JPWO2013001646A1 - Auxiliary power supply for vehicle - Google Patents
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Abstract
鉄道車両に搭載され、架線1から入力される直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給する3相インバータ回路INV1を備えると共に、推進モータ7を駆動するVVVFインバータ装置4と並列関係に接続される車両用補助電源装置5であって、架線1と3相インバータ回路INV1との間に3相インバータ回路INV1側から架線1側への逆流を防止するブロッキングダイオードBD1を設け、このブロッキングダイオードBD1にSiCショットキー・バリア・ダイオードを適用する。A VVVF inverter device 4 that is mounted on a railway vehicle and includes a three-phase inverter circuit INV1 that converts DC power or AC power input from the overhead line 1 into desired AC power and supplies the load to the load, and drives the propulsion motor 7; A vehicle auxiliary power supply device 5 connected in parallel, wherein a blocking diode BD1 for preventing a backflow from the three-phase inverter circuit INV1 side to the overhead wire 1 side is provided between the overhead wire 1 and the three-phase inverter circuit INV1, An SiC Schottky barrier diode is applied to the blocking diode BD1.
Description
本発明は、例えば鉄道車両の空調装置、照明装置等に所望の電力を供給する車両用補助電源装置に関する。 The present invention relates to an auxiliary power supply for a vehicle that supplies desired power to, for example, an air conditioner, a lighting device, etc. of a railway vehicle.
従来の車両用補助電源装置では、パンタグラフと、このパンタグラフを介して架線から印加される電圧を平滑化するフィルタコンデンサとの間にブロッキングダイオードが挿入され、且つ、このブロッキングダイオードに並列にスナバ回路が設けられる構成が一般的となっている(例えば、下記非特許文献1参照)。 In the conventional auxiliary power supply for a vehicle, a blocking diode is inserted between the pantograph and a filter capacitor that smoothes the voltage applied from the overhead line via the pantograph, and a snubber circuit is provided in parallel with the blocking diode. The structure provided is common (for example, refer to the following nonpatent literature 1).
鉄道車両には、定格電力の比較的大きな電気機器が数多く搭載されているため、上述したブロッキングダイオードには大きな電流が流れる。また、鉄道車両の運行中、ブロッキングダイオードには常に電流が流れ続ける。このため、ブロッキングダイオードの温度が許容値を超えないように、ブロッキングダイオードに冷却器(例えば冷却フィン)を設けることが通常であった。また、ブロッキングダイオードの大容量化により、ブロッキングダイオードに並列に接続されるスナバ回路も必然的に大型化にならざるを得なかった。 Since many electric devices having a relatively large rated power are mounted on a railway vehicle, a large current flows through the blocking diode described above. In addition, during the operation of the railway vehicle, current always flows through the blocking diode. For this reason, it has been usual to provide a cooler (for example, a cooling fin) in the blocking diode so that the temperature of the blocking diode does not exceed an allowable value. In addition, due to the large capacity of the blocking diode, the snubber circuit connected in parallel to the blocking diode has inevitably increased in size.
上述のように、従来の車両用補助電源装置では、パンタグラフとフィルタコンデンサとの間に挿入されるブロッキングダイオードに付随して設けられるブロッキングダイオード冷却用の冷却器およびブロッキングダイオード保護用のスナバ回路は、ブロッキングダイオードのサイズが比較的小さいのにも関わらず、大型化せざるを得なかった。このため、車両用補助電源装置としての機能を維持しつつ、ブロッキングダイオードに付随して設けられる冷却器およびスナバ回路の小型化に対する要望が大きかった。 As described above, in the conventional auxiliary power supply for a vehicle, the blocking diode cooling cooler and the blocking diode protection snubber circuit provided in association with the blocking diode inserted between the pantograph and the filter capacitor are: Despite the relatively small size of the blocking diode, it has been forced to increase its size. For this reason, there has been a great demand for downsizing of the cooler and the snubber circuit provided in association with the blocking diode while maintaining the function as the auxiliary power supply device for vehicles.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ブロッキングダイオードに付随して設けられる冷却器およびスナバ回路をより小型化することができる車両用補助電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an auxiliary power supply device for a vehicle that can further reduce the size of a cooler and a snubber circuit provided in association with a blocking diode.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる車両用補助電源装置は、鉄道車両に搭載され、架線から入力される直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路を備えると共に、推進モータを駆動するインバータ装置と並列関係に接続される車両用補助電源装置であって、前記架線と前記インバータ回路との間には、当該インバータ回路側から前記架線側への逆流を防止するブロッキングダイオードが設けられており、このブロッキングダイオードがワイドバンド半導体によって形成されたショットキー・バリア・ダイオードであることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an auxiliary power supply for a vehicle according to the present invention is mounted on a railway vehicle, converts DC power or AC power input from an overhead line into desired AC power, and loads it. An auxiliary power device for a vehicle that is connected in parallel with an inverter device that drives a propulsion motor, between the overhead wire and the inverter circuit, from the inverter circuit side. A blocking diode for preventing backflow to the overhead line side is provided, and this blocking diode is a Schottky barrier diode formed of a wideband semiconductor.
