to the anode of the diode D2, the source of the NMOS transistor M1, the anode of the body diode Dp1, the other end of the switching element T2 and the intermediate point U. A load 3 is connected to the intermediate point U via a filter (not shown).

制御回路1bは、スイッチング素子T1~T4のスイッチング駆動制御を行う。この場合、制御回路1bは、スイッチング素子T2のスイッチング動作時にターンオフしてターンオンするまでのオフ期間中に、スイッチング素子T2がスイッチング動作中にはオフ状態になっているスイッチング素子T1を所定期間オンにする。 The control circuit 1b performs switching drive control of the switching elements T1 to T4. In this case, the control circuit 1b turns on the switching element T1, which is in the off state during the switching operation of the switching element T2, for a predetermined period during the off period from when the switching element T2 is turned off to when it is turned on. do.

このようなスイッチング制御を行うことで、制御回路1bは、負荷3からスイッチング素子T1に向かう負荷電流(第1の負荷電流)を、スイッチング素子T1内のNMOSトランジスタM1側に流して、スイッチング素子T1内のボディダイオードDp1に対して負荷電流を非導通にする(ボディダイオードDp1に向かう負荷電流の流れを抑制する)。 By performing such switching control, the control circuit 1b causes the load current (first load current) directed from the load 3 to the switching element T1 to flow to the side of the NMOS transistor M1 in the switching element T1, thereby switching the switching element T1. The load current is made non-conductive to the body diode Dp1 inside (suppresses the flow of the load current toward the body diode Dp1).

これにより、スイッチング素子T1内のボディダイオードDp1への負荷電流の還流を抑止することができるので、ボディダイオードDp1の劣化を抑制することができ、電力損失の低減化を図ることが可能になる。 As a result, the return of the load current to the body diode Dp1 in the switching element T1 can be suppressed, so that the deterioration of the body diode Dp1 can be suppressed and the power loss can be reduced.

次に本発明の詳細を説明する前に、本発明の適用例である3レベルインバータについて図2~図4を用いて説明する。まず、3レベルインバータの構成について説明する。図2は3レベルインバータの構成例を示す図である。3レベルインバータ100は、スイッチング素子T1~T4、ダイオードD1、D2および正極側電源V1および負極側電源V2を備える。 Next, before describing the details of the present invention, a three-level inverter, which is an application example of the present invention, will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. First, the configuration of the 3-level inverter will be described. FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a three-level inverter. The three-level inverter 100 includes switching elements T1 to T4, diodes D1 and D2, a positive power supply V1 and a negative power supply V2.

スイッチング素子T1、T2には、例えば、NMOSトランジスタM1、M2が使用される。この場合、例えば、SiC(シリコンカーバイド)製のMOSFETが使用される。SiC-MOSFETは、Si(シリコン)製のMOSFETと比べ、スイッチング損失が小さく、高温領域においても良好な電気的特性を有している。 NMOS transistors M1 and M2, for example, are used for the switching elements T1 and T2. In this case, for example, a SiC (silicon carbide) MOSFET is used. A SiC-MOSFET has a smaller switching loss than a Si (silicon) MOSFET and has good electrical characteristics even in a high temperature region.

また、NMOSトランジスタM1、M2には寄生ダイオードが接続されており、NMOSトランジスタM1の寄生ダイオードをボディダイオードDp1、NMOSトランジスタM2の寄生ダイオードをボディダイオードDp2とする。 Also, parasitic diodes are connected to the NMOS transistors M1 and M2. The parasitic diode of the NMOS transistor M1 is a body diode Dp1, and the parasitic diode of the NMOS transistor M2 is a body diode Dp2.

さらに、スイッチング素子T3、T4には、例えば、Si製のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用される。
一方、3レベルインバータ100の配線には、配線インダクタ(浮遊インダクタ)が存在するので、図2には配線インダクタを明示している。
Furthermore, for the switching elements T3 and T4, for example, Si IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are used.
On the other hand, since wiring inductors (floating inductors) exist in the wiring of the three-level inverter 100, the wiring inductors are clearly shown in FIG.

具体的には、正極側電源V1の正極側端子と、正極点Pとの間の正極側配線には、配線インダクタLpがある。また、負極側電源V2の負極側端子と、負極点Nとの間の負極側配線には、配線インダクタLnがある。 Specifically, a wiring inductor Lp is provided in the positive electrode side wiring between the positive terminal of the positive electrode side power source V1 and the positive electrode point P. As shown in FIG. Further, a wiring inductor Ln is provided in the negative wiring between the negative terminal of the negative power supply V2 and the negative terminal N. As shown in FIG.

さらに、正極側電源V1と負極側電源V2の中間電位になる中間点Cと、スイッチング素子T3のエミッタおよびダイオードD1のアノードとの間の中間極側配線には、配線インダクタLmがある。 Further, there is a wiring inductor Lm in the middle pole side wiring between the middle point C at the middle potential between the positive side power supply V1 and the negative side power supply V2 and the emitter of the switching element T3 and the anode of the diode D1.

3レベルインバータ100の構成素子の接続関係について記すと、正極側電源V1の正極側端子は、配線インダクタLpを通じて、NMOSトランジスタM1のドレインおよびボディダイオードDp1のカソードに接続する。 Regarding the connection relationship of the components of the three-level inverter 100, the positive terminal of the positive power supply V1 is connected to the drain of the NMOS transistor M1 and the cathode of the body diode Dp1 through the wiring inductor Lp.

負極側電源V2の負極側端子は、配線インダクタLnを通じて、NMOSトランジスタM2のソースおよびボディダイオードDp2のアノードに接続する。
正極側電源V1の負極側端子は、負極側電源V2の正極側端子に接続し、さらに配線インダクタLmを通じて、スイッチング素子T3のエミッタおよびダイオードD1のアノードに接続する。
The negative terminal of the negative power supply V2 is connected to the source of the NMOS transistor M2 and the anode of the body diode Dp2 through the wiring inductor Ln.
The negative terminal of the positive power source V1 is connected to the positive terminal of the negative power source V2, and further connected to the emitter of the switching element T3 and the anode of the diode D1 through the wiring inductor Lm.

スイッチング素子T3のコレクタは、ダイオードD1のカソード、ダイオードD2のカソードおよびスイッチング素子T4のコレクタに接続する。
スイッチング素子T4のエミッタは、ダイオードD2のアノード、NMOSトランジスタM1のソース、ボディダイオードDp1のアノード、NMOSトランジスタM2のドレインおよびボディダイオードDp2のカソードに接続する。
The collector of switching element T3 is connected to the cathode of diode D1, the cathode of diode D2 and the collector of switching element T4.
The emitter of switching element T4 is connected to the anode of diode D2, the source of NMOS transistor M1, the anode of body diode Dp1, the drain of NMOS transistor M2 and the cathode of body diode Dp2.

