JPH10210759A - 3-level inverter device - Google Patents
3-level inverter deviceInfo
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- JPH10210759A JPH10210759A JP9020099A JP2009997A JPH10210759A JP H10210759 A JPH10210759 A JP H10210759A JP 9020099 A JP9020099 A JP 9020099A JP 2009997 A JP2009997 A JP 2009997A JP H10210759 A JPH10210759 A JP H10210759A
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- Japan
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- switching element
- leakage current
- voltage
- switching
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- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
に印加される電圧を抑制するようにした3レベルインバ
ータ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-level inverter device for suppressing a voltage applied to a switching element.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、IGBT等の高速スイッチング素
子を使用したインバータが鉄道車両等において広く実用
化されている。この種の高速スイッチング素子を使用す
ることにより、インバータの動作周波数を高速化するこ
とができ、騒音の低減、高速応答を可能にするなど多く
の利点がある。その反面、GTO等の低速素子に比べ
て、高速スイッチング素子は高耐圧化が難しいという欠
点がある。また、高耐圧化ができても素子の価格が高価
になるという問題がある。このため、鉄道車両等ではコ
ンデンサ2群を直列接続し、直流電源に並列に接続する
ことにより、2群に分割されたコンデンサの接続点を中
性点として利用することが可能になり、理論的には高速
スイッチング素子には直流電源電圧の半分の電圧しか加
わらないようにしている。2. Description of the Related Art In recent years, inverters using high-speed switching elements such as IGBTs have been widely used in railway vehicles and the like. By using this kind of high-speed switching element, the operating frequency of the inverter can be increased, and there are many advantages such as reduction of noise and high-speed response. On the other hand, the high-speed switching element has a disadvantage that it is difficult to increase the breakdown voltage as compared with the low-speed element such as GTO. In addition, there is a problem that the price of the element becomes expensive even if the withstand voltage can be increased. For this reason, in a railway vehicle or the like, by connecting two groups of capacitors in series and connecting them in parallel to a DC power supply, it becomes possible to use the connection point of the capacitors divided into two groups as a neutral point. , Only a half of the DC power supply voltage is applied to the high-speed switching element.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかるに、高速スイッ
チング素子の漏れ電流にはばらつきがあるため、素子に
加わる電圧は直流電圧の半分の電圧よりも大きくなるこ
とがあり、漏れ電流のばらつきが極端な場合には、素子
に直流電圧電源の全電圧が印加され、過電圧で破壊する
ことがある。本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは素子の漏れ電流のば
らつきが大きくても、素子に過電圧が加わって素子破壊
に至ることを防止するものである。However, since the leakage current of the high-speed switching element varies, the voltage applied to the element may be larger than half the DC voltage, and the variation of the leakage current is extremely large. In such a case, the entire voltage of the DC voltage power supply is applied to the element, and the element may be broken by an overvoltage. The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to prevent an element from being damaged by an overvoltage applied to the element even when the leakage current of the element has a large variation. .
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】かかる不具合を解決する
ために、中性点を持つ直流電圧電源の両端子に直列接続
された第1から第4の4つの、逆並列ダイオードを備え
たスイッチング素子と、第1のスイッチング素子と第2
のスイッチング素子の相互接続点と前記直流電圧電源の
中性点との間に、中性点側がアノードとなる極性に接続
した第1のダイオードと、第3のスイッチング素子と第
4のスイッチング素子の相互接続点と前記直流電圧電源
の中性点との間に、中性点側がカソードになる極性に接
続した第2のダイオードと、第2のスイッチング素子と
第3のスイッチング素子の接続点は出力端に接続される
ことにより構成される単位インバータを備えた3レベル
インバータ装置において、第1のスイッチング素子の漏
れ電流よりも第2のスイッチング素子の漏れ電流が大き
く、かつ第4のスイッチング素子の漏れ電流よりも第3
のスイッチング素子の漏れ電流が大きくなるように接続
する。In order to solve such a problem, a switching element having first to fourth four antiparallel diodes connected in series to both terminals of a DC voltage power supply having a neutral point. And a first switching element and a second switching element.
A first diode connected to a polarity where the neutral side is an anode, and a third switching element and a fourth switching element between an interconnection point of the switching elements and a neutral point of the DC voltage power supply. Between the interconnection point and the neutral point of the DC voltage power supply, a second diode connected to the polarity where the neutral side is a cathode, and a connection point between the second switching element and the third switching element are output. In a three-level inverter device including a unit inverter configured to be connected to an end, a leakage current of a second switching element is larger than a leakage current of a first switching element, and a leakage of a fourth switching element. Third than current
Are connected so as to increase the leakage current of the switching element.
