JPH08182342A - Power converter - Google Patents

Power converter

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Publication number
JPH08182342A
JPH08182342A JP6335839A JP33583994A JPH08182342A JP H08182342 A JPH08182342 A JP H08182342A JP 6335839 A JP6335839 A JP 6335839A JP 33583994 A JP33583994 A JP 33583994A JP H08182342 A JPH08182342 A JP H08182342A
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JP
Japan
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loss
low
phase
elements
power converter
Prior art date
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Application number
JP6335839A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Terasawa
清 寺澤
Satoru Ito
知 伊東
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide a power converter which has a capacity and function equivalent to those of a power converter using elements with the same loss characteristic and is suitable for reducing the loss of the whole converter. CONSTITUTION: A power converter is constituted by using elements with different loss characteristics on a phase bases, such as low on-loss elements GTO3 and GTO4 and low switching-loss elements IGBT5-IGBT8 and constituting the x-phase constituted of the GTOs in two-level output and y-phase constituted of the IGBTs in three-level output, and then, changing the number of output levels of each phase. The low on-loss elements are switched to each other by using long-period signals based on the reference wave of output voltage and the low switching-loss elements are switched to each other at high speeds by performing PWM control. Therefore, the withstand voltages of the elements can be used efficiently and the distortion of the output waveform of the converter resulting from the x-phase constituted of the low on-loss elements can be corrected by performing PWM control, because the element loss in each phase can be reduced and the withstand voltage in each phase can be made equal to that in another phase.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、交流を直流に変換する
電力変換器に係わり、特に、自己消弧形素子を用いたパ
ルス幅変調制御による電力変換器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for converting alternating current into direct current, and more particularly to a power converter with pulse width modulation control using a self-turn-off device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のパルス幅変調(以下、PWMとい
う。)制御を行うコンバータ回路の一例として、特開平
1−259758号公報の第4図に記載のコンバータが
挙げられる。これは、交流側に出力する電圧波形を生成
する為の基準波と搬送波の比較によりスイッチングを行
い、これによりパルス状の電圧が交流側に出力される。
この場合、任意の電圧基本波は基準波を変化させて得
る。また、交流電源電圧とコンバータの交流側出力電圧
の位相差を調整して、電力の流れを双方向に制御する。
そこで、部品点数を減らし、価格低減を図ったコンバー
タ回路が同公報の第1図に開示されている。これは、一
相をダイオードのみで構成し、他相はスイッチング素子
としたコンバータであり、必要なスイッチング素子は2
つでよく、ダイオードのみの相には安価な一般整流用ダ
イオードを使用することができる。これにより装置を安
価にできる。また、相毎に異なる素子を組み合わせたP
WMインバータ回路としては、特開昭63−26206
2号公報の第1図が挙げられる。これは、相毎に高速形
と低速形のスイッチング素子を用いて構成した単相イン
バータ回路であり、それぞれの素子特性に応じて異なる
周波数のPWM信号を用いてスイッチングを行う。これ
により、使用する素子全部を高速スイッチング形素子と
しなくても、その場合と同等の機能を有する高速スイッ
チングインバータを得ることができ、装置を安価にでき
る。
2. Description of the Related Art As an example of a conventional converter circuit for performing pulse width modulation (hereinafter referred to as PWM) control, there is a converter shown in FIG. 4 of Japanese Patent Laid-Open No. 1-259758. This performs switching by comparing a reference wave for generating a voltage waveform to be output to the AC side with a carrier wave, and thereby a pulsed voltage is output to the AC side.
In this case, the arbitrary voltage fundamental wave is obtained by changing the reference wave. In addition, the phase difference between the AC power supply voltage and the AC output voltage of the converter is adjusted to bidirectionally control the power flow.
