JP6439835B1 - Multi-level power converter and control method thereof - Google Patents
Multi-level power converter and control method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP6439835B1 JP6439835B1 JP2017160691A JP2017160691A JP6439835B1 JP 6439835 B1 JP6439835 B1 JP 6439835B1 JP 2017160691 A JP2017160691 A JP 2017160691A JP 2017160691 A JP2017160691 A JP 2017160691A JP 6439835 B1 JP6439835 B1 JP 6439835B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- connection point
- capacitor
- common connection
- switching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/487—Neutral point clamped inverters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
【課題】マルチレベル電力変換装置において、スイッチングデバイスに過電圧が印加されて過電圧破壊することを抑制し、装置の信頼性を向上させる。【解決手段】各相共通の直流モジュール1と、各相(2相以上)の相モジュール2と、を備え、直流電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置において、相モジュール2の第3,第4スイッチングデバイスS3,S4aの共通接続点と第6,第8スイッチングデバイスS6b,S8の共通接続点との間に第11,第13スイッチングデバイスS11a,S11b,S13a,S13bを直列接続する。【選択図】図1In a multilevel power conversion device, an overvoltage is applied to a switching device to prevent overvoltage breakdown, and the reliability of the device is improved. In a multi-level power conversion device that includes a DC module 1 common to each phase and a phase module 2 for each phase (two or more phases), and generates an AC output converted from a DC voltage into a plurality of voltage levels. The eleventh and thirteenth switching devices S11a, S11b, and S13a between the common connection point of the third and fourth switching devices S3 and S4a of the phase module 2 and the common connection point of the sixth and eighth switching devices S6b and S8. , S13b are connected in series. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、中性点を有する電圧型高圧マルチレベル電力変換装置に関する。 The present invention relates to a voltage type high voltage multilevel power conversion device having a neutral point.
図9に、特許文献1の[実施形態15]に記載された三相マルチレベル電力変換装置を示す。説明のため、図10に図9の相モジュール一相分のマルチレベル電力変換装置を示す。図10のマルチレベル電力変換装置は、直流モジュール1と相モジュール2とを備える。
FIG. 9 shows a three-phase multilevel power conversion device described in [Embodiment 15] of
直流モジュール1は2つの第1,第2直流コンデンサDCP,DCNと、2つの第1,第2フライングキャパシタFCP,FCNと、8つの第1〜第8半導体デバイスSa,Sb,Sc,Sd,Se,Sf,Sg,Shと、を有する。
The
相モジュール2は、10個の第1〜第10スイッチングデバイスS1,S2,S3,S4a,S4b,S6a,S6b,S8,S9,S10と、4つの第1,第3ダイオードD1a,D1b,D3a,D3bと、を有する。ここで第1〜第8半導体デバイスSa〜Sh,第1〜第10スイッチングデバイスS1〜S10はIGBTと逆並列に接続されたダイオードで構成されたものを例に挙げている。
The
直流モジュール1は第1,第2直流コンデンサDCP,DCNの電圧を2E[V]、第1,第2フライングキャパシタFCP,FCNの電圧をE[V]に保ち、相モジュール2は直流モジュール1の電位を選択することで5つの電位(+2E,+E,0,−E,−2E)を出力する。また、出力端子Oに流れる電流をIとする。
The
ここで、相モジュール2の電圧出力指令値を[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]とする。
Here, the voltage output command values of the
電圧出力指令値[+2E]は、中性点端子Nに対しての出力端子Oの電圧が+2Eであることを意味する。[+E],[−E],[−2E]も同様である。電圧出力指令値[NP]は、中性点端子Nに対しての出力端子Oの電圧が0であることを意味する。 The voltage output command value [+ 2E] means that the voltage of the output terminal O with respect to the neutral point terminal N is + 2E. The same applies to [+ E], [−E], and [−2E]. The voltage output command value [NP] means that the voltage of the output terminal O with respect to the neutral point terminal N is zero.
図11にスイッチングパターンの一例を示す。図11中の丸印は相モジュール2のオンしたスイッチングデバイスを示している。なお、図11において、直流モジュール1のオンしている第1〜第8半導体デバイスSa〜Shには、丸印を付していない。図12も同様である。
FIG. 11 shows an example of the switching pattern. A circle in FIG. 11 indicates a switching device in which the
一般的に電力変換装置は、電圧指令値の遷移時に、短絡による半導体デバイス,スイッチングデバイスの過電流破壊を防止するため短絡防止時間(デッドタイム)Tdを挿入する。デッドタイムTd中のスイッチングパターンを図12に示す。 In general, a power converter inserts a short-circuit prevention time (dead time) Td in order to prevent overcurrent breakdown of a semiconductor device and a switching device due to a short circuit when a voltage command value transitions. A switching pattern during the dead time Td is shown in FIG.
図11の[+2E]から[+E]へ遷移する場合は、第1スイッチングデバイスS1と第2スイッチングデバイスS2が同時オンした場合短絡するため、必ず、第1スイッチングデバイスS1をオフした後、第2スイッチングデバイスS2をオンする必要がある。よってデッドタイムのスイッチングパターンは第1スイッチングデバイスS1と第2スイッチングデバイスS2を同時オフした状態となる。 In the case of transition from [+ 2E] to [+ E] in FIG. 11, since the first switching device S1 and the second switching device S2 are short-circuited simultaneously, the second switching device S1 must be turned off after the first switching device S1 is turned off. It is necessary to turn on the switching device S2. Therefore, the switching pattern of the dead time is in a state where the first switching device S1 and the second switching device S2 are simultaneously turned off.
図11では定常時のスイッチングパターンのみ示しているが、デッドタイム時のスイッチングパターンは短絡防止を達成するために、このように一意に決まる。 FIG. 11 shows only the switching pattern at the steady time, but the switching pattern at the dead time is uniquely determined in this way in order to achieve short circuit prevention.
デッドタイムTd中のスイッチングパターンを図12に示すように、[DT+2]、[DT+1]、[DT−1]、[DT−2]とする。[DT+2]は[+2E][+E]間、[DT+1]は[+E][NP]間、[DT−1]は[NP][−E]間、[DT−2]は[−E][−2E]間のデッドタイムのスイッチングパターンである。 As shown in FIG. 12, the switching pattern during the dead time Td is [DT + 2], [DT + 1], [DT-1], and [DT-2]. [DT + 2] is between [+ 2E] and [+ E], [DT + 1] is between [+ E] and [NP], [DT-1] is between [NP] and [−E], and [DT-2] is [−E] and [−E]. -E] dead time switching pattern.
図13に[DT+1]のスイッチングパターンを再掲する。図13に示すように、電流経路(配線)には寄生インダクタンスが存在する。図13の寄生インダクタンスをそれぞれL1〜L9とする。[NP]から[+E]に変化し、出力端子Oに流れる電流Iが負極性の場合、出力端子の電位はNPから+Eに変化するのが理想である。しかし、配線の寄生インダクタンス差により、一瞬、第1スイッチングデバイスS1のダイオードがクランプし、出力端子Oの電位が+2Eとなる場合がある。この結果、出力端子OがNP→2E→E、第8スイッチングデバイスS8のエミッタ端子側は−E→−E→−Eであるため、第6,第8スイッチングデバイスS6a,S6b,S8の直列回路の両端にかかる電圧はE→3E→2Eと変化する場合がある。 FIG. 13 shows the switching pattern [DT + 1] again. As shown in FIG. 13, a parasitic inductance exists in the current path (wiring). The parasitic inductances in FIG. 13 are L1 to L9, respectively. When the current I flowing from the output terminal O changes from [NP] to [+ E] and is negative, it is ideal that the potential of the output terminal changes from NP to + E. However, due to the parasitic inductance difference of the wiring, the diode of the first switching device S1 may be momentarily clamped, and the potential of the output terminal O may be + 2E. As a result, since the output terminal O is NP → 2E → E and the emitter terminal side of the eighth switching device S8 is −E → −E → −E, the series circuit of the sixth and eighth switching devices S6a, S6b, and S8. In some cases, the voltage applied to the both ends of E → changes from E → 3E → 2E.
以下に、上記の第1スイッチングデバイスS1のダイオードが一瞬クランプすることの理由を説明する。[±2E],[±E],[NP]出力時にそれぞれ電流経路が異なるために配線も異なる。そのためスイッチングパターンにより寄生インダクタンスが異なる。この寄生インダクタンスの差異(L1<L2のとき)に起因して、一瞬、第1スイッチングデバイスS1のダイオードがクランプする。 The reason why the diode of the first switching device S1 is clamped for a moment will be described below. Since the current paths are different at the time of [± 2E], [± E], and [NP] output, the wiring is also different. Therefore, the parasitic inductance differs depending on the switching pattern. Due to this difference in parasitic inductance (when L1 <L2), the diode of the first switching device S1 is clamped for a moment.
マルチレベル電力変換装置では、スイッチングパターンと電流極性によって電流の通過する経路が異なる。そのため、各々の状態においてそれぞれ寄生インダクタンスを考慮する必要がある。 In the multilevel power converter, the path through which the current passes varies depending on the switching pattern and the current polarity. Therefore, it is necessary to consider the parasitic inductance in each state.
各状態における合計寄生インダクタンスを表1に記す。電力変換回路の対称性からL1≒L5、L2≒L4、L6≒L9、L7≒L8となる。 Table 1 shows the total parasitic inductance in each state. From the symmetry of the power conversion circuit, L1≈L5, L2≈L4, L6≈L9, and L7≈L8.
電流経路には、この寄生インダクタンスL1〜L9が存在し、表1に示すようにその電流経路によって寄生インダクタンス値が異なるため、出力端子Oの電位が変化する際に転流が発生する。その際にサージ電圧が発生し第6,第8スイッチングデバイスS6a,S6b,S8がより高電圧を受けることがある。これに起因して第6,第8スイッチングデバイスS6a,S6b,S8が過電圧破壊して、電力変換回路が正常に動作できなくなる恐れがある。 Since the parasitic inductances L1 to L9 exist in the current path, and the parasitic inductance value varies depending on the current path as shown in Table 1, commutation occurs when the potential of the output terminal O changes. At that time, a surge voltage is generated, and the sixth and eighth switching devices S6a, S6b, and S8 may receive a higher voltage. As a result, the sixth and eighth switching devices S6a, S6b, and S8 may be destroyed by overvoltage, and the power conversion circuit may not operate normally.
