JPH0232755A

JPH0232755A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH0232755A
Application number: JP18153688A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sato; 伸二佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-22
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1990-02-02
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP2755601B2

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】（発明の目的）（産業上の利用分野）本発明は電力用半導体デバイスを複数個直列接続して構
成した電力変換器のスナバ回路に関する。

（従来の技術）電力用半導体デバイスを用いて電力変換器を構成し、電
力変換する装置は、多くの分野で用いられている。半導
体デバイスの電圧変化率抑制用に用いられているスナバ
回路は第４図に示すようなものが一般的である。第４図
において、１はゲートターンオフサイリスタ（以下ＧＴ
Ｏと記す）、２はダイオード、３は抵抗、４はコンデン
サである。このスナバ回路はＧＴＯのターンオフ時の電
圧上昇率を抑制するために設けている。すなわら、ＧＴ
Ｏｌがオンしており、コンデンサ４の電圧がゼロの状態
でＧＴＯＩをオフすると、ダイオード２を介して、コン
デンサ４を充電電流が流れるためＧＴＯＩには急ｉな電
圧変化が生じない。ＧＴＯｌがオンすると、コンデンサ
４の充電エネルギーは抵抗３を通して消費される。この
動作による抵抗の消費電力は充電電圧の大きざ、コンデ
ンサの容１１スイッチング回数によって定まる。

抵抗による消費電力をなくしたスナバ回路は、例えばＪ
、Ｃ，ＢＥＮＤＩＥＮ　ｅｔａｌ　”ＲＥＣＯＶＥＲＹ
　ＣＩＲＣｌｌＩＴ　ＦＯｆ？５ＮｔｌＢＢＥＲＥＮＥ
ＲＧＹ　ＩＮ　ＰＯＷＥＲＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＰＰ
ＬＩＣＡＴＩＯＮＳ　　旧ＴＨＩＩＩＧＨＳ旧丁ＣＨＩ
ＮＧＦＲＥＱＵＥＮＣＩＥＳ　”　１６ｔｈ　Ａｎｎｕ
ａｌ　ＩＥＥＥ　ＰＥ５Ｃ１９８５ｐ１６５に述べられ
ている。第５図は電圧型インバータにおける回路構成例
で、交流１相分の上下アームを示した。図で、５は正側
の直流端子、６は負側直流端子、７は交流端子、８はア
ノードリアクトル、９，１０はＧＴｏ、１１．１２は帰
還ダイオード、１３．１５はダイオード、　１４．１６
はコンデンサ、１７は回生回路でおる。アノードリアク
トル８はＧＴｏ９．１０のスイッチオン時に急激な電流
が流れないように電流変化分の抑制効果を持たせている
。正側の直流端子５の電位よりも少し大きめの電位を同
図Ａ点に与えておく。いま、ＧＴｏ９がオン、Ｇ　Ｔ　
０１０がオフの状態で、交流端子から電流が流れている
状態を考える。このとき交流端子の電位は正側の直流端
子５の電位と等しい。この状態からＧＴｏ９をオフし、
Ｇ　Ｔ　０１０をオンすると、交流端子７から流れだし
ている電流は、帰還ダイオード１２を通る電流と、アノ
ードリアクトル８、ダイオード１３、コンデンサ１４を
通る電流により供給されることになる。コンデンサ１４
が充電され、Ｂ点の電位がＡ点の電位より大きくなると
、ダイオード１５を介しコンデンサ１６および回生回路
１７に電流が流れる。７ノードリアクトル８に流れてい
た電流がゼロになると交流端子から流れ出る電流はすべ
て帰還ダイオード１２を通って流れる。このとぎコンデ
ンナ１４はコンデンサ１６と同じ電圧で充電されている
。次に、Ｇ　Ｔ　０１０をオフし、ＧＴｏ９をオンする
と、交流端子電流から流れ出している電流は、帰還ダイ
オードからアノードリアクトル８、ＧＴｏ９に徐々に移
管し、交流端子の電位は正側の直流端子の電位と等しく
なる。このとき、コンデンサ１４に充電されていた電荷
はダイオード１５を通してコンデンサ１６および回生回
路１７に流れる。このようにコンデンサ１４に蓄えられ
たエネルギーは回生回路１７に導かれ、その出力は電力
変換された俊インバータの直流回路、あるいは他の回路
に回生される。