本発明に係る車両用補助電源装置によれば、ブロッキングダイオードに付随して設けられる冷却器およびスナバ回路を小型化することができるという効果を奏する。 According to the auxiliary power supply for a vehicle according to the present invention, there is an effect that the cooler and the snubber circuit provided in association with the blocking diode can be reduced in size.
以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる車両用補助電源装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an auxiliary power supply for a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
<実施の形態>
図1は、本願実施の形態の鉄道車両における主回路構成の一例を簡略化して示す図である。鉄道車両における主回路は、図1に示すように、2つの主回路を有する構成となる。主回路の一つは、鉄道車両(以下単に「車両」という)の屋根上に設置されたパンタグラフ2を介して架線1から供給される直流電力(例えばDC750(V)、DC1500(V)など)を取り込んで推進モータ7を制御するVVVF(Variable Voltage Variable Frequency)インバータ装置(以下単に「VVVF」と表記)4を成す回路であり、主回路のもう一つは、VVVF4と並列関係に接続され、このVVVF4と同様に架線1からの直流電力を取り込んで車両内の照明、エアコン装置、コンプレッサ、ブレーキ装置、列車情報処理装置など、推進モータ7以外の車両内電気機器(以下「負荷」と表記)10に所望の電力を供給する車両用補助電源装置(Static InVeter:SIV)5を成す回路である。<Embodiment>
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a main circuit configuration in a railway vehicle according to an embodiment of the present application. As shown in FIG. 1, the main circuit in the railway vehicle has a configuration having two main circuits. One of the main circuits is DC power (for example, DC750 (V), DC1500 (V), etc.) supplied from the
SIV5は、直列接続された上下一対のアーム(スイッチング素子)を複数個(図1の例では3個)並列に接続した3相インバータ回路INV1、3相インバータ回路INV1の両端(直流側端子)に並列に接続されるフィルタコンデンサFC1および、3相インバータ回路INV1の交流端子に接続されるトランスTrを有して構成され、トランスTrの出力が負荷10に供給される。
SIV5 is connected to both ends (DC side terminals) of a three-phase inverter circuit INV1 and a three-phase inverter circuit INV1 in which a plurality (three in the example of FIG. 1) of a pair of upper and lower arms (switching elements) connected in series are connected in parallel. A filter capacitor FC1 connected in parallel and a transformer Tr connected to the AC terminal of the three-phase inverter circuit INV1 are configured, and the output of the transformer Tr is supplied to the
また、SIV5は、架線1と主回路とを電気的に切り離すためのスイッチSW1、スイッチSW1に直列に接続されフィルタコンデンサFC1と共に3相インバータ回路INV1への入力電圧を平滑するフィルタリアクトルFL1、SIV5側からVVVF4側に電流が逆流することを防止するためのブロッキングダイオードBD1および、ブロッキングダイオードBD1の保護回路となるスナバ回路9を有する。スナバ回路9は、スナバコンデンサCs、スナバコンデンサCsに直列に接続されるスナバ抵抗RsおよびスナバコンデンサCsの電荷を放電するための放電抵抗Rcを有し、スナバコンデンサCsおよびスナバ抵抗Rsの直列回路ならびに放電抵抗RcのそれぞれがブロッキングダイオードBD1の両端に並列に接続される。
SIV5 is a switch SW1 for electrically disconnecting the
一方、VVVF4は、SIV5と同様に直列接続された上下一対のアーム(スイッチング素子)を複数個(図1の例では3個)並列に接続した3相インバータ回路INV2、3相インバータ回路INV2の両端(直流側端子)に並列に接続されるフィルタコンデンサFC2、架線1と3相インバータ回路INV2とを電気的に切り離すためのスイッチSW2および、スイッチSW2に直列に接続されフィルタコンデンサFC2と共に3相インバータ回路INV2への入力電圧を平滑するフィルタリアクトルFL2を有して構成され、3相インバータ回路INV2の出力を推進モータ7に供給することで推進モータ7を駆動する。
On the other hand, VVVF4 is similar to SIV5, and is connected to both ends of a three-phase inverter circuit INV2 and a three-phase inverter circuit INV2 in which a plurality (three in the example of FIG. 1) of a pair of upper and lower arms (switching elements) connected in series are connected in parallel. A filter capacitor FC2 connected in parallel to the (DC side terminal), a switch SW2 for electrically disconnecting the
なお、図1の例では、直流架線の電気車に対する適用例を示したが、交流架線の電気車においても、交流入力をコンバータにて直流電力に変換して平滑コンデンサに蓄積し、蓄積した直流電力を3相インバータ回路にて再度交流電力に変換する回路部分の構成および動作は同一もしくは同等である。このため、交流架線の電気車に対しても同様な適用が可能である。 In the example of FIG. 1, an application example of a DC overhead wire to an electric vehicle is shown, but also in an AC overhead wire electric vehicle, an AC input is converted into DC power by a converter and accumulated in a smoothing capacitor. The configuration and operation of a circuit portion that converts electric power to AC power again by a three-phase inverter circuit are the same or equivalent. For this reason, the same application is possible also to the electric vehicle of an AC overhead wire.
