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JP3084645B2 - Inverter device - Google Patents

Inverter device

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Publication number
JP3084645B2
JP3084645B2 JP05288652A JP28865293A JP3084645B2 JP 3084645 B2 JP3084645 B2 JP 3084645B2 JP 05288652 A JP05288652 A JP 05288652A JP 28865293 A JP28865293 A JP 28865293A JP 3084645 B2 JP3084645 B2 JP 3084645B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor switch
voltage
turned
inverter
gto
Prior art date
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Application number
JP05288652A
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Japanese (ja)
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JPH07123729A (en
Inventor
佳浩 宮路
堀江  哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH07123729A publication Critical patent/JPH07123729A/en
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Publication of JP3084645B2 publication Critical patent/JP3084645B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の自己消弧形半
導体スイッチ素子を直列接続して形成されたアームをブ
リッジ接続するインバータ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inverter device for bridging an arm formed by connecting a plurality of self-extinguishing semiconductor switch elements in series.

【0002】[0002]

【従来の技術】インバータ回路は、半導体スイッチ素子
をブリッジ接続して形成し、直流を交流に変換する。こ
の半導体スイッチ素子としては、スイッチング周波数を
高くできることや、特別の転流回路が不要であることな
どから、自己消弧形半導体スイッチ素子、例えばパワー
トランジスタ、酸化金属半導体電界効果トランジスタ、
あるいはゲートターンオフサイリスタ(以下、GTOサ
イリスタと略記する)が多用されている。インバータの
主回路構成については、これまで様々な形のものが報告
されているが、その中で特開平3−159570号公報
に記載されているように、1相当り4つの半導体スイッ
チ素子(ここでは、GTOサイリスタを例にする)を直
列に接続したものがある。1相当り半導体スイッチ素子
を4個直列接続することの利点として、 1.回路電圧を高くすることができ、インバータの変換
容量が上がる。 2.半導体素子1個当りの耐電圧特性を下げられる。 3.インバータの出力点に3つの電位レベルを導出でき
る。 が挙げられる。ところで、上述のインバータを動作状態
から停止状態に移行させる際には、各GTOサイリスタ
においてオンしているものをオフさせればよいわけであ
るが、現実的には、複数個のオンしているGTOサイリ
スタを同時にオフさせることは、半導体スイッチ素子の
特性差に基づく動作時間のバラツキにより、不可能に近
い。そのため、オフする順番が不適切な場合、特定の素
子に偏った電圧が印加され、耐圧限界を超えて永久破壊
させる恐れがある。この永久破壊を防止する技術とし
て、特開平1−152971号公報には、予め各半導体
スイッチ素子のオフ時間を把握した上で、各素子を各ア
ームの最適な位置へ配置させ、特性の合わない半導体ス
イッチ素子の組合せを排除することが記載されている。
2. Description of the Related Art An inverter circuit is formed by connecting semiconductor switching elements in a bridge, and converts DC into AC. As this semiconductor switch element, a self-extinguishing type semiconductor switch element such as a power transistor, a metal oxide semiconductor field effect transistor,
Alternatively, a gate turn-off thyristor (hereinafter abbreviated as GTO thyristor) is frequently used. As for the main circuit configuration of the inverter, various types have been reported so far. Among them, as described in JP-A-3-159570, four semiconductor switch elements (e.g. Then, a GTO thyristor is taken as an example) in series. Advantages of connecting four semiconductor switch elements in series corresponding to one are as follows. The circuit voltage can be increased, and the conversion capacity of the inverter increases. 2. Withstand voltage characteristics per semiconductor element can be reduced. 3. Three potential levels can be derived at the output point of the inverter. Is mentioned. By the way, when the above-mentioned inverter is shifted from the operating state to the stopped state, it is only necessary to turn off the ones that are turned on in each GTO thyristor, but in reality, a plurality of GTO thyristors are turned on. It is almost impossible to turn off the GTO thyristor at the same time due to the variation in the operation time based on the characteristic difference between the semiconductor switching elements. Therefore, if the turn-off order is inappropriate, a biased voltage is applied to a specific element, which may cause a permanent breakdown beyond the breakdown voltage limit. As a technique for preventing this permanent destruction, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-152771 discloses a technique in which the off-time of each semiconductor switch element is grasped in advance, and then each element is arranged at an optimum position of each arm. It is described that combinations of semiconductor switching elements are excluded.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この技術は、
半導体スイッチ素子の配列に自由度がなく、半導体スイ
ッチ素子の選定の複雑化を招くという問題、また、予め
各半導体スイッチ素子のオフ時間を把握し、各素子を各
アームの最適な位置に配置したとしても、半導体スイッ
チ素子の使用中の経年変化により、オフ時間に変化が生
じた場合、素子破壊が発生するという問題、また、特
に、IGBTなどのようにGTOよりスイッチング速度
が速い素子については、オフ時間の差異の判別が著しく
困難であるという問題がある。本発明の目的は、上記問
題を解決し、インバータが動作状態から停止状態に移行
する際に、複数個の自己消弧形半導体スイッチ素子にオ
フの順位を規定し、特定の素子を過電圧破壊しないよう
にインバータを安全に動作停止させることにある。
However, this technique is
There is no freedom in the arrangement of the semiconductor switch elements, which causes the selection of the semiconductor switch elements to be complicated.In addition, the off time of each semiconductor switch element is grasped in advance, and each element is arranged at an optimal position of each arm. However, when the off-time changes due to aging during use of the semiconductor switch element, a problem that element destruction occurs, and particularly, for an element such as IGBT, which has a higher switching speed than GTO, There is a problem that it is extremely difficult to determine the difference between the off times. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and when the inverter shifts from an operation state to a stop state, a plurality of self-extinguishing type semiconductor switch elements are given an order of turning off, and a specific element is not overvoltage destroyed. Thus, it is to safely stop the operation of the inverter.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、複数個の
自己消弧形半導体スイッチ素子を直列接続して形成され
たアームをブリッジ接続して、これを直流電圧源の正負
極間に接続し、任意のアームに属する前記自己消弧形半
導体スイッチ素子をオン・オフ動作することによって直
流を交流に変換するインバータにおいて、該インバータ
を運転状態から動作停止させる際、前記各アームに属す
る前記半導体スイッチ素子のターンオフ動作を前記正極
側あるいは負極側に近く位置する素子から先にオフさせ
る手段を設けることによって、達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to bridge an arm formed by connecting a plurality of self-extinguishing semiconductor switch elements in series and connect the arm between the positive and negative electrodes of a DC voltage source. An inverter that converts a direct current into an alternating current by turning on and off the self-extinguishing type semiconductor switch element belonging to an arbitrary arm; when the inverter stops operating from an operation state, the semiconductor belonging to each arm This is achieved by providing means for turning off the turn-off operation of the switch element first from the element located closer to the positive electrode side or the negative electrode side.