Therefore, a converter circuit in which the number of parts is reduced and the price is reduced is disclosed in FIG. 1 of the publication. This is a converter in which one phase is composed only of diodes and the other phase is a switching element, and the required switching element is 2
In general, an inexpensive general rectifier diode can be used for the diode-only phase. This allows the device to be inexpensive. In addition, P that combines different elements for each phase
As a WM inverter circuit, Japanese Patent Laid-Open No. 63-26206
As shown in FIG. This is a single-phase inverter circuit configured by using high-speed type and low-speed type switching elements for each phase, and performs switching using PWM signals of different frequencies according to the element characteristics of each. This makes it possible to obtain a high-speed switching inverter having the same function as that in the case where all the elements used are not high-speed switching elements, and the cost of the device can be reduced.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
特開平1−259758号公報の第4図に記載のような
すべて同じ素子で構成したコンバータは、高速スイッチ
ング素子を4つ用いるため、部品点数が多く、装置が高
価なものとなり、また、すべてのスイッチング素子が高
速にスイッチングするため、スイッチング損失が大きい
という問題がある。同公報第1図記載の一相をダイオー
ドのみで、他相をスイッチング素子で構成したコンバー
タは、スイッチング損失が低くなるが、ダイオードのみ
の相があるために回生動作が不可能であり、回生ブレー
キを用いることはできない。また、特開昭63−262
062号に記載の相毎に異なるスイッチング素子を使用
したインバータでは、これを車両用変換器等のような大
容量なものに適用しようとした場合、一般に高速スイッ
チング素子は耐圧が低く、低速スイッチング素子は高耐
圧のため、変換器全体の耐圧が高速スイッチング素子に
よって制限されてしまい、大容量のものに適用すること
は不可能であり、各相の耐圧のバランスがとれていない
という問題がある。
Of the above-mentioned conventional techniques,
A converter configured with all the same elements as shown in FIG. 4 of Japanese Patent Laid-Open No. 1-259758 uses four high-speed switching elements, so that the number of components is large, the apparatus is expensive, and all Since the switching element switches at high speed, there is a problem that switching loss is large. A converter having one diode only for one phase and a switching element for the other phase described in FIG. 1 of the same publication has a low switching loss, but regenerative operation is not possible because there is only a diode phase, and a regenerative brake is provided. Cannot be used. In addition, JP-A-63-262
In an inverter using a switching element different for each phase described in No. 062, when it is applied to a large capacity such as a vehicle converter, a high speed switching element generally has a low breakdown voltage and a low speed switching element. Has a high withstand voltage, the withstand voltage of the entire converter is limited by the high-speed switching element, and it is impossible to apply it to a large capacity one, and there is a problem that the withstand voltage of each phase is not balanced.

【0004】本発明の目的は、すべて同一の損失特性を
持つ素子を使用した電力変換器と同等の容量・機能を有
し、かつ、変換器全体の発生損失を低減するに好適な電
力変換器を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a power converter which has the same capacity and function as a power converter using elements having the same loss characteristics, and which is suitable for reducing the generated loss of the entire converter. To provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】自己消弧形素子を用いて
パルス幅変調制御により交流を直流に、または、この逆
の変換を行う電力変換器において、相単位で損失特性の
異なる素子を使用し、一相は低オン損失素子を用いた2
レベル出力構成とし、他の相は低スイッチング損失素子
を用いた3レベル出力構成とする。また、各相の出力レ
ベル数と共に各相の素子の直列多重接続数を異なる構成
とする。
In a power converter for converting AC to DC or vice versa by pulse width modulation control using self-arc-extinguishing elements, elements having different loss characteristics are used for each phase. However, one phase uses a low on-loss element 2
The level output configuration is used, and the other phases are configured as a 3-level output configuration using low switching loss elements. Further, the number of output levels of each phase and the number of serial multiple connections of the elements of each phase are different.

【0006】[0006]

【作用】低オン損失素子は、出力電圧基準波に基づいた
長周期信号によりスイッチングを行って、スイッチング
回数を少なくし、オン状態が長く続くように動作させた
場合、素子の発生損失のうち、スイッチング損失よりオ
ン損失の占める割合が大きくなる。そこで、低オン損失
素子をこのように動作させると、スイッチング損失はほ
とんど発生せず、また、素子の特性上、オン損失の発生
も抑えることができる。従って、素子の発生損失を低減
することできる。一方、低スイッチング損失素子は、P
WM制御による高速スイッチングを行って、スイッチン
グ回数を多くし、一周期内に多くのパルスを出すように
動作させた場合は、素子の発生損失のうち、オン損失よ
りスイッチング損失の占める割合が大きくなる。従っ
て、低スイッチング損失素子をこのように動作させる
と、オン損失はほとんど発生せず、また、素子の特性