また、図1の構成では、VVVF4およびSIV5のそれぞれにフィルタリアクトル(FL1,FL2)を設ける構成であるが、これらフィルタリアクトルFL1,FL2を共用する構成も可能である。
Further, in the configuration of FIG. 1, the filter reactors (FL1, FL2) are provided in each of the VVVF 4 and
(ブロッキングダイオードの役割)
つぎに、ブロッキングダイオードの役割について、図2〜図4の図面を参照して説明する。(Role of blocking diode)
Next, the role of the blocking diode will be described with reference to FIGS.
図2は、図1に示す回路の通常時の動作状態を示しており、パンタグラフ2が架線1に接触し、架線1からパンタグラフ2を介してSIV5に電流が流れ、SIV5の3相インバータ回路INV1を経由して車両内にある負荷10に電力が供給される。同様に、パンタグラフ2を介してVVVF4に電流が流れ、推進モータ7に電力が供給され、車両は加速状態に制御される。
FIG. 2 shows a normal operation state of the circuit shown in FIG. 1, in which the
図3は、図1の構成からブロッキングダイオードBD1がない場合の動作状態を示す図である。例えば、図2の状態において、架線1とパンタグラフ2が離れた(以下「離線」という)場合、推進モータ7への電力供給はVVVF4のフィルタコンデンサFC2に蓄積された電荷を放出することにより行われ、負荷10への電力供給は、SIV5のフィルタコンデンサFC1に蓄えられた電荷を放出することによって供給される。推進モータ7への電力供給は、フィルタコンデンサFC2の電圧VFC2が低下して動作許容範囲を下回り、電力供給ができなくなるまで継続する。このとき、SIV5のフィルタコンデンサFC1の電荷もVVVF4の負荷である推進モータ7に供給され、かつ、一般的には推進モータ7が加速しているときのVVVF4の供給電力は、SIV5の負荷供給電力よりも大きいため、VVVF4側に電力供給をするためSIV5のフィルタコンデンサFC1の電圧VFC1が急速に低下する。FIG. 3 is a diagram illustrating an operation state when the blocking diode BD1 is not provided from the configuration of FIG. For example, when the
その一方で、SIV5としては、離線が発生しても運転を継続して、負荷10に対する電力供給を継続しなければならない。離線の期間、SIV5が運転を継続するためには、VVVF4側に供給する電力量を見越して大きな容量のフィルタコンデンサFC1を用意しておく必要がある。
On the other hand, as SIV5, even if a disconnection occurs, operation must be continued and power supply to the
一方、図4は、ブロッキングダイオードBD1がある場合の動作状態を示す図である。例えば、図2の状態において、パンタグラフ2が架線1から離線した場合、SIV5のフィルタコンデンサFC1からVVVF4側への電荷放出は、ブロッキングダイオードBD1によって阻止されるため、SIV5のフィルタコンデンサFC1は、離線期間においては、SIV5の負荷10側のみに限定して電荷を放出することになる。したがって、SIV5は、VVVF4側への電力供給を考慮する必要はなく、フィルタコンデンサFC1を小型化することが可能となる。こういった理由で、SIV5には、ブロッキングダイオードBD1が設置される。
On the other hand, FIG. 4 is a diagram illustrating an operation state when the blocking diode BD1 is present. For example, in the state of FIG. 2, when the
(従来技術におけるブロッキングダイオードのリカバリ動作)
図5は、従来技術におけるブロッキングダイオードBD1のリカバリ動作を説明するための模式的回路図である。また、図6は、従来技術におけるブロッキングダイオードBD1のリカバリ動作を説明するためのタイムチャートである。これらの図は、パンタグラフ2を介して架線1からSIV5の3相インバータ回路INV1に直流電力が供給され、かつ、3相インバータ回路INV1から負荷10に電力が供給されている状態において、例えば架線電圧ESが数百V程度急降下した場合の動作を示している。(Recovery operation of blocking diode in the prior art)
FIG. 5 is a schematic circuit diagram for explaining the recovery operation of the blocking diode BD1 in the prior art. FIG. 6 is a time chart for explaining the recovery operation of the blocking diode BD1 in the prior art. These figures show, for example, an overhead voltage in a state where DC power is supplied from the
図5に示すように、架線1からパンタグラフ2を介し、フィルタリアクトルFL1→ブロッキングダイオードBD1→3相インバータ回路INV1→負荷10という経路で電流iSIVが流れている状態において、架線電圧ESの急変によって架線電圧ESが急激に低下した場合(「Period−A」から「Period−B」への移行時)、一瞬の期間において、架線電圧ESがフィルタコンデンサFC1に充電されているフィルタコンデンサ電圧VFC1よりも低くなる(図6(a)参照)。このため、架線急変時において、ブロッキングダイオードBD1には、架線電圧ESとフィルタコンデンサ電圧VFC1との差分電圧Vrが逆方向電圧として印加される(図6(b)参照)。このとき、ブロッキングダイオードBD1には、順方向に電流が流れていた状態から逆方向の電圧が印加される。このため、ブロッキングダイオードBD1には、一瞬の期間、電流が逆方向に流れるリカバリ電流irrが流れる(図6(c)参照)。このリカバリ電流irrが消滅するときの電流変化率di/dtと、回路の持つインダクタンス(つまりフィルタリアクトルFL1のインダクタンス成分と回路の浮遊インダクタンス成分との和)との積により発生するサージ電圧ΔVSが上記Vrに重畳され、結局のところ、ΔVS+Vr=Vrrの電圧がブロッキングダイオードBD1の逆方向に印加されることになる(図6(b)参照)。As shown in FIG. 5, when the current i SIV flows from the
(ブロッキングダイオードにSiダイオードを用いたときのリカバリ動作)
図7は、ブロッキングダイオードBD1にSiダイオードを用いたときのリカバリ動作を説明するための簡略回路図である。また、図8は、ブロッキングダイオードBD1にSiダイオードを用いたときのリカバリ動作の詳細な動作状態を示すタイムチャートである。(Recovery operation when Si diode is used as blocking diode)
FIG. 7 is a simplified circuit diagram for explaining a recovery operation when a Si diode is used as the blocking diode BD1. FIG. 8 is a time chart showing a detailed operation state of the recovery operation when a Si diode is used as the blocking diode BD1.
