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JP2012170327A - Multilevel inverter - Google Patents

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JP2012170327A JP2012108873A JP2012108873A JP2012170327A JP 2012170327 A JP2012170327 A JP 2012170327A JP 2012108873 A JP2012108873 A JP 2012108873A JP 2012108873 A JP2012108873 A JP 2012108873A JP 2012170327 A JP2012170327 A JP 2012170327A
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    • H02M7/487Neutral point clamped inverters

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilevel inverter configured to reduce at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies compared to a conventional multilevel inverter.SOLUTION: A multilevel inverter 1 includes inverter arms 6000 and 6001. The inverter arm 6000 is disposed between a maximum potential point and a minimum potential point, and includes a second switching element group in which switching elements 611a-614a with diodes 611b-614b connected thereto in reverse parallel are connected in series. The inverter arm 6000 includes a diode 621 for each of power supply connection points and a diode 622 for each of the power supply connection points. A connection point of connection points between the switching elements included in the second switching element group, at which the number of the switching elements disposed between them and the maximum potential point and the number of the switching elements disposed between them and the minimum potential point are equal to each other, and a U-phase output terminal 606 are connected to each other.

Description

本発明は、マルチレベルインバータに関するものである。   The present invention relates to a multilevel inverter.

従来、マルチレベルインバータとして、例えば特許文献1に示されるもののように種々のものが提案されている。図25は、従来の単相3レベルインバータの一方の相(U相と称する)の構成を示す回路図である。   Conventionally, various types of multi-level inverters such as those disclosed in Patent Document 1 have been proposed. FIG. 25 is a circuit diagram showing a configuration of one phase (referred to as U phase) of a conventional single-phase three-level inverter.

参照符号101,102で示される構成要素は、直流電源である。直流電源101は、プラス極が直流電圧端子101aに接続され、マイナス極が直流電圧端子102aに接続されており、直流電圧端子101aと直流電圧端子102aとの間に、1/2Vボルトの電圧を印加する。直流電源102は、プラス極が直流電圧端子102aに接続され、マイナス極が直流電圧端子103aに接続されており、直流電圧端子102aと直流電圧端子103aとの間に、1/2Vボルトの電圧を印加する。これにより、直流電圧端子101a〜103aには、電圧レベルの異なる直流電圧が、それぞれ発生する。   A component indicated by reference numerals 101 and 102 is a DC power source. The DC power source 101 has a positive pole connected to the DC voltage terminal 101a and a negative pole connected to the DC voltage terminal 102a. A voltage of 1/2 V volts is applied between the DC voltage terminal 101a and the DC voltage terminal 102a. Apply. The DC power source 102 has a positive pole connected to the DC voltage terminal 102a and a negative pole connected to the DC voltage terminal 103a. A voltage of 1/2 V volts is applied between the DC voltage terminal 102a and the DC voltage terminal 103a. Apply. As a result, DC voltages having different voltage levels are generated at the DC voltage terminals 101a to 103a, respectively.

直流電圧端子101a〜103aと、U相出力端子106との間には、インバータアーム131が設けられている。インバータアーム131は、直列に接続されているスイッチング素子111a〜114aと、それぞれのスイッチング素子に逆並列接続されているダイオード111b〜114bと、直流分圧点である直流電圧端子102aにアノードが接続されているダイオード121と、上記直流分圧点にカソードが接続されているダイオード122とにより構成されている。そして、スイッチング素子111a〜114aを選択的にPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御することにより、U相出力端子106からU相電圧が出力される。   An inverter arm 131 is provided between the DC voltage terminals 101 a to 103 a and the U-phase output terminal 106. The inverter arm 131 has an anode connected to switching elements 111a to 114a connected in series, diodes 111b to 114b connected in antiparallel to the respective switching elements, and a DC voltage terminal 102a that is a DC voltage dividing point. And a diode 122 having a cathode connected to the DC voltage dividing point. The U-phase voltage is output from the U-phase output terminal 106 by selectively controlling the switching elements 111 a to 114 a by PWM (Pulse Width Modulation).

なお、逆並列接続されているダイオード111b〜114bは、線間電圧vuwの位相と出力電流ioの位相とが異なる場合に導通する。 The diodes 111b to 114b connected in reverse parallel are turned on when the phase of the line voltage v uw is different from the phase of the output current io.

図26は、従来の単相3レベルインバータの他方の相(W相と称する)の構成を示す回路図である。直流電源101,102を、U相と共通使用し、直流電圧端子101a〜103aと、W相出力端子107との間に、インバータアーム132が設けられている。インバータアーム132は、上述したU相のインバータアーム131と同様に、直列に接続されているスイッチング素子115a〜118aと、それぞれのスイッチング素子に逆並列接続されているダイオード115b〜118bと、直流分圧点である直流電圧端子102aにアノードが接続されているダイオード123と、上記直流分圧点にカソードが接続されているダイオード124とにより構成されている。そして、スイッチング素子115a〜118aを選択的にPWM制御することにより、W相出力端子107からW相電圧が出力される。   FIG. 26 is a circuit diagram showing a configuration of the other phase (referred to as W phase) of a conventional single-phase three-level inverter. The DC power supplies 101 and 102 are used in common with the U phase, and an inverter arm 132 is provided between the DC voltage terminals 101 a to 103 a and the W phase output terminal 107. Similarly to the U-phase inverter arm 131 described above, the inverter arm 132 includes switching elements 115a to 118a connected in series, diodes 115b to 118b connected in antiparallel to the respective switching elements, and a DC voltage division. This is composed of a diode 123 having an anode connected to the DC voltage terminal 102a, which is a point, and a diode 124 having a cathode connected to the DC voltage dividing point. Then, the W-phase voltage is output from the W-phase output terminal 107 by selectively PWM controlling the switching elements 115a to 118a.

図27は、従来の単相3レベルインバータの回路図である。図27の従来の単相3レベルインバータは、図25のU相の回路と、図26のW相の回路とを組み合わせて構成されている。   FIG. 27 is a circuit diagram of a conventional single-phase three-level inverter. The conventional single-phase three-level inverter of FIG. 27 is configured by combining the U-phase circuit of FIG. 25 and the W-phase circuit of FIG.

図27の単相3レベルインバータでは、U相出力端子106から出力されるU相電圧と、W相出力端子107から出力されるW相電圧との差の電圧である線間電圧vuwが、U相出力端子106とW相出力端子107との間に接続される負荷に供給される。 In the single-phase three-level inverter of FIG. 27, the line voltage v uw that is a difference voltage between the U-phase voltage output from the U-phase output terminal 106 and the W-phase voltage output from the W-phase output terminal 107 is It is supplied to a load connected between the U-phase output terminal 106 and the W-phase output terminal 107.

図27のiは、出力電流である。図28の波形図において、線間電圧vuw1周期分の波形を示し、図29〜図32の回路図において、スイッチング素子の状態を示す。 In FIG. 27, io is an output current. In the waveform diagram of FIG. 28, a waveform corresponding to one cycle of the line voltage v uw is shown, and the state of the switching element is shown in the circuit diagrams of FIGS.

図29〜図32について、具体的に説明する。図29は、図27の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。また、図30は、図27の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。さらに、図31は、図27の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。そして、図32は、図27の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。   29 to 32 will be specifically described. FIG. 29 shows the state of the switching element in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. FIG. FIG. 30 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit in FIG. Further, FIG. 31 shows the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. It is a circuit diagram which shows a state. FIG. 32 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit in FIG.

なお、図29〜図32は、線間電圧vuwと出力電流iとが同位相となる負荷が接続されている系統連系インバータにおけるスイッチング素子の状態を示している。 29 to 32 show states of the switching elements in the grid-connected inverter to which a load in which the line voltage v uw and the output current i o have the same phase is connected.

図27の従来の単相3レベルインバータの動作を、以下に説明する。   The operation of the conventional single-phase three-level inverter of FIG. 27 will be described below.

まず、図28の時刻t1から時刻t4までの期間において、U相のインバータアーム131では、スイッチング素子112aをオンし、スイッチング素子114aをオフする。また、スイッチング素子111aおよびスイッチング素子113aを、互いに逆極性でPWM制御する。   First, in the period from time t1 to time t4 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 131, the switching element 112a is turned on and the switching element 114a is turned off. Further, the switching element 111a and the switching element 113a are PWM-controlled with opposite polarities.

一方、W相のインバータアーム132では、スイッチング素子115aをオフし、スイッチング素子117aオンする。また、スイッチング素子116aおよびスイッチング素子118aを、互いに逆極性でPWM制御する。   On the other hand, in W-phase inverter arm 132, switching element 115a is turned off and switching element 117a is turned on. Further, the switching element 116a and the switching element 118a are PWM-controlled with opposite polarities.

このようなスイッチング制御を行うことにより、時刻t1から時刻t2までの期間、および、時刻t3から時刻t4までの期間では、図29に示されるような状態の繰り返しが生じる。また、時刻t2から時刻t3までの期間では、図30に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、図28の時刻t1から時刻t4までの期間に示される波形となる。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 29 is repeated in the period from time t1 to time t2 and in the period from time t3 to time t4. Further, in the period from time t2 to time t3, the state as shown in FIG. 30 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t1 to time t4 in FIG.

次に、図28の時刻t4から時刻t7までの期間において、U相のインバータアーム131では、スイッチング素子111aをオフし、スイッチング素子113aをオンする。また、スイッチング素子112aおよびスイッチング素子114aを、互いに逆極性でPWM制御する。   Next, in the period from time t4 to time t7 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 131, the switching element 111a is turned off and the switching element 113a is turned on. Further, the switching element 112a and the switching element 114a are PWM-controlled with opposite polarities.

一方、W相のインバータアーム132では、スイッチング素子116aをオンし、スイッチング素子118aをオフする。また、スイッチング素子115aおよびスイッチング素子117aを、互いに逆極性でPWM制御する。   On the other hand, in W-phase inverter arm 132, switching element 116a is turned on and switching element 118a is turned off. Further, the switching element 115a and the switching element 117a are PWM-controlled with opposite polarities.

このようなスイッチング制御を行うことにより、時刻t4から時刻t5までの期間、および、時刻t6から時刻t7までの期間では、図31に示されるような状態の繰り返しが生じる。また、時刻t5から時刻t6までの期間では、図32に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、図28の時刻t4から時刻t7までの期間に示される波形となる。 By performing such switching control, the state shown in FIG. 31 is repeated in the period from time t4 to time t5 and in the period from time t6 to time t7. Further, in the period from time t5 to time t6, the state as shown in FIG. 32 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t4 to time t7 in FIG.

このようにして、図27の従来の単相3レベルインバータにおいて、時刻t1から時刻t7まで1周期の制御を行う。1周期の制御が終了すると、時刻t1に戻る。   In this way, in the conventional single-phase three-level inverter of FIG. 27, one cycle control is performed from time t1 to time t7. When one cycle of control is completed, the process returns to time t1.

マルチレベルインバータ関連の従来例としては、特許文献1のマルチレベルインバータや、図27の従来の単相3レベルインバータ以外に、特許文献2の、中性点がクランプされている方式のマルチレベル形電力変換器が開示されている。また、特許文献3では、中性点がクランプされているインバータにおいて使用される双方向スイッチが開示されている。   As a conventional example related to the multilevel inverter, in addition to the multilevel inverter disclosed in Patent Document 1 and the conventional single-phase three-level inverter illustrated in FIG. A power converter is disclosed. Patent Document 3 discloses a bidirectional switch used in an inverter in which a neutral point is clamped.

特開平5−308778号公報(1993年11月19日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 5-308778 (published on November 19, 1993) 特開平11−220886公報(1999年8月10日公開)JP-A-11-220886 (released on August 10, 1999) 特表昭63−502953公報(1988年10月27日公表)JP-T 63-502953 (announced on October 27, 1988)

図27の従来の単相3レベルインバータ(従来のマルチレベルインバータ)においては、U相出力端子106から出力されるU相電圧と、W相出力端子107から出力されるW相電圧とを、多レベルに切り換える必要がある。このため、スイッチング素子の数やダイオードの数が多くなるという問題がある。   In the conventional single-phase three-level inverter of FIG. 27 (conventional multi-level inverter), the U-phase voltage output from the U-phase output terminal 106 and the W-phase voltage output from the W-phase output terminal 107 are Need to switch to level. For this reason, there exists a problem that the number of switching elements and the number of diodes increase.

また、スイッチング素子のゲート−ソース間の数に対応した数だけ、それぞれのスイッチング素子を駆動するためのフローティング電源が必要になるという問題がある。   In addition, there is a problem that floating power supplies for driving the switching elements corresponding to the number between the gate and the source of the switching elements are required.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、従来のマルチレベルインバータよりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させたマルチレベルインバータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to reduce at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies as compared with the conventional multilevel inverter. Is to provide a multi-level inverter.

本発明の参考のマルチレベルインバータは、上記課題を解決するために、直列に接続されている複数の直流電源と、交流電圧を出力するための第1の出力端子および第2の出力端子と、前記複数の直流電源における最高電位点に印加される直流電圧、および、前記複数の直流電源における最低電位点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第1の出力端子に出力する第1のインバータアームと、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、隣り合う前記直流電源同士の接続点である電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第2の出力端子に出力する第2のインバータアームとを備えたマルチレベルインバータであって、前記第1のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が2つ直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点と、前記第1の出力端子とが接続されており、前記第2のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が偶数個直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、アノードが、前記電源接続点と接続され、かつ、カソードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、カソードが、前記電源接続点と接続され、かつ、アノードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数と、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数とが同じとなる接続点と、前記第2の出力端子とが接続されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a multilevel inverter according to the present invention includes a plurality of DC power supplies connected in series, a first output terminal and a second output terminal for outputting an AC voltage, A first voltage that outputs either a DC voltage applied to the highest potential point in the plurality of DC power supplies or a DC voltage applied to the lowest potential point in the plurality of DC power supplies to the first output terminal. Any of an inverter arm, a DC voltage applied to the highest potential point, a DC voltage applied to the lowest potential point, and a DC voltage applied to a power supply connection point that is a connection point between the adjacent DC power supplies Or a second inverter arm that outputs to the second output terminal, wherein the first inverter arm includes the highest potential point and the lowest electric potential. And a switching element included in the first switching element group. The switching element group includes a first switching element group in which two switching elements each having a diode connected in antiparallel are connected in series. And the first output terminal, the second inverter arm is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and a diode is connected in antiparallel. A second switching element group including an even number of switching elements connected in series, an anode connected to the power supply connection point, and a cathode included in the second switching element group; A diode connected to the highest potential point through the same number of switching elements as the DC power source provided between the potential point and the power source connection point. For each power connection point, the cathode is connected to the power connection point, and the anode is included in the second switching element group, between the lowest potential point and the power connection point. A diode connected to the lowest potential point via the same number of switching elements as the DC power supply provided is provided for each power connection point, and the switching elements included in the second switching element group are connected to each other. A connection point where the number of switching elements provided between the highest potential point and the number of switching elements provided between the lowest potential point is the same, and the second output The terminal is connected.

上記発明によれば、前記第2のインバータアームが有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第2の出力端子に出力できる。また、前記第1のインバータアームが有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、および、前記最低電位点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第1の出力端子に出力できる。これにより、前記交流電圧を出力することが可能となる。   According to the above invention, the DC voltage applied to the highest potential point and the DC voltage applied to the lowest potential point by appropriately controlling on / off of the switching element of the second inverter arm. , And any one of the DC voltages applied to the power connection point can be output to the second output terminal. Further, by appropriately controlling on / off of the switching element included in the first inverter arm, any one of a DC voltage applied to the highest potential point and a DC voltage applied to the lowest potential point is selected. Can be output to the first output terminal. Thereby, it is possible to output the AC voltage.