上、スイッチング損失も抑えることができる。従って、
素子の発生損失を低減することができる。結果として、
すべて同一の損失特性を持つスイッチング素子を用いた
電力変換器に比べて、これと同等の容量・機能を有し、
かつ、電力変換器全体の発生損失を低減することができ
る。また、低スイッチング損失素子によるPWM制御に
より、低オン損失素子で構成された相に発生する変換器
出力波形の歪みを補正することができる。また、一般
に、低オン損失素子に比べて低スイッチング損失素子の
耐圧は低い。そこで、低スイッチング損失素子で構成さ
れた相の出力レベル数あるいは素子の直列多重接続数
を、低オン損失素子で構成された相の出力レベル数ある
いは素子の直列多重接続数より大きくすることで、各相
の耐圧のバランスをとることができ、低オン損失素子の
高耐圧を有効に活用することができる。
The low on-loss element performs switching with a long-period signal based on the output voltage reference wave, reduces the number of times of switching, and operates so that the on state continues for a long time. The ratio of ON loss is larger than that of switching loss. Therefore, when the low ON loss element is operated in this way, almost no switching loss occurs, and the ON loss can be suppressed due to the characteristics of the element. Therefore, the generated loss of the element can be reduced. On the other hand, the low switching loss element is P
When high-speed switching by WM control is performed to increase the number of times of switching and operate so as to generate many pulses in one cycle, the switching loss accounts for a larger proportion than the ON loss in the generated loss of the element. . Therefore, when the low switching loss element is operated in this manner, almost no on loss occurs, and the switching loss can be suppressed due to the characteristics of the element. Therefore,
The generated loss of the element can be reduced. as a result,
Compared to a power converter using switching elements that all have the same loss characteristics, it has the same capacity and function as this,
In addition, it is possible to reduce the generated loss of the entire power converter. Further, the PWM control by the low switching loss element can correct the distortion of the converter output waveform generated in the phase configured by the low on-loss element. In addition, the breakdown voltage of the low switching loss element is generally lower than that of the low on-loss element. Therefore, by making the number of output levels of the phase configured by the low switching loss element or the number of serial multiple connections of the elements larger than the number of output levels of the phase configured by the low on-loss element or the number of serial multiple connections of the elements, The breakdown voltage of each phase can be balanced, and the high breakdown voltage of the low on-loss element can be effectively utilized.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1は、本発明の一実施例を示す。一般に、車両用
電力変換器に用いられる素子として、GTO,IGBT
が挙げられるが、図5に示すように、GTOは低オン損
失特性、IGBTは低スイッチング損失特性を有してい
る。ここで、低オン損失素子としてBJT、低スイッチ
ング損失素子としてFETがある。また、図6に示すよ
うに、IGBT、FETなどのスイッチング損失が小さ
い素子は、動作周波数が高く、耐圧は低い。図1におい
て、1は交流電源、2はリアクトル、3〜4はGTO、
9〜10はGTOに逆並列接続されたフリーホイールダ
イオード、5〜8はIGBT、11〜14はIGBTに
逆並列接続されたフリーホイールダイオード、15〜1
6はクランプダイオード、17〜18はフィルタコンデ
ンサである。相毎に使用する素子をGTOとIGBTに
し、GTOで構成されたx相は2レベル出力、IGBT
で構成されたy相は3レベル出力として、単相PWMコ
ンバータを構成する。また、19〜20は比較器、21
は乗算器、22は減算器、23は搬送波発生回路、24
〜25はぞれぞれx相のGTO及びy相のIGBTを制
御するドライブ回路をそれぞれ示し、PWM制御回路を
構成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Generally, GTO and IGBT are used as elements used in vehicle power converters.
As shown in FIG. 5, the GTO has a low ON loss characteristic and the IGBT has a low switching loss characteristic. Here, there is a BJT as a low on-loss element and an FET as a low-switching loss element. Further, as shown in FIG. 6, an element having a small switching loss, such as an IGBT or an FET, has a high operating frequency and a low breakdown voltage. In FIG. 1, 1 is an AC power supply, 2 is a reactor, 3 to 4 are GTOs,
9 to 10 are freewheel diodes antiparallel connected to the GTO, 5 to 8 are IGBTs, 11 to 14 are freewheel diodes antiparallel connected to the IGBT, 15 to 1
6 is a clamp diode, and 17 to 18 are filter capacitors. The elements used for each phase are GTO and IGBT, and the x-phase composed of GTO is a two-level output, IGBT.
The y-phase configured in (3) constitutes a single-phase PWM converter as a 3-level output. Further, 19 to 20 are comparators, 21
Is a multiplier, 22 is a subtractor, 23 is a carrier generation circuit, 24
Reference numerals 25 to 25 respectively represent drive circuits for controlling the x-phase GTO and the y-phase IGBT, and constitute a PWM control circuit.

