JPH02262827A - 直列多重インバータ素子の過電圧保護回路および直列多重インバータ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直列多重インバータ装置に係り、特にノイズ
などによるインバータ素子（インバータのスイッチング
素子）の誤点弧あるいは失弧などによる過電圧から、当
該スイッチング素子を安全に保護するのに好適な過電圧
保護回路に関する。

〔従来の技術〕

直列多重インバータ装置としては、昭和５５年電気学会
全国大会論文集（Ｎｏ、４６７、Ｐ２Ｓ５）において提
案されているように、トランジスタやＧＴ○などの自己
消弧素子をスイッチング素子とし、このスイッチング素
子を２個直列に接続して各アームを構成し、それらのス
イッチング素子を対アームのスイッチング素子と共役的
にオンオフ作動させて、階段状の出力電圧を得るように
したものである。これによれば、高調波低減等の効果が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術によれば、ノイズ等により
スイッチング素子の誤点弧や失弧があると、各アームの
出力端側の素子に２倍の過電圧が印加される場合があり
、これによって素子が破壊される恐れがあるが、その過
電圧保護については何ら配慮されていない。

本発明の目的は、誤点弧等による過電圧から直列多重イ
ンバータのスイッチング素子を保護する回路を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、中性点出力端を
有する直流電源の正極と負極間に、順次筒１、第２、第
３および第４のスイッチング素子を直列接続するととも
に、この第１と第２のスイッチング素子の接続点と、第
３と第４のスイッチング素子の接続点をそれぞれクラン
プダイオードを介して前記中性点出力端に接続してなり
、第２と第３のスイッチング素子の接続点がインバータ
出力端とされた直列多重インバータ素子の過電圧保護回
路において、前記第２と第３のスイッチング素子のコレ
クタ・エミッタ間にそれぞれ当該素子のコレクタ電流を
バイパスさせる極性に挿入されるダイオードを介してコ
ンデンサを並列接続し、このコンデンサとダイオードの
各接続点をクランプダイオードを介してそれぞれ対応す
る前記直流電源の正極又は負極に接続したことを特徴と
する。

なお、前記直流電源に接続されたクランプダイオードに
抵抗を並列接続することにより、対応する第２又は第３
のスイッチング素子がオフ状態のときに、前記コンデン
サを予め充電しておくようにすることが望ましい。

〔作用〕

このように構成することにより、本発明によれば以下の
作用により前記目的が達成される。

すなわち、第２又は第３のスイッチング素子に過電圧（
順方向）が印加されると、ダイオードとコンデンサから
なるバイパス回路のコンデンサに充電電流が流れ、当該
素子に加わる過電圧の上昇が吸収抑制される。この充電
によりコンデンサの端子電圧が上昇するが、このコンデ
ンサの電圧はクランプダイオードを介して直流電源の１
／２の電圧にクランプされていることから、上記第２又
は第３のスイッチング素子に印加される電圧は定格電圧
に保持される。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明を３相の直列多重インバータ装置に適
用した一実施例の回路図を示す。図に示すように、直流
電源１の正負極間に平滑コンデンサ２と３の直列回路が
接続されている。平滑コンデンサ２と３の接続点は中性
点端子とされている。

この平滑回路に、３相、６アームからなるインバータ回
路が接続されている。Ｕ相に対応するトランジスタ１１
と１２．１３と１４は直流電源１の正負極間に直列に接
続され、トランジスタ１２とトランジスタ１３の接続点
が出力端Ｕとされている。各トランジスタ１１．１２．
１３．１４には還流ダイオード１５．１６．１７．１８
がそれぞれ並列接続されている。トランジスタ１１と１
２の共通接続点、トランジスタ１３と１４の共通接続点
は、それぞれクランプダイオード１９と２０により平滑
回路の中性点出力端に接続されている。また、■相とＷ
相についてもそれぞれ同一に構成されている。すなわち
Ｖ相については、トランジスタ２１〜２４、還流ダイオ
ード２５〜２８、クランプダイオード２９．３０を有し
てなり、Ｗ相については、トランジスタ３１〜３４．還
流ダイオード３５〜３８、クランプダイオード３９．４
０からなっている。

次に、本発明の特徴に係る過電圧保護回路５０について
詳細に説明する。なお、第１図ではＵ相についてのみ図
示し、■相、Ｗ相については同一構成であることから図
示を省略している。第２のスイッチング素子としてのト
ランジスタ１２のコレクタ・エミッタ間に、ダイオード
５１、過電圧吸収用のコンデンサ５２、ダイオード５３
の直列回路が並列に接続されている。なおダイオード５
１と５３はトランジスタ１２のコレクタ電流をバイパス
する極性に接続されている。またダイオード５１とコン
デンサ５２の共通接続点はクランプダイオード５４を介
して平滑コンデンサ２の正極に接続されている。クラン
プダイオード５４には抵抗５５が並列接続されている。