中間点(交流出力点)Uには、フィルタ101(例えば、LCフィルタ)が接続され、フィルタ101の出力段には負荷が接続される。また、スイッチング素子T1~T4のゲートには、図示しない制御回路が接続される。なお、スイッチング素子T3、T4とダイオードD1、D2の箇所には、RB(Reverse Blocking)-IGBTの構成を適用してもよい。 A filter 101 (for example, an LC filter) is connected to the intermediate point (AC output point) U, and a load is connected to the output stage of the filter 101 . A control circuit (not shown) is connected to the gates of the switching elements T1 to T4. An RB (Reverse Blocking)-IGBT configuration may be applied to the switching elements T3 and T4 and the diodes D1 and D2.

次に3レベルインバータ100のスイッチングパターンについて説明する。図3は3レベルインバータのスイッチングパターンの一例を示す図である。
〔期間t(+)〕基準正弦波(インバータの出力電圧指令)S0が正の期間にある期間t(+)において、基準正弦波S0の振幅が、正電位側三角波信号であるキャリア信号S1の振幅より大きい場合は、スイッチング素子T1のゲート駆動信号g1は高電位レベルになり、スイッチング素子T1はオンする。
Next, the switching pattern of the 3-level inverter 100 will be explained. FIG. 3 is a diagram showing an example of a switching pattern of a 3-level inverter.
[Period t(+)] During the period t(+) in which the reference sine wave (inverter output voltage command) S0 is in the positive period, the amplitude of the reference sine wave S0 is equal to that of the carrier signal S1, which is a triangular wave signal on the positive potential side. If it is larger than the amplitude, the gate drive signal g1 of the switching element T1 becomes a high potential level and the switching element T1 is turned on.

また、基準正弦波S0の振幅がキャリア信号S1の振幅より小さい場合は、ゲート駆動信号g1は低電位レベルになり、スイッチング素子T1はオフする。
一方、スイッチング素子T3のゲート駆動信号g3は、ゲート駆動信号g1のレベルを反転した信号になる。よって、スイッチング素子T1がオンのときにはスイッチング素子T3はオフ、スイッチング素子T1がオフのときにはスイッチング素子T3はオンする。
Also, when the amplitude of the reference sine wave S0 is smaller than the amplitude of the carrier signal S1, the gate drive signal g1 becomes a low potential level and the switching element T1 is turned off.
On the other hand, the gate drive signal g3 for the switching element T3 is a signal obtained by inverting the level of the gate drive signal g1. Therefore, when the switching element T1 is on, the switching element T3 is off, and when the switching element T1 is off, the switching element T3 is on.

さらに、スイッチング素子T1、T3がスイッチング動作中(期間t(+))は、スイッチング素子T2のゲート駆動信号g2は低電位レベルを維持して、スイッチング素子T2はオフ状態になる。 Furthermore, while the switching elements T1 and T3 are switching (period t(+)), the gate drive signal g2 for the switching element T2 is maintained at a low potential level, and the switching element T2 is turned off.

さらにまた、スイッチング素子T1、T3がスイッチング動作中(期間t(+))は、スイッチング素子T4のゲート駆動信号g4は高電位レベルを維持して、スイッチング素子T4はオン状態になる。 Furthermore, while the switching elements T1 and T3 are in the switching operation (period t(+)), the gate drive signal g4 of the switching element T4 maintains the high potential level, and the switching element T4 is turned on.

〔期間t(-)〕基準正弦波S0が負の期間にある期間t(-)において、基準正弦波S0の振幅が、負電位側三角波信号であるキャリア信号S2の振幅より小さい場合は、スイッチング素子T2のゲート駆動信号g2は高電位レベルになり、スイッチング素子T2はオンする。 [Period t(-)] During the period t(-) in which the reference sine wave S0 is in the negative period, if the amplitude of the reference sine wave S0 is smaller than the amplitude of the carrier signal S2, which is a triangular wave signal on the negative potential side, switching is performed. The gate drive signal g2 for the element T2 becomes a high potential level, turning on the switching element T2.

また、基準正弦波S0の振幅がキャリア信号S2の振幅より大きい場合は、ゲート駆動信号g2は低電位レベルになり、スイッチング素子T2はオフする。
一方、スイッチング素子T4のゲート駆動信号g4は、ゲート駆動信号g2のレベルを反転した信号になる。よって、スイッチング素子T2がオンのときにはスイッチング素子T4はオフ、スイッチング素子T2がオフのときにはスイッチング素子T4はオンする。
Also, when the amplitude of the reference sine wave S0 is greater than the amplitude of the carrier signal S2, the gate drive signal g2 becomes a low potential level and the switching element T2 is turned off.
On the other hand, the gate drive signal g4 for the switching element T4 is a signal obtained by inverting the level of the gate drive signal g2. Therefore, when the switching element T2 is on, the switching element T4 is off, and when the switching element T2 is off, the switching element T4 is on.

さらに、スイッチング素子T2、T4がスイッチング動作中(期間t(-))は、スイッチング素子T1のゲート駆動信号g1は低電位レベルを維持して、スイッチング素子T1はオフ状態になる。 Further, while the switching elements T2 and T4 are in the switching operation (period t(-)), the gate drive signal g1 for the switching element T1 maintains the low potential level, and the switching element T1 is turned off.

さらにまた、スイッチング素子T2、T4がスイッチング動作中(期間t(-))は、スイッチング素子T3のゲート駆動信号g3は高電位レベルを維持して、スイッチング素子T3はオン状態になる。 Furthermore, during the switching operation of the switching elements T2 and T4 (period t(-)), the gate drive signal g3 of the switching element T3 maintains the high potential level, and the switching element T3 is turned on.

上記のように、基準正弦波S0が正の期間は、スイッチング素子T1、T3が交互にスイッチングする。このときスイッチング素子T2はオフ状態が保持され、スイッチング素子T4はオン状態が保持される。 As described above, the switching elements T1 and T3 alternately switch during the period when the reference sine wave S0 is positive. At this time, the switching element T2 is kept off, and the switching element T4 is kept on.

逆に、基準正弦波S0が負の期間は、スイッチング素子T2、T4が交互にスイッチングする。このときスイッチング素子T1はオフ状態が保持され、スイッチング素子T3はオン状態が保持される。 Conversely, the switching elements T2 and T4 alternately switch during the period when the reference sine wave S0 is negative. At this time, the switching element T1 is kept off, and the switching element T3 is kept on.

