JPH07163134A - 直列接続スイッチング素子のスナバ回路 - Google Patents

直列接続スイッチング素子のスナバ回路

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JPH07163134A
JPH07163134A JP5309314A JP30931493A JPH07163134A JP H07163134 A JPH07163134 A JP H07163134A JP 5309314 A JP5309314 A JP 5309314A JP 30931493 A JP30931493 A JP 30931493A JP H07163134 A JPH07163134 A JP H07163134A
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JP
Japan
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snubber
capacitor
output
power supply
module
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JP5309314A
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English (en)
Inventor
Takeshi Shioda
剛 塩田
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直列接続して耐圧を確保する自己消弧形スイ
ッチング素子のスナバ損失を低減する回路を提供する。 【構成】 スイッチング素子を2個直列接続した出力モ
ジュールと、その中点を出力端とし、その正極側に1ス
イッチ素子を納めた正極モジュールを、その負極側に1
スイッチ素子を納めた負極モジュールを直列にして高圧
直流電源に接続すると共に、出力モジュールとそれぞれ
正極及び負極モジュールとの接続点間に低圧直流電源と
コンデンサ及び抵抗の直列回路で構成される出力スナバ
とを並列接続し、正極モジュールと並列にダイオードと
コンデンサとの直列回路を接続し、負極モジュールと並
列にコンデンサとダイオードとの直列回路を接続し、正
極側及び負極側のダイオードとコンデンサとの接続点間
に、一時蓄積コンデンサを接続し、該一時蓄積コンデン
サと高圧直流電源との間に、回生抵抗と回生リアクトル
との直列接続を正負極ぞれぞれに接続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲートターンオフ(G
TO)サイリスタ、静電誘導サイリスタや、トランジス
タ(Tr)、IGBTなどの自己消弧形のスイッチング
素子(以下スイッチング素子と称する)が直列接続され
て構成される、ブリッジインバータのスナバ回路に関す
るものであり、特に低圧直流電源に関するスナバ回路と
高圧源源に関するスナバ回路の方式を異なるものにし
て、スナバ損失を低減させるものである。
【0002】
【従来の技術】図2は2直列サイリスタのスナバ回路の
慣用例を示し、6は直流電源、11〜14はサイリスタ、21
〜24はエネルギー帰還のための帰還ダイオード、31〜34
はスナバコンデンサ、41〜44はスナバダイオード、51〜
54はスナバ抵抗である。
【0003】かかる構成においては、直流電源6に接続
されるブリッジインバータを構成するサイリスタ11と12
及び13と14がオン・オフを繰り返すことにより、アーム
出力端子7に交流電力を供給している。
【0004】図2は2直列のサイリスタによる場合を示
したが、n直列の場合には2n個のサイリスタが直流電
源6の間に直列接続されることになる。また、サイリス
タの代わりに他のスイッチング素子が用いられることも
ある。
【0005】いま、サイリスタ11と12とがオンの状態か
らオフの状態に移行すると、サイリスタ11及び12に流れ
ていた電流がスナバダイオード41とスナバコンデンサ31
及びスナバダイオード42とスナバコンデンサ32を通って
流れ、サイリスタ11及び12のターンオフ損失を低減し、
サイリスタ11及び12に印加される電圧の急激な上昇を防
止して過電圧を抑制する。
【0006】さらに、サイリスタ11及び12がオフしてい
た状態からそれぞれオンの状態に移行すると、ターンオ
フ時に充電されていたスナバコンデンサ31及び32お電荷
が、スナバ抵抗51又は52と、サイリスタ11又は12とを通
して放電される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この種の従来回路にお
いては、スナバコンデンサの電荷は、サイリスタのオン
・オフに応じて充電・放電を繰り返していた。
【0008】この時スナバ抵抗で発生する損失Pは、ス
ナバコンデンサの容量をC、充電電圧をV、動作周波数
をFとすると、次式で表すことができる。
【数1】 P=CV2 F/2 …(1)
【0009】このスナバ抵抗による損失Pは、特に電
圧、周波数が大きい場合、又はインバータが大型化して
配線インダクタンスが大きく、容量Cを大きくしなけれ
ばならない場合などには急速に増大し、効率が悪くなる
と共に、発生熱量が大きくなって熱処理に問題を生じて