（発明が解決しようとする課題）近年、電力変換器も大容量化が盛んであり、また電力用
半導体デバイスもＧＴＯや、静電容量形サイリスタ（Ｓ
Ｉサイリスタ）、ＩＧＢＴなど高速でスイッチング可能
なデバイスが応用されつつおる。このような高速スイッ
チングデバイスを一つのアームに複数の直列接続し、高
い電圧の変換装置を実現しようとする場合、第５図で示
したようなスナバ回路が実現できない。また、第４図で
示した回路では、高い周波数でスイッチングする場合に
抵抗の消費電力が大きく、変換装置として効率が低下し
たり、抵抗及びこの抵抗に消費される消費電力を処理す
る冷却装置が大きくなり、装置が大きくなる。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電力用半
導体デバイスを直列接続してなる電力変換器に適したス
ナバ回路を具現することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明では直列接続された電力用素子２個を１組とし、
１組毎に正側電力用素子にはアノード側にコンデンサを
持つダイオード−コンデンサスナバ、負側電力用素子に
はカソード側にコンデンサを持つダイオード−コンデン
サスナバを接続し、それぞれのダイオードとコンデンサ
の接続点の間に回生回路を接続する構成とする。

（作　用）このような構成では、そのアームがオフになったとき個
々のデバイスに接続されているコンデンサにはダイオー
ドを介して充電され、電圧上昇率を抑制でき、オンにな
ったときは回生回路の入力端にコンデンサに充電されて
いたエネルギーが流れ込む。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、インバ
ータに応用する場合の１ア一ム分を示した。

５は正側直流端子、６は負側直流端子、７は交流端子、
３４．３５はアノードリアクトル、３Ｂ、　３７．２２
〜〜２９はダイオード、４０，４１．３０〜３３はコン
デンサ、３８．３９は回生回路１．１８〜１９はＧＴＯ
である。

いま、第１図で上側アーム、すなわちＧ　Ｔ　０１Ｂ。

１９がオンしており、下側アームのＧＴＯ２０，２１が
オフしており、交流端子の電流は流れ出る方向で一定で
おるという状態から考える。回生回路３８゜３９は、そ
れぞれコンデンサ４０．４１の電圧が常にΔｅになるよ
うに制御されているとする。このとき、上側アームがオ
ンで下側アームがオフであることから正側直流端子５の
電位をＶｄｃ、コンデン１）　３０．３１の電圧はＯ、
コンデンサ３２．３３にはそれぞれＶａｃ／２の電圧が
かかっているとする。また交流端子からの電流はアノー
ドリアクトル３４および、ＧＴＯ１Ｂ、１９を流れてい
る。つぎに上側アーム、すなわちＧＴＯ１Ｂ、１９をオ
フし、下側アーム、ＧＴＯ２０，２１をオンする。交流
端子７から流れだしている電流は、アノードリアクトル
３４、コンデンサ３０、ダイオード２６．２７、コンデ
ンサ３１を通る電流と、アノードリアクトル３５、帰還
ダイオード２５、２４を通る電流より供給されることに
なる。アノードリアクトルのエネルギーはコンデンサ３
０゜３１に充電され、やがてアノードリアクトル３４の
電流はゼロとなり、交流端子の電流はすべてアノードリ
アクトル３５、帰還ダイオード２５．２４を流れるよう
になる。そして、交流端子電圧がゼロ（負側交流端子電
圧の電位）となる。このとき、コンデンサ３０．３１の
電圧の和が、Ｖｃｉｃ＋Δｅより大きければ交流端子７
、コンデンサ３１、コンデンサ４０と回生回路３８、ダ
イオード３６、コンデンサ３０．アノードリアクトル３
４を電流が流れるモードができ、コンデンサ３０．３１
の電圧はそれぞれ（Ｖｄｏ十Δｅ）／２となる。このと
き回生回路３８および正側直流端子に電流が流れるため
に電力の回生が行われる。