スイッチング素子T1~T4がこのようなスイッチング動作を行うことにより負荷に対する給電が実施される。なお、上記に示したゲート駆動信号g1~g4は、スイッチング素子T1~T4の駆動制御を行う制御回路内において生成される。 Power is supplied to the load by the switching elements T1 to T4 performing such switching operations. The gate drive signals g1 to g4 described above are generated in a control circuit that controls the driving of the switching elements T1 to T4.

図4は3レベルインバータの出力波形を示す図である。3レベルインバータ100のトータル電源電圧をEdとすれば、3レベルインバータ100の中間点Uの出力は、ゼロを中心として±Ed/2と、±EdとのPWM(Pulse Width Modulation)パルス波形となる。 FIG. 4 is a diagram showing output waveforms of a 3-level inverter. Assuming that the total power supply voltage of the 3-level inverter 100 is Ed, the output of the intermediate point U of the 3-level inverter 100 is a PWM (Pulse Width Modulation) pulse waveform of ±Ed/2 and ±Ed centered on zero. .

このように、3レベルインバータ100は、出力波形がより正弦波に近くなることから、出力波形を正弦波化するためのフィルタ101を小型化することができる。また、1回のスイッチング動作当たりの電圧変動幅が2レベルインバータの半分となるため、スイッチング素子に発生するスイッチング損失がおおむね半減し、装置から発生するノイズも低減するなどの利点を有している。 In this way, the output waveform of the three-level inverter 100 becomes closer to a sine wave, so the filter 101 for converting the output waveform into a sine wave can be made smaller. In addition, since the voltage fluctuation width per switching operation is half that of a 2-level inverter, the switching loss generated in the switching element is roughly halved, and the noise generated by the device is also reduced. .

次に本発明が解決すべき課題について図5~図7を用いて説明する。図5は負荷電流が流れる経路を示す図である。負極側のスイッチング素子T2のスイッチング動作中(期間t(-))に、スイッチング素子T2がターンオンしてからターンオフすると、モータ等の誘導性負荷からは逆起電圧が発生するので、3レベルインバータ100内に負荷電流が流れる。 Next, problems to be solved by the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7. FIG. FIG. 5 is a diagram showing paths through which load current flows. During the switching operation of the switching element T2 on the negative electrode side (period t(-)), when the switching element T2 is turned on and then turned off, a back electromotive voltage is generated from an inductive load such as a motor. load current flows in

なお、スイッチング素子T2のスイッチング動作中において、スイッチング素子T2がオフのとき、図3に示したように、スイッチング素子T1はオフ、スイッチング素子T3はオン、スイッチング素子T4はオンの状態である。 During the switching operation of the switching element T2, when the switching element T2 is off, the switching element T1 is off, the switching element T3 is on, and the switching element T4 is on, as shown in FIG.

スイッチング素子T2のターンオフ時、負荷電流の流れは経路r1、r2になる。経路r1は、中間点Uから負極点Nへ流れる経路であり、経路r2は、中間点Uから中間点Cへ流れる経路である。 When the switching element T2 is turned off, the load current flows along paths r1 and r2. A route r1 is a route from the intermediate point U to the negative electrode N, and a route r2 is a route from the intermediate point U to the intermediate point C.

経路r1を流れる負荷電流は、時間経過に伴って減少する(-di/dtで減少する)。また、配線インダクタLnの電圧極性を見ると、配線インダクタLnは、当初の電流を流し続けようと働くので、配線インダクタLnの電源側が正極性となり、配線インダクタLnのスイッチング素子T2側は負極性となる。 The load current flowing through path r1 decreases over time (decreases at -di/dt). Also, looking at the voltage polarity of the wiring inductor Ln, since the wiring inductor Ln works to keep the initial current flowing, the power supply side of the wiring inductor Ln has positive polarity, and the switching element T2 side of the wiring inductor Ln has negative polarity. Become.

一方、経路r2を流れる負荷電流は、時間経過に伴って増加する(di/dtで増加する)。また、配線インダクタLmの電圧極性を見ると、配線インダクタLmのスイッチング素子T3側が正極性となり、配線インダクタLmの電源側は負極性となる。 On the other hand, the load current flowing through the path r2 increases with time (increases by di/dt). Also, looking at the voltage polarity of the wiring inductor Lm, the switching element T3 side of the wiring inductor Lm has positive polarity, and the power supply side of the wiring inductor Lm has negative polarity.

図6は負極側のスイッチング素子の両端電圧が閾値レベルを超えたときに負荷電流が流れる経路を示す図である。
ここで、正極側電源V1および負極側電源V2の電源電圧を共にEdcとし、負荷電流をdi/dtとし、配線インダクタLm、Lnのインダクタンスを同じ符号Lm、Lnでそれぞれ表す。この場合、スイッチング素子T2の両端電圧VT2は、以下の式(1)で算出される。
FIG. 6 is a diagram showing a path through which the load current flows when the voltage across the switching element on the negative electrode side exceeds the threshold level.
Here, the power supply voltages of the positive power supply V1 and the negative power supply V2 are both represented by Edc, the load current is di/dt, and the inductances of the wiring inductors Lm and Ln are represented by the same symbols Lm and Ln, respectively. In this case, the voltage VT2 across the switching element T2 is calculated by the following equation (1).

VT2=Edc+(Lm+Ln)×di/dt・・・(1)
また、電源電圧Edcの2倍の電圧(2×Edc)を閾値レベルとする。負極側のスイッチング素子T2がターンオフしてから、スイッチング素子T2の両端電圧VT2が上昇し、両端電圧VT2が閾値レベルを超えると、スイッチング素子T1のボディダイオードDp1が順バイアスされて導通する。したがって、図6に示すように、中間点Uから正極点Pへの経路r3にも負荷電流が流れることになる。
VT2=Edc+(Lm+Ln)×di/dt (1)
A voltage (2×Edc) that is twice the power supply voltage Edc is set as a threshold level. After the negative switching element T2 is turned off, the voltage VT2 across the switching element T2 rises, and when the voltage VT2 exceeds the threshold level, the body diode Dp1 of the switching element T1 is forward biased and becomes conductive. Therefore, as shown in FIG. 6, the load current also flows through the route r3 from the intermediate point U to the positive electrode point P. As shown in FIG.

図7はボディダイオードの導通時の状態を説明するための図である。配線インダクタLm、Lnのインダクタンスが大きく、スイッチング素子T2を流れる負荷電流IT2の電流減少率が大きいと、上記の式(1)から両端電圧VT2が増大する。 FIG. 7 is a diagram for explaining the state when the body diode is conducting. When the inductance of the wiring inductors Lm and Ln is large and the current decrease rate of the load current IT2 flowing through the switching element T2 is large, the both-ends voltage VT2 increases according to the above equation (1).