いた。本発明はこのような問題点を解決するためになさ
れたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明よる直列接続スイ
ッチング素子のスナバ回路は、スイッチング素子と逆並
列に接続されたダイオードとで構成されるスイッチ素子
を2個直列接続し1パッケージに納めた出力モジュール
と、該出力モジュールのスイッチ素子の中点を1相分の
出力端とし、前記出力モジュールの正極側に1スイッチ
素子を納めた正極モジュールを直列にして高圧直流電源
の正極に接続するとともに、前記出力モジュールの負極
側に1スイッチ素子を納めた負極モジュールを直列にし
て前記高圧直流電源の負極に接続し、前記出力モジュー
ルと前記正極モジュールとの接続点と前記出力モジュー
ルと前記負極モジュールとの接続点との間に、低圧直流
電源と出力スナバコンデンサ及び出力スナバ抵抗の直列
回路で構成される出力スナバとを並列接続し、前記正極
モジュールと並列に正極スナバダイオードと正極スナバ
コンデンサとの直列回路を接続するとともに、前記負極
モジュールと並列に負極スナバコンデンサと負極スナバ
ダイオードとの直列回路を接続し、前記正極スナバダイ
オードと前記正極スナバコンデンサとの接続点と前記負
極スナバコンデンサと前記スナバダイオードとの接続点
との間に、一時蓄積コンデンサを接続し、該一時蓄積コ
ンデンサと前記高圧直流電源との間に、回生抵抗と回生
リアクトルとの直列接続を正負極ぞれぞれに接続したこ
とを特徴とするものである。
【0011】
【作用】かかる構成によって、二つのスイッチ素子が1
モジュールとして構成される出力モジュールは低圧直流
電源との距離が短くできるので、出力スナバコンデンサ
と出力スナバ抵抗との直列接続で構成される出力スナバ
で、充分にスイッチング時のサージ電圧を抑制すること
ができる。
【0012】さらに、正極モジュール及び負極モジュー
ルのための正極スナバ及び負極スナバに、スイッチング
時に充電される電荷は一旦一時蓄積コンデンサに移行
し、その後回生抵抗及び回生リアクトルを通って高圧直
流電源に回生される。
【0013】
【実施例】図1は本発明の一実施例の要部構成を示すも
のであり、図2と同一符号は同一機能部分を示してい
る。
【0014】スイッチング素子11とそれに逆並列接続さ
れた帰還ダイオード21とで正極モジュール201 を形成
し、スイッチング素子12,13とそれらにそれぞれ逆並列
接続された帰還ダイオード22,23とで出力モジュール20
2 を形成すると共に、スイッチング素子14とそれに逆並
列接続された帰還ダイオード24とで負極モジュール203
を形成している。これら正極モジュール201 と出力モジ
ュール202 及び負極モジュール203 とが直列に、高圧直
流電源6に接続されている。
【0015】61は低圧直流電源であり、高圧直流電源6
の電圧が各モジュールのスイッチング素子にかかる値を
分担させるためのものである。102 は出力スナバコンデ
ンサであり、103 は出力スナバ抵抗、81,82は回生抵
抗、91,92は回生リアクトル、101 は一時蓄積コンデン
サである。
【0016】スイッチング素子11及び12は同時にオン・
オフされ、またスイッチング13及び14は同時にオン・オ
フされて、PWM波形を出力モジュール202 のスイッチ
素子の中点である1相分の出力端7へ送出する。
【0017】出力モジュール202 の両端には、低圧直流
電源61及び、出力スナバコンデンサ102 と出力スナバ抵
抗103 との直列接続で構成される出力スナバがそれぞれ
並列に接続されている。
【0018】同一出力モジュール内に配置されたスイッ
チング素子12及び13がオン及びオフされた時、出力モジ
ュール202 と低圧直流電源61とがごく近傍に配置されて
いるために、上記出力スナバコンデンサ102 と出力スナ
バ抵抗103 との直列接続で構成される出力スナバにより
充分吸収できるので、配線インダクタンスによって発生
するサージ電圧は大きくならず、スイッチング素子12,
13を過電圧から保護できる。
【0019】正極モジュール201 と並列に正極スナバダ
イオード41と正極スナバコンデンサ31との直列回路が接
続され、負極モジュール203 と並列に負極スナバコンデ
ンサ34と負極スナバダイオード44との直列回路が接続さ
れている。正極スナバダイオード41と正極スナバコンデ
ンサ31との接続点と、負極スナバコンデンサ34とスナバ
ダイオード44との接続点との間に、一時蓄積コンデンサ
101 が接続され、一時蓄積コンデンサ101 と高圧直流電
源6との間に、それぞれ回生抵抗81,82と回生リアクト
ル91,92との直列接続が正負極にそれぞれ接続されてい
る。
【0020】負荷電流がスイッチング素子11,12を通っ
て流れていた状態からスイッチング素子11,12がオフし
たとすると、いままでスイッチング素子11を流れていた
電流は正極スナバダイオード41と正極スナバコンデンサ
31とを通って流れ、スイッチング素子11に印加される電
圧の急激な上昇を防止する。
【0021】このとき、一時蓄積コンデンサ101 のキャ
パシタンス値を、正極及び負極スナバコンデンサ31, 34
のキャパシタンス値より大きく選ぶと、高圧直流電源の
電圧をVdh,回生抵抗81, 82の電圧降下をVr としたと
き、一時蓄積コンデンサ101の電圧VC は、VC =Vdh