まず、Period−(1)において、架線1からフィルタリアクトルFL1を介してブロッキングダイオードBD1に順方向に電流iSIVが流れている状態から、架線1が急変し架線電圧ESが急激に低下した場合、架線電圧ES<フィルタコンデンサ電圧VFC1となり、ブロッキングダイオードBD1の順方向に流れていた電流iSIVは、Period−(2)の期間減少する。また、このとき、この電流iSIVは、フィルタコンデンサ電圧VFC1と架線電圧ESとの差電圧の大きさと電流経路に存在するインダクタンス成分との関係で決まる−di/dt(1)の傾きで減少し、0(A)を下回った後は、リカバリ電流irrとして、同じ−di/dt(1)の傾きでマイナス方向へ増加して行く(di/dt=(フィルタコンデンサ電圧VFC1―架線電圧ES)/(フィルタリアクトルFL1のインダクタンス成分+浮遊インダクタンスPL1のインダクタンス成分)=(VFC1―ΔES)/(L1+L2))。First, in Period- (1), when the current i SIV flows from the
リカバリ電流irrがピーク(負のピーク)となった後は減少に転じ、+di/dt(2)の傾きを持って0(A)になる(Period−(3))。このとき、この+di/dt(2)と回路中のインダクタンス成分との積によって、逆起電圧VS=+(di/dt(2))×(L1+L2)が発生する。一方、架線電圧ESの急変後、フィルタコンデンサ電圧VFC1は、Period−(2)の期間で放出した電荷によってその値が若干減少する。このときのフィルタコンデンサ電圧VFC1と架線電圧ESとの差をΔES’とすると、ブロッキングダイオードBD1の逆方向に印加される電圧Vrrは、Vrr=ΔES’+VSとなる。After the recovery current irr reaches a peak (negative peak), it starts decreasing and becomes 0 (A) with a slope of + di / dt (2) (Period− (3)). At this time, a counter electromotive voltage V S = + (di / dt (2)) × (L1 + L2) is generated by the product of + di / dt (2) and the inductance component in the circuit. On the other hand, after a sudden change of the overhead wire voltage E S, the filter capacitor voltage V FC1, the value is reduced slightly by the charge released in a period of Period- (2). If the difference between the filter capacitor voltage V FC1 and the overhead wire voltage E S at this time is ΔE S ′, the voltage Vrr applied in the reverse direction of the blocking diode BD1 is Vrr = ΔE S ′ + V S.
(SIV5以外の機器が地絡した場合の回路動作)
例えば、図9に示すように、SIV5に並列に接続されているSIV5以外の他機器(例えばVVVF4など)11側で直流母線が地絡したような場合、架線電圧ESは急激に0(V)まで低下する。このとき、上記図7および図8で説明したように、ブロッキングダイオードBD1のリカバリ動作現象によって、ブロッキングダイオードBD1の逆方向印加電圧Vrrは図10に示すように、Vrr=ES+VSとなる。(Circuit operation when equipment other than SIV5 is grounded)
For example, as shown in FIG. 9, when the DC bus is grounded on the other side (for example, VVVF4) 11 other than SIV5 connected in parallel to SIV5, the overhead line voltage E S suddenly becomes 0 (V ). At this time, as described with reference to FIG. 7 and FIG. 8, the recovery operation phenomenon of blocking diodes BD1, backward applied voltage Vrr blocking diode BD1, as shown in FIG. 10, the Vrr = E S + V S.
