JP2755601B2 - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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- JP2755601B2 JP2755601B2 JP63181536A JP18153688A JP2755601B2 JP 2755601 B2 JP2755601 B2 JP 2755601B2 JP 63181536 A JP63181536 A JP 63181536A JP 18153688 A JP18153688 A JP 18153688A JP 2755601 B2 JP2755601 B2 JP 2755601B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電力用半導体デバイスを複数個直列接続して
構成した電力変換器のスナバ回路に関する。
構成した電力変換器のスナバ回路に関する。
（従来の技術） 電力用半導体デバイスを用いて電力変換器を構成し、
電力変換する装置は、多くの分野で用いられている。半
導体デバイスの電圧変化率抑制用に用いられているスナ
バ回路は第４図に示すようなものが一般的である。第４
図において、１はゲートターンオフサイリスタ（以下GT
Oと記す）、２はダイオード、３は抵抗、４はコンデン
サである。このスナバ回路はGTOのターンオフ時の電圧
上昇率を抑制するために設けている。すなわち、GTO1が
オンしており、コンデンサ４の電圧がゼロの状態でGTO1
をオフすると、ダイオード２を介して、コンデンサ４を
充電電流が流れるためGTO1には急激な電圧変化が生じな
い。GTO1がオンすると、コンデンサ４の充電エネルギー
は抵抗３を通して消費される。この動作による抵抗の消
費電力は充電電圧の大きさ、コンデンサの容量、スイッ
チング回数によって定まる。
電力変換する装置は、多くの分野で用いられている。半
導体デバイスの電圧変化率抑制用に用いられているスナ
バ回路は第４図に示すようなものが一般的である。第４
図において、１はゲートターンオフサイリスタ（以下GT
Oと記す）、２はダイオード、３は抵抗、４はコンデン
サである。このスナバ回路はGTOのターンオフ時の電圧
上昇率を抑制するために設けている。すなわち、GTO1が
オンしており、コンデンサ４の電圧がゼロの状態でGTO1
をオフすると、ダイオード２を介して、コンデンサ４を
充電電流が流れるためGTO1には急激な電圧変化が生じな
い。GTO1がオンすると、コンデンサ４の充電エネルギー
は抵抗３を通して消費される。この動作による抵抗の消
費電力は充電電圧の大きさ、コンデンサの容量、スイッ
チング回数によって定まる。
抵抗による消費電力をなくしたスナバ回路は、例えば
J.C.BENDIEN etal“RECOVERY CIRCUIT FOR SNUBBER ENE
RGY IN POWER ELECTRONIC APPLICATIONS WITH HIGH SWI
TCHING FREQUENCIES"16th Annual IEEE PESC 1985,p165
に述べられている。第５図は電圧型インバータにおける
回路構成例で、交流１相分の上下アームを示した。図
で、５は正側の直流端子、６は負側直流端子、７は交流
端子、８はアノードリアクトル、9,10はGTO、11,12は帰
還ダイオード、13,15はダイオード、14,16はコンデン
サ、17は回生回路である。アノードリアクトル８はGTO
9,10のスイッチオン時に急激な電流が流れないように電
流変化分の抑制効果を持たせている。正側の直流端子５
の電位よりも少し大きめの電位を同図Ａ点に与えてお
く。いま、GTO9がオン、GTO10がオフの状態で、交流端
子から電流が流れている状態を考える。このとき交流端
子の電位は正側の直流端子５の電位と等しい。この状態
からGTO9をオフし、GTO10をオンすると、交流端子７か
ら流れだしている電流は、帰還ダイオード12を通る電流
と、アノードリアクトル８、ダイオード13、コンデンサ
14を通る電流により供給されることになる。コンデンサ
14が充電され、Ｂ点の電位がＡ点の電位より大きくなる
と、ダイオード15を介しコンデンサ16および回生回路17
に電流が流れる。アノードリアクトル８に流れていた電
流がゼロになると交流端子から流れ出る電流はすべて帰
還ダイオード12を通って流れる。このときコンデンサ14
はコンデンサ16と同じ電圧で充電されている。次に、GT
O10をオフし、GTO9をオンすると、交流端子電流から流