一例として、前記第2の出力端子から、正の出力電流を出力するとともに、前記第1の出力端子からみた前記第2の出力端子の電圧を、最高電位の電圧とする場合は、前記最高電位点と前記第2の出力端子との間の全てのスイッチング素子をオンするとともに、前記最低電位点と前記第1の出力端子との間のスイッチング素子をオンすればよい。   As an example, when the positive output current is output from the second output terminal and the voltage of the second output terminal viewed from the first output terminal is the highest potential, the highest potential is used. All the switching elements between a point and the second output terminal may be turned on, and the switching elements between the lowest potential point and the first output terminal may be turned on.

また、他の一例として、前記第2の出力端子から、負の出力電流を出力するとともに、前記第1の出力端子からみた前記第2の出力端子の電圧を、最高電位の電圧とする場合は、前記第1のスイッチング素子群が備える全てのスイッチング素子をオフするとともに、前記第2のスイッチング素子群が備える全てのスイッチング素子をオフすればよい。この場合、前記最低電位点と前記第1の出力端子との間に設けられている、逆並列接続されたダイオードと、前記最高電位点と前記第2の出力端子との間に設けられている、逆並列接続されたダイオードとに電流を流すことにより、前記第2の出力端子から、負の出力電流を出力することができる。   As another example, when a negative output current is output from the second output terminal, and the voltage of the second output terminal viewed from the first output terminal is the highest potential voltage. All the switching elements included in the first switching element group may be turned off, and all the switching elements included in the second switching element group may be turned off. In this case, the diode is provided between the lowest potential point and the first output terminal and is connected between the highest potential point and the second output terminal. A negative output current can be output from the second output terminal by flowing a current through the diode connected in reverse parallel.

さらに、前記第1のインバータアームは、背景技術の欄にて説明した従来の単相3レベルインバータが有し、かつ、スイッチング素子を4つ、ダイオードを6つ有しているインバータアームを簡略化したものであり、スイッチング素子を2つ、ダイオードを4つ削減できている。また、スイッチング素子を2つ削減できているので、それに伴い、フローティング電源も2系統削減できる。   Further, the first inverter arm is the same as the conventional single-phase three-level inverter described in the background section, and the inverter arm having four switching elements and six diodes is simplified. Thus, two switching elements and four diodes can be reduced. In addition, since two switching elements can be reduced, two floating power sources can be reduced accordingly.

従って、従来のマルチレベルインバータよりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させたマルチレベルインバータを提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a multilevel inverter in which at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies is reduced as compared with the conventional multilevel inverter.

参考として、前記マルチレベルインバータでは、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子のオンまたはオフを制御する信号を、それぞれのスイッチング素子に出力する制御手段をさらに備え、前記制御手段は、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子が同時にオンされないように制御し、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子が全て同時にオンされないように制御するとともに、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子の内、任意の個数のスイッチング素子を、パルス幅変調制御し、他のスイッチング素子を、オンまたはオフを維持するように制御し、かつ、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子の内のいずれかを前記第2の出力端子から出力される出力電流の極性に応じてオンまたはオフするよう制御してもよい。   For reference, in the multi-level inverter, a switching element included in the first switching element group and a signal for controlling on or off of the switching element included in the second switching element group are supplied to the switching elements. And the control means controls so that the switching elements included in the first switching element group are not simultaneously turned on, and all the switching elements included in the second switching element group are simultaneously controlled. Control is performed so as not to be turned on, and pulse width modulation control is performed on an arbitrary number of switching elements included in the second switching element group so as to maintain other switching elements on or off. And the first switching element It may be controlled to be turned on or off depending on the polarity of the output current outputted either from the second output terminal of the switching element included in.

これにより、前記交流電圧として、パルス幅変調された電圧を出力することができる。   As a result, a pulse-width modulated voltage can be output as the AC voltage.

また、出力電流が正である必要が有る負荷と、出力電流が負である必要が有る負荷との両方に、前記マルチレベルインバータを適用できる。   In addition, the multilevel inverter can be applied to both a load that requires a positive output current and a load that requires a negative output current.

参考として、前記マルチレベルインバータでは、前記第1のスイッチング素子群が備えるスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子群が備えるスイッチング素子は、半導体スイッチであってもよい。   For reference, in the multilevel inverter, the switching element included in the first switching element group and the switching element included in the second switching element group may be semiconductor switches.

これにより、機械式スイッチを用いることなく前記マルチレベルインバータを構成することができる。   Thereby, the multilevel inverter can be configured without using a mechanical switch.

本発明のマルチレベルインバータは、上記課題を解決するために、直列に接続されている複数の直流電源と、交流電圧を出力するための第1の出力端子および第2の出力端子と、前記複数の直流電源における最高電位点に印加される直流電圧、前記複数の直流電源における最低電位点に印加される直流電圧、および、隣り合う前記直流電源同士の接続点である電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第1の出力端子に出力する第1のインバータアームと、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第2の出力端子に出力する第2のインバータアームとを備えたマルチレベルインバータであって、前記第1のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続される第1のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、カソードが、前記電源接続点と接続され、かつ、アノードが、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ少なくなる接続点と、前記第1の出力端子とが接続されており、前記第2のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続される第2のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、カソードが、前記電源接続点と接続され、かつ、アノードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ少なくなる接続点と、前記第2の出力端子とが接続されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a multilevel inverter according to the present invention includes a plurality of DC power supplies connected in series, a first output terminal and a second output terminal for outputting an AC voltage, and the plurality of DC power supplies. DC voltage applied to the highest potential point in the DC power supply, DC voltage applied to the lowest potential point in the plurality of DC power supplies, and a power supply connection point that is a connection point between the adjacent DC power supplies. A first inverter arm that outputs any one of the DC voltages to the first output terminal; a DC voltage applied to the highest potential point; a DC voltage applied to the lowest potential point; and the power supply connection A second inverter arm that outputs any one of the DC voltages applied to the point to the second output terminal, wherein the first inverter arm A first switching element group that is provided between the highest potential point and the lowest potential point and in which an odd number of switching elements connected in reverse parallel to each other is connected in series; Via the same number of switching elements as the DC power supply provided between the highest potential point and the power supply connection point, which is connected to the power supply connection point and the other end is included in the first switching element group. The first switching element connected to the highest potential point is provided for each power connection point, the cathode is connected to the power connection point, and the anode is included in the first switching element group. A diode connected to the lowest potential point through the same number of switching elements as the DC power supply provided between the lowest potential point and the power supply connection point, Among the connection points of the switching elements included in the first switching element group, the number of switching elements provided between the highest potential points is provided between the lowest potential points. A connection point that is one less than the number of switching elements provided on the first output terminal is connected to the first output terminal, and the second inverter arm is connected between the highest potential point and the lowest potential point. Provided with a second switching element group in which an odd number of switching elements having diodes connected in anti-parallel are connected in series, one end is connected to the power supply connection point, and the other end is Through the same number of switching elements as the DC power supply provided between the highest potential point and the power supply connection point included in the second switching element group, the highest potential point A second switching element connected to each power supply connection point; a cathode connected to the power supply connection point; and an anode included in the second switching element group; A diode connected to the lowest potential point through the same number of switching elements as the DC power supply provided between the power supply connection points is provided for each power supply connection point, and the second switching element group The number of switching elements provided between the switching elements included in the first potential point is one less than the number of switching elements provided between the lowest potential points. The point is connected to the second output terminal.

上記発明によれば、前記第2のインバータアームが有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第2の出力端子に出力できる。また、前記第1のインバータアームが有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第1の出力端子に出力できる。これにより、前記交流電圧を出力することが可能となる。   According to the above invention, the DC voltage applied to the highest potential point and the DC voltage applied to the lowest potential point by appropriately controlling on / off of the switching element of the second inverter arm. , And any one of the DC voltages applied to the power connection point can be output to the second output terminal. Further, by appropriately controlling on / off of the switching element included in the first inverter arm, a DC voltage applied to the highest potential point, a DC voltage applied to the lowest potential point, and Any DC voltage applied to the power connection point can be output to the first output terminal. Thereby, it is possible to output the AC voltage.

一例として、前記第2の出力端子から、負の出力電流を出力するとともに、前記第1の出力端子からみた前記第2の出力端子の電圧を、最低電位の電圧とする場合は、前記最高電位点と前記第1の出力端子との間の全てのスイッチング素子をオンするとともに、前記最低電位点と前記第2の出力端子との間の全てのスイッチング素子をオンすればよい。   As an example, when the negative output current is output from the second output terminal and the voltage of the second output terminal viewed from the first output terminal is set to the lowest potential voltage, the highest potential is used. All the switching elements between a point and the first output terminal may be turned on, and all the switching elements between the lowest potential point and the second output terminal may be turned on.

また、他の一例として、前記第2の出力端子から、正の出力電流を出力するとともに、前記第1の出力端子からみた前記第2の出力端子の電圧を、最低電位の電圧とする場合は、前記第2のインバータアームが備える全てのスイッチング素子をオフするとともに、前記第1のインバータアームが備える全てのスイッチング素子をオフすればよい。この場合、前記最低電位点と前記第2の出力端子との間に設けられている、逆並列接続されたダイオードと、前記最高電位点と前記第1の出力端子との間に設けられている、逆並列接続されたダイオードとに電流を流すことにより、前記第2の出力端子から、正の出力電流を出力することができる。   As another example, when a positive output current is output from the second output terminal, and the voltage of the second output terminal viewed from the first output terminal is set to the lowest potential voltage. All the switching elements included in the second inverter arm may be turned off, and all the switching elements included in the first inverter arm may be turned off. In this case, an anti-parallel connected diode provided between the lowest potential point and the second output terminal, and provided between the highest potential point and the first output terminal. A positive output current can be output from the second output terminal by flowing a current through the diode connected in reverse parallel.

また、前記マルチレベルインバータ、特に3レベルインバータでは、従来の単相3レベルインバータに比べ、ダイオードを4つ削減できている。また、スイッチング素子は削減されていないが、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子、ならびに、前記第1のスイッチング素子群に含まれ、一端が前記最高電位点と接続される第3のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子群に含まれ、一端が前記最高電位点と接続される第4のスイッチング素子は、MOSFETで構成すると、それぞれソースが共通とすることが出来る。このため、フローティング電源を2系統削減できる。   Further, in the multi-level inverter, particularly the 3-level inverter, four diodes can be reduced as compared with the conventional single-phase 3-level inverter. Although the number of switching elements is not reduced, the third switching element is included in the first switching element, the second switching element, and the first switching element group, and one end is connected to the highest potential point. When the fourth switching element included in the second switching element group and the second switching element group, one end of which is connected to the highest potential point, is constituted by a MOSFET, the source can be made common. For this reason, two systems of floating power supplies can be reduced.

従って、従来のマルチレベルインバータよりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させたマルチレベルインバータを提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a multilevel inverter in which at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies is reduced as compared with the conventional multilevel inverter.

本発明のマルチレベルインバータは、上記課題を解決するために、直列に接続されている複数の直流電源と、交流電圧を出力するための第1の出力端子および第2の出力端子とを備え、前記複数の直流電源における最高電位点に印加される直流電圧、前記複数の直流電源における最低電位点に印加される直流電圧、および、隣り合う前記直流電源同士の接続点である電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第1の出力端子に出力する第1のインバータアームと、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第2の出力端子に出力する第2のインバータアームとを備えたマルチレベルインバータであって、前記第1のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、アノードが、前記電源接続点と接続され、かつ、カソードが、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続される第1のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ多くなる接続点と、前記第1の出力端子とが接続されており、前記第2のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、アノードが、前記電源接続点と接続され、かつ、カソードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続される第2のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ多くなる接続点と、前記第2の出力端子とが接続されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the multilevel inverter of the present invention includes a plurality of DC power supplies connected in series, and a first output terminal and a second output terminal for outputting an AC voltage, DC voltage applied to the highest potential point in the plurality of DC power supplies, DC voltage applied to the lowest potential point in the plurality of DC power supplies, and a power supply connection point that is a connection point between the adjacent DC power supplies A first inverter arm that outputs any of the DC voltages to be output to the first output terminal; a DC voltage applied to the highest potential point; a DC voltage applied to the lowest potential point; and A multi-level inverter comprising: a second inverter arm that outputs any one of DC voltages applied to a power connection point to the second output terminal, wherein the first inverter And a first switching element group which is provided between the highest potential point and the lowest potential point and in which an odd number of switching elements connected in reverse parallel are connected in series, and the anode Are connected to the power supply connection point and the cathode is included in the first switching element group, and the same number of switchings as the DC power supply provided between the highest potential point and the power supply connection point. A diode connected to the highest potential point via an element is provided for each power connection point, one end is connected to the power connection point, and the other end is included in the first switching element group. The first switching element connected to the lowest potential point through the same number of switching elements as the DC power supply provided between the lowest potential point and the power supply connection point The number of switching elements provided between the switching elements included in the first switching element group and provided between the switching terminals included in the first switching element group and the highest potential point is the lowest potential point. A connection point that is one more than the number of switching elements provided between the first output terminal and the first output terminal is connected, and the second inverter arm includes the highest potential point and the lowest potential point. And a second switching element group in which an odd number of switching elements having diodes connected in antiparallel are connected in series, an anode is connected to the power supply connection point, and a cathode is The number of switching elements included in the second switching element group is the same as that of the DC power supplies provided between the highest potential point and the power supply connection point, A diode connected to the highest potential point is provided for each power supply connection point, one end is connected to the power supply connection point, and the other end is included in the second switching element group. A second switching element connected to the lowest potential point via the same number of switching elements as the DC power supply provided between the point and the power supply connection point, for each of the power supply connection points, Of the connection points of the switching elements included in the second switching element group, the number of switching elements provided between the highest potential points is equal to the number of switching elements provided between the lowest potential points. One more connection point and the second output terminal are connected.

上記発明によれば、前記第2のインバータアームが有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第2の出力端子に出力できる。また、前記第1のインバータアームが有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第1の出力端子に出力できる。これにより、前記交流電圧を出力することが可能となる。   According to the above invention, the DC voltage applied to the highest potential point and the DC voltage applied to the lowest potential point by appropriately controlling on / off of the switching element of the second inverter arm. , And any one of the DC voltages applied to the power connection point can be output to the second output terminal. Further, by appropriately controlling on / off of the switching element included in the first inverter arm, a DC voltage applied to the highest potential point, a DC voltage applied to the lowest potential point, and Any DC voltage applied to the power connection point can be output to the first output terminal. Thereby, it is possible to output the AC voltage.

一例として、前記第2の出力端子から、負の出力電流を出力するとともに、前記第1の出力端子からみた前記第2の出力端子の電圧を、最低電位の電圧とする場合は、前記最高電位点と前記第1の出力端子との間の全てのスイッチング素子をオンするとともに、前記最低電位点と前記第2の出力端子との間の全てのスイッチング素子をオンすればよい。   As an example, when the negative output current is output from the second output terminal and the voltage of the second output terminal viewed from the first output terminal is set to the lowest potential voltage, the highest potential is used. All the switching elements between a point and the first output terminal may be turned on, and all the switching elements between the lowest potential point and the second output terminal may be turned on.