ここで、ブロッキングダイオードBD1は、Vrrの電圧では壊れないように充分に高い耐圧を有していなければならず、逆起電圧VSが高いほど高耐圧のダイオードを選定する必要があると共に、無論、上記のような地絡などの外部異常状態においても壊れないように設計する必要がある。このため、ブロッキングダイオードBD1を有するSIV5の回路設計においては、逆起電圧VSが可能な限り小さくなるように考慮しなければならない。Here, the blocking diode BD1 must have a sufficiently high breakdown voltage so as not to be broken at a voltage of Vrr. It is necessary to select a diode having a higher breakdown voltage as the back electromotive voltage V S is higher. It is necessary to design so as not to break even in an external abnormal state such as the ground fault as described above. For this reason, in the circuit design of SIV5 having the blocking diode BD1, it is necessary to consider that the back electromotive voltage V S is as small as possible.
(従来技術におけるスナバ回路の動作)
上記のとおり、逆起電圧VSを小さくすることがブロッキングダイオードBD1の選定に大きく影響する。一方、逆起電圧VSを小さくするためには、リカバリ後の電流変化率である(+di/dt(2))を可能な限り小さくすることによって達成できる。(Operation of snubber circuit in the prior art)
As described above, reducing the back electromotive voltage V S greatly affects the selection of the blocking diode BD1. On the other hand, the back electromotive voltage V S can be reduced by reducing (+ di / dt (2)), which is the current change rate after recovery, as much as possible.
図11は、スナバ回路の効果を説明するための回路図であり、図12は、スナバ回路の効果を説明するためのタイムチャートである。図12において、太実線で示す波形は、スナバ回路を設けないときの電流(iSIV)および電圧(VBD1)である。図11に示すように、スナバコンデンサCsをブロッキングダイオードBD1に並列に接続することにより、リカバリ時の電流irは、ブロッキングダイオードBD1の逆方向と同時にスナバコンデンサ側にも分流する(図示のirs)。この作用により、ブロッキングダイオードBD1のダイオード特性により決定されるリカバリ時の+di/dt(2)(図12の実線部波形)が、スナバコンデンサCsと回路のインダクタンス成分(フィルタリアクトルFL1のインダクタンス成分L1+浮遊インダクタンスPL1のインダクタンス成分L2)との共振により決まる+di/dt(3)(図12の破線部波形)になる。このとき、ブロッキングダイオードBD1のリカバリ特性を決める電荷量に対して充分に大きな容量のスナバコンデンサCsを選定することにより、この+di/dt(3)の値を、+di/dt(2)の値よりも極めて小さくすることができる(di/dt(2)>>di/dt(3))。その結果、di/dtと回路中のインダクタンス成分との積によって決まる逆起電圧VSは、スナバ回路有りの逆起電圧VS(2)と、スナバ回路無しの逆起電圧VS(3)との間にVS(2)>>VS(3)の関係を生じさせることができる。このように、スナバコンデンサCsを設けることにより、逆起電圧VSを小さくすることができ、ブロッキングダイオードBD1の耐圧も、理にかなったリーズナブルな耐圧品を選定することができるようになる。FIG. 11 is a circuit diagram for explaining the effect of the snubber circuit, and FIG. 12 is a time chart for explaining the effect of the snubber circuit. In FIG. 12, the waveform indicated by the thick solid line is the current (i SIV ) and voltage (V BD1 ) when no snubber circuit is provided. As shown in FIG. 11, by connecting the snubber capacitor Cs in parallel to the blocking diode BD1, the recovery current ir is shunted to the snubber capacitor side simultaneously with the reverse direction of the blocking diode BD1 (ills shown). By this action, + di / dt (2) (solid line waveform in FIG. 12) at the time of recovery determined by the diode characteristics of the blocking diode BD1 is the inductance component of the snubber capacitor Cs and the circuit (inductance component L1 of the filter reactor FL1 + floating) It becomes + di / dt (3) (a broken line waveform in FIG. 12) determined by resonance with the inductance component L2) of the inductance PL1. At this time, by selecting a snubber capacitor Cs having a sufficiently large capacity with respect to the charge amount that determines the recovery characteristic of the blocking diode BD1, the value of + di / dt (3) is set to be greater than the value of + di / dt (2). Can also be made extremely small (di / dt (2) >> di / dt (3)). As a result, the counter electromotive voltage V S determined by the product of di / dt and the inductance component in the circuit is the counter electromotive voltage V S (2) with the snubber circuit and the counter electromotive voltage V S (3) without the snubber circuit. The relationship V S (2) >> V S (3) can be generated between the two. Thus, by providing the snubber capacitor Cs, the back electromotive voltage V S can be reduced, and a reasonably reasonable withstand voltage can be selected for the blocking diode BD1.
なお、本実施の形態のスナバ回路では、スナバコンデンサCsだけでは、フィルタリアクトルFL1との共振が持続するため、図1、図11などに示すように、スナバコンデンサCsに対し直列にスナバ抵抗Rsを配置し、共振が継続しないようにしている。また、スナバコンデンサCsが充電した後にスナバコンデンサCsの電荷を放電させるため、スナバコンデンサCsとスナバ抵抗Rsとの直列回路に対し並列に放電抵抗Rcを配置している。なお、放電抵抗Rcがない場合、スナバコンデンサCsの充電電荷は、ブロッキングダイオードBD1に阻止され放電することができない。 In the snubber circuit of the present embodiment, resonance with the filter reactor FL1 is sustained only by the snubber capacitor Cs. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 11, a snubber resistor Rs is provided in series with the snubber capacitor Cs. It is arranged so that resonance does not continue. Further, in order to discharge the electric charge of the snubber capacitor Cs after the snubber capacitor Cs is charged, the discharge resistor Rc is arranged in parallel with the series circuit of the snubber capacitor Cs and the snubber resistor Rs. In addition, when there is no discharge resistance Rc, the charge of the snubber capacitor Cs is blocked by the blocking diode BD1 and cannot be discharged.