また、この時、第6,第8スイッチングデバイスS6a,S6b,S8の直列回路の両端に瞬間3Eの電圧がかかる。スイッチングデバイス3直列分で3Eなので均等に電圧が分担している場合は問題ないが、均等に電圧分担しない場合、もしくは均等に分担するまでに時間がかかる場合は過渡状態で電圧不平衡になっており特定のスイッチングデバイスに電圧が過剰に掛り、スイッチングデバイスが過電圧破壊する恐れがある。
At this time, a voltage of instantaneous 3E is applied to both ends of the series circuit of the sixth and eighth switching devices S6a, S6b, and S8. There is no problem if the voltage is evenly shared because it is 3E for the
特許文献2では、2直列のスイッチングデバイスの電圧をバランスする回路が開示されている。しかし、3直列のスイッチングデバイスに電圧がかかると、第6スイッチングデバイスS6a,S6bの電圧は特許文献2の技術の適用によってバランスすることができるが、第8スイッチングデバイスS8に過大な電圧が掛ることは回避できない。
ここでは例として[DT+1]の場合を挙げたが、[DT+2]の場合も同様の現象が発生する。また、[DT−1]、[DT−2]の場合も同様の現象があり、第3,第4スイッチングデバイスS3,S4a,S4bの電圧バランスが問題になる。 Here, the case of [DT + 1] is given as an example, but the same phenomenon occurs in the case of [DT + 2]. The same phenomenon occurs in the case of [DT-1] and [DT-2], and the voltage balance of the third and fourth switching devices S3, S4a and S4b becomes a problem.
この問題点はデッドタイム中に電位の確定しないスイッチングデバイスがあるため起き得る事象である。この現象を減らすためにはできるだけ、スイッチングデバイスの端子の電位を確定し、デッドタイム中に安定した電圧を供給することが、解決法の一つである。 This problem is an event that can occur because there is a switching device whose potential is not fixed during the dead time. In order to reduce this phenomenon, one of the solutions is to determine the potential of the terminal of the switching device as much as possible and supply a stable voltage during the dead time.
以上示したようなことから、マルチレベル電力変換装置において、スイッチングデバイスに過電圧が印加されて過電圧破壊することを抑制し、装置の信頼性を向上させることが課題となる。
As described above, in the multilevel power conversion device, it is an issue to suppress the overvoltage breakdown due to the overvoltage being applied to the switching device and to improve the reliability of the device.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、各相共通の直流モジュールと、各相(2相以上)の相モジュールと、を備え、直流電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、前記直流モジュールは、2個直列接続された第1,第2直流コンデンサと、前記第1直流コンデンサの正極端に一端が接続された第1半導体デバイスと、前記第1直流コンデンサの負極端に一端が接続された第4半導体デバイスと、前記第1半導体デバイスの他端と前記第4半導体デバイスの他端との間に接続された第1フライングキャパシタと、前記第1半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点と前記第4半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第2,第3半導体デバイスと、前記第2直流コンデンサの正極端に一端が接続された第5半導体デバイスと、前記第2直流コンデンサの負極端に一端が接続された第8半導体デバイスと、前記第5半導体デバイスの他端と前記第8半導体デバイスの他端との間に接続された第2フライングキャパシタと、前記第5半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点と前記第8半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第6,第7半導体デバイスと、を有し、前記相モジュールは、前記第1半導体デバイスの一端と前記第2,第3半導体デバイスの共通接続点との間に直列接続された第1,第2スイッチングデバイスと、前記第6,第7半導体デバイスの共通接続点と前記第8半導体デバイスの一端との間に直列接続された第9,第10スイッチングデバイスと、前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第9,第10スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第3,第4,第6,第8スイッチングデバイスと、前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点と前記第6,第8スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第11,第13スイッチングデバイスと、を有し、前記第4,第5半導体デバイスの共通接続点と前記第11,第13スイッチングデバイスの共通接続点とを接続し、前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof includes a DC module common to each phase and a phase module of each phase (two or more phases), and a plurality of DC voltages are obtained from the DC voltage. A multi-level power conversion device for generating an AC output converted to a voltage level of the first DC module, wherein the DC module includes two first and second DC capacitors connected in series, and one end at a positive end of the first DC capacitor. Is connected between the first semiconductor device, the fourth semiconductor device having one end connected to the negative electrode end of the first DC capacitor, and the other end of the first semiconductor device and the other end of the fourth semiconductor device. A first flying capacitor connected to the first flying capacitor; a common connection point of the first semiconductor device and the first flying capacitor; and a common connection point of the fourth semiconductor device and the first flying capacitor. Between the second and third semiconductor devices connected in series, a fifth semiconductor device having one end connected to the positive electrode end of the second DC capacitor, and one end connected to the negative electrode end of the second DC capacitor. An eighth semiconductor device; a second flying capacitor connected between the other end of the fifth semiconductor device and the other end of the eighth semiconductor device; and a common connection of the fifth semiconductor device and the second flying capacitor And sixth and seventh semiconductor devices connected in series between a point, the eighth semiconductor device, and a common connection point of the second flying capacitor, and the phase module includes one end of the first semiconductor device. And first and second switching devices connected in series between a common connection point of the second and third semiconductor devices and a common connection of the sixth and seventh semiconductor devices And the ninth and tenth switching devices connected in series between the first semiconductor device and one end of the eighth semiconductor device, the common connection point of the first and second switching devices, and the common connection of the ninth and tenth switching devices 3rd, 4th, 6th, 8th switching device connected in series between the point, a common connection point of the 3rd, 4th switching device, and a common connection point of the 6th, 8th switching device, Eleventh and thirteenth switching devices connected in series, and connecting a common connection point of the fourth and fifth semiconductor devices and a common connection point of the eleventh and thirteenth switching devices, The common connection point of the fourth and sixth switching devices is an output terminal.
また、その一態様として、前記第4,第6,第11,第13スイッチングデバイスの一部または全部を2つ直列接続したことを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, a part or all of the fourth, sixth, eleventh and thirteenth switching devices are connected in series.
また、その一態様として、表2,表3のスイッチングパターンを有し、前記各スイッチングパターンの遷移条件は、[+2E]←→[DT+2]←→[+E]←→[DT+1]←→[NP]←→[DT−1]←→[−E]←→[DT−2]←→[−2E]とすることを特徴とする。 Further, as one mode, the switching patterns of Tables 2 and 3 are provided, and the transition condition of each switching pattern is [+ 2E] ← → [DT + 2] ← → [+ E] ← → [DT + 1] ← → [NP ] → [DT-1] ← → [−E] ← → [DT-2] ← → [-2E].
S1〜S13b:第1〜第13スイッチングデバイス
Sa〜Sh:第1〜第8半導体デバイス
[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]:電圧出力指令値
[DT+2]:[+2E]と[+E]間のデッドタイム
[DT+1]:[+E]と[NP]間のデッドタイム
[DT−1]:[NP]と[−E]間のデッドタイム
[DT−2]:[−E]と[−2E]間のデッドタイム
[DD]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ放電
[CD]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ放電
[DC]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ充電
[CC]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ充電
1:半導体デバイス、スイッチングデバイスON
0:半導体デバイス、スイッチングデバイスOFF
また、その一態様として、前記第1〜第8半導体デバイスおよび前記第1〜第13スイッチングデバイスの一部または全部を2以上に並列接続したことを特徴とする。
S1 to S13b: 1st to 13th switching devices Sa to Sh: 1st to 8th semiconductor devices [+ 2E], [+ E], [NP], [−E], [−2E]: Voltage output command value [DT + 2 ]: Dead time between [+ 2E] and [+ E] [DT + 1]: Dead time between [+ E] and [NP] [DT-1]: Dead time between [NP] and [−E] [DT-2] ]: [-E] and [-2E] dead time [DD]: first DC capacitor discharge, second DC capacitor discharge [CD]: first DC capacitor charge, second DC capacitor discharge [DC]: first 1 DC capacitor discharge, 2nd DC capacitor charge [CC]: 1st DC capacitor charge, 2nd DC capacitor charge
1: Semiconductor device, switching device ON
0: Semiconductor device, switching device OFF
Further, as one aspect thereof, a part or all of the first to eighth semiconductor devices and the first to thirteenth switching devices are connected in parallel to two or more.
また、他の態様として、各相共通の直流モジュールと、各相(2相以上)の相モジュールと、を備え、直流電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、前記直流モジュールは、2個直列接続された第1,第2直流コンデンサと、前記第1直流コンデンサの正極端に一端が接続された第1半導体デバイスと、前記第1直流コンデンサの負極端に一端が接続された第4半導体デバイスと、前記第1半導体デバイスの他端と前記第4半導体デバイスの他端との間に接続された第1フライングキャパシタと、前記第1半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点と前記第4半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第2,第3半導体デバイスと、前記第2直流コンデンサの正極端に一端が接続された第5半導体デバイスと、前記第2直流コンデンサの負極端に一端が接続された第8半導体デバイスと、前記第5半導体デバイスの他端と前記第8半導体デバイスの他端との間に接続された第2フライングキャパシタと、前記第5半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点と前記第8半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第6,第7半導体デバイスと、を有し、前記相モジュールは、前記第1半導体デバイスの一端と前記第2,第3半導体デバイスの共通接続点との間に直列接続された第1,第2スイッチングデバイスと、前記第2,第3半導体デバイスの共通接続点と前記第4半導体デバイスの一端との間に直列接続された第3,第4スイッチングデバイスと、前記第5半導体デバイスの一端と前記第6,第7半導体デバイスの共通接続点との間に直列接続された第9,第10スイッチングデバイスと前記第6,第7半導体デバイスの共通接続点と前記第8半導体デバイスの一端との間に直列接続された第11,第12スイッチングデバイスと、前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第5,第6スイッチングデバイスと、前記第9,第10スイッチングデバイスの共通接続点と前記第11,第12スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第13,第14スイッチングデバイスと、前記第5,第6スイッチングデバイスの共通接続点と前記第13,第14スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第7,第15スイッチングデバイスと、を有し、前記第4,第5半導体デバイスの共通接続点と前記第4,第9スイッチングデバイスの共通接続点とを接続し、前記第7,第15スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする。 As another aspect, a multi-level power conversion device that includes a DC module common to each phase and a phase module of each phase (two or more phases), and generates an AC output converted from a DC voltage into a plurality of voltage levels. The DC module includes two first and second DC capacitors connected in series, a first semiconductor device having one end connected to the positive terminal of the first DC capacitor, and the first DC capacitor. A fourth semiconductor device having one end connected to a negative electrode end; a first flying capacitor connected between the other end of the first semiconductor device and the other end of the fourth semiconductor device; and the first semiconductor device; Second and third semiconductor devices connected in series between a common connection point of the first flying capacitor and a common connection point of the fourth semiconductor device and the first flying capacitor. A fifth semiconductor device having one end connected to the positive electrode end of the second DC capacitor, an eighth semiconductor device having one end connected to the negative electrode end of the second DC capacitor, and the other of the fifth semiconductor device A second flying capacitor connected between one end and the other end of the eighth semiconductor device; a common connection point of the fifth semiconductor device and the second flying capacitor; the eighth semiconductor device; and the second flying capacitor. Sixth and seventh semiconductor devices connected in series with each other, and the phase module includes a common connection point between one end of the first semiconductor device and the second and third semiconductor devices. Between the first and second switching devices connected in series with each other, the common connection point of the second and third semiconductor devices, and one end of the fourth semiconductor device. The third and fourth switching devices connected, the ninth and tenth switching devices connected in series between one end of the fifth semiconductor device and the common connection point of the sixth and seventh semiconductor devices, and the first 6, eleventh and twelfth switching devices connected in series between a common connection point of the seventh semiconductor device and one end of the eighth semiconductor device; a common connection point of the first and second switching devices; The fifth and sixth switching devices connected in series between the common connection point of the third and fourth switching devices, and the common connection point of the ninth and tenth switching devices and the common of the eleventh and twelfth switching devices The 13th and 14th switching devices connected in series between the connection points, the common connection point of the fifth and sixth switching devices, and the first 7 and 15 switching devices connected in series between the common connection point of the third and fourteenth switching devices, and the fourth and ninth common connection points of the fourth and fifth semiconductor devices. A common connection point of the switching devices is connected, and the common connection point of the seventh and fifteenth switching devices is used as an output terminal.