れ出している電流は、帰還ダイオードからアノードリア
クトル８、GTO9に徐々に移管し、交流端子の電位は正側
の直流端子の電位と等しくなる。このとき、コンデンサ
14に充電されていた電荷はダイオード15を通してコンデ
ンサ16および回生回路17に流れる。このようにコンデン
サ14に蓄えられたエネルギーは回生回路17に導かれ、そ
の出力は電力変換された後インバータの直流回路、ある
いは他の回路に回生される。
J.C.BENDIEN etal“RECOVERY CIRCUIT FOR SNUBBER ENE
RGY IN POWER ELECTRONIC APPLICATIONS WITH HIGH SWI
TCHING FREQUENCIES"16th Annual IEEE PESC 1985,p165
に述べられている。第５図は電圧型インバータにおける
回路構成例で、交流１相分の上下アームを示した。図
で、５は正側の直流端子、６は負側直流端子、７は交流
端子、８はアノードリアクトル、9,10はGTO、11,12は帰
還ダイオード、13,15はダイオード、14,16はコンデン
サ、17は回生回路である。アノードリアクトル８はGTO
9,10のスイッチオン時に急激な電流が流れないように電
流変化分の抑制効果を持たせている。正側の直流端子５
の電位よりも少し大きめの電位を同図Ａ点に与えてお
く。いま、GTO9がオン、GTO10がオフの状態で、交流端
子から電流が流れている状態を考える。このとき交流端
子の電位は正側の直流端子５の電位と等しい。この状態
からGTO9をオフし、GTO10をオンすると、交流端子７か
ら流れだしている電流は、帰還ダイオード12を通る電流
と、アノードリアクトル８、ダイオード13、コンデンサ
14を通る電流により供給されることになる。コンデンサ
14が充電され、Ｂ点の電位がＡ点の電位より大きくなる
と、ダイオード15を介しコンデンサ16および回生回路17
に電流が流れる。アノードリアクトル８に流れていた電
流がゼロになると交流端子から流れ出る電流はすべて帰
還ダイオード12を通って流れる。このときコンデンサ14
はコンデンサ16と同じ電圧で充電されている。次に、GT
O10をオフし、GTO9をオンすると、交流端子電流から流
れ出している電流は、帰還ダイオードからアノードリア
クトル８、GTO9に徐々に移管し、交流端子の電位は正側
の直流端子の電位と等しくなる。このとき、コンデンサ
14に充電されていた電荷はダイオード15を通してコンデ
ンサ16および回生回路17に流れる。このようにコンデン
サ14に蓄えられたエネルギーは回生回路17に導かれ、そ
の出力は電力変換された後インバータの直流回路、ある
いは他の回路に回生される。
（発明が解決しようとする課題） 近年、電力変換器も大容量化が盛んであり、また電力
用半導体デバイスもGTOや、静電容量形サイリスタ（SI
サイリスタ）、IGBTなど高速でスイッチング可能なデバ
イスが応用されつつある。このような高速スイッチング
デバイスを一つのアームに複数の直列接続し、高い電圧
の変換装置を実現しようとする場合、第５図で示したよ
うなスナバ回路が実現できない。また、第４図で示した
回路では、高い周波数でスイッチングする場合に抵抗の
消費電力が大きく、変換装置として効率が低下したり、
抵抗及びこの抵抗に消費される消費電力を処理する冷却
装置が大きくなり、装置が大きくなる。
用半導体デバイスもGTOや、静電容量形サイリスタ（SI
サイリスタ）、IGBTなど高速でスイッチング可能なデバ
イスが応用されつつある。このような高速スイッチング
デバイスを一つのアームに複数の直列接続し、高い電圧
の変換装置を実現しようとする場合、第５図で示したよ
うなスナバ回路が実現できない。また、第４図で示した
回路では、高い周波数でスイッチングする場合に抵抗の
消費電力が大きく、変換装置として効率が低下したり、
抵抗及びこの抵抗に消費される消費電力を処理する冷却
装置が大きくなり、装置が大きくなる。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電力用
半導体デバイスを直列接続してなる電力変換器に適した
スナバ回路を具現することを目的とする。
半導体デバイスを直列接続してなる電力変換器に適した
スナバ回路を具現することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明では直列接続された電力用素子２個を１組と
し、１組毎に正側電力用素子にはアノード側にコンデン
サを持つダイオード−コンデンサスナバ、負側電力用素