(従来技術の課題)
従来のSIVは、上記のように構成され、また、従来技術では、シリコン系のプレーンダイオード(プレーナ型ダイオード)を用いていたため、リカバリ電流が大きかった。このため、ブロッキングダイオードの耐圧をリーズナブルにするには、大きなスナバコンデンサを接続して、リカバリ電流によって発生するサージ電圧を抑制する必要があった。また、この種のスナバコンデンサに蓄積された充電電荷を放出するための放電抵抗も、スナバコンデンサの容量やサイズに応じて大きくなっていた。(Prior art issues)
The conventional SIV is configured as described above, and the conventional technique uses a silicon-based plain diode (planar diode), and thus has a large recovery current. For this reason, in order to make the withstand voltage of the blocking diode reasonable, it is necessary to connect a large snubber capacitor to suppress the surge voltage generated by the recovery current. In addition, the discharge resistance for discharging the charge stored in this type of snubber capacitor has also increased according to the capacity and size of the snubber capacitor.
また、SIVでは、通常動作時において、ブロッキングダイオードには常時順方向電流が流れており、通電損失が常時発生する。このため、ブロッキングダイオードは、SIVの効率を低下させる要因となっていた。さらに、SIVでは、スナバ回路に加えブロッキングダイオードを冷却する冷却器が必要となり、装置の大型化や高コスト化の要因となっていた。 In SIV, forward current always flows through the blocking diode during normal operation, and energization loss always occurs. For this reason, the blocking diode has been a factor of reducing the efficiency of SIV. Furthermore, in SIV, a cooler that cools the blocking diode in addition to the snubber circuit is required, which has been a factor in increasing the size and cost of the device.
その一方で、スナバ回路を小さくしたり、省略したりするには、架線電圧に対して、非常に高い耐圧を有するブロッキングダイオードが必要となるが、この場合、ダイオードが高額化するという欠点がある。また、この種のダイオードを用いる場合、順方向電圧も増大するため、通電損失が大きくなるという問題がある。したがって、高耐圧のブロッキングダイオードを使用することは、ダイオードの高額化、冷却器の大型化、通電損失の増大などを招来し、スナバ回路を省略できるという利点は全く生きて来ない。 On the other hand, in order to reduce or omit the snubber circuit, a blocking diode having a very high breakdown voltage with respect to the overhead line voltage is required. In this case, there is a disadvantage that the diode is expensive. . Further, when this type of diode is used, the forward voltage also increases, and there is a problem that energization loss increases. Therefore, the use of a high-breakdown-voltage blocking diode leads to an increase in the cost of the diode, an increase in the size of the cooler, an increase in energization loss, and the advantage that the snubber circuit can be omitted at all.
また、珪素(シリコン:Si)系のショットキー・バリア・ダイオードを使えば順方向電圧が小さくなり、通電損失を減らすことができる。しかしながら、シリコン系のショットキー・バリア・ダイオードでは、耐圧が高くできないため、鉄道車両用のアプリケーションとして、750V架線や1500V架線などの高耐圧用途に適用するには、ダイオード素子の並列化および直列化が必須であり、装置の大型化、高価格化を招き、損失も増大するという弊害が生じてくる。 In addition, if a silicon (silicon: Si) -based Schottky barrier diode is used, the forward voltage is reduced and the conduction loss can be reduced. However, since a silicon Schottky barrier diode cannot have a high breakdown voltage, in order to apply it to a high-voltage application such as a 750V overhead line or a 1500V overhead line as an application for a railway vehicle, the diode elements are parallelized and serialized. Is inevitable, resulting in an increase in the size and cost of the apparatus and an increase in loss.
(本願実施の形態の要旨およびその技術説明)
上述した種々の問題点および制約を解決するため、本願実施の形態では、SIVのブロッキングダイオードに炭化珪素(シリコン・カーバイド:SiC)を基材とするショットキー・バリア・ダイオードを適用した。ここで、SiCショットキー・バリア・ダイオードは、順方向電圧がシリコンプレーナダイオードよりも低く、通電損失を小さくできると共に、理想的にはリカバリ電流が流れないため、スナバ回路を小さくしたり、また省略したりすることができる。(The gist of the embodiment of the present application and its technical description)
In order to solve the various problems and restrictions described above, in this embodiment, a Schottky barrier diode based on silicon carbide (SiC) is applied to the SIV blocking diode. Here, the SiC Schottky barrier diode has a forward voltage lower than that of the silicon planar diode, can reduce the conduction loss, and ideally no recovery current flows, so the snubber circuit can be made smaller or omitted. You can do it.
