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JP2016144340A - スナバ回路 - Google Patents

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JP2016144340A
JP2016144340A JP2015019548A JP2015019548A JP2016144340A JP 2016144340 A JP2016144340 A JP 2016144340A JP 2015019548 A JP2015019548 A JP 2015019548A JP 2015019548 A JP2015019548 A JP 2015019548A JP 2016144340 A JP2016144340 A JP 2016144340A
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capacitor
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snubber circuit
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JP2015019548A
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谷津 誠
Makoto Tanitsu
誠 谷津
清水 敏久
Toshihisa Shimizu
敏久 清水
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Samsung R&D Institute Japan Co Ltd
Tokyo Metropolitan Public University Corp
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Samsung R&D Institute Japan Co Ltd
Tokyo Metropolitan Public University Corp
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Abstract

【課題】従来に比較して簡易な回路構成でかつ低損失化が可能なスナバ回路を提供する。
【解決手段】直流電源の正極と負極との間に並列に接続される半導体ブリッジ回路において、前記半導体ブリッジ回路の正極端子と負極端子との間に、前記直流電源を短絡させない向きで順次直列接続された少なくとも5個以上のダイオードと、隣接した前記ダイオードの接続点の各々と前記正極端子又は前記負極端子との間に接続されたコンデンサと、を備え、前記接続点は、前記ダイオードが直列接続された順番にコンデンサを介して正極端子と負極端子とに交互に接続される。
【選択図】図1

Description

本発明は、スナバ回路に関する。
従来、半導体ブリッジ回路には、入力される電圧や電流の急峻な立ち上がりにより半導体スイッチ素子が破壊するのを防ぐため、スナバ回路が用いられている。
図28(a)は、半導体ブリッジ回路における最も一般的なスナバ回路であるCスナバ回路の構成を示す図である。Cスナバ回路100は、半導体ブリッジ回路400の正極端子400dと負極端子400eとの間にコンデンサCが接続された回路構成である。Cスナバ回路100は、半導体ブリッジ回路400を構成するスイッチ素子400a又はスイッチ素子400bのスイッチング時において、配線インダクタンスLに蓄えられていたエネルギーをコンデンサCで吸収することで、スイッチ素子400a又はスイッチ素子400bにかかる電圧の跳ね上がりを抑制する。なお、半導体ブリッジ回路400に対してCスナバ回路100を用いる場合、スイッチ素子400a又はスイッチ素子400bのスイッチングは、ターンオン動作及びターンオフ動作共にハードスイッチング動作となる。
図28(b)は、半導体ブリッジ回路における他の一般的なスナバ回路であるRCDスナバ回路の構成を示す図である。図28(b)に示すように、RCDスナバ回路101は、抵抗R、コンデンサC及びダイオードDを有している。RCDスナバ回路101は、スイッチ素子400a又はスイッチ素子400bのターンオフ動作時には、上記Cスナバ回路100と同様に、配線インダクタンスLに蓄えられていたエネルギーをRCDスナバ回路101内のコンデンサCで吸収することで、スイッチ素子400a又はスイッチ素子400bにかかる電圧の跳ね上がりを抑制する。なお、スイッチ素子400a又はスイッチ素子400bのターンオン動作時には、コンデンサCから放出される電流がダイオードDによりブロックされるため、配線インダクタンスLを経由する。したがって、ターンオン動作時の半導体ブリッジ回路400に流れる急峻な電流変化(di/dt)が配線インダクタンスLにより抑制されるため、ソフトスイッチング的な動作が期待できる。
また、現在では半導体ブリッジ回路における急峻な電流変化や電圧変化を抑制するために、ソフトスイッチングを可能にしたスナバ回路が用いられている(特許文献1及び特許文献2)。
図29は、特許文献1に記載のソフトスイッチングを可能にしたスナバ回路の一例を示す図である。特許文献1に記載のスナバ回路は、リアクトル30a、30bとコンデンサ140a、140b及びコンデンサ60とダイオード70a、70bとチョッパ回路180a、180bとを有している。半導体ブリッジ回路200は、GTO(Gate Turn-Off thyristor)10a、10bとダイオード20a、20bとを有している。
GTO10a又はGTO10bのターンオン動作において、リアクトル30a及びリアクトル30bは、半導体ブリッジ回路200の出力端子Cの急峻な電流変化(di/dt)を抑制する。これにより、半導体ブリッジ回路200は、ZCS(Zero Current Switching)動作となる。また、GTO10a又はGTO10bのターンオフ時において、コンデンサ140a、コンデンサ140b及びコンデンサ60は、半導体ブリッジ回路200の出力端子Cの急峻な電圧変化(dv/dt)を抑制する。これにより、半導体ブリッジ回路200は、ZVS(Zero Voltage Switching)動作となる。
上記一連のZCS及びZVS動作の中で、コンデンサ140a及びコンデンサ140bで吸収されたエネルギーは、補助スイッチ150a及び補助スイッ150bを備えたチョッパ回路180a及びチョッパ回路180bを用いて直流電源120a及び直流電源120bに回生される。
図30は、特許文献2に記載のソフトスイッチングを可能にしたスナバ回路の他の一例を示す図である。特許文献2に記載のスナバ回路は、リアクトル610a、610bとコンデンサ640a、640b及びコンデンサ80とダイオード630a、630bと抵抗620とを有している。半導体ブリッジ回路500は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)510a、510b及びダイオード520a、520bを有している。
IGBT510a又はIGBT510bのターンオン動作において、リアクトル610a及びリアクトル610bは、半導体ブリッジ回路500の交流出力端子50eの急峻な電流変化(di/dt)を抑制する。これにより、半導体ブリッジ回路500は、ZCS動作となる。また、IGBT510a又はIGBT510bのターンオフ時において、コンデンサ640a、コンデンサ640b及びコンデンサ80は、半導体ブリッジ回路500の交流出力端子50eは、急峻な電圧変化(dv/dt)を抑制する。これにより、半導体ブリッジ回路500は、ZVS動作となる。
上記一連のZCS及びZVS動作の中で、コンデンサ640aと640bで吸収されたエネルギーは、抵抗620を介して直流電源710に回生される。
特開平5−103481号公報 特開2004‐80880号公報
しかしながら、従来のCスナバ回路では、電解コンデンサ110とスナバコンデンサC及び配線インダクタンスLの共振回路が形成されるため、スイッチング時の配線インダクタンスLに蓄えられたエネルギーは、その共振回路での減衰振動のなかで、主に電解コンデンサ110の損失となってしまう。そのため、低損失化には寄与できないといった課題がある。
また、RCDスナバ回路では、半導体ブリッジ回路のターンオン動作時は擬似的なソフトスイッチング化となりターンオン動作時の損失の低減に寄与する。しかしながら、ターンオフ時の配線インダクタンスLのエネルギーは、スナバコンデンサCで一時的に吸収された後に抵抗Rで消費されるため、低損失化への寄与は小さくなってしまう課題がある。
また、特許文献1に記載のスナバ回路は、スナバ回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを直流電源に回生するために、外部からの制御指令により制御される補助スイッチが必要である。したがって、スナバ回路の回路構成及びシステム構成が複雑かつ高価になる課題があった。また、特許文献2に記載のスナバ回路では、スナバ回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを直流電源に回生するために抵抗を使用しているため、その抵抗により損失が発生してしまう問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、従来に比較して簡易な回路構成でかつ低損失化が可能なスナバ回路を提供することである。
本発明の一態様は、直流電源の正極と負極との間に並列に接続される半導体ブリッジ回路において、前記半導体ブリッジ回路の正極端子と負極端子との間に、前記直流電源を短絡させない向きで順次直列接続された少なくとも5個以上のダイオードと、隣接した前記ダイオードの接続点の各々と前記正極端子又は前記負極端子との間に接続されたコンデンサと、を備え、前記接続点は、前記ダイオードが直列接続された順番にコンデンサを介して正極端子と負極端子とに交互に接続されるスナバ回路である。
また本発明の一態様は、直流電源の正極と負極との間に並列に接続される半導体ブリッジ回路において、前記半導体ブリッジ回路の正極端子と負極端子との間に、前記直流電源を短絡させない向きで順次直列接続された少なくとも5個以上のダイオードと、上側の前記ダイオードのカソードと下側の前記ダイオードのアノードとの間の各々に接続されたコンデンサと、を備えるスナバ回路である。
また本発明の一態様は、上述のスナバ回路であって、前記直流電源と前記半導体ブリッジ回路の間に接続された第1のリアクトルと前記正極端子又は前記負極端子から奇数番目の前記ダイオードに直列接続された第2のリアクトルと、をさらに備える。
また本発明の一態様は、上述のスナバ回路であって、前記第1のリアクトルが前記直流電源からの配線によるインダクタンス成分である。
また本発明の一態様は、上述のスナバ回路であって、前記正極端子又は前記負極端子から偶数番目の前記ダイオードの少なくともいずれかのダイオードが2つの補助ダイオードの直列接続による組ダイオードであり、前記組ダイオードの直列接続点と前記半導体ブリッジ回路の直列接続点との間の各々にコンデンサをさらに備える。
また本発明の一態様は、上述のスナバ回路であって、複数の前記第2のリアクトルの鉄心を共通とする。
以上説明したように、本発明によれば、従来に比較して簡易な回路構成でかつ低損失化が可能なスナバ回路を提供することができる。
本発明の第1の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第1の実施形態におけるスナバ回路の構成の変形例を示す図である。 本発明の第2の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第2の実施形態におけるスナバ回路の構成の変形例を示す図である。 本発明の第3の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第1の実施形態から第3の実施形態のスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第4の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第5の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第6の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第6の実施形態におけるスナバ回路の構成の変形例を示す図である。 本発明の第7の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第7の実施形態におけるスナバ回路の構成の変形例を示す図である。 本発明の第8の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第6の実施形態から第8の実施形態のスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第9の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第10の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第9の実施形態及び第10の実施形態のスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第11の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第12の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第13の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第14の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第15の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第16の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第17の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第18の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第19の実施形態におけるスナバ回路の構成例を示す図である。 本発明の第15の実施形態のスナバ回路2Pに対して、4つのリアクトル71〜74を同一鉄心で4つの巻線を備えた1つのリアクトルとしたスナバ回路の構成例を示す図である。 従来のスナバ回路の構成例を示す図である。 従来のソフトスイッチングを可能にしたスナバ回路の一例を示す図である。 従来のソフトスイッチングを可能にしたスナバ回路の他の一例を示す図である。
以下に、実施形態におけるスナバ回路を、図面を用いて説明する。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態におけるスナバ回路2について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態におけるスナバ回路2の構成例を示す図である。
図1に示すように、スナバ回路2は、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2は、半導体ブリッジ回路4に印加される電圧の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊を防止する。なお、スナバ回路2と直流電源11とを接続する配線は、ストレイインダクタンス成分を有している。直流電源11の直流電源正極端子11dとスナバ回路2とを接続する配線のストレイインダクタンス成分を配線インダクタンス5とする。また、直流電源負極端子11eとスナバ回路2とを接続する配線のストレイインダクタンス成分を配線インダクタンス6とする。
半導体ブリッジ回路4は、半導体スイッチ4a及び半導体スイッチ4bを備えている。半導体スイッチ4aは、半導体スイッチ4bに直列に接続されている。半導体スイッチ4aと半導体スイッチ4bとの直列接続点には、半導体ブリッジ回路4の出力端子である交流出力端子4cが接続されている。交流出力端子4cには、モータ等の負荷が接続される。半導体ブリッジ回路4は、半導体スイッチ4a又は半導体スイッチ4bをターンオフ又はターンオンすることで、半導体スイッチ4a及び半導体スイッチ4bのオン状態とオフ状態とを切り替える。これにより、半導体ブリッジ回路4は、交流出力端子4cに接続されたモータ等の誘導性負荷に直流電源11の電力を供給し駆動する。直流電源11は、例えばコンデンサである。
半導体スイッチ4aは、半導体スイッチ素子42a及びダイオード41aを有している。半導体スイッチ素子42aは、例えばバイポーラトランジスタ、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等である。半導体スイッチ素子42aは、ダイオード41aに対して並列に接続されている。半導体スイッチ4bは、半導体スイッチ素子42b及びダイオード41bを有している。半導体スイッチ素子42bは、例えばバイポーラトランジスタ、MOSFET、IGBT等である。半導体スイッチ素子42bは、ダイオード41bに対して並列に接続されている。半導体ブリッジ回路4の正極端子4dは、ダイオード41aのカソードに接続されている。半導体ブリッジ回路4の負極端子4eは、ダイオード41bのアノードに接続されている。
スナバ回路2は、ダイオード21〜25及びコンデンサ31〜34を備えている。
ダイオード21は、カソードがコンデンサ34の一端、コンデンサ32の一端及び半導体ブリッジ回路4の正極端子4dに接続され、アノードがダイオード22のカソードに接続されている。
ダイオード22は、カソードがコンデンサ31の一端に接続され、アノードがダイオード23のカソードに接続されている。
ダイオード23は、カソードがコンデンサ32の他端に接続され、アノードがダイオード24のカソードに接続されている。