子にはカソード側にコンデンサを持つダイオード−コン
デンサスナバを接続し、それぞれのダイオードとコンデ
ンサの接続点の間に回生回路を接続する構成とする。
し、１組毎に正側電力用素子にはアノード側にコンデン
サを持つダイオード−コンデンサスナバ、負側電力用素
子にはカソード側にコンデンサを持つダイオード−コン
デンサスナバを接続し、それぞれのダイオードとコンデ
ンサの接続点の間に回生回路を接続する構成とする。
（作用） このような構成では、そのアームがオフになったとき
個々のデバイスに接続されているコンデンサにはダイオ
ードを介して充電され、電圧上昇率を抑制でき、オンに
なったときは回生回路の入力端にコンデンサに充電され
ていたエネルギーが流れ込む。
個々のデバイスに接続されているコンデンサにはダイオ
ードを介して充電され、電圧上昇率を抑制でき、オンに
なったときは回生回路の入力端にコンデンサに充電され
ていたエネルギーが流れ込む。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、イン
バータに応用する場合の１アーム分を示した。５は正側
直流端子、６は負側直流端子、７は交流端子、34,35は
アノードリアクトル、36,37,22〜29はダイオード、40,4
1,30〜33はコンデンサ、38,39は回生回路、18〜19はGTO
である。
バータに応用する場合の１アーム分を示した。５は正側
直流端子、６は負側直流端子、７は交流端子、34,35は
アノードリアクトル、36,37,22〜29はダイオード、40,4
1,30〜33はコンデンサ、38,39は回生回路、18〜19はGTO
である。
いま、第１図で上側アーム、すなわちGTO18,19がオン
しており、下側アームのGTO20,21がオフしており、交流
端子の電流は流れ出る方向で一定であるという状態から
考える。回生回路38,39は、それぞれコンデンサ40,41の
電圧が常にΔｅになるように制御されているとする。こ
のとき、上側アームがオンで下側アームがオフであるこ
とから正側直流端子５の電位をVdc、コンデンサ30,31の
電圧はＯ、コンデンサ32,33にはそれぞれVdc/2の電圧が
かかっているとする。また交流端子からの電流はアノー
ドリアクトル34および、GTO18,19を流れている。つぎに
上側アーム、すなわちGTO18,19をオフし、下側アーム、
GTO20,21をオンする。交流端子７から流れだしている電
流は、アノードリアクトル34、コンデンサ30、ダイオー
ド26,27、コンデンサ31を通る電流と、アノードリアク
トル35、帰還ダイオード25,24を通る電流より供給され
ることになる。アノードリアクトルのエネルギーはコン
デンサ30,31に充電され、やがてアノードリアクトル34
の電流はゼロとなり、交流端子の電流はすべてアノード
リアクトル35、帰還ダイオード25,24を流れるようにな
る。そして、交流端子電圧がゼロ（負側交流端子電圧の
電位）となる。このとき、コンデンサ30,31の電圧の和
が、Vdc＋Δｅより大きければ交流端子７、コンデンサ3
1、コンデンサ40と回生回路38、ダイオード36、コンデ
ンサ30、アノードリアクトル34を電流が流れるモードが
でき、コンデンサ30,31の電圧はそれぞれ（Vdc＋Δｅ）
/2となる。このとき回生回路38および正側直流端子に電
流が流れるために電力の回生が行われる。回生回路38に
ついては、本発明の主要部分ではないので省略するが、
入力電圧Δｅが一定に保たれるよう制御されているとす
る。
しており、下側アームのGTO20,21がオフしており、交流
端子の電流は流れ出る方向で一定であるという状態から
考える。回生回路38,39は、それぞれコンデンサ40,41の
電圧が常にΔｅになるように制御されているとする。こ
のとき、上側アームがオンで下側アームがオフであるこ
とから正側直流端子５の電位をVdc、コンデンサ30,31の
電圧はＯ、コンデンサ32,33にはそれぞれVdc/2の電圧が
かかっているとする。また交流端子からの電流はアノー
ドリアクトル34および、GTO18,19を流れている。つぎに
上側アーム、すなわちGTO18,19をオフし、下側アーム、
GTO20,21をオンする。交流端子７から流れだしている電
流は、アノードリアクトル34、コンデンサ30、ダイオー
ド26,27、コンデンサ31を通る電流と、アノードリアク
トル35、帰還ダイオード25,24を通る電流より供給され
ることになる。アノードリアクトルのエネルギーはコン
デンサ30,31に充電され、やがてアノードリアクトル34
の電流はゼロとなり、交流端子の電流はすべてアノード