また、その一態様として、前記第7,第15スイッチングデバイスの一部または全部を2つ直列接続したことを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, a part or all of the seventh and fifteenth switching devices are connected in series.
また、その一態様として、表4,表5のスイッチングパターンを有し、前記各スイッチングパターンの遷移条件は、[+2E]←→[DT+2]←→[+E]←→[DT+1]←→[NP]←→[DT−1]←→[−E]←→[DT−2]←→[−2E]とすることを特徴とする。 Further, as one mode, the switching patterns of Tables 4 and 5 are provided, and the transition condition of each switching pattern is [+ 2E] ← → [DT + 2] ← → [+ E] ← → [DT + 1] ← → [NP ] → [DT-1] ← → [−E] ← → [DT-2] ← → [-2E].
S1〜S15b:第1〜第15スイッチングデバイス
Sa〜Sh:第1〜第8半導体デバイス
[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]:電圧出力指令値
[DT+2]:[+2E]と[+E]間のデッドタイム
[DT+1]:[+E]と[NP]間のデッドタイム
[DT−1]:[NP]と[−E]間のデッドタイム
[DT−2]:[−E]と[−2E]間のデッドタイム
[DD]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ放電
[CD]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ放電
[DC]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ充電
[CC]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ充電
1:半導体デバイス、スイッチングデバイスON
0:半導体デバイス、スイッチングデバイスOFF
また、その一態様として、前記第1〜第8半導体デバイスおよび前記第1〜第15スイッチングデバイスの一部または全部を2以上に並列接続したことを特徴とする。
S1 to S15b: 1st to 15th switching devices Sa to Sh: 1st to 8th semiconductor devices [+ 2E], [+ E], [NP], [−E], [−2E]: Voltage output command value [DT + 2 ]: Dead time between [+ 2E] and [+ E] [DT + 1]: Dead time between [+ E] and [NP] [DT-1]: Dead time between [NP] and [−E] [DT-2] ]: [-E] and [-2E] dead time [DD]: first DC capacitor discharge, second DC capacitor discharge [CD]: first DC capacitor charge, second DC capacitor discharge [DC]: first 1 DC capacitor discharge, 2nd DC capacitor charge [CC]: 1st DC capacitor charge, 2nd DC capacitor charge
1: Semiconductor device, switching device ON
0: Semiconductor device, switching device OFF
Moreover, as one aspect thereof, a part or all of the first to eighth semiconductor devices and the first to fifteenth switching devices are connected in parallel to two or more.
また、その一態様として、前記相モジュールを三相分設けたことを特徴とする。 Moreover, as one aspect thereof, the phase module is provided for three phases.
また、その一態様として、前記マルチレベル電力変換装置を2x段(x=1以上の整数)直列多段に接続したことを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the multi-level power conversion device is connected in 2 x stages (an integer equal to or greater than 1) in series.
本発明によれば、マルチレベル電力変換装置において、スイッチングデバイスに過電圧が印加されて過電圧破壊することを抑制し、装置の信頼性を向上させることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a multilevel power converter device, it becomes possible to suppress that an overvoltage is applied to a switching device and to destroy an overvoltage, and to improve the reliability of an apparatus.
以下、本願発明におけるマルチレベル電力変換装置の実施形態1〜4を図1〜図8に基づいて詳述する。
Hereinafter,
[実施形態1]
図1は本実施形態1におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。図1に示すように、本実施形態1のマルチレベル電力変換装置は、直流モジュール1と相モジュール2と、を備える。図1では相モジュール2を一相分のみ示しているが、相モジュール2は2相以上とする。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a multilevel power conversion device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the multilevel power conversion device according to the first embodiment includes a
直流モジュール1は2つの第1,第2直流コンデンサDCP,DCNと、2つの第1,第2フライングキャパシタFCP,FCNと、8つの第1〜第8半導体デバイスSa,Sb,Sc,Sd,Se,Sf,Sg,Shと、を有する。
The
また、相モジュール2は14個の第1〜第13スイッチングデバイスS1,S2,S3,S4a,S4b,S6a,S6b,S8,S9,S10,S11a,S11b,S13a,S13bを有する。
The
直流モジュール1は、第1,第2直流コンデンサDCP,DCNが直列接続される。第1直流コンデンサDCPの正極端に第1半導体デバイスSaの一端が接続される。第1直流コンデンサDCPの負極端に第4半導体デバイスSdの一端が接続される。第1半導体デバイスSaの他端と第4半導体デバイスSdの他端との間に第1フライングキャパシタFCPが接続される。第1半導体デバイスSaと第1フライングキャパシタFCPの共通接続点と第4半導体デバイスSdと第1フライングキャパシタFCPの共通接続点との間に第2,第3半導体デバイスSb,Scが直列接続される。
In the
第2直流コンデンサDCNの正極端に第5半導体デバイスSeの一端が接続される。第2直流コンデンサDCNの負極端に第8半導体デバイスShの一端が接続される。第5半導体デバイスSeの他端と第8半導体デバイスShの他端との間に第2フライングキャパシタFCNが接続される。第5半導体デバイスSeと第2フライングキャパシタFCNの共通接続点と第8半導体デバイスShと第2フライングキャパシタFCNの共通接続点との間に第6,第7半導体デバイスSf,Sgが直列接続される。 One end of the fifth semiconductor device Se is connected to the positive end of the second DC capacitor DCN. One end of the eighth semiconductor device Sh is connected to the negative end of the second DC capacitor DCN. The second flying capacitor FCN is connected between the other end of the fifth semiconductor device Se and the other end of the eighth semiconductor device Sh. Sixth and seventh semiconductor devices Sf and Sg are connected in series between the common connection point of the fifth semiconductor device Se and the second flying capacitor FCN and the common connection point of the eighth semiconductor device Sh and the second flying capacitor FCN. .
相モジュール2は、第1半導体デバイスSaの一端と第2,第3半導体デバイスSb,Scの共通接続点との間に第1,第2スイッチングデバイスS1,S2が直列接続される。第6,第7半導体デバイスSf,Sgの共通接続点と第8半導体デバイスShの一端との間に第9,第10スイッチングデバイスS9,S10が直列接続される。
In the
第1,第2スイッチングデバイスS1,S2の共通接続点と、第9,第10スイッチングデバイスS9,S10の共通接続点との間に第3,第4,第6,第8スイッチングデバイスS3,S4a,S4b,S6a,S6b,S8が直列接続される。 The third, fourth, sixth and eighth switching devices S3, S4a between the common connection point of the first and second switching devices S1, S2 and the common connection point of the ninth, tenth switching devices S9, S10 , S4b, S6a, S6b, S8 are connected in series.
第3,第4スイッチングデバイスS3,S4aの共通接続点と第6,第8スイッチングデバイスS6b,S8の共通接続点との間に第11,第13スイッチングデバイスS11a,S11b,S13a,S13bが直列接続される。 The eleventh and thirteenth switching devices S11a, S11b, S13a, and S13b are connected in series between the common connection point of the third and fourth switching devices S3 and S4a and the common connection point of the sixth and eighth switching devices S6b and S8. Is done.
第4,第5半導体デバイスSd,Seの共通接続点と第11,第13スイッチングデバイスS11b,S13aの共通接続点とを接続する。第4,第6スイッチングデバイスS4b,S6aの共通接続点を出力端子Oとする。 The common connection point of the fourth and fifth semiconductor devices Sd and Se and the common connection point of the eleventh and thirteenth switching devices S11b and S13a are connected. A common connection point of the fourth and sixth switching devices S4b and S6a is defined as an output terminal O.
ここで、第1〜第8半導体デバイスSa〜Sh,第1〜第13スイッチングデバイスS1〜S13bはIGBTと逆並列に接続されたダイオードで構成されてものを例に挙げている。直流モジュール1は第1,第2直流コンデンサDCP,DCNの電圧を2E[V]、第1,第2フライングキャパシタFCP,FCNの電圧をE[V]に保ち、相モジュール2は直流モジュールの電位を選択することで5つの電位(+2E,+E,0,−E,−2E)を出力する。また、出力端子Oに流れる電流をIとする。
Here, the first to eighth semiconductor devices Sa to Sh and the first to thirteenth switching devices S1 to S13b are described as examples including diodes connected in reverse parallel to the IGBT. The
図10に示す従来のマルチレベル電力変換装置の第1,第2ダイオードD1a,D1b,D3a,D3bを第1〜第13スイッチングデバイスS11a,S11b,S13a,S13bに代えた点が、図10との差異である。 The first and second diodes D1a, D1b, D3a, D3b of the conventional multilevel power converter shown in FIG. 10 are replaced with the first to thirteenth switching devices S11a, S11b, S13a, S13b. It is a difference.
本実施形態1における5レベルを出力する第1〜第8半導体デバイスSa〜Sh,第1〜第13スイッチングデバイスS1〜S13bのスイッチングパターンを表2,図2に示す。 The switching patterns of the first to eighth semiconductor devices Sa to Sh and the first to thirteenth switching devices S1 to S13b that output five levels in the first embodiment are shown in Table 2 and FIG.
表2に示すように、これらのゲート信号(スイッチングデバイスのオンオフ信号)の組合せにより、5つの電位が出力端子Oから出力可能になる。ここで相モジュール2の電圧出力指令値を[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]とし、直流モジュール1の電圧出力指令を[DD],[CD],[DC],[CC]とする。
As shown in Table 2, five potentials can be output from the output terminal O by a combination of these gate signals (ON / OFF signals of the switching device). Here, the voltage output command value of the
直流モジュール1の電圧出力指令値の[D]は電流Iが正のときの第1フライングキャパシタFCPもしくは第2フライングキャパシタFCNの放電指令、[C]は第1フライングキャパシタFCPもしくは第2フライングキャパシタFCNの充電指令を意味する。
The voltage output command value [D] of the
表2において、電圧出力指令値の1つ目は第1フライングキャパシタFCPの指令、2つ目は第2フライングキャパシタFCNの指令である。たとえば、電圧出力指令値が[CD]の場合、第1フライングキャパシタFCPは充電指令、第2フライングキャパシタFCNは放電指令を意味する。また、表2中の1はゲートオン、0はゲートオフを意味する。第1〜第8半導体デバイスSa〜Sh,第1〜第13スイッチングデバイスS1〜S13bは、ゲートオン時にオン状態、ゲートオフ時にオフ状態となる。 In Table 2, the first voltage output command value is a command for the first flying capacitor FCP, and the second is a command for the second flying capacitor FCN. For example, when the voltage output command value is [CD], the first flying capacitor FCP means a charge command, and the second flying capacitor FCN means a discharge command. In Table 2, 1 means gate on, and 0 means gate off. The first to eighth semiconductor devices Sa to Sh and the first to thirteenth switching devices S1 to S13b are turned on when the gate is turned on and turned off when the gate is turned off.