ダイオード24は、カソードのコンデンサ33の一端に接続され、アノードがダイオード25のカソードに接続されている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ34の他端に接続され、アノードがコンデンサ33の他端、コンデンサ31の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。
次に、第1の実施形態のスナバ回路2の動作について説明する。
まず、図1において、半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態から、半導体スイッチ4aがターンオフする動作について説明する。
半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態である場合、直流電源11からの電流(以下、「出力電流」という。)は、直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路で流れている。そして、出力電流は、交流出力端子4cから、例えばモータ等の負荷に出力される。このとき、配線インダクタンス5に出力電流が流れるため、配線インダクタンス5にエネルギーが蓄積される。
この状態から半導体スイッチ4aをターンオフすると出力電流は、最初に直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ34→ダイオード24→コンデンサ33の経路、及びコンデンサ32→ダイオード22→コンデンサ31の経路の2つの経路に分流しながら半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流する。
この時、配線インダクタンス5の電流エネルギーは、スナバ回路2の内部コンデンサであるコンデンサ31〜34の充電により吸収される。そして、出力電流は、コンデンサ31〜34の電圧を上昇させ、最終的には直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作に伴う転流動作は完了となる。ここで、半導体スイッチ素子42aがターンオフ動作の前に、配線インダクタンス5に蓄えられていた電流エネルギーは、ターンオフ動作の後にスナバ回路2の内部コンデンサであるコンデンサ31〜34に転嫁され、コンデンサ31〜34の各々の電圧上昇分の電圧エネルギーに変換されている。
次に、上記の半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作が完了した状態から、再度半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合について説明する。
ターンオフ動作が完了した状態から半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路で流れていた出力電流は、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→ダイオード25→コンデンサ34の経路、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→コンデンサ33→ダイオード23→コンデンサ32の経路、及び直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→コンデンサ31→ダイオード21の経路の3つに分流しながら半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流し、スナバ回路2の内部コンデンサであるコンデンサ31〜34に蓄えられていたターンオフ動作時のエネルギーを放出する。これにより、コンデンサ31〜34の電圧は、徐々に減少していく。そして、最終的には、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ4aのターンオン動作に伴う転流動作は完了する。
以下に、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作時及びターンオン動作時におけるコンデンサ31〜34の各コンデンサの電圧について説明する。
直流電源11の電圧をV11、コンデンサ31の電圧をV31、コンデンサ32の電圧をV32、コンデンサ33の電圧をV33及びコンデンサ34の電圧をV34とすると、ターンオフ動作時におけるコンデンサ31〜34の各電圧の関係は、以下の(1)式で表される。
V11≦(V34+V33)=(V32+V31)
=Vdc−off …(1)
なお、Vdc−offは、ターンオフ動作時の半導体ブリッジ回路4の正極端子4dと負極端子4eとの間の端子間電圧である。
また、ターンオン動作時におけるコンデンサ31〜34の各電圧の関係は、以下の(2)式で表される。
V11≧V34=(V33+V32)
=V31
=Vdc−on …(2)
なお、Vdc−onは、ターンオン動作時の半導体ブリッジ回路4の正極端子4dと負極端子4eとの間の端子間電圧である。
(1)式及び(2)式により、コンデンサ31〜34の各電圧の関係は、以下の(3)式で表される。
V11=Vdc≒V34=2×V33
=2×V32
=V31 …(3)
なお、Vdcは、定常時の半導体ブリッジ回路4の正極端子4dと負極端子4eとの間の端子間電圧である。
(3)式より、コンデンサ31〜34の各容量を適切に選択することで、ターンオフ動作時における配線インダクタンス5に起因する半導体スイッチ4aに印加される電圧の跳ね上がり(跳ね上がり電圧)は、コンデンサ31〜34の各電圧により、直流電源11の電圧V11の3/2倍程度に抑制可能となる。ここで、跳ね上がり電圧がV11の3/2倍程度に抑制される理由について簡単に補足説明する。半導体スイッチ素子42aがターンオン動作する際、コンデンサ31及びコンデンサ34がそれぞれV11の電圧程度以下まで放電される。このとき、ダイオード23を通じて直列接続されたコンデンサ32及びコンデンサ33は、それぞれ、V11の1/2の電圧程度以下まで放電される。この後、半導体スイッチ素子42aがターンオフ動作すると、ダイオード22を通じてコンデンサ32とコンデンサ33が電気的に直列接続される。このとき、コンデンサ32の電圧は、V11の1/2であり、コンデンサ31の電圧はV11である。そのため、跳ね上がり電圧は、これらの電圧を加算した3/2×V11程度となる。
このように、ターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2内のコンデンサ31〜34に一旦吸収され、そのエネルギーは次のターンオン動作の過程の中で出力電流の転流に伴い、スナバ回路の損失なしに出力側に放出される。なお、出力電流が逆向きにおける半導体スイッチ4bのターンオンおよびターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2は、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード25を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34とを備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2内のコンデンサ31〜34に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜34において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2における電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
例えば、図2に示すスナバ回路2_1は、回路接続としては図1に示すスナバ回路2と同様である。ただし、スナバ回路2_1は、コンデンサ31、コンデンサ32及びダイオード22をスナバユニット201とし、コンデンサ33、コンデンサ34及びダイオード24をスナバユニット202として表現している。したがって、スナバ回路のコンデンサ及びダイオードをスナバユニット化することで、部品の共通化が図られ、実際の回路を製作するうえで低価格化が容易になる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態におけるスナバ回路2Aについて、図面を用いて説明する。図3は、本発明の第2の実施形態におけるスナバ回路2Aの構成例を示す図である。なお、第2の実施形態のスナバ回路2Aは、第1の実施形態からダイオード26、27及びコンデンサ35、コンデンサ36を新たに備えた構成である。なお、上述した実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図3に示すように、スナバ回路2Aは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2Aは、半導体ブリッジ回路4に印加される電圧の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊を防止する。
スナバ回路2Aは、ダイオード21〜27及びコンデンサ31〜36を備えている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ34の他端に接続され、アノードがダイオード26のカソードに接続されている。
ダイオード26は、カソードがコンデンサ35の一端に接続されており、アノードがダイオード27のカソードに接続されている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ36の他端に接続されており、アノードがコンデンサ35の他端、コンデンサ33の他端、コンデンサ31の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。コンデンサ36の一端は、ダイオード21のカソードに接続されている。
次に、第2の実施形態のスナバ回路2Aの動作について説明する。
まず、図3において、半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態から、半導体スイッチ4aがターンオフする動作について説明する。
半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態である場合、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路で流れている。そして、出力電流は、交流出力端子4cから、例えばモータ等の負荷に出力される。このとき、配線インダクタンス5に出力電流が流れるため、配線インダクタンス5にエネルギーが蓄積される。
この状態から半導体スイッチ4aをターンオフする。まず、出力電流は、最初に直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ36→ダイオード26→コンデンサ35の経路、直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ34→ダイオード24→コンデンサ33の経路、及び直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ32→ダイオード22→コンデンサ31の経路の3つの経路に分流しながら半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流する。
配線インダクタンス5の電流エネルギーは、スナバ回路2Aの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36の充電により吸収される。そして、出力電流は、コンデンサ31〜36の電圧を上昇させながら最終的には直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作に伴う転流動作は完了となる。ここで、半導体スイッチ素子42aがターンオフ動作する前に、配線インダクタンス5に蓄えられていた電流エネルギーは、ターンオフ動作の後にスナバ回路2Aの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36に転嫁され、コンデンサ31〜36の各々の電圧上昇分の電圧エネルギーに変換されている。
次に、上記の半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作が完了した状態から、再度半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合について説明する。
ターンオフ動作が完了した状態から半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に流れていた出力電流は、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→ダイオード27→コンデンサ36の経路、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→コンデンサ35→ダイオード25→コンデンサ34の経路、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→コンデンサ33→ダイオード23→コンデンサ32の経路、及び直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→コンデンサ31→ダイオード21の経路の4つに分流しながら半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流し、スナバ回路2Aの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36に蓄えられていたターンオフ動作時のエネルギーを放出する。これにより、コンデンサ31〜36の電圧は、徐々に減少していく。そして、最終的には、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ4aのターンオン動作に伴う転流動作は完了する。
以下に、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作時及びターンオン動作時におけるコンデンサ31〜36の各コンデンサの電圧について説明する。
コンデンサ35の電圧をV35及びコンデンサ36の電圧をV36とすると、ターンオフ動作時におけるコンデンサ31〜36の各電圧の関係は、以下の(4)式で表される。
V11≦(V36+V35)=(V34+V33)
=(V32+V31)
=Vdc−off …(4)
また、ターンオン動作時におけるコンデンサ31〜36の各電圧の関係は、以下の(5)式で表される。
V11≧V36=(V35+V34)=(V33+V32)
=V31
=Vdc−on …(5)
(4)式及び(5)式により、コンデンサ31〜36の各電圧の関係は、以下の(6)式で表される。
V11=Vdc≒V36=V31=1.5×V34
=1.5×V33
=3×V35
=3×V32 …(6)
(6)式より、コンデンサ31〜36の各容量を適切に選択することで、ターンオフ動作時における配線インダクタンス5に起因する半導体スイッチ4aに印加される電圧の跳ね上がりは、コンデンサ31〜36の各電圧により、直流電源11の電圧V11の4/3倍程度(V32(V11/3)+V31(V11)=4/3×V11)に抑制可能となる。したがって、第1の実施形態に比べ、ターンオフ動作時における半導体スイッチ4aの電圧の跳ね上がりは、直流電源11の電圧V11の3/2倍から4/3倍となり、より小さな電圧値に抑制することが可能となる。なお、出力電流が逆向きにおける半導体スイッチ4bのターンオンおよびターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Aは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ36とを備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2A内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Aにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
例えば、図4に示すスナバ回路2A_1は、回路接続としては図3に示すスナバ回路2Aと同様である。ただし、スナバ回路2A_1は、コンデンサ31、コンデンサ32及びダイオード22をスナバユニット201とし、コンデンサ33、コンデンサ34及びダイオード24をスナバユニット202とし、コンデンサ35、コンデンサ36及びダイオード26をスナバユニット203として表現している。したがって、スナバ回路のコンデンサ及びダイオードをスナバユニット化することで、部品の共通化が図られ、実際の回路を製作するうえで低価格化が容易になる。
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態におけるスナバ回路2Bについて、図面を用いて説明する。図5は、本発明の第3の実施形態におけるスナバ回路2Bの構成例を示す図である。第3の実施形態のスナバ回路2Bは、第1の実施形態からダイオード26〜29及びコンデンサ35〜38を新たに備えた構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図5に示すように、スナバ回路2Bは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2Bは、半導体ブリッジ回路4に印加される電圧の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊を防止する。
スナバ回路2Bは、ダイオード21〜29及びコンデンサ31〜38を備えている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ36の他端に接続されており、アノードがダイオード28のカソードに接続されている。
ダイオード28は、カソードがコンデンサ37の一端に接続されており、アノードがダイオード29のカソードに接続されている。
ダイオード29は、カソードがコンデンサ38の他端に接続されており、アノードがコンデンサ37の他端、コンデンサ35の他端、コンデンサ33の他端、コンデンサ31の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。コンデンサ38の一端は、ダイオード21のカソードに接続されている。