【0005】[0005]

【作用】各半導体スイッチ素子のオフ順位を規定するこ
とにより、運転中のインバータを停止させる際、半導体
スイッチ素子に動作特性上のバラツキがあっても、ま
た、半導体スイッチ素子の使用中に経年変化が発生し
て、動作時間にバラツキが生じても、各半導体スイッチ
素子に対して特定の素子が過電圧状態になることがな
く、耐圧破壊の要因を未然に防止することができる。ま
た、従来技術のように予め各半導体スイッチ素子のオフ
時間の差異を判別する必要がなく、インバータのアーム
を容易かつ迅速に形成することができる。
By defining the order in which the semiconductor switch elements are turned off, when stopping the inverter during operation, even if there are variations in the operating characteristics of the semiconductor switch elements, they also change over time during use of the semiconductor switch elements. Occurs, and even if the operation time varies, a specific element does not enter an overvoltage state with respect to each semiconductor switch element, and the cause of breakdown voltage can be prevented beforehand. Further, unlike the related art, it is not necessary to determine in advance the difference between the off times of the respective semiconductor switch elements, and the arm of the inverter can be formed easily and quickly.

【0006】[0006]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明を適用するインバータ回路の構成
図であり、ここでは1相当りのインバータ回路を示す。
図1において、上側アームには、2個の自己消弧形半導
体スイッチ素子としてのGTOサイリスタ1,2を直列
に接続し、それぞれのGTOサイリスタ1,2にはフリ
ーホイールダイオード13,14を逆並列接続する。さ
らに両GTOサイリスタ1,2を保護するために、スナ
バダイオード21,22,スナバコンデンサ31,3
2,スナバ抵抗41,42からなるスナバ回路を各GT
Oサイリスタ1,2に並列に接続する。また、下側アー
ムも同様に、自己消弧形半導体スイッチ素子としてGT
Oサイリスタ3,4、フリーホイールダイオード15,
16、スナバダイオード23,24、スナバコンデンサ
33,34、スナバ抵抗43,44から構成する。ま
た、上側アームの上端、下側アームの下端には直列接続
された同容量のフィルタコンデンサ7,8を接続し、さ
らにフィルタコンデンサ7,8の接続点と上側アームの
中点および下側アームの中点とをクランプダイオード
5,6で結ぶ。なお、符号10,11,12は配線イン
ダクタンスを示す。このインバータ回路の動作状態にお
いて、インバータの出力点Rに電源9の+側電圧を出力
する場合には、GTOサイリスタ1,2をともにオンす
る。また、電源9の中間電圧を出力する場合には、GT
Oサイリスタ2,3をともにオンする。さらに、電源9
の−側電圧を出力する場合には、GTOサイリスタ3,
4をともにオンする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an inverter circuit to which the present invention is applied. Here, one inverter circuit is shown.
In FIG. 1, two GTO thyristors 1 and 2 as self-extinguishing semiconductor switch elements are connected in series to an upper arm, and freewheel diodes 13 and 14 are connected in anti-parallel to the respective GTO thyristors 1 and 2. Connecting. Furthermore, in order to protect both GTO thyristors 1 and 2, snubber diodes 21, 22 and snubber capacitors 31, 3
2, a snubber circuit composed of snubber resistors 41 and 42 is connected to each GT.
O thyristors 1 and 2 are connected in parallel. Similarly, the lower arm has a GT as a self-extinguishing type semiconductor switch element.
O thyristors 3 and 4, freewheel diode 15,
16, snubber diodes 23 and 24, snubber capacitors 33 and 34, and snubber resistors 43 and 44. Further, filter capacitors 7 and 8 of the same capacity connected in series are connected to the upper end of the upper arm and the lower end of the lower arm, and the connection point between the filter capacitors 7 and 8 and the middle point of the upper arm and the lower arm are connected. The middle point is connected by clamp diodes 5 and 6. Reference numerals 10, 11, and 12 indicate wiring inductances. When the + side voltage of the power supply 9 is output to the output point R of the inverter in the operation state of the inverter circuit, both the GTO thyristors 1 and 2 are turned on. When outputting the intermediate voltage of the power supply 9, GT
Both O-thyristors 2 and 3 are turned on. In addition, power supply 9
Output the negative voltage of the GTO thyristor 3,
Turn 4 on.

【0007】以下、このインバータ回路を動作状態から
停止状態に移行させる際の動作について、説明する。図
1のインバータ回路において、GTOサイリスタ1,2
がオン、GTOサイリスタ3,4がオフ状態にあるもの
とする。この時出力点Rには、電源電圧源9の全電圧E
が出力されている。この状態からインバータ動作を停止