このとき、スイッチング素子T2の両端電圧VT2が、電源電圧Edcの2倍(2×Edc)を超える期間taでは、スイッチング素子T1のボディダイオードDp1が順バイアスされて導通する。 At this time, the body diode Dp1 of the switching element T1 is forward biased and conducts during the period ta when the voltage VT2 across the switching element T2 exceeds twice the power supply voltage Edc (2×Edc).

すると、ボディダイオードDp1に負荷電流I1が流れる。このように負荷から還流してきた負荷電流I1がボディダイオードDp1を流れると、ボディダイオードDp1の故障率が上がり、ボディダイオードDp1が劣化してしまう可能性がある。また、ボディダイオードDp1のオン電圧は高いため、ボディダイオードDp1に負荷電流I1が流れると、電力損失が増大してしまう。 Then, the load current I1 flows through the body diode Dp1. When the load current I1 returned from the load flows through the body diode Dp1 in this manner, the failure rate of the body diode Dp1 increases, and there is a possibility that the body diode Dp1 will deteriorate. Moreover, since the ON voltage of the body diode Dp1 is high, power loss increases when the load current I1 flows through the body diode Dp1.

本発明は上記のような点に鑑み、ボディダイオードへの負荷電流を非導通にして、ボディダイオードの劣化を抑制し、電力損失の低減化を図った電力変換装置を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above points, the present invention provides a power conversion device that prevents the body diode from deteriorating by making the load current to the body diode non-conductive, thereby reducing the power loss.

次に3レベルインバータに適用可能な本発明の電力変換装置について図8、図9を用いて説明する。図8は電力変換装置の構成例を示す図である。電力変換装置1-1は、直交変換器10と制御回路20を備えており、直交変換器10の中間点Uには、図示しないフィルタを介して負荷3が接続される。 Next, a power converter of the present invention applicable to a 3-level inverter will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a power converter. The power converter 1-1 includes an orthogonal transformer 10 and a control circuit 20, and a load 3 is connected to an intermediate point U of the orthogonal transformer 10 via a filter (not shown).

直交変換器10は、スイッチング素子T1~T4、ダイオードD1、D2および正極側電源V1および負極側電源V2を備える。スイッチング素子T1は、NMOSトランジスタM1とボディダイオードDp1を含み、スイッチング素子T2は、NMOSトランジスタM2(第2のトランジスタ)とボディダイオードDp2(第2のボディダイオード)を含む。なお、直交変換器10の基本的な回路構成は図2に示した3レベルインバータ100と同じなので回路構成の説明は省略する。 The orthogonal converter 10 includes switching elements T1 to T4, diodes D1 and D2, a positive power supply V1 and a negative power supply V2. The switching element T1 includes an NMOS transistor M1 and a body diode Dp1, and the switching element T2 includes an NMOS transistor M2 (second transistor) and a body diode Dp2 (second body diode). Since the basic circuit configuration of the orthogonal converter 10 is the same as that of the three-level inverter 100 shown in FIG. 2, the description of the circuit configuration is omitted.

制御回路20は、スイッチング素子T1~T4の各ゲートにゲート駆動信号g1~g4を入力して、スイッチング素子T1~T4のスイッチング制御を行う。
ここで、図2に示した3レベルインバータ100は、スイッチング素子T2のスイッチング動作中であって、スイッチング素子T2がターンオフしてからターンオンするまでのオフ期間中、スイッチング素子T1は連続オフ状態であった。
The control circuit 20 inputs gate drive signals g1 to g4 to the gates of the switching elements T1 to T4 to control the switching of the switching elements T1 to T4.
Here, in the three-level inverter 100 shown in FIG. 2, the switching element T1 is continuously off during the off period from when the switching element T2 is in the switching operation and when the switching element T2 is turned off until it is turned on. rice field.

これに対し、電力変換装置1-1は、このオフ期間中において、通常は連続オフ状態であるスイッチング素子T1に対して、スイッチング素子T1に高電位レベルのゲート駆動信号を印加して所定期間オンする制御を行う。より具体的には、スイッチング素子T1内のNMOSトランジスタM1のゲートに高電位レベルのゲート駆動信号を印加して、NMOSトランジスタM1を所定期間オンする。 On the other hand, during this OFF period, the power conversion device 1-1 applies a high potential level gate drive signal to the switching element T1, which is normally in a continuous OFF state, to turn it ON for a predetermined period. to control. More specifically, a high potential level gate drive signal is applied to the gate of the NMOS transistor M1 in the switching element T1 to turn on the NMOS transistor M1 for a predetermined period.

図9は電力変換装置の動作を説明するための図である。
〔期間t0〕制御回路20は、スイッチング素子T2のゲートに高電位レベルのゲート駆動信号g2を印加する。このとき、スイッチング素子T2はオン状態になる。また、制御回路20は、NMOSトランジスタM1のゲートに低電位レベルのゲート駆動信号g1を印加する。このとき、NMOSトランジスタM1(スイッチング素子T1)はオフ状態になる。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the power converter.
[Period t0] The control circuit 20 applies a high potential level gate drive signal g2 to the gate of the switching element T2. At this time, the switching element T2 is turned on. Also, the control circuit 20 applies a low potential level gate drive signal g1 to the gate of the NMOS transistor M1. At this time, the NMOS transistor M1 (switching element T1) is turned off.

なお、スイッチング素子T3、T4に関しても、制御回路20から出力されるゲート駆動信号g3、g4にもとづいてスイッチングされる。この場合、スイッチング素子T3はオン、スイッチング素子T4はオフの状態である。 The switching elements T3 and T4 are also switched based on the gate driving signals g3 and g4 output from the control circuit 20. FIG. In this case, the switching element T3 is on and the switching element T4 is off.

一方、スイッチング素子T1がオフ、スイッチング素子T2がオン状態の期間t0では、両端電圧VT2(中間点Uと負極点N間のスイッチング素子T2の両端電圧)は0Vである。また、このときにスイッチング素子T2を流れる負荷電流IT2は、電流値Imaxであるとする。さらに、スイッチング素子T1へは負荷電流は流れない。 On the other hand, in the period t0 in which the switching element T1 is off and the switching element T2 is on, the voltage VT2 across the switching element T2 (the voltage across the switching element T2 between the intermediate point U and the negative point N) is 0V. Also, assume that the load current IT2 flowing through the switching element T2 at this time has a current value Imax. Furthermore, no load current flows to the switching element T1.