また、コンデンサ５２とダイオード５３の接続点は抵抗
５６を介して中性点出力端に接続されている。第３のス
イッチング素子としてのトランジスタ１３についても同
様に、ダイオード６１、コンデンサ６２、ダイオード６
３からなる直列回路がコレクタ・エミッタ間に並列接続
されている。そして、ダイオード６１とコンデンサ６２
の共通接続点Ｃはクランプダイオード６４を介して平滑
コンデンサ３の負極端子に接続され、このダイオード６
４には抵抗６５が並列接続されている。また、ダイオー
ド６３とコンデンサ６２との接続点は抵抗６６を介して
中性点出力端に接続されている。

このように構成される実施例の動作について次に説明す
る。なおインバータ回路は前述したように、Ｕ、Ｖ、Ｗ
相から構成されているが、各相の動作は位相がずれるだ
けであって同一動作であることから、以下Ｕ相を基に説
明する。Ｕ相のインバータはトランジスタ１１と１３．
および１２と１４がそれぞれ共役動作をおこなうように
なっている。すなわち、第２図に示すように、各トラン
ジスタのオンオフ動作は３つの正常モードＩ、■、■の
組合わせがある。トランジスタ１１がオンのときはトラ
ンジスタ１３はオフ、逆にトランジスタ１１がオフのと
きはトランジスタ１３がオンになる。また、トランジス
タ１２がオンのときはトランジスタ１４がオフとなり、
逆にトランジスタ１２がオフのときはトランジスタ１４
がオンになる。このように、各トランジスタは第２図に
示した正常モードＩ、■、■の組合わせの関係でオンオ
フ制御される。そして、正常モード■のとき出力に十Ｅ
の電圧が、正常モード■のときに出力電圧は零に、さら
に正常モード■のときには−Ｅの出力電圧が得られる。

ところで、トランジスタ１１がオンのときには、必ずト
ランジスタ１２がオン、トランジスタ１３と１４はオフ
されるべきである。しかし、トランジスタ１２が失弧し
た場合、そのエミッタ・コレクタ間に過電圧２Ｅが印加
される。ここで２Ｅは直流電源１の電圧であり、中性点
に対して±Ｅの電圧がインバータ回路に印加されるよう
になっている。つまり、トランジスタ１２のコレクタ（
点Ａ）の電位はオン状態にあるトランジスタ１１を介し
て＋Ｅが印加され、一方エミッタ（出力端Ｕ）は還流ダ
イオード１７と１８を介して−Ｅの電圧が印加される。

従って、トランジスタ１２には平常時の２倍の過電圧（
２Ｅ）が印加されることになる。一般に、トランジスタ
などの半導体スイッチング素子の過電圧耐量はそれほど
大きくないため、２倍の過電圧が印加されると素子が破
壊されることになる。

このようにしてトランジスタ１２に過電圧が印加される
と、ダイオード５１を介して過電圧吸収用のコンデンサ
５２とダイオード５３の回路に充電電流が流れる。なお
、コンデンサ５２は抵抗５５を介して電圧Ｅに初期充電
されていることから、トランジスタ１２のコレクタ・エ
ミッタ間電圧が＋Ｅを越えたときに過電圧吸収用のコン
デンサ５２が機能し、トランジスタ１２のコレクタ・エ
ミッタ間電圧をＥにクランプすることになる。

これによりトランジスタ１２の失弧による過電圧が防止
される。コンデンサ５２の端子電圧がＥに保持される理
由は、図中のＢ点がクランプダイオード５４を介して電
源電圧Ｅにクランプされているからである。

また、トランジスタ１１と１２がオンしたときに、トラ
ンジスタ１４が誤点弧すると、トランジスタ１３に上記
と同様過電圧が印加されることになる。これに対しては
上述と同様に、過電圧吸収用のコンデンサ５２の機能に
よりトランジスタ１３のコレクタ・エミッタ間電圧がＥ
に保持され、過電圧から保護される。このように、イン
バータスイッチング素子の誤点弧又は失弧により過電圧
が印加される素子は、出力端に接続されるスイッチング
素子に限定されるという点が、直列多重インバータの特
徴である。