リアクトル35、帰還ダイオード25,24を流れるようにな
る。そして、交流端子電圧がゼロ（負側交流端子電圧の
電位）となる。このとき、コンデンサ30,31の電圧の和
が、Vdc＋Δｅより大きければ交流端子７、コンデンサ3
1、コンデンサ40と回生回路38、ダイオード36、コンデ
ンサ30、アノードリアクトル34を電流が流れるモードが
でき、コンデンサ30,31の電圧はそれぞれ（Vdc＋Δｅ）
/2となる。このとき回生回路38および正側直流端子に電
流が流れるために電力の回生が行われる。回生回路38に
ついては、本発明の主要部分ではないので省略するが、
入力電圧Δｅが一定に保たれるよう制御されているとす
る。
つぎに下側アーム、すなわちGTO20,21をオフし、上側
アーム、GTO18,19をオンした場合を考える。交流端子７
から流れ出している電流は、アノードリアクトル35、帰
還ダイオード25,24を通る電流と、アノードリアクトル3
4、GTO18,19を通る電流より供給され、交流端子７の電
位は徐々に上昇する。このとき、GTO18,19がオンしてい
るため、コンデンサ30、コンデンサ31のエネルギーが、
コンデンサ40および回生回路38に移動する。つまり、ダ
イオード36、コンデンサ30、GTO18,19、コンデンサ31、
コンデンサ40と回生回路38の順に電流が流れる。やが
て、交流端子７から流れ出る電流はすべてアノードリア
クトル34、GTO18,19から供給されるようになる。コンデ
ンサ30,31の電圧は各々Δe/2となるまで回生回路に電流
が流れる。このように上側アームのコンデンサに蓄積さ
れたエネルギーはGTOのスイッチング毎に回生回路38に
導かれる。下側アームのコンデンサに蓄えられたエネル
ギーについても同様な動作で回生回路39に導かれる。
アーム、GTO18,19をオンした場合を考える。交流端子７
から流れ出している電流は、アノードリアクトル35、帰
還ダイオード25,24を通る電流と、アノードリアクトル3
4、GTO18,19を通る電流より供給され、交流端子７の電
位は徐々に上昇する。このとき、GTO18,19がオンしてい
るため、コンデンサ30、コンデンサ31のエネルギーが、
コンデンサ40および回生回路38に移動する。つまり、ダ
イオード36、コンデンサ30、GTO18,19、コンデンサ31、
コンデンサ40と回生回路38の順に電流が流れる。やが
て、交流端子７から流れ出る電流はすべてアノードリア
クトル34、GTO18,19から供給されるようになる。コンデ
ンサ30,31の電圧は各々Δe/2となるまで回生回路に電流
が流れる。このように上側アームのコンデンサに蓄積さ
れたエネルギーはGTOのスイッチング毎に回生回路38に
導かれる。下側アームのコンデンサに蓄えられたエネル
ギーについても同様な動作で回生回路39に導かれる。
（効果） 以上示したように本実施例では、直列接続した１組の
GTOのダイオードとコンデンサによるスナバ回路でコン
デンサの充電エネルギーを有効に回生回路に導くことが
できる。また、本実施例は第２図のように、GTOを複数
個、直列接続した場合も同様の効果が得られる。但し第
２図においての各要素は、第１図の同一番号の要素に対
応する。
GTOのダイオードとコンデンサによるスナバ回路でコン
デンサの充電エネルギーを有効に回生回路に導くことが
できる。また、本実施例は第２図のように、GTOを複数
個、直列接続した場合も同様の効果が得られる。但し第
２図においての各要素は、第１図の同一番号の要素に対
応する。
第３図は本発明の他の実施例を示す構成図であり、4
2,43は抵抗で、他の要素は第１図で示した同一番号の要
素に対応する。第１の実施例では上側アームがオンして
いるときでもコンデンサ30,31の電圧はΔe/2であった。
このような条件で、上側アームをオフすると、GTOにオ
フ時ステップ状にΔｅの電圧が加わり、場合によっては
GTOに悪影響を及ぼすことが考えられる。本実施例で
は、GTO18,19がオンの期間中にコンデンサのエネルギー
を抵抗42を介して放電させるために、上側アームがオフ
する場合、GTOに過酷なストレスが加わることなく、よ
り安定な動作が得られる。
2,43は抵抗で、他の要素は第１図で示した同一番号の要
素に対応する。第１の実施例では上側アームがオンして
いるときでもコンデンサ30,31の電圧はΔe/2であった。
このような条件で、上側アームをオフすると、GTOにオ
フ時ステップ状にΔｅの電圧が加わり、場合によっては
GTOに悪影響を及ぼすことが考えられる。本実施例で