相モジュール2の出力電圧は正弦波に近似させる。よって、電圧出力指令値の遷移の条件は、[+2E]←→[+E]←→[NP]←→[−E]←→[−2E]となる。デッドタイム中の第1〜第13スイッチングデバイスS1〜S13bのスイッチングパターンを表3,図2に示す。
The output voltage of the
表3において、[DT+2]は[+2E]と[+E]間のデッドタイムのスイッチングパターンである。[DT+1]は[+E]と[NP]間のデッドタイムのスイッチングパターンである。[DT−1]は[NP]と[−E]間のデッドタイム
のスイッチングパターンである。[DT−2]は[−E]と[−2E]間のデッドタイムのスイッチングパターンである。
In Table 3, [DT + 2] is a dead time switching pattern between [+ 2E] and [+ E]. [DT + 1] is a dead time switching pattern between [+ E] and [NP]. [DT-1] is a dead time switching pattern between [NP] and [-E]. [DT-2] is a dead time switching pattern between [-E] and [-2E].
よって、デッドタイム中のスイッチングパターンを含めると、スイッチングパターンの遷移の条件は、[+2E]←→[DT+2]←→[+E]←→[DT+1]←→[NP]←→[DT−1]←→[−E]←→[DT−2]←→[−2E]となる。 Therefore, if the switching pattern during the dead time is included, the switching pattern transition condition is [+ 2E] ← → [DT + 2] ← → [+ E] ← → [DT + 1] ← → [NP] ← → [DT-1] ← → [−E] ← → [DT-2] ← → [-2E].
本実施形態1の特徴は、第11,第13スイッチングデバイスS11a,S11b,S13a,S13bを積極的にオンさせ、動作中に電位が不定となっているスイッチングデバイスの接続点を減らしたことである。 The feature of the first embodiment is that the eleventh and thirteenth switching devices S11a, S11b, S13a, and S13b are positively turned on to reduce the number of connection points of the switching devices whose potentials are undefined during operation. .
表2,表3に示すように[+2E],[+E],[NP]を出力しているときは第13スイッチングデバイスS13a,S13bをオンさせる。デッドタイム中の[DT+2],[DT+1]も同様にオンさせる。 As shown in Tables 2 and 3, when [+ 2E], [+ E], and [NP] are being output, the thirteenth switching devices S13a and S13b are turned on. [DT + 2] and [DT + 1] during the dead time are similarly turned on.
これにより、第8スイッチングデバイスS8のコレクタ端子側はNP電位になる。また[+2E],[+E],[NP],[DT+2],[DT+1]では第9スイッチングデバイスS9がオンしているため、第8スイッチングデバイスS8のエミッタ端子側は−Eの電位である。よって、第8スイッチングデバイスS8のコレクタ、エミッタ端子間にかかる電圧はEとなる。 Thereby, the collector terminal side of the eighth switching device S8 becomes the NP potential. In [+ 2E], [+ E], [NP], [DT + 2], and [DT + 1], since the ninth switching device S9 is on, the emitter terminal side of the eighth switching device S8 has a potential of −E. Therefore, the voltage applied between the collector and emitter terminals of the eighth switching device S8 is E.
問題点で挙げた例で考える。[NP]から[+E]に変化し、出力端子Oの電流Iが負極性に流れている場合、出力端子Oの電位はNPから+Eに変化するのが理想である。しかし、配線のインピーダンス差により、一瞬、第1スイッチングデバイスS1のダイオードがクランプし、出力端子Oに+2Eが出力する場合がある。この結果、第6,第8スイッチングデバイスS6a,S6b,S8間にかかる電圧はE→3E→2Eと次々に変化する場合がある。
Consider the example given in the problem. When the current changes from [NP] to [+ E] and the current I of the output terminal O flows negatively, the potential of the output terminal O ideally changes from NP to + E. However, due to the impedance difference of the wiring, the diode of the first switching device S1 may be momentarily clamped and + 2E may be output to the output terminal O. As a result, the voltage applied between the sixth and eighth switching devices S6a, S6b, and S8 may change sequentially from
ただし、第8スイッチングデバイスS8にかかる電圧は[+2E],[+E],[NP],[DT+2],[DT+1]においては常時Eであるため、第6スイッチングデバイスS6a,S6bにかかる電圧を考えればよい。第6スイッチングデバイスS6a,S6bにかかる電圧は0→2E→Eとなるため、特許文献2の制御方法を使用すれば、問題なく電圧はバランスする。
However, since the voltage applied to the eighth switching device S8 is always E in [+ 2E], [+ E], [NP], [DT + 2], and [DT + 1], the voltage applied to the sixth switching devices S6a and S6b can be considered. That's fine. Since the voltage applied to the sixth switching devices S6a and S6b is 0 → 2E → E, the voltage is balanced without any problems if the control method of
サージ電圧は電位変動量と相関があり、電位変動量が先行技術と比較して1レベル(E)分だけ減少しているため、その分サージ電圧も減少する。 The surge voltage has a correlation with the potential fluctuation amount, and since the potential fluctuation amount is reduced by one level (E) as compared with the prior art, the surge voltage is also reduced accordingly.
[−2E],[−E],[NP]を出力しているときは第11スイッチングデバイスS11a,S11bをオンさせる。デッドタイム中の[DT−2],[DT−1]も同様に第11スイッチングデバイスS11a,S11bをオンさせる。これにより、第3スイッチングデバイスS3のエミッタ端子側はNP電位になり、第3スイッチングデバイスS3のコレクタ端子側は+Eの電位であるため、第3スイッチングデバイスS3のコレクタ、エミッタ端子間にかかる電圧はEとなる。 When [-2E], [-E], and [NP] are output, the eleventh switching devices S11a and S11b are turned on. Similarly, [DT-2] and [DT-1] during the dead time turn on the eleventh switching devices S11a and S11b. As a result, the emitter terminal side of the third switching device S3 has an NP potential, and the collector terminal side of the third switching device S3 has a potential of + E. Therefore, the voltage applied between the collector and emitter terminals of the third switching device S3 is E.
上述した理由と同様に問題なく、第3,第4スイッチングデバイスS3,S4a,S4bの電圧はバランスし、サージ電圧も減少する。 For the same reason as described above, there is no problem and the voltages of the third and fourth switching devices S3, S4a and S4b are balanced and the surge voltage is also reduced.
なお、本実施形態1の図1では、スイッチングデバイスの耐電圧の関係で、第4スイッチングデバイスS4a,S4bを直列接続している。第6スイッチングデバイスS6a,S6b、第11スイッチングデバイスS11a,S11b、第13スイッチングデバイスS13a,S13bについても同様である。耐電圧の高いスイッチングデバイスを用いれば、直列接続された2つのスイッチングデバイスを1つにまとめてもよい。 In FIG. 1 of the first embodiment, the fourth switching devices S4a and S4b are connected in series due to the withstand voltage of the switching devices. The same applies to the sixth switching devices S6a and S6b, the eleventh switching devices S11a and S11b, and the thirteenth switching devices S13a and S13b. If a switching device having a high withstand voltage is used, two switching devices connected in series may be combined into one.
以上示したように、本実施形態1によれば、第3,第8スイッチングデバイスS3、S8にかかる電圧が安定するため、第3,第8スイッチングデバイスS3,S8はデッドタイム中に過渡的な電位変動の影響を受けない。 As described above, according to the first embodiment, since the voltage applied to the third and eighth switching devices S3 and S8 is stabilized, the third and eighth switching devices S3 and S8 are transient during the dead time. Unaffected by potential fluctuations.
また、第3,第8スイッチングデバイスS3,S8は過渡的な電位変動の影響を受けないため、第3,第8スイッチングデバイスS3、S8の過電圧による破壊が抑制される。よって、電力変換装置の信頼性が向上する。 In addition, since the third and eighth switching devices S3 and S8 are not affected by the transient potential fluctuation, the destruction of the third and eighth switching devices S3 and S8 due to the overvoltage is suppressed. Therefore, the reliability of the power conversion device is improved.
また、第1スイッチングデバイスS1または第10スイッチングデバイスS10のダイオードがクランプし、意図しない電圧が第4スイッチングデバイスS4a、S4bまたは第6スイッチングデバイスS6a、S6bにかかったとしても従来の電力変換装置よりもその電圧が小さいため、電位変動によるサージ電圧量を抑制することが可能となる。 Further, even if the diode of the first switching device S1 or the tenth switching device S10 is clamped and an unintended voltage is applied to the fourth switching devices S4a, S4b or the sixth switching devices S6a, S6b, it is more than the conventional power converter. Since the voltage is small, the amount of surge voltage due to potential fluctuation can be suppressed.
さらに、サージ電圧が小さいため、第4スイッチングデバイスS4a、S4bもしくは第6スイッチングデバイスS6a、S6bのスイッチング損失が小さく、スイッチングデバイスの温度上昇が抑制されるため、スイッチングデバイスの信頼性及び寿命が向上する。よって、電力変換装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。 Furthermore, since the surge voltage is small, the switching loss of the fourth switching device S4a, S4b or the sixth switching device S6a, S6b is small and the temperature rise of the switching device is suppressed, so that the reliability and life of the switching device are improved. . Therefore, it is possible to improve the reliability of the power conversion device.
