JP3251802B2 - 直列多重電力変換装置 - Google Patents
直列多重電力変換装置Info
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Description
グ素子を複数個並列に接続して用いる際の電力変換器を
構成する素子の実装配置に関する。
誘導電動機に対する出力電圧を従来の2値レベルに変え
て3値にして見かけ上のスイッチング周波数を増大させ
ることにより基本波電圧のリップルを低減させるいわゆ
る直列多重インバータ(3レベルインバータ)が実用化
されつつある。一方において、電力変換器を構成するス
イッチング素子もモジュール型の大容量IGBT(イン
シュレーテッド ゲートバイポーラ トランジスタ)が
開発されつつある。
用としてはまだ容量不足であるので、特開平5−227763
号公報に記載されているようにIGBTモジュールを、
1アーム毎に2並列接続して用いている。その際の実装
配置としてこの公報には直列多重インバータのクランプ
ダイオードを中央に直線的に配置し、その両側に4直列
接続されたIGBTを夫々配置することが記載されてい
る。
においては、2並列接続して用いるとIGBTがブレー
クダウンしてしまうという問題があった。
て用いてもブレークダウンしないようにすることを目的
とする。
本発明は、並列接続したスイッチング素子モジュールを
中央に配置し、並列接続したクランプダイオードを夫々
スイッチング素子モジュールの両側に対称な位置に配置
するものである。
士を中央に配置することにより近接配置可能になり、か
つ、スイッチング素子を駆動するゲートドライブとスイ
ッチング素子との間の配線を短くすることができる。こ
のため、並列接続されたスイッチング素子モジュール間
及びゲートドライブとスイッチング素子との間の配線の
インダクタンスが低減され、この結果、ブレークダウン
の主因である後述するスイッチング素子間の振動電流が
減少し、ブレークダウンに至らない。
図1に負荷である誘導電動機3に可変電圧可変周波数の
三相交流を供給する直列多重インバータの一相分を示
す。負荷3である誘導電動機に3レベルの電圧を供給す
る仕組みは、IGBT11a〜12aがオンすると直流電源1及び
2の電圧の合計が誘導電動機にかかり、IGBT12a〜13bが
オンすると直流電源2の電圧がクランプダイオード15
a〜16bを介して誘導電動機に出力され、また、IGBT
13a〜14bがオンすると直流電源2のマイナス側が誘導電
動機と接続されることによる。また、この直流電源1,
2は、直流電気車の場合、図示しない直流架線から直流
をパンタグラフで受電しこれを分圧する分圧コンデンサ
であり、交流電気車の場合、交流を直流に変換するコン
バータの直流出力を分圧する分圧コンデンサである。更
に、IGBTモジュール11a〜14b内のIGBTに
並列接続されているダイオードはフリーホイールダイオ
ードである。
a,12a,13a,14aに隣接して夫々並列接続し
たIGBTモジュール11b,12b,13b,14b
を配置し、その両側に夫々のクランプダイオード15a
〜16bを実装配置した。
T間の振動電流が減少する理由を図2を用いて説明す
る。図2において、図1に示された並列IGBTのうち
11a及び11bの間に従来技術に示されたようにクラ
ンプダイオードのモジュールが配置されている場合、並
列IGBT間の配線長はその分長くなる。ゲートドライ
ブ回路21とIGBT11a のゲート間の配線インダクタンス
LG1、及び、ゲートドライブ回路21とIGBT11a のゲ
ート間の配線インダクタンスLG2の大きさは等しいこ
とが望ましいのであるが、配線長が長いと実装上等しく
することは困難である。このとき配線インダクタンスL
G2が大きいとすると、ゲートドライブ回路21からの
ゲート電流はIGBT11aに流れ、IGBT11bに先立ってIGBT11
a がオンし、負荷電流が電源からIGBT11a 、配線インダ
クタンスLE1を介して流れる。このとき配線インダク
タンスLE1に蓄えられた電磁エネルギーはIGBT11a の
ゲートエミッタ間に存在する接合容量C1,IGBT11b の
接合容量C2を介して一巡する。この電流のため、接合
容量C1に電位が発生しIGBT11a はオフする。このタイ
ミングでIGBT11b がオンすると配線インダクタンスLE
2に電磁エネルギーが蓄えられ同様にIGBT11bがオフ
し、IGBT11aがオンする。このように配線インダクタン
スと接合容量の間のエネルギー授受に起因する振動電流
が流れると並列接続されたIGBTが交互にオン,オフ
することになり、そのオン,オフのタイミングによって
はブレークダウンすることもある。
BT同士を近接配置させているのでゲートドライブ回路
21と各IGBT間の配線をする際、多少両IGBTの
ゲートから中心がずれても、配線インダクタンスLG1
及びLG2の差は大きくならず、また配線インダクタン
スそのものを小さくすることができる。さらに、近接配
置により配線インダクタンスLE1,LE2も小さくな
るので蓄えられる電磁エネルギーが小さくなり振動電流
が流れたとしても接合容量の電圧がそれほど大きくなら
ないので、IGBTがゲート信号に反してオフすること
がない。
BTへの電流の流入流出は対称にしている(図1、A,
B,C,D)。このため並列接続した左右のIGBTの
電流経路差が生じることがなく電流のアンバランスが避
けられる。もし、電流のアンバランスが生じると、IG
BTオン又はオフの直後に一方のIGBTに電流が集中
し素子破壊を招く危険がある。
が大きい負荷を駆動する場合、更に並列数を増やさなけ
ればならない。図3を用いて説明する。図3は直列多重
インバータの一相分をIGBTを4並列接続した斜視図
である。素子の配置は、IGBTを4並列接続(11a〜1
4d)したものを中央に配置し、同じく4並列接続した
クランプダイオード(15a〜16d)を2個ずつ両側
に対称になるように配置している。これら素子の接続
は、4並列接続した素子のうち2個ずつを接続し、更に
その相互の接続点の中点同士を接続するようにした。こ
のようにすることにより素子間の配線インダクタンスを
最小にするのみならず、並列接続した4個の素子の電流
経路を等しくすることができる。直流電源への3本の接
続線は中央部から図示のように下方向又は上方向に、負
荷への1本の接続線も同様に下方向又は上方向に、合わ
せて4本纏めて出すようにする。これは、直流電源や負
荷への線と素子を流れる電流の相互作用を極力少なくし
配線のインダクタンスを低減させるためである。
場合、これら素子モジュールの背面にヒートパイプなど
の冷却装置を取付け外部に露出させ、図に示された面を