は、GTO18,19がオンの期間中にコンデンサのエネルギー
を抵抗42を介して放電させるために、上側アームがオフ
する場合、GTOに過酷なストレスが加わることなく、よ
り安定な動作が得られる。
実施例では回生回路38,39を設けたが、これを抵抗で
置き換え、一括してスナバエネルギーの消費を行っても
よい。
置き換え、一括してスナバエネルギーの消費を行っても
よい。
以上のように本発明では、電力用素子を複数個直列接
続して構成した変換器で、効果的なスナバ回路により効
率の改善が可能となり、回生回路をモジュール化すれば
装置の小型化が可能となる。
続して構成した変換器で、効果的なスナバ回路により効
率の改善が可能となり、回生回路をモジュール化すれば
装置の小型化が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図、第３
図は本発明の他の実施例を示す構成図、第４図は従来の
スナバ回路、第５図は回生回路を含む従来のスナバ回路
の構成図である。 1,9,10,18,19,20,21…ゲートターンオフサイリスタ（GT
O） 2,13,15,26,27,28,29,36,37…ダイオード 3,42,43…抵抗 4,14,16,30,31,32,33,40,41…コンデンサ ５…正側直流端子 ６…負側直流端子 8,34,35…アノードリアクトル 11,12,22,23,24,25…帰還ダイオード 17,38,39…回生回路
図は本発明の他の実施例を示す構成図、第４図は従来の
スナバ回路、第５図は回生回路を含む従来のスナバ回路
の構成図である。 1,9,10,18,19,20,21…ゲートターンオフサイリスタ（GT
O） 2,13,15,26,27,28,29,36,37…ダイオード 3,42,43…抵抗 4,14,16,30,31,32,33,40,41…コンデンサ ５…正側直流端子 ６…負側直流端子 8,34,35…アノードリアクトル 11,12,22,23,24,25…帰還ダイオード 17,38,39…回生回路
Claims (1)
- 【請求項１】電力用素子を１つの片側アームにつき複数
個直列接続してなる電力変換装置において、直列に接続
した電力用素子２個を１組とし、それぞれの組につい
て、正側の電力用素子のアノード端子からコンデンサ、
ダイオードのアノード端子、カソード端子の順に直列接
続した第１の電圧変化率抑制用スナバ回路と、負側の電
力用素子のアノード端子からダイオードのアノード端
子、カソード端子、コンデンサの順に直列接続した第２
の電圧変化率抑制用スナバ回路と、前記第１の電圧変化
率抑制用スナバ回路のコンデンサとダイオードの接続点
より前記第２の電圧変化率抑制用スナバ回路のダイオー
ドとコンデンサの接続点に設けられた回生回路とを具備
したことを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63181536A JP2755601B2 (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63181536A JP2755601B2 (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0232755A JPH0232755A (ja) | 1990-02-02 |
| JP2755601B2 true JP2755601B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=16102494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63181536A Expired - Lifetime JP2755601B2 (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2755601B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927636U (ja) * | 1982-08-16 | 1984-02-21 | 株式会社安川電機 | ゲ−ト・タ−ン・オフ・サイリスタのスナバ回路 |
-
1988
- 1988-07-22 JP JP63181536A patent/JP2755601B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0232755A (ja) | 1990-02-02 |
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