させる際には、GTOサイリスタ1,2に対し、ゲート
G1,G2に同時にオフ信号を送る。これによりインバ
ータ動作を停止させることができる。しかし、この時ス
イッチ素子の特性にバラツキがあり、GTOサイリスタ
2がGTOサイリスタ1より先にオフしたものとする。
この時のインバータ回路内の各部電圧電流波形の変化を
図2に示す。時刻t1において一斉オフ指令が投入され
と、インバータは動作の停止を開始する。GTOサイリ
スタ2が先にオフ状態に入ると、このGTOサイリスタ
2は等価的に高抵抗になるので、負荷電流IR相当流れ
ていたアノード電流I2は、スナバ回路22、32、4
2に転流する。スナバ電流IS2がスナバコンデンサ32
に流れ込み、スナバコンデンサ32の両端電圧はほぼ直
線的に上昇する(ΔVはオーバーチャージ分による電圧
を示す。以下同じ)。このときGTOサイリスタ1は依
然オン状態を保持しているものとする。スナバコンデン
サ32の両端電圧が上昇し、GTOサイリスタ2の両端
電圧V2が直流電圧源9の電圧Eと等しくなる時刻t2
ら、上側アーム電流I1とスナバ電流IS2は減衰を開始
し、時刻t3で完全に零となる。但し、この期間におけ
る負荷電流IRは負荷のリアクタンスが十分に大である
ため、一定値を維持するものとし、時刻t2以降から、
下側アームのフリーホイールダイオード13,14がオ
ンし、電流INが流れる。その後時刻t4でGTOサイ
リスタ1がオフ動作を開始することになるが、この時既
に負荷電流IRは完全にフリーホイールダイオード1
3,14に転流を終了しており、アノード電流I1は零
となっている。ここで、GTOサイリスタ1が等価的に
高抵抗になっても、電源電圧9の全電圧をGTO2で負
担しているため、GTO1には電圧が印加されない。以
上で上側アームのGTOサイリスタ1,2のオンオフ動
作が完全に終了するが、実質的にGTOサイリスタ2の
みで負荷電流IRを遮断しており、オフ後電源電圧源9
が直接GTOサイリスタ2に印加される格好となる。
Hereinafter, the operation of the inverter circuit for shifting from the operating state to the stopped state will be described. In the inverter circuit of FIG.
Is on, and the GTO thyristors 3 and 4 are off. At this time, the total voltage E of the power supply voltage source 9 is applied to the output point R.
Is output. When the inverter operation is stopped from this state, an off signal is sent to the gates G1 and G2 at the same time for the GTO thyristors 1 and 2. Thereby, the inverter operation can be stopped. However, at this time, it is assumed that the GTO thyristor 2 is turned off earlier than the GTO thyristor 1 because the characteristics of the switch elements vary.
FIG. 2 shows the changes in the voltage and current waveforms of each part in the inverter circuit at this time. When simultaneous off command is turned at time t 1, the inverter starts to stop the operation. When the GTO thyristor 2 enters the off state first, the GTO thyristor 2 becomes equivalently high in resistance, so that the anode current I 2 flowing corresponding to the load current I R is reduced to the snubber circuits 22, 32, 4
Divert to 2. The snubber current I S2 is the snubber capacitor 32
, And the voltage across the snubber capacitor 32 rises almost linearly (ΔV indicates a voltage due to the amount of overcharge, the same applies hereinafter). At this time, it is assumed that the GTO thyristor 1 is still in the ON state. Across voltage increases of the snubber capacitor 32 from time t 2 the voltage across V 2 of the GTO thyristor 2 becomes equal to the voltage E of the DC voltage source 9, the upper arm current I 1 and the snubber current I S2 starts attenuation, completely it becomes zero at the time t 3. However, because the reactance of the load current I R is the load at this time is sufficiently large, it is assumed to maintain a constant value from time t 2 later,
And freewheel diodes 13 and 14 is on the lower arm, a current flows I N. Thereafter, at time t4, the GTO thyristor 1 starts to turn off. At this time, the load current I R has already been completely reduced to the freewheeling diode 1
3,14 has been completed the commutation, the anode current I 1 is made zero. Here, even if the GTO thyristor 1 becomes equivalently high in resistance, no voltage is applied to the GTO 1 because the entire voltage of the power supply voltage 9 is borne by the GTO 2. Off operation of the GTO thyristor 1 and 2 of the upper arm is completely finished in the above, but only substantially GTO thyristor 2 are cut off the load current I R, the off after the power supply voltage source 9
Is applied directly to the GTO thyristor 2.