また、他の一例として、前記第2の出力端子から、負の出力電流を出力するとともに、前記第1の出力端子からみた前記第2の出力端子の電圧を、最高電位の電圧とする場合は、前記第1のインバータアームが備える全てのスイッチング素子をオフするとともに、前記第2のインバータアームが備える全てのスイッチング素子をオフすればよい。この場合、前記最低電位点と前記第1の出力端子との間に設けられている、逆並列接続されたダイオードと、前記最高電位点と前記第2の出力端子との間に設けられている、逆並列接続されたダイオードとに電流を流すことにより、前記第2の出力端子から、負の出力電流を出力することができる。   As another example, when a negative output current is output from the second output terminal, and the voltage of the second output terminal viewed from the first output terminal is the highest potential voltage. All the switching elements included in the first inverter arm may be turned off, and all the switching elements included in the second inverter arm may be turned off. In this case, the diode is provided between the lowest potential point and the first output terminal and is connected between the highest potential point and the second output terminal. A negative output current can be output from the second output terminal by flowing a current through the diode connected in reverse parallel.

また、前記マルチレベルインバータ、特に3レベルインバータでは、従来の単相3レベルインバータに比べ、ダイオードを4つ削減できている。   Further, in the multi-level inverter, particularly the 3-level inverter, four diodes can be reduced as compared with the conventional single-phase 3-level inverter.

従って、従来のマルチレベルインバータよりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させたマルチレベルインバータを提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a multilevel inverter in which at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies is reduced as compared with the conventional multilevel inverter.

前記いずれかのマルチレベルインバータでは、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子、および、前記第1のスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子のオンまたはオフを制御する信号を、それぞれのスイッチング素子に出力する制御手段をさらに備え、前記制御手段は、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子が全て同時にオンされないように制御し、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子が全て同時にオンされないように制御するとともに、前記最低電位点または前記最高電位点と、前記第1の出力端子との間のスイッチング素子の内、任意の個数のスイッチング素子、前記最低電位点または前記最高電位点と、前記第2の出力端子との間のスイッチング素子の内、任意の個数のスイッチング素子のいずれかを、パルス幅変調制御し、他のスイッチング素子の内、前記最低電位点または前記最高電位点と、前記第1及び第2の出力端子との間のスイッチング素子を、オンまたはオフを維持するように制御し、かつ、前記最高電位点または前記最低電位点と前記第1の出力端子との間のスイッチング素子、前記最高電位点または前記最低電位点と前記第2の出力端子との間のスイッチング素子、前記第1のスイッチング素子、および、第2のスイッチング素子を、前記第2の出力端子から出力される出力電流の極性に応じて、オンまたはオフするよう制御してもよい。   In any one of the multilevel inverters, a switching element included in the first switching element group, a switching element included in the second switching element group, the first switching element, and the first switching element Control means for outputting a signal for controlling on or off of the two switching elements to each of the switching elements, wherein the control means prevents all of the switching elements included in the first switching element group from being simultaneously turned on. And the switching elements included in the second switching element group are controlled not to be simultaneously turned on, and the switching element between the lowest potential point or the highest potential point and the first output terminal. Of any number of switching elements, up to the lowest potential point. Is a pulse width modulation control of any number of switching elements between the highest potential point and the second output terminal, and the lowest potential point among the other switching elements. Alternatively, the switching element between the highest potential point and the first and second output terminals is controlled to remain on or off, and the highest potential point or the lowest potential point and the first potential point A switching element between the output terminal, a switching element between the highest potential point or the lowest potential point and the second output terminal, the first switching element, and a second switching element, You may control to turn on or off according to the polarity of the output current output from the 2nd output terminal.

これにより、前記交流電圧として、パルス幅変調された電圧を出力することができる。   As a result, a pulse-width modulated voltage can be output as the AC voltage.

さらに、出力電流が正である必要が有る負荷と、出力電流が負である必要が有る負荷との両方に、前記マルチレベルインバータを適用できる。   Furthermore, the multi-level inverter can be applied to both a load that needs to have a positive output current and a load that needs to have a negative output current.

前記いずれかのマルチレベルインバータでは、前記第1のスイッチング素子群が備えるスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子群が備えるスイッチング素子、前記第1のスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子は、半導体スイッチであってもよい。   In any one of the multilevel inverters, a switching element included in the first switching element group, a switching element included in the second switching element group, the first switching element, and the second switching element May be a semiconductor switch.

これにより、機械式スイッチを用いることなく前記マルチレベルインバータを構成することができる。   Thereby, the multilevel inverter can be configured without using a mechanical switch.

本発明の参考のマルチレベルインバータは、以上のように、第1のインバータアームは、最高電位点と最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が2つ直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点と、第1の出力端子とが接続されており、第2のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が偶数個直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、アノードが、電源接続点と接続され、かつ、カソードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、カソードが、前記電源接続点と接続され、かつ、アノードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数と、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数とが同じとなる接続点と、第2の出力端子とが接続されているものである。   In the multilevel inverter of the present invention, as described above, the first inverter arm is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and two switching elements having diodes connected in antiparallel are connected in series. A first switching element group connected to each other, a connection point between the switching elements included in the first switching element group, and a first output terminal are connected to each other, and a second inverter arm Is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and includes a second switching element group in which an even number of switching elements connected in reverse parallel to each other are connected in series, and an anode, A cathode is provided between the highest potential point and the power source connection point, which is connected to the power source connection point and the cathode is included in the second switching element group. A diode connected to the highest potential point via the same number of switching elements as the DC power source is provided for each power supply connection point, a cathode is connected to the power supply connection point, and an anode is connected to the second power supply point. A diode connected to the lowest potential point via the same number of switching elements as the DC power supply provided between the lowest potential point and the power supply connection point included in the switching element group Provided for each connection point, among the connection points of the switching elements included in the second switching element group, between the number of switching elements provided between the highest potential point and the lowest potential point A connection point where the number of provided switching elements is the same and a second output terminal are connected.

また、本発明のマルチレベルインバータは、以上のように、第1のインバータアームは、最高電位点と最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、一端が、電源接続点と接続され、かつ、他端が前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続される第1のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、カソードが、前記電源接続点と接続され、かつ、アノードが、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ少なくなる接続点と、第1の出力端子とが接続されており、第2のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続される第2のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、カソードが、前記電源接続点と接続され、かつ、アノードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ少なくなる接続点と、第2の出力端子とが接続されているものである。   In the multilevel inverter of the present invention, as described above, the first inverter arm is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and an odd number of switching elements connected in reverse parallel are connected in series. The highest switching point and the power supply connection point, one end of which is connected to a power supply connection point and the other end is included in the first switching element group. A first switching element connected to the highest potential point via the same number of switching elements as the DC power supply provided between the power supply connection point and the cathode, The same number of switching power sources as the DC power sources provided between the lowest potential point and the power source connection point, which are connected and whose anodes are included in the first switching element group. A diode connected to the lowest potential point via an element is provided for each power supply connection point, and the connection point between the switching elements included in the first switching element group is between the highest potential point. A first output terminal is connected to a connection point in which the number of switching elements provided in the first output terminal is one less than the number of switching elements provided between the lowest potential point and the second inverter The arm is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and includes a second switching element group in which an odd number of switching elements connected in reverse parallel to each other are connected in series, and one end of the arm The direct current connected to the power source connection point and having the other end included between the highest potential point and the power source connection point included in the second switching element group. A second switching element connected to the highest potential point via the same number of switching elements as the source is provided for each power supply connection point, a cathode is connected to the power supply connection point, and an anode is connected to the power supply connection point. A diode connected to the lowest potential point through the same number of switching elements as the DC power supply provided between the lowest potential point and the power supply connection point, included in the second switching element group, The number of switching elements provided between the switching points included in the second switching element group and provided between the switching points included in the second switching element group and the highest potential point is different from the lowest potential point. A connection point that is one less than the number of switching elements provided therebetween is connected to the second output terminal.

さらに、本発明のマルチレベルインバータは、以上のように、第1のインバータアームは、最高電位点と最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、アノードが、電源接続点と接続され、かつ、カソードが、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続される第1のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ多くなる接続点と、第1の出力端子とが接続されており、第2のインバータアームは、前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、アノードが、前記電源接続点と接続され、かつ、カソードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続される第2のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ多くなる接続点と、第2の出力端子とが接続されているものである。   Furthermore, in the multilevel inverter of the present invention, as described above, the first inverter arm is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and an odd number of switching elements having diodes connected in antiparallel are connected in series. A first switching element group connected to the power supply connection point, an anode connected to a power supply connection point, and a cathode included in the first switching element group. And a diode connected to the highest potential point through the same number of switching elements as the DC power supply provided between each of the power supply connection points, one end is connected to the power supply connection point, and The other end includes the same number of switching elements as the DC power source provided between the lowest potential point and the power source connection point, which are included in the first switching element group. The first switching element connected to the lowest potential point is provided for each power connection point, and the highest potential point among the connection points of the switching elements included in the first switching element group A connection point where the number of switching elements provided between the first output terminal and the connection point where the number of switching elements provided between the first output terminal and the lowest potential point is one more than the number of switching elements provided between The inverter arm includes a second switching element group that is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and in which an odd number of switching elements connected in reverse parallel are connected in series. An anode is connected to the power supply connection point, and a cathode is provided between the highest potential point and the power supply connection point included in the second switching element group. A diode connected to the highest potential point through the same number of switching elements as the DC power supply is provided for each power supply connection point, one end is connected to the power supply connection point, and the other end is connected to the first power supply point. The second switching connected to the lowest potential point through the same number of switching elements as the DC power supply provided between the lowest potential point and the power supply connection point included in the two switching element groups An element is provided for each power supply connection point, and the number of switching elements provided between the switching element included in the second switching element group and the highest potential point is the lowest potential. A connection point that is one more than the number of switching elements provided between the point and the second output terminal is connected.

それゆえ、従来のマルチレベルインバータよりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させたマルチレベルインバータを提供するという効果を奏する。   Therefore, it is possible to provide a multilevel inverter in which at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies is reduced as compared with the conventional multilevel inverter.

本発明の実施例に係るマルチレベルインバータの回路図である。1 is a circuit diagram of a multilevel inverter according to an embodiment of the present invention. 図1の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing states of switching elements in a period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and a period from time t3 to time t4 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. is there. 図1の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. 図1の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. is there. 図1の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. 図1の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing states of switching elements in a period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and a period from time t3 to time t4 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. is there. 図1の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. 図1の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing states of switching elements in a period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and a period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. is there. 図1の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. 本発明の他の実施例に係るマルチレベルインバータの回路図である。It is a circuit diagram of the multilevel inverter which concerns on the other Example of this invention. 図10の回路において出力電流ioが正である場合、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。When the output current io is positive in the circuit of FIG. 10, it is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. . 図10の回路において出力電流ioが負である場合、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。When the output current io is negative in the circuit of FIG. 10, it is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. . 図10の回路において出力電流ioが正である場合、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. 図10の回路において出力電流ioが負である場合、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. 図10の回路において出力電流ioが負である場合、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。When the output current io is negative in the circuit of FIG. 10, it is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. . 図10の回路において出力電流ioが正である場合、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。When the output current io is positive in the circuit of FIG. 10, it is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. . 図10の回路において出力電流ioが負である場合、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram illustrating a state of a switching element in a period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. 図10の回路において出力電流ioが正である場合、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. 図10のマルチレベルインバータにおけるU相、W相のインバータアームのハイサイドとローサイドとを入れ換えたマルチレベルインバータの回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a multi-level inverter in which a high side and a low side of U-phase and W-phase inverter arms in the multi-level inverter of FIG. 図10のマルチレベルインバータ2において、U相、W相のインバータアームと同一の構成を有するV相のインバータアームを追加した3相3レベルインバータの回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a three-phase three-level inverter in which a V-phase inverter arm having the same configuration as the U-phase and W-phase inverter arms is added in the multi-level inverter 2 of FIG. 10. 本発明の実施例、および、本発明の他の実施例において、スイッチング素子としてMOSFETを使用する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where MOSFET is used as a switching element in the Example of this invention and the other Example of this invention. 本発明の実施例、および、本発明の他の実施例において、スイッチング素子としてIGBTを使用する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where IGBT is used as a switching element in the Example of this invention and the other Example of this invention. 図1のインバータアーム代わりに適用される特許文献2のインバータアームを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the inverter arm of patent document 2 applied instead of the inverter arm of FIG. 本発明の実施形態に係る4レベルインバータの回路図である。It is a circuit diagram of the 4 level inverter which concerns on embodiment of this invention. 従来の単相3レベルインバータの一方の相(U相)の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of one phase (U phase) of the conventional single phase 3 level inverter. 従来の単相3レベルインバータの他方の相(W相)の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the other phase (W phase) of the conventional single phase 3 level inverter. 従来の単相3レベルインバータの回路図である。It is a circuit diagram of the conventional single phase 3 level inverter. 線間電圧1周期分の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform for line voltage 1 period. 図27の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。27 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. is there. 図27の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. 図27の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。27 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. is there. 図27の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing a state of a switching element in a period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG.

本発明の一実施形態について図1〜図24に基づいて説明すれば、以下の通りである。まずは、本発明の一実施例について、図1〜図9および図23に基づいて説明する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9 and FIG.

〔実施例1〕
図1は、本実施例1に係るマルチレベルインバータ1の回路図である。
[Example 1]
FIG. 1 is a circuit diagram of a multilevel inverter 1 according to the first embodiment.

図1のマルチレベルインバータ1では、U相出力端子606から出力されるU相電圧と、W相出力端子607から出力されるW相電圧との差の電圧である線間電圧vuw(交流電圧)が、U相出力端子606とW相出力端子607との間に接続される負荷に供給される。図1のiは、出力電流である。 In the multilevel inverter 1 of FIG. 1, a line voltage v uw (AC voltage) that is a difference voltage between the U-phase voltage output from the U-phase output terminal 606 and the W-phase voltage output from the W-phase output terminal 607. ) Is supplied to a load connected between the U-phase output terminal 606 and the W-phase output terminal 607. In FIG. 1, i o is an output current.

マルチレベルインバータ1は、大略的には、直流電源601,602(複数の直流電源)と、インバータアーム6000(第2のインバータアーム)と、インバータアーム6001(第1のインバータアーム)とを備えている。   The multi-level inverter 1 generally includes DC power supplies 601, 602 (plural DC power supplies), an inverter arm 6000 (second inverter arm), and an inverter arm 6001 (first inverter arm). Yes.

直流電源601は、プラス極が直流電圧端子601aに接続され、マイナス極が直流電圧端子602aに接続されており、直流電圧端子601aと直流電圧端子602aとの間に、1/2Vボルトの電圧を印加する。直流電源602は、プラス極が直流電圧端子602aに接続され、マイナス極が直流電圧端子603aに接続されており、直流電圧端子602aと直流電圧端子603aとの間に。1/2Vボルトの電圧を印加する。これにより、直流電圧端子601a〜603aには、電圧レベルの異なる直流電圧が、それぞれ発生する。   The DC power supply 601 has a positive pole connected to the DC voltage terminal 601a and a negative pole connected to the DC voltage terminal 602a. A voltage of 1/2 V volts is applied between the DC voltage terminal 601a and the DC voltage terminal 602a. Apply. The DC power source 602 has a positive pole connected to the DC voltage terminal 602a and a negative pole connected to the DC voltage terminal 603a, and between the DC voltage terminal 602a and the DC voltage terminal 603a. Apply a voltage of 1 / 2V volts. As a result, DC voltages having different voltage levels are generated at the DC voltage terminals 601a to 603a, respectively.