回生回路３８については、本発明の主要部分ではないの
で省略するが、入力電圧Δｅが一定に保たれるよう制御
されているとする。

つぎに下側アーム、すなわちＧＴＯ２０，２１をオフし
、上側アーム、ＧＴＯ１８，ｉ９をオンした場合を考え
る。交流端子７から流れ出している電流は、アノードリ
アクトル３５、帰還ダイオード２５．２６を通る電流と
、アノ−トリアク１〜ル３４、ＧＴＯ１８゜１９を通る
電流より供給され、交流端子７の電位は徐々に上昇する
。このとき、ＧＴＯ１Ｂ、１９がオンしているため、コ
ンデンサ３０、コンデンサ３１のエネルギーが、コンデ
ンサ４０および回生回路３８に移動する。つまり、ダイ
オード３６、コンデンサ３０゜Ｑｌ”Ｑ　１８，１９、
コンデンサ３１、コンデンサ４０と回生回路３８の順に
電流が流れる。やがて、交流端子７から流れ出る電流は
すべて７ノードリアクトル３４、ＧＴＯ１８，１９から
供給されるようになる。コンデンサ３０．３１の電圧は
各々Δｅ／２となるまで回生回路に電流が流れる。この
ように上側アームのコンデンサに蓄積されたエネルギー
はＧＴＯのスイッチング毎に回生回路３８に導かれる。

下側アームのコンデンサに蓄えられたエネルギーについ
ても同様な動作で回生回路３９に導かれる。

（効　果）以上水したように本実施例では、直列接続した１組のＧ
ＴＯのダイオードとコンデンサによるスナバ回路でコン
デンサの充電エネルギーを有効に回生回路に導くことが
できる。また、本実施例は第２図のように、Ｇ　Ｔ　Ｏ
を復改個、直列接続した場合も同様の効果が１９られる
。但し第２図においての各要素は、第１図の同一番号の
要素に対応する。

第３図は本発明の他の実施例を示す構成図であり、４２
．４３は抵抗で、他の要素は第１図で示した同一番号の
要素に対応する。第１の実施例では上側アームがオンし
ているときでもコンデンサ３０３１の電圧はΔｅ／２で
あった。このような条件で、上側アームをオフすると、
ＧＴＯにオフ時ステップ状にΔｅの電圧が加わり、場合
によってはＧＴＯに悪影響を及ぼすことが考えられる。

本実施例では、ＧＴＯＩ８．１９がオンの期間中にコン
デンサのエネルギーを抵抗４２を介して放電させるため
に、上側アームがオフする場合、ＧＴＯに過酷なストレ
スが加わることなく、より安定な動作が得ら机る。

実施例では回生回路３８．３９を設けたが、これを抵抗
で置き換え、−括してスナバエネルギーの消費を行って
もよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明では、電力用素子を複数個直列接続
して構成した変換器で、効果的なスナバ回路により効率
の改善が可能となり、回生回路をモジュール化すれば装
置の小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図、第３
図は本発明の他の実施例を示す構成図、第４図は従来の
スナバ回路、第５図は回生回路を含む従来のスナバ回路
の構成図である。１、９．１０．１Ｂ、　１９．２０．２１・・・ゲート
ターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）２、１３，１５．２Ｂ、２７．２Ｂ、２９．３６．３７
・・・ダイオード３．４２．４３・・・抵抗４、１４．１Ｂ、　３０．３１　、３２．３３．４０．
４１・・・コンデンサ５・・・正側直流端子６・・・負側直流端子８、３４．３５・・・アノードリアクトル１１　、１２
．２２．２３．２４．２５・・・帰還ダイオード１７、
３８．３９・・・回生回路

Claims

【特許請求の範囲】

電力用素子を１つのアームにつき２ｎ（ｎ≧１）個直列
接続してなる電力変換器において、直列に接続した電力
用素子２個を１組とし、それぞれの組について、正側の
電力用素子のアノード端子からコンデンサ、ダイオード
のアノード端子、カソード端子の順に直列接続した第１
の電圧変化率抑制用スナバを、負側の電力用素子のアノ
ード端子からダイオードのアノード端子、カソード端子
、コンデンサの順に直列接続した第２の電圧変化率抑制
用スナバをそれぞれ設け、前記第１のコンデンサとダイ
オードの接続点より前記第２のダイオードとコンデンサ
の接続点に、回生回路を持つことを特徴とするスナバ回
路。