【0008】これに対し、GTOサイリスタ1を先にオ
フし、その後にGTOサイリスタ2をオフした場合のイ
ンバータ回路内の各部電圧電流波形の変化を図3に示
す。時刻t1において、一斉オフ指令が投入され、先ず
GTOサイリスタ1がオフ状態に入ると、このGTOサ
イリスタ1は等価的に高抵抗になるので、アノード電流
1はスナバ回路21、31、41に転流する。スナバ
電流IS1により、スナバコンデンサ31の両端電圧は上
昇し、電源電圧源9の半電圧E/2と等しくなる時刻t
2から、クランプダイオード5がオンし、スナバ電流I
S1はクランプダイオード5を流れる電流IC1に転流し、
スナバ電流IS1は減衰し、GTOサイリスタ1の両端電
圧V1はこの半電圧E/2にクランプされる。その後時
刻t3でGTOサイリスタ2がオフ状態に移行し、等価
的に高抵抗になると、アノード電流I2はスナバ回路2
2、32、42に転流する。スナバ電流IS2により、ス
ナバコンデンサ32の両端電圧は上昇し、電源電圧源9
の半電圧E/2と等しくなる時刻t4以降から、下側ア
ームのフリーホイールダイオード13,14がオンし、
スナバ電流IS2およびクランプダイオード5に流れる電
流IC1は減衰を開始し、時刻t5で完全に零となる。こ
の時負荷電流IRは、完全にフリーホイールダイオード
13,14に転流を終了しており、GTOサイリスタ2
の両端電圧V2はGTOサイリスタ1の両端電圧V1と同
様電源電圧源9の中間電圧E/2にクランプされ、以上
でオフ動作が完全に終了する。
On the other hand, FIG. 3 shows a change in the voltage / current waveform of each part in the inverter circuit when the GTO thyristor 1 is turned off first and then the GTO thyristor 2 is turned off. At time t 1, simultaneous OFF command is turned, first the GTO thyristor 1 enters the off state, since the GTO thyristor 1 becomes equivalent to a high resistance, the anode current I 1 in the snubber circuit 21, 31, 41 Commutate. Due to the snubber current I S1 , the voltage between both ends of the snubber capacitor 31 increases and becomes equal to the half voltage E / 2 of the power supply voltage source 9 at time t.
2, the clamp diode 5 is turned on, and the snubber current I
S1 is commutated to the current I C1 flowing through the clamp diode 5,
The snubber current I S1 is attenuated, and the voltage V 1 across the GTO thyristor 1 is clamped at this half voltage E / 2. Thereafter, at time t 3 , the GTO thyristor 2 shifts to the off state, and when the resistance becomes equivalently high, the anode current I 2 becomes the snubber circuit 2
It is commutated to 2, 32 and 42. Due to the snubber current I S2 , the voltage across the snubber capacitor 32 increases and the power supply voltage source 9
From equal time t 4 after the half voltage E / 2, freewheeling diodes 13 and 14 of the lower arm is turned on,
Snubber current I S2 and the current I C1 flowing through the clamp diode 5 starts to decay completely becomes zero at time t 5. At this time the load current I R is terminated commutation completely freewheeling diodes 13, 14, GTO thyristor 2
Voltage across V 2 of the clamp to the intermediate voltage E / 2 at both ends voltages V 1 and similar power supply voltage source 9 of the GTO thyristor 1, OFF operation is completely finished above.