【0008】次に、図2を用いて図1の実施例回路の動
作を説明する。図2において、ec*基準波形は図1の
コンバータ電圧指令値ec*、ex*基準波形は乗算器2
1の出力電圧、ey*基準波形はy相への出力電圧指令
値ey*、ex出力波形はx相からの出力電圧、ey出
力波形はy相からの出力電圧、ec出力波形はコンバー
タ出力電圧ecを示す。コンバータ電圧指令値ec*を
発すると、比較器19によりその極性に従ったパルス信
号Pxを得る。このパルス信号Pxをドライブ回路24
に入力して、x相を駆動すると、x相から出力波形ex
が出力される。また、パルス信号Pxに乗算器20によ
り直流ステージ電圧Edの半分の値を掛けて出力電圧e
x*を得、これを減算器21によりコンバータ電圧指令
値ec*から差し引いて、y相への出力電圧指令値ey*
を得る。これを比較器22により搬送波発生回路23が
作成した搬送波ycと比較することでパルス信号Pyを
得る。このパルス信号Pyをドライブ回路25に入力し
て、y相を駆動すると、y相から3レベルの出力波形e
yが出力される。コンバータ出力電圧ecはex出力波
形からey出力波形を差し引いて得られ、そのコンバー
タ出力波形ecは、図2のように3レベル出力となる。
The operation of the embodiment circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2, the ec * reference waveform is the converter voltage command value ec * of FIG. 1, and the ex * reference waveform is the multiplier 2
1 output voltage, ey * reference waveform is output voltage command value ey * to y phase, ex output waveform is output voltage from x phase, ey output waveform is output voltage from y phase, ec output waveform is converter output voltage ec is shown. When the converter voltage command value ec * is issued, the pulse signal Px according to the polarity is obtained by the comparator 19. This pulse signal Px is applied to the drive circuit 24
Drive to the x phase and output waveform ex from the x phase
Is output. Also, the multiplier 20 multiplies the pulse signal Px by half the value of the DC stage voltage Ed to obtain the output voltage e.
x * is obtained, and this is subtracted from the converter voltage command value ec * by the subtracter 21 to output the y-phase output voltage command value ey *.
Get. The pulse signal Py is obtained by comparing this with the carrier wave yc generated by the carrier wave generation circuit 23 by the comparator 22. When the pulse signal Py is input to the drive circuit 25 to drive the y phase, the output waveform e from the y phase to the three levels
y is output. The converter output voltage ec is obtained by subtracting the ey output waveform from the ex output waveform, and the converter output waveform ec becomes a 3-level output as shown in FIG.

【0009】ここで、3レベルの出力波形eyが出力さ
れるときの回路上の動作を説明する。出力波形eyの+
出力は、IGBT5,IGBT6がオンし、アース−フ
ィルタコンデンサ17−IGBT5−IGBT6−(e
y)−アースの回路動作により得られ、出力波形eyの
(+)出力は、IGBT6がオンし、アース−クランプ
ダイオード15−IGBT6−(ey)−アースの回路
動作により得られ、出力波形eyの−出力は、IGBT
7,IGBT8がオンし、アース−IGBT7−IGB
T8−フィルタコンデンサ18−アースの回路動作によ
り得られ、出力波形eyの0(-)出力は、IGBT7が
オンし、アース−(ey)−IGBT7−クランプダイ
オード16−アースの回路動作により得られる。同様
に、3レベルのコンバータ出力波形ecが出力されると
きの回路上の動作を説明する。コンバータ出力波形ec
の最も高い+出力は、交流電源1−リアクトル2−フリ
ーホイールダイオード9−フィルタコンデンサ17−フ
ィルタコンデンサ18−フリーホイールダイオード14
−フリーホイールダイオード13−交流電源1が回路動
作し、続いて、IGBT5,IGBT6がオンし、交流
電源1−リアクトル2−フリーホイールダイオード9−
IGBT5−IGBT6−交流電源1を動作させて、電
流値を上げ、その後IGBT5,IGBT6をオフし、
前述の回路動作に戻すことにより得られ、コンバータ出
力波形ecの1/2の+出力は、IGBT6がオンし、
交流電源1−リアクトル2−フリーホイールダイオード
9−フィルタコンデンサ17−クランプダイオード15
−IGBT6−交流電源1の回路動作により得られ、コ
ンバータ出力波形ecの0(+)出力は、IGBT5,I
GBT6がオンし、交流電源1−リアクトル2−フリー
ホイールダイオード9−IGBT5−IGBT6−交流
電源1の回路動作により得られる。また、コンバータ出
力波形ecの最も高い−出力は、交流電源1−フリーホ
イールダイオード12−フリーホイールダイオード11
−フィルタコンデンサ17−フィルタコンデンサ18−
フリーホイールダイオード10−リアクトル2−交流電
源1が回路動作し、続いて、IGBT7,IGBT8が
オンし、交流電源1−IGBT7−IGBT8−フリー
ホイールダイオード10−リアクトル2−交流電源1を
動作させて、電流値を上げ、その後IGBT7,IGB
T8をオフし、前述の回路動作に戻すことにより得ら
れ、コンバータ出力波形ecの1/2の−出力は、IG
BT7がオンし、交流電源1−IGBT7−クランプダ
イオード16−フィルタコンデンサ18−フリーホイー