筐体内に密閉収納させる。従って、図示の面に向かい合
う面は筐体内にあり、その面に種々の装置,ゲートドラ
イブ回路やスナバ回路などを実装配置していく。
4を用いて説明する。図4ではIGBT14用のゲートドライ
ブ回路のみを示し他のゲートドライブ回路については省
略した。ゲートドライブ回路21を4並列接続したIG
BTモジュール14の中央部上方に配置し、そこからゲ
ート線及びエミッタ線を4つのIGBTに対して、配線
長が等しくなるように配線する。4並列接続された素子
を中央から左右の2組に分け、夫々のゲート,エミッタ
同士を接続し、接続線の中央同士を接続しその中央部と
ゲートドライブ回路21を接続するようにしている。こ
のようにすることにより前述したゲート回路の配線イン
ダクタンスのアンバランスによって発生する振動電流を
減少することができ、中央部にクランプダイオードを配
する従来技術に比べ4並列接続したIGBTモジュール
間を近接配置することができるため、ゲートドライブ回
路21からの配線も短くなるので振動電流発生の主要員
である配線インダクタンスを低減することができるので
素子ブレークダウンを減らすことができる。
5に示す。22a〜25bはスナバダイオード、26a
〜27bはΔ型(又はスター型)に結線されたスナバコ
ンデンサである。中央線から左右対称にスナバダイオー
ド22a〜25b及びスナバコンデンサ26a〜27b
を配置する。そして、中央部には前述のゲートドライブ
回路を配置し振動電流の減少を図っている。このような
配置が可能となるのは前記した従来技術に記載のように
個々のスイッチ素子にスナバ回路をつける個別スナバ方
式ではなくΔ型(又はスター型)スナバ回路を採用した
ことによりスナバコンデンサを集中させることができる
ようになった点も一要因として上げられる。
路とIGBTモジュール間の配線長を短くすることがで
きるため、実装時における誤差を小さくすることができ
配線インダクタンスのアンバランスが低減され、また、
配線インダクタンスそのものが小さくなるので並列接続
されたIGBT間の振動電流の絶対値を低減することが
できる。更に、並列接続されたいずれの素子からの電流
経路を等しくすることによって電流アンバランスを小さ
くすることができる(図4,図5では詳細配線を省略
し、回路のみ示している)。
子をIGBTとして説明したが、接合容量が存在する電
圧駆動型の素子であってモジュール型の素子、例えば、
パワートランジスタなどにも適用可能である。
って説明したが、インバータに限らずPWMコンバータ
においても同様である。更に電気車駆動用電力変換器に
限るものではないことは云うまでもない。
タを構成するスイッチング素子を並列接続した際のブレ
ークダウンをなくすことができるという効果がある。
示す図。
置を示す図。
図。
ジュール、15,16…クランプダイオード、21…ゲ
ートドライブ回路、22〜25…スナバダイオード、2
6,27…スナバコンデンサ。
Claims (3)
- 【請求項1】複数のモジュール型スイッチング素子が並
列接続され、これら並列接続されたスイッチング素子を
4個直列接続したスイッチング素子群を1相分として構
成し、これらのスイッチング素子をゲートドライブ回路
により動作させて直流電源から交流端子に3レベルの電
圧を得る直列多重電力変換装置において、前記4個直列
のスイッチング素子を直線状に並べて配置し、これら各
4個のスイッチング素子の直列体4列を同一平面上に4
並列に並べて中央に配置し、2個のクランプダイオード
の直列体4列を、前記スイッチング素子群の両側に2列
ずつ同一平面上に配置するとともに、直流電源への3本
の接続線と負荷への1本の接続線を、前記4並列のスイ
ッチング素子の中央部(2列目と3列目の中間位置)か
ら取り出すように構成したことを特徴とする直列多重電
力変換装置。 - 【請求項2】請求項1において、前記スイッチング素子
を4並列とする場合、前記スイッチング素子のうち2個
ずつを並列接続し、さらにその相互の接続点の中点同士
を接続するように構成したことを特徴とする直列多重電
力変換装置。 - 【請求項3】請求項1において、前記スイッチング素子
が配置された前記平面の上方で前記スイッチング素子に
対向する位置にこれらスイッチング素子を駆動するゲー
トドライブ回路を配置したことを特徴とする直列多重電
力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04809195A JP3251802B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 直列多重電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04809195A JP3251802B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 直列多重電力変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08251940A JPH08251940A (ja) | 1996-09-27 |
JP3251802B2 true JP3251802B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=12793655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04809195A Expired - Lifetime JP3251802B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 直列多重電力変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (7)
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KR100467458B1 (ko) * | 2002-10-22 | 2005-01-24 | 삼성에스디아이 주식회사 | 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치 및 구동 방법 |
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-
1995
- 1995-03-08 JP JP04809195A patent/JP3251802B2/ja not_active Expired - Lifetime
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