JP3900220B2 - ３レベル中性点クランプ式インバータ回路を有するインバータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータの可変速駆動運転や系統間連系等を行う電力変換装置を形成する中性点クランプ式インバータ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中性点クランプ式インバータ回路のスナバ回路としては、例えば特開平７−１３５７８１号公報や特開平８−２９４２８５号公報に開示の様に、各スイッチング素子毎にスナバ回路を設ける個別スナバ回路方式が一般的であった。
特開平７−１３５７８１号公報には、各スイッチング素子毎に、抵抗器とコンデンサとダイオードからなるスナバ回路を配設し、インバータを停止させる際に、過電圧等によりスイッチング素子を破損する事無しに停止できる制御方法が開示されている。
また、特開平８−２９４２８５号公報には、各スイッチング素子毎に、抵抗器とコンデンサとダイオードとからなるスナバ回路を設け、このスナバ回路には、電源電圧の半分の電圧を印加するようにした電圧クランプ形スナバ回路としてスナバ回路損失を少なくする技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，比較的中小容量の中性点クランプ式インバータ回路にスナバ回路を設けようとする場合，スイッチング素子毎の個別スナバ方式とすると、部品点数が多くなり、スナバ回路のコストが割高になってしまうといった不都合があった。
そこでこの発明は、スナバ回路の部品点数を少なくした３レベル中性点クランプ式インバータ回路を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる３レベル中性点クランプ式インバータ回路は、正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路であって、前記正母線と前記中性線間に設けられる第一のスナバコンデンサと、前記負母線と前記中性線間に設けられる第二のスナバコンデンサと、前記正母線にカソードが接続され前記相電圧出力端子にアノードが接続される第一のスナバダイオードと、前記負母線にアノードが接続され前記相電圧出力端子にカソードが接続される第二のスナバダイオードとを備えたものである。
また、本発明に係わる３レベル中性点クランプ式インバータ回路は、正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路であって、前記正母線にアノードが接続される一方のダイオード、該一方のダイオードのカソードと前記中性線との間に接続される第一のスナバコンデンサ及び前記一方のダイオードと並列に接続される第一の放電抵抗器を有する第一のＲＣＤスナバ回路と、前記負母線にカソードが接続される他方のダイオード、該他方のダイオードのアノードと前記中性線との間に接続される第二のスナバコンデンサ及び前記他方のダイオードと並列に接続される第二の放電抵抗器を有する第二のＲＣＤスナバ回路と、前記第一のＲＣＤスナバ回路の前記一方のダイオードと前記第一のスナバコンデンサとの接続点にカソードが接続され相電圧出力端子にアノードが接続される第一のスナバダイオードと、前記第二のＲＣＤスナバ回路の前記他方のダイオードと前記第二のスナバコンデンサとの接続点にアノードが接続され相電圧出力端子にカソードが接続される第二のスナバダイオードとを備えたものである。
この発明によれば、正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路において、各スイッチング素子毎にスナバ回路を設けるのではなく、正負母線と中性線との間に第一、第二のスナバコンデンサまたは第一、第二のＲＣＤスナバ回路を設け、更に、正負母線と相電圧出力端子の間又は第一、第二のＲＣＤスナバ回路と相電圧出力端子との間に第一、第二のスナバダイオードを設ける構成とすることにより、少ない部品点数でスナバ回路を形成するものである。従って、中小容量の３レベル中性点クランプ式インバータ回路に対しても、さほどのコスト上昇無しにスナバ回路を設けてインバータ回路の品質を高めることができる。また、インバータ装置の寸法の増大も少ない。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明による３レベル中性点クランプ式インバータ回路の１相分の回路図である。電源１と並列に、平滑コンデンサ２と平滑コンデンサ３の直列接続回路が接続され、正母線４、負母線５、中性線６の配線リアクタンスがそれぞれリアクトル７，８，９として明示的に示されている。正母線４と相電圧出力端子１０との間には、スイッチング素子を形成する第一のＩＧＢＴ１１、と第二のＩＧＢＴ１２が直列接続されている。また、負母線５と相電圧出力端子１０との間には、同様にスイッチング素子を形成する第三のＩＧＢＴ１３と、第四のＩＧＢＴ１４とが直列接続されている。更に、第一のＩＧＢＴ１１と第二のＩＧＢＴ１２の接続点には、アノードを中性線６に接続された一方のクランプダイオード１５のカソードが接続され、第三のＩＧＢＴ１３と第四のＩＧＢＴ１４の接続点には、カソードを中性線６に接続された他方のクランプダイオード１６のアノードが接続されている。そして、各ＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４にはそれぞれ並列に、第一のフライホイルダイオード１７、第二のフライホイルダイオード１８、第三のフライホイルダイオード１９、及び第四のフライホイルダイオード２０が接続されている。