直流電圧端子601a〜603aと、U相出力端子606(第2の出力端子)との間には、インバータアーム6000が設けられている。インバータアーム6000は、直列に接続されているスイッチング素子611a〜614a(偶数個のスイッチング素子)と、それぞれのスイッチング素子に逆並列接続されているダイオード611b〜614bと、直流分圧点である直流電圧端子602aにアノードが接続されているダイオード621と、上記直流分圧点にカソードが接続されているダイオード622とを有している。そして、スイッチング素子611a〜614aから2つ選択してPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御するとともに、他の2つのスイッチング素子のオン・オフを設定することにより、U相出力端子606からU相電圧が出力される。   An inverter arm 6000 is provided between the DC voltage terminals 601a to 603a and the U-phase output terminal 606 (second output terminal). The inverter arm 6000 includes switching elements 611a to 614a (even number of switching elements) connected in series, diodes 611b to 614b connected in antiparallel to the respective switching elements, and a DC voltage that is a DC voltage dividing point. It has a diode 621 whose anode is connected to the terminal 602a and a diode 622 whose cathode is connected to the DC voltage dividing point. Then, two switching elements 611a to 614a are selected and controlled by PWM (Pulse Width Modulation), and the other two switching elements are turned on / off, so that the U-phase output terminal 606 Phase voltage is output.

直流電圧端子601a,603aと、W相出力端子607(第1の出力端子)との間には、インバータアーム6001が設けられている。インバータアーム6001は、直列に接続されているスイッチング素子615a,616aと、それぞれのスイッチング素子に逆並列接続されているダイオード615b,616bを有している。そして、インバータから出力される出力電流ioの方向(出力電流ioが正であるか負であるか)に応じて、スイッチング素子615a,616aのオン・オフを制御することにより、W相出力端子607からW相電圧が出力される。   An inverter arm 6001 is provided between the DC voltage terminals 601a and 603a and the W-phase output terminal 607 (first output terminal). The inverter arm 6001 includes switching elements 615a and 616a connected in series, and diodes 615b and 616b connected in antiparallel to the respective switching elements. The W-phase output terminal 607 is controlled by controlling on / off of the switching elements 615a and 616a according to the direction of the output current io output from the inverter (whether the output current io is positive or negative). Outputs a W-phase voltage.

図1のマルチレベルインバータ1において、直流電圧端子601aは、スイッチング素子611aの一端と、ダイオード611bのカソードと、スイッチング素子615aの一端と、ダイオード615bのカソードとに接続されている。   In the multilevel inverter 1 of FIG. 1, the DC voltage terminal 601a is connected to one end of the switching element 611a, the cathode of the diode 611b, one end of the switching element 615a, and the cathode of the diode 615b.

スイッチング素子611aの他端と、ダイオード611bのアノードと、スイッチング素子612aの一端と、ダイオード612bのカソードと、ダイオード621のカソードとは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 611a, the anode of the diode 611b, the one end of the switching element 612a, the cathode of the diode 612b, and the cathode of the diode 621 are connected to each other.

スイッチング素子612aの他端と、ダイオード612bのアノードと、スイッチング素子613aの一端と、ダイオード613bのカソードと、U相出力端子606とは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 612a, the anode of the diode 612b, one end of the switching element 613a, the cathode of the diode 613b, and the U-phase output terminal 606 are connected to each other.

スイッチング素子615aの他端と、ダイオード615bのアノードと、スイッチング素子616aの一端と、ダイオード616bのカソードと、W相出力端子607とは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 615a, the anode of the diode 615b, one end of the switching element 616a, the cathode of the diode 616b, and the W-phase output terminal 607 are connected to each other.

スイッチング素子613aの他端と、ダイオード613bのアノードと、スイッチング素子614aの一端と、ダイオード614bのカソードと、ダイオード622のアノードとは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 613a, the anode of the diode 613b, the one end of the switching element 614a, the cathode of the diode 614b, and the anode of the diode 622 are connected to each other.

ダイオード621のアノードと、ダイオード622のカソードと、直流電圧端子602aとは、互いに接続されている。   The anode of the diode 621, the cathode of the diode 622, and the DC voltage terminal 602a are connected to each other.

そして、スイッチング素子614aの他端と、ダイオード614bのアノードと、スイッチング素子616aの他端と、ダイオード616bのアノードと、直流電圧端子603aとは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 614a, the anode of the diode 614b, the other end of the switching element 616a, the anode of the diode 616b, and the DC voltage terminal 603a are connected to each other.

なお、スイッチング素子とダイオードとが逆並列接続されている状態とは、以下の状態を示す。即ち、スイッチの一端とダイオードのカソードとが接続されているとともに、スイッチの他端とダイオードのアノードとが接続されており、スイッチが導通した時に、スイッチの一端からスイッチの他端へ電流が流れても、ダイオードが導通しない状態を示す。   The state in which the switching element and the diode are connected in antiparallel indicates the following state. That is, one end of the switch and the cathode of the diode are connected, and the other end of the switch and the anode of the diode are connected, and when the switch is turned on, current flows from one end of the switch to the other end of the switch. However, the diode does not conduct.

図1に示す本実施例1のマルチレベルインバータ1において、インバータアーム6001は、背景技術の欄にて説明した従来の単相3レベルインバータが有し、かつ、スイッチング素子を4つ、ダイオードを6つ有しているインバータアーム132を簡略化したものである。よって、図1に示す本実施例1のマルチレベルインバータ1では、図27に示す従来の単相3レベルインバータに比べ、スイッチング素子を2つ、ダイオードを4つ削減できている。また、スイッチング素子を2つ削減できているので、それに伴い、フローティング電源も2系統削減できる。   In the multilevel inverter 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1, the inverter arm 6001 has the conventional single-phase three-level inverter described in the background section, and includes four switching elements and six diodes. This is a simplified inverter arm 132 having two. Therefore, in the multilevel inverter 1 of the first embodiment shown in FIG. 1, two switching elements and four diodes can be reduced compared to the conventional single-phase three-level inverter shown in FIG. In addition, since two switching elements can be reduced, two floating power sources can be reduced accordingly.

従って、従来の単相3レベルインバータ(図27)よりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させたマルチレベル(単相3レベル)インバータを提供することができる。   Accordingly, a multi-level (single-phase three-level) inverter is provided in which at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies is reduced as compared with the conventional single-phase three-level inverter (FIG. 27). Can do.

(線間電圧vuwと出力電流iとが同位相となる負荷)
図2〜図5は、それぞれ、図1のマルチレベルインバータ1におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。より具体的には、図2〜図5は、線間電圧vuwと出力電流iとが同位相となる負荷の場合(例えば、本発明を系統連系インバータに適用し、これを連系運転させた場合)におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。線間電圧vuw1周期分の波形は、従来例と同様に、図28の波形図において示される。
(Load where line voltage v uw and output current i o are in phase)
2 to 5 are circuit diagrams showing states of switching elements in the multilevel inverter 1 of FIG. More specifically, FIGS. 2 to 5 show a case where the line voltage v uw and the output current i o have the same phase (for example, the present invention is applied to a grid-connected inverter and this is connected to the grid-connected inverter. It is a circuit diagram which shows the state of the switching element in the case of making it drive | operate. The waveform for one cycle of the line voltage v uw is shown in the waveform diagram of FIG. 28 as in the conventional example.

なお、系統連系インバータとは、商用系統に接続して交流電力を供給するインバータであり、商用系統が負荷である。   The grid interconnection inverter is an inverter that is connected to a commercial system and supplies AC power, and the commercial system is a load.

図2〜図5について、具体的に説明する。図2は、図1の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。また、図3は、図1の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。さらに、図4は、図1の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。そして、図5は、図1の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。   2 to 5 will be specifically described. FIG. 2 shows the state of the switching element in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. Further, FIG. 4 shows the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. It is a circuit diagram which shows a state. FIG. 5 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG.

まず、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間において、U相のインバータアーム6000では、スイッチング素子611aをオフし、スイッチング素子614aをオフする。また、スイッチング素子612aおよびスイッチング素子613aを、同極性でPWM制御する。同極性でPWM制御する場合、一方のスイッチング素子をオンする時は、他方のスイッチング素子もオンする。オフの場合も同様である。   First, in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28, switching element 611a is turned off and switching element 614a is turned off in U-phase inverter arm 6000. . In addition, the switching element 612a and the switching element 613a are PWM-controlled with the same polarity. When PWM control is performed with the same polarity, when one switching element is turned on, the other switching element is also turned on. The same applies to the off state.

一方、W相のインバータアーム6001では、スイッチング素子615aをオフし、スイッチング素子616aをオンする。   On the other hand, in W-phase inverter arm 6001, switching element 615a is turned off and switching element 616a is turned on.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図2に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間に示される波形となる。線間電圧vuwが0の時は、逆並列に接続されているダイオード613b,614bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 2 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. When the line voltage v uw is 0, the diodes 613b and 614b connected in antiparallel are turned on.

次に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間おいて、U相のインバータアーム6000では、スイッチング素子612aをオンし、スイッチング素子614aをオフする。また、スイッチング素子611aおよびスイッチング素子613aを、互いに逆極性でPWM制御する。互いに逆極性でPWM制御する場合、一方のスイッチング素子をオンする時に、他方のスイッチング素子をオフする。   Next, in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 6000, the switching element 612a is turned on and the switching element 614a is turned off. Further, the switching element 611a and the switching element 613a are subjected to PWM control with opposite polarities. When PWM control is performed with opposite polarities, when one switching element is turned on, the other switching element is turned off.

一方、W相のインバータアーム6001では、スイッチング素子615aをオフし、スイッチング素子616aをオンする。   On the other hand, in W-phase inverter arm 6001, switching element 615a is turned off and switching element 616a is turned on.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図3に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、図28の時刻t2から時刻t3までの期間に示される波形となる。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 3 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t2 to time t3 in FIG.

さらに、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間において、U相のインバータアーム6000では、スイッチング素子611aをオフし、スイッチング素子614aをオフする。また、スイッチング素子612aおよびスイッチング素子613aを、同極性でPWM制御する。   Further, in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28, switching element 611a is turned off and switching element 614a is turned off in U-phase inverter arm 6000. . In addition, the switching element 612a and the switching element 613a are PWM-controlled with the same polarity.

一方、W相のインバータアーム6001では、スイッチング素子615aをオンし、スイッチング素子616aをオフする。   On the other hand, in W-phase inverter arm 6001, switching element 615a is turned on and switching element 616a is turned off.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図4に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間に示される波形となる。線間電圧vuwが0の時は、逆並列に接続されているダイオード611b,612bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 4 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. When the line voltage v uw is 0, the diodes 611b and 612b connected in antiparallel are turned on.

そして、図28の時刻t5から時刻t6までの期間において、U相のインバータアーム6000では、スイッチング素子611aをオフし、スイッチング素子613aをオンする。また、スイッチング素子612aおよびスイッチング素子614aを、互いに逆極性でPWM制御する。   In the period from time t5 to time t6 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 6000, the switching element 611a is turned off and the switching element 613a is turned on. Further, the switching element 612a and the switching element 614a are PWM-controlled with opposite polarities.

一方、W相のインバータアーム6001では、スイッチング素子615aをオンし、スイッチング素子616aをオフする。   On the other hand, in W-phase inverter arm 6001, switching element 615a is turned on and switching element 616a is turned off.

このようなスイッチング制御をすることにより、図5に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、図28の時刻t5から時刻t6までの期間に示される波形となる。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 5 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t5 to time t6 in FIG.

このようにして、図1のマルチレベルインバータ1において、時刻t1から時刻t7まで1周期の制御を行う。1周期の制御が終了すると、時刻t1に戻る。   In this manner, in the multilevel inverter 1 of FIG. 1, one cycle of control is performed from time t1 to time t7. When one cycle of control is completed, the process returns to time t1.

(線間電圧vuwの位相と出力電流iの位相とが異なる負荷)
図6〜図9は、線間電圧vuwの位相と出力電流iの位相とが異なる負荷の場合(例えば、本発明を系統連系インバータに適用し、これを自立運転させ、負荷をL負荷とした場合(系統連系インバータ自立運転L負荷、後述する))におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。
(Loads in which the phase of the line voltage v uw and the phase of the output current i o are different)
6 to 9 show a case where the phase of the line voltage v uw and the phase of the output current i o are different (for example, the present invention is applied to a grid-connected inverter, which is operated independently, and the load is reduced to L It is a circuit diagram which shows the state of the switching element when it is set as a load (system interconnection inverter self-sustained operation L load, mentioned later).

ここで、系統連系インバータの運転状態について説明する。系統連系インバータには、基本的に2つの運転状態が存在する、即ち、連系運転および自立運転である。連系運転は、“商用系統に接続して交流電力を供給する”運転である。一方、自立運転は、商用系統には接続せず、商用系統ではない種々の負荷に交流電力を供給する運転である。この自立運転時に接続する負荷を、モーター等のL負荷とした状態を、上述するように「系統連系インバータ自立運転L負荷」と称することにする。   Here, the operation state of the grid interconnection inverter will be described. There are basically two operation states in the grid interconnection inverter, that is, interconnection operation and independent operation. The interconnection operation is an operation of “connecting to a commercial system and supplying AC power”. On the other hand, the self-sustained operation is an operation in which AC power is supplied to various loads that are not connected to a commercial system and are not a commercial system. A state in which the load connected during the self-sustained operation is an L load such as a motor is referred to as a “system-connected inverter self-sustained operation L load” as described above.

以下の記載において、図6〜図9について具体的に説明する。図6は、図1の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。また、図7は、図1の回路において出力電流ioが負である場合に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。さらに、図8は、図1の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。そして、図9は、図1の回路において出力電流ioが正である場合に、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。   In the following description, FIGS. 6 to 9 will be described in detail. FIG. 6 shows the state of the switching element in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. FIG. FIG. 7 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. Further, FIG. 8 shows the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. It is a circuit diagram which shows a state. FIG. 9 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG.

まず、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間において、出力電流ioが正である場合だが、この場合、マルチレベルインバータ1では、図2に示すように各スイッチをオン・オフすればよい。   First, in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and the period from time t3 to time t4 in FIG. 28, the output current io is positive. In this case, in the multilevel inverter 1, FIG. Each switch may be turned on and off as shown in FIG.

一方、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間において、出力電流ioが負である場合、U相のインバータアーム6000では、スイッチング素子611aをオフし、スイッチング素子613aをオンする。また、スイッチング素子612aおよびスイッチング素子614aを、互いに逆極性でPWM制御する。これに対して、W相のインバータアーム6001では、スイッチング素子615aをオフし、スイッチング素子616aをオフする。   On the other hand, in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 6000, the switching element 611a is turned on when the output current io is negative. The switching element 613a is turned on. Further, the switching element 612a and the switching element 614a are PWM-controlled with opposite polarities. On the other hand, in W-phase inverter arm 6001, switching element 615a is turned off and switching element 616a is turned off.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図6に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが負の状態で、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間に示される波形となる。図6に示される状態では、逆並列に接続されているダイオード616bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 6 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 in a state where the output current io is negative. In the state shown in FIG. 6, the diode 616b connected in anti-parallel is conductive.