【0009】ここで、図2、図3の動作を比較して見る
と、図2では、オフ時にGTOサイリスタ2に電源電圧
源9の全電圧E(実際はΔVなるオーバーチャージ分が
上乗せされている)が印加されるのに対し、図3では、
GTOサイリスタ1,2にそれぞれ均等に電源電圧源9
の半電圧E/2が印加される点が異なる。1相当りの半
導体スイッチ素子を4直列接続した図1に示すインバー
タ回路では、前述した利点1,2を生かすために、半導
体スイッチ1個当りの耐圧は電源電圧源9の半電圧を基
準に選定されるのが通常であり、図2の場合その2倍の
電圧が印加されることになり、半導体スイッチ素子の過
電圧破壊を起こす恐れがある。この場合、図3に説明し
たように、GTOサイリスタ1から先にオフすることに
より、半導体スイッチ素子の過電圧破壊を防止すること
ができる。また、同様に、下側アームのオンからオフに
際してもGTOサイリスタ3を先にオフすると、電源電
圧源9の全電圧Eが印加され、半導体スイッチ素子の過
電圧破壊を起こす恐れがある。この場合も、GTOサイ
リスタ4から先にオフすることにより、半導体スイッチ
素子の過電圧破壊を防止することができる。
Here, when comparing the operation of FIGS. 2 and 3, in FIG. 2, when the GTO thyristor 2 is turned off, the total voltage E of the power supply voltage source 9 (actually, an overcharge amount of ΔV is added). ) Is applied, whereas in FIG.
The power supply voltage source 9 is equally applied to the GTO thyristors 1 and 2, respectively.
Is different in that a half voltage E / 2 is applied. In the inverter circuit shown in FIG. 1 in which four semiconductor switch elements equivalent to one are connected in series, the breakdown voltage per semiconductor switch is selected based on the half voltage of the power supply voltage source 9 in order to take advantage of the advantages 1 and 2 described above. Normally, a voltage twice as high as that in the case of FIG. 2 is applied, and there is a possibility that the semiconductor switch element may be damaged by overvoltage. In this case, as described with reference to FIG. 3, by turning off the GTO thyristor 1 first, it is possible to prevent overvoltage breakdown of the semiconductor switch element. Similarly, when the GTO thyristor 3 is turned off first when the lower arm is turned on from off, the entire voltage E of the power supply voltage source 9 is applied, and there is a possibility that overvoltage breakdown of the semiconductor switch element may occur. Also in this case, by turning off the GTO thyristor 4 first, overvoltage breakdown of the semiconductor switch element can be prevented.