第3の実施形態のスナバ回路2Bの基本的な動作は、第1の実施形態及び第2の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
上述したように、第3の実施形態のスナバ回路2Bにおいて、コンデンサ31〜38の各容量を適切に選択することで、ターンオフ動作時における配線インダクタンス5に起因する半導体スイッチ4aに印加される電圧の跳ね上がりは、コンデンサ31〜38の各電圧により、直流電源11の電圧V11の5/4倍程度に抑制可能となる。なお、跳ね上がり電圧が直流電源11の電圧V11の5/4倍程度となる理由は、原理的に上述した跳ね上がり電圧がV11の3/2倍程度に抑制される理由と同様であるため、説明を省略する。このように、第2の実施形態に比べ、ターンオフ動作時における半導体スイッチ4aの電圧の跳ね上がりは、直流電源11の電圧V11の4/3倍から5/4倍となり、より小さな電圧値に抑制することが可能となる。なお、出力電流が逆向きにおける半導体スイッチ4bのターンオンおよびターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Bは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード29を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ36と、ダイオード28のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ37と、ダイオード28のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ38とを備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2B内のコンデンサ31〜38に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜38において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Bにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
上述の第1の実施形態から第3の実施形態のスナバ回路において、コンデンサ及びダイオードの数に限定されない。例えば、図6に示すように、スナバ回路は、2n(nは正の整数)+2個のコンデンサ及び2n+3個のダイオードを備えるようにしてもよい。その際、ダイオードは、少なくとも5個以上が望ましい。その場合、ターンオフ動作時における半導体スイッチ4aの電圧の跳ね上がりは、直流電源11の電圧V11の(n+1)/n倍に抑制可能である。すなわち、スナバ回路のコンデンサ及びダイオードの数を増やすほど、半導体スイッチ4aの電圧の跳ね上がりをより低い電圧に抑制することができる。なお、図6に示すスナバ回路は、第1の実施形態から第3の実施形態のスナバ回路を一般化したものである。したがって、第1の実施形態から第3の実施形態のスナバ回路は、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4において、半導体ブリッジ回路の正極端子4dと負極端子4eとの間に、直流電源11を短絡させない向きで順次直列接続された複数のダイオードと、隣接したダイオードの直列接続点の各々と正極端子4d又は負極端子4eとの間に接続されたコンデンサと、を備え、直列接続点は、ダイオードが直列接続された順番にコンデンサを介して正極端子4dと負極端子4eとに交互に接続される。
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態におけるスナバ回路2Cについて、図面を用いて説明する。図7は、本発明の第4の実施形態におけるスナバ回路2Cの構成例を示す図である。第4の実施形態のスナバ回路2Cは、スナバユニット201及びスナバユニット202を半導体ブリッジ回路4と半導体ブリッジ回路4_1とからなる単相インバータ(R相及びS相)に対応させる構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図7に示すように、スナバ回路2Cは、第1のユニット210及び第2のユニット220を備えている。第1のユニット210は、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。第1のユニット210は、半導体ブリッジ回路4に印加される電圧の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊を防止する。なお、第1のユニット210と直流電源11とを接続する配線は、ストレイインダクタンス成分を有している。直流電源11の直流電源正極端子11dと第1のユニット210とを接続する配線のストレイインダクタンス成分を配線インダクタンス5とする。また、直流電源11の直流電源負極端子11eと第1のユニット210とを接続する配線のストレイインダクタンス成分を配線インダクタンス6とする。
第2のユニット220は、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4_1との間に並列に接続されている。第2のユニット220は、半導体ブリッジ回路4_1に印加される電圧の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4_1のサージ電圧破壊を防止する。なお、第2のユニット220と直流電源11とを接続する配線は、ストレイインダクタンス成分を有している。直流電源11の直流電源正極端子11dと第2のユニット220とを接続する配線のストレイインダクタンス成分を配線インダクタンス5_1とする。また、直流電源11の直流電源負極端子11eと第2のユニット220とを接続する配線のストレイインダクタンス成分を配線インダクタンス6_1とする。
半導体ブリッジ回路4_1は、半導体スイッチ4a_1及び半導体スイッチ4b_1を備えている。半導体スイッチ4a_1は、半導体スイッチ4b_1に直列に接続されている。半導体スイッチ4a_1と半導体スイッチ4b_1との直列接続点には、半導体ブリッジ回路4_1の出力端子である交流出力端子4c_1が接続されている。交流出力端子4c_1には、モータ等の負荷が接続される。半導体ブリッジ回路4_1は、半導体スイッチ4a_1又は半導体スイッチ4b_1をターンオフ又はターンオンすることで、半導体スイッチ4a_1及び半導体スイッチ4b_1のオン状態とオフ状態とを切り替える。これにより、半導体ブリッジ回路4_1は、交流出力端子4c_1に接続されたモータ等の誘導性負荷に直流電源11の電力を供給し駆動する。直流電源11は、例えばコンデンサである。
半導体スイッチ4a_1は、半導体スイッチ素子42a_1及びダイオード41a_1を有している。半導体スイッチ素子42a_1は、例えばバイポーラトランジスタ、MOSFET、IGBT等である。半導体スイッチ素子42a_1は、ダイオード41a_1に対して並列に接続されている。半導体スイッチ4b_1は、半導体スイッチ素子42b_1及びダイオード41b_1を有している。半導体スイッチ素子42b_1は、例えばバイポーラトランジスタ、MOSFET、IGBT等である。半導体スイッチ素子42b_1は、ダイオード41b_1に対して並列に接続されている。半導体ブリッジ回路4_1の正極端子4d_1は、ダイオード41a_1のカソードに接続されている。半導体ブリッジ回路4_1の負極端子4e_1は、ダイオード41b_1のアノードに接続されている。
第1のユニット210は、ダイオード21、ダイオード23及びスナバユニット201を備えている。
ダイオード21は、カソードがコンデンサ32の一端及び半導体ブリッジ回路4の正極端子4dに接続され、アノードがコンデンサ31の一端に接続されている。
ダイオード22は、カソードがコンデンサ31の一端に接続され、アノードがダイオード23のカソードに接続されている。
ダイオード23は、カソードがコンデンサ32の他端に接続され、アノードが半導体ブリッジ回路4_1のダイオード24のカソードに接続されている。
コンデンサ31の他端は、半導体ブリッジ回路4の負極端子4e及び配線インダクタンス6を介して直流電源負極端子11eに接続されている。
第2のユニット220は、ダイオード25及びスナバユニット202を備えている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ34の他端に接続され、アノードが半導体ブリッジ回路4_1の負極端子4e_1、コンデンサ33の他端及び配線インダクタンス6_1を介して直流電源負極端子11eに接続されている。
ダイオード24は、カソードがコンデンサ33の一端に接続され、アノードがダイオード25のカソード及びコンデンサ34の他端に接続されている。
コンデンサ34の一端は、半導体ブリッジ回路4_1の正極端子4d_1及び配線インダクタンス5_1を介して直流電源正極端子11dに接続されている。
なお、第4の実施形態のスナバ回路2Cの基本的な動作は、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Cは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路の正極端子から負極端子の間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード25を備え、ダイオード22のカソードと半導体ブリッジ回路の負極端子との間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと半導体ブリッジ回路の正極端子との間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと半導体ブリッジ回路の負極端子との間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと半導体ブリッジ回路の正極端子との間に接続されたコンデンサ34とを備える。これにより、半導体ブリッジ回路のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2C内のコンデンサ31〜34に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜34において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路のターンオン時に半導体ブリッジ回路の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Cにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。
(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態におけるスナバ回路2Dについて、図面を用いて説明する。図8は、本発明の第5の実施形態におけるスナバ回路2Dの構成例を示す図である。第5の実施形態のスナバ回路2Dは、スナバユニット201、スナバユニット202及びスナバユニット203を、半導体ブリッジ回路4と半導体ブリッジ回路4_1及び半導体ブリッジ回路4_2からなる3相インバータ(U相、V相、W相)に対応して動作可能な構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図8に示すように、スナバ回路2Dは、第1のユニット210、第2のユニット220及び第3のユニット230を備えている。第3のユニット230は、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4_3との間に並列に接続されている。第3のユニット230は、半導体ブリッジ回路4_3に印加される電圧の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4_3のサージ電圧破壊を防止する。なお、第3のユニット230と直流電源11とを接続する配線は、ストレイインダクタンス成分を有している。直流電源11の直流電源正極端子11dと第3のユニット230とを接続する配線のストレイインダクタンス成分を配線インダクタンス5_2とする。また、直流電源11の直流電源負極端子11eと第3のユニット230とを接続する配線のストレイインダクタンス成分を配線インダクタンス6_2とする。
半導体ブリッジ回路4_3は、半導体スイッチ4a_3及び半導体スイッチ4b_3を備えている。半導体スイッチ4a_3は、半導体スイッチ4b_3に直列に接続されている。半導体スイッチ4a_3と半導体スイッチ4b_3との直列接続点には、半導体ブリッジ回路4_3の出力端子である交流出力端子4c_3が接続されている。交流出力端子4c_3には、モータ等の負荷が接続される。半導体ブリッジ回路4_3は、半導体スイッチ4a_3又は半導体スイッチ4b_3をターンオフ又はターンオンすることで、半導体スイッチ4a_3及び半導体スイッチ4b_3のオン状態とオフ状態とを切り替える。これにより、半導体ブリッジ回路4_3は、交流出力端子4c_3に接続されたモータ等の誘導性負荷に直流電源11の電力を供給し駆動する。直流電源11は、例えばコンデンサである。
半導体スイッチ4a_3は、半導体スイッチ素子42a_3及びダイオード41a_3を有している。半導体スイッチ素子42a_3は、例えばバイポーラトランジスタ、MOSFET、IGBT等である。半導体スイッチ素子42a_3は、ダイオード41a_3に対して並列に接続されている。半導体スイッチ4b_3は、半導体スイッチ素子42b_3及びダイオード41b_3を有している。半導体スイッチ素子42b_3は、例えばバイポーラトランジスタ、MOSFET、IGBT等である。半導体スイッチ素子42b_3は、ダイオード41b_3に対して並列に接続されている。半導体ブリッジ回路4_3の正極端子4d_3は、ダイオード41a_3のカソードに接続されている。半導体ブリッジ回路4_3の負極端子4e_3は、ダイオード41b_3のアノードに接続されている。
第3のユニット230は、ダイオード27及びスナバユニット203を備えている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ36の他端に接続され、アノードが半導体ブリッジ回路4_2の負極端子4e_2、コンデンサ35の他端及び配線インダクタンス6_2を介して直流電源負極端子11eに接続されている。
ダイオード26は、カソードがコンデンサ35の一端及びダイオード25のアノードに接続され、アノードがダイオード27のカソード及びコンデンサ36の他端に接続されている。
コンデンサ36の一端は、半導体ブリッジ回路4_2の正極端子4d_2及び配線インダクタンス5_2を介して直流電源正極端子11dに接続されている。
なお、第5の実施形態のスナバ回路2Dの基本的な動作は、第2の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Dは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路の正極端子から負極端子の間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと半導体ブリッジ回路の負極端子との間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと半導体ブリッジ回路の正極端子との間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと半導体ブリッジ回路の負極端子との間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと半導体ブリッジ回路の正極端子との間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと半導体ブリッジ回路の負極端子との間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと半導体ブリッジ回路の正極端子との間に接続されたコンデンサ36とを備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2D内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Dにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
上述の第4の実施形態及び第5の実施形態のスナバ回路において、コンデンサ及びダイオードの数に限定されない。例えば、上述の第4の実施形態及び第5の実施形態のスナバ回路は、2n(nは正の整数)+2個のコンデンサ及び2n+3個のダイオードを備えるようにしてもよい。その際、ダイオードは、少なくとも5個以上が望ましい。その場合、ターンオフ動作時における半導体スイッチ4aの電圧の跳ね上がりは、直流電源11の電圧V11の(n+1)/n倍に抑制可能である。したがって、上述の第4の実施形態及び第5の実施形態のスナバ回路は、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4において、半導体ブリッジ回路の正極端子と負極端子との間に、直流電源11を短絡させない向きで順次直列接続された複数のダイオードと、隣接したダイオードの直列接続点の各々と正極端子又は負極端子との間に接続されたコンデンサと、を備え、直列接続点は、ダイオードが直列接続された順番にコンデンサを介して正極端子と負極端子とに交互に接続される。
(第6の実施形態)
以下、第6の実施形態におけるスナバ回路2Eについて、図面を用いて説明する。図9は、本発明の第6の実施形態におけるスナバ回路2Eの構成例を示す図である。
図9に示すように、スナバ回路2Eは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。
スナバ回路2Eは、ダイオード21〜25及びコンデンサ31〜34を備えている。
ダイオード21は、カソードがコンデンサ31の一端及び半導体ブリッジ回路4の正極端子4dに接続され、アノードがダイオード22のカソードに接続されている。
ダイオード22は、カソードがコンデンサ32の一端に接続され、アノードがダイオード23のカソードに接続されている。