〔時刻t1〕制御回路20は、スイッチング素子T2のゲートに低電位レベルのゲート駆動信号g2を印加して、スイッチング素子T2をターンオフする。
〔期間t2〕両端電圧VT2は、上昇し始める。
[Time t1] The control circuit 20 applies a low potential level gate drive signal g2 to the gate of the switching element T2 to turn off the switching element T2.
[Period t2] The voltage VT2 begins to rise.

〔時刻t3〕両端電圧VT2が上昇しているときに、スイッチング素子T2を流れる負荷電流IT2が電流値Imaxから下降し始める。このタイミングで、制御回路20は、スイッチング素子T1内のNMOSトランジスタM1のゲートに高電位レベルのゲート駆動信号g1を印加する。 [Time t3] While the voltage VT2 is increasing, the load current IT2 flowing through the switching element T2 starts to decrease from the current value Imax. At this timing, the control circuit 20 applies a high potential level gate drive signal g1 to the gate of the NMOS transistor M1 in the switching element T1.

〔期間t4〕両端電圧VT2が上昇しており、スイッチング素子T2を流れる負荷電流IT2が下降している。また、NMOSトランジスタM1はオン状態になる(ゲート駆動信号g1が高電位レベルを維持)。 [Period t4] Both-end voltage VT2 is increasing, and load current IT2 flowing through switching element T2 is decreasing. Also, the NMOS transistor M1 is turned on (the gate drive signal g1 maintains the high potential level).

〔時刻t5〕両端電圧VT2が、正極側電源V1の電源電圧と負極側電源V2の電源電圧のトータルの電圧である2×Edc(閾値レベル)に達する。また、NMOSトランジスタM1はオン状態を維持している。 [Time t5] The both-ends voltage VT2 reaches 2×Edc (threshold level), which is the total voltage of the power supply voltage of the positive power supply V1 and the power supply voltage of the negative power supply V2. Also, the NMOS transistor M1 is kept on.

この場合、経路r3を流れる負荷電流I1は、スイッチング素子T1内のボディダイオードDp1には流れず、スイッチング素子T1内のNMOSトランジスタM1を流れる。なお、NMOSトランジスタM1がオンしても、すでにスイッチング素子T2はターンオフ動作に入っているので、電源が短絡されることはない。 In this case, the load current I1 flowing through the path r3 does not flow through the body diode Dp1 in the switching element T1, but flows through the NMOS transistor M1 in the switching element T1. Even if the NMOS transistor M1 is turned on, the switching element T2 has already turned off, so the power supply will not be short-circuited.

〔時刻t6〕両端電圧VT2は、ピークから下降し始めて電圧(2×Edc)に達し、両端電圧VT2が電圧(2×Edc)以上になる時間帯が終了する。このタイミングで、制御回路20は、NMOSトランジスタM1のゲートに低電位レベルのゲート駆動信号g1を印加して、NMOSトランジスタM1をターンオフする。 [Time t6] The both-ends voltage VT2 begins to drop from its peak and reaches the voltage (2×Edc), ending the time period in which the both-ends voltage VT2 is equal to or higher than the voltage (2×Edc). At this timing, the control circuit 20 applies the low potential level gate drive signal g1 to the gate of the NMOS transistor M1 to turn off the NMOS transistor M1.

以上説明したように、本発明の電力変換装置1-1によれば、制御回路20は、スイッチング素子T2がターンオフしてターンオンするまでのオフ期間中に、スイッチング素子T1(NMOSトランジスタM1)を所定期間オンにする。 As described above, according to the power conversion device 1-1 of the present invention, the control circuit 20 controls the switching element T1 (NMOS transistor M1) during the off period from when the switching element T2 is turned off to when it is turned on. turn on for a period of time.

そして、制御回路20は、スイッチング素子T1に向かう負荷電流をスイッチング素子T1内のNMOSトランジスタM1に流して、スイッチング素子T1内のボディダイオードDp1に対して負荷電流を非導通にする。これにより、ボディダイオードDp1の劣化を抑制し、電力損失の低減化を図ることが可能になる。 Then, the control circuit 20 causes the load current directed to the switching element T1 to flow through the NMOS transistor M1 in the switching element T1, thereby making the load current non-conductive to the body diode Dp1 in the switching element T1. This makes it possible to suppress deterioration of the body diode Dp1 and reduce power loss.

なお、上記では、負極側スイッチング素子がターンオフしている期間中に、正極側スイッチング素子を所定期間オンする構成としたが、逆に正極側スイッチング素子がターンオフしている期間中に、負極側スイッチング素子を所定期間オンする構成にすることもできる。 In the above description, the positive-side switching element is turned on for a predetermined period while the negative-side switching element is turned off. A configuration in which the element is turned on for a predetermined period can also be used.

次に電力変換装置の変形例について図10、図11を用いて説明する。図10は変形例の電力変換装置の構成例を示す図である。変形例の電力変換装置1-2は、直交変換器10aと制御回路20aを備える。 Next, a modification of the power converter will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device according to a modification. The power conversion device 1-2 of the modification includes an orthogonal converter 10a and a control circuit 20a.

直交変換器10aは、スイッチング素子T1~T4、スイッチ回路SW、ダイオードD1、D2および正極側電源V1および負極側電源V2を備える。スイッチング素子T1は、NMOSトランジスタM1とボディダイオードDp1を含み、スイッチング素子T2は、NMOSトランジスタM2とボディダイオードDp2を含む。 The orthogonal converter 10a includes switching elements T1 to T4, a switch circuit SW, diodes D1 and D2, a positive power supply V1 and a negative power supply V2. The switching element T1 includes an NMOS transistor M1 and a body diode Dp1, and the switching element T2 includes an NMOS transistor M2 and a body diode Dp2.

また、スイッチ回路SWは、NMOSトランジスタMs(第3のトランジスタ)とダイオードD3(第3のダイオード)を含み、スイッチング素子T1に並列接続する。
スイッチ回路SW周辺の接続関係を記すと、ダイオードD3のアノードは、NMOSトランジスタM1のソース、ボディダイオードDp1のアノード、ダイオードD2のアノード、スイッチング素子T4のエミッタ、NMOSトランジスタM2のドレインおよびボディダイオードDp2のカソードに接続する。
Also, the switch circuit SW includes an NMOS transistor Ms (third transistor) and a diode D3 (third diode), which are connected in parallel to the switching element T1.
The connection relationship around the switch circuit SW is as follows. Connect to cathode.