【0010】図4に、本発明の第一の実施例を示す。図
4は電気車(図示せず)をインバータの出力を利用して
運転制御する例であり、17はノッチ操作により運転指
令を発する運転指令制御台、18はインバータの入出力
の過電圧を検出する過電圧検出器(図1のインバータの
入出力端に設ける。)、19は運転指令より過電圧検出
信号を優先させる保護優先回路、20はゲート駆動信号
回路、21は一斉オフ論理回路である。一斉オフ論理回
路21はANDゲート101〜104、ORゲート40
0,500、遅延回路200,300からなり、G10
40はゲート駆動信号(1でオン、0でオフ)の出力端
を示す。通常運転時、運転員が運転指令制御台17のノ
ツチを操作し、運転指令をゲート駆動信号回路20に入
力すると、ゲート駆動信号回路20からゲート駆動信号
10〜G40を一斉オフ論理回路21に発する。この場
合、運転指令制御台17から保護優先回路19を介して
一斉オフ論理回路21にオン指令1を投入する。一斉オ
フ論理回路21のANDゲート101〜104には、ゲ
ート駆動信号G10〜G40とオン指令1が入力され、ゲー
ト駆動信号G10〜G40がGTOサイリスタ1〜4のゲー
トG1〜G4に印加され、GTOサイリスタ1〜4をオン
オフ制御し、図示しない電気車を駆動する。ところで、
いま、インバータを一斉オフするため、運転指令制御台
17から一斉オフ指令0を一斉オフ論理回路21に投入
(1→0)すると、ANDゲート101〜104の出力
は、ゲート駆動信号G10〜G40と無関係に0になり、G
TOサイリスタ1および4は即オフ状態に移行する。一
方、GTOサイリスタ2および3は、遅延回路200,
300の遅延作用により一斉オフ指令0にも係わらず、
ORゲート400,500を介して一定時間オン状態を
強制的に継続させられる。これにより、GTOサイリス
タ1,4はGTOサイリスタ2,3より先にオフし、そ
の後にGTOサイリスタ2,3がオフする。この結果、
GTOサイリスタ1,4より先にGTOサイリスタ2,
3がオフさせられることはない。また、通常運転時にイ
ンバータの入力側に、例えば回生ブレーキによる過電圧
が発生した場合、またはインバータの出力側に過電圧が
発生した場合、インバータを一斉にオフするために、過
電圧検出器18が検出信号を保護優先回路19に発す
る。保護優先回路19は運転指令制御台17からの運転
指令に優先して検出信号による一斉オフ指令0を一斉オ
フ論理回路21に投入する。一斉オフ論理回路21は、
上述したと同様の動作により、GTOサイリスタ1,4
はGTOサイリスタ2,3より先にオフし、この結果、
GTOサイリスタ1,4より先にGTOサイリスタ2,
3がオフさせられることはない。
FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows an example in which the operation of an electric car (not shown) is controlled using the output of an inverter. Reference numeral 17 denotes an operation command control board for issuing an operation command by a notch operation, and reference numeral 18 detects an overvoltage of input and output of the inverter. An overvoltage detector (provided at the input / output terminal of the inverter in FIG. 1), 19 is a protection priority circuit for giving priority to an overvoltage detection signal over an operation command, 20 is a gate drive signal circuit, and 21 is a simultaneous off logic circuit. The simultaneous off logic circuit 21 includes AND gates 101 to 104 and an OR gate 40.
0,500, consists of a delay circuit 200,300, G 10 ~
G 40 is (on 1, off 0) gate drive signals indicating the output terminal of the. During normal operation, the operator operates the Notsuchi operation command control table 17, when a run command is entered to the gate drive signal circuit 20, the gate drive signal circuit 20 simultaneously turns off the gate drive signals G 10 ~G 40 from the logic circuit 21 Emit to In this case, the ON command 1 is input from the operation command control board 17 to the simultaneous OFF logic circuit 21 via the protection priority circuit 19. The AND gates 101 to 104 simultaneous off logic circuit 21, the gate drive signal G 10 ~G 40 and on command 1 is inputted, the gate drive signal G 10 ~G 40 is GTO thyristor 1-4 gate G 1 ~G 4 to control on / off of the GTO thyristors 1 to 4 to drive an electric vehicle (not shown). by the way,
Now, in order to turn off the inverters all at once, when the simultaneous off command 0 is input from the operation command control board 17 to the simultaneous off logic circuit 21 (1 → 0), the outputs of the AND gates 101 to 104 become the gate drive signals G 10 to G 10. 0, regardless of 40 , G
TO thyristors 1 and 4 immediately shift to the off state. On the other hand, GTO thyristors 2 and 3 include delay circuits 200,
Despite the simultaneous OFF command 0 due to the delay action of 300,
The ON state can be forcibly continued for a certain time via the OR gates 400 and 500. As a result, the GTO thyristors 1 and 4 are turned off before the GTO thyristors 2 and 3, and then the GTO thyristors 2 and 3 are turned off. As a result,
GTO thyristors 2 and 4 before GTO thyristors 1 and 4
3 is never turned off. Further, when an overvoltage due to, for example, regenerative braking occurs on the input side of the inverter during normal operation, or when an overvoltage occurs on the output side of the inverter, the overvoltage detector 18 outputs a detection signal to turn off the inverter simultaneously. The signal is issued to the protection priority circuit 19. The protection priority circuit 19 sends a simultaneous OFF command 0 by a detection signal to the simultaneous OFF logic circuit 21 prior to the operation command from the operation command control board 17. The simultaneous off logic circuit 21
By the same operation as described above, the GTO thyristors 1, 4
Turns off before GTO thyristors 2 and 3,
GTO thyristors 2 and 4 before GTO thyristors 1 and 4
3 is never turned off.