ルダイオード10−リアクトル2−交流電源1の回路動
作により得られ、コンバータ出力波形ecの0(-)出力
は、IGBT7,IGBT8がオンし、交流電源1−I
GBT7−IGBT8−フリーホイールダイオード10
−リアクトル2−交流電源1の回路動作により得られ
る。回路上の動作は、コンバータとして動作する場合に
ついて説明したが、コンバータと逆の変換(インバータ
動作)を行って回生制御するときは、GTOをスイッチ
オン,オフすることにより同様に得られる。
Here, the operation of the circuit when the output waveform ey of three levels is output will be described. Output waveform ey +
As for the output, the IGBT5 and the IGBT6 are turned on, and the earth-filter capacitor 17-IGBT5-IGBT6-(e
y) -Owing to the circuit operation of ground, the 0 (+) output of the output waveform ey is obtained by the circuit operation of the ground-clamp diode 15-IGBT6- (ey) -ground when the IGBT 6 is turned on, and the output waveform ey -Output is IGBT
7, IGBT8 is turned on, ground-IGBT7-IGB
A circuit operation of T8-filter capacitor 18-ground, and a 0 (-) output of the output waveform ey is obtained by circuit operation of ground- (ey) -IGBT7-clamp diode 16-ground when the IGBT 7 is turned on. Similarly, the operation on the circuit when the 3-level converter output waveform ec is output will be described. Converter output waveform ec
Is the highest + output of the AC power supply 1-reactor 2-freewheel diode 9-filter capacitor 17-filter capacitor 18-freewheel diode 14
-Freewheel diode 13-AC power supply 1 operates as a circuit, and subsequently, IGBT5 and IGBT6 are turned on, AC power supply 1-reactor 2-freewheel diode 9-
IGBT5-IGBT6--the AC power supply 1 is operated to increase the current value, and then the IGBT5 and the IGBT6 are turned off,
The IGBT 6 is turned on to obtain the + output of 1/2 of the converter output waveform ec, which is obtained by returning to the circuit operation described above.
AC power supply 1-Reactor 2-Freewheel diode 9-Filter capacitor 17-Clamp diode 15
-IGBT6-The 0 (+) output of the converter output waveform ec obtained by the circuit operation of the AC power supply 1 is the IGBT5, I
The GBT 6 is turned on and is obtained by the circuit operation of the AC power supply 1-reactor 2-freewheel diode 9-IGBT 5-IGBT 6-AC power supply 1. The highest-output of the converter output waveform ec is: AC power supply 1-freewheel diode 12-freewheel diode 11
-Filter capacitor 17-Filter capacitor 18-
The freewheel diode 10-reactor 2-AC power supply 1 operates as a circuit, subsequently the IGBT7 and the IGBT8 are turned on, and the AC power supply 1-IGBT7-IGBT8-freewheel diode 10-reactor 2-AC power supply 1 is operated, Increase the current value, then IGBT7, IGB
The negative output of 1/2 of the converter output waveform ec is obtained by turning off T8 and returning to the circuit operation described above.
BT7 is turned on and is obtained by the circuit operation of AC power supply 1-IGBT7-clamp diode 16-filter capacitor 18-freewheel diode 10-reactor 2-AC power supply 1. The 0 (-) output of converter output waveform ec is IGBT7. , IGBT8 turns on, AC power supply 1-I
GBT7-IGBT8-Freewheel diode 10
-Reactor 2-obtained by the circuit operation of the AC power supply 1. The operation on the circuit has been described as operating as a converter. However, when conversion (inverter operation) reverse to that of the converter is performed to perform regenerative control, the GTO can be similarly turned on and off.