次に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間において、出力電流ioが正である場合だが、この場合、マルチレベルインバータ1では、図3に示すように各スイッチをオン・オフすればよい。   Next, in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28, the output current io is positive. In this case, in the multilevel inverter 1, each switch may be turned on / off as shown in FIG. .

一方、図28の時刻t2から時刻t3までの期間において、出力電流ioが負である場合、U相のインバータアーム6000では、スイッチング素子611aをオフし、スイッチング素子614aをオフする。また、スイッチング素子612aおよびスイッチング素子613aを、同極性でPWM制御する。これに対して、W相のインバータアーム6001では、スイッチング素子615aをオフし、スイッチング素子616aをオフする。   On the other hand, in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28, when the output current io is negative, the U-phase inverter arm 6000 turns off the switching element 611a and turns off the switching element 614a. In addition, the switching element 612a and the switching element 613a are PWM-controlled with the same polarity. On the other hand, in W-phase inverter arm 6001, switching element 615a is turned off and switching element 616a is turned off.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図7に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが負の状態で、図28の時刻t2から時刻t3までの期間に示される波形となる。図7に示される状態では、逆並列に接続されているダイオード616bが導通する。また、線間電圧vuwがVの時は、逆並列に接続されているダイオード611b,612bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 7 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is negative. In the state shown in FIG. 7, the diode 616b connected in anti-parallel is conductive. Further, when the line voltage v uw is V, the diodes 611b and 612b connected in antiparallel are turned on.

次に、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間において、出力電流ioが負である場合だが、この場合、マルチレベルインバータ1では、図4に示すように各スイッチをオン・オフすればよい。   Next, in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28, the output current io is negative. Each switch may be turned on and off as shown in FIG.

一方、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間において、出力電流ioが正である場合、U相のインバータアーム6000では、スイッチング素子612aをオンし、スイッチング素子614aをオフする。また、スイッチング素子611aおよびスイッチング素子613aを、互いに逆極性でPWM制御する。これに対して、W相のインバータアーム6001では、スイッチング素子615aをオフし、スイッチング素子616aをオフする。   On the other hand, in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 6000, the switching element 612a is turned on when the output current io is positive. Turns on and turns off the switching element 614a. Further, the switching element 611a and the switching element 613a are subjected to PWM control with opposite polarities. On the other hand, in W-phase inverter arm 6001, switching element 615a is turned off and switching element 616a is turned off.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図8に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが正の状態で、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間に示される波形となる。図8に示される状態では、逆並列に接続されているダイオード615bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 8 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is positive. In the state shown in FIG. 8, the diode 615b connected in anti-parallel is conducted.

次に、図28の時刻t5から時刻t6までの期間において、出力電流ioが負である場合だが、この場合、マルチレベルインバータ1では、図5に示すように各スイッチをオン・オフすればよい。   Next, in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28, the output current io is negative. In this case, in the multilevel inverter 1, each switch may be turned on / off as shown in FIG. .

一方、図28の時刻t5から時刻t6までの期間において、出力電流ioが正である場合、U相のインバータアーム6000では、スイッチング素子611aをオフし、スイッチング素子614aをオフする。また、スイッチング素子612aおよびスイッチング素子613aを、同極性でPWM制御する。これに対して、W相のインバータアーム6001では、スイッチング素子615aをオフし、スイッチング素子616aをオフする。   On the other hand, when the output current io is positive in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 6000, the switching element 611a is turned off and the switching element 614a is turned off. In addition, the switching element 612a and the switching element 613a are PWM-controlled with the same polarity. On the other hand, in W-phase inverter arm 6001, switching element 615a is turned off and switching element 616a is turned off.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図9に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが正の状態で、図28の時刻t5から時刻t6までの期間に示される波形となる。図9に示される状態では、逆並列に接続されているダイオード615bが導通する。また、線間電圧vuwが−Vの時は、逆並列に接続されているダイオード613b,614bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 9 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is positive. In the state shown in FIG. 9, the diode 615b connected in antiparallel is conductive. Further, when the line voltage v uw is −V, the diodes 613b and 614b connected in antiparallel are turned on.

このようにして、図1のマルチレベルインバータ1において、時刻t1から時刻t7まで1周期の制御を行う。1周期の制御が終了すると、時刻t1に戻る。   In this manner, in the multilevel inverter 1 of FIG. 1, one cycle of control is performed from time t1 to time t7. When one cycle of control is completed, the process returns to time t1.

以上のように、本実施例1に係るマルチレベルインバータ1によれば、インバータアーム6000が有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、U相出力端子606に出力できる。また、インバータアーム6001が有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、および、前記最低電位点に印加される直流電圧のいずれかを、W相出力端子607に出力できる。これにより、線間電圧vuwを出力することが可能となる。 As described above, according to the multilevel inverter 1 according to the first embodiment, the DC voltage applied to the highest potential point by appropriately controlling on / off of the switching element included in the inverter arm 6000, Either a DC voltage applied to the lowest potential point or a DC voltage applied to the power supply connection point can be output to the U-phase output terminal 606. In addition, by appropriately controlling on / off of the switching element included in the inverter arm 6001, either the DC voltage applied to the highest potential point or the DC voltage applied to the lowest potential point, It can be output to the W-phase output terminal 607. As a result, the line voltage v uw can be output.

マルチレベルインバータ1では、第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子615a,616a、および、第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子611a〜614aのオンまたはオフを制御する信号を、それぞれのスイッチング素子に出力する制御回路50(制御手段)をさらに備え、制御回路50は、第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子615a,616aが同時にオンされないように制御し、第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子611a〜614aが全て同時にオンされないように制御するとともに、図2〜図9に示したスイッチング制御をしてもよい。すなわち、制御回路50は、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子の内、任意の個数のスイッチング素子を、パルス幅変調制御し、他のスイッチング素子を、オンまたはオフを維持するように制御し、かつ、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子の内のいずれかを前記第2の出力端子から出力される出力電流の極性に応じてオンまたはオフするよう制御してもよい。   In the multilevel inverter 1, the switching elements 615a and 616a included in the first switching element group and the signals for controlling the on / off of the switching elements 611a to 614a included in the second switching element group are respectively switched. A control circuit 50 (control means) for outputting to the elements is further provided. The control circuit 50 controls the switching elements 615a and 616a included in the first switching element group so as not to be turned on at the same time. While controlling so that all the switching elements 611a-614a contained may not be turned on simultaneously, you may perform switching control shown in FIGS. That is, the control circuit 50 performs pulse width modulation control on an arbitrary number of switching elements included in the second switching element group, and maintains other switching elements on or off. And any one of the switching elements included in the first switching element group may be controlled to be turned on or off according to the polarity of the output current output from the second output terminal. .

これにより、線間電圧vuwとして、パルス幅変調された電圧を出力することができる。 As a result, a pulse width modulated voltage can be output as the line voltage v uw .

また、出力電流ioが正である必要が有る負荷と、出力電流ioが負である必要が有る負荷との両方に、マルチレベルインバータ1を適用できる。   Further, the multilevel inverter 1 can be applied to both a load where the output current io needs to be positive and a load where the output current io needs to be negative.

なお、本実施例1の変形例として、図1のインバータアーム6000の代わりに、図23に示す特許文献2のインバータアーム6000’を適用することも可能である。特許文献2に係る発明の効果により、ダイオードとフローティング電源との数は、さらに削減される。   As a modification of the first embodiment, instead of the inverter arm 6000 shown in FIG. 1, the inverter arm 6000 'shown in FIG. 23 shown in FIG. 23 can be applied. Due to the effect of the invention according to Patent Document 2, the number of diodes and floating power supplies is further reduced.

〔実施例2〕
本発明の他の実施例について、図10〜図20に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施例2において説明すること以外の構成は、前記実施例1と同じである。また、説明の便宜上、前記実施例1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Example 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. The configuration other than that described in the second embodiment is the same as that of the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.

図10は、本実施例2に係るマルチレベルインバータ2の回路図である。   FIG. 10 is a circuit diagram of the multilevel inverter 2 according to the second embodiment.

図10のマルチレベルインバータ2では、U相出力端子906から出力されるU相電圧と、W相出力端子907から出力されるW相電圧との差の電圧である線間電圧vuwが、U相出力端子906とW相出力端子907との間に接続される負荷に供給される。図10のiは、出力電流である。また、線間電圧vuw1周期分の波形は、従来例と同様に、図28の波形図において示される。
マルチレベルインバータ2は、大略的には、直流電源901,902(複数の直流電源)と、インバータアーム9000(第2のインバータアーム)と、インバータアーム9001(第1のインバータアーム)とを備えている。
In the multilevel inverter 2 of FIG. 10, the line voltage v uw , which is the difference between the U-phase voltage output from the U-phase output terminal 906 and the W-phase voltage output from the W-phase output terminal 907, is It is supplied to a load connected between the phase output terminal 906 and the W-phase output terminal 907. In FIG. 10, i o is an output current. Further, the waveform for one cycle of the line voltage v uw is shown in the waveform diagram of FIG. 28 as in the conventional example.
The multi-level inverter 2 generally includes DC power sources 901 and 902 (a plurality of DC power sources), an inverter arm 9000 (second inverter arm), and an inverter arm 9001 (first inverter arm). Yes.

直流電源901は、プラス極が直流電圧端子901aに接続され、マイナス極が直流電圧端子902aに接続されており、直流電圧端子901aと直流電圧端子902aとの間に、1/2Vボルトの電圧を印加する。直流電源902は、プラス極が直流電圧端子902aに接続され、マイナス極が直流電圧端子903aに接続されており、直流電圧端子902aと直流電圧端子903aとの間に。1/2Vボルトの電圧を印加する。これにより、直流電圧端子901a〜903aには、電圧レベルの異なる直流電圧が、それぞれ発生する。   The DC power supply 901 has a positive pole connected to the DC voltage terminal 901a and a negative pole connected to the DC voltage terminal 902a. A voltage of 1/2 V volts is applied between the DC voltage terminal 901a and the DC voltage terminal 902a. Apply. The DC power source 902 has a positive pole connected to the DC voltage terminal 902a, a negative pole connected to the DC voltage terminal 903a, and between the DC voltage terminal 902a and the DC voltage terminal 903a. Apply a voltage of 1 / 2V volts. As a result, DC voltages having different voltage levels are generated at the DC voltage terminals 901a to 903a, respectively.

直流電圧端子901a〜903aと、U相出力端子906(第2の出力端子)との間には、インバータアーム9000が設けられている。インバータアーム9000は、直列に接続されているスイッチング素子911a〜913a(第2のスイッチング素子群)と、それぞれのスイッチング素子に逆並列接続されているダイオード911b〜913bと、直流分圧点である直流電圧端子902aに一端が接続されているスイッチング素子931(第2のスイッチング素子)と、上記直流分圧点にカソードが接続されているダイオード921とを有している。そして、スイッチング素子911a,931のオン・オフを、マルチレベルインバータ2の出力電流iの方向(出力電流ioが正であるか負であるか)に応じて制御し、スイッチング素子912a,913aを選択的にPWM制御することにより、U相出力端子906からU相電圧が出力される。 An inverter arm 9000 is provided between the DC voltage terminals 901a to 903a and the U-phase output terminal 906 (second output terminal). The inverter arm 9000 includes switching elements 911a to 913a (second switching element group) connected in series, diodes 911b to 913b connected in antiparallel to the respective switching elements, and a DC that is a DC voltage dividing point. A switching element 931 (second switching element) having one end connected to the voltage terminal 902a and a diode 921 having a cathode connected to the DC voltage dividing point are provided. Then, the on-off switching element 911a, 931, and controlled in accordance with the direction of the output current i o of the multilevel inverter 2 (or the output current io is positive or negative), the switching element 912a, the 913a A U-phase voltage is output from the U-phase output terminal 906 by selectively performing PWM control.

直流電圧端子901a〜903aと、W相出力端子907(第1の出力端子)との間には、インバータアーム9001が設けられている。インバータアーム9001は、直列に接続されているスイッチング素子914a〜916a(第1のスイッチング素子群)と、それぞれのスイッチング素子に逆並列接続されているダイオード914b〜916bと、直流分圧点である直流電圧端子902aに一端が接続されているスイッチング素子932(第1のスイッチング素子)と、上記直流分圧点にカソードが接続されているダイオード922とを有している。そして、スイッチング素子914a,932のオン・オフを、マルチレベルインバータ2の出力電流iの方向に応じて制御し、スイッチング素子915a,916aを選択的にPWM制御することにより、W相出力端子907からW相電圧が出力される。 An inverter arm 9001 is provided between the DC voltage terminals 901a to 903a and the W-phase output terminal 907 (first output terminal). The inverter arm 9001 includes switching elements 914a to 916a (first switching element group) connected in series, diodes 914b to 916b connected in antiparallel to the respective switching elements, and direct current that is a direct current dividing point. A switching element 932 (first switching element) having one end connected to the voltage terminal 902a and a diode 922 having a cathode connected to the DC voltage dividing point are included. Then, the on-off switching element 914a, 932, and controlled in accordance with the direction of the output current i o of the multilevel inverter 2, a switching element 915a, by selectively PWM control 916a, W-phase output terminal 907 Outputs a W-phase voltage.

図10のマルチレベルインバータ2において、直流電圧端子901aは、スイッチング素子911aの一端と、ダイオード911bのカソードと、スイッチング素子914aの一端と、ダイオード914bのカソードとに接続されている。   In the multilevel inverter 2 of FIG. 10, the DC voltage terminal 901a is connected to one end of the switching element 911a, the cathode of the diode 911b, one end of the switching element 914a, and the cathode of the diode 914b.

スイッチング素子911aの他端と、ダイオード911bのアノードと、スイッチング素子912aの一端と、ダイオード912bのカソードと、スイッチング素子931の他端と、U相出力端子906とは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 911a, the anode of the diode 911b, one end of the switching element 912a, the cathode of the diode 912b, the other end of the switching element 931, and the U-phase output terminal 906 are connected to each other.

スイッチング素子912aの他端と、ダイオード912bのアノードと、スイッチング素子913aの一端と、ダイオード913bのカソードと、ダイオード921のアノードとは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 912a, the anode of the diode 912b, the one end of the switching element 913a, the cathode of the diode 913b, and the anode of the diode 921 are connected to each other.

スイッチング素子914aの他端と、ダイオード914bのアノードと、スイッチング素子915aの一端と、ダイオード915bのカソードと、スイッチング素子932の他端と、W相出力端子907とは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 914a, the anode of the diode 914b, one end of the switching element 915a, the cathode of the diode 915b, the other end of the switching element 932, and the W-phase output terminal 907 are connected to each other.

スイッチング素子915aの他端と、ダイオード915bのアノードと、スイッチング素子916aの一端と、ダイオード916bのカソードと、ダイオード922のアノードとは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 915a, the anode of the diode 915b, the one end of the switching element 916a, the cathode of the diode 916b, and the anode of the diode 922 are connected to each other.

スイッチング素子931の一端と、ダイオード921のカソードと、スイッチング素子932の一端と、ダイオード922のカソードと、直流電圧端子902aとは、互いに接続されている。   One end of the switching element 931, the cathode of the diode 921, the one end of the switching element 932, the cathode of the diode 922, and the DC voltage terminal 902a are connected to each other.

