JPH08196083A - インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない部品点数で、スイッチング素子のター
ンオフ時の過電圧を抑制する。 【構成】 インバータ直流母線ＰＮ間に設けるダイオー
ドＤｃ、コンデンサＣｃ、抵抗Ｒｃから成る過電圧抑制
回路の放電用の抵抗Ｒｃの一端をアノードリアクトルの
直流母線側に接続し、ＧＴＯがオフ時にリアクトルＬａ
からの電流がダイオードＤｃと抵抗Ｒｃで還流し、過電
圧を抑制する。 【効果】 従来、リアクトルＬａに並列接続していたリ
アクトル電流の還流用のダイオードと抵抗とを不要とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インバータに関する
もので、例えば、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴ
Ｏ）等の自己消弧形電力用半導体素子がターンオフする
際に発生するスパイク電圧の上昇を抑制して素子を過電
圧から保護する過電圧抑制回路を有するインバータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体電力変換素子がターンオフする際
に直流母線の正負間に発生するスパイク電圧を抑制して
素子を過電圧から保護する回路として、コンデンサとダ
イオードの直列回路と放電抵抗から成る回路が使用され
る。この過電圧抑制回路については、例えば、特開平４
−２８９７７８号公報に記載されている。

【０００３】従来の過電圧保護回路について、図７、図
８を参照しながら説明する。図７は従来のＧＴＯ等の自
己消弧形電力用半導体素子を用いたインバータの１アー
ムの構成を示したものであり、図８はＧＴＯがターンオ
フする際にＧＴＯの両端に発生する電圧波形を示したも
のである。

【０００４】図７において、ＰとＮはインバータの直流
側の入力端子で、通常コンデンサにつながっている。Ａ
Ｃは交流側の出力端子であり、ＬａはＧＴＯがターンオ
ンする際に発生するｄｉ／ｄｔを抑制するアノードリア
クトルであり、Ｄｆ、ＲｆはＧＴＯがターンオフした際
に、アノードリアクトルＬａに蓄えられたエネルギーを
環流して消費するダイオードと抵抗であり、Ｄｓ、Ｒ
ｓ、Ｃｓはスナバ回路であり、Ｒｃ、Ｄｃ、ＣｃはＧＴ
Ｏがターンオフした際に発生するスパイク電圧を抑制す
る過電圧抑制回路である。

【０００５】次に従来の過電圧抑制回路の動作について
説明する。ＧＴＯがターンオフして電流を遮断し始める
と、ＧＴＯの両端電圧には直ちに電圧が発生して上昇す
るが、この時、アノードリアクトルＬａと配線のインダ
クタンスによって電流は流れ続けようとするため、イン
ダクタンスに蓄えられた（１／２）ＬＩ²のエネルギー
が素子両端の過電圧（図８に示すａ）となって表れ、素
子両端の電圧はインバータ直流電圧、即ちＰＮ間電圧
（図８に示すｂ）を超える。この過電圧が素子の耐圧を
越えると素子が破損する。

【０００６】過電圧を抑制するには、配線やアノードリ
アクトルのインダクタンスを抑制することが考えられる
が、ＧＴＯにはターンオン時のｄｉ／ｄｔの上限が限定
されているためインダクタンスをある程度以下には抑制
できない。

【０００７】このため従来の装置には、アノードリアク
トルＬａにダイオードＤｆと抵抗Ｒｆから成る環流回路
とアーム間にダイオードＤｃ、コンデンサＣｃ、抵抗Ｒ
ｃから成る過電圧抑制回路が設けられ、ＧＴＯがターン
オフした際にアノードリアクトルＬａのインダクタンス
によって流れ続けようとする電流をダイオードＤｆと抵
抗Ｒｆで環流しながら消費する一方、ダイオードＤｃを
通じてコンデンサＣｃに流して、素子両端に発生する過
電圧を抑制した後、抵抗Ｒｃを通じて徐々に放電するよ
うにしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の過電圧抑制回路
を有するインバータでは、アノードリアクトルのエネル
ギー環流用にダイオードと抵抗が必要であるため、部品
点数が多くなるという問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、部品点数の少ない過電圧抑制
回路を有するインバータを得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るインバー
タは、リアクトルを介してスイッチング素子が直流電源
に接続された主回路を有するインバータにおいて、ダイ
オードとコンデンサとを直列に接続した回路をスイッチ
ング素子に並列に接続すると共に、ダイオードと抵抗素
子とを直列に接続した回路をリアクトルに並列に接続す
るよう構成した過電圧抑制回路を備え、スイッチング素
子がオフすると、ダイオードおよび抵抗素子を通してリ
アクトルの電流が還流するようにしたものである。