[実施形態2]
図3は、本実施形態2におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。図3に示すように、本実施形態2におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態1の相モジュール2を三相に拡張したものである。図3に示す本実施形態2の電力変換装置は、一つの直流モジュール1と三つの相モジュール2a,2b,2cと、を備える。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the multilevel power conversion device according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, the multilevel power conversion device according to the second embodiment is obtained by extending the
直流モジュール1から供給される5つの電位は各相モジュール2a,2b,2cと並列接続した構成である。
The five potentials supplied from the
以上示したように、本実施形態2によれば、実施形態1と同様の作用効果を奏する。 As described above, according to the second embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
[実施形態3]
図4は、本実施形態3におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。図4に示すように、本実施形態3におけるマルチレベル電力変換装置は、直流モジュール1と、相モジュール2と、を備える。図4では、相モジュール2を一相分のみ示しているが、相モジュール2は2相以上とする。
[Embodiment 3]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a multilevel power conversion device according to the third embodiment. As shown in FIG. 4, the multilevel power conversion device according to the third embodiment includes a
直流モジュール1は2つの第1,第2直流コンデンサDCP,DCNと、2つの第1,第2フライングキャパシタFCP,FCNと、8つの第1〜第8半導体デバイスSa,Sb,Sc,Sd,Se,Sf,Sg,Shと、を有する。
The
相モジュール2は、16個の第1〜第15スイッチングデバイスS1,S2,S3,S4,S5,S6,S7a,S7b,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15a,S15bを有する。
The
直流モジュール1の構成は実施形態1と同様であるため、ここでの説明は省略する。
Since the configuration of the
相モジュール2は、第1半導体デバイスSaの一端と第2,第3半導体デバイスSb,Scの共通接続点との間に第1,第2スイッチングデバイスS1,S2が直列接続される。第2,第3半導体デバイスSb,Scの共通接続点と第4半導体デバイスSdの一端との間に第3,第4スイッチングデバイスS3,S4が直列接続される。
In the
第5半導体デバイスSeの一端と第6,第7半導体デバイスSf,Sgの共通接続点との間に第9,第10スイッチングデバイスS9,S10が直列接続される。第6,第7半導体デバイスSf,Sgの共通接続点と第8半導体デバイスShの一端との間に第11,第12スイッチングデバイスS11,S12が直列接続される。 Ninth and tenth switching devices S9 and S10 are connected in series between one end of the fifth semiconductor device Se and the common connection point of the sixth and seventh semiconductor devices Sf and Sg. The eleventh and twelfth switching devices S11 and S12 are connected in series between the common connection point of the sixth and seventh semiconductor devices Sf and Sg and one end of the eighth semiconductor device Sh.
第1,第2スイッチングデバイスS1,S2の共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスS3,S4の共通接続点との間に第5,第6スイッチングデバイスS5,S6が直列接続される。第9,第10スイッチングデバイスS9,S10の共通接続点と第11,第12スイッチングデバイスS11,S12の共通接続点との間に第13,第14スイッチングデバイスS13,S14が直列接続される。 The fifth and sixth switching devices S5 and S6 are connected in series between the common connection point of the first and second switching devices S1 and S2 and the common connection point of the third and fourth switching devices S3 and S4. The thirteenth and fourteenth switching devices S13 and S14 are connected in series between the common connection point of the ninth and tenth switching devices S9 and S10 and the common connection point of the eleventh and twelfth switching devices S11 and S12.
第5,第6スイッチングデバイスS5,S6の共通接続点と第13,第14スイッチングデバイスS13,S14の共通接続点との間に第7,第15スイッチングデバイスS7a,S7b,S15a,S15bが直列接続される。 Seventh and fifteenth switching devices S7a, S7b, S15a and S15b are connected in series between the common connection point of the fifth and sixth switching devices S5 and S6 and the common connection point of the thirteenth and fourteenth switching devices S13 and S14. Is done.
第4,第5半導体デバイスSd,Seの共通接続点と第4,第9スイッチングデバイスS4,S9の共通接続点とが接続される。第7,第15スイッチングデバイスS7b,S15aの共通接続点を出力端子Oとする。 The common connection point of the fourth and fifth semiconductor devices Sd and Se and the common connection point of the fourth and ninth switching devices S4 and S9 are connected. A common connection point of the seventh and fifteenth switching devices S7b and S15a is defined as an output terminal O.
ここで、第1〜第8半導体デバイスSa〜Sh,第1〜第15スイッチングデバイスS1〜S15bはIGBTと逆並列に接続されたダイオードで構成されたものを例に挙げている。直流モジュール1は第1,第2直流コンデンサDCP,DCNの電圧を2E[V]、第1,第2フライングキャパシタFCP,FCNの電圧をE[V]に保ち、相モジュール2は直流モジュール1の電位を選択することで5つの電位(+2E,+E,0,−E,−2E)を出力する。また、出力端子Oに流れる電流をIとする。
Here, the first to eighth semiconductor devices Sa to Sh and the first to fifteenth switching devices S1 to S15b are exemplified as those composed of diodes connected in reverse parallel to the IGBT. The
この構成は、第1直流コンデンサDCP、第1フライングキャパシタFCP、第1〜第4半導体デバイスSa〜Sd、第1〜第6スイッチングデバイスS1〜S6より構成される回路、および、第2直流コンデンサDCN、第2フライングキャパシタFCN、第5〜第8半導体デバイスSe〜Sh、第9〜第14スイッチングデバイスS9〜S14より構成される回路は、それぞれ、端子Nと出力端子Oを軸として幾何学的対称性をもつ回路となっている。 This configuration includes a first DC capacitor DCP, a first flying capacitor FCP, first to fourth semiconductor devices Sa to Sd, first to sixth switching devices S1 to S6, and a second DC capacitor DCN. , The second flying capacitor FCN, the fifth to eighth semiconductor devices Se to Sh, and the ninth to fourteenth switching devices S9 to S14 are geometrically symmetrical about the terminal N and the output terminal O, respectively. Circuit.
本実施形態3におけるマルチレベル電力変換装置は、図10に示すマルチレベル電力変換装置の第1,第2ダイオードD1a,D1b,D3a,D3bを第6,第4,第9,第13スイッチングデバイスS6,S4,S9,S13に代えて、第3,第10スイッチングデバイスS3,S10を追加したものである。 In the multilevel power conversion device according to the third embodiment, the first, second diodes D1a, D1b, D3a, D3b of the multilevel power conversion device shown in FIG. 10 are replaced with the sixth, fourth, ninth, and thirteenth switching devices S6. , S4, S9, and S13, and third and tenth switching devices S3 and S10 are added.
本実施形態3におけるマルチレベル電力変換装置の5レベル出力する第1〜第8スイッチングデバイスSa〜Sh,第1〜第15スイッチングデバイスS1〜S15bのスイッチングパターンを表4,図5に示す。 The switching patterns of the first to eighth switching devices Sa to Sh and the first to fifteenth switching devices S1 to S15b that output five levels of the multilevel power conversion device according to the third embodiment are shown in Table 4 and FIG.
表4に示すように、これらのゲート信号(スイッチングデバイスのオンオフ信号)の組合せにより、5つの電位が出力に可能になる。ここで相モジュール2の電圧出力指令値を[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]とし、直流モジュール1の電圧出力指令値を[DD],[CD],[DC],[CC]とする。
As shown in Table 4, a combination of these gate signals (switching device ON / OFF signals) allows five potentials to be output. Here, the voltage output command value of the
さらに相モジュールの出力電圧は正弦波に近似させる。よって電圧出力指令の遷移の条件は、[+2E]←→[+E]←→[NP]←→[−E]←→[−2E]となる。デッドタイムTd中のスイッチングパターンを表5,図5に示す。 Furthermore, the output voltage of the phase module is approximated to a sine wave. Therefore, the transition condition of the voltage output command is [+ 2E] ← → [+ E] ← → [NP] ← → [−E] ← → [−2E]. Switching patterns during the dead time Td are shown in Table 5 and FIG.
表5において、[DT+2]は[+2E]と[+E]間のデッドタイムのスイッチングパターンである。[DT+1]は[+E]と[NP]間のデッドタイムのスイッチングパターンである。[DT−1]は[NP]と[−E]間のデッドタイムのスイッチングパターンである。[DT−2]は[−E]と[−2E]間のデッドタイムのスイッチングパターンである。 In Table 5, [DT + 2] is a dead time switching pattern between [+ 2E] and [+ E]. [DT + 1] is a dead time switching pattern between [+ E] and [NP]. [DT-1] is a dead time switching pattern between [NP] and [-E]. [DT-2] is a dead time switching pattern between [-E] and [-2E].
よって、デッドタイム中のスイッチングパターンを含めると、スイッチングパターンの遷移の条件は、[+2E]←→[DT+2]←→[+E]←→[DT+1]←→[NP]←→[DT−1]←→[−E]←→[DT−2]←→[−2E]となる。 Therefore, if the switching pattern during the dead time is included, the switching pattern transition condition is [+ 2E] ← → [DT + 2] ← → [+ E] ← → [DT + 1] ← → [NP] ← → [DT-1] ← → [−E] ← → [DT-2] ← → [-2E].
本実施形態3の特徴は、大きく分けて3つある。一つ目は、実施形態1と同様に、スイッチングデバイスの組合せにより動作中に電位が不定となっているスイッチングデバイスの接続点を減らしたことである。また、[+E],[−E]出力時に導通するスイッチングデバイスが並列になっている箇所があるため、この部分の導通損失が低減可能である。 The features of the third embodiment are roughly divided into three. The first is that, as in the first embodiment, the number of connection points of switching devices whose potentials are undefined during operation is reduced by the combination of the switching devices. In addition, since there are locations where switching devices that are conductive at the time of [+ E] and [−E] output are in parallel, the conduction loss of this portion can be reduced.
二つ目は、実施形態1と同様に、ゲートオフ期間中に一つ当たりのスイッチングデバイスにかかる電圧を必ずEに制限していることである。ただし、ゲートオフ期間中において直列接続した2つのスイッチングデバイスで2Eの電圧がかかる箇所がある。その箇所は第7スイッチングデバイスS7a,S7b間または第15スイッチングデバイスS15a,S15b間である。 The second is that the voltage applied to each switching device is always limited to E during the gate-off period, as in the first embodiment. However, there are places where a voltage of 2E is applied by two switching devices connected in series during the gate-off period. The location is between the seventh switching devices S7a and S7b or between the fifteenth switching devices S15a and S15b.
例として、第14,第15スイッチングデバイスS14,S15a,S15bの電圧について説明する。[+2E]の状態において、表4のスイッチングパターンの動作によって、第14スイッチングデバイスS14にかかる電圧は常時Eであり、第15スイッチングデバイスS15a,S15bにかかる電圧は2Eとなる。これらの箇所では、特許文献2の技術を使用すれば、問題なく直列接続した2つのスイッチングデバイスの電圧をバランスさせることができる。なお、特許文献2以外の、直列接続した2つのスイッチングデバイスの電圧をバランスさせる方法を用いてもよい。
As an example, the voltages of the fourteenth and fifteenth switching devices S14, S15a, and S15b will be described. In the state of [+ 2E], the voltage applied to the fourteenth switching device S14 is always E and the voltage applied to the fifteenth switching devices S15a and S15b is 2E by the operation of the switching pattern in Table 4. In these places, if the technique of
三つ目は、本実施形態3の回路は幾何学に対称性を有するため、[+2E]、[+E]間において電流経路に共通経路が多い。そのため、それぞれの配線による寄生インダクタンスの差が小さい。さらに、[+E]、[NP]間においても電流経路に共通線路が多く、それぞれの配線による寄生インダクタンスの差が小さい。 Third, since the circuit of the third embodiment has symmetry in geometry, there are many common paths in the current path between [+ 2E] and [+ E]. Therefore, the difference in parasitic inductance due to each wiring is small. Furthermore, there are many common lines in the current path between [+ E] and [NP], and the difference in parasitic inductance due to each wiring is small.