【0011】図5に、本発明の第二の実施例を示す。図
4の第一の実施例とは一斉オフ論理回路の構成が異な
り、その他は同じである。図5において、一斉オフ論理
回路22は、GTOサイリスタ1および4のアノード−
カソード間に電圧検出器51,54を付加し、この電圧
検出器51,54の出力と電圧検知レベルC1,C2を比
較する比較器600,700を設け、比較器600,7
00で電圧レベルの大小を判定し、その判定値を論理に
取り入れている点に特徴がある。以下、この特徴につい
てのみ説明する。いま、一斉オフ指令0が投入された場
合、GTOサイリスタ1および4のアノード−カソード
間に電圧がない、すなわちGTOサイリスタ1,4がオ
ン状態にあるときは、電圧検出器51,54の出力は電
圧検知レベルC1,C2より小さく、比較器600,70
0の出力は0であり、GTOサイリスタ2,3のゲート
駆動信号G20,G30により、ゲートG2,G3は強制的に
オンを継続する。GTOサイリスタ1,4がオフし、ア
ノード−カソード間に電圧が発生したことを電圧検出器
51,54が検知し、この出力が比較器600,700
の電圧検知レベルC1,C2より大きくなったとき、はじ
めてORゲート800,900によりゲートG2,G3
ゲート駆動信号G20,G30を0にすることを許可する。
これにより、GTOサイリスタ1,4はGTOサイリス
タ2,3より先にオフし、この結果、GTOサイリスタ
1,4より先にGTOサイリスタ2,3がオフさせられ
ることはない。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The configuration of the simultaneous off logic circuit is different from that of the first embodiment of FIG. 4, and the other components are the same. In FIG. 5, the simultaneous OFF logic circuit 22 is connected to the anodes of the GTO thyristors 1 and 4.
Voltage detectors 51 and 54 are added between the cathodes, and comparators 600 and 700 for comparing the outputs of the voltage detectors 51 and 54 with the voltage detection levels C 1 and C 2 are provided.
It is characterized in that the magnitude of the voltage level is determined at 00, and the determined value is incorporated in the logic. Hereinafter, only this feature will be described. Now, when the simultaneous OFF command 0 is input, when there is no voltage between the anode and the cathode of the GTO thyristors 1 and 4, that is, when the GTO thyristors 1 and 4 are on, the outputs of the voltage detectors 51 and 54 are It is smaller than the voltage detection levels C 1 and C 2 and the comparators 600 and 70
The output of 0 is 0, and the gates G 2 , G 3 are forcibly kept on by the gate drive signals G 20 , G 30 of the GTO thyristors 2 , 3 . The voltage detectors 51 and 54 detect that the GTO thyristors 1 and 4 are turned off and a voltage is generated between the anode and the cathode.
When the voltage detection levels C 1 and C 2 become higher than the above, the OR gates 800 and 900 permit the gate drive signals G 20 and G 30 of the gates G 2 and G 3 to be set to 0 for the first time.
As a result, the GTO thyristors 1 and 4 are turned off before the GTO thyristors 2 and 3, and as a result, the GTO thyristors 2 and 3 are not turned off before the GTO thyristors 1 and 4.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
運転中のインバータを停止させる際、各半導体スイッチ
素子のオフ順位を規定することにより、半導体スイッチ
素子に動作特性上のバラツキがあっても、また、半導体
スイッチ素子の使用中に経年変化が発生して、動作時間
にバラツキが生じても、各半導体スイッチ素子に対して
特定の素子が過電圧状態になることがなく、耐圧破壊の
要因を未然に防止することができ、ひいては、インバー
タの動作停止を安全かつ確実に行うことができる。ま
た、本発明によれば、従来技術のように予め各半導体ス
イッチ素子のオフ時間の差異を判別する必要がなく、ア
ームを含むインバータを容易かつ迅速に形成することが
できる。
As described above, according to the present invention,
When the inverter during operation is stopped, by specifying the order of turning off each semiconductor switch element, even if the semiconductor switch element has a variation in operating characteristics, aging occurs during use of the semiconductor switch element. Therefore, even if the operation time varies, a specific element does not become overvoltage state for each semiconductor switch element, and it is possible to prevent the cause of the breakdown voltage before it occurs. It can be done safely and reliably. Further, according to the present invention, there is no need to determine in advance the difference in the off-time of each semiconductor switch element as in the prior art, and an inverter including an arm can be formed easily and quickly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用するインバータ回路の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an inverter circuit to which the present invention is applied.