この様なインバータ回路において、この発明によれば、正母線４と中性線６の間に第一のスナバコンデンサ２１を、負母線５と中性線６の間に第二のスナバコンデンサ２２を接続し、更に、正母線４にカソードが接続されアノードが相電圧出力端子１０に接続された第一のスナバダイオード２３と、負母線にアノードが接続されカソードが相電圧出力端子に接続された第二のスナバダイオード２４とを設けて、スナバ機能を持たせる。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図１の回路の動作を示した図である。図には平滑コンデンサ２、３からＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４までの配線に存在するリアクタンスをリアクトル７、８、９として示しており、スイッチング素子を形成するＩＧＢＴに発生するサージの主原因は、この配線のリアクタンス分の存在によるものである。
図２（ａ）において、第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２がオン、第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４がオフ状態にあって電流が破線の経路を流れている場合に、第一のＩＧＢＴ１１がターンオフするとリアクトル７にたまっていたエネルギは図２（ａ）の太線の経路を通って第一のスナバコンデンサ２１を充電するようになる。リアクトル７が持っていたエネルギが第一のスナバコンデンサ２１に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は中性線６から一方のクランプダイオード１５、第二のＩＧＢＴ１２を通って相電圧出力端子１０に流れる様になる。また第一のスナバコンデンサ２１に電荷として貯えられた余剰エネルギは平滑コンデンサ２の方へ放電される。
図２（ｂ）において、第二、第三のＩＧＢＴ１２、１３がオン、第一、第四のＩＧＢＴ１１、１４がオフ状態にあって電流が破線の経路を流れている場合に、第二のＩＧＢＴ１２がターンオフするとリアクトル８にたまっていたエネルギは図２（ｂ）の太線の経路を通って第二のスナバコンデンサ２２を充電するようになる。リアクトル８が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ２２に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は平滑コンデンサ３の負極側から第二のスナバダイオード２４を通って相電圧出力端子１０に流れるようになる。従って、インバータ回路の環流電流は第三、第四のフライホイルダイオード１９、２０を流れずに第二のスナバダイオード２４を流れることとなるので、第二のスナバダイオード２４には第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４と同程度の電流容量が必要になる。第二のスナバコンデンサ２２に電荷として貯えられた余剰エネルギは平滑コンデンサ３の方へ放電される。
図２（ｃ）において、第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４がオン、第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２がオフ状態にあって、電流が破線の経路を流れている場合に、第四のＩＧＢＴ１４がターンオフするとリアクトル９にたまっていたエネルギは図２（ｃ）の太線の経路を通って第二のスナバコンデンサ２２を充電するよになる。リアクトル９が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ２２に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は第三のＩＧＢＴ１３、他方のクランプダイオード１６を通って中性線へと流れるようになる。また、第二のスナバコンデンサ２２に電荷として貯えられた余剰エネルギは、平滑コンデンサ３の方へ放電される。
図２（ｄ）において、第二、第三のＩＧＢＴ１２、１３がオン、第一、第四のＩＧＢＴ１１、１４がオフ状態にあって電流が破線の経路を流れている場合に、第三のＩＧＢＴ１３がターンオフするとリアクトル８にたまっていたエネルギは図２（ｄ）の太線の経路を通って第一のスナバコンデンサ２１を充電するようになる。リアクトル８が持っていたエネルギが放出されると、太線の電流経路は切れて、電流は第一のスナバダイオード２３を通って平滑コンデンサ２の正極側へ流れるようになる。従って、インバータ回路の環流電流は、第一のフライホイルダイオード１７、第二のフライホイルダイオード１８を流れずに、第一のスナバダイオード２３を流れることとなるため、第一のスナバダイオード２３も第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２と同程度の電流容量が必要である。第一のスナバコンデンサ２１に電荷として貯えた余剰エネルギは、平滑コンデンサ２の方へ放電される。
以下、図３を参照してこの発明の第２の実施の形態について説明する。
図３は、この発明による３レベル中性点クランプ式インバータ回路の１相分の回路図を示すもので、図１と同一部分は同一符号であらわされている。
電源１と並列に、平滑コンデンサ２と平滑コンデンサ３の直列接続回路が接続され、正母線４、負母線５、中性線６のそれぞれの配線リアクタンスがそれぞれリアクトル７，８，９として明示的に示されている。正母線４と相電圧出力端子１０との間には、スイッチング素子を形成する第一のＩＧＢＴ１１、と第二のＩＧＢＴ１２が直列接続されている。また、負母線５と相電圧出力端子１０との間には、同様にスイッチング素子を形成する第三のＩＧＢＴ１３と、第四のＩＧＢＴ１４とが直列接続されている。更に、第一のＩＧＢＴ１１と第二のＩＧＢＴ１２の接続点には、アノードを中性線６に接続された一方のクランプダイオード１５のカソードが接続され、第三のＩＧＢＴ１３と第四のＩＧＢＴ１４の接続点には、カソードを中性線６に接続された他方のクランプダイオード１６のアノードが接続されている。そして、各ＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４にはそれぞれ並列に、第一のフライホイルダイオード１７、第二のフライホイルダイオード１８、第三のフライホイルダイオード１９、第四のフライホイルダイオード２０が接続されている。