【0010】このようにすると、x相の出力exは18
0゜通流のパルスとなり、GTOのスイッチング回数は
少ないものとなる。また、y相の出力eyは搬送波周波
数でスイッチングされたパルスとなり、IGBTのスイ
ッチング回数は多いものとなる。すなわち、x相に低オ
ン損失特性のGTOを用い、スイッチング回数を少なく
し、オン状態が長く続くように動作させることによっ
て、GTOの発生損失のうち、スイッチング損失よりオ
ン損失の占める割合を大きくするので、スイッチング損
失はほとんど発生せず、また、GTOの特性上、オン損
失の発生も抑えることができ、従って、GTOの発生損
失を低減することできる。また、y相に低スイッチング
損失特性のIGBTを用い、スイッチング回数を多く
し、一周期内に多くのパルスを出すように動作させるこ
とによって、IGBTの発生損失のうち、オン損失より
スイッチング損失の占める割合を大きくするので、オン
損失はほとんど発生せず、また、IGBTの特性上、ス
イッチング損失も抑えることができ、従って、IGBT
の発生損失を低減することができる。本実施例では、結
果として、GTOのみまたはIGBTのみのように同一
の損失特性を持つスイッチング素子を用いた場合に比べ
て、コンバータ全体の発生損失を低減することができ
る。また、GTOで構成されたx相には高調波成分を含
んだ歪み出力波形が発生するが、y相のIGBTによる
PWM制御により、このx相の出力波形の歪みを補正す
ることができる。また、本実施例では、x相の出力ex
を180゜通流のパルスにより得ることから、PWM制
御回路のx相に関する回路構成を比較器19とドライブ
回路24とすることができ、PWM制御回路を全体的に
簡単化することになり、装置として低コスト化が可能で
ある。
In this way, the output ex of the x phase is 18
The pulse is 0 ° current, and the GTO switching frequency is small. Further, the y-phase output ey becomes a pulse switched at the carrier frequency, and the number of switching times of the IGBT becomes large. That is, a GTO having a low on-loss characteristic is used for the x phase, the number of times of switching is reduced, and the operation is performed so that the on-state continues for a long time, thereby increasing the ratio of the on-loss to the loss generated in the GTO. Therefore, the switching loss hardly occurs, and the ON loss can be suppressed due to the characteristics of the GTO. Therefore, the GTO generated loss can be reduced. Further, by using an IGBT having a low switching loss characteristic for the y phase and operating so as to increase the number of times of switching and output a large number of pulses within one cycle, the switching loss accounts for the ON loss among the ON loss. Since the ratio is increased, almost no ON loss occurs, and the switching loss can be suppressed due to the characteristics of the IGBT.
It is possible to reduce the generated loss. In the present embodiment, as a result, the generated loss of the entire converter can be reduced as compared with the case where a switching element having the same loss characteristic such as only GTO or only IGBT is used. Further, although a distorted output waveform including a harmonic component is generated in the x phase configured by the GTO, the distortion of the x phase output waveform can be corrected by the PWM control by the y phase IGBT. Further, in this embodiment, the output ex of the x phase is
Is obtained by a pulse of 180 ° current flow, the circuit configuration for the x phase of the PWM control circuit can be the comparator 19 and the drive circuit 24, and the PWM control circuit can be simplified as a whole. As a result, the cost can be reduced.

【0011】次に、図1において、簡単のために各相と
もにGTO,IGBT素子の並列接続数が同じ構成を図
示したが、図5に示すように、低スイッチング損失素子
のIGBTの耐圧は、低オン損失素子のGTOに比して
小さい。そこで、素子の電流許容値によって各相の電流
バランスを考慮して、IGBT素子で構成されるy相の
出力レベル数と共にIGBT素子の直列多重接続数を、
GTOで構成されるx相の出力レベル数と共にGTO素
子の直列多重接続数より大きくする(図示せず)。この
ように構成することで、各相の耐圧のバランスをとるこ
とができ、低オン損失素子の高耐圧を有効に活用するこ
とができる。このため、本実施例は、車両用変換器等の
ような大容量なものに適用することができ、また、従来
のような変換器全体の耐圧が高速スイッチング素子によ
って制限されてしまうという問題を解消する。なお、本
実施例ではGTO,IGBTを用いたが、GTOの代わ
りにBJT、IGBTの代わりにFETとした構成でも
よい。
Next, in FIG. 1, for simplification, a structure in which the number of parallel connection of GTO and IGBT elements is the same for each phase is shown, but as shown in FIG. 5, the withstand voltage of the IGBT of the low switching loss element is as follows. It is smaller than GTO, which is a low on-loss element. Therefore, in consideration of the current balance of each phase depending on the allowable current value of the element, the number of serial multiple connections of the IGBT element together with the number of y-phase output levels configured by the IGBT element is
It is set to be larger than the number of x-phase output levels composed of GTOs and the number of GTO elements connected in series (not shown). With this configuration, the breakdown voltage of each phase can be balanced, and the high breakdown voltage of the low on-loss element can be effectively utilized. Therefore, the present embodiment can be applied to a large-capacity converter such as a vehicular converter, and also has a problem that the withstand voltage of the converter as a whole is limited by the high-speed switching element. Resolve. Although the GTO and the IGBT are used in the present embodiment, the FET may be used instead of the BJT and the IGBT instead of the GTO.