【００１１】また、主回路は各アーム毎にリアクトルと
スイッチング素子とを有する主回路とする共に、各アー
ム毎に過電圧抑制回路を設けたものである。

【００１２】また、主回路は各アーム毎にリアクトルと
スイッチング素子とを有する主回路とする共に、過電圧
抑制回路は、直流電源両極間に接続される抵抗素子とコ
ンデンサとの直列体と、この抵抗素子とコンデンサとの
接続部と、上記各リアクトルと各スイッチング素子との
接続部との両接続部間に各々接続されるダイオードとで
構成し、上記各スイッチング素子がオフすると、上記各
ダイオードと上記抵抗素子を通して上記各リアクトルの
電流が還流する過電圧抑制回路としたものである。

【００１３】また、主回路は各アームのリアクトルを各
アーム共通のリアクトルとする主回路し、過電圧抑制回
路は各アームのダイオードを各アーム共通のダイオード
とする回路としたものである。

【００１４】

【作用】この発明のインバータは、過電圧抑制回路のダ
イオードおよび抵抗素子を通してリアクトルの電流が還
流し、リアクトルの環流用ダイオードと抵抗素子を省略
する。

【００１５】また、各アーム毎に過電圧抑制回路を設け
て、各アームのリアクトルの環流用ダイオードと抵抗素
子を省略する。

【００１６】また、過電圧抑制回路のコンデンサと抵抗
素子とを各アームで共用化し、また、リアクトルの環流
用ダイオードと抵抗素子を省略する。

【００１７】また、過電圧抑制回路のコンデンサと抵抗
素子とダイオードとを共用化し、また、リアクトルの環
流用ダイオードと抵抗素子を省略する。

【００１８】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図１、図８を参
照しながら説明する。図１は、この発明の実施例１の単
相インバータの過電圧抑制回路を示した図である。図１
において、ＰとＮはインバータの直流側の入力端子で、
通常コンデンサにつながっている。ＡＣは交流側の出力
端子、ＬａはＧＴＯがターンオンする際に発生するｄｉ
／ｄｔを抑制するアノードリアクトル、Ｄｓ、Ｒｓ、Ｃ
ｓはスナバ回路を構成しており、Ｒｃ、Ｄｃ、ＣｃはＧ
ＴＯがターンオフした際に発生するスパイク電圧を抑制
する過電圧抑制回路を構成している。

【００１９】次に動作について説明する。ＧＴＯがター
ンオフして電流を遮断し始めると、ＧＴＯの両端電圧に
は直ちに電圧が発生して上昇するが、この時、アノード
リアクトルＬａと配線のインダクタンスによって電流は
流れ続けようとするため、ＧＴＯ素子両端の電圧はイン
バータ直流電圧、即ち、ＰＮ間電圧（図８に示すｂ）を
越える。この時、ダイオードＤｃがオンしてコンデンサ
Ｃｃに電流が流れて過電圧が抑制されると共にリアクト
ル電流はダイオードＤｃとＲｃで環流される。コンデン
サＣｃを過充電した電荷は、抵抗Ｒｃを通じて直流側Ｐ
に接続されたコンデンサ（図示せず）に回生される。

【００２０】以上のように、過電圧抑制回路の放電抵抗
の一端を端子Ｐの直流コンデンサ側に接続して、放電抵
抗とダイオードでアノードリアクトルの電流が環流する
ようにしたので、アノードリアクトルの環流用ダイオー
ドと抵抗を省くことができ、部品点数を削減できる。ま
た、各アームに独立して過電圧抑制回路が存在するの
で、他アームのターンオフの影響を受けにくい。更に、
ダイオードが各アームに存在するので、電流容量の小さ
い逆回復電荷の小さなダイオードが使用できる。

【００２１】実施例２．実施例１の回路は単相インバー
タの例であるが、三相インバータにも適応可能である。
図２はこの発明の実施例２の三相インバータの過電圧抑
制回路を示した図である。図２において、三相の各アー
ムに実施例１と同様の過電圧抑制回路をそれぞれ設けた
ものであり、また、実施例１と同一符号は同一のもので
あるので説明を省略する。また、動作についても実施例
１と同様であるので省略する。

【００２２】効果についても実施例１と同様で、過電圧
抑制回路の放電抵抗の一端を端子Ｐの直流コンデンサ側
に接続して、放電抵抗とダイオードでアノードリアクト
ルの電流が環流するようにしたので、アノードリアクト
ルの環流用ダイオードと抵抗を省くことができ、部品点
数を削減できる。また、各アームに独立して過電圧抑制
回路が存在するので、他アームのターンオフの影響を受
けにくい。更に、ダイオードが各アームに存在するの
で、電流容量の小さい逆回復電荷の小さなダイオードが
使用できる。

【００２３】実施例３．以下、この発明の実施例３を図
３、図８を参照しながら説明する。図３はこの発明の実
施例３の単相インバータの過電圧抑制回路を示した図で
ある。図３において、実施例１と異なる点は、抵抗Ｒｃ
とコンデンサＣｃを各アームに対して共通に挿入した点
である。また、実施例１と同一符号は同一のものである
ので説明を省略する。

【００２４】次に動作について説明する。ＧＴＯがター
ンオフして電流を遮断し始めると、ＧＴＯの両端電圧に
は直ちに電圧が発生して上昇するが、この時、アノード
リアクトルと配線のインダクタンスによって電流は流れ
続けようとするため、素子両端の電圧はインバータ直流
電圧、即ちＰＮ間電圧（図８に示すｂ）を越える。この
時、ダイオードＤｃがオンして共通のコンデンサＣｃに
電流が流れて過電圧が抑制されると共にリアクトル電流
はダイオードＤｃとＲｃで環流される。コンデンサＣｃ
を過充電した電荷は、抵抗Ｒｃを通じて直流側Ｐに接続
されたコンデンサ（図示せず）に回生される。

【００２５】以上のように、過電圧抑制回路のコンデン
サと抵抗を各アームに対し共用化したので、実施例１の
構成よりもより簡易化することができ、部品点数を更に
削減できる。また、ダイオードが各アームに存在するの
で、電流容量の小さい逆回復電荷の小さなダイオードが
使用できる。

【００２６】実施例４．実施例３の回路は単相インバー
タの例であるが、三相インバータにも適応可能である。
図４はこの発明の実施例４の三相インバータの過電圧抑
制回路を示した図である。図４において、実施例３と同
様に抵抗ＲｃとコンデンサＣｃを各アームに対して共通
に挿入したもので、また、実施例３と同一符号は同一の
ものであるので説明を省略する。また、動作についても
実施例３と同様であるので省略する。

【００２７】効果についても実施例３と同様で、過電圧
抑制回路のコンデンサと抵抗を各アームに対し共用化し
たので、実施例１の構成よりもより簡易化することがで
き、部品点数を更に削減できる。また、ダイオードが各
アームに存在するので、電流容量の小さい逆回復電荷の
小さなダイオードが使用できる。

【００２８】実施例５．以下、本発明の実施例５を図
５、図８を参照しながら説明する。図５はこの発明の実
施例５の単相インバータの過電圧抑制回路を示した図で
ある。

【００２９】図５において、実施例３と異なる点は、リ
アクトルＬａを各アームに対して共通にすると共に、ダ
イオードＤｃも各アームに対して共通にした点である。
また、実施例１と同一符号は同一のものであるので説明
を省略する。また、動作についてもリアクトルＬａとダ
イオードＤｃが各アームに対して共通に作動する以外は
実施例１と同様であるので省略する。

【００３０】効果については実施例３のように、過電圧
抑制回路のコンデンサと抵抗を各アームに対し共用化し
たのみでなく、この実施例５では、更に、アノードリア
クトルとダイオードを共用化したので、実施例３の構成
よりもより簡易化することができ、部品点数を更に削減
できる。

【００３１】実施例６．実施例５の回路は単相インバー
タの例であるが、三相インバータにも適応可能である。
図６はこの発明の実施例６の三相インバータの過電圧抑
制回路を示した図である。

【００３２】図６において、実施例５と同様にリアクト
ルＬａとダイオードＤｃが各アームに対して共通に作動
するようにしたものであり、また、実施例１と同一符号
は同一のものであるので説明を省略する。また、動作に
ついても実施例５と同様であるので省略する。

【００３３】効果についても実施例５と同様で、過電圧
抑制回路のコンデンサと抵抗を各アームに対し共用化し
たのみでなく、更に、アノードリアクトルとダイオード
を共用化したので、実施例４の構成よりもより簡易化す
ることができ、部品点数を更に削減できる。

【００３４】実施例７．上記実施例では、スイッチング
素子としてＧＴＯを例にとり説明したが、パワートラン
ジスタやＩＧＢＴ等でもよく、また、スイッチング素子
の直列数も複数個直列にしてもよい。また、チョッパや
コンバータのインバータ部にも適用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、放電抵
抗とダイオードでアノードリアクトルの電流が環流する
ように過電圧抑制回路を構成したので、アノードリアク
トルの環流用ダイオードと抵抗を省くことができ、部品
点数を削減できるという効果を奏する。

【００３６】また、各アーム毎に過電圧抑制回路を設け
たので、他アームのターンオフの影響を受けにくいとい
う効果を奏する。

【００３７】また、過電圧抑制回路のコンデンサと抵抗
を各アームに対し共用化したので、部品点数を更に削減
できる効果を奏する。

【００３８】また、過電圧抑制回路のコンデンサと抵抗
を各アームに対し共用化したのみでなく、更に、アノー
ドリアクトルとダイオードを共用化したので、部品点数
を更に削減できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１による単相インバータの
回路図である。

【図２】 この発明の実施例２による三相インバータの
回路図である。

【図３】 この発明の実施例３による単相インバータの
回路図である。

【図４】 この発明の実施例４による三相インバータの
回路図である。

【図５】 この発明の実施例５による単相インバータの
回路図である。

【図６】 この発明の実施例６による三相インバータの
回路図である。

【図７】 従来の過電圧抑制回路を用いたインバータの
１アームの回路図である。

【図８】 ターンオフ時の素子の両端に発生する電圧波
形を示す図である。

【符号の説明】

Ｐ、Ｎ インバータ入力端子、ＡＣ インバータ出力端
子、ＧＴＯ ゲートターンオフサイリスタ、Ｌａ アノ
ードリアクトル、Ｄｓ スナバダイオード、Ｃｓ スナ
バコンデンサ、Ｒｓ スナバ抵抗、Ｄｃ ダイオード、
Ｃｃ コンデンサ、Ｒｃ 抵抗。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リアクトルを介してスイッチング素子が
   直流電源に接続された主回路を有するインバータにおい
   て、ダイオードとコンデンサとを直列に接続した回路を
   上記スイッチング素子に並列に接続すると共に、上記ダ
   イオードと抵抗素子とを直列に接続した回路を上記リア
   クトルに並列に接続するよう構成した過電圧抑制回路を
   備え、上記スイッチング素子がオフすると、上記ダイオ
   ードおよび抵抗素子を通して上記リアクトルの電流が還
   流するようにしたことを特徴とするインバータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、主回路は各アーム毎
   にリアクトルとスイッチング素子とを有する主回路とす
   る共に、各アーム毎に過電圧抑制回路を設けたことを特
   徴とするインバータ。
3. 【請求項３】 請求項１において、主回路は各アーム毎
   にリアクトルとスイッチング素子とを有する主回路とす
   る共に、過電圧抑制回路は、直流電源両極間に接続され
   る抵抗素子とコンデンサとの直列体と、この抵抗素子と
   コンデンサとの接続部と、上記各リアクトルと各スイッ
   チング素子との接続部との両接続部間に各々接続される
   ダイオードとで構成し、上記各スイッチング素子がオフ
   すると、上記各ダイオードと上記抵抗素子を通して上記
   各リアクトルの電流が還流する過電圧抑制回路としたこ
   とを特徴とするインバータ。
4. 【請求項４】 請求項３において、主回路は各アームの
   リアクトルを各アーム共通のリアクトルとする主回路と
   し、過電圧抑制回路は各アームのダイオードを各アーム
   共通のダイオードとする回路としたことを特徴とするイ
   ンバータ。