図6に本実施形態3におけるマルチレベル電力変換装置の寄生インダクタンスを示す。また、表6に本実施形態3における総合寄生インダクタンスを示す。 FIG. 6 shows the parasitic inductance of the multilevel power conversion device according to the third embodiment. Table 6 shows the total parasitic inductance in the third embodiment.
電力変換回路の対称性から寄生インダクタンスはL1≒L5、L2≒L4、L6≒L7≒L8≒L9、L10≒L11となる。表6中のL6//L7は寄生インダクタンスL6と寄生インダクタンスL7の並列接続時のインダクタンス値であることを示す。他の//も同様である。 Due to the symmetry of the power conversion circuit, the parasitic inductances are L1≈L5, L2≈L4, L6≈L7≈L8≈L9, and L10≈L11. L6 // L7 in Table 6 indicates an inductance value when the parasitic inductance L6 and the parasitic inductance L7 are connected in parallel. The same applies to the other //.
スイッチングパターンは[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]と遷移するが、各遷移間のスイッチングパターンにおいて、電流経路に共通経路が多いため、スイッチングパターン遷移時に共通の寄生インダクタンスがある。それにより、スイッチングパターン遷移時の合計寄生インダクタンスの変化は小さくなる。例えば、[NP]から[+E]に変化し、電流が負極性に流れている場合、寄生インダクタンスL7,L10が共通の寄生インダクタンスであるため、合計寄生インダクタンスの変化が小さい。 The switching pattern transitions to [+ 2E], [+ E], [NP], [−E], and [−2E]. However, since there are many common paths in the current path in the switching pattern between the transitions, There is a common parasitic inductance. Thereby, the change of the total parasitic inductance at the time of switching pattern transition becomes small. For example, when the current changes from [NP] to [+ E] and the current flows in a negative polarity, since the parasitic inductances L7 and L10 are common parasitic inductances, the change in the total parasitic inductance is small.
従来の技術(図10〜図13)や実施形態1の図1では、各遷移間のスイッチングパターンにおいて共通の電流経路がない場合があるため、スイッチングパターン遷移時に急激に合計寄生インダクタンス値が変化する場合がある。例えば、図13の回路において、[NP]から[+E]に変化し、電流が負極性に流れている場合、表1に示すように合計の寄生インダクタンスがL3+L8からL2+L6と変化する。 In the prior art (FIGS. 10 to 13) and FIG. 1 of the first embodiment, there is a case where there is no common current path in the switching pattern between the transitions, so the total parasitic inductance value changes suddenly at the switching pattern transition. There is a case. For example, in the circuit of FIG. 13, when [NP] changes to [+ E] and the current flows in a negative polarity, the total parasitic inductance changes from L3 + L8 to L2 + L6 as shown in Table 1.
また、図6のL1,L2,L3,L4,L5やL6,L7,L8,L9やL10,L11のような隣り合う電流経路は、同じ導通部材が用いられることが多い。導通部材が同一の場合、理論上は各部材の寄生インダクタンスは等しくなる。そのため、本実施形態3にように、回路構成が幾何学的に対称性を有し、スイッチングパターンが少しずつ移り変わっていく場合、各遷移間のスイッチングパターンにおける合計寄生インダクタンスの差異も小さくなる。特に、スイッチングデバイス(IGBT)に2in1のモジュールを用いた場合、その効果は顕著となる。 Further, the same conducting member is often used for adjacent current paths such as L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10, and L11 in FIG. When the conducting member is the same, the parasitic inductance of each member is theoretically equal. Therefore, as in the third embodiment, when the circuit configuration has geometric symmetry and the switching pattern changes little by little, the difference in the total parasitic inductance in the switching pattern between the transitions also becomes small. In particular, when a 2 in 1 module is used for the switching device (IGBT), the effect becomes remarkable.
従来の技術で発生していた転流中の寄生インダクタンスの差によるサージ電圧発生量は、本実施形態3では原理的に抑制可能である。 In the third embodiment, the amount of surge voltage generated due to the difference in parasitic inductance during commutation that has occurred in the prior art can be suppressed in principle.
従来技術で挙げた例で考える。本実施形態3において、[NP]から[+E]に変化し、電流が負極性に流れている場合、出力端子Oの電位はNPから+Eに変化する。これは従来技術と比較して寄生インダクタンスの差が小さいこと、また、表6からわかるように[+E]、[DT+1]の総合寄生インダクタンス値は[+2E]の総合寄生インダクタンス値と比較して小さいため、出力端子Oの電位は+2Eとならない。 Consider the example given in the prior art. In the third embodiment, when the current changes from [NP] to [+ E] and the current flows in the negative polarity, the potential of the output terminal O changes from NP to + E. This is because the difference in parasitic inductance is small compared to the prior art, and as can be seen from Table 6, the total parasitic inductance values of [+ E] and [DT + 1] are small compared to the total parasitic inductance value of [+ 2E]. Therefore, the potential of the output terminal O does not become + 2E.
なぜならば、[+E]、[DT+1]の電流経路が一部並列(L6//L7)であり、[+E]、[DT+1]の総合寄生インダクタンス値が[+2E]の総合寄生インダクタンス値よりも小さくなり、一瞬第1スイッチングデバイスS1のダイオードがクランプする現象が発生しなくなるからである。 This is because the current paths of [+ E] and [DT + 1] are partially parallel (L6 // L7), and the total parasitic inductance value of [+ E] and [DT + 1] is smaller than the total parasitic inductance value of [+ 2E]. This is because the phenomenon in which the diode of the first switching device S1 is momentarily clamped does not occur.
また、[+2E]、[+E]、[NP]、[DT+2]、[DT+1]では第11スイッチングデバイスS11がオンしているため、第14スイッチングデバイスS14のエミッタ端子の電位は−Eである。 Further, in [+ 2E], [+ E], [NP], [DT + 2], and [DT + 1], since the eleventh switching device S11 is on, the potential of the emitter terminal of the fourteenth switching device S14 is −E.
よって、図4の第15,第14スイッチングデバイスS15a、S15b、S14の直列回路間にかかる電圧(第14スイッチングデバイスS14のエミッタ端子と第15スイッチングデバイスS15aのコレクタ端子間に印加される電圧)は最大2Eであり、サージ電圧も小さくなる。ゲートオンオフ切替え中に発生するサージ電圧は電位変動量と相関があり、電位変動量が減少しているため、その分サージ電圧も減少する。 Therefore, the voltage applied between the series circuits of the fifteenth and fourteenth switching devices S15a, S15b and S14 in FIG. 4 (the voltage applied between the emitter terminal of the fourteenth switching device S14 and the collector terminal of the fifteenth switching device S15a) is The maximum is 2E, and the surge voltage is also reduced. The surge voltage generated during gate on / off switching has a correlation with the amount of potential fluctuation, and since the amount of potential fluctuation is reduced, the surge voltage is also reduced accordingly.
なお、本実施形態3の図4では、スイッチングデバイスの耐電圧の関係で、第7スイッチングデバイスS7a,S7bを直列接続している。第15スイッチングデバイスS15a,S15bについても同様である。耐電圧の高いスイッチングデバイスを用いれば、これらの直列接続された2つのスイッチングデバイスを1つにまとめてもよい。 In FIG. 4 of the third embodiment, the seventh switching devices S7a and S7b are connected in series because of the withstand voltage of the switching devices. The same applies to the fifteenth switching devices S15a and S15b. If a switching device having a high withstand voltage is used, these two switching devices connected in series may be combined into one.
以上示したように、本実施形態3によれば、各々のスイッチングデバイスにかかる電圧が安定するため、デッドタイムTd中に過渡的な電位変動の影響を受けない。 As described above, according to the third embodiment, since the voltage applied to each switching device is stabilized, it is not affected by the transient potential fluctuation during the dead time Td.
また、過渡的な電位変動の影響を受けないため、過電圧による破壊や故障の発生確率が減少する。よって、電力変換装置の信頼性が向上する。 In addition, since it is not affected by transient potential fluctuations, the probability of occurrence of breakdown or failure due to overvoltage is reduced. Therefore, the reliability of the power conversion device is improved.
また、ダイオードがクランプし、意図しない電圧が第7スイッチングデバイスS7a、S7bもしくは第15スイッチングデバイスS15a、S15bにかかったとしても、先行技術よりもその電圧が小さいため、電位変動によるサージ電圧量が小さい。これにより、スイッチングデバイスが過電圧破壊しにくくなるため、電力変換装置の信頼性が向上する。 Even if the diode is clamped and an unintended voltage is applied to the seventh switching devices S7a and S7b or the fifteenth switching devices S15a and S15b, the voltage is smaller than that of the prior art, so the amount of surge voltage due to potential fluctuation is small. . Thereby, since a switching device becomes difficult to destroy overvoltage, the reliability of a power converter device improves.
さらに、サージ電圧量が小さいため、第7スイッチングデバイスS7a、S7bもしくは第15スイッチングデバイスS15a、S15bのスイッチング損失が小さく、各スイッチングデバイスの温度上昇が抑制されるため、スイッチングデバイスの信頼性及び寿命が向上する。よって、電力変換装置の信頼性が向上する。 Furthermore, since the amount of surge voltage is small, the switching loss of the seventh switching device S7a, S7b or the fifteenth switching device S15a, S15b is small, and the temperature rise of each switching device is suppressed. improves. Therefore, the reliability of the power conversion device is improved.
また、実施形態1と比較しても、以下の効果がある。本実施形態3の回路は幾何学的に対称性を有するため、各スイッチングパターン間での寄生インダクタンスの差異が小さい。さらに、各スイッチングパターンにおいて寄生インダクタンスの差異が小さいため、転流によるサージ電圧をより抑制できる。これにより、スイッチングデバイスがより過電圧破壊しにくくなるため、電力変換装置の信頼性が向上する。
In addition, the following effects can be obtained as compared with the first embodiment. Since the circuit of
また、[+E]、[−E]出力時に導通経路のスイッチングデバイスが並列になっているため導通損失の低減が可能である。よって、これらの並列に構成されている第2,第3,第5,第6,第10,第11,第13,第14スイッチングデバイスS2,S3、S5,S6,S10,S11,S13,S14の温度上昇による破壊を抑制できるため、電力変換装置の信頼性が向上する。 Further, since the switching devices on the conduction path are arranged in parallel at the time of [+ E] and [−E] output, conduction loss can be reduced. Therefore, the second, third, fifth, sixth, tenth, eleventh, thirteenth, and fourteenth switching devices S2, S3, S5, S6, S10, S11, S13, and S14 are configured in parallel. Therefore, the reliability of the power conversion device is improved.