そして、スイッチング素子913aの他端と、ダイオード913bのアノードと、スイッチング素子916aの他端と、ダイオード916bのアノードと、直流電圧端子903aとは、互いに接続されている。   The other end of the switching element 913a, the anode of the diode 913b, the other end of the switching element 916a, the anode of the diode 916b, and the DC voltage terminal 903a are connected to each other.

図10に示す本実施例2のマルチレベルインバータ2では、図27に示す従来の単相3レベルインバータに比べ、ダイオードを4つ削減できている。また、スイッチング素子は削減されていないが、図10におけるスイッチング素子911a,931、および、スイッチング素子914a,932は、MOSFETで構成すると、それぞれソースが共通とすることが出来る。このため、フローティング電源を2系統削減できる。   In the multilevel inverter 2 of the second embodiment shown in FIG. 10, four diodes can be reduced compared to the conventional single-phase three-level inverter shown in FIG. Although the number of switching elements is not reduced, the sources of switching elements 911a and 931 and switching elements 914a and 932 in FIG. For this reason, two systems of floating power supplies can be reduced.

従って、従来の単相3レベルインバータ(図27)よりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させたマルチレベル(単相3レベル)インバータを提供することができる。   Accordingly, a multi-level (single-phase three-level) inverter is provided in which at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies is reduced as compared with the conventional single-phase three-level inverter (FIG. 27). Can do.

図11〜図18は、それぞれ、図10のマルチレベルインバータ2におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。   11 to 18 are circuit diagrams showing states of switching elements in the multilevel inverter 2 of FIG.

図11〜図18について、具体的に説明する。図11は、図10の回路において出力電流ioが正である場合、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。また、図12は、図10の回路において出力電流ioが負である場合、図28の時刻t1から時刻t2までの期間と、図28の時刻t3から時刻t4までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。さらに、図13は、図10の回路において出力電流ioが正である場合、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。さらに、図14は、図10の回路において出力電流ioが負である場合、図28の時刻t2から時刻t3までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。さらに、図15は、図10の回路において出力電流ioが負である場合、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。さらに、図16は、図10の回路において出力電流ioが正である場合、図28の時刻t4から時刻t5までの期間と、図28の時刻t6から時刻t7までの期間とにおけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。さらに、図17は、図10の回路において出力電流ioが負である場合、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。そして、図18は、図10の回路において出力電流ioが正である場合、図28の時刻t5から時刻t6までの期間におけるスイッチング素子の状態を示す回路図である。   11 to 18 will be specifically described. FIG. 11 shows the state of the switching element in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. It is a circuit diagram. 12 shows the state of the switching element in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. FIG. Further, FIG. 13 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. Further, FIG. 14 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. Further, FIG. 15 shows the state of the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. FIG. Further, FIG. 16 shows the state of the switching element in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG. FIG. Further, FIG. 17 is a circuit diagram showing the state of the switching element in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is negative in the circuit of FIG. FIG. 18 is a circuit diagram showing the state of the switching element during the period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is positive in the circuit of FIG.

まず、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間において、出力電流ioが正である場合、U相のインバータアーム9000では、スイッチング素子911aをオンし、スイッチング素子912aをオフし、スイッチング素子913aをオフし、スイッチング素子931をオフする。これに対して、W相のインバータアーム9001では、スイッチング素子914aをオフし、スイッチング素子916aをオフし、スイッチング素子932をオフする。また、スイッチング素子915aをPWM制御する。   First, in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 9000, the switching element 911a Turns on, turns off the switching element 912a, turns off the switching element 913a, and turns off the switching element 931. On the other hand, in the W-phase inverter arm 9001, the switching element 914a is turned off, the switching element 916a is turned off, and the switching element 932 is turned off. Further, the switching element 915a is PWM-controlled.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図11に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが正の状態で、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間に示される波形となる。線間電圧vuwが0の時は、逆並列に接続されているダイオード914bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 11 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 with the output current io being positive. When the line voltage v uw is 0, the diode 914b connected in antiparallel is conducted.

一方、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間において、出力電流ioが負である場合、U相のインバータアーム9000では、スイッチング素子911aをオフし、スイッチング素子913aをオフし、スイッチング素子931をオフする。また、スイッチング素子912aをPWM制御する。これに対して、W相のインバータアーム9001では、スイッチング素子914aをオフし、スイッチング素子915aをオフし、スイッチング素子916aをオフし、スイッチング素子932をオンする。   On the other hand, in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 9000, the switching element 911a is turned on when the output current io is negative. It is turned off, the switching element 913a is turned off, and the switching element 931 is turned off. Further, the switching element 912a is PWM-controlled. On the other hand, in the W-phase inverter arm 9001, the switching element 914a is turned off, the switching element 915a is turned off, the switching element 916a is turned off, and the switching element 932 is turned on.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図12に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが負の状態で、図28の時刻t1から時刻t2までの期間、および、図28の時刻t3から時刻t4までの期間に示される波形となる。線間電圧vuwが1/2Vの時は、逆並列に接続されているダイオード911bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 12 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t1 to time t2 in FIG. 28 and in the period from time t3 to time t4 in FIG. 28 in a state where the output current io is negative. When the line voltage v uw is 1 / 2V, the diode 911b connected in antiparallel is turned on.

次に、図28の時刻t2から時刻t3までの期間において、出力電流ioが正である場合、U相のインバータアーム9000では、スイッチング素子911aをオンし、スイッチング素子912aをオフし、スイッチング素子913aをオフし、スイッチング素子931をオフする。これに対して、W相のインバータアーム9001では、スイッチング素子914aをオフし、スイッチング素子915aをオンし、スイッチング素子932をオフする。また、スイッチング素子916aをPWM制御する。   Next, in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28, when the output current io is positive, in the U-phase inverter arm 9000, the switching element 911a is turned on, the switching element 912a is turned off, and the switching element 913a is turned on. Is turned off, and the switching element 931 is turned off. On the other hand, in the W-phase inverter arm 9001, the switching element 914a is turned off, the switching element 915a is turned on, and the switching element 932 is turned off. Further, the switching element 916a is PWM-controlled.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図13に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが正の状態で、図28の時刻t2から時刻t3までの期間に示される波形となる。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 13 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is positive.

一方、図28の時刻t2から時刻t3までの期間において、出力電流ioが負である場合、U相のインバータアーム9000では、スイッチング素子911aをオフし、スイッチング素子913aをオフし、スイッチング素子931をオフする。また、スイッチング素子912aをPWM制御する。これに対して、W相のインバータアーム9001では、スイッチング素子914aをオフし、スイッチング素子915aをオフし、スイッチング素子916aをオフし、スイッチング素子932をオフする。   On the other hand, when the output current io is negative during the period from time t2 to time t3 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 9000, the switching element 911a is turned off, the switching element 913a is turned off, and the switching element 931 is turned off. Turn off. Further, the switching element 912a is PWM-controlled. On the other hand, in the W-phase inverter arm 9001, the switching element 914a is turned off, the switching element 915a is turned off, the switching element 916a is turned off, and the switching element 932 is turned off.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図14に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが負の状態で、図28の時刻t2から時刻t3までの期間に示される波形となる。図14に示される状態では、逆並列に接続されているダイオード915b,916bが導通する。線間電圧vuwがVの時は、逆並列に接続されているダイオード911bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 14 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t2 to time t3 in FIG. 28 when the output current io is negative. In the state shown in FIG. 14, the diodes 915b and 916b connected in anti-parallel are conducted. When the line voltage v uw is V, the diode 911b connected in antiparallel is conducted.

次に、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間において、出力電流ioが負である場合、U相のインバータアーム9000では、スイッチング素子911aをオフし、スイッチング素子913aをオフし、スイッチング素子931をオフする。また、スイッチング素子912aをPWM制御する。これに対して、W相のインバータアーム9001では、スイッチング素子914aをオンし、スイッチング素子915aをオフし、スイッチング素子916aをオフし、スイッチング素子932をオフする。   Next, when the output current io is negative in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28, the switching element 911a is used in the U-phase inverter arm 9000. Is turned off, the switching element 913a is turned off, and the switching element 931 is turned off. Further, the switching element 912a is PWM-controlled. On the other hand, in the W-phase inverter arm 9001, the switching element 914a is turned on, the switching element 915a is turned off, the switching element 916a is turned off, and the switching element 932 is turned off.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図15に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが負の状態で、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間に示される波形となる。線間電圧vuwが0の時は、逆並列に接続されているダイオード911bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 15 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 in a state where the output current io is negative. When the line voltage v uw is 0, the diode 911b connected in antiparallel is conducted.

一方、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間において、出力電流ioが正である場合、U相のインバータアーム9000では、スイッチング素子911aをオフし、スイッチング素子912aをオフし、スイッチング素子913aをオフし、スイッチング素子931をオンする。これに対して、W相のインバータアーム9001では、スイッチング素子914aをオフし、スイッチング素子916aをオフし、スイッチング素子932をオフする。また、スイッチング素子915aをPWM制御する。   On the other hand, when the output current io is positive in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28, in the U-phase inverter arm 9000, the switching element 911a is It is turned off, the switching element 912a is turned off, the switching element 913a is turned off, and the switching element 931 is turned on. On the other hand, in the W-phase inverter arm 9001, the switching element 914a is turned off, the switching element 916a is turned off, and the switching element 932 is turned off. Further, the switching element 915a is PWM-controlled.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図16に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが正の状態で、図28の時刻t4から時刻t5までの期間、および、図28の時刻t6から時刻t7までの期間に示される波形となる。線間電圧vuwが−1/2Vの時は、逆並列に接続されているダイオード914bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 16 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t4 to time t5 in FIG. 28 and in the period from time t6 to time t7 in FIG. 28 when the output current io is positive. When the line voltage v uw is −1/2 V, the diode 914 b connected in antiparallel is turned on.

次に、図28の時刻t5から時刻t6までの期間において、出力電流ioが負である場合、U相のインバータアーム9000では、スイッチング素子911aをオフし、スイッチング素子912aをオンし、スイッチング素子931をオフする。また、スイッチング素子913aをPWM制御する。これに対して、W相のインバータアーム9001では、スイッチング素子914aをオンし、スイッチング素子915aをオフし、スイッチング素子916aをオフし、スイッチング素子932をオフする。   Next, in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28, when the output current io is negative, in the U-phase inverter arm 9000, the switching element 911a is turned off, the switching element 912a is turned on, and the switching element 931 is turned on. Turn off. Further, the switching element 913a is PWM-controlled. On the other hand, in the W-phase inverter arm 9001, the switching element 914a is turned on, the switching element 915a is turned off, the switching element 916a is turned off, and the switching element 932 is turned off.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図17に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが負の状態で、図28の時刻t5から時刻t6までの期間に示される波形となる。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 17 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is negative.

一方、図28の時刻t5から時刻t6までの期間において、出力電流ioが正である場合、U相のインバータアーム9000では、スイッチング素子911aをオフし、スイッチング素子912aをオフし、スイッチング素子913aをオフし、スイッチング素子931をオフする。これに対して、W相のインバータアーム9001では、スイッチング素子914aをオフし、スイッチング素子916aをオフし、スイッチング素子932をオフする。また、スイッチング素子915aをPWM制御する。   On the other hand, in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28, when the output current io is positive, in the U-phase inverter arm 9000, the switching element 911a is turned off, the switching element 912a is turned off, and the switching element 913a is turned on. The switching element 931 is turned off. On the other hand, in the W-phase inverter arm 9001, the switching element 914a is turned off, the switching element 916a is turned off, and the switching element 932 is turned off. Further, the switching element 915a is PWM-controlled.

このようなスイッチング制御を行うことにより、図18に示されるような状態の繰り返しが生じる。従って、線間電圧vuwは、出力電流ioが正の状態で、図28の時刻t5から時刻t6までの期間に示される波形となる。図18に示される状態では、逆並列に接続されているダイオード912b,913bが導通する。線間電圧vuwが−Vの時は、逆並列に接続されているダイオード914bが導通する。 By performing such switching control, the state as shown in FIG. 18 is repeated. Therefore, the line voltage v uw has a waveform shown in the period from time t5 to time t6 in FIG. 28 when the output current io is positive. In the state shown in FIG. 18, the diodes 912b and 913b connected in antiparallel are turned on. When the line voltage v uw is −V, the diode 914b connected in antiparallel is turned on.

このようにして、図10のマルチレベルインバータ2において、時刻t1から時刻t7まで1周期の制御を行う。1周期の制御が終了すると、時刻t1に戻る。   In this way, in the multilevel inverter 2 of FIG. 10, one cycle of control is performed from time t1 to time t7. When one cycle of control is completed, the process returns to time t1.

以上のように、本実施例2に係るマルチレベルインバータ2によれば、インバータアーム9000が有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、U相出力端子906に出力できる。また、インバータアーム9001が有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、W相出力端子907に出力できる。これにより、線間電圧vuwを出力することが可能となる。 As described above, according to the multilevel inverter 2 according to the second embodiment, the DC voltage applied to the highest potential point by appropriately controlling on / off of the switching element of the inverter arm 9000, Either a DC voltage applied to the lowest potential point or a DC voltage applied to the power supply connection point can be output to the U-phase output terminal 906. In addition, the DC voltage applied to the highest potential point, the DC voltage applied to the lowest potential point, and the power supply connection point can be controlled by appropriately controlling on / off of the switching element included in the inverter arm 9001. Any of the DC voltages applied to can be output to the W-phase output terminal 907. As a result, the line voltage v uw can be output.

マルチレベルインバータ2では、第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子914a,915a,916a、および、第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子911a,912a,913aのオンまたはオフを制御する信号を、それぞれのスイッチング素子に出力する制御回路50(制御手段)をさらに備え、制御回路50は、第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子914a,915a,916aが全て同時にオンされないように制御し、第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子911a,912a,913aが全て同時にオンされないように制御するとともに、図11〜図18に示したスイッチング制御をしてもよい。すなわち、制御回路50は、前記最低電位点903aと、W相出力端子907との間のスイッチング素子の内、任意の個数のスイッチング素子、前記最低電位点903aと、U相出力端子906との間のスイッチング素子の内、任意の個数のスイッチング素子のいずれかを、パルス幅変調制御し、他のスイッチング素子の内、前記最低電位点901aと、W相出力端子907及びU相出力端子906との間のスイッチング素子を、オンまたはオフを維持するように制御し、かつ、前記最高電位点901aとW相出力端子907との間のスイッチング素子、前記最高電位点901aとU相出力端子906との間のスイッチング素子、前記第1のスイッチング素子932、および、第2のスイッチング素子931を、U相出力端子906から出力される出力電流ioの極性に応じて、オンまたはオフするよう制御してもよい。   In the multilevel inverter 2, a signal for controlling on or off of the switching elements 914a, 915a, 916a included in the first switching element group and the switching elements 911a, 912a, 913a included in the second switching element group is provided. The control circuit 50 further includes a control circuit 50 (control means) that outputs to each switching element, and the control circuit 50 controls the switching elements 914a, 915a, and 916a included in the first switching element group not to be turned on at the same time, The switching elements 911a, 912a, and 913a included in the second switching element group may be controlled not to be turned on at the same time, and the switching control illustrated in FIGS. That is, the control circuit 50 includes any number of switching elements between the lowest potential point 903a and the W-phase output terminal 907, and between the lowest potential point 903a and the U-phase output terminal 906. Any of a number of switching elements is subjected to pulse width modulation control, and among the other switching elements, the lowest potential point 901a, the W-phase output terminal 907, and the U-phase output terminal 906 A switching element between the highest potential point 901a and the W-phase output terminal 907, and the switching element between the highest potential point 901a and the U-phase output terminal 906. Output from the U-phase output terminal 906, the first switching element 932 and the second switching element 931. Depending on the polarity of the output current io that may be controlled so as to turn on or off.