ダイオードD3のカソードは、NMOSトランジスタMsのドレインに接続する。NMOSトランジスタMsのソースは、正極側電源V1の正極側端子、NMOSトランジスタM1のドレインおよびボディダイオードDp1のカソードに接続する。なお、その他の回路構成は図8で示した電力変換装置1-1の直交変換器10と同じなので説明は省略する。 The cathode of diode D3 is connected to the drain of NMOS transistor Ms. The source of the NMOS transistor Ms is connected to the positive terminal of the positive power source V1, the drain of the NMOS transistor M1, and the cathode of the body diode Dp1. The rest of the circuit configuration is the same as that of the orthogonal converter 10 of the power converter 1-1 shown in FIG. 8, so description thereof will be omitted.

制御回路20aは、スイッチング素子T1~T4の各ゲートにゲート駆動信号g1~g4を入力して、スイッチング素子T1~T4のスイッチング制御を行う。また、制御回路20aは、スイッチ回路SW内のNMOSトランジスタMsのゲートにゲート駆動信号gsを入力して、スイッチ回路SWのスイッチング(NMOSトランジスタMsのスイッチング)を行う。 The control circuit 20a inputs gate drive signals g1 to g4 to the gates of the switching elements T1 to T4 to control the switching of the switching elements T1 to T4. The control circuit 20a also inputs a gate drive signal gs to the gate of the NMOS transistor Ms in the switch circuit SW to switch the switch circuit SW (switch the NMOS transistor Ms).

ここで、電力変換装置1-2は、スイッチング素子T2のスイッチング動作時の、ターンオフしてからターンオンするまでのオフ期間中において、スイッチング素子T1は連続オフした状態のままで、スイッチ回路SWを所定期間オンする制御を行う。すなわち、スイッチ回路SW内のNMOSトランジスタMsのゲートに高電位レベルのゲート駆動信号gsを印加して、スイッチ回路SWを所定期間オンする。 Here, the power converter 1-2 keeps the switching element T1 in a continuously off state during the OFF period from turning off to turning on during the switching operation of the switching element T2, and the switch circuit SW is set to a predetermined value. Control to turn on for a period of time. That is, a high potential level gate drive signal gs is applied to the gate of the NMOS transistor Ms in the switch circuit SW to turn on the switch circuit SW for a predetermined period.

図11は変形例の電力変換装置の動作を説明するための図である。
〔期間t10〕制御回路20aは、スイッチング素子T2のゲートに高電位レベルのゲート駆動信号g2を印加する。このとき、スイッチング素子T2はオン状態になる。また、制御回路20aは、スイッチ回路SW内のNMOSトランジスタMsのゲートに低電位レベルのゲート駆動信号gsを印加する。このとき、NMOSトランジスタMsはオフ状態になる。
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the power converter of the modification.
[Period t10] The control circuit 20a applies the gate drive signal g2 at a high potential level to the gate of the switching element T2. At this time, the switching element T2 is turned on. Also, the control circuit 20a applies a gate drive signal gs at a low potential level to the gate of the NMOS transistor Ms in the switch circuit SW. At this time, the NMOS transistor Ms is turned off.

なお、スイッチング素子T1、T3、T4に関しても、制御回路20aから出力されるゲート駆動信号g1、g3、g4にもとづいてスイッチングされる。この場合、スイッチング素子T1はオフ、スイッチング素子T3はオン、スイッチング素子T4はオフの状態である。 The switching elements T1, T3 and T4 are also switched based on the gate drive signals g1, g3 and g4 output from the control circuit 20a. In this case, the switching element T1 is off, the switching element T3 is on, and the switching element T4 is off.

一方、スイッチング素子T1がオフ、スイッチング素子T2がオン状態の期間t10では、両端電圧VT2は0Vである。また、このときにスイッチング素子T2を流れる負荷電流IT2は、電流値Imaxであるとする。さらに、スイッチング素子T1へは負荷電流は流れない。 On the other hand, in the period t10 in which the switching element T1 is off and the switching element T2 is on, the voltage VT2 between both ends is 0V. Also, assume that the load current IT2 flowing through the switching element T2 at this time has a current value Imax. Furthermore, no load current flows to the switching element T1.

〔時刻t11〕制御回路20aは、スイッチング素子T2のゲートに低電位レベルのゲート駆動信号g2を印加して、スイッチング素子T2をターンオフする。
〔期間t12〕両端電圧VT2は、上昇し始める。
[Time t11] The control circuit 20a applies the low potential level gate drive signal g2 to the gate of the switching element T2 to turn off the switching element T2.
[Period t12] The voltage VT2 begins to rise.

〔時刻t13〕両端電圧VT2が上昇しているときに、スイッチング素子T2を流れる負荷電流IT2が電流値Imaxから下降し始める。このタイミングで、制御回路20aは、NMOSトランジスタMsのゲートに高電位レベルのゲート駆動信号gsを印加して、NMOSトランジスタMsをターンオンする。 [Time t13] While the voltage VT2 is increasing, the load current IT2 flowing through the switching element T2 starts to decrease from the current value Imax. At this timing, the control circuit 20a applies a high potential level gate drive signal gs to the gate of the NMOS transistor Ms to turn on the NMOS transistor Ms.

〔期間t14〕両端電圧VT2が上昇しており、スイッチング素子T2を流れる負荷電流IT2が下降している。また、NMOSトランジスタMsはオン状態になっている(ゲート駆動信号gsが高電位レベルを維持)。 [Period t14] Both-end voltage VT2 is increasing, and load current IT2 flowing through switching element T2 is decreasing. Also, the NMOS transistor Ms is on (the gate drive signal gs maintains the high potential level).

〔時刻t15〕両端電圧VT2が、正極側電源V1の電源電圧と負極側電源V2の電源電圧のトータルの電圧である2×Edc(閾値レベル)に達する。また、NMOSトランジスタMsはオン状態を維持している。 [Time t15] The both-ends voltage VT2 reaches 2×Edc (threshold level), which is the total voltage of the power supply voltage of the positive power supply V1 and the power supply voltage of the negative power supply V2. Also, the NMOS transistor Ms is kept on.

この場合、経路r3を流れる負荷電流I1は、スイッチング素子T1内のボディダイオードDp1には流れず、スイッチ回路SW内のNMOSトランジスタMsを流れる。なお、スイッチ回路SWがオンしても、すでにスイッチング素子T2はターンオフ動作に入っているので、電源が短絡されることはない。 In this case, the load current I1 flowing through the path r3 does not flow through the body diode Dp1 in the switching element T1, but flows through the NMOS transistor Ms in the switch circuit SW. Even if the switch circuit SW is turned on, the power supply is not short-circuited because the switching element T2 has already turned off.

〔時刻t16〕両端電圧VT2は、ピークから下降し始めて電圧(2×Edc)に達し、両端電圧VT2が電圧(2×Edc)以上になる時間帯が終了する。このタイミングで、制御回路20aは、NMOSトランジスタMsのゲートに低電位レベルのゲート駆動信号gsを印加して、NMOSトランジスタMsをターンオフする。 [Time t16] The both-ends voltage VT2 begins to drop from its peak and reaches the voltage (2×Edc), ending the time period in which the both-ends voltage VT2 exceeds the voltage (2×Edc). At this timing, the control circuit 20a applies a low potential level gate drive signal gs to the gate of the NMOS transistor Ms to turn off the NMOS transistor Ms.

以上説明したように、本発明の変形例の電力変換装置1-2によれば、制御回路20aは、スイッチング素子T2がターンオフしてターンオンするまでのオフ期間中に、スイッチング素子T1に並列接続されたスイッチ回路SWを所定期間オンにする。 As described above, according to the power conversion device 1-2 of the modified example of the present invention, the control circuit 20a is connected in parallel to the switching element T1 during the off period from when the switching element T2 is turned off to when it is turned on. The switch circuit SW is turned on for a predetermined period.

そして、制御回路20aは、スイッチング素子T1に向かう負荷電流をスイッチ回路SWに転流して、スイッチング素子T1内のボディダイオードDp1に対して負荷電流を非導通にする。これにより、ボディダイオードDp1の劣化を抑制し、電力損失の低減化を図ることが可能になる。 Then, the control circuit 20a commutates the load current directed to the switching element T1 to the switch circuit SW, and makes the load current non-conductive with respect to the body diode Dp1 in the switching element T1. This makes it possible to suppress deterioration of the body diode Dp1 and reduce power loss.

なお、図8、図10には示していないが、電力変換装置1-1、1-2は、スイッチング素子T1とスイッチング素子T2とが接続する中間点Uを介して接続される負荷3からスイッチング素子T2に流れる負荷電流をモニタする電流モニタ回路と、スイッチング素子T2の両端にかかる両端電圧をモニタする電圧モニタ回路とを備える。 Although not shown in FIGS. 8 and 10, the power converters 1-1 and 1-2 switch from a load 3 connected via an intermediate point U where the switching element T1 and the switching element T2 are connected. A current monitor circuit for monitoring the load current flowing through the element T2 and a voltage monitor circuit for monitoring the voltage across the switching element T2 are provided.

電流モニタ回路としては例えば、カレントトランスが使用できる(カレントトランスは中間点Uから負荷3へつながる配線上に設置される)。また、電圧モニタ回路としては、オペアンプを利用したコンパレータなどが使用できる。電圧モニタ回路は、中間点Uと負極点N間の電圧をモニタする。 For example, a current transformer can be used as the current monitor circuit (the current transformer is installed on the wiring leading from the intermediate point U to the load 3). A comparator using an operational amplifier can be used as the voltage monitor circuit. A voltage monitor circuit monitors the voltage between the intermediate point U and the negative point N. FIG.

制御回路20、20aは、これらのモニタ回路から送信されるモニタ結果にもとづき、スイッチング素子T2に流れる負荷電流が減少し始めるタイミングを認識し、両端電圧が閾値レベル以上になっているか否かを認識することができる。 Based on the monitor results sent from these monitor circuits, the control circuits 20 and 20a recognize the timing at which the load current flowing through the switching element T2 begins to decrease, and recognize whether or not the voltage across the switching element T2 is equal to or higher than the threshold level. can do.

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。 Although the embodiment has been exemplified above, the configuration of each part shown in the embodiment can be replaced with another one having the same function. Also, any other components or steps may be added.

1 電力変換装置
1a 直交変換器
1b 制御回路
3 負荷
T1~T4 スイッチング素子
M1 NMOSトランジスタ
Dp1 ボディダイオード
D1、D2 ダイオード
V1 正極側電源
V2 負極側電源
U 中間点
1 power converter 1a quadrature converter 1b control circuit 3 load T1 to T4 switching element M1 NMOS transistor Dp1 body diode D1, D2 diode V1 positive side power supply V2 negative side power supply U middle point

Claims (5)

第1のボディダイオードを含む正極側の第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子に直列接続する負極側の第2のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子に並列接続するスイッチ回路とを含む直交変換部と、
前記第2のスイッチング素子がターンオフ動作後、ターンオン動作するまでの期間中に、前記スイッチ回路を所定期間オン状態にして、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とが直列接続する中間点を介して接続される負荷から前記第1のスイッチング素子に向かう負荷電流を前記スイッチ回路に流して、前記第1のボディダイオードに対して前記負荷電流を非導通にする制御回路と、
を有する電力変換装置。
a positive-side first switching element including a first body diode; a negative-side second switching element connected in series with the first switching element; and a switch circuit connected in parallel with the first switching element. an orthogonal transform unit including
After the second switching element turns off and before it turns on, the switch circuit is turned on for a predetermined period , and the first switching element and the second switching element are connected in series. a control circuit that causes a load current directed from a load connected via an intermediate point to the first switching element to flow through the switch circuit to make the load current non-conductive to the first body diode ;
A power conversion device having
前記制御回路は、前記第2のスイッチング素子の両端にかかる両端電圧が閾値以上になる期間中に、前記スイッチ回路をオン状態にし、前記スイッチ回路をオン状態にしてから前記期間が終了するまで、前記スイッチ回路のオン状態を維持する請求項1記載の電力変換装置。 The control circuit turns on the switch circuit during a period in which the voltage across both ends of the second switching element is equal to or higher than a threshold, and after turning on the switch circuit until the period ends, 2. The power converter according to claim 1, wherein said switch circuit is kept on. 前記直交変換部は、電源として正極側電源と負極側電源とをさらに含み、前記制御回路は、前記正極側電源の電源電圧と、前記負極側電源の電源電圧との総和の電圧を前記閾値とする請求項2記載の電力変換装置。 The orthogonal transform unit further includes a positive power supply and a negative power supply as power supplies, and the control circuit sets the sum of the power supply voltage of the positive power supply and the power supply voltage of the negative power supply as the threshold. The power converter according to claim 2. 前記直交変換部は、第1のトランジスタと前記第1のボディダイオードを含む前記第1のスイッチング素子、第2のトランジスタと第2のボディダイオードを含む前記第2のスイッチング素子、第3、第4のスイッチング素子、第1、第2のダイオード、正極側電源、負極側電源、および第3のトランジスタと第3のダイオードを含む前記スイッチ回路を備え、
前記正極側電源の正極側端子は、前記第1のトランジスタのドレイン、前記第1のボディダイオードのカソードおよび前記第3のトランジスタのソースに接続し、
前記負極側電源の負極側端子は、前記第2のトランジスタのソースと、前記第2のボディダイオードのアノードに接続し、
前記正極側電源の負極側端子は、前記負極側電源の正極側端子、前記第3のスイッチング素子のエミッタおよび前記第1のダイオードのアノードに接続し、
前記第3のスイッチング素子のコレクタは、前記第1のダイオードのカソード、前記第2のダイオードのカソードおよび前記第4のスイッチング素子のコレクタに接続し、
前記第4のスイッチング素子のエミッタは、前記第2のダイオードのアノード、前記第1のトランジスタのソース、前記第1のボディダイオードのアノード、前記第3のダイオードのアノード、前記第2のトランジスタのドレイン、前記第2のボディダイオードのカソードおよび中間点に接続し、
前記第3のダイオードのカソードは、前記第3のトランジスタのドレインに接続する、
請求項1記載の電力変換装置。
The orthogonal transform unit includes the first switching element including the first transistor and the first body diode, the second switching element including the second transistor and the second body diode, third and fourth switching elements. switching element, first and second diodes, a positive power supply, a negative power supply, and the switch circuit including a third transistor and a third diode,
a positive terminal of the positive power supply is connected to the drain of the first transistor, the cathode of the first body diode and the source of the third transistor;
the negative terminal of the negative power supply is connected to the source of the second transistor and the anode of the second body diode;
the negative terminal of the positive power supply is connected to the positive terminal of the negative power supply, the emitter of the third switching element and the anode of the first diode;
the collector of the third switching element is connected to the cathode of the first diode, the cathode of the second diode and the collector of the fourth switching element;
The emitter of the fourth switching element is connected to the anode of the second diode, the source of the first transistor, the anode of the first body diode, the anode of the third diode, and the drain of the second transistor. , connected to the cathode and midpoint of said second body diode;
the cathode of the third diode connects to the drain of the third transistor;
The power converter according to claim 1.
第1のボディダイオードを含む正極側の第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子に直列接続する負極側の第2のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子に並列接続するスイッチ回路とを含む直交変換部と、
前記第2のスイッチング素子がターンオフ動作後、ターンオン動作するまでの期間中に、前記スイッチ回路を所定期間オン状態にする制御回路と、
を有し、
前記直交変換部は、第1のトランジスタと前記第1のボディダイオードを含む前記第1のスイッチング素子、第2のトランジスタと第2のボディダイオードを含む前記第2のスイッチング素子、第3、第4のスイッチング素子、第1、第2のダイオード、正極側電源、負極側電源、および第3のトランジスタと第3のダイオードを含む前記スイッチ回路を備え、
前記正極側電源の正極側端子は、前記第1のトランジスタのドレイン、前記第1のボディダイオードのカソードおよび前記第3のトランジスタのソースに接続し、
前記負極側電源の負極側端子は、前記第2のトランジスタのソースと、前記第2のボディダイオードのアノードに接続し、
前記正極側電源の負極側端子は、前記負極側電源の正極側端子、前記第3のスイッチング素子のエミッタおよび前記第1のダイオードのアノードに接続し、
前記第3のスイッチング素子のコレクタは、前記第1のダイオードのカソード、前記第2のダイオードのカソードおよび前記第4のスイッチング素子のコレクタに接続し、
前記第4のスイッチング素子のエミッタは、前記第2のダイオードのアノード、前記第1のトランジスタのソース、前記第1のボディダイオードのアノード、前記第3のダイオードのアノード、前記第2のトランジスタのドレイン、前記第2のボディダイオードのカソードおよび中間点に接続し、
前記第3のダイオードのカソードは、前記第3のトランジスタのドレインに接続する、
電力変換装置。
a positive-side first switching element including a first body diode; a negative-side second switching element connected in series with the first switching element; and a switch circuit connected in parallel with the first switching element. an orthogonal transform unit including
a control circuit that turns on the switch circuit for a predetermined period during a period from when the second switching element turns off until it turns on;
has
The orthogonal transform unit includes the first switching element including the first transistor and the first body diode, the second switching element including the second transistor and the second body diode, third and fourth switching elements. switching element, first and second diodes, a positive power supply, a negative power supply, and the switch circuit including a third transistor and a third diode,
a positive terminal of the positive power supply is connected to the drain of the first transistor, the cathode of the first body diode and the source of the third transistor;
the negative terminal of the negative power supply is connected to the source of the second transistor and the anode of the second body diode;
the negative terminal of the positive power supply is connected to the positive terminal of the negative power supply, the emitter of the third switching element and the anode of the first diode;
the collector of the third switching element is connected to the cathode of the first diode, the cathode of the second diode and the collector of the fourth switching element;
The emitter of the fourth switching element is connected to the anode of the second diode, the source of the first transistor, the anode of the first body diode, the anode of the third diode, and the drain of the second transistor. , connected to the cathode and midpoint of said second body diode;
the cathode of the third diode connects to the drain of the third transistor;
Power converter.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014050214A (en) 2012-08-31 2014-03-17 Renesas Electronics Corp Semiconductor device
JP5717915B2 (en) 2012-02-24 2015-05-13 三菱電機株式会社 Power switching circuit
WO2016031037A1 (en) 2014-08-29 2016-03-03 東芝三菱電機産業システム株式会社 Inverter
WO2017094488A1 (en) 2015-12-04 2017-06-08 株式会社村田製作所 Power conversion device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006304530A (en) * 2005-04-22 2006-11-02 Hitachi Ltd Operation method of power converter
JP5428480B2 (en) * 2009-04-13 2014-02-26 富士電機株式会社 Power converter
US9077255B2 (en) * 2013-01-11 2015-07-07 Futurewei Technologies, Inc. Resonant converters and methods
JP6070258B2 (en) * 2013-02-22 2017-02-01 株式会社明電舎 3-level inverter snubber circuit
WO2015049743A1 (en) * 2013-10-02 2015-04-09 富士電機株式会社 Three-level inverter
CN103944148A (en) * 2014-04-17 2014-07-23 华为技术有限公司 T-type three-level inverter protecting method and device and inverter circuit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5717915B2 (en) 2012-02-24 2015-05-13 三菱電機株式会社 Power switching circuit
JP2014050214A (en) 2012-08-31 2014-03-17 Renesas Electronics Corp Semiconductor device
WO2016031037A1 (en) 2014-08-29 2016-03-03 東芝三菱電機産業システム株式会社 Inverter
WO2017094488A1 (en) 2015-12-04 2017-06-08 株式会社村田製作所 Power conversion device

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