【図2】破壊モードとなる各部電圧電流波形FIG. 2 shows the voltage / current waveform of each part in the destruction mode

【図3】破壊防止モードである各部電圧電流波形FIG. 3 shows a voltage / current waveform of each part in the destruction prevention mode.

【図4】本発明の第一の実施例FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第二の実施例FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,3,4 GTOサイリスタ 21,22,23,24 スナバダイオード 31,32,33,34 スナバコンデンサ 41,42,43,44 スナバ抵抗器 5,6 クランプダイオード 7,8 フィルタコンデンサ 9 直流電源 10,11,12 配線インダクタンス 13,14,15,16 フリーホイールダイオード 17 運転指令制御台 18 過電圧検出器 19 保護優先回路 20 ゲート駆動信号回路 21,22 一斉オフ論理回路 101,102,103,104 AND回路 400,500,800,900 OR回路 200,300 遅延回路 600,700 比較器 51,54 電圧検出器 1,2,3,4 GTO thyristor 21,22,23,24 Snubber diode 31,32,33,34 Snubber capacitor 41,42,43,44 Snubber resistor 5,6 Clamp diode 7,8 Filter capacitor 9 DC power supply 10, 11, 12 Wiring inductance 13, 14, 15, 16 Freewheel diode 17 Operation command control stand 18 Overvoltage detector 19 Protection priority circuit 20 Gate drive signal circuit 21, 22 Simultaneous off logic circuit 101, 102, 103, 104 AND Circuit 400, 500, 800, 900 OR circuit 200, 300 Delay circuit 600, 700 Comparator 51, 54 Voltage detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H02M 1/00 H03K 17/10 H03K 17/725 H02M 7/515 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/48 H02M 1/00 H03K 17/10 H03K 17/725 H02M 7/515

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の自己消弧形半導体スイッチ素子を
直列接続して形成されたアームをブリッジ接続して、こ
れを直流電源の正負極間に接続し、任意のアームに属す
る前記自己消弧形半導体スイッチ素子をオン・オフ動作
することによって直流を交流に変換するインバータにお
いて、該インバータを運転状態から動作停止させる際、
前記各アームに属する前記半導体スイッチ素子のターン
オフ動作を前記正極側あるいは負極側に近く位置する素
子から先にオフさせる手段を設けることを特徴とするイ
ンバータ装置。
An arm formed by serially connecting a plurality of self-extinguishing semiconductor switch elements is connected in a bridge and connected between the positive and negative electrodes of a DC power supply, and the self-extinguishing means belonging to an arbitrary arm is connected. In an inverter that converts DC into AC by turning on and off a semiconductor switch element, when the inverter stops operating from an operating state,
An inverter device comprising: means for turning off the turn-off operation of the semiconductor switch element belonging to each of the arms first from an element located closer to the positive electrode side or the negative electrode side.
【請求項2】 請求項1において、各アームに属する前
記半導体スイッチ素子のターンオフ動作を前記正極側あ
るいは負極側に近く位置する素子から先にオフさせる手
段は、論理回路手段からなり、前記正極側あるいは負極
側に近く位置する素子がオフしてから、所定の時間経過
後、中間に位置する素子をオフさせることを特徴とする
インバータ装置。
2. The device according to claim 1, wherein the means for turning off the semiconductor switch element belonging to each arm first from an element located closer to the positive electrode side or the negative electrode side comprises logic circuit means, Alternatively, after a predetermined time elapses after an element located near the negative electrode side is turned off, an element located in the middle is turned off.
【請求項3】 請求項1において、各アームに属する前
記半導体スイッチ素子のターンオフ動作を前記正極側あ
るいは負極側に近く位置する素子から先にオフさせる手
段は、論理回路手段からなり、前記先にオフさせる素子
の出力側にそれぞれ電圧検知器を設け、前記先にオフさ
せる素子の出力側の電圧が所定値以上であることを確認
した後に、中間に位置する素子をオフさせることを特徴
とするインバータ装置。
3. The device according to claim 1, wherein the means for turning off the turn-off operation of the semiconductor switch element belonging to each arm first from an element located closer to the positive electrode side or the negative electrode side comprises logic circuit means. A voltage detector is provided on each output side of the element to be turned off, and after confirming that the voltage on the output side of the element to be turned off is equal to or higher than a predetermined value, the element located in the middle is turned off. Inverter device.
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