ダイオード23は、カソードがコンデンサ31の他端及びコンデンサ33の一端に接続され、アノードがダイオード24のカソードに接続されている。
ダイオード24は、カソードがコンデンサ32の他端及びコンデンサ34の一端に接続され、アノードがダイオード25のカソードに接続されている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ33の他端に接続され、アノードがコンデンサ34の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。
次に、第6の実施形態のスナバ回路2Eの動作について説明する。
まず、図9において、半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態から、半導体スイッチ4aがターンオフする動作について説明する。
半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態である場合、出力電流は直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路で流れている。そして、出力電流は、交流出力端子4cから、例えばモータ等の負荷に出力される。このとき、配線インダクタンス5に出力電流が流れるため、配線インダクタンス5にエネルギーが蓄積される。
この状態から半導体スイッチ4aをターンオフする。まず、出力電流は、最初に直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ31→ダイオード22→コンデンサ32→コンデンサ34の経路、及び直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ31→コンデンサ33→ダイオード24→コンデンサ34の経路の2経路に分流しながら半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流する。配線インダクタンス5の電流エネルギーは、スナバ回路2Eの内部コンデンサであるコンデンサ31〜34の充電により吸収される。そして、出力電流は、コンデンサ31〜34の電圧を上昇させながら最終的には直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作に伴う転流動作は完了となる。ここで、半導体スイッチ素子42aがターンオフ動作する前に、配線インダクタンス5に蓄えられていた電流エネルギーは、ターンオフ動作の後にスナバ回路2Eの内部コンデンサであるコンデンサ31〜34に転嫁され、コンデンサ31〜34の各々の電圧上昇分の電圧エネルギーに変換されている。
次に、上記の半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作が完了した状態から、再度半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合について説明する。ターンオフ動作が完了した状態から半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に流れていた出力電流は、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→コンデンサ34→コンデンサ32→ダイオード21の経路、及び直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→ダイオード25→コンデンサ33→コンデンサ31の経路の2経路に分流しながら半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流し、スナバ回路2Eの内部コンデンサであるコンデンサ31〜34に蓄えられていたターンオフ動作時のエネルギーを放出する。これにより、コンデンサ31〜34の電圧は、徐々に減少していく。そして、最終的には、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ4aのターンオン動作に伴う転流動作は完了する。
以下に、本実施形態のおける半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作時及びターンオン動作時におけるコンデンサ31〜34の各コンデンサの電圧について説明する。
ターンオフ動作時におけるコンデンサ31〜34の各電圧の関係は、以下の(7)式で表される。
V11≦(V31+V32+V34)=(V31+V33+V34)
=Vdc−off …(7)
また、ターンオン動作時におけるコンデンサ31〜34の各電圧の関係は、以下の(8)式で表される。
V11≧(V34+V32)=(V33+V31)
=V31
=Vdc−on …(8)
ここでターンオフ動作時の電流経路を考えると、コンデンサ32と33とは、並列状態で充電されるため同じ電圧となる。さらにターンオン動作時において、コンデンサ31とコンデンサ32、及びコンデンサ33とコンデンサ34とは、並列状態で放電される。したがって、コンデンサ31〜34は、各々同じ電圧となる。したがって、コンデンサ31〜34の各電圧の関係は、以下の(9)式で表される。
V11≒2×V34≒2×V33≒2×V32≒2×V31≒Vdc …(9)
(9)式より、コンデンサ31〜34の各容量を適切に選択することで、ターンオフ動作時における配線インダクタンス5に起因する半導体スイッチ4aに印加される電圧の跳ね上がりは、コンデンサ31〜34の各電圧により、直流電源11の電圧V11の3/2倍程度に抑制可能となる。なお、出力電流が逆向きにおける半導体スイッチ4bのターンオンおよびターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Eは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード25を備え、ダイオード21のカソードとダイオード22のアノードとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のカソードとダイオード23のアノードとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード23のカソードとダイオード24のアノードとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のカソードとダイオード25のアノードとの間に接続されたコンデンサ34とを備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2E内のコンデンサ31〜34に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜34において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Eにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
例えば、図10に示すスナバ回路2E_1は、回路接続としては図9に示すスナバ回路2Eと同様である。ただし、スナバ回路2E_1は、コンデンサ31、コンデンサ32及びダイオード22をスナバユニット201とし、コンデンサ33、コンデンサ34及びダイオード24をスナバユニット202として表現している。したがって、スナバ回路のコンデンサ及びダイオードをスナバユニット化することで、部品の共通化が図られ、実際の回路を製作するうえで低価格化が容易になる。
(第7の実施形態)
以下、第7の実施形態におけるスナバ回路2Fについて、図面を用いて説明する。図11は、本発明の第7の実施形態におけるスナバ回路2Fの構成例を示す図である。なお、第8の実施形態のスナバ回路2Fは、第7の実施形態からダイオード26、27及びコンデンサ35、コンデンサ36を新たに備えた構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図11に示すように、スナバ回路2Fは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2Fは、半導体ブリッジ回路4に印加される電圧の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊を防止する。
スナバ回路2Fは、ダイオード21〜27及びコンデンサ31〜36を備えている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ33の他端及びコンデンサ35の一端に接続され、アノードがダイオード26のカソードに接続されている。
ダイオード26は、カソードがコンデンサ34の他端及びコンデンサ36の一端に接続され、アノードがダイオード27のカソードに接続されている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ35の他端に接続され、アノードがコンデンサ36の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。
次に、第7の実施形態のスナバ回路2Fの動作について説明する。
まず、図11において、半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態から、半導体スイッチ4aがターンオフする動作について説明する。
半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態である場合、出力電流は直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路で流れている。そして、出力電流は、交流出力端子4cから、例えばモータ等の負荷に出力される。このとき、配線インダクタンス5に出力電流が流れるため、配線インダクタンス5にエネルギーが蓄積される。
この状態から半導体スイッチ4aをターンオフすると出力電流は、最初に直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ31→ダイオード22→コンデンサ32→コンデンサ34→コンデンサ36の経路、直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ31→コンデンサ33→ダイオード24→コンデンサ34→コンデンサ36の経路、及び直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→コンデンサ31→コンデンサ33→コンデンサ35→ダイオード26→コンデンサ36の経路の3経路に分流する。そして、分流した出力電流は、半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流する。配線インダクタンス5の電流エネルギーは、スナバ回路2Fの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36の充電により吸収される。そして、出力電流は、コンデンサ31〜36の電圧を上昇させながら最終的には直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作に伴う転流動作は完了となる。ここで、半導体スイッチ素子42aがターンオフ動作する前に、配線インダクタンス5に蓄えられていた電流エネルギーは、ターンオフ動作の後にスナバ回路2Fの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36に転嫁され、コンデンサ31〜36の各々の電圧上昇分の電圧エネルギーに変換されている。
次に、上記の半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作が完了した状態から、再度半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合について説明する。ターンオフ動作が完了した状態から半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に流れていた出力電流は、直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→コンデンサ36→コンデンサ34→コンデンサ32→ダイオード21の経路、及び直流電源11→直流電源負極端子11e→配線インダクタンス6→ダイオード27→コンデンサ35→コンデンサ33→コンデンサ31の経路の2経路に分流しながら半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流し、スナバ回路2Fの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36に蓄えられていたターンオフ動作時のエネルギーを放出する。これにより、コンデンサ31〜36の電圧は、徐々に減少していく。そして、最終的には、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→配線インダクタンス5→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ4aのターンオン動作に伴う転流動作は完了する。
以下に、本実施形態のおける半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作時及びターンオン動作時におけるコンデンサ31〜36の各コンデンサの電圧について説明する。
ターンオフ動作時におけるコンデンサ31〜36の各電圧の関係は、以下の(10)式で表される。
V11≦(V31+V32+V34+V36)=(V31+V33+V34+V36)
=(V31+V33+V35+V36)
=Vdc−off …(10)
また、ターンオン動作時におけるコンデンサ31〜36の各電圧の関係は、以下の(11)式で表される。
V11≧(V31+V33+V35)=(V32+V34+V36)
=Vdc−on …(11)
ここでターンオフ動作時の電流経路を考えると、コンデンサ32及びコンデンサ33と、コンデンサ34及びコンデンサ35とは、並列状態で充電されるため同じ電圧となる。さらにターンオン動作時において、コンデンサ31とコンデンサ32、コンデンサ33とコンデンサ34、及びコンデンサ35とコンデンサ36とは、互いに並列状態で放電される。したがって、コンデンサ31〜36は、各々同じ電圧となる。したがって、コンデンサ31〜36の各電圧の関係は、以下の(12)式で表される。
V11≒3×V36≒3×V35≒3×V34
≒3×V33
≒3×V32
≒3×V31
≒Vdc …(12)
(12)式より、コンデンサ31〜36の各容量を適切に選択することで、ターンオフ動作時における配線インダクタンス5に起因する半導体スイッチ4aに印加される電圧の跳ね上がりは、コンデンサ31〜36の各電圧により、直流電源11の電圧V11の4/3倍程度に抑制可能となる。したがって、第6の実施形態に比べ、ターンオフ動作時における半導体スイッチ4aの電圧の跳ね上がりは、直流電源11の電圧V11の3/2倍から4/3倍となり、より小さな電圧値に抑制することが可能となる。なお、出力電流が逆向きにおける半導体スイッチ4bのターンオンおよびターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Fは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード21のカソードとダイオード22のアノードとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のカソードとダイオード23のアノードとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード23のカソードとダイオード24のアノードとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のカソードとダイオード25のアノードとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード25のカソードとダイオード26のアノードとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード25のカソードとダイオード26のアノードとの間に接続されたコンデンサ36とを備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2F内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Fにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
例えば、図12に示すスナバ回路2F_1は、回路接続としては図11に示すスナバ回路2Fと同様である。ただし、スナバ回路2F_1は、コンデンサ31、コンデンサ32及びダイオード22をスナバユニット201とし、コンデンサ33、コンデンサ34及びダイオード24をスナバユニット202とし、コンデンサ35、コンデンサ36及びダイオード26をスナバユニット203として表現している。したがって、スナバ回路のコンデンサ及びダイオードをスナバユニット化することで、部品の共通化が図られ、実際の回路を製作するうえで低価格化が容易になる。
(第8の実施形態)
以下、第8の実施形態におけるスナバ回路2Gについて、図面を用いて説明する。図13は、本発明の第8の実施形態におけるスナバ回路2Gの構成例を示す図である。第8の実施形態のスナバ回路2Gは、第6の実施形態に対してダイオード26〜29及びコンデンサ35〜38を新たに備えた構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図13に示すように、スナバ回路2Gは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2Gは、半導体ブリッジ回路4に印加される電圧の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊を防止する。
スナバ回路2Gは、ダイオード21〜29及びコンデンサ31〜38を備えている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ35の他端及びコンデンサ37の一端に接続され、アノードがダイオード28のカソードに接続されている。