上記の構成のインバータ回路において、この発明によれば、前記正母線４にアノードが接続された一方のダイオード２５のカソードと中性線６との間に第一のスナバコンデンサ２６を接続して前記一方のダイオード２５と並列に第一の放電抵抗器２７を接続した第一のＲＣＤスナバ回路２８を設け、前記負母線５にカソードが接続された他方のダイオード２９のアノードと中性線６との間に第二のスナバコンデンサ３０を接続して前記他方のダイオード２９と並列に第二の放電抵抗器３１を接続した第二のＲＣＤスナバ回路３２を設ける。更に、前記第一のＲＣＤスナバ回路２８の一方のダイオード２５と第一のスナバコンデンサ２６との接続点にカソードが接続され相電圧出力端子１０にアノードが接続された第一のスナバダイオード３３と、前記第二のＲＣＤスナバ回路３２の他方のダイオード２９と第二のスナバコンデンサ３０との接続点にアノードが接続され相電圧出力端子１０にカソードが接続された第二のスナバダイオード３４とを設ける。
次に、この実施の形態のスナバ動作を図４によって説明する。図４は図３のインバータ回路の動作を示すものである。図には平滑コンデンサ２、３から各ＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４までの配線に存在するリアクトル７、８、９を明示的に図示しており，スイッチング素子を形成するＩＧＢＴに発生するサージの主原因は、この配線のリアクタンス分の存在によるものである。
図４（ａ）において、第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２がオン、第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４がオフ状態にあり、電流が破線の経路で流れている場合に、第一のＩＧＢＴ１１がターンオフすると、リアクトル７にたまっていたエネルギは図４（ａ）の太線の経路を通って第一のスナバコンデンサ２６を充電するようになる。リアクトル７が持っていたエネルギが第一のスナバコンデンサ２６に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は、中性線６から一方のクランプダイオード１５と第二のＩＧＢＴ１２を通って相電圧出力端子１０に出力されるようになる。また第一のスナバコンデンサ２６に電荷として貯えられたエネルギは、第一のスナバコンデンサ２６が充電状態でない間に、第一の放電抵抗器２７を通り図示した放電経路で平滑コンデンサ２の方へ放電される。この放電では、インバータ回路の接続が中性点クランプ式である為、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧は、平滑コンデンサ２の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されず、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧は零になることはない。従って第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧が零になる方式のスナバ回路に比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
図４（ｂ）において、第一、第四のＩＧＢＴ１１、１４がオフ、第二、第三のＩＧＢＴ１２、１３がオン状態にあり、電流が破線の経路を流れている場合に、第二のＩＧＢＴ１２がターンオフすると、リアクトル８にたまっていたエネルギは図４（ｂ）の太線の経路を通って第二のスナバコンデンサ３０を充電するようになる。リアクトル８が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ３０に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は平滑コンデンサ３の負極側から第四のフライホイルダイオード２０、第三のフライホイルダイオード１９を通って流れるようになる。また第二のスナバコンデンサ３０に電荷として貯えられたエネルギは第二のスナバコンデンサ３０が充電状態でない間に第二の放電抵抗器３１を通り、図示した放電経路で平滑コンデンサ３の方へ放電される。この放電でもインバータ回路の接続方式から、第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧は平滑コンデンサ３の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されないので、第二のスナユバコンデンサ３０の両端電圧は零になることはない。従ってこの場合も、第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧が零になる方式のスナバに比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
図４（ｃ）において、第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２がオフ、第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４がオン状態にあり、電流が破線の経路を流れている場合に、第四のＩＧＢＴ１４がターンオフすると、リアクトル９にたまっていたエネルギは図４（ｃ）の太線の経路を通って第二のスナバコンデンサ３０を充電するようになる。リアクトル９が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ３０に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は第三のＩＧＢＴ１３、他方のクランプダイオード１６、中性線６を通って流れるようになる。また、第二のスナバコンデンサ３０に電荷として貯えられたエネルギは、第二のスナバコンデンサ３０が充電状態でない間に、第二の放電抵抗器３１を通り図示した放電経路で平滑コンデンサ３の方へ放電される。この放電においても、インバータ回路の接続方式によって、第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧は、平滑コンデンサ３の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されないので、第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧は零になることはない。従ってこの場合も第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧が零になる方式のスナバ回路に比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
図４（ｄ）において、第一、第四のＩＧＢＴ１１、１４オフ、第二、第三のＩＧＢＴ１２、１３がオン状態にあり、電流が破線の経路を流れている場合に、第三のＩＧＢＴ１３がターンオフすると、リアクトル８にたまっていたエネルギは図４（ｄ）の太線の経路を通って第一のスナバコンデンサ２６を充電するようになる。リアクトル８が持っていたエネルギが第一のスナバコンデンサ２６に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は第二のフライホイルダイオード１８、第一のフライホイルダイオード１７、平滑コンデンサ２の正極を通って流れるようになる。また、第一のスナバコンデンサ２６に電荷として貯えられたエネルギは、第一のスナバコンデンサ２６が充電状態でない間に第一の放電抵抗器２７を通り図示した放電経路で平滑コンデンサ２の方へ放電される。この放電でも、インバータ回路の接続方式により、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧は、平滑コンデンサ２の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されないので、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧は零になることはない。従ってこの場合も、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧が零になる方式のスナバ回路に比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
【０００６】
【発明の効果】
以上の通りこの発明によれば、正母線と負母線と中性線とを有し、正母線と相電圧出力端子間並びに負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路において、正負母線と中性線との間に第一、第二のスナバコンデンサまたは第一、第二のＲＣＤスナバ回路を設け、更に、正負母線と相電圧出力端子の間又は第一、第二のＲＣＤスナバ回路と相電圧出力端子との間に第一、第二のスナバダイオードを設ける構成としたので、従来の個別スナバ方式に比べて少ない部品点数でスナバ回路を設けることができ、中小容量の３レベル中性点クランプ式インバータに対してコスト上昇を抑えつつスナバ機能を持たせることが可能となり、経済的に品質の向上と使い勝手の良さを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による第一の実施の形態のインバータ回路の１相分の回路図である。
【図２】図１に示す回路のスナバ動作説明図であり、図２（ａ）は第一、第二のＩＧＢＴがオン状態から第一のＩＧＢＴがオフになる経過の説明図、図２（ｂ）は第二、第三のＩＧＢＴがオン状態から第二のＩＧＢＴがオフとなる経過の説明図、図２（ｃ）は第三、第四のＩＧＢＴがオンの状態から第四のＩＧＢＴがオフになる経過の説明図、図２（ｄ）は第二、第三のＩＧＢＴがオンの状態から第三のＩＧＢＴがオフとなる経過の説明図である。
【図３】この発明による第二の実施の形態のインバータ回路の１相分の回路図である。
【図４】図３に示す回路のスナバ動作説明図であり、図４（ａ）は第一、第二のＩＧＢＴがオン状態から第一のＩＧＢＴがオフになる経過の説明図、図４（ｂ）は第二、第三のＩＧＢＴがオン状態から第二のＩＧＢＴがオフとなる経過の説明図、図４（ｃ）は第三、第四のＩＧＢＴがオンの状態から第四のＩＧＢＴがオフになる経過の説明図、図４（ｄ）は第二、第三のＩＧＢＴがオンの状態から第三のＩＧＢＴがオフとなる経過の説明図である。
【符号の説明】
１ 電源
４ 正母線
５ 負母線
６ 中性線
７〜９ 配線リアクタンス
１０ 相電圧出力端子
１１ 第一のＩＧＢＴ
１２ 第二のＩＧＢＴ
１３ 第三のＩＧＢＴ
１４ 第四のＩＧＢＴ
１５、１６ クランプダイオード
１７〜２０ 環流ダイオード
２１、２６ 第一のスナバコンデンサ
２２、３０ 第二のスナバコンデンサ
２３、３３ 第一のスナバダイオード
２４、３４ 第二のスナバダイオード
２５ 一方のダイオード
２７ 第一の放電抵抗器
２８ 第一のＲＣＤスナバ回路
２９ 他方のダイオード
３１ 第二の放電抵抗器
３２ 第二のＲＣＤスナバ回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータの可変速駆動運転や系統間連系等を行う電力変換装置を形成する中性点クランプ式インバータ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中性点クランプ式インバータ回路のスナバ回路としては、例えば特開平７−１３５７８１号公報や特開平８−２９４２８５号公報に開示の様に、各スイッチング素子毎にスナバ回路を設ける個別スナバ回路方式が一般的であった。
特開平７−１３５７８１号公報には、各スイッチング素子毎に、抵抗器とコンデンサとダイオードからなるスナバ回路を配設し、インバータを停止させる際に、過電圧等によりスイッチング素子を破損する事無しに停止できる制御方法が開示されている。
また、特開平８−２９４２８５号公報には、各スイッチング素子毎に、抵抗器とコンデンサとダイオードとからなるスナバ回路を設け、このスナバ回路には、電源電圧の半分の電圧を印加するようにした電圧クランプ形スナバ回路としてスナバ回路損失を少なくする技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，比較的中小容量の中性点クランプ式インバータ回路にスナバ回路を設けようとする場合，スイッチング素子毎の個別スナバ方式とすると、部品点数が多くなり、スナバ回路のコストが割高になってしまうといった不都合があった。
そこでこの発明は、スナバ回路の部品点数を少なくした３レベル中性点クランプ式インバータ回路を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる３レベル中性点クランプ式インバータ回路は、正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路であって、前記正母線と前記中性線間に設けられる第一のスナバコンデンサと、前記負母線と前記中性線間に設けられる第二のスナバコンデンサと、前記正母線にカソードが接続され前記相電圧出力端子にアノードが接続される第一のスナバダイオードと、前記負母線にアノードが接続され前記相電圧出力端子にカソードが接続される第二のスナバダイオードとを備えたものである。
また、本発明に係わる３レベル中性点クランプ式インバータ回路は、正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路であって、前記正母線にアノードが接続される一方のダイオード、該一方のダイオードのカソードと前記中性線との間に接続される第一のスナバコンデンサ及び前記一方のダイオードと並列に接続される第一の放電抵抗器を有する第一のＲＣＤスナバ回路と、前記負母線にカソードが接続される他方のダイオード、該他方のダイオードのアノードと前記中性線との間に接続される第二のスナバコンデンサ及び前記他方のダイオードと並列に接続される第二の放電抵抗器を有する第二のＲＣＤスナバ回路と、前記第一のＲＣＤスナバ回路の前記一方のダイオードと前記第一のスナバコンデンサとの接続点にカソードが接続され相電圧出力端子にアノードが接続される第一のスナバダイオードと、前記第二のＲＣＤスナバ回路の前記他方のダイオードと前記第二のスナバコンデンサとの接続点にアノードが接続され相電圧出力端子にカソードが接続される第二のスナバダイオードとを備えたものである。
この発明によれば、正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路において、各スイッチング素子毎にスナバ回路を設けるのではなく、正負母線と中性線との間に第一、第二のスナバコンデンサまたは第一、第二のＲＣＤスナバ回路を設け、更に、正負母線と相電圧出力端子の間又は第一、第二のＲＣＤスナバ回路と相電圧出力端子との間に第一、第二のスナバダイオードを設ける構成とすることにより、少ない部品点数でスナバ回路を形成するものである。従って、中小容量の３レベル中性点クランプ式インバータ回路に対しても、さほどのコスト上昇無しにスナバ回路を設けてインバータ回路の品質を高めることができる。また、インバータ装置の寸法の増大も少ない。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明による３レベル中性点クランプ式インバータ回路の１相分の回路図である。電源１と並列に、平滑コンデンサ２と平滑コンデンサ３の直列接続回路が接続され、正母線４、負母線５、中性線６の配線リアクタンスがそれぞれリアクトル７，８，９として明示的に示されている。正母線４と相電圧出力端子１０との間には、スイッチング素子を形成する第一のＩＧＢＴ１１、と第二のＩＧＢＴ１２が直列接続されている。また、負母線５と相電圧出力端子１０との間には、同様にスイッチング素子を形成する第三のＩＧＢＴ１３と、第四のＩＧＢＴ１４とが直列接続されている。更に、第一のＩＧＢＴ１１と第二のＩＧＢＴ１２の接続点には、アノードを中性線６に接続された一方のクランプダイオード１５のカソードが接続され、第三のＩＧＢＴ１３と第四のＩＧＢＴ１４の接続点には、カソードを中性線６に接続された他方のクランプダイオード１６のアノードが接続されている。そして、各ＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４にはそれぞれ並列に、第一のフライホイルダイオード１７、第二のフライホイルダイオード１８、第三のフライホイルダイオード１９、及び第四のフライホイルダイオード２０が接続されている。
この様なインバータ回路において、この発明によれば、正母線４と中性線６の間に第一のスナバコンデンサ２１を、負母線５と中性線６の間に第二のスナバコンデンサ２２を接続し、更に、正母線４にカソードが接続されアノードが相電圧出力端子１０に接続された第一のスナバダイオード２３と、負母線にアノードが接続されカソードが相電圧出力端子に接続された第二のスナバダイオード２４とを設けて、スナバ機能を持たせる。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図１の回路の動作を示した図である。図には平滑コンデンサ２、３からＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４までの配線に存在するリアクタンスをリアクトル７、８、９として示しており、スイッチング素子を形成するＩＧＢＴに発生するサージの主原因は、この配線のリアクタンス分の存在によるものである。