【0012】図3は、本発明の他の実施例を示す。本実
施例は図1に示した実施例において、IGBTを用いて
3レベル出力構成としていたy相を、クランプダイオー
ド15,16を外した簡単な構成とし、2レベル出力と
したものである。制御方式は図1の実施例と同様であ
り、図4に本実施例の動作波形を示す。図1の実施例と
比べて出力波形eyが2レベルとなった点が異なってい
る。従って、コンバータ出力波形ecは、図4のように
2レベル出力となる。本実施例においても、x相の低オ
ン損失素子のGTOを直列に2個接続し、y相の低スイ
ッチング損失素子を直列に4個接続して構成したが、素
子の電流許容値によっては各相の電流バランスを考慮し
て、各相の素子の直列多重接続数を変えてもよく、この
場合、車両用変換器等のような大容量なものに適用する
ことができ、また、従来のような変換器全体の耐圧が高
速スイッチング素子によって制限されてしまうという問
題を解消する。本実施例においてもGTO,IGBTを
用いたが、GTOの代わりにBJT、IGBTの代わり
にFETとした構成でもよい。以上図1及び図3の実施
例は、すべてコンバータについて示したが、これらの実
施例を回生制御するときの逆変換動作を行うインバータ
についても同じことが云える。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the y-phase, which has a three-level output structure using an IGBT in the embodiment shown in FIG. 1, has a simple structure in which the clamp diodes 15 and 16 are removed, and a two-level output is provided. The control method is the same as that of the embodiment of FIG. 1, and FIG. 4 shows the operation waveform of this embodiment. It differs from the embodiment of FIG. 1 in that the output waveform ey has two levels. Therefore, the converter output waveform ec is a two-level output as shown in FIG. Also in this embodiment, two GTOs of x-phase low on-loss elements are connected in series and four y-phase low switching loss elements are connected in series. However, depending on the allowable current value of each element, The number of series multiple connections of the elements of each phase may be changed in consideration of the phase current balance. In this case, it can be applied to a large-capacity one such as a converter for a vehicle. The problem that the breakdown voltage of the entire converter is limited by the high speed switching element is solved. Although the GTO and the IGBT are used also in the present embodiment, the FET may be used instead of the BJT and the IGBT instead of the GTO. Although the embodiments shown in FIGS. 1 and 3 are all shown for the converters, the same can be said for the inverters which perform the inverse conversion operation when regenerative controlling these embodiments.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、す
べて同一の特性を持つ素子を使用した電力変換器と同等
の容量・機能を有し、かつ、低損失な電力変換器を得る
ことができる。また、各相毎に出力レベル数を変えるこ
とあるいは素子の直列接続数を変えることによって、各
相の耐圧のバランスをとることができ、高耐圧素子の耐
圧性能を有効に使うことができる。また、低スイッチン
グ損失素子によるPWM制御により、低オン損失素子で
構成された相に発生する変換器出力波形の歪みを補正す
ることができる。また、ある相の出力を180゜通流の
パルスにより得ることから、PWM制御回路の該相に関
する回路構成を簡単化することになり、装置として低コ
スト化が可能である。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a power converter having the same capacity and function as a power converter using elements having the same characteristics and having low loss. it can. By changing the number of output levels or changing the number of elements connected in series for each phase, the withstand voltage of each phase can be balanced and the withstand voltage performance of the high withstand voltage element can be effectively used. Further, the PWM control by the low switching loss element can correct the distortion of the converter output waveform generated in the phase configured by the low on-loss element. Further, since the output of a certain phase is obtained by the pulse of 180 ° conduction, the circuit configuration of the PWM control circuit for the phase is simplified, and the cost of the device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例のスイッチング動作を示す電
圧出力波形図。
FIG. 2 is a voltage output waveform diagram showing a switching operation according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例のスイッチング動作を示す
電圧出力波形図。
FIG. 4 is a voltage output waveform diagram showing a switching operation according to another embodiment of the present invention.

【図5】オン損失とスイッチング損失に関する素子分
布。
FIG. 5 is a device distribution regarding ON loss and switching loss.

【図6】耐圧と動作周波数に関する素子分布。FIG. 6 is a device distribution regarding breakdown voltage and operating frequency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単相交流電源 2 リアクトル 3〜4 GTO 5〜8 IGBT 9〜14 フリーホイールダイオード 15〜16 クランプダイオード 17〜18 フィルタコンデンサ 19〜20 比較器 21 乗算器 22 減算器 23 搬送波発生回路 24〜25 ドライブ回路 1 Single-phase AC power source 2 Reactor 3-4 GTO 5-8 IGBT 9-14 Freewheel diode 15-16 Clamp diode 17-18 Filter capacitor 19-20 Comparator 21 Multiplier 22 Subtractor 23 Carrier wave generation circuit 24-25 Drive circuit

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 自己消弧形素子を用いてパルス幅変調制
御により交流を直流に、または、この逆の変換を行う電
力変換器において、ある相はオン損失がスイッチング損
失よりも小さい素子(以下、低オン損失素子という。)
を用いた2レベル出力構成とし、他の相はスイッチング
損失がオン損失よりも小さい素子(以下、低スイッチン
グ損失素子という。)を用いた3レベル出力構成とした
ことを特徴とする電力変換器。
1. A power converter for converting alternating current into direct current by pulse width modulation control using a self-extinguishing element, or vice versa, in one phase, an on loss is smaller than a switching loss (hereinafter, referred to as an element). , Low on-loss element.)