図13は、SiCショットキー・バリア・ダイオードをブロッキングダイオードとして用いたときのリカバリ動作を説明するための簡略回路図である。また、図14は、SiCショットキー・バリア・ダイオードをブロッキングダイオードとして用いたときのリカバリ動作の詳細な動作状態を示すタイムチャートである。 FIG. 13 is a simplified circuit diagram for explaining a recovery operation when a SiC Schottky barrier diode is used as a blocking diode. FIG. 14 is a time chart showing a detailed operation state of the recovery operation when the SiC Schottky barrier diode is used as a blocking diode.
まず、図14に示すように、架線1からパンタグラフ2を介しブロッキングダイオードBD1に順方向電流が流れているPeriod−(1)から、架線急変などにより架線電圧ESが急激に低下したPeriod−(2)までの動作については、従来技術の項で説明した内容と同一である。一方、SiCショットキー・バリア・ダイオードを用いた場合、Period−(2)の終期でSIVの電流が0(A)になった後にリカバリ電流が流れないため(図13参照)、ブロッキングダイオードBD1に印加される逆方向印加電圧Vrrは、架線電圧ESとPeriod−(2)後のフィルタコンデンサ電圧VFC1との差電圧、つまり、逆方向印加電圧Vrrは、Vrr≒Vr=ES−VFC1のみとなる。First, as shown in FIG. 14, from the blocking diode BD1 through the
より具体的に、例えば、SIV以外の他機器による母線地絡などで、架線電圧ESが急激に0(V)になったとしても、理想的にはブロッキングダイオードBD1には、架線電圧ES以上の電圧は加わらないため、ブロッキングダイオードBD1の耐圧は架線電圧ESに対して少しだけ高ければよい。More specifically, for example, even if the overhead line voltage E S suddenly becomes 0 (V) due to a ground fault of the bus other than the SIV, ideally the overhead line voltage E S is applied to the blocking diode BD1. because not applied voltages above the breakdown voltage of the blocking diode BD1 may be higher slightly relative to the overhead line voltage E S.
したがって、ブロッキングダイオードBD1にSiCショットキー・バリア・ダイオードを用いれば、理想的にはスナバコンデンサCs、スナバ抵抗Rsおよび放電抵抗Rcからなるスナバ回路は不要となる。なお、回路上の浮遊キャパシタンスなどの影響により、若干のサージ電圧が発生する場合がある。このため、回路構成や、SiCショットキー・バリア・ダイオードの特性如何によっては、スナバ回路が必要となるケースも出て来るが、このような場合でも、スナバ回路、即ち、スナバコンデンサCsおよびスナバ抵抗Rsのサイズ、容量などを小さくすることができる。 Therefore, if a SiC Schottky barrier diode is used as the blocking diode BD1, a snubber circuit composed of the snubber capacitor Cs, the snubber resistor Rs, and the discharge resistor Rc is ideally unnecessary. Note that a slight surge voltage may occur due to the influence of floating capacitance on the circuit. For this reason, a snubber circuit may be necessary depending on the circuit configuration and the characteristics of the SiC Schottky barrier diode. Even in such a case, the snubber circuit, that is, the snubber capacitor Cs and the snubber resistor may be used. The size and capacity of Rs can be reduced.
(本願実施の形態による効果)
上述したように、本実施の形態の車両用補助電源装置によれば、架線とインバータ回路との間にインバータ回路側から架線側への逆流を防止するブロッキングダイオードを設けると共に、このブロッキングダイオードにSiCショットキー・バリア・ダイオードを適用したので、ブロッキングダイオードを保護するスナバ回路を省略することができ、もしくは限りなく小さくすることができるという効果が得られる。(Effects of the present embodiment)
As described above, according to the auxiliary power supply for a vehicle of the present embodiment, a blocking diode for preventing a backflow from the inverter circuit side to the overhead line side is provided between the overhead line and the inverter circuit, and SiC is provided in this blocking diode. Since the Schottky barrier diode is applied, an effect that the snubber circuit for protecting the blocking diode can be omitted or can be made as small as possible is obtained.
また、ブロッキングダイオードをSiCショットキー・バリア・ダイオードとすることにより、ブロッキングダイオードの耐圧を汎用品を選定できるレベルまで引き下げることができるという効果が得られる。 Further, by using a SiC Schottky barrier diode as the blocking diode, it is possible to reduce the breakdown voltage of the blocking diode to a level at which a general-purpose product can be selected.
また、SiCの順方向電圧はシリコンより低くかつ許容動作温度もシリコンにくらべ格段に高くなるため、冷却器の放熱フィンも非常に小さくすることができ、装置の小型化、低コスト化に大きく貢献できるという効果が得られる。 In addition, since the forward voltage of SiC is lower than that of silicon and the allowable operating temperature is much higher than that of silicon, the heat dissipating fins of the cooler can be made very small, greatly contributing to downsizing and cost reduction of the device. The effect that it can be obtained.