ダイオード28は、カソードがコンデンサ36の他端及びコンデンサ38の一端に接続され、アノードがダイオード29のカソードに接続されている。
ダイオード29は、カソードがコンデンサ37の他端に接続され、アノードがコンデンサ38の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。
第8の実施形態のスナバ回路2Gの基本的な動作は、第6の実施形態及び第7の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
上述したように、第8の実施形態のスナバ回路2Gにおいて、コンデンサ31〜38の各容量を適切に選択することで、ターンオフ動作時における配線インダクタンス5に起因する半導体スイッチ4aに印加される電圧の跳ね上がりは、コンデンサ31〜38の各電圧により、直流電源11の電圧V11の5/4倍程度に抑制可能となる。したがって、第7の実施形態に比べ、ターンオフ動作時における半導体スイッチ4aの電圧の跳ね上がりは、直流電源11の電圧V11の4/3倍から5/4倍となり、より小さな電圧値に抑制することが可能となる。なお、出力電流が逆向きにおける半導体スイッチ4bのターンオンおよびターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Gは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード29を備え、ダイオード21のカソードとダイオード22のアノードとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のカソードとダイオード23のアノードとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード23のカソードとダイオード24のアノードとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のカソードとダイオード25のアノードとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード25のカソードとダイオード26のアノードとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のカソードとダイオード27のアノードとの間に接続されたコンデンサ36と、ダイオード27のカソードとダイオード28のアノードとの間に接続されたコンデンサ36と、ダイオード28のカソードとダイオード29のアノードとの間に接続されたコンデンサ37と、を備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2G内のコンデンサ31〜38に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜38において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Gにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
上述の第6の実施形態から第8の実施形態のスナバ回路は、コンデンサ及びダイオードの数に限定されない。例えば、図14に示すように、スナバ回路2Hは、2n+2個のコンデンサ及び2n+3個のダイオードを備えるようにしてもよい。その場合、ターンオフ動作時における半導体スイッチ4aの電圧の跳ね上がりは、直流電源11の電圧V11の(n+1)/n倍に抑制可能である。その際、ダイオードは、少なくとも5個以上が望ましい。なお、図14に示すスナバ回路Hは、第6の実施形態から第8の実施形態のスナバ回路を一般化したものである。すなわち、第6の実施形態から第8の実施形態のスナバ回路は、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4において、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dと負極端子4eとの間に、直流電源11を短絡させない向きで順次直列接続された2n+3個(nは正の整数)のダイオードと、上側の前記ダイオードのカソードと下側の前記ダイオードのアノードとの間の各々に接続されたコンデンサと、を備える。
(第9の実施形態)
以下、第9の実施形態におけるスナバ回路2Iについて、図面を用いて説明する。図15は、本発明の第9の実施形態におけるスナバ回路2Iの構成例を示す図である。第9の実施形態のスナバ回路2Iは、図2に示す第1の実施形態のスナバ回路2_1に対して、リアクトル71〜73を追加し、かつ配線インダクタンス5の代わりにリアクトル50が接続されている構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図15に示すように、スナバ回路2Iは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2Iは、半導体ブリッジ回路4の電圧や電流の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊の防止とターンオン時のソフトスイッチング動作を実現する。
スナバ回路2Iは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード25、リアクトル71、リアクトル73、スナバユニット201及びスナバユニット202を備えている。
ダイオード21は、カソードがコンデンサ34の一端、コンデンサ32の一端及び半導体ブリッジ回路4の正極端子4dに接続され、アノードがリアクトル71の一端に接続されている。
ダイオード22は、カソードがコンデンサ31の一端及びリアクトル71の他端に接続され、アノードがダイオード23のカソードに接続されている。
ダイオード23は、カソードがコンデンサ32の他端に接続され、アノードがリアクトル72の一端に接続されている。
ダイオード24は、カソードのコンデンサ33の一端及びリアクトル72の他端に接続され、アノードがダイオード25のカソードに接続されている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ34の他端に接続され、アノードがリアクトル73の一端に接続されている。
リアクトル73の他端は、コンデンサ33の他端、コンデンサ31の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。
次に、第9の実施形態のスナバ回路2Iの動作について説明する。
まず、図15において、半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態から、半導体スイッチ4aがターンオフする動作について説明する。
半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態である場合、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路で流れている。そして、出力電流は、交流出力端子4cから、例えばモータ等の負荷に出力される。このとき、配線インダクタンス5に出力電流が流れるため、配線インダクタンス5にエネルギーが蓄積される。
この状態から半導体スイッチ4aをターンオフする。まず、出力電流は、最初に直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ34→ダイオード24→コンデンサ33の経路、及び直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ32→ダイオード22→コンデンサ31の経路に分流する。そして、分流した出力電流は、半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流する。
配線インダクタンス5の電流エネルギーは、スナバ回路2Iの内部コンデンサであるコンデンサ31〜34の充電により吸収される。そして、出力電流は、コンデンサ31〜34の電圧を上昇させながら最終的には直流電源11→直流電源負極端子11e→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作に伴う転流動作は完了となる。ここで、半導体スイッチ素子42aがターンオフ動作する前に、リアクトル50に蓄えられていた電流エネルギーは、ターンオフ動作の後にスナバ回路2Iの内部コンデンサであるコンデンサ31〜34に転嫁され、コンデンサ31〜34の各々の電圧上昇分の電圧エネルギーに変換されている。
次に、上記の半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作が完了した状態から、再度半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合について説明する。
ターンオフ動作が完了した状態から半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合、直流電源11→直流電源負極端子11e→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に流れていた出力電流は、直流電源11→直流電源負極端子11e→リアクトル73→ダイオード25→コンデンサ34の経路、直流電源11→直流電源負極端子11e→コンデンサ33→リアクトル72→ダイオード23→コンデンサ32の経路、及び直流電源11→直流電源負極端子11e→コンデンサ31→リアクトル71→ダイオード21の経路の3つに分流しながら半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流し、スナバ回路2Iの内部コンデンサであるコンデンサ31〜34に蓄えられていたターンオフ動作時のエネルギーを放出する。これにより、コンデンサ31〜34の電圧は、徐々に減少していく。そして、最終的には、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ4aのターンオン動作に伴う転流動作は完了する。この転流動作における上述した3つの経路は、リアクトル71〜73及びリアクトル50の少なくともいずれか1つを有している。したがって、半導体スイッチ素子42aのターンオン動作は、半導体ブリッジ回路4に流れる急峻な電流変化(di/dt)を抑制するソフトスイッチングのZCS(Zero Current Switch)動作となり、半導体スイッチ4aの低損失化が可能となる。
半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作は、出力電流がリアクトル71〜73を経由しないため、第1の実施形態と同様の動作となる。なお、出力電流が逆向きにおける半導体スイッチ4bのターンオン動作およびターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Iは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード25を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34とを備える。そして、スナバ回路2Iは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜73と、をさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2I内のコンデンサ31〜34に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜34において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Iにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Iから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
(第10の実施形態)
以下、第10の実施形態におけるスナバ回路2Jについて、図面を用いて説明する。図16は、本発明の第10の実施形態におけるスナバ回路2Jの構成例を示す図である。第10の実施形態のスナバ回路2Jは、図4に示す第2の実施形態のスナバ回路2A_1に対して、リアクトル71〜74を追加し、かつ配線インダクタンス5の代わりにリアクトル50が接続されている構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図16に示すように、スナバ回路2Jは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2Jは、半導体ブリッジ回路4の電圧や電流の急峻な立ち上がりを防止することで、半導体ブリッジ回路4のソフトスイッチング動作を実現する。
スナバ回路2Jは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード27、を備えている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ34の他端に接続され、アノードがダイオード26のカソードに接続されている。
ダイオード26は、カソードがコンデンサ35の一端に接続されており、アノードがダイオード27のカソードに接続されている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ36の他端に接続されており、アノードがコンデンサ35の他端、コンデンサ33の他端、コンデンサ31の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。コンデンサ36の一端は、ダイオード21のカソードに接続されている。
スナバ回路2Jは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード25、ダイオード27、リアクトル71〜リアクトル74、スナバユニット201、スナバユニット202及びスナバユニット203を備えている。
ダイオード26は、カソードがリアクトル73の他端及びコンデンサ35の一端に接続され、アノードがダイオード27のカソードに接続されている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ36の他端に接続され、アノードがリアクトル74の一端に接続されている。
リアクトル74の他端は、コンデンサ35の他端、コンデンサ33の他端、コンデンサ31の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。
次に、第10の実施形態のスナバ回路2Jの動作について説明する。
まず、図16において、半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態から、半導体スイッチ4aがターンオフする動作について説明する。
半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態である場合、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路で流れている。そして、出力電流は、交流出力端子4cから、例えばモータ等の負荷に出力される。このとき、配線インダクタンス5に出力電流が流れるため、リアクトル50にエネルギーが蓄積される。
この状態から半導体スイッチ4aをターンオフすると出力電流は、最初に直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ36→ダイオード26→コンデンサ35の経路、直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ34→ダイオード24→コンデンサ33の経路、及び直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ32→ダイオード22→コンデンサ31の経路の3つの経路に分流しながら半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流する。
配線インダクタンス5の電流エネルギーは、スナバ回路2Jの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36の充電により吸収される。そして、出力電流は、コンデンサ31〜36の電圧を上昇させながら最終的には直流電源11→直流電源負極端子11e→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作に伴う転流動作は完了となる。ここで、半導体スイッチ素子42aがターンオフ動作する前に、リアクトル50に蓄えられていた電流エネルギーは、ターンオフ動作の後にスナバ回路2Jの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36に転嫁され、コンデンサ31〜36の各々の電圧上昇分の電圧エネルギーに変換されている。
次に、上記の半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作が完了した状態から、再度半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合について説明する。