A power converter having a two-level output configuration using the above and a three-level output configuration using an element whose switching loss is smaller than the on loss (hereinafter referred to as a low switching loss element) in the other phases.
【請求項2】 自己消弧形素子を用いてパルス幅変調制
御により交流を直流に、または、この逆の変換を行う電
力変換器において、ある相は低オン損失素子を用いた2
レベル出力構成とし、他の相は低スイッチング損失素子
を用いた3レベル出力構成とし、各相の出力レベル数と
共に各相の素子の直列多重接続数が異なることを特徴と
する電力変換器。
2. A power converter for converting alternating current to direct current by pulse width modulation control using a self-extinguishing element, or vice versa, wherein a certain phase uses a low on-loss element.
A power converter having a level output configuration and a three-level output configuration using low switching loss elements for the other phases, wherein the number of output levels of each phase and the number of series multiple connections of the elements of each phase are different.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、低オ
ン損失素子は出力電圧基準波に基づいた長周期によるス
イッチングを行い、低スイッチング損失素子はPWM制
御による高速スイッチング動作を行い、低オン損失素子
を用いた2レベル出力から低スイッチング損失素子を用
いた3レベル出力を差し引いてコンバータまたはこの逆
の変換による出力電圧を得ることを特徴とする電力変換
器。
3. The low on-loss element according to claim 1 or 2, wherein the low on-loss element performs switching in a long cycle based on an output voltage reference wave, and the low switching loss element performs a high-speed switching operation by PWM control to reduce a low on-loss. A power converter characterized in that an output voltage is obtained by subtracting a 3-level output using a low switching loss element from a 2-level output using an element to obtain an output voltage by a converter or a conversion reverse thereto.
【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3にお
いて、ある相に低オン損失素子とこれに逆並列接続され
たフリーホイールダイオードを少なくとも2組、他の相
に低スイッチング損失素子とこれに逆並列接続されたフ
リーホイールダイオードを少なくとも4組それぞれ設
け、2組の前記低スイッチング損失素子の接続点と他の
2組の前記低スイッチング損失素子の接続点の間に少な
くとも2組のクランプダイオードを接続したことを特徴
とする電力変換器。
4. The low on-loss element according to claim 1, claim 2 or claim 3, and at least two sets of free wheel diodes connected in antiparallel to the low on-loss element, and a low switching loss element on another phase. At least four sets of anti-freewheel diodes connected in anti-parallel to each are provided, and at least two sets of clamps are provided between the connection points of two sets of the low switching loss elements and the connection points of the other two sets of the low switching loss elements. A power converter characterized by connecting a diode.
【請求項5】 自己消弧形素子を用いてパルス幅変調制
御により交流を直流に、または、この逆の変換を行う電
力変換器において、ある相は低オン損失素子、また、他
の相は低スイッチング損失素子を用いたそれぞれ2レベ
ル出力構成としたことを特徴とする電力変換器。
5. A power converter for converting alternating current to direct current by pulse width modulation control using a self-extinguishing element, or vice versa, wherein one phase is a low on-loss element and the other phase is A power converter having a two-level output configuration using low switching loss elements.
【請求項6】 自己消弧形素子を用いてパルス幅変調制
御により交流を直流に、または、この逆の変換を行う電
力変換器において、ある相は低オン損失素子、また、他
の相は低スイッチング損失素子を用いたそれぞれ2レベ
ル出力構成とし、各相の素子の直列多重接続数が異なる
ことを特徴とする電力変換器。
6. A power converter for converting AC to DC or vice versa by pulse width modulation control using a self-extinguishing element, wherein one phase is a low on-loss element and the other phase is A power converter characterized by having a two-level output configuration using low switching loss elements and having different numbers of series multiple connections of elements of each phase.
【請求項7】 請求項5または請求項6において、低オ
ン損失素子は出力電圧基準波に基づいた長周期によるス
イッチングを行い、低スイッチング損失素子はPWM制
御による高速スイッチング動作を行い、低オン損失素子
を用いた2レベル出力から低スイッチング損失素子を用
いた2レベル出力を差し引いてコンバータまたはこの逆
の変換による出力電圧を得ることを特徴とする電力変換
器。
7. The low on-loss element according to claim 5, wherein the low on-loss element performs switching in a long cycle based on the output voltage reference wave, and the low switching loss element performs high-speed switching operation by PWM control to reduce low on-loss. A power converter characterized in that an output voltage is obtained by subtracting a two-level output using a low switching loss element from a two-level output using an element to obtain an output voltage by conversion of a converter or vice versa.
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