[実施形態4]
図7は、本実施形態4におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。本実施形態4におけるマルチレベル電力変換装置は、図7に示すように、実施形態3における相モジュール2を三相に拡張したものである。
[Embodiment 4]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a multilevel power conversion device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, the multilevel power conversion device according to the fourth embodiment is obtained by extending the
本実施形態4におけるマルチレベル電力変換装置は、一つの直流モジュール1と、三つの相モジュール2a,2b,2cと、を備える。直流モジュール1から供給される5つの電位は各相モジュール2a,2b,2cと並列接続した構成である。
The multilevel power conversion device according to the fourth embodiment includes one
以上示したように、本実施形態4によれば、実施形態3と同様の作用効果を奏する。 As described above, according to the fourth embodiment, the same operational effects as those of the third embodiment are obtained.
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
例えば、実施形態1〜4における半導体デバイス、スイッチングデバイスの一部または全部を2以上に並列接続しても良い。 For example, some or all of the semiconductor devices and switching devices in the first to fourth embodiments may be connected in parallel to two or more.
また、実施形態1〜4におけるマルチレベル電力変換装置を2x段直列多段(x=1以上の整数)に接続しても良い。マルチレベル電力変換装置を2段直列接続した構成を図8(a)、4段直列接続した構成を図8(b)に示す。 It is also possible to connect the multi-level power conversion apparatus of Embodiment 1-4 in 2 x stage series multistage (x = 1 or more integer). FIG. 8A shows a configuration in which two stages of multi-level power converters are connected in series, and FIG. 8B shows a configuration in which four stages are connected in series.
2x段直列多段の構成について説明する。例として、図8(a)のマルチレベル電力変換装置3a,3bに図1の構成を適用する場合、マルチレベル電力変換装置3a側の直流コンデンサDCNの負極とマルチレベル電力変換装置3b側の直流コンデンサDCPの正極とを接続する。図8(b)でも同様の接続となる。
さらに、図8(a)に示すように、2段直列接続の場合は、隣り合うマルチレベル電力変換装置3a,3bの出力端子にスイッチングデバイスSの一端を接続する。そのスイッチングデバイスSの他端同士を接続し、その共通接続点を出力端子とする。
The configuration of a 2 × stage serial multistage will be described. As an example, when the configuration of FIG. 1 is applied to the multilevel
Further, as shown in FIG. 8A, in the case of two-stage series connection, one end of the switching device S is connected to the output terminals of the adjacent
図8(b)に示すように、4段直列接続の場合は、隣り合うマルチレベル電力変換装置3a,3bおよび3c,3dの出力端子をスイッチングデバイスSを介して接続する。さらに、その共通接続点同士をスイッチングデバイスSを介して接続し、その接続点を出力端子とする。
As shown in FIG. 8B, in the case of four-stage series connection, the output terminals of the adjacent
その結果、2段直列多段に接続した場合は9レベル、4段直列多段に接続した場合は17レベル、8段直列多段に接続した場合は33レベルの電圧を出力することが可能となる。 As a result, it is possible to output a voltage of 9 levels when connected in 2-stage multi-stage, 17 levels when connected in 4-stage multi-stage, and 33 levels when connected in 8-stage multi-stage.
1…直流モジュール
2…相モジュール
Sa〜Sh…半導体デバイス
S1〜S15…スイッチングデバイス
L1〜L11…寄生インダクタンス
3a〜3d…マルチレベル電力変換装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記直流モジュールは、
2個直列接続された第1,第2直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサの正極端に一端が接続された第1半導体デバイスと、
前記第1直流コンデンサの負極端に一端が接続された第4半導体デバイスと、
前記第1半導体デバイスの他端と前記第4半導体デバイスの他端との間に接続された第1フライングキャパシタと、
前記第1半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点と前記第4半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第2,第3半導体デバイスと、
前記第2直流コンデンサの正極端に一端が接続された第5半導体デバイスと、
前記第2直流コンデンサの負極端に一端が接続された第8半導体デバイスと、
前記第5半導体デバイスの他端と前記第8半導体デバイスの他端との間に接続された第2フライングキャパシタと、
前記第5半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点と前記第8半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第6,第7半導体デバイスと、を有し、
前記相モジュールは、
前記第1半導体デバイスの一端と前記第2,第3半導体デバイスの共通接続点との間に直列接続された第1,第2スイッチングデバイスと、
前記第6,第7半導体デバイスの共通接続点と前記第8半導体デバイスの一端との間に直列接続された第9,第10スイッチングデバイスと、
前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第9,第10スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第3,第4,第6,第8スイッチングデバイスと、
前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点と前記第6,第8スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第11,第13スイッチングデバイスと、を有し、
前記第4,第5半導体デバイスの共通接続点と前記第11,第13スイッチングデバイスの共通接続点とを接続し、前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、
表2,表3のスイッチングパターンを有し、
前記各スイッチングパターンの遷移条件は、[+2E]←→[DT+2]←→[+E]←→[DT+1]←→[NP]←→[DT−1]←→[−E]←→[DT−2]←→[−2E]とすることを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
Sa〜Sh:第1〜第8半導体デバイス
[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]:電圧出力指令値
[DT+2]:[+2E]と[+E]間のデッドタイム
[DT+1]:[+E]と[NP]間のデッドタイム
[DT−1]:[NP]と[−E]間のデッドタイム
[DT−2]:[−E]と[−2E]間のデッドタイム
[DD]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ放電
[CD]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ放電
[DC]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ充電
[CC]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ充電
1:半導体デバイス、スイッチングデバイスON
0:半導体デバイス、スイッチングデバイスOFF A multi-level power converter that includes a DC module common to each phase and a phase module of each phase (two or more phases), and generates an AC output converted from a DC voltage into a plurality of voltage levels,
The DC module is
Two first and second DC capacitors connected in series;
A first semiconductor device having one end connected to the positive electrode end of the first DC capacitor;
A fourth semiconductor device having one end connected to the negative electrode end of the first DC capacitor;
A first flying capacitor connected between the other end of the first semiconductor device and the other end of the fourth semiconductor device;
Second and third semiconductor devices connected in series between a common connection point of the first semiconductor device and the first flying capacitor and a common connection point of the fourth semiconductor device and the first flying capacitor;
A fifth semiconductor device having one end connected to the positive electrode end of the second DC capacitor;
An eighth semiconductor device having one end connected to the negative electrode end of the second DC capacitor;
A second flying capacitor connected between the other end of the fifth semiconductor device and the other end of the eighth semiconductor device;
And sixth and seventh semiconductor devices connected in series between the common connection point of the fifth semiconductor device and the second flying capacitor and the common connection point of the eighth semiconductor device and the second flying capacitor. And
The phase module is
First and second switching devices connected in series between one end of the first semiconductor device and a common connection point of the second and third semiconductor devices;
Ninth and tenth switching devices connected in series between a common connection point of the sixth and seventh semiconductor devices and one end of the eighth semiconductor device;
Third, fourth, sixth and eighth switching devices connected in series between the common connection point of the first and second switching devices and the common connection point of the ninth and tenth switching devices;
Eleventh and thirteenth switching devices connected in series between the common connection point of the third and fourth switching devices and the common connection point of the sixth and eighth switching devices,
Connecting the common connection point of the fourth and fifth semiconductor devices and the common connection point of the eleventh and thirteenth switching devices, and using the common connection point of the fourth and sixth switching devices as an output terminal;
It has the switching pattern of Table 2 and Table 3,
The transition condition of each switching pattern is [+ 2E] ← → [DT + 2] ← → [+ E] ← → [DT + 1] ← → [NP] ← → [DT-1] ← → [−E] ← → [DT− 2] ← → [−2E] Multi-level power conversion device
1: Semiconductor device, switching device ON
0: Semiconductor device, switching device OFF
前記直流モジュールは、
2個直列接続された第1,第2直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサの正極端に一端が接続された第1半導体デバイスと、
前記第1直流コンデンサの負極端に一端が接続された第4半導体デバイスと、
前記第1半導体デバイスの他端と前記第4半導体デバイスの他端との間に接続された第1フライングキャパシタと、
前記第1半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点と前記第4半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第2,第3半導体デバイスと、
前記第2直流コンデンサの正極端に一端が接続された第5半導体デバイスと、
前記第2直流コンデンサの負極端に一端が接続された第8半導体デバイスと、
前記第5半導体デバイスの他端と前記第8半導体デバイスの他端との間に接続された第2フライングキャパシタと、
前記第5半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点と前記第8半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第6,第7半導体デバイスと、を有し、
前記相モジュールは、
前記第1半導体デバイスの一端と前記第2,第3半導体デバイスの共通接続点との間に直列接続された第1,第2スイッチングデバイスと、
前記第2,第3半導体デバイスの共通接続点と前記第4半導体デバイスの一端との間に直列接続された第3,第4スイッチングデバイスと、
前記第5半導体デバイスの一端と前記第6,第7半導体デバイスの共通接続点との間に直列接続された第9,第10スイッチングデバイスと
前記第6,第7半導体デバイスの共通接続点と前記第8半導体デバイスの一端との間に直列接続された第11,第12スイッチングデバイスと、
前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第5,第6スイッチングデバイスと、
前記第9,第10スイッチングデバイスの共通接続点と前記第11,第12スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第13,第14スイッチングデバイスと、
前記第5,第6スイッチングデバイスの共通接続点と前記第13,第14スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第7,第15スイッチングデバイスと、を有し、
前記第4,第5半導体デバイスの共通接続点と前記第4,第9スイッチングデバイスの共通接続点とを接続し、前記第7,第15スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換装置。 A multi-level power converter that includes a DC module common to each phase and a phase module of each phase (two or more phases), and generates an AC output converted from a DC voltage into a plurality of voltage levels,
The DC module is
Two first and second DC capacitors connected in series;
A first semiconductor device having one end connected to the positive electrode end of the first DC capacitor;
A fourth semiconductor device having one end connected to the negative electrode end of the first DC capacitor;
A first flying capacitor connected between the other end of the first semiconductor device and the other end of the fourth semiconductor device;
Second and third semiconductor devices connected in series between a common connection point of the first semiconductor device and the first flying capacitor and a common connection point of the fourth semiconductor device and the first flying capacitor;
A fifth semiconductor device having one end connected to the positive electrode end of the second DC capacitor;
An eighth semiconductor device having one end connected to the negative electrode end of the second DC capacitor;
A second flying capacitor connected between the other end of the fifth semiconductor device and the other end of the eighth semiconductor device;
And sixth and seventh semiconductor devices connected in series between the common connection point of the fifth semiconductor device and the second flying capacitor and the common connection point of the eighth semiconductor device and the second flying capacitor. And
The phase module is
First and second switching devices connected in series between one end of the first semiconductor device and a common connection point of the second and third semiconductor devices;
Third and fourth switching devices connected in series between a common connection point of the second and third semiconductor devices and one end of the fourth semiconductor device;
Ninth and tenth switching devices connected in series between one end of the fifth semiconductor device and a common connection point of the sixth and seventh semiconductor devices; a common connection point of the sixth and seventh semiconductor devices; Eleventh and twelfth switching devices connected in series with one end of the eighth semiconductor device;
Fifth and sixth switching devices connected in series between a common connection point of the first and second switching devices and a common connection point of the third and fourth switching devices;
Thirteenth and fourteenth switching devices connected in series between a common connection point of the ninth and tenth switching devices and a common connection point of the eleventh and twelfth switching devices;
Seventh and fifteenth switching devices connected in series between the common connection point of the fifth and sixth switching devices and the common connection point of the thirteenth and fourteenth switching devices;
The common connection point of the fourth and fifth semiconductor devices is connected to the common connection point of the fourth and ninth switching devices, and the common connection point of the seventh and fifteenth switching devices is used as an output terminal. Multi-level power converter.
