JPH01502874A - パルス幅変調コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 パルス幅変調コンバータ 本発明は、電力コンバータに関し、特に、ＰＷＭと略称されるパルス幅変調によ って動作して負荷に可変エネルギーを供給する周波数コンバータに関する。

同期若しくは非同期モータ用の周波数コンバータは、通常、平滑キャパシタを含 む中間回路を介してインバータに接続した整流ブリッジを含む。インバータはモ ータの相巻線に接続されてパルス幅変調によって動作する。このインバータはい くつかの電流枝路を有し、各電流枝路にはリカバリダイオードを含む２つのスイ ッチが配設されている。

各電流枝路のスイッチ接続点はモータの各相巻線に接続される。制御回路がこれ らのスイッチを所望タイミングにてオンオフせしめる。この明細書において固体 スイッチなる術語はバイポーラ型またはＭＯＳ型トランジスタ、ＩＧＴと称され るバイポーラＭＯ３素子又はＧＴＯ型のサイリスタ等を意味する。

かかるコンバータにおいて、１つの電流枝路の第１スイツチがオフとなっており 、第２のスイッチが未だオンとならない状態にあるとき、スイッチの中間接続点 に接続したモータの相巻線を流れる電流は第１スイツチに協働するリカバリダイ オード中を流れる。第２スイツチがオンとなった後第１ダイオードのリカバリ時 間が終了するまでは、この第２スイツチにモータの巻線電流の他に、この第２ス イツチの両端電圧が導通値ＶＣＥＳＡＴに達するまでの間における第１ダイオー ドの逆方向電流が流れ、結果として大なるスイッチングロスが生ずる。

このスイッチングロスは、コンバータの動作周波数が高くなるにつれて大となる 。この動作周波数はモータのインダクタンスに関連し、かつインダクタンスが小 さくなればなる程高くなる。同期モータの場合特にこのことは成立し、高スイツ チング周波数の故に大なるスイッチングロスが生ずる。また、非同期モータの場 合、そのインダクタンスはかなり大であるが、コンバータの動作周波数が上昇す る傾向は認められスイッチングロスの増大に帰結する。

このスイッチングロスの低減のための回路構成の従来例としては、コンバータに おいて各スイッチに直列なインダクタンス及び各スイッチに並列な抵抗−キャパ シターダイオードからなるＲＣＤ回路を設けている。各インダクタンスは、スイ ッチ導通時における上記した過渡電流の制限をなす一方、このインダクタンス内 に蓄積されたエネルギはダイオードを介してキャパシタを充電し、キャパシタは 抵抗を介して放電せしめられる。かかる従来の回路構成は、スイッチ毎にインダ クタンス及びＲＣＤ回路を要するという欠点がある。更に、かかる従来回路はリ カバリダイオードに接続したスイッチを含む集積ブリッジ回路を許容しない。

よって、本発明は、パルス幅変調型コンバータのスイッチングロスを効率良く低 減し、部品点数が少なくて低コストのコンバータを提供するものである。

パルス幅変調コンバータなる表現は、くくルス幅の変調されるタイプの可変電圧 発生器、例えば、同期モータ又は非同期モータ用周波数コンバータ、直流モータ 用コンバータ、ＡＣ電圧発生用インバータ等を意味する。

本発明の目的は、変調器ブリッジ内のスイッチングロスを軽減したパルス幅変調 コンバータを提供することである。

本発明によるパルス幅変調コンバータは、変調器ブリッジに平滑機能を有する中 間回路を接続する経路に該変調器ブリッジのスイッチの導通を助ける導通助成イ ンダクタンスを備え、該変調器ブリッジの電流枝路に並列に中継ダイオードとこ れに直列な中継キャパシタを設けてスイッチがオフとされたときインダクタンス から生ずるエネルギを吸収するようになっており、該中継キャパシタの放電をな すだめの抵抗も配設されている。

この放電用抵抗は中継ダイオードに並列に接続される。

この抵抗は、好ましくは、導通助成インダクタンス及び中継ダイオードの直列回 路に並列に接続される。この場合、中継キャパシタはその電荷をインバータ上流 の平滑キャパシタに放電する。

本発明のより好ましい実施例においては、大容量のクリッピングキャパシタが中 継キャパシタに並列に配設され、短絡発生時の余剰エネルギを吸収している。こ の場合、放電抵抗がクリッピングキャパシタと協働する。この結果、中継キャパ シタを小容量のものとし、クリッピングキャパシタを小なる有効電流のものとす ることが出来、コンバータ全体のコスト抑制につながる。

更に、チョッパ形電力供給回路を中継キャパシタ及び／又はクリッピングキャパ シタの端子間に接続してスイッチ制御回路にエネルギを供給してスイッチングエ ネルギの一部を補うこととし、コンバータ上流へのエネルギ帰還作用をもなすも のである。

以下の添付図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例としてのコンバータを示す回路図、第２図は第１図 の実施例の変形を示す回路図。

第１図においてコンバータ１０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）周波数コンバータで あり、例えば、同期モータ１１等からなる負荷と協働する。コンバータ１ｏは、 交流電源に接続した整流ブリッジ回路１２と、平滑キャパシタ１４を含む中間回 路１３と、中間回路１３を介して整流ブリッジ回路１２に接続したインバータ１ ５とからなる。インバータ１５は、同期モータ１１の各相巻線に接続した３つの 電流枝路Ｂｌ、Ｂ２．Ｂ３を含む。

インバータ１５の各電流枝路Ｂｌ、Ｂ２．Ｂ３の各々には固体スイッチＴＩ、Ｔ ２　；Ｔ３．Ｔ４　；Ｔ５．Ｔ６及びリカバリダイオードＤＩ−Ｄ６が接続され ている。

各電流路のスイッチ接続中間点は同期モータ１１の各相巻線に接続している。制 御回路１６は、所望タイミングにてスイッチＴＩ−Ｔ６をオン・オフせしめる。

本発明によれば、固体スイッチＴｌ−７６の導通開始を助けるインダクタンスＬ がライン１７．１８のいずれかに設けられ、インダクタンスしは整流ブリッジ回 路１２又は中間回路１３をインバータ１５に接続する。中継キャパシタＣＬがイ ンバータ１５の電流枝路Ｂ１−８３に並列に接続されている。この中継キャパシ タＣＬは中継ダイオードＤＬと直列であり、スイッチＴＩ−Ｔ６のうちの異なる スイッチがオフとされたときのインダクタンスＬからのエネルギを受ける。中継 キャパシタＣＬを放電せしめる抵抗Ｒ５がこの中継キャパシタＣＬ及びインダク タンスＬのライン１７上の上流側すなわち電源側の点１９の間に接続されている 。なお、第１図における点線で示す如く、インダクタンスＬの電源と反対側の点 と中継キャパシタＣＬとの間に抵抗ＲＬを接続することも可能である。

第２図に示す変形例において、クリッピングキャパシタＣ５ｓすなわち短絡リミ ッタが中継キャパシタＣＬに並列接続されている。一方、ダイオードＤｓがクリ ッピングキャパシタＣＳに協働して、同期モータ１１における短絡事故発生の際 又は同−電流枝路の２つのスイッチの同時導通の際にクリッピングキャパシタＣ ８を放電させる。

やや高価な変形例においては、単一のキャパシタＣＬに大電流特性及び大容量を 与えて、これを上記キャパシタＣＬ及びＣ５と置換するようなされる。

第２図の例の動作は以下の通りである。すなわち、スイッチング周波数が高いと き、中継キャパシタＣＬは、該スイッチング周波数と同じ周波数にて充放電をな す。従って中継キャパシタＣＬとしては高有効電流を有するものの小容量のキャ パシタか用いられている。これはコスト抑制とサイズを小さくするためである。

短絡が発生したときは、クリッピングキャパシタＣ５はインダクタンスしに蓄積 されたエネルギを吸収する。このことのために、クリッピングキャパシタＣ５は 大容量を有する。しかし、通常動作においては高有効電流に耐える要はない。中 継キャパシタＣ２に蓄積されたスイッチングエネルギの一部は制御回路１６によ ってチョッパ制御される電力供給回路２１によって負担される。このとき、キャ パシタＣＬ又はＣ５はこの電力供給回路の入力キャパシタとして作用する。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．誘導性負荷に可変電力を供給するパルス幅変調コンバータであって、直流電 源に接続されて制御回路によりパルス幅変調駆動されるインバータを含み、前記 インバータは、複数個の電流枝路（Ｂ１〜Ｂ３）を含み、前記電流枝路の各々は 一対のスイッチ（Ｔ１，Ｔ２；Ｔ３，Ｔ４；Ｔ５，Ｔ６）とリカバリダイオード （Ｄ１〜Ｄ６）を含み、前記スイッチ対の中間接続点が前記誘導性負荷に接続さ れたコンバータであって、 直流電源（１２）をインバータ（１５）に接続するライン（１７，１８）のいず れか一方にスイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）の導通開始を助けるインダクタンス（Ｌ）と 、前記インバータの電流枝路（Ｂ１〜Ｂ３）に並列に接続されて前記スイッチが オフとなったとき前記インダクタンスから生ずるエネルギを受ける中継キャパシ タと中継ダイオード（ＤＬ）の直列回路と、 前記直流電源（１２）を前記インバータ（１５）に接続するライン（１７，１８ ）に接続されて前記中継キャパシタを放電する抵抗（ＲＬ）とを有することを特 徴とするコンバータ。
2. ２．前記中継キャパシタ（ＣＬ）を放電する抵抗（ＲＬ）は該導通助成インダク タンス（Ｌ）の上流のライン（１７，１８）に接続されていることを特徴とする 請求項１記載のコンバータ。
3. ３．前記中継キャパシタは小容量を有し、かつ大容量のクリッピングキャパシタ （Ｃｓ）が前記中継キャパシタに並列接続して短絡発生の際ダイオード（Ｄｓ） を介して充電されることを特徴とする請求項１記載のコンバータ。
4. ４．チョッパ形電力供給回路が中継キャパシタ（ＣＬ）又はクリッピングキャパ シタ（Ｃｓ）の端子に接続されていることを特徴とする請求項２記載のコンバー タ。
5. ５．チョッパ形電力供給回路が中継キャパシタ（ＣＬ）又はクリッピングキャパ シタ（Ｃｓ）の端子に接続されていることを特徴とする請求項３記載のコンバー タ。