JP2012170327A - Multilevel inverter - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
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
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
図27のio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io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
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
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
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
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
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
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
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ioは、出力電流である。
In the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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io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io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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(線間電圧vuwの位相と出力電流io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io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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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io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
The multi-level inverter 2 generally includes
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
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io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
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io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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
〔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
vuw 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 '
601a to 603a
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,
9001, 9001 ′ inverter arm (first inverter arm)
9002
901a to 903a
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,
io Output current v uw line voltage (AC voltage)
Claims (4)
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.
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.
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WO2015006111A1 (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | Transphorm Inc. | Multilevel inverters and their components |
CN105048841A (en) * | 2015-07-13 | 2015-11-11 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | Three-phase multi-level inverter |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006087257A (en) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Multi-level converter and control method thereof |
JP2009017622A (en) * | 2007-07-02 | 2009-01-22 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Power converter |
JP2009095075A (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 3-level voltage reversible chopper device |
JP2012034428A (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Power conversion equipment |
-
2012
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006087257A (en) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Multi-level converter and control method thereof |
JP2009017622A (en) * | 2007-07-02 | 2009-01-22 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Power converter |
JP2009095075A (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 3-level voltage reversible chopper device |
JP2012034428A (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Power conversion equipment |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015006111A1 (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | Transphorm Inc. | Multilevel inverters and their components |
US9537425B2 (en) | 2013-07-09 | 2017-01-03 | Transphorm Inc. | Multilevel inverters and their components |
CN105048841A (en) * | 2015-07-13 | 2015-11-11 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | Three-phase multi-level inverter |
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