これにより、線間電圧vuwとして、パルス幅変調された電圧を出力することができる。 As a result, a pulse width modulated voltage can be output as the line voltage v uw .

さらに、出力電流ioが正である必要が有る負荷と、出力電流ioが負である必要が有る負荷との両方に、マルチレベルインバータ2を適用できる。   Furthermore, the multilevel inverter 2 can be applied to both a load that requires the output current io to be positive and a load that requires the output current io to be negative.

(実施例2の変形例)
本実施例2の変形例として、図10のマルチレベルインバータ2におけるU相、W相のインバータアーム9000,9001のハイサイドとローサイドとを入れ換えて、図19のマルチレベルインバータ2’とすることも可能である。図19は、マルチレベルインバータ2’の回路図である。
(Modification of Example 2)
As a modification of the second embodiment, the U-phase and W-phase inverter arms 9000 and 9001 in the multi-level inverter 2 in FIG. 10 are interchanged to obtain the multi-level inverter 2 ′ in FIG. Is possible. FIG. 19 is a circuit diagram of the multilevel inverter 2 ′.

図19のマルチレベルインバータ2’において、U相のインバータアーム9000’は、図10のマルチレベルインバータ2におけるU相のインバータアーム9000のハイサイドとローサイドとを入れ換えた構成である。同様に、図19のマルチレベルインバータ2’において、W相のインバータアーム9001’は、図10のマルチレベルインバータ2におけるW相のインバータアーム9001のハイサイドとローサイドとを入れ換えた構成である。   In the multilevel inverter 2 ′ in FIG. 19, the U-phase inverter arm 9000 ′ has a configuration in which the high side and the low side of the U-phase inverter arm 9000 in the multilevel inverter 2 in FIG. 10 are interchanged. Similarly, in the multilevel inverter 2 ′ of FIG. 19, the W-phase inverter arm 9001 ′ has a configuration in which the high side and the low side of the W-phase inverter arm 9001 in the multilevel inverter 2 of FIG. 10 are interchanged.

本変形例に係るマルチレベルインバータ2’は、直列に接続されている直流電源901,902と、線間電圧vuwを出力するための、U相出力端子906およびW相出力端子907とを備え、前記直流電源901,902における最高電位点901aに印加される直流電圧、前記直流電源901,902における最低電位点903aに印加される直流電圧、および、隣り合う直流電源901,902同士の接続点である電源接続点902aに印加される直流電圧のいずれかを、W相出力端子907に出力するインバータアーム9001’と、前記最高電位点901aに印加される直流電圧、前記最低電位点903aに印加される直流電圧、および、前記電源接続点902aに印加される直流電圧のいずれかを、U相出力端子906に出力するインバータアーム9000’とを備えたマルチレベルインバータであって、インバータアーム9001’は、前記最高電位点901aと前記最低電位点903aとの間に設けられ、ダイオード914b’,915b’,916b’が逆並列に接続されたスイッチング素子914a’,915a’,916a’が奇数個(この例では3個)直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、アノードが、前記電源接続点902aと接続され、かつ、カソードが、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点901aと前記電源接続点902aとの間に設けられている直流電源901と同数(この例では1個)のスイッチング素子916a’を介して、前記最高電位点901aと接続されるダイオード922’を、前記電源接続点毎(ただしこの例では電源接続点は902aのみ)に備え、一端が、前記電源接続点902aと接続され、かつ、他端が、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点903aと前記電源接続点902aとの間に設けられている直流電源902と同数(この例では1個)のスイッチング素子914a’を介して、前記最低電位点903aと接続されるスイッチング素子932’(第1のスイッチング素子)を、前記電源接続点毎(ただしこの例では電源接続点は902aのみ)に備え、前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点901aとの間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点903aとの間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ多くなる接続点(この例ではスイッチング素子914a’とスイッチング素子915a’との接続点)と、W相出力端子907とが接続されており、インバータアーム9000’は、前記最高電位点901aと前記最低電位点903aとの間に設けられ、ダイオード911b’,912b’,913b’が逆並列に接続されたスイッチング素子911a’,912a’,913a’が奇数個(この例では3個)直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、アノードが、前記電源接続点902aと接続され、かつ、カソードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点901aと前記電源接続点902aとの間に設けられている直流電源901と同数(この例では1個)のスイッチング素子913a’を介して、前記最高電位点901aと接続されるダイオード921’を、前記電源接続点毎(ただしこの例では電源接続点は902aのみ)に備え、一端が、前記電源接続点902aと接続され、かつ、他端が、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点903aと前記電源接続点902aとの間に設けられている直流電源902と同数(この例では1個)のスイッチング素子911a’を介して、前記最低電位点903aと接続されるスイッチング素子931’(第2のスイッチング素子)を、前記電源接続点毎(ただしこの例では電源接続点は902aのみ)に備え、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点901aとの間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点903aとの間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ多くなる接続点(この例ではスイッチング素子911a’とスイッチング素子912a’との接続点)と、U相出力端子906とが接続されている。 The multilevel inverter 2 ′ according to the present modification includes DC power supplies 901 and 902 connected in series, and a U-phase output terminal 906 and a W-phase output terminal 907 for outputting the line voltage v uw. The DC voltage applied to the highest potential point 901a in the DC power supplies 901 and 902, the DC voltage applied to the lowest potential point 903a in the DC power supplies 901 and 902, and the connection point between adjacent DC power supplies 901 and 902 Any one of the DC voltages applied to the power supply connection point 902a is applied to the inverter arm 9001 ′ for outputting to the W-phase output terminal 907, the DC voltage applied to the highest potential point 901a, and applied to the lowest potential point 903a. Output to the U-phase output terminal 906 is either a DC voltage to be applied or a DC voltage applied to the power supply connection point 902a. The inverter arm 9001 ′ is provided between the highest potential point 901a and the lowest potential point 903a, and diodes 914b ′, 915b ′, and 916b ′ are reversed. The switching element 914a ', 915a', 916a 'connected in parallel includes a first switching element group formed by connecting an odd number (three in this example) in series, and an anode is connected to the power supply connection point 902a. The same number of DC power sources 901 connected between the highest potential point 901a and the power source connection point 902a included in the first switching element group (in this example, one). The diode 922 ′ connected to the highest potential point 901a is connected to the power supply via the switching element 916a ′. The lowest potential point 903a is provided for each (however, in this example, the power supply connection point is only 902a), one end of which is connected to the power supply connection point 902a and the other end is included in the first switching element group. Switching element 932 ′ (first element) connected to the lowest potential point 903a via the same number (in this example, one) of switching elements 914a ′ as the DC power sources 902 provided between the power source connection point 902a and the power source connection point 902a. 1 switching element) for each power supply connection point (in this example, the power supply connection point is only 902a), and among the connection points of the switching elements included in the first switching element group, the highest potential point The number of switching elements provided between 901a and the switch 901a is one more than the number of switching elements provided between the lowest potential point 903a. A connection point (in this example, a connection point between the switching element 914a ′ and the switching element 915a ′) and a W-phase output terminal 907 are connected, and the inverter arm 9000 ′ has the highest potential point 901a and the lowest potential point. The switching elements 911a ′, 912a ′, and 913a ′ are connected in series with the diodes 911b ′, 912b ′, and 913b ′ connected in reverse parallel to each other. A second switching element group, an anode connected to the power supply connection point 902a, and a cathode included in the second switching element group; the highest potential point 901a and the power supply connection point 902a; Through the same number (one in this example) of switching devices 913a ′ as the DC power sources 901 provided between the A diode 921 ′ connected to the power point 901a is provided for each power connection point (in this example, the power connection point is only 902a), one end is connected to the power connection point 902a, and the other end is Via the same number (one in this example) of switching elements 911a ′ as the number of DC power supplies 902 provided between the lowest potential point 903a and the power supply connection point 902a included in the second switching element group. A switching element 931 ′ (second switching element) connected to the lowest potential point 903a is provided for each power connection point (in this example, the power supply connection point is only 902a), and the second switching element group Among the connection points of the switching elements included in each other, the number of switching elements provided between the highest potential point 901a is the lowest potential point 903. One lot comprising connection points than the number of switching elements provided between (the connection point of this example 'a switching element 912a' switching elements 911a and), and a U-phase output terminal 906 is connected between the.

上記構成によれば、インバータアーム9000’が有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点901aに印加される直流電圧、前記最低電位点903aに印加される直流電圧、および、前記電源接続点902aに印加される直流電圧のいずれかを、U相出力端子906に出力できる。また、インバータアーム9001’が有するスイッチング素子のオン・オフを、適切に制御することにより、前記最高電位点901aに印加される直流電圧、前記最低電位点903aに印加される直流電圧、および、前記電源接続点902aに印加される直流電圧のいずれかを、W相出力端子907に出力できる。これにより、線間電圧vuwを出力することが可能となる。 According to the above configuration, the DC voltage applied to the highest potential point 901a and the DC voltage applied to the lowest potential point 903a by appropriately controlling on / off of the switching element of the inverter arm 9000 ′. , And any DC voltage applied to the power supply connection point 902a can be output to the U-phase output terminal 906. Further, by appropriately controlling on / off of the switching element included in the inverter arm 9001 ′, a DC voltage applied to the highest potential point 901a, a DC voltage applied to the lowest potential point 903a, and Any DC voltage applied to the power supply connection point 902a can be output to the W-phase output terminal 907. As a result, the line voltage v uw can be output.

一例として、U相出力端子906から、負の出力電流ioを出力するとともに、W相出力端子907からみたU相出力端子906の電圧(線間電圧vuw)を、−Vとする場合は、前記最高電位点901aとW相出力端子907との間の全てのスイッチング素子915a’,916a’をオンするとともに、前記最低電位点903aとU相出力端子906との間の全てのスイッチング素子911a’をオンすればよい。 As an example, when a negative output current io is output from the U-phase output terminal 906 and the voltage (line voltage v uw ) of the U-phase output terminal 906 viewed from the W-phase output terminal 907 is −V, All the switching elements 915a ′ and 916a ′ between the highest potential point 901a and the W-phase output terminal 907 are turned on, and all the switching elements 911a ′ between the lowest potential point 903a and the U-phase output terminal 906 are turned on. You can turn on.

また、他の一例として、U相出力端子906から、負の出力電流ioを出力するとともに、W相出力端子907からみたU相出力端子906の電圧を、Vとする場合は、前記最低電位点903aとW相出力端子907との間のスイッチング素子914a’をオフするとともに、前記最高電位点901aとU相出力端子906との間の全てのスイッチング素子912a’,913a’をオフすればよい。この場合、前記最低電位点903aとW相出力端子907との間に設けられている、逆並列接続されたダイオード914b’と、前記最高電位点901aとU相出力端子906との間に設けられている、逆並列接続されたダイオード912b’,913b’とに電流を流すことにより、U相出力端子906から、負の出力電流ioを出力することができる。   As another example, when the negative output current io is output from the U-phase output terminal 906 and the voltage of the U-phase output terminal 906 viewed from the W-phase output terminal 907 is V, the lowest potential point The switching element 914a ′ between 903a and the W-phase output terminal 907 may be turned off, and all the switching elements 912a ′ and 913a ′ between the highest potential point 901a and the U-phase output terminal 906 may be turned off. In this case, an anti-parallel diode 914b ′ provided between the lowest potential point 903a and the W-phase output terminal 907, and between the highest potential point 901a and the U-phase output terminal 906 are provided. The negative output current io can be output from the U-phase output terminal 906 by flowing a current through the diodes 912b ′ and 913b ′ connected in reverse parallel.

また、マルチレベルインバータ2’では、従来の単相3レベルインバータ(図27)に比べ、ダイオードを4つ削減できている。   Further, in the multilevel inverter 2 ', four diodes can be reduced compared to the conventional single-phase three-level inverter (FIG. 27).

従って、前記従来の単相3レベルインバータよりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させたマルチレベル(単相3レベル)インバータを提供することができる。   Accordingly, it is possible to provide a multi-level (single-phase three-level) inverter in which at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies is reduced as compared with the conventional single-phase three-level inverter.

(実施例2の拡張変形例)
また、本実施例2の拡張変形形として、図10のマルチレベルインバータ2において、U相、W相のインバータアーム9000,9001と同一の構成を有するV相のインバータアーム9002を追加することにより、3相3レベルインバータ2’’を構成することも可能である。図20は、3相3レベルインバータ2’’の回路図である。
(Extended modification of Example 2)
Further, as an extended variation of the second embodiment, by adding a V-phase inverter arm 9002 having the same configuration as the U-phase and W-phase inverter arms 9000 and 9001 in the multilevel inverter 2 of FIG. It is also possible to constitute a three-phase three-level inverter 2 ″. FIG. 20 is a circuit diagram of the three-phase three-level inverter 2 ″.

なお、マルチレベルインバータ2では、インバータアーム9000とインバータアーム9001とが同一の構成であり、マルチレベルインバータ2’では、インバータアーム9000’とインバータアーム9001’とが同一の構成である。ここで、例えば、インバータアーム9000とインバータアーム9001’とを組み合わせてマルチレベルインバータを構成することは出来ない。その理由として、出力電圧vuwが正または負のどちらかの場合はマルチレベル出力となるが、他方は2レベル出力しかできなくなってしまうためである。 In the multilevel inverter 2, the inverter arm 9000 and the inverter arm 9001 have the same configuration, and in the multilevel inverter 2 ′, the inverter arm 9000 ′ and the inverter arm 9001 ′ have the same configuration. Here, for example, a multi-level inverter cannot be configured by combining the inverter arm 9000 and the inverter arm 9001 ′. The reason is that when the output voltage v uw is either positive or negative, a multi-level output is obtained, but the other can only output two levels.

〔スイッチング素子〕
実施例1,2におけるスイッチング素子としては、半導体スイッチが使用できる。半導体スイッチを使用することにより、機械式スイッチを用いることなくマルチレベルインバータ1,2,2’を構成することができる。
[Switching element]
A semiconductor switch can be used as the switching element in the first and second embodiments. By using the semiconductor switch, the multilevel inverters 1, 2, 2 ′ can be configured without using a mechanical switch.

ただし、図10のスイッチング素子931,932として、例えばMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor:金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタ)等の、寄生逆並列ダイオードをもつ半導体スイッチは使用できない。   However, as the switching elements 931 and 932 in FIG. 10, a semiconductor switch having a parasitic antiparallel diode such as a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) cannot be used.

これに対して、図1のスイッチング素子611a,612a,613a,614a,615a,616a、および、図10のスイッチング素子911a,912a,913a,914a,915a,916aとして、例えば上述したMOSFET等の、寄生逆並列ダイオードをもつ半導体スイッチを使用してもよい。これにより、図1のダイオード611b,612b,613b,614b,615b,616b、および、図10のダイオード911b,912b,913b,914b,915b,916bを省略することが可能である。   In contrast, the switching elements 611a, 612a, 613a, 614a, 615a, 616a in FIG. 1 and the switching elements 911a, 912a, 913a, 914a, 915a, 916a in FIG. A semiconductor switch with an antiparallel diode may be used. Accordingly, the diodes 611b, 612b, 613b, 614b, 615b, and 616b in FIG. 1 and the diodes 911b, 912b, 913b, 914b, 915b, and 916b in FIG. 10 can be omitted.