【0005】[0005]
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図によって
説明する。図1は、本発明に関わる3レベルインバータ
の回路図であり、1は中性点を有する直流電圧電源であ
り、たとえば、コンデンサ2群(図示せず)を直列接続
し、直流電源に並列に接続することにより、2群に分割
されたコンデンサの接続点を中性点として利用すること
により実現することができる。21は第1のスイッチン
グ素子、22は第2のスイッチング素子、23は第3の
スイッチング素子、24は第4のスイッチング素子であ
り、21から24のスイッチング素子はいずれも逆並列
ダイオードを備えている。また3は第1のダイオード、
4は第2のダイオードであり、5は単位インバータであ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a three-level inverter according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a DC voltage power supply having a neutral point. For example, two capacitors (not shown) are connected in series and connected in parallel with the DC power supply. The connection can be realized by using the connection point of the capacitors divided into two groups as a neutral point. 21 is a first switching element, 22 is a second switching element, 23 is a third switching element, 24 is a fourth switching element, and all of the switching elements 21 to 24 have antiparallel diodes. . 3 is the first diode,
4 is a second diode, and 5 is a unit inverter.
【0006】直流電圧電源1のプラス側端子と出力端の
間には、第1のスイッチング素子21と第2のスイッチ
ング素子22が順方向に直列接続され、出力端と直流電
圧電源1のマイナス側端子の間には第3のスイッチング
素子23と第4のスイッチング素子24が順方向に直列
接続される。また、第1のスイッチング素子21と第2
のスイッチング素子22の相互接続点と直流電圧電源1
の中性点との間には、中性点側がアノードとなる極性に
第1のダイオード3が接続され、第3のスイッチング素
子23と第4のスイッチング素子24の相互接続点と直
流電圧電源1の中性点との間には、中性点側がカソード
になる極性に第2のダイオード4が接続されることによ
り単位インバータ5が構成される。A first switching element 21 and a second switching element 22 are connected in series in a forward direction between the positive terminal of the DC voltage power supply 1 and the output terminal, and the output terminal and the negative side of the DC voltage power supply 1 are connected. A third switching element 23 and a fourth switching element 24 are connected in series between the terminals in the forward direction. In addition, the first switching element 21 and the second
And the DC voltage power supply 1
The first diode 3 is connected between the neutral point and the neutral point so that the neutral point side becomes the anode, and the interconnection point between the third switching element 23 and the fourth switching element 24 is connected to the DC voltage power supply 1. The second inverter 4 is connected between the neutral point and the neutral point so as to have a polarity where the neutral point side is a cathode, thereby forming a unit inverter 5.
【0007】3レベルインバータの動作について説明す
る。第1から第4のスイッチング素子のスイッチング状
態と出力電圧との関係を表1に示す。ただし、直流電圧
電源の全電圧を2Eとし、中性点を基準に中性点電位を
0(V)とし、+側端子の電位をE(V)、−側端子の
電位を−E(V)とする。第1のスイッチング素子21
と第2のスイッチング素子22がON、第3のスイッチ
ング素子23と第4のスイッチング素子24がOFFの
状態では、出力端子は電位E(V)になり、第1のスイ
ッチング素子21と第4のスイッチング素子24がOF
F、第2のスイッチング素子22と第3のスイッチング
素子23がONの状態では出力端子は電位0(V)にな
り、第1のスイッチング素子21と第2のスイッチング
素子22がOFF、第3のスイッチング素子23と第4
のスイッチング素子24がONの状態では、出力端子は
電位−E(V)になり、出力端子には3つのレベルの電
圧が現れる。The operation of the three-level inverter will be described. Table 1 shows the relationship between the switching state of the first to fourth switching elements and the output voltage. However, the total voltage of the DC voltage power supply is 2E, the neutral point potential is 0 (V) based on the neutral point, the positive terminal potential is E (V), and the negative terminal potential is -E (V ). First switching element 21
And the second switching element 22 is ON and the third switching element 23 and the fourth switching element 24 are OFF, the output terminal is at the potential E (V), and the first switching element 21 and the fourth Switching element 24 is OF
F, when the second switching element 22 and the third switching element 23 are ON, the output terminal is at potential 0 (V), the first switching element 21 and the second switching element 22 are OFF, and the third switching element 22 is OFF. Switching element 23 and fourth
When the switching element 24 is ON, the output terminal is at the potential -E (V), and three levels of voltages appear at the output terminal.