ターンオフ動作が完了した状態から半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合、直流電源11→直流電源負極端子11e→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に流れていた出力電流は、直流電源11→直流電源負極端子11e→リアクトル74→ダイオード27→コンデンサ36の経路、直流電源11→直流電源負極端子11e→コンデンサ35→リアクトル73→ダイオード25→コンデンサ34の経路、直流電源11→直流電源負極端子11e→コンデンサ33→リアクトル72→ダイオード23→コンデンサ32の経路、及び直流電源11→直流電源負極端子11e→コンデンサ31→リアクトル71→ダイオード21の経路の4つに分流しながら半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に一旦瞬時に転流し、スナバ回路2Jの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36に蓄えられていたターンオフ動作時のエネルギーを放出する。これにより、コンデンサ31〜36の電圧は、徐々に減少していく。そして、最終的には、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ4aのターンオン動作に伴う転流動作は完了する。この転流動作における上述した4つの経路は、リアクトル71〜74及びリアクトル50の少なくともいずれか1つを有している。したがって、半導体スイッチ素子42aのターンオン動作は、半導体ブリッジ回路4に流れる急峻な電流変化(di/dt)を抑制するソフトスイッチングのZCS動作となり、半導体スイッチ4aの低損失化が可能となる。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Jは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ36とを備える。そして、スナバ回路2Jは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜74と、をさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2J内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Jにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Jから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
上述の第9の実施形態及び第10の実施形態のスナバ回路は、コンデンサ及びダイオードの数に限定されない。例えば、図17に示すように、スナバ回路2Kは、2n(nは正の整数)+2個のコンデンサ、2n+3個のダイオード及びn+2個のリアクトルを備えるようにしてもよい。スナバ回路2Kは、図6に示すスナバ回路2Bにn+2個のリアクトルを追加した構成である。その際、ダイオードは、少なくとも5個以上が望ましい。なお、図17に示すスナバ回路2Kは、第9の実施形態及び第10の実施形態のスナバ回路を一般化したものである。すなわち、したがって、第9の実施形態又は第10の実施形態のスナバ回路は、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4において、半導体ブリッジ回路の正極端子4dと負極端子4eとの間に、直流電源11を短絡させない向きで順次直列接続された複数のダイオードと、隣接したダイオードの直列接続点の各々と正極端子4d又は負極端子4eとの間に接続されたコンデンサと、を備え、直列接続点は、ダイオードが直列接続された順番にコンデンサを介して正極端子4dと負極端子4eとに交互に接続される。そして、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトルと、をさらに備える。
(第11の実施形態)
以下、第11の実施形態におけるスナバ回路2Lについて、図面を用いて説明する。図18は、本発明の第11の実施形態におけるスナバ回路2Lの構成例を示す図である。第11の実施形態のスナバ回路2Lは、第4の実施形態のスナバ回路2Cにリアクトル71〜73を追加し、かつ配線インダクタンス5の代わりにリアクトル50が接続されている構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図18に示すように、スナバ回路2Lは、第1のユニット210_1及び第2のユニット220_1を備えている。第1のユニット210_1は、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。第1のユニット210_1は、半導体ブリッジ回路4の電圧や電流の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊の防止とターンオン時のソフトスイッチング動作を実現する。第2のユニット220_1は、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。第2のユニット220_1は、半導体ブリッジ回路4の電圧や電流の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊の防止とターンオン時のソフトスイッチング動作を実現する。
第1のユニット210_1は、ダイオード21、ダイオード23、リアクトル71、リアクトル72及びスナバユニット201を備えている。
ダイオード21は、カソードがコンデンサ32の一端及び半導体ブリッジ回路4の正極端子4dに接続され、アノードがリアクトル71の一端に接続されている。
ダイオード22は、カソードがコンデンサ31の一端及びリアクトル71の他端に接続され、アノードがダイオード23のカソードに接続されている。
ダイオード23は、カソードがコンデンサ32の他端に接続され、アノードがリアクトル72の一端に接続されている。
コンデンサ31の他端は、半導体ブリッジ回路4の負極端子4e及び直流電源負極端子11eに接続されている。
第2のユニット220_1は、ダイオード25、リアクトル73及びスナバユニット202を備えている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ34の他端に接続され、アノードがリアクトル73の一端に接続されている。
リアクトル73の他端は、半導体ブリッジ回路4_1の負極端子4e_1、コンデンサ33の他端及び直流電源負極端子11eに接続されている。
ダイオード24は、カソードがコンデンサ33の一端及びリアクトル72の他端に接続され、アノードがダイオード25のカソード及びコンデンサ34の他端に接続されている。なお、本実施形態のスナバ回路2Lの動作は、第9の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Lは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路の正極端子から負極端子の間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード25を備え、ダイオード22のカソードと半導体ブリッジ回路の負極端子との間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと半導体ブリッジ回路の正極端子との間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと半導体ブリッジ回路の負極端子との間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと半導体ブリッジ回路の正極端子との間に接続されたコンデンサ34とを備える。そして、スナバ回路2Lは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、半導体ブリッジ回路の正極端子又は半導体ブリッジ回路の負極端子から奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜73と、をさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2L内のコンデンサ31〜34に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜34において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路のターンオン時に半導体ブリッジ回路の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Lにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Lから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
(第12の実施形態)
以下、第12の実施形態におけるスナバ回路2Mについて、図面を用いて説明する。図19は、本発明の第12の実施形態におけるスナバ回路2Mの構成例を示す図である。第12の実施形態のスナバ回路2Mは、第5の実施形態のスナバ回路2Dにリアクトル71〜74を追加し、かつ配線インダクタンス5の代わりにリアクトル50が接続されている構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図19に示すように、スナバ回路2Mは、第1のユニット210_1、第2のユニット220_1及び第3のユニット230_1を備えている。
第3のユニット230_1は、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。第3のユニット230_1は、半導体ブリッジ回路4の電圧や電流の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊の防止とターンオン時のソフトスイッチング動作を実現する。
第3のユニット230_1は、ダイオード27、リアクトル74及びスナバユニット203を備えている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ36の他端に接続され、アノードがリアクトル74の一端に接続されている。
リアクトル74の他端は、半導体ブリッジ回路4_1の負極端子4e_1、コンデンサ35の他端及び直流電源負極端子11eに接続されている。
ダイオード26は、カソードがコンデンサ35の一端及びリアクトル73の他端に接続され、アノードがダイオード27のカソード及びコンデンサ36の他端に接続されている。なお、本実施形態のスナバ回路2Mの動作は、第9の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Mは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子から負極端子の間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと半導体ブリッジ回路4の負極端子との間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと半導体ブリッジ回路4の正極端子との間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと半導体ブリッジ回路4の負極端子との間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと半導体ブリッジ回路4の正極端子との間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと半導体ブリッジ回路4の負極端子との間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと半導体ブリッジ回路4の正極端子との間に接続されたコンデンサ36とを備える。そして、スナバ回路2Mは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、半導体ブリッジ回路4の正極端子又は半導体ブリッジ回路4の負極端子から奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜74と、をさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2M内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Mにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Mから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
(第13の実施形態)
以下、第13の実施形態におけるスナバ回路2Nについて、図面を用いて説明する。図20は、本発明の第13の実施形態におけるスナバ回路2Nの構成例を示す図である。第13の実施形態のスナバ回路2Nは、第6の実施形態のスナバ回路2E_1にリアクトル71〜73を追加し、かつ配線インダクタンス5の代わりにリアクトル50が接続されている構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
スナバ回路2Nは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード25、スナバユニット201及びスナバユニット202を備えている。
ダイオード21は、カソードがコンデンサ31の一端及び半導体ブリッジ回路4の正極端子4dに接続され、アノードがリアクトル71の一端に接続されている。
ダイオード22は、カソードがコンデンサ32の一端及びリアクトル71の他端に接続され、アノードがダイオード23のカソードに接続されている。
ダイオード23は、カソードがコンデンサ31の他端及びコンデンサ33の一端に接続され、アノードがリアクトル72の一端に接続されている。
ダイオード24は、カソードがコンデンサ32の他端、リアクトル72の他端及びコンデンサ34の一端に接続され、アノードがダイオード25のカソードに接続されている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ33の他端に接続され、アノードがリアクトル73の一端に接続されている。
リアクトル73の他端は、コンデンサ34の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。なお、本実施形態のスナバ回路2Nの動作は、第9の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Nは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード25を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34とを備える。そして、スナバ回路2Nは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜73と、をさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2N内のコンデンサ31〜34に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜34において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Nにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Nから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
(第14の実施形態)
以下、第14の実施形態におけるスナバ回路2Oについて、図面を用いて説明する。図21は、本発明の第14の実施形態におけるスナバ回路2Oの構成例を示す図である。第14の実施形態のスナバ回路2Oは、第7の実施形態のスナバ回路2F_1にリアクトル71〜74を追加し、かつ配線インダクタンス5の代わりにリアクトル50が接続されている構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
スナバ回路2Oは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード25、ダイオード27、リアクトル71〜74、スナバユニット201〜203を備えている。
ダイオード25は、カソードがコンデンサ33の他端及びコンデンサ35の一端に接続され、アノードがリアクトル73の一端に接続されている。
ダイオード26は、カソードがリアクトル73の他端及びコンデンサ36の一端に接続され、アノードがダイオード27のカソードに接続されている。
ダイオード27は、カソードがコンデンサ35の他端に接続され、アノードがリアクトル74の一端に接続されている。リアクトル74の他端は、コンデンサ36の他端及び半導体ブリッジ回路4の負極端子4eに接続されている。なお、本実施形態のスナバ回路2Oの動作は、第9の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Oは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ36とを備える。そして、スナバ回路2Oは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜74と、をさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2O内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Oにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Oから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
(第15の実施形態)
以下、第15の実施形態におけるスナバ回路2Pについて、図面を用いて説明する。図22は、本発明の第15の実施形態におけるスナバ回路2Pの構成例を示す図である。第15の実施形態のスナバ回路2Pは、第10の実施形態におけるスナバ回路2Jに対してスナバユニット202内のダイオード24が組ダイオード24xとして構成されている。さらに、第15の実施形態のスナバ回路2Pは、第10の実施形態におけるスナバ回路2Jに対してコンデンサ30xが追加された構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図22に示すように、スナバ回路2Pは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2Pは、半導体ブリッジ回路4の電圧や電流の急峻な立ち上がりを抑制することで、半導体ブリッジ回路4のサージ電圧破壊の防止とターンオン時およびターンオフ時のソフトスイッチング動作を実現する。