図２（ａ）において、第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２がオン、第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４がオフ状態にあって電流が破線の経路を流れている場合に、第一のＩＧＢＴ１１がターンオフするとリアクトル７にたまっていたエネルギは図２（ａ）の太線の経路を通って第一のスナバコンデンサ２１を充電するようになる。リアクトル７が持っていたエネルギが第一のスナバコンデンサ２１に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は中性線６から一方のクランプダイオード１５、第二のＩＧＢＴ１２を通って相電圧出力端子１０に流れる様になる。また第一のスナバコンデンサ２１に電荷として貯えられた余剰エネルギは平滑コンデンサ２の方へ放電される。
図２（ｂ）において、第二、第三のＩＧＢＴ１２、１３がオン、第一、第四のＩＧＢＴ１１、１４がオフ状態にあって電流が破線の経路を流れている場合に、第二のＩＧＢＴ１２がターンオフするとリアクトル８にたまっていたエネルギは図２（ｂ）の太線の経路を通って第二のスナバコンデンサ２２を充電するようになる。リアクトル８が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ２２に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は平滑コンデンサ３の負極側から第二のスナバダイオード２４を通って相電圧出力端子１０に流れるようになる。従って、インバータ回路の環流電流は第三、第四のフライホイルダイオード１９、２０を流れずに第二のスナバダイオード２４を流れることとなるので、第二のスナバダイオード２４には第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４と同程度の電流容量が必要になる。第二のスナバコンデンサ２２に電荷として貯えられた余剰エネルギは平滑コンデンサ３の方へ放電される。
図２（ｃ）において、第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４がオン、第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２がオフ状態にあって、電流が破線の経路を流れている場合に、第四のＩＧＢＴ１４がターンオフするとリアクトル９にたまっていたエネルギは図２（ｃ）の太線の経路を通って第二のスナバコンデンサ２２を充電するよになる。リアクトル９が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ２２に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は第三のＩＧＢＴ１３、他方のクランプダイオード１６を通って中性線へと流れるようになる。また、第二のスナバコンデンサ２２に電荷として貯えられた余剰エネルギは、平滑コンデンサ３の方へ放電される。
図２（ｄ）において、第二、第三のＩＧＢＴ１２、１３がオン、第一、第四のＩＧＢＴ１１、１４がオフ状態にあって電流が破線の経路を流れている場合に、第三のＩＧＢＴ１３がターンオフするとリアクトル８にたまっていたエネルギは図２（ｄ）の太線の経路を通って第一のスナバコンデンサ２１を充電するようになる。リアクトル８が持っていたエネルギが放出されると、太線の電流経路は切れて、電流は第一のスナバダイオード２３を通って平滑コンデンサ２の正極側へ流れるようになる。従って、インバータ回路の環流電流は、第一のフライホイルダイオード１７、第二のフライホイルダイオード１８を流れずに、第一のスナバダイオード２３を流れることとなるため、第一のスナバダイオード２３も第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２と同程度の電流容量が必要である。第一のスナバコンデンサ２１に電荷として貯えた余剰エネルギは、平滑コンデンサ２の方へ放電される。
以下、図３を参照してこの発明の第２の実施の形態について説明する。
図３は、この発明による３レベル中性点クランプ式インバータ回路の１相分の回路図を示すもので、図１と同一部分は同一符号であらわされている。
電源１と並列に、平滑コンデンサ２と平滑コンデンサ３の直列接続回路が接続され、正母線４、負母線５、中性線６のそれぞれの配線リアクタンスがそれぞれリアクトル７，８，９として明示的に示されている。正母線４と相電圧出力端子１０との間には、スイッチング素子を形成する第一のＩＧＢＴ１１、と第二のＩＧＢＴ１２が直列接続されている。また、負母線５と相電圧出力端子１０との間には、同様にスイッチング素子を形成する第三のＩＧＢＴ１３と、第四のＩＧＢＴ１４とが直列接続されている。更に、第一のＩＧＢＴ１１と第二のＩＧＢＴ１２の接続点には、アノードを中性線６に接続された一方のクランプダイオード１５のカソードが接続され、第三のＩＧＢＴ１３と第四のＩＧＢＴ１４の接続点には、カソードを中性線６に接続された他方のクランプダイオード１６のアノードが接続されている。そして、各ＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４にはそれぞれ並列に、第一のフライホイルダイオード１７、第二のフライホイルダイオード１８、第三のフライホイルダイオード１９、第四のフライホイルダイオード２０が接続されている。
上記の構成のインバータ回路において、この発明によれば、前記正母線４にアノードが接続された一方のダイオード２５のカソードと中性線６との間に第一のスナバコンデンサ２６を接続して前記一方のダイオード２５と並列に第一の放電抵抗器２７を接続した第一のＲＣＤスナバ回路２８を設け、前記負母線５にカソードが接続された他方のダイオード２９のアノードと中性線６との間に第二のスナバコンデンサ３０を接続して前記他方のダイオード２９と並列に第二の放電抵抗器３１を接続した第二のＲＣＤスナバ回路３２を設ける。更に、前記第一のＲＣＤスナバ回路２８の一方のダイオード２５と第一のスナバコンデンサ２６との接続点にカソードが接続され相電圧出力端子１０にアノードが接続された第一のスナバダイオード３３と、前記第二のＲＣＤスナバ回路３２の他方のダイオード２９と第二のスナバコンデンサ３０との接続点にアノードが接続され相電圧出力端子１０にカソードが接続された第二のスナバダイオード３４とを設ける。
次に、この実施の形態のスナバ動作を図４によって説明する。図４は図３のインバータ回路の動作を示すものである。図には平滑コンデンサ２、３から各ＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４までの配線に存在するリアクトル７、８、９を明示的に図示しており，スイッチング素子を形成するＩＧＢＴに発生するサージの主原因は、この配線のリアクタンス分の存在によるものである。
図４（ａ）において、第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２がオン、第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４がオフ状態にあり、電流が破線の経路で流れている場合に、第一のＩＧＢＴ１１がターンオフすると、リアクトル７にたまっていたエネルギは図４（ａ）の太線の経路を通って第一のスナバコンデンサ２６を充電するようになる。リアクトル７が持っていたエネルギが第一のスナバコンデンサ２６に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は、中性線６から一方のクランプダイオード１５と第二のＩＧＢＴ１２を通って相電圧出力端子１０に出力されるようになる。また第一のスナバコンデンサ２６に電荷として貯えられたエネルギは、第一のスナバコンデンサ２６が充電状態でない間に、第一の放電抵抗器２７を通り図示した放電経路で平滑コンデンサ２の方へ放電される。この放電では、インバータ回路の接続が中性点クランプ式である為、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧は、平滑コンデンサ２の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されず、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧は零になることはない。従って第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧が零になる方式のスナバ回路に比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
図４（ｂ）において、第一、第四のＩＧＢＴ１１、１４がオフ、第二、第三のＩＧＢＴ１２、１３がオン状態にあり、電流が破線の経路を流れている場合に、第二のＩＧＢＴ１２がターンオフすると、リアクトル８にたまっていたエネルギは図４（ｂ）の太線の経路を通って第二のスナバコンデンサ３０を充電するようになる。リアクトル８が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ３０に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は平滑コンデンサ３の負極側から第四のフライホイルダイオード２０、第三のフライホイルダイオード１９を通って流れるようになる。また第二のスナバコンデンサ３０に電荷として貯えられたエネルギは第二のスナバコンデンサ３０が充電状態でない間に第二の放電抵抗器３１を通り、図示した放電経路で平滑コンデンサ３の方へ放電される。この放電でもインバータ回路の接続方式から、第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧は平滑コンデンサ３の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されないので、第二のスナユバコンデンサ３０の両端電圧は零になることはない。従ってこの場合も、第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧が零になる方式のスナバに比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
図４（ｃ）において、第一、第二のＩＧＢＴ１１、１２がオフ、第三、第四のＩＧＢＴ１３、１４がオン状態にあり、電流が破線の経路を流れている場合に、第四のＩＧＢＴ１４がターンオフすると、リアクトル９にたまっていたエネルギは図４（ｃ）の太線の経路を通って第二のスナバコンデンサ３０を充電するようになる。リアクトル９が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ３０に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は第三のＩＧＢＴ１３、他方のクランプダイオード１６、中性線６を通って流れるようになる。また、第二のスナバコンデンサ３０に電荷として貯えられたエネルギは、第二のスナバコンデンサ３０が充電状態でない間に、第二の放電抵抗器３１を通り図示した放電経路で平滑コンデンサ３の方へ放電される。この放電においても、インバータ回路の接続方式によって、第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧は、平滑コンデンサ３の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されないので、第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧は零になることはない。従ってこの場合も第二のスナバコンデンサ３０の両端電圧が零になる方式のスナバ回路に比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
図４（ｄ）において、第一、第四のＩＧＢＴ１１、１４オフ、第二、第三のＩＧＢＴ１２、１３がオン状態にあり、電流が破線の経路を流れている場合に、第三のＩＧＢＴ１３がターンオフすると、リアクトル８にたまっていたエネルギは図４（ｄ）の太線の経路を通って第一のスナバコンデンサ２６を充電するようになる。リアクトル８が持っていたエネルギが第一のスナバコンデンサ２６に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は第二のフライホイルダイオード１８、第一のフライホイルダイオード１７、平滑コンデンサ２の正極を通って流れるようになる。また、第一のスナバコンデンサ２６に電荷として貯えられたエネルギは、第一のスナバコンデンサ２６が充電状態でない間に第一の放電抵抗器２７を通り図示した放電経路で平滑コンデンサ２の方へ放電される。この放電でも、インバータ回路の接続方式により、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧は、平滑コンデンサ２の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されないので、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧は零になることはない。従ってこの場合も、第一のスナバコンデンサ２６の両端電圧が零になる方式のスナバ回路に比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
【０００６】
【発明の効果】
以上の通りこの発明によれば、正母線と負母線と中性線とを有し、正母線と相電圧出力端子間並びに負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路において、正負母線と中性線との間に第一、第二のスナバコンデンサまたは第一、第二のＲＣＤスナバ回路を設け、更に、正負母線と相電圧出力端子の間又は第一、第二のＲＣＤスナバ回路と相電圧出力端子との間に第一、第二のスナバダイオードを設ける構成としたので、従来の個別スナバ方式に比べて少ない部品点数でスナバ回路を設けることができ、中小容量の３レベル中性点クランプ式インバータに対してコスト上昇を抑えつつスナバ機能を持たせることが可能となり、経済的に品質の向上と使い勝手の良さを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による第一の実施の形態のインバータ回路の１相分の回路図である。
【図２】図１に示す回路のスナバ動作説明図であり、図２（ａ）は第一、第二のＩＧＢＴがオン状態から第一のＩＧＢＴがオフになる経過の説明図、図２（ｂ）は第二、第三のＩＧＢＴがオン状態から第二のＩＧＢＴがオフとなる経過の説明図、図２（ｃ）は第三、第四のＩＧＢＴがオンの状態から第四のＩＧＢＴがオフになる経過の説明図、図２（ｄ）は第二、第三のＩＧＢＴがオンの状態から第三のＩＧＢＴがオフとなる経過の説明図である。
【図３】この発明による第二の実施の形態のインバータ回路の１相分の回路図である。
【図４】図３に示す回路のスナバ動作説明図であり、図４（ａ）は第一、第二のＩＧＢＴがオン状態から第一のＩＧＢＴがオフになる経過の説明図、図４（ｂ）は第二、第三のＩＧＢＴがオン状態から第二のＩＧＢＴがオフとなる経過の説明図、図４（ｃ）は第三、第四のＩＧＢＴがオンの状態から第四のＩＧＢＴがオフになる経過の説明図、図４（ｄ）は第二、第三のＩＧＢＴがオンの状態から第三のＩＧＢＴがオフとなる経過の説明図である。
【符号の説明】
１ 電源
４ 正母線
５ 負母線
６ 中性線
７〜９ 配線リアクタンス
１０ 相電圧出力端子
１１ 第一のＩＧＢＴ
１２ 第二のＩＧＢＴ
１３ 第三のＩＧＢＴ
１４ 第四のＩＧＢＴ
１５、１６ クランプダイオード
１７〜２０ 環流ダイオード
２１、２６ 第一のスナバコンデンサ
２２、３０ 第二のスナバコンデンサ
２３、３３ 第一のスナバダイオード
２４、３４ 第二のスナバダイオード
２５ 一方のダイオード
２７ 第一の放電抵抗器
２８ 第一のＲＣＤスナバ回路
２９ 他方のダイオード
３１ 第二の放電抵抗器
３２ 第二のＲＣＤスナバ回路
Claims (2)
- 正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路を備えたインバータ装置であって、
前記正母線と前記中性線間に設けられる第一のスナバコンデンサと、
前記負母線と前記中性線間に設けられる第二のスナバコンデンサと、
前記正母線にカソードが接続され前記相電圧出力端子にアノードが接続される第一のスナバダイオードと、
前記負母線にアノードが接続され前記相電圧出力端子にカソードが接続される第二のスナバダイオードとを備えたことを特徴とするインバータ装置。 - 正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続された３レベル中性点クランプ式インバータ回路を備えたインバータ装置であって、
前記正母線にアノードが接続される一方のダイオード、該一方のダイオードのカソードと前記中性線との間に接続される第一のスナバコンデンサ及び前記一方のダイオードと並列に接続される第一の放電抵抗器を有する第一のＲＣＤスナバ回路と、
前記負母線にカソードが接続される他方のダイオード、該他方のダイオードのアノードと前記中性線との間に接続される第二のスナバコンデンサ及び前記他方のダイオードと並列に接続される第二の放電抵抗器を有する第二のＲＣＤスナバ回路と、
前記第一のＲＣＤスナバ回路の前記一方のダイオードと前記第一のスナバコンデンサとの接続点にカソードが接続され相電圧出力端子にアノードが接続される第一のスナバダイオードと、
前記第二のＲＣＤスナバ回路の前記他方のダイオードと前記第二のスナバコンデンサとの接続点にアノードが接続され相電圧出力端子にカソードが接続される第二のスナバダイオードとを備えたことを特徴とするインバータ装置。
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