【0008】[0008]
【表1】 [Table 1]
【0009】従来は、スイッチング素子21〜24は特
に選別等は行わずに使用していた。このため、次のよう
な不具合があった。例えば、第1のスイッチング素子2
1の漏れ電流が第2のスイッチング素子22の漏れ電流
より大きい場合には、出力電圧が−Eのときに、第2の
スイッチング素子22は第1のスイッチング素子21よ
り加わる電圧が大きくなる。同様に第4のスイッチング
素子24の漏れ電流が第3のスイッチング素子23の漏
れ電流より大きい場合も、出力電圧がEのときに、第3
のスイッチング素子は第4のスイッチング素子より加わ
る電圧が大きくなる。つまり、素子の漏れ電流のばらつ
きにより、第2または第3のスイッチング素子の印加電
圧が入力直流電圧の半電圧(E)より大きくなることが
あり、漏れ電流のばらつきが極端な場合には、第2また
は第3のスイッチング素子に直流電圧電源の全電圧が印
加され、過電圧で破壊することがある。Conventionally, the switching elements 21 to 24 have been used without particular selection. For this reason, there were the following problems. For example, the first switching element 2
When the leakage current of the first switching element 22 is larger than the leakage current of the second switching element 22, when the output voltage is −E, the voltage applied to the second switching element 22 from the first switching element 21 increases. Similarly, when the leakage current of the fourth switching element 24 is larger than the leakage current of the third switching element 23, when the output voltage is E, the third
The switching element has a higher applied voltage than the fourth switching element. That is, the applied voltage of the second or third switching element may be higher than the half voltage (E) of the input DC voltage due to the variation of the leakage current of the element. When the entire voltage of the DC voltage power supply is applied to the second or third switching element, the switching element may be broken by an overvoltage.
【0010】このような不具合を解決するため、従来は
第1から第4のスイッチング素子には印加電圧をバラン
スさせるために並列抵抗を付けたり、耐圧の大きい素子
を使用していた。このため、装置の大型化、コストアッ
プを招いていた。本発明は、あらかじめ第1から第4の
スイッチング素子、計4個の漏れ電流を測定し、第2の
スイッチング素子22は第1のスイッチング素子21よ
りも漏れ電流の大きい素子を使用し、同様に、第3のス
イッチング素子23は第4のスイッチング素子24より
も漏れ電流の大きい素子を選んで使用する。In order to solve such a problem, conventionally, a parallel resistor has been added to the first to fourth switching elements in order to balance the applied voltage, or an element having a large withstand voltage has been used. For this reason, the apparatus has been increased in size and cost has been increased. In the present invention, the first to fourth switching elements, a total of four leakage currents are measured in advance, and the second switching element 22 uses an element having a larger leakage current than the first switching element 21. The third switching element 23 selects and uses an element having a larger leakage current than the fourth switching element 24.
【0011】このように接続することにより、出力電圧
が−Eのときは第1のスイッチング素子の印加電圧は第
2のスイッチング素子より大きくなろうとするが、第1
のスイッチング素子と第2のスイッチング素子の接続点
が第1のダイオードを介して直流電圧電源の中性点に接
続されているため、第1のスイッチング素子は中性点と
直流電圧電源のプラス側との電位差(E)以上の電圧は
印加されず、第1と第2のスイッチング素子には直流電
圧電源の半電圧(E)づつ印加される。With this connection, when the output voltage is -E, the applied voltage of the first switching element tends to be higher than that of the second switching element.
The connection point between the switching element and the second switching element is connected to the neutral point of the DC voltage power supply via the first diode, so that the first switching element is connected to the neutral point and the positive side of the DC voltage power supply. Is not applied, and a half voltage (E) of the DC voltage power supply is applied to the first and second switching elements.
【0012】同様に出力電圧が+Eのときは第4のスイ
ッチング素子の印加電圧は第3のスイッチング素子より
大きくなろうとするが、第3のスイッチング素子と第4
のスイッチング素子の接続点が第2のダイオードを介し
て直流電圧電源の中性点に接続されているため、第4の
スイッチング素子は中性点と直流電圧電源のマイナス側
との電位差(E)以上の電圧は印可されず、第3と第4
のスイッチング素子には直流電圧電源の半電圧(E)づ
つ印加される。以上に説明したとおり、本発明によれ
ば、全てのスイッチング素子に半電圧(E)以上の電圧
が加わることがなくなる。Similarly, when the output voltage is + E, the applied voltage of the fourth switching element tends to be higher than that of the third switching element.