スナバ回路2Pは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード25、ダイオード27、リアクトル71〜リアクトル74、コンデンサ30x、スナバユニット201、スナバユニット202_1及びスナバユニット203を備えている。
スナバユニット202_1は、コンデンサ33、コンデンサ34及び組ダイオード24xを備えている。
組ダイオード24xは、補助ダイオード24x1及び補助ダイオード24x2を備えている。補助ダイオード24x1は、カソードが補助ダイオード24x2のアノードに接続され、アノードがコンデンサ34の他端及びダイオード25のカソードに接続されている。
補助ダイオード24x2は、カソードがコンデンサ33の一端及びリアクトル72の他端に接続されている。
コンデンサ30xは、補助ダイオード24x1及び補助ダイオード24x2の直列接続点と、半導体スイッチ4a及び半導体スイッチ4bの直列接続点との間に介挿されている。
次に、第15の実施形態のスナバ回路2Pの動作について説明する。
まず、図22において、半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態から、半導体スイッチ4aがターンオフする動作について説明する。
半導体スイッチ4aがON状態、且つ半導体スイッチ4bがOFF状態である場合、出力電流は直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路で流れている。そして、出力電流は、交流出力端子4cから、例えばモータ等の負荷に出力される。このとき、リアクトル50に出力電流が流れるため、リアクトル50にエネルギーが蓄積される。
この状態から半導体スイッチ4aをターンオフすると出力電流は、最初に直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ34→補助ダイオード24x1→コンデンサ30x→交流出力端子4cの経路に一旦転流する。そして、コンデンサ30xの放電に伴い、交流出力端子4cの電位は、急峻な電圧変化(dv/dt)が抑制されながら半導体ブリッジ回路4の正極端子4dの電位から負極端子4eの電位まで下がる。その後、出力電流は直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ36→ダイオード26→コンデンサ35の経路、直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ34→組ダイオード24x→コンデンサ3c3の経路、及び直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→コンデンサ32→ダイオード22→コンデンサ31の経路の3経路に分流しながら半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に転流する。リアクトル50の電流エネルギーは、スナバ回路2Pの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36の充電により吸収される。出力電流は、コンデンサ31〜36の電圧を上昇させながら、最終的には直流電源11→直流電源負極端子11e→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作に伴う転流動作は完了となる。この際に、半導体スイッチ4aのターンオフ動作は、コンデンサ30xの放電に伴い、交流出力端子4cの急峻な電圧変化(dv/dt)が抑制され、ソフトスイッチングのZVS(Zero Voltage Switch)動作になる。ここで、半導体スイッチ4aがターンオフ動作の前に、リアクトル50に蓄えられていた電流エネルギーは、ターンオフ動作の後にスナバ回路2Pの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36に転嫁され、コンデンサ31〜36の各々の電圧上昇分の電圧エネルギーに変換されている。
次に、上記の半導体スイッチ素子42aのターンオフ動作が完了した状態から、再度半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合について説明する。
ターンオフ動作が完了した状態から半導体スイッチ素子42aをターンオンした場合、直流電源11→直流電源負極端子11e→半導体スイッチ素子42b→交流出力端子4cの経路に流れていた出力電流は、直流電源11→直流電源負極端子11e→リアクトル74→ダイオード27→コンデンサ36の経路、直流電源11→直流電源負極端子11e→リアクトル74→コンデンサ35→リアクトル73→ダイオード25→コンデンサ34の経路、直流電源11→直流電源負極端子11e→リアクトル74→コンデンサ33→リアクトル72→ダイオード23→コンデンサ32の経路、及び直流電源11→直流電源負極端子11e→リアクトル74→コンデンサ31→リアクトル71→ダイオード21の経路の4つの経路に分流しながら半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に転流を開始し、スナバ回路2Pの内部コンデンサであるコンデンサ31〜36に蓄えられていたターンオフ時のエネルギーを放出していく。さらに上記経路における転流が進み、半導体スイッチ素子42bに流れていた電流が0(ゼロ)になると、コンデンサ30xの充電が開始される。そのコンデンサ30xの充電に伴い交流出力端子4cの電位は、急峻な電圧変化(dv/dt)が抑制されながら上昇していく。
そして、最終的には、出力電流は、直流電源11→直流電源正極端子11d→リアクトル50→半導体スイッチ素子42a→交流出力端子4cの経路に全て転流する。これにより、半導体スイッチ4aのターンオン動作に伴う転流動作は完了する。この転流動作における上述した3つの経路は、リアクトル71〜73及びリアクトル50の少なくともいずれか1つを有している。したがって、半導体スイッチ素子42aのターンオン動作は、半導体ブリッジ回路4に流れる急峻な電流変化(di/dt)を抑制するソフトスイッチングのZCS動作となり、半導体スイッチ4aの低損失化が可能となる。また、前回のターンオフ動作時に、コンデンサ31〜36に蓄えられコンデンサ電圧を上昇させた電圧エネルギーは、今回のターンオン動作の過程の中で出力電流の転流に伴い出力(半導体ブリッジ回路4の負荷)側に放出される。したがって、原理的には、スナバ回路2Pにおいて損失を発生させない。さらに、半導体スイッチ4aのターンオン動作に伴うダイオード41bの逆回復動作においても、リアクトル71〜73による急峻な電流変化(di/dt)の抑制とコンデンサ30xによる急峻な電圧変化(dv/dt)の抑制により、ZVS動作となっている。なお、出力電流が逆向きにおける半導体スイッチ素子42bのターンオン動作及びターンオフ動作においても、回路の対称性より同様の効果が得られるため、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Pは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ36とを備える。そして、スナバ回路2Pは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜74と、をさらに備える。また、正極端子4d又は負極端子4eから偶数番目のダイオードの少なくともいずれかのダイオード、例えばダイオード24が2つの補助ダイオードの直列接続による組ダイオード24xであり、組ダイオード24xの直列接続点と半導体ブリッジ回路4の直列接続点との間にコンデンサ30xをさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路P内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Pにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Pから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
(第16の実施形態)
以下、第16の実施形態におけるスナバ回路2Qについて、図面を用いて説明する。図23は、本発明の第16の実施形態におけるスナバ回路2Qの構成例を示す図である。第16の実施形態のスナバ回路2Qは、第10の実施形態におけるスナバ回路2Jに対してダイオード22が組ダイオード23x、ダイオード24が組ダイオード24x、及びダイオード26が組ダイオード25xとして構成されている。さらに、第16の実施形態のスナバ回路2Qは、第10の実施形態におけるスナバ回路2Jに対してコンデンサ30x、コンデンサ31x及びコンデンサ32xが追加された構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図23に示すように、スナバ回路2Qは、直流電源11及び半導体ブリッジ回路4との間に並列に接続されている。スナバ回路2Qは、半導体ブリッジ回路4の電圧や電流の急峻な立ち上がりを防止することで、半導体ブリッジ回路4のソフトスイッチング動作を実現する。
スナバ回路2Qは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード25、ダイオード27、リアクトル71〜リアクトル74、コンデンサ30x〜32x、スナバユニット201_1、スナバユニット202_1及びスナバユニット203_1を備えている。
スナバユニット201_1は、コンデンサ31、コンデンサ32及び組ダイオード23xを備えている。
組ダイオード23xは、補助ダイオード23x1及び補助ダイオード23x2を備えている。補助ダイオード23x1は、カソードが補助ダイオード23x2のアノードに接続され、アノードがコンデンサ32の他端及びダイオード23のカソードに接続されている。
補助ダイオード23x2は、カソードがコンデンサ31の一端及びリアクトル71の他端に接続されている。
コンデンサ31xは、補助ダイオード23x1及び補助ダイオード23x2の直列接続点と、半導体スイッチ4a及び半導体スイッチ4bの直列接続点との間に介挿されている。
スナバユニット203_1は、コンデンサ35、コンデンサ36及び組ダイオード25xを備えている。
組ダイオード25xは、補助ダイオード25x1及び補助ダイオード25x2を備えている。補助ダイオード25x1は、カソードが補助ダイオード25x2のアノードに接続され、アノードがコンデンサ36の他端及びダイオード27のカソードに接続されている。
補助ダイオード25x2は、カソードがコンデンサ35の一端及びリアクトル73の他端に接続されている。
コンデンサ32xは、補助ダイオード25x1及び補助ダイオード25x2の直列接続点と、半導体スイッチ4a及び半導体スイッチ4bの直列接続点との間に介挿されている。
第16の実施形態におけるスナバ回路2Qは、第15の実施形態におけるスナバ回路2Pのコンデンサ30xの機能(ターンオフ動作時における半導体ブリッジ回路の急峻な電流変化(dv/dt)の抑制機能)を、コンデンサ30x〜32xに分散させている。第16の実施形態におけるスナバ回路2Qの基本的な動作については、第15の実施形態と同様であるため詳細説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Qは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ36とを備える。そして、スナバ回路2Qは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜74と、をさらに備える。また、正極端子4d又は負極端子4eから偶数番目のダイオードの少なくともいずれかのダイオード、例えばダイオード22、24、26が2つの補助ダイオードの直列接続による組ダイオード23x、24x、25xであり、組ダイオード23x、24x、25xの各々の直列接続点と半導体ブリッジ回路4の直列接続点との間にコンデンサ30x、31x、32xをさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路Q内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Qにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Qから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
(第17の実施形態)
以下、第17の実施形態におけるスナバ回路2Rについて、図面を用いて説明する。図24は、本発明の第17の実施形態におけるスナバ回路2Rの構成例を示す図である。第17の実施形態のスナバ回路2Rは、第14の実施形態におけるスナバ回路2Oに対して、ダイオード24が組ダイオード24xとして構成されている。さらに、第17の実施形態のスナバ回路2Rは、第14の実施形態におけるスナバ回路2Oに対してコンデンサ30xが追加された構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
スナバ回路2Rは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード25、ダイオード27、リアクトル71〜74、スナバユニット201、スナバユニット202_1、スナバユニット203及びコンデンサ30xを備えている。
補助ダイオード24x1は、アノードがコンデンサ33の他方及びダイオード25のカソードに接続され、アノードが補助ダイオード24x2のアノードに接続されている。
補助ダイオード24x2は、アノードが補助ダイオード24x1のカソードに接続され、カソードがコンデンサ34の一端及びリアクトル72の他端に接続されている。なお、第17の実施形態におけるスナバ回路2Rの基本的な動作については、第15の実施形態と同様であるため詳細説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Rは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ36とを備える。そして、スナバ回路2Rは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜74と、をさらに備える。また、正極端子4d又は負極端子4eから偶数番目のダイオードの少なくともいずれかのダイオード、例えばダイオード24が2つの補助ダイオードの直列接続による組ダイオード24xであり、組ダイオード24xの直列接続点と半導体ブリッジ回路4の直列接続点との間にコンデンサ30xをさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2R内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Rにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Rから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
(第18の実施形態)
以下、第18の実施形態におけるスナバ回路2Sについて、図面を用いて説明する。図25は、本発明の第18の実施形態におけるスナバ回路2Sの構成例を示す図である。第18の実施形態のスナバ回路2Sは、第14の実施形態におけるスナバ回路2Oに対して、ダイオード22が組ダイオード23x、ダイオード24が組ダイオード24x、及びダイオード26が組ダイオード25xとして構成されている。さらに、第18の実施形態のスナバ回路2Sは、第14の実施形態におけるスナバ回路2Oに対してコンデンサ30x、コンデンサ31x及びコンデンサ32xが追加された構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図25に示すように、スナバ回路2Sは、ダイオード21、ダイオード23、ダイオード25、ダイオード27、リアクトル71〜74、スナバユニット201_1、スナバユニット202_1及びスナバユニット203_1及びコンデンサ30x〜32xを備えている。
補助ダイオード23x1は、アノードがコンデンサ31の他方及びダイオード23のカソードに接続され、アノードが補助ダイオード23x2のアノードに接続されている。
補助ダイオード23x2は、アノードが補助ダイオード23x1のカソードに接続され、カソードがコンデンサ32の一端及びリアクトル71の他端に接続されている。
補助ダイオード25x1は、アノードがコンデンサ35の他方及びダイオード27のカソードに接続され、カソードが補助ダイオード24x2のアノードに接続されている。
補助ダイオード25x2は、アノードが補助ダイオード25x1のカソードに接続され、カソードがコンデンサ36の一端及びリアクトル74の他端に接続されている。なお、第18の実施形態におけるスナバ回路2Sの基本的な動作については、第15の実施形態と同様であるため詳細説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Sは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子4dから負極端子4eの間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと負極端子4eとの間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと正極端子4dとの間に接続されたコンデンサ36とを備える。そして、スナバ回路2Sは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、正極端子4d又は負極端子4eから奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜74と、をさらに備える。また、正極端子4d又は負極端子4eから偶数番目のダイオードの少なくともいずれかのダイオード、例えばダイオード22、24、26が2つの補助ダイオードの直列接続による組ダイオード23x、24x、25xであり、組ダイオード23x、24x、25xの各々の直列接続点と半導体ブリッジ回路4の直列接続点との間にコンデンサ30x、31x、32xをさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2S内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Sにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Sから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