スイッチング素子としてMOSFETを使用する場合は、図1のスイッチング素子611a,612a,613a,614a,615a,616a、および、図10のスイッチング素子911a,912a,913a,914a,915a,916aの箇所に、図21に示す極性で挿入すればよい。   When a MOSFET is used as the switching element, the switching elements 611a, 612a, 613a, 614a, 615a, 616a in FIG. 1 and the switching elements 911a, 912a, 913a, 914a, 915a, 916a in FIG. What is necessary is just to insert with the polarity shown in FIG.

また、スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を使用する場合は、図1のスイッチング素子611a,612a,613a,614a,615a,616a、および、図10のスイッチング素子911a,912a,913a,914a,915a,916a,931,932の箇所に、図22に示す極性で挿入すればよい。   When an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as the switching element, the switching elements 611a, 612a, 613a, 614a, 615a, and 616a in FIG. 1 and the switching elements 911a and 912a in FIG. , 913a, 914a, 915a, 916a, 931, and 932 with the polarity shown in FIG.

〔マルチレベルインバータのレベル数〕
上記実施形態では、3レベルインバータについて述べたが、本発明は3レベルインバータに限定されず、4レベル、5レベル・・・といったあらゆるレベル数のマルチレベルインバータに適用可能である。一例として、図24に、本発明の実施形態に係る4レベルインバータの回路図を示す。
[Number of multi-level inverter levels]
Although the three-level inverter has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to the three-level inverter, but can be applied to multi-level inverters having any number of levels such as four levels, five levels,. As an example, FIG. 24 shows a circuit diagram of a four-level inverter according to an embodiment of the present invention.

なお、本実施形態では、主に系統連系インバータについて述べたが、本発明の対象は系統連系インバータに限らない。本発明は、系統連系インバータの他に、モータドライブ用インバータにも適用できる。   In addition, in this embodiment, although the grid connection inverter was mainly described, the object of this invention is not restricted to a grid connection inverter. The present invention can be applied to a motor drive inverter in addition to a grid interconnection inverter.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明のマルチレベルインバータは、従来のマルチレベルインバータよりも、スイッチング素子の数、ダイオードの数、フローティング電源の数の少なくとも1つを減少させることができるので、回路規模およびコストの低減が求められるマルチレベルインバータに好適に用いることが出来る。   Since the multilevel inverter of the present invention can reduce at least one of the number of switching elements, the number of diodes, and the number of floating power supplies as compared with the conventional multilevel inverter, reduction in circuit scale and cost is required. It can be suitably used for a multi-level inverter.

1,2,2’ マルチレベルインバータ
2’’ 3相3レベルインバータ
6000 インバータアーム(第2のインバータアーム)
6001 インバータアーム(第1のインバータアーム)
6000’ インバータアーム
601,602 直流電源(複数の直流電源)
601a〜603a 直流電圧端子
606 U相出力端子(第2の出力端子)
607 W相出力端子(第1の出力端子)
611a,612a,613a,614a スイッチング素子(第2のスイッチング素子群)
615a,616a スイッチング素子(第1のスイッチング素子群)
611b,612b,613b,614b ダイオード
615b,616b ダイオード
621 ダイオード
622 ダイオード
9000,9000’ インバータアーム(第2のインバータアーム)
9001,9001’ インバータアーム(第1のインバータアーム)
9002 インバータアーム
901,902 直流電源(複数の直流電源)
901a〜903a 直流電圧端子
906 U相出力端子(第2の出力端子)
907 W相出力端子(第1の出力端子)
911a,912a,913a スイッチング素子(第2のスイッチング素子群)
911a’,912a’913a’ スイッチング素子(第2のスイッチング素子群)
914a,915a,916a スイッチング素子(第1のスイッチング素子群)
914a’,915a’,916a’ スイッチング素子(第1のスイッチング素子群)
931,931’ スイッチング素子(第2のスイッチング素子)
932,932’ スイッチング素子(第1のスイッチング素子)
911b,912b,913b ダイオード
911b’,912b’,913b’ ダイオード
914b,915b,916b ダイオード
914b’,915b’,916b’ ダイオード
921,921’ ダイオード
922,922’ ダイオード
50 制御回路(制御手段)
io 出力電流
uw 線間電圧(交流電圧)
1,2,2 'multi-level inverter 2''three-phase three-level inverter 6000 inverter arm (second inverter arm)
6001 Inverter arm (first inverter arm)
6000 'inverter arm 601 and 602 DC power supply (plural DC power supplies)
601a to 603a DC voltage terminal 606 U-phase output terminal (second output terminal)
607 W-phase output terminal (first output terminal)
611a, 612a, 613a, 614a Switching element (second switching element group)
615a, 616a switching element (first switching element group)
611b, 612b, 613b, 614b Diode 615b, 616b Diode 621 Diode 622 Diode 9000, 9000 'Inverter arm (second inverter arm)
9001, 9001 ′ inverter arm (first inverter arm)
9002 Inverter arm 901, 902 DC power supply (plural DC power supplies)
901a to 903a DC voltage terminal 906 U-phase output terminal (second output terminal)
907 W-phase output terminal (first output terminal)
911a, 912a, 913a switching element (second switching element group)
911a ′, 912a′913a ′ switching element (second switching element group)
914a, 915a, 916a Switching element (first switching element group)
914a ′, 915a ′, 916a ′ switching element (first switching element group)
931, 931 ′ switching element (second switching element)
932, 932 ′ switching element (first switching element)
911b, 912b, 913b Diode 911b ', 912b', 913b 'Diode 914b, 915b, 916b Diode 914b', 915b ', 916b' Diode 921, 921 'Diode 922, 922' Diode 50 Control circuit (control means)
io Output current v uw line voltage (AC voltage)

Claims (4)

直列に接続されている複数の直流電源と、
交流電圧を出力するための第1の出力端子および第2の出力端子と、
前記複数の直流電源における最高電位点に印加される直流電圧、前記複数の直流電源における最低電位点に印加される直流電圧、および、隣り合う前記直流電源同士の接続点である電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第1の出力端子に出力する第1のインバータアームと、
前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第2の出力端子に出力する第2のインバータアームとを備えたマルチレベルインバータであって、
前記第1のインバータアームは、
前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、
一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続される第1のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、
カソードが、前記電源接続点と接続され、かつ、アノードが、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、
前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ少なくなる接続点と、前記第1の出力端子とが接続されており、
前記第2のインバータアームは、
前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、
一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続される第2のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、
カソードが、前記電源接続点と接続され、かつ、アノードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、
前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ少なくなる接続点と、前記第2の出力端子とが接続されていることを特徴とするマルチレベルインバータ。
A plurality of DC power supplies connected in series;
A first output terminal and a second output terminal for outputting an alternating voltage;
DC voltage applied to the highest potential point in the plurality of DC power supplies, DC voltage applied to the lowest potential point in the plurality of DC power supplies, and a power supply connection point that is a connection point between the adjacent DC power supplies A first inverter arm that outputs any of the DC voltages to be output to the first output terminal;
A second voltage that outputs any one of a DC voltage applied to the highest potential point, a DC voltage applied to the lowest potential point, and a DC voltage applied to the power supply connection point to the second output terminal. A multi-level inverter equipped with an inverter arm of
The first inverter arm is
A first switching element group that is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and in which an odd number of switching elements connected in reverse parallel are connected in series;
One end is connected to the power source connection point, and the other end is included in the first switching element group, and the same number as the DC power sources provided between the highest potential point and the power source connection point. A first switching element connected to the highest potential point via a switching element is provided for each power connection point,
A cathode is connected to the power supply connection point, and an anode is included in the first switching element group, and the same number of the DC power supplies provided between the lowest potential point and the power supply connection point. A diode connected to the lowest potential point via a switching element is provided for each power supply connection point,
Of the connection points of the switching elements included in the first switching element group, the number of switching elements provided between the highest potential points is equal to the number of switching elements provided between the lowest potential points. A connection point that is one less than the number is connected to the first output terminal,
The second inverter arm is
A second switching element group provided between the highest potential point and the lowest potential point and having an odd number of switching elements connected in antiparallel with a diode connected in series;
One end is connected to the power supply connection point, and the other end is included in the second switching element group, and the same number as the DC power supply provided between the highest potential point and the power supply connection point. A second switching element connected to the highest potential point via the switching element of each of the power supply connection points,
A cathode is connected to the power source connection point, and an anode is included in the second switching element group, and the same number as the DC power sources provided between the lowest potential point and the power source connection point. A diode connected to the lowest potential point via a switching element is provided for each power supply connection point,
Of the connection points of the switching elements included in the second switching element group, the number of switching elements provided between the highest potential points is equal to the number of switching elements provided between the lowest potential points. A multi-level inverter, characterized in that a connection point that is one less than the number is connected to the second output terminal.
直列に接続されている複数の直流電源と、
交流電圧を出力するための第1の出力端子および第2の出力端子とを備え、
前記複数の直流電源における最高電位点に印加される直流電圧、前記複数の直流電源における最低電位点に印加される直流電圧、および、隣り合う前記直流電源同士の接続点である電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第1の出力端子に出力する第1のインバータアームと、
前記最高電位点に印加される直流電圧、前記最低電位点に印加される直流電圧、および、前記電源接続点に印加される直流電圧のいずれかを、前記第2の出力端子に出力する第2のインバータアームとを備えたマルチレベルインバータであって、
前記第1のインバータアームは、
前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第1のスイッチング素子群を備えるとともに、
アノードが、前記電源接続点と接続され、かつ、カソードが、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、
一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第1のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続される第1のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、
前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ多くなる接続点と、前記第1の出力端子とが接続されており、
前記第2のインバータアームは、
前記最高電位点と前記最低電位点との間に設けられ、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が奇数個直列に接続されて成る第2のスイッチング素子群を備えるとともに、
アノードが、前記電源接続点と接続され、かつ、カソードが、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最高電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最高電位点と接続されるダイオードを、前記電源接続点毎に備え、
一端が、前記電源接続点と接続され、かつ、他端が、前記第2のスイッチング素子群に含まれる、前記最低電位点と前記電源接続点との間に設けられている前記直流電源と同数のスイッチング素子を介して、前記最低電位点と接続される第2のスイッチング素子を、前記電源接続点毎に備え、
前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子同士の接続点のうち、前記最高電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数が、前記最低電位点との間に設けられたスイッチング素子の個数より1つ多くなる接続点と、前記第2の出力端子とが接続されていることを特徴とするマルチレベルインバータ。
A plurality of DC power supplies connected in series;
A first output terminal and a second output terminal for outputting an alternating voltage;
DC voltage applied to the highest potential point in the plurality of DC power supplies, DC voltage applied to the lowest potential point in the plurality of DC power supplies, and a power supply connection point that is a connection point between the adjacent DC power supplies A first inverter arm that outputs any of the DC voltages to be output to the first output terminal;
A second voltage that outputs any one of a DC voltage applied to the highest potential point, a DC voltage applied to the lowest potential point, and a DC voltage applied to the power supply connection point to the second output terminal. A multi-level inverter equipped with an inverter arm of
The first inverter arm is
A first switching element group that is provided between the highest potential point and the lowest potential point, and in which an odd number of switching elements connected in reverse parallel are connected in series;
The anode is connected to the power supply connection point, and the cathode is included in the first switching element group, and the same number as the DC power supplies provided between the highest potential point and the power supply connection point. A diode connected to the highest potential point via a switching element is provided for each power supply connection point,
One end is connected to the power supply connection point, and the other end is included in the first switching element group, and the same number as the DC power supply provided between the lowest potential point and the power supply connection point. A first switching element connected to the lowest potential point via the switching element, for each power supply connection point;
Of the connection points of the switching elements included in the first switching element group, the number of switching elements provided between the highest potential points is equal to the number of switching elements provided between the lowest potential points. The connection point that is one more than the number is connected to the first output terminal,
The second inverter arm is
A second switching element group provided between the highest potential point and the lowest potential point and having an odd number of switching elements connected in antiparallel with a diode connected in series;
The anode is connected to the power supply connection point, and the cathode is included in the second switching element group, and the same number of the DC power supplies provided between the highest potential point and the power supply connection point. A diode connected to the highest potential point via a switching element is provided for each power supply connection point,
One end is connected to the power source connection point, and the other end is included in the second switching element group, and the same number as the DC power source provided between the lowest potential point and the power source connection point. A second switching element connected to the lowest potential point via the switching element, for each power connection point,
Of the connection points of the switching elements included in the second switching element group, the number of switching elements provided between the highest potential points is equal to the number of switching elements provided between the lowest potential points. A multi-level inverter, characterized in that a connection point that is one more than the number is connected to the second output terminal.
前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子、および、前記第1のスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子のオンまたはオフを制御する信号を、それぞれのスイッチング素子に出力する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記第1のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子が全て同時にオンされないように制御し、
前記第2のスイッチング素子群に含まれるスイッチング素子が全て同時にオンされないように制御するとともに、
前記最低電位点または前記最高電位点と、前記第1の出力端子との間のスイッチング素子の内、任意の個数のスイッチング素子、前記最低電位点または前記最高電位点と、前記第2の出力端子との間のスイッチング素子の内、任意の個数のスイッチング素子のいずれかを、パルス幅変調制御し、他のスイッチング素子の内、前記最低電位点または前記最高電位点と、前記第1及び第2の出力端子との間のスイッチング素子を、オンまたはオフを維持するように制御し、かつ、
前記最高電位点または前記最低電位点と前記第1の出力端子との間のスイッチング素子、前記最高電位点または前記最低電位点と前記第2の出力端子との間のスイッチング素子、前記第1のスイッチング素子、および、第2のスイッチング素子を、前記第2の出力端子から出力される出力電流の極性に応じて、オンまたはオフするよう制御することを特徴とする請求項1または2記載のマルチレベルインバータ。
ON / OFF of switching elements included in the first switching element group, switching elements included in the second switching element group, and the first switching element and the second switching element. A control means for outputting a control signal to each switching element;
The control means includes
Control so that all the switching elements included in the first switching element group are not simultaneously turned on,
Control is performed so that all the switching elements included in the second switching element group are not simultaneously turned on, and
Any number of switching elements among the switching elements between the lowest potential point or the highest potential point and the first output terminal, the lowest potential point or the highest potential point, and the second output terminal Any of a number of switching elements between the first and second switching elements is subjected to pulse width modulation control, and among the other switching elements, the lowest potential point or the highest potential point, and the first and second potential elements. A switching element between the output terminal and the output terminal is controlled to remain on or off, and
A switching element between the highest potential point or the lowest potential point and the first output terminal; a switching element between the highest potential point or the lowest potential point and the second output terminal; The multi-switch according to claim 1 or 2, wherein the switching element and the second switching element are controlled to be turned on or off in accordance with a polarity of an output current output from the second output terminal. Level inverter.
前記第1のスイッチング素子群が備えるスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子群が備えるスイッチング素子、前記第1のスイッチング素子、および、前記第2のスイッチング素子は、半導体スイッチであることを特徴とする請求項1または2に記載のマルチレベルインバータ。   The switching element included in the first switching element group, the switching element included in the second switching element group, the first switching element, and the second switching element are semiconductor switches. The multi-level inverter according to claim 1 or 2.
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