+2Vr となり、正極スナバコンデンサ電圧をVP1とす
ると、VP1=2Vr を初期値として充電される。
【0022】同時に、低圧直流電源61の電圧をVdl
し、負極スナバコンデンサ34の電圧をVn4とすると、V
P1+Vn4+Vdl>VC となり、負極スナバコンデンサ34
の電荷は、負極スナバコンデンサ34→低圧直流電源61→
正極スナバコンデンサ31→一時蓄積コンデンサ101 →負
極スナバコンデンサ34の経路で放電して、負極スナバコ
ンデンサ34の電荷は一時蓄積コンデンサ101 に移行す
る。
【0023】VP1=Vdh−Vdl,Vn4=2Vr になる
と、負荷電流が帰還ダイオード24, 23を通って流れ、転
流が完了する。(このとき、正極,負極スナバコンデン
サ31,34の電荷が次の転流の初期値となる。)
【0024】次に、負荷電流が帰還ダイオード24, 23を
通して流れている状態から、スイッチング素子11, 12が
オンして負極スナバコンデンサ34の電圧Vn4が上昇して
くると、VP1+Vn4+Vdl>VC となり、正極スナバコ
ンデンサ31の電荷は、正極スナバコンデンサ31→一時蓄
積コンデンサ101 →負極スナバコンデンサ34→低圧直流
電源61→正極スナバコンデンサ31の経路で放電し、正極
スナバコンデンサ31の電荷は一時蓄積コンデンサ101 に
移行する。
【0025】VP1=2Vr ,Vn4=Vdh−Vdlとなり、
負荷電流がスイッチング素子11, 12を通って流れ、転流
が完了する。
【0026】かようにして、低圧直流電源61に接続され
る出力モジュール202 で発生するスイッチングによるサ
ージ電圧及びスナバ損失は、低圧直流電源61と出力モジ
ュール202 との間の配線が短いために小さく設計でき
る。
【0027】又、高圧直流電源61に接続される正極モジ
ュール201 及び負極モジュール203で発生するスイッチ
ングによるサージ電圧は、スナバコンデンサを大きくす
ることによって抑えられ、さらにスナバコンデンサで発
生するスナバ損失は高圧直流電源に回生することができ
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低圧直流電源側にはスイッチング素子のアーム間にコン
デンサと抵抗よりなるスナバ回路を設け、高圧直流電源
側にはダイオードとコンデンサよりなるスナバ回路を設
けることによりスナバエネルギーを回生するようにした
スナバ回路を設けることにより、スナバ損失を低減した
スイッチング素子直列接続回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】2直列スイッチング素子の場合の本発明の直列
接続スイッチング素子のスナバ回路の一実施例の要部構
成を示す回路図である。
【図2】2直列スイッチング素子のスナバ回路の慣用例
を示す回路図である。
【符号の説明】
6 高圧直流電源 11〜14 サイリスタ 21〜24 エネルギー帰還のための帰還ダイオード 31〜34 スナバコンデンサ 41〜44 スナバダイオード 51〜54 スナバ抵抗 61 低圧直流電源 7 1相分の出力端 81, 82 回生抵抗 91, 92 回生リアクトル 101 一時蓄積コンデンサ 102 出力スナバコンデンサ 103 出力スナバ抵抗 201 正極モジュール 202 出力モジュール202 203 負極モジュール

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子と逆並列に接続された
    ダイオードとで構成されるスイッチ素子を2個直列接続
    し1パッケージに納めた出力モジュールと、該出力モジ
    ュールのスイッチ素子の中点を1相分の出力端とし、前
    記出力モジュールの正極側に1スイッチ素子を納めた正
    極モジュールを直列にして高圧直流電源の正極に接続す
    るとともに、前記出力モジュールの負極側に1スイッチ
    素子を納めた負極モジュールを直列にして前記高圧直流
    電源の負極に接続し、前記出力モジュールと前記正極モ
    ジュールとの接続点と前記出力モジュールと前記負極モ
    ジュールとの接続点との間に、低圧直流電源と出力スナ
    バコンデンサ及び出力スナバ抵抗の直列回路で構成され
    る出力スナバとを並列接続し、前記正極モジュールと並
    列に正極スナバダイオードと正極スナバコンデンサとの
    直列回路を接続するとともに、前記負極モジュールと並
    列に負極スナバコンデンサと負極スナバダイオードとの
    直列回路を接続し、前記正極スナバダイオードと前記正
    極スナバコンデンサとの接続点と前記負極スナバコンデ
    ンサと前記スナバダイオードとの接続点との間に、一時
    蓄積コンデンサを接続し、該一時蓄積コンデンサと前記
    高圧直流電源との間に、回生抵抗と回生リアクトルとの
    直列接続を正負極ぞれぞれに接続したことを特徴とする
    直列接続スイッチング素子のスナバ回路。
JP5309314A 1993-12-09 1993-12-09 直列接続スイッチング素子のスナバ回路 Pending JPH07163134A (ja)

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