Is connected to the neutral point of the DC voltage power supply via the second diode, the fourth switching element has a potential difference (E) between the neutral point and the negative side of the DC voltage power supply. The above voltages are not applied, and the third and fourth voltages are not applied.
Of the DC voltage power supply are applied to each of the switching elements. As described above, according to the present invention, a voltage higher than the half voltage (E) is not applied to all the switching elements.
【0013】[0013]
【発明の効果】本発明により、素子の印加電圧をバラン
スさせるための並列抵抗を付けずに、しかも、従来より
も耐圧の小さい素子を使用することができるようにな
り、素子が過電圧により破壊することを防止できるよう
になった。According to the present invention, it is possible to use an element having a smaller withstand voltage than before without using a parallel resistor for balancing the applied voltage of the element, and the element is destroyed by an overvoltage. That can be prevented.
【図1】本発明が適用される3レベルインバータの回路
図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a three-level inverter to which the present invention is applied.
1 直流電圧電源 21 第1のスイッチング素子 22 第2のスイッチング素子 23 第3のスイッチング素子 24 第4のスイッチング素子 3 ダイオード 4 ダイオード 5 単位インバータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC voltage power supply 21 1st switching element 22 2nd switching element 23 3rd switching element 24 4th switching element 3 diode 4 diode 5 unit inverter
Claims (1)
列接続された第1から第4の4つの、逆並列ダイオード
を備えたスイッチング素子と、前記第1のスイッチング
素子と前記第2のスイッチング素子の相互接続点と前記
直流電圧電源の中性点との間に、中性点側がアノードと
なる極性に接続した第1のダイオードと、前記第3のス
イッチング素子と前記第4のスイッチング素子の相互接
続点と前記直流電圧電源の中性点との間に、中性点側が
カソードになる極性に接続した第2のダイオードと、前
記第2のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素
子の接続点は出力端に接続されることにより構成される
単位インバータを備えた3レベルインバータ装置におい
て、前記第1のスイッチング素子の漏れ電流よりも前記
第2のスイッチング素子の漏れ電流が大きく、かつ、前
記第4のスイッチング素子の漏れ電流よりも前記第3の
スイッチング素子の漏れ電流が大きくなるようにスイッ
チング素子を選別して構成したことを特徴とする3レベ
ルインバータ装置。1. A switching element having first to fourth four anti-parallel diodes connected in series to both terminals of a DC voltage power supply having a neutral point, said first switching element and said second switching element. A first diode connected to a polarity where the neutral side serves as an anode, between the interconnection point of the switching elements and the neutral point of the DC voltage power supply, and the third switching element and the fourth switching element. A second diode connected between the interconnection point of the elements and a neutral point of the DC voltage power supply with a neutral side serving as a cathode, and the second switching element and the third switching element. In a three-level inverter device including a unit inverter configured to be connected to an output terminal, a connection point is higher than a leakage current of the first switching element. A switching element selected so that a leakage current of the element is large and a leakage current of the third switching element is larger than a leakage current of the fourth switching element. apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9020099A JPH10210759A (en) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 3-level inverter device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9020099A JPH10210759A (en) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 3-level inverter device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10210759A true JPH10210759A (en) | 1998-08-07 |
Family
ID=12017678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9020099A Pending JPH10210759A (en) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 3-level inverter device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10210759A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100379137C (en) * | 2005-07-21 | 2008-04-02 | 南京航空航天大学 | Zero valtage switch compound crisscross parallel two-tube positive shock three-level DC inverter |
WO2012032642A1 (en) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor module, power conversion apparatus, and railroad vehicle |
JP2020072495A (en) * | 2018-10-29 | 2020-05-07 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device |
-
1997
- 1997-01-17 JP JP9020099A patent/JPH10210759A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100379137C (en) * | 2005-07-21 | 2008-04-02 | 南京航空航天大学 | Zero valtage switch compound crisscross parallel two-tube positive shock three-level DC inverter |
WO2012032642A1 (en) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor module, power conversion apparatus, and railroad vehicle |
JP2020072495A (en) * | 2018-10-29 | 2020-05-07 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device |
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