なお、SiCは、Siよりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である。このSiC以外にも、例えば窒化ガリウム(GaN)系材料または、ダイヤモンド(C)を用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらの特性もSiCに類似した点が多い。したがって、SiC以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる構成も、本願の要旨を成すものである。 Note that SiC is an example of a semiconductor referred to as a wide band gap semiconductor, taking into account the characteristic that the band gap is larger than that of Si. In addition to this SiC, for example, a semiconductor formed using a gallium nitride (GaN) -based material or diamond (C) belongs to a wide band gap semiconductor, and their characteristics are also similar to SiC. Therefore, a configuration using a wide band gap semiconductor other than SiC also forms the gist of the present application.
また、上記では、補助電源装置の主回路が3相回路である場合を一例として説明したが、単相交流や直流を出力する補助電源装置に対しても同様の効果があることは言うまでもない。 In the above description, the case where the main circuit of the auxiliary power supply device is a three-phase circuit has been described as an example. Needless to say, the auxiliary power supply device that outputs single-phase alternating current or direct current has the same effect.
以上のように、本発明に係る車両用補助電源装置は、ブロッキングダイオードに付随して設けられる冷却器およびスナバ回路をより小型化することができる発明として有用である。 As described above, the auxiliary power supply for a vehicle according to the present invention is useful as an invention that can further reduce the size of the cooler and the snubber circuit provided in association with the blocking diode.
1 架線
2 パンタグラフ
4 VVVFインバータ装置(VVVF)
5 車両用補助電源装置(SIV)
7 推進モータ
9 スナバ回路
10 負荷
11 他機器
BD1 ブロッキングダイオード
FC1,FC2 フィルタコンデンサ
FL1,FL2 フィルタリアクトル
INV1,INV2 3相インバータ回路
PL1 浮遊インダクタンス
Cs スナバコンデンサ
Rc 放電抵抗
Rs スナバ抵抗
SW1,SW2 スイッチ
Tr トランス1
5 Vehicle auxiliary power supply (SIV)
7
Claims (4)
前記架線と前記インバータ回路との間には、当該インバータ回路側から前記架線側への逆流を防止するブロッキングダイオードが設けられており、
このブロッキングダイオードがワイドバンド半導体によって形成されたショットキー・バリア・ダイオードであることを特徴とする車両用補助電源装置。A vehicle that is mounted on a railway vehicle and includes an inverter circuit that converts DC power or AC power input from an overhead line into desired AC power and supplies it to a load, and is connected in parallel with an inverter device that drives a propulsion motor Auxiliary power supply for
Between the overhead wire and the inverter circuit, a blocking diode that prevents backflow from the inverter circuit side to the overhead wire side is provided,
An auxiliary power supply for a vehicle, wherein the blocking diode is a Schottky barrier diode formed of a wideband semiconductor.
前記架線と前記インバータ回路との間には、当該インバータ回路側から当該架線側への逆流を防止するブロッキングダイオードが設けられており、
このブロッキングダイオードがワイドバンド半導体によって形成されたショットキー・バリア・ダイオードであることを特徴とする車両用補助電源装置。A vehicle auxiliary power supply device including an inverter circuit that is mounted on a railway vehicle and converts DC power or AC power input from an overhead line into desired AC power and supplies the load to a load.
Between the overhead wire and the inverter circuit, a blocking diode for preventing a backflow from the inverter circuit side to the overhead wire side is provided,
An auxiliary power supply for a vehicle, wherein the blocking diode is a Schottky barrier diode formed of a wideband semiconductor.
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0731069A (en) * | 1993-07-09 | 1995-01-31 | Integuran Kk | Battery charger |
JP2002051564A (en) * | 2000-08-02 | 2002-02-15 | High Frequency Heattreat Co Ltd | Snubber circuit |
JP2006014489A (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Toshiba Corp | Power converting device for electric vehicle |
JP2007049836A (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Hitachi Ltd | Power converter and electric train for electric railway |
JP2007173783A (en) * | 2005-11-25 | 2007-07-05 | Denso Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2009072027A (en) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Toshiba Corp | Power supply device for electric rolling stock |
JP2010193589A (en) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Hitachi Ltd | Battery system |
JP2010232576A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Hitachi Ltd | Power semiconductor apparatus |
JP2011010404A (en) * | 2009-06-24 | 2011-01-13 | Hitachi Ltd | Power converter, and electric motor drive device and transportation system employing the same |
-
2011
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0731069A (en) * | 1993-07-09 | 1995-01-31 | Integuran Kk | Battery charger |
JP2002051564A (en) * | 2000-08-02 | 2002-02-15 | High Frequency Heattreat Co Ltd | Snubber circuit |
JP2006014489A (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Toshiba Corp | Power converting device for electric vehicle |
JP2007049836A (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Hitachi Ltd | Power converter and electric train for electric railway |
JP2007173783A (en) * | 2005-11-25 | 2007-07-05 | Denso Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2009072027A (en) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Toshiba Corp | Power supply device for electric rolling stock |
JP2010193589A (en) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Hitachi Ltd | Battery system |
JP2010232576A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Hitachi Ltd | Power semiconductor apparatus |
JP2011010404A (en) * | 2009-06-24 | 2011-01-13 | Hitachi Ltd | Power converter, and electric motor drive device and transportation system employing the same |
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