上述したように、本実施例によれば、トランジスタ１２
．１３．２２．２３．３２．３３に、誤点弧又は失弧に
よる過電圧が印加されても、その過電圧は過電圧吸収用
のコンデンサ５２．６２等により吸収され、かつクラン
プダイオード５４．６４等により電源電圧にクランプさ
れることから、それらのトランジスタを過電圧から保護
することができ、安全なインバータシステムを実現する
ことができる。

なお、上記の誤点弧又は失弧が発生したことを、過電圧
吸収用のコンデンサ５１又は５２等に流れる充電電流に
基づいて検出し、これにより他のトランジスタのベース
遮断や直流電源や負荷の遮断をおこなうなどにより、イ
ンバータ回路の過電流等の発生を事前に防止することが
できる。

また、第１図実施例では、スイッチング素子としてトラ
ンジスタを用いた例について説明したが、ＧＴ○などの
自己消弧素子を用いたものにおいても同様に適用するこ
とができ、上記実施例と同一の効果を奏することができ
る。

第３図に本発明の他の実施例の回路図を示す。

第１図実施例と同一機能構成の部品には同じ番号を付し
、説明を省略する０本実施例が第１図実施例と異なる点
は、直流電源１を２つの直流電源１ａ、１ｂに分割した
点にある。なお。直流電源１ａと１ｂは同一特性のもの
である。そして、それらの接続点は平滑用コンデンサ２
と３の中性点に接続されている。

本実施例においても、インバータ動作は第１図実施例と
同一であり、誤点弧又は失弧による過電圧からスイッチ
ング素子を保護することができる。

第４図は、本発明のさらに他の実施例の回路図である。

第３図実施例と同一の機能構成を有する部品には同一番
号を付して説明を省略する０本実施例が第３図実施例と
異なる点は、平滑コンデンサ２と３を１つに統合した点
にある。本実施例によっても、第１図、第３図実施例と
同一の効果を奏することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、誤点弧等による
過電圧から、直列多重インバータのスイッチング素子を
保護することができる。これによりインバータシステム
の安全性を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る直列多重インバータ装
置の回路図、第２図は第１図実施例の動作を説明するた
めのスイッチングモードを表わした図、第３図と第４図
はそれぞれ本発明の他の実施例のインバータ装置の回路
図である。 １・・・直流電源、２，３・・・平滑コンデンサ、１１
〜１４．２１〜２４．３１〜３４・・・トランジスタ、
１５〜１８．２５〜２８．３５〜３８・・・還流ダイオ
ード、１９，２０，２９，３０，３９゜４０・・・クラ
ンプダイオード、５０・・・過電圧保護回路、５１，５
３，５４，６１，６３．６４・・・ダイオード、５２．
６２・・・コンデンサ、５５，５６゜６５．６６・・・
抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中性点出力端を有する直流電源の正極と負極間に、
   順次第１、第２、第３および第４のスイッチング素子を
   直列接続するとともに、該第１と第２のスイッチング素
   子の接続点と第３と第４のスイッチング素子の接続点を
   それぞれクランプダイオードを介して前記中性点出力端
   に接続してなり、第２と第３のスイッチング素子の接続
   点がインバータ出力端とされた直列多重インバータ素子
   の過電圧保護回路において、 前記第２と第３のスイッチング素子のコレクタ・エミッ
   タ間にそれぞれ当該素子のコレクタ電流をバイパスさせ
   る極性に挿入されるダイオードを介してコンデンサを並
   列接続し、該コンデンサとダイオードの各接続点をクラ
   ンプダイオードを介してそれぞれ対応する前記直流電源
   の正極又は負極に接続したことを特徴とする直列多重イ
   ンバータ素子の過電圧保護回路。 ２、前記直流電源に接続されたクランプダイオードに抵
   抗を並列接続したことを特徴とする請求項１記載の直列
   多重インバータ素子の過電圧保護回路。 ３、中性点出力端を有する直流電源の正・負極間に、順
   次直列接続された第１、第２、第３および第４のスイッ
   チング素子を複数個有し、該第１と第２のスイッチング
   素子の接続点と第３と第４のスイッチング素子の接続点
   をそれぞれクランプダイオードを介して前記中性点出力
   端に接続してなり、第２と第３のスイッチング素子の接
   続点がインバータ出力端とされた直列多重インバータ装
   置において、 前記第２と第３のスイッチング素子のコレクタ・エミッ
   タ間にそれぞれ当該素子のコレクタ電流をバイパスさせ
   る極性に挿入されるダイオードを介してコンデンサを並
   列接続し、該コンデンサとダイオードの各接続点をクラ
   ンプダイオードと抵抗の並列回路を介してそれぞれ対応
   する前記直流電源の正極又は負極に接続したことを特徴
   とする直列多重インバータ装置。