(第19の実施形態)
以下、第19の実施形態におけるスナバ回路2Tについて、図面を用いて説明する。図26は、本発明の第19の実施形態におけるスナバ回路2Tの構成例を示す図である。第19の実施形態のスナバ回路2Tは、第12の実施形態におけるスナバ回路2Mに対して、ダイオード22が組ダイオード23x、ダイオード24が組ダイオード24x、及びダイオード26が組ダイオード25xとして構成されている。さらに、第19の実施形態のスナバ回路2Tは、第12の実施形態におけるスナバ回路2Mに対してコンデンサ30x、コンデンサ31x及びコンデンサ32xが追加された構成である。なお、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。
図26に示すように、スナバ回路2Tは、第1のユニット210_2、第2のユニット220_2及び第3のユニット230_2を備えている。
第1のユニット210_2は、ダイオード21、ダイオード23、リアクトル71、リアクトル72、コンデンサ32x及びスナバユニット201_1を備えている。
補助ダイオード23x1は、アノードがコンデンサ32の他方及びダイオード23のカソードに接続され、カソードが補助ダイオード23x2のアノードに接続されている。
補助ダイオード23x2は、アノードが補助ダイオード23x1のカソードに接続され、カソードがコンデンサ31の一端及びリアクトル71の他端に接続されている。
ダイオード21は、アノードがリアクトル71の一端に接続され、カソードがコンデンサ32の一端及び正極端子4dに接続されている。
ダイオード23は、アノードがリアクトル72の一端に接続され、カソードがコンデンサ32の他端に接続されている。
コンデンサ32xは、補助ダイオード23x1及び補助ダイオード23x2の直列接続点と、半導体スイッチ4a及び半導体スイッチ4bの直列接続点との間に介挿されている。
第2のユニット220_2は、ダイオード25、リアクトル73、コンデンサ30x及びスナバユニット202_1を備えている。
補助ダイオード24x1は、アノードがコンデンサ34の他端及びダイオード25のカソードに接続され、カソードが補助ダイオード24x2のアノードに接続されている。
補助ダイオード24x2は、アノードが補助ダイオード24x1のカソードに接続され、カソードがコンデンサ33の一端及びリアクトル72の他端に接続されている。
ダイオード25は、アノードがリアクトル73の一端に接続され、カソードがコンデンサ34の他端に接続されている。
コンデンサ30xは、補助ダイオード24x1及び補助ダイオード24x2の直列接続点と、半導体スイッチ4a_1及び半導体スイッチ4b_1の直列接続点との間に介挿されている。
第3のユニット230_2は、ダイオード27、リアクトル74、コンデンサ31x及びスナバユニット203_1を備えている。
補助ダイオード25x1は、アノードがコンデンサ36の他端及びダイオード27のカソードに接続され、カソードが補助ダイオード25x2のアノードに接続されている。
補助ダイオード25x2は、アノードが補助ダイオード25x1のカソードに接続され、カソードがコンデンサ35の一端及びリアクトル73の他端に接続されている。
ダイオード27は、アノードがリアクトル74の一端に接続され、カソードがコンデンサ36の他端に接続されている。
リアクトル74の他端は、負極端子4e_2に接続されている。
コンデンサ31xは、補助ダイオード25x1及び補助ダイオード25x2の直列接続点と、半導体スイッチ4a_2及び半導体スイッチ4b_2の直列接続点との間に介挿されている。
なお、第19の実施形態におけるスナバ回路2Tの基本的な動作については、第15の実施形態と同様であるため詳細説明を省略する。
上述したように、本実施形態のスナバ回路2Tは、直流電源11の直流電源正極端子11dと直流電源負極端子11eとの間に並列に接続される半導体ブリッジ回路4に適用されるスナバ回路であって、半導体ブリッジ回路4の正極端子から負極端子の間に直流電源11を短絡させない向きに直列接続されたダイオード21〜ダイオード27を備え、ダイオード22のカソードと半導体ブリッジ回路4の負極端子との間に接続されたコンデンサ31と、ダイオード22のアノードと半導体ブリッジ回路4の正極端子との間に接続されたコンデンサ32と、ダイオード24のカソードと半導体ブリッジ回路4の負極端子との間に接続されたコンデンサ33と、ダイオード24のアノードと半導体ブリッジ回路4の正極端子との間に接続されたコンデンサ34と、ダイオード26のカソードと半導体ブリッジ回路4の負極端子との間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード26のアノードと半導体ブリッジ回路4の正極端子との間に接続されたコンデンサ36とを備える。そして、スナバ回路2Tは、直流電源11と半導体ブリッジ回路4の間に接続されたリアクトル50と、半導体ブリッジ回路4の正極端子又は半導体ブリッジ回路4の負極端子から奇数番目のダイオードに直列接続されたリアクトル71〜74と、をさらに備える。また、半導体ブリッジ回路4正極端子又は半導体ブリッジ回路4の負極端子から偶数番目のダイオードの少なくともいずれかのダイオード、例えばダイオード22、24、26が2つの補助ダイオードの直列接続による組ダイオード23x、24x、25xであり、組ダイオード23x、24x、25xの各々の直列接続点と半導体ブリッジ回路4の直列接続点との間にコンデンサ30x、31x、32xをさらに備える。これにより、半導体ブリッジ回路4のターンオフ動作時に配線インダクタンス5に蓄えられたエネルギーは、スナバ回路2T内のコンデンサ31〜36に一旦吸収することができる。さらにコンデンサ31〜36において蓄えられたエネルギーを半導体ブリッジ回路4のターンオン時に半導体ブリッジ回路4の交流側に抵抗要素や可制御半導体素子(スイッチ)を用いずに放出することができる。したがって、従来方式に比較してスナバ回路2Tにおける電気エネルギーの損失と部品点数の両方または一方を削減することができ、装置の小形、低価格化、低損失化に寄与する。さらにソフトスイッチング動作により、スナバ回路2Tから放出されるEMIノイズが原理的に少なくなるため、ハードスイッチング方式の一般的な方式に比較してEMI対策が容易になる。
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
上述の実施形態において、4つのリアクトル71〜74を同一鉄心で4つの巻線を備えた1つのリアクトルとしてもよい。例えば、図27は、第15の実施形態のスナバ回路2Pに対して、4つのリアクトル71〜74を同一鉄心で4つの巻線を備えた1つのリアクトルとしたスナバ回路の構成である。
また、上述の実施形態において、直流電源正極端子11dとスナバ回路との間にリアクトル50が接続されているが、これに限定されない。例えば、リアクトル50を物理的な配線に存在する配線インダクタンス5で代用してもよい。これにより、例えば、ZCS化のために必要となるインダクタンス値が相対的に小さくなる高周波スイッチングの半導体ブリッジ回路や装置のサイズが大きくなる大容量の半導体ブリッジ回路に対してスナバ回路を適用する場合には、配線インダクタンスでの代用が簡易に実現可能となる。
2…スナバ回路、4…半導体ブリッジ回路、4a、4b…半導体スイッチ、11…直流電源、5、6…配線インダクタンス、リアクトル…50、31〜38…コンデンサ

Claims (6)

  1. 直流電源の正極と負極との間に並列に接続される半導体ブリッジ回路において、
    前記半導体ブリッジ回路の正極端子と負極端子との間に、前記直流電源を短絡させない向きで順次直列接続された少なくとも5個以上のダイオードと、
    隣接した前記ダイオードの接続点の各々と前記正極端子又は前記負極端子との間に接続されたコンデンサと、
    を備え、
    前記接続点は、前記ダイオードが直列接続された順番にコンデンサを介して前記正極端子と前記負極端子とに交互に接続されるスナバ回路。
  2. 直流電源の正極と負極との間に並列に接続される半導体ブリッジ回路において、
    前記半導体ブリッジ回路の正極端子と負極端子との間に、前記直流電源を短絡させない向きで順次直列接続された少なくとも5個以上のダイオードと、
    上側の前記ダイオードのカソードと下側の前記ダイオードのアノードとの間の各々に接続されたコンデンサと、
    を備えるスナバ回路。
  3. 前記直流電源と前記半導体ブリッジ回路の間に接続された第1のリアクトルと、
    前記正極端子又は前記負極端子から奇数番目の前記ダイオードに直列接続された第2のリアクトルと、
    をさらに備える請求項1又は請求項2に記載のスナバ回路。
  4. 前記第1のリアクトルが前記直流電源からの配線によるインダクタンス成分である請求項3に記載のスナバ回路。
  5. 前記正極端子又は前記負極端子から偶数番目の前記ダイオードの少なくともいずれかの前記ダイオードが2つの補助ダイオードの直列接続による組ダイオードであり、
    前記組ダイオードの直列接続点と前記半導体ブリッジ回路の直列接続点との間の各々にコンデンサをさらに備えた請求項3又は請求項4に記載のスナバ回路。
  6. 複数の前記第2のリアクトルの鉄心を共通とする請求項3から請求項5のいずれか一項に記載のスナバ回路。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019132702A1 (de) 2019-01-30 2020-07-30 Fuji Electric Co., Ltd. Begrenzungsvorrichtung und leistungsumsetzungsvorrichtung
JP2020145774A (ja) * 2019-03-04 2020-09-10 富士電機株式会社 半導体装置およびスナバ装置
JP2020150648A (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 富士電機株式会社 スナバモジュール、スナバ装置および電力変換装置
JP2020150786A (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 富士電機株式会社 スナバモジュール、スナバ装置および電力変換装置
JP2020198734A (ja) * 2019-06-04 2020-12-10 富士電機株式会社 電力変換装置
KR20210008334A (ko) * 2019-07-08 2021-01-21 썬그로우 파워 서플라이 컴퍼니 리미티드 고전압 배터리 클러스터 및 과전류 보호 회로 및 고전압 배터리 클러스터의 스위치 박스
JP2021035289A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 富士電機株式会社 スナバ回路および電力変換装置
JP2021035287A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 富士電機株式会社 スナバ回路および電力変換装置
DE102021131508A1 (de) 2021-01-14 2022-07-14 Fuji Electric Co., Ltd. Dämpfungsvorrichtung und stromrichter

Cited By (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111509965B (zh) * 2019-01-30 2024-06-14 富士电机株式会社 缓冲装置及电力转换装置
CN111509965A (zh) * 2019-01-30 2020-08-07 富士电机株式会社 缓冲装置及电力转换装置
JP2020124023A (ja) * 2019-01-30 2020-08-13 富士電機株式会社 スナバ装置および電力変換装置
US11165333B2 (en) * 2019-01-30 2021-11-02 Fuji Electric Co., Ltd. Snubber device and power conversion apparatus
DE102019132702A1 (de) 2019-01-30 2020-07-30 Fuji Electric Co., Ltd. Begrenzungsvorrichtung und leistungsumsetzungsvorrichtung
JP7215194B2 (ja) 2019-01-30 2023-01-31 富士電機株式会社 スナバ装置および電力変換装置
JP2020145774A (ja) * 2019-03-04 2020-09-10 富士電機株式会社 半導体装置およびスナバ装置
JP7222270B2 (ja) 2019-03-04 2023-02-15 富士電機株式会社 半導体装置およびスナバ装置
CN111697804B (zh) * 2019-03-13 2025-05-23 富士电机株式会社 吸收模块、吸收装置及功率转换装置
CN111697804A (zh) * 2019-03-13 2020-09-22 富士电机株式会社 吸收模块、吸收装置及功率转换装置
JP2020150786A (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 富士電機株式会社 スナバモジュール、スナバ装置および電力変換装置
US11218070B2 (en) 2019-03-13 2022-01-04 Fuji Electric Co., Ltd. Snubber module, snubber apparatus and power conversion apparatus
JP2020150648A (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 富士電機株式会社 スナバモジュール、スナバ装置および電力変換装置
JP2020198734A (ja) * 2019-06-04 2020-12-10 富士電機株式会社 電力変換装置
JP7456095B2 (ja) 2019-06-04 2024-03-27 富士電機株式会社 電力変換装置
JP2021532707A (ja) * 2019-07-08 2021-11-25 サングロー パワー サプライ カンパニー リミテッド 高電圧バッテリクラスター及びその過電流保護回路、スイッチボックス
KR102541790B1 (ko) * 2019-07-08 2023-06-12 썬그로우 파워 서플라이 컴퍼니 리미티드 고전압 배터리 클러스터 및 과전류 보호 회로 및 고전압 배터리 클러스터의 스위치 박스
KR20210008334A (ko) * 2019-07-08 2021-01-21 썬그로우 파워 서플라이 컴퍼니 리미티드 고전압 배터리 클러스터 및 과전류 보호 회로 및 고전압 배터리 클러스터의 스위치 박스
US11942775B2 (en) 2019-07-08 2024-03-26 Sungrow Power Supply Co., Ltd. High voltage battery cluster, and overcurrent protection circuit and switch box thereof
JP7374919B2 (ja) 2019-07-08 2023-11-07 サングロー パワー サプライ カンパニー リミテッド 高電圧バッテリクラスター及びその過電流保護回路、スイッチボックス
CN112448571A (zh) * 2019-08-29 2021-03-05 富士电机株式会社 缓冲电路及电力变换装置
JP7276006B2 (ja) 2019-08-29 2023-05-18 富士電機株式会社 スナバ回路および電力変換装置
JP7276005B2 (ja) 2019-08-29 2023-05-18 富士電機株式会社 スナバ回路および電力変換装置
US11152851B2 (en) 2019-08-29 2021-10-19 Fuji Electric Co., Ltd. Snubber circuit and power conversion apparatus
CN112448570A (zh) * 2019-08-29 2021-03-05 富士电机株式会社 缓冲电路及电力变换装置
JP2021035287A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 富士電機株式会社 スナバ回路および電力変換装置
JP2021035289A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 富士電機株式会社 スナバ回路および電力変換装置
US11146168B2 (en) 2019-08-29 2021-10-12 Fuji Electric Co., Ltd. Snubber circuit and power conversion apparatus
CN112448570B (zh) * 2019-08-29 2025-06-03 富士电机株式会社 缓冲电路及电力变换装置
CN112448571B (zh) * 2019-08-29 2025-09-30 富士电机株式会社 缓冲电路及电力变换装置
US11632038B2 (en) 2021-01-14 2023-04-18 Fuji Electric Co., Ltd. Snubber apparatus and power conversion apparatus
DE102021131508A1 (de) 2021-01-14 2022-07-14 Fuji Electric Co., Ltd. Dämpfungsvorrichtung und stromrichter

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