前記各スイッチングパターンの遷移条件は、[+2E]←→[DT+2]←→[+E]←→[DT+1]←→[NP]←→[DT−1]←→[−E]←→[DT−2]←→[−2E]とすることを特徴とする請求項3または4記載のマルチレベル電力変換装置。
Sa〜Sh:第1〜第8半導体デバイス
[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]:電圧出力指令値
[DT+2]:[+2E]と[+E]間のデッドタイム
[DT+1]:[+E]と[NP]間のデッドタイム
[DT−1]:[NP]と[−E]間のデッドタイム
[DT−2]:[−E]と[−2E]間のデッドタイム
[DD]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ放電
[CD]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ放電
[DC]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ充電
[CC]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ充電
1:半導体デバイス、スイッチングデバイスON
0:半導体デバイス、スイッチングデバイスOFF It has the switching pattern of Table 4 and Table 5,
The transition condition of each switching pattern is [+ 2E] ← → [DT + 2] ← → [+ E] ← → [DT + 1] ← → [NP] ← → [DT-1] ← → [−E] ← → [DT− 2] ← → [-2E], The multi-level power converter according to claim 3 or 4,
1: Semiconductor device, switching device ON
0: Semiconductor device, switching device OFF
前記直流モジュールは、
2個直列接続された第1,第2直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサの正極端に一端が接続された第1半導体デバイスと、
前記第1直流コンデンサの負極端に一端が接続された第4半導体デバイスと、
前記第1半導体デバイスの他端と前記第4半導体デバイスの他端との間に接続された第1フライングキャパシタと、
前記第1半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点と前記第4半導体デバイスと前記第1フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第2,第3半導体デバイスと、
前記第2直流コンデンサの正極端に一端が接続された第5半導体デバイスと、
前記第2直流コンデンサの負極端に一端が接続された第8半導体デバイスと、
前記第5半導体デバイスの他端と前記第8半導体デバイスの他端との間に接続された第2フライングキャパシタと、
前記第5半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点と前記第8半導体デバイスと前記第2フライングキャパシタの共通接続点との間に直列接続された第6,第7半導体デバイスと、を有し、
前記相モジュールは、
前記第1半導体デバイスの一端と前記第2,第3半導体デバイスの共通接続点との間に直列接続された第1,第2スイッチングデバイスと、
前記第6,第7半導体デバイスの共通接続点と前記第8半導体デバイスの一端との間に直列接続された第9,第10スイッチングデバイスと、
前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第9,第10スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第3,第4,第6,第8スイッチングデバイスと、
前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点と前記第6,第8スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第11,第13スイッチングデバイスと、を有し、
前記第4,第5半導体デバイスの共通接続点と前記第11,第13スイッチングデバイスの共通接続点とを接続し、前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、直流電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
表2,表3のスイッチングパターンを有し、
前記各スイッチングパターンの遷移条件は、[+2E]←→[DT+2]←→[+E]←→[DT+1]←→[NP]←→[DT−1]←→[−E]←→[DT−2]←→[−2E]とすることを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
Sa〜Sh:第1〜第8半導体デバイス
[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]:電圧出力指令値
[DT+2]:[+2E]と[+E]間のデッドタイム
[DT+1]:[+E]と[NP]間のデッドタイム
[DT−1]:[NP]と[−E]間のデッドタイム
[DT−2]:[−E]と[−2E]間のデッドタイム
[DD]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ放電
[CD]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ放電
[DC]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ充電
[CC]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ充電
1:半導体デバイス、スイッチングデバイスON
0:半導体デバイス、スイッチングデバイスOFF A DC module common to each phase, and a phase module for each phase (two or more phases),
The DC module is
Two first and second DC capacitors connected in series;
A first semiconductor device having one end connected to the positive electrode end of the first DC capacitor;
A fourth semiconductor device having one end connected to the negative electrode end of the first DC capacitor;
A first flying capacitor connected between the other end of the first semiconductor device and the other end of the fourth semiconductor device;
Second and third semiconductor devices connected in series between a common connection point of the first semiconductor device and the first flying capacitor and a common connection point of the fourth semiconductor device and the first flying capacitor;
A fifth semiconductor device having one end connected to the positive electrode end of the second DC capacitor;
An eighth semiconductor device having one end connected to the negative electrode end of the second DC capacitor;
A second flying capacitor connected between the other end of the fifth semiconductor device and the other end of the eighth semiconductor device;
And sixth and seventh semiconductor devices connected in series between the common connection point of the fifth semiconductor device and the second flying capacitor and the common connection point of the eighth semiconductor device and the second flying capacitor. And
The phase module is
First and second switching devices connected in series between one end of the first semiconductor device and a common connection point of the second and third semiconductor devices;
Ninth and tenth switching devices connected in series between a common connection point of the sixth and seventh semiconductor devices and one end of the eighth semiconductor device;
Third, fourth, sixth and eighth switching devices connected in series between the common connection point of the first and second switching devices and the common connection point of the ninth and tenth switching devices;
Eleventh and thirteenth switching devices connected in series between the common connection point of the third and fourth switching devices and the common connection point of the sixth and eighth switching devices,
The common connection point of the fourth and fifth semiconductor devices and the common connection point of the eleventh and thirteenth switching devices are connected, and the common connection point of the fourth and sixth switching devices is used as an output terminal. A control method for a multi-level power converter that generates an AC output converted into a plurality of voltage levels,
It has the switching pattern of Table 2 and Table 3,
The transition condition of each switching pattern is [+ 2E] ← → [DT + 2] ← → [+ E] ← → [DT + 1] ← → [NP] ← → [DT-1] ← → [−E] ← → [DT− 2] ← → [−2E]. A control method for a multilevel power conversion device.
1: Semiconductor device, switching device ON
0: Semiconductor device, switching device OFF
表4,表5のスイッチングパターンを有し、
前記各スイッチングパターンの遷移条件は、[+2E]←→[DT+2]←→[+E]←→[DT+1]←→[NP]←→[DT−1]←→[−E]←→[DT−2]←→[−2E]とすることを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
Sa〜Sh:第1〜第8半導体デバイス
[+2E],[+E],[NP],[−E],[−2E]:電圧出力指令値
[DT+2]:[+2E]と[+E]間のデッドタイム
[DT+1]:[+E]と[NP]間のデッドタイム
[DT−1]:[NP]と[−E]間のデッドタイム
[DT−2]:[−E]と[−2E]間のデッドタイム
[DD]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ放電
[CD]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ放電
[DC]:第1直流コンデンサ放電、第2直流コンデンサ充電
[CC]:第1直流コンデンサ充電、第2直流コンデンサ充電
1:半導体デバイス、スイッチングデバイスON
0:半導体デバイス、スイッチングデバイスOFF A control method for controlling the multilevel power conversion device according to claim 3 ,
It has the switching pattern of Table 4 and Table 5,
The transition condition of each switching pattern is [+ 2E] ← → [DT + 2] ← → [+ E] ← → [DT + 1] ← → [NP] ← → [DT-1] ← → [−E] ← → [DT− 2] ← → [−2E]. A control method for a multilevel power conversion device.
1: Semiconductor device, switching device ON
0: Semiconductor device, switching device OFF
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017160691A JP6439835B1 (en) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Multi-level power converter and control method thereof |
PCT/JP2018/021800 WO2019039038A1 (en) | 2017-08-24 | 2018-06-07 | Multilevel power conversion device and method for controlling same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017160691A JP6439835B1 (en) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Multi-level power converter and control method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6439835B1 true JP6439835B1 (en) | 2018-12-19 |
JP2019041466A JP2019041466A (en) | 2019-03-14 |
Family
ID=64668570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017160691A Expired - Fee Related JP6439835B1 (en) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Multi-level power converter and control method thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6439835B1 (en) |
WO (1) | WO2019039038A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015008566A (en) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | 株式会社明電舎 | Multilevel power conversion device |
JP2015047056A (en) * | 2013-08-02 | 2015-03-12 | 株式会社明電舎 | Multilevel power conversion device |
WO2015194585A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-23 | 株式会社明電舎 | Resonant load power conversion device and time division operation method for resonant load power conversion device |
JP2016226223A (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | 株式会社明電舎 | Seven-level power converter |
-
2017
- 2017-08-24 JP JP2017160691A patent/JP6439835B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2018
- 2018-06-07 WO PCT/JP2018/021800 patent/WO2019039038A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015008566A (en) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | 株式会社明電舎 | Multilevel power conversion device |
JP2015047056A (en) * | 2013-08-02 | 2015-03-12 | 株式会社明電舎 | Multilevel power conversion device |
WO2015194585A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-23 | 株式会社明電舎 | Resonant load power conversion device and time division operation method for resonant load power conversion device |
JP2016226223A (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | 株式会社明電舎 | Seven-level power converter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019041466A (en) | 2019-03-14 |
WO2019039038A1 (en) | 2019-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9214878B2 (en) | Multilevel power converter circuit | |
WO2012020664A1 (en) | Indirect matrix converter | |
US10587203B2 (en) | Power conversion apparatus | |
JP2009027818A (en) | Control method for three-level inverter | |
US20030197533A1 (en) | Gate driver for MOS control semiconductor devices | |
US20160006368A1 (en) | Power Converter | |
JP5446851B2 (en) | Power converter | |
JPH07312878A (en) | Snubber circuit for three-level inverter | |
JP2017189026A (en) | Three-level power converter circuit | |
US5010470A (en) | Current balancing structure for semiconductor switching devices | |
JP6439835B1 (en) | Multi-level power converter and control method thereof | |
JP2006203974A (en) | Wiring structure of power converter | |
JP3160792B2 (en) | Power converter | |
EP2985902A2 (en) | Modular multi-level power conversion system with dc fault current limiting capability | |
KR20200096719A (en) | Three-level pulse width modulation technique for reducing semiconductor short circuit conduction loss | |
US20190260308A1 (en) | Power conversion device | |
JP6341051B2 (en) | 5-level power converter | |
JP2018196250A (en) | Multilevel power conversion device | |
JP2017169250A (en) | Multilevel power conversion device | |
JP4859528B2 (en) | Snubber circuit | |
JP7058764B1 (en) | Power conversion device, semiconductor switch drive device and control method | |
JP2022039105A (en) | Semiconductor module | |
JP6552113B2 (en) | Power converter | |
JPH0583954A (en) | Parallel connecting method of semiconductor switch and capacitor and switch circuit and inverter | |
JPH09182453A (en) | Motor control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180919 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181105 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6439835 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |