JP2002199737A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
グ損失の低減を図る。 【解決手段】 直列に接続したスイッチング素子SP
1、SN1のそれぞれに、ダイオードFP1、FN1を
逆並列に、コンデンサCP1、CN1を並列に接続す
る。ダイオードSFN1が逆並列に接続されたスイッチ
ング素子SSN1とダイオードDFN1のカソード側と
を接続し、スイッチング素子SSN1及びダイオードD
FN1の接続点とスイッチング素子SP1及びSN1の
接続点との間に、リアクトルLN1とこれにアノード側
が接続されたダイオードDN1とを接続する。直流電源
1と並列に、直流電源分割用のコンデンサC1 及びC2
と前記スイッチング素子SP1及びSN1とを接続し、
低電圧側のコンデンサC2 の両端に前記スイッチング素
子SSN1及びダイオードDFN1を接続し、スイッチ
ング素子SP1、SN1のオンオフに同期してスイッチ
ング素子SSN1をオンオフさせる。
Description
ング素子を組み込み、直流電力の出力電力の制御、或い
は直流電力と交流電力との間で一方から他方に電力変換
するようにした電力変換装置に関し、特に、そのスイッ
チング損失を低減するようにした電力変換装置に関す
る。
を作る三相インバータは、例えば図10に示すように構
成されている。すなわち、半導体スイッチング素子SW
が二つずつ直列に接続されてこれが3組形成され、各半
導体スイッチング素子SWn(n=1〜6)には、逆並
列にダイオードDn(n=1〜6)が接続されている。
そして、直流電源1の両端にコンデンサC及び各相に対
応する3組の直列に接続された半導体スイッチング素子
SWnが接続されると共に、各半導体スイッチング素子
どうしの接続点に負荷2が接続されている。そして、例
えばPWM制御によって所定のタイミングで各半導体ス
イッチング素子SWnをオンオフ動作させることによっ
て、直流電源の直流電力が三相交流電力に変換されて負
荷に供給されるようになっている。
グ素子を用いた電力変換回路においては、半導体スイッ
チング素子のオンオフ動作時に過電圧が生じることが知
られており、これを抑制するために、スナバ回路が設け
られている。このスナバ回路としては、例えば図11
(a)に示すように、抵抗Rとこれと直列に接続された
コンデンサCとから構成されるもの、また、例えば図1
1(b)に示すように、ダイオードDとそのカソード側
に接続されたコンデンサCとこれらの接続点に接続され
た抵抗Rとから構成されるもの等が知られている。そし
て、これらスナバ回路は、図10に示すように電力変換
回路を構成する各半導体スイッチング素子と並列に接続
されたり、又は直流電源1のプラスとマイナス間に一括
して接続されるようになっている。
来の電力変換装置にあっては、半導体スイッチング素子
はいわゆるハードスイッチング状態となるため、ターン
オン及びターンオフでのdv/dtが非常に高いために
スイッチング損失が大きく、さらに大きなノイズを発生
する。また、スナバ回路は過電圧を抑制するだけのもの
であるため、それぞれ程度は違うもののスナバ損失が発
生するという問題がある。
問題に着目してなされたものであり、半導体スイッチン
グ素子両端電圧が零の状態でターンオン及びターンオフ
動作をするいわゆるZVS(Zero Voltage
Switching)を実現し、半導体スイッチング
素子のスイッチング損失を限りなく零に近づけてノイズ
を低減すると共に、半導体スイッチング素子の過電圧を
抑制しスナバ損失を低減することの可能な電力変換装置
を提供することを目的としている。
に、本発明の請求項1に係る電力変換装置は、複数の半
導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチン
グ素子を制御することによって、直流電源の出力電力を
制御するようにした電力変換装置において、第1の半導
体スイッチング素子及び第2の半導体スイッチング素子
が直列に接続され且つ前記第1及び第2の半導体スイッ
チング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続される
と共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが
並列に接続された主スイッチング部と、当該主スイッチ
ング部と並列に接続され且つ同一容量値を有する直列に
接続された二つのコンデンサと、前記第1及び第2の半
導体スイッチング素子の接続点に接続された第1の補助
回路部と、を備え、当該第1の補助回路部は、逆並列に
ダイオードが接続された第1の補助スイッチング素子及
びこれと直列に接続された第1の補助ダイオードから構
成され且つ前記二つのコンデンサのうちの低電位側のコ
ンデンサの両端に接続された第1の直列接続部と、前記
第1の補助スイッチング素子及び前記第1の補助ダイオ
ードの接続点に接続された第1の共振用リアクトルと、
当該第1の共振用リアクトルと前記第1及び第2の半導
体スイッチング素子の接続点との間に接続された第2の
補助ダイオードと、から構成されることを特徴としてい
る。
数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイ
ッチング素子を制御することによって、直流電源の出力
電力を制御するようにした電力変換装置において、第1
の半導体スイッチング素子及び第2の半導体スイッチン
グ素子が直列に接続され且つ前記第1及び第2の半導体
スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続
されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデ
ンサが並列に接続された主スイッチング部と、当該主ス
イッチング部と並列に接続され且つ同一容量値を有する
直列に接続された二つのコンデンサと、前記第1及び第
2の半導体スイッチング素子の接続点に接続された第2
の補助回路部と、を備え、当該第2の補助回路部は、第
3の補助ダイオード及び当該第3の補助ダイオードと直
列に接続されると共に逆並列にダイオードが接続された
第2の補助スイッチング素子から構成され且つ前記二つ
のコンデンサのうち高電位側のコンデンサの両端に接続
された第2の直列接続部と、前記第3の補助ダイオード
及び前記第2の補助スイッチング素子の接続点に接続さ
れた第2の共振用リアクトルと、当該第2の共振用リア
クトルと前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の
接続点との間に接続された第4の補助ダイオードと、か
ら構成されることを特徴としている。
数の半導体スイッチング素子を含む変換モジュールと、
当該変換モジュールと並列に接続され且つ同一容量値を
有する直列に接続された二つのコンデンサとを備え、前
記半導体スイッチング素子を制御することによって、直
流電力及び交流電力間で一方から他方へ電力変換するよ
うにした電力変換装置であって、前記変換モジュール
は、第1の半導体スイッチング素子及び第2の半導体ス
イッチング素子が直列に接続され且つ前記第1及び第2
の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオー
ドが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振
用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、
前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の接続点に
それぞれ接続された第1の補助回路部及び第2の補助回
路部と、を有し、前記第1の補助回路部は、逆並列にダ
イオードが接続された第1の補助スイッチング素子及び
これと直列に接続された第1の補助ダイオードから構成
され且つ前記二つのコンデンサのうちの低電位側のコン
デンサの両端に接続された第1の直列接続部と、前記第
1の補助スイッチング素子及び前記第1の補助ダイオー
ドの接続点に接続された第1の共振用リアクトルと、当
該第1の共振用リアクトルと前記第1及び第2の半導体
スイッチング素子の接続点との間に接続された第2の補
助ダイオードと、から構成され、前記第2の補助回路部
は、第3の補助ダイオード及び当該第3の補助ダイオー
ドと直列に接続されると共に逆並列にダイオードが接続
された第2の補助スイッチング素子から構成され且つ前
記二つのコンデンサのうち高電位側のコンデンサの両端
に接続された第2の直列接続部と、前記第3の補助ダイ
オード及び前記第2の補助スイッチング素子の接続点に
接続された第2の共振用リアクトルと、この第2の共振
用リアクトルと前記第1及び第2の半導体スイッチング
素子の接続点との間に接続された第4の補助ダイオード
と、から構成されることを特徴としている。
記請求項3記載の電力変換装置において、前記変換モジ
ュールを二組有し、直流電力と単相交流電力との間で電
力変換を行うことを特徴としている。また、請求項5に
係る電力変換装置は、上記請求項3記載の電力変換装置
において、前記変換モジュールを三組有し、直流電力と
三相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴として
いる。
数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイ
ッチング素子を制御することによって、直流電力と交流
電力との間で一方から他方へ電力変換するようにした電
力変換装置において、第1の半導体スイッチング素子及
び第2の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ
前記第1及び第2の半導体スイッチング素子それぞれに
逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオード
のそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された複数
の主スイッチング部と、これら主スイッチング部と並列
に接続され且つ同一容量値を有する直列に接続された二
つのコンデンサと、前記各主スイッチング部の第1及び
第2の半導体スイッチング素子の接続点に接続される第
3の補助回路部と、を備え、当該第3の補助回路部は、
逆並列にダイオードが接続された第3の補助スイッチン
グ素子及びこれと直列に接続された第5の補助ダイオー
ドから構成され且つ前記二つのコンデンサのうちの低電
位側のコンデンサの両端に接続された第3の直列接続部
と、第6の補助ダイオード及び当該第6の補助ダイオー
ドと直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続され
た第4の補助スイッチング素子から構成され且つ前記二
つのコンデンサのうち高電位側のコンデンサの両端に接
続された第4の直列接続部と、前記主スイッチング部毎
に設けられ且つ第7の補助ダイオード及び第8の補助ダ
イオードが直列に接続されると共にこれら補助ダイオー
ドどうしの接続点が前記主スイッチング部の半導体スイ
ッチング素子どうしの接続点に接続されるダイオード接
続部と、前記第3の補助スイッチング素子及び前記第5
の補助ダイオードの接続点と前記ダイオード接続部の前
記第7の補助ダイオード側との間に接続された第3の共
振用リアクトルと、前記第6の補助ダイオード及び前記
第4の補助スイッチング素子の接続点と前記ダイオード
接続部の前記第8の補助ダイオード側との間に接続され
た第4の共振用リアクトルと、から構成されることを特
徴としている。
記請求項6記載の電力変換装置において、前記主スイッ
チング部及び前記ダイオード接続部をそれぞれ二組有
し、直流電力と単相交流電力との間で電力変換を行うこ
とを特徴としている。さらに、請求項8に係る電力変換
装置は、上記請求項6記載の電力変換装置において、前
記主スイッチング部及び前記ダイオード接続部をそれぞ
れ三組有し、直流電力と三相交流電力との間で電力変換
を行うことを特徴としている。
いては、例えば、直流電力の出力電力値を変換する場合
或いは交流電力に変換する場合等、前記第1の半導体ス
イッチング素子をターンオンし且つ第2の半導体スイッ
チング素子をターンオフする場合には、まず第1の補助
スイッチング素子を導通させ、第1の共振用リアクトル
に電流を流しこれを増加させた後、第2の半導体スイッ
チング素子をターンオフさせて第1の共振用リアクトル
と共振用コンデンサを共振させ、第2の半導体スイッチ
ング素子と並列に接続された共振用コンデンサを充電す
ると共に他方の共振用コンデンサを放電させる。そし
て、この共振用コンデンサの放電が終了した後、第1の
共振用リアクトルを流れる電流が、前記第1の半導体ス
イッチング素子と逆並列に接続されたダイオードに還流
している間に前記第1の半導体スイッチング素子をター
ンオンし、第1の補助スイッチング素子を遮断する。
ーンオフし且つ第2の半導体スイッチング素子をターン
オンする場合には、第2の補助スイッチング素子を導通
させ、第2の共振用リアクトルに電流を流しこれを増加
させた後、第1の半導体スイッチング素子をターンオフ
させて第2の共振用リアクトルと共振用コンデンサとを
共振させ、第1の半導体スイッチング素子と並列に接続
された共振用コンデンサを充電すると共に他方の共振用
コンデンサを放電させる。そして、この共振用コンデン
サの放電が終了した後、第2の共振用リアクトルを流れ
る電流が、前記第2のスイッチング素子と逆並列に接続
されたダイオードに還流している間に前記第2の半導体
スイッチング素子をターンオンし、第2の補助スイッチ
ング素子を遮断する。
2の半導体スイッチング素子をターンオン或いはターン
オフする場合には零電圧スイッチング状態となって、ス
イッチング損失の低減を図ることが可能となる。なお、
前述の、第3の補助スイッチング素子、第3の共振用リ
アクトル、第4の補助スイッチング素子、第4の共振用
リアクトルを用いる場合には、上記第1の補助スイッチ
ング素子を第3の補助スイッチング素子に、第1の共振
用リアクトルを第3の共振用リアクトルに、第2の補助
スイッチング素子を第4の補助スイッチング素子に、第
2の共振用リアクトルを第4の共振用リアクトルに置き
換えた場合と同様の動作となる。
明する。図1は、第1の実施の形態における電力変換装
置を示す概略構成図であって、チョッパ回路に適用した
ものである。図1に示すように、この電力変換装置は、
直流電源1の電源電圧分割用の、直列に接続された同一
容量値を有するコンデンサC1 及びC2 と、主スイッチ
ング部11と、当該主スイッチング部11のZVS(Z
ero Voltage Switching)を実現
するための補助回路部12とから構成され、直列に接続
された前記コンデンサC1 及びC2 と主スイッチング部
11とは、前記直流電源1と並列に接続されている。
の半導体スイッチング素子(以下、スイッチング素子と
いう。)SP1及びこれと直列に接続された自己消弧形
の半導体スイッチング素子(以下、スイッチング素子と
いう。)SN1と、スイッチング素子SP1及びSN1
のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードFP1及び
FN1と、スイッチング素子SP1及びSN1のそれぞ
れに並列に接続された、同一容量のコンデンサCP1及
びCN1とから構成されている。
体スイッチング素子(以下、スイッチング素子とい
う。)SSN1と、このスイッチング素子SSN1と逆
並列に接続されたダイオードSFN1と、このダイオー
ドSFN1のアノード側にカソード側が接続されたダイ
オードDFN1と、スイッチング素子SSN1及びダイ
オードDFN1の接続点に一端が接続された共振用のリ
アクトルLN1と、このリアクトルLN1の他端にアノ
ード側が接続されたダイオードDN1とから構成されて
いる。そして、ダイオードSFN1のカソード側が前記
コンデンサC1 及びC2 の接続点に接続されると共に、
ダイオードDFN1のアノード側が直流電源1の低電位
側に接続され、さらに、ダイオードDN1のカソード側
が前記スイッチング素子SP1及びSN1の接続点に接
続されている。
SN1の接続点とダイオードFN1のアノード側との間
に負荷2が接続されている。そして、制御回路10によ
ってスイッチング素子SP1、SN1を切り替え、また
PWM制御することによって、直流電源1の出力電圧を
所定電圧に変換して負荷2に供給すると共に、スイッチ
ング素子SP1及びSN1の切り替えタイミングに同期
してスイッチング素子SSN1のオンオフ制御を行うこ
とによってスイッチング素子SP1及びSN1の零電圧
スイッチング動作ZVSを実現するようになっている。
半導体スイッチング素子に対応し、スイッチング素子S
N1が第2の半導体スイッチング素子に対応し、コンデ
ンサCP1及びCN1が共振用コンデンサに対応し、補
助回路部12が第1の補助回路部に対応し、スイッチン
グ素子SSN1が第1の補助スイッチング素子に対応
し、ダイオードDFN1が第1の補助ダイオードに対応
し、直列に接続されたスイッチング素子SSN1及びダ
イオードDFN1が第1の直列接続部に対応し、リアク
トルLN1が第1の共振用リアクトルに対応し、ダイオ
ードDN1が第2の補助ダイオードに対応している。
2に示すタイミングチャートに基づいて説明する。な
お、図2において、(a)はスイッチング素子SP1の
オンオフ制御状態、(b)はスイッチング素子SN1の
オンオフ制御状態、(c)はスイッチング素子SSN1
のオンオフ制御状態、(d)はコンデンサCP1及びC
N1の両端電圧VCP1 及びVCN1 、(e)はスイッチン
グ素子SP1を流れる電流iSP1 及びダイオードFP1
を流れる電流iFP1 、(f)はスイッチング素子SN1
を流れる電流iSN1 及びダイオードFN1を流れる電流
iFN1 、(g)はリアクトルLN1を流れる電流
iLN1 、(h)はモード、をそれぞれ表したものであ
る。
る状態から、スイッチング素子SN1をオフ、スイッチ
ング素子SP1をオンに切り替えるものとする。まず、
スイッチング素子SN1がオン状態であり且つダイオー
ドFN1が導通し、負荷2→ダイオードFN1→負荷2
の経路で負荷電流IOUT が還流している状態を考える
(モード1)。このとき、スイッチング素子SP1及び
SSN1はオフ状態である。
ング素子SSN1をオン状態にすると、直流電源1の電
源電圧を二分割するコンデンサC2 を電源として、コン
デンサC2 →スイッチング素子SSN1→リアクトルL
N1→ダイオードDN1→スイッチング素子SN1→コ
ンデンサC2 の経路でリアクトルLN1を流れる電流i
LN1 が増加する。このとき、負荷電流IOUT は、モード
1と同様に、負荷2→ダイオードFN1→負荷2の経路
で還流を継続する。したがって、ダイオードFN1を流
れる電流iFN1 は、前記リアクトルLN1を流れる電流
iLN1 の増加に伴って減少する(モード2)。
流れる電流iLN1 が負荷電流IOUTを越えると、負荷電
流IOUT はダイオードFN1を流れる経路からダイオー
ドDN1を流れる経路に転流し、リアクトルLN1を流
れる電流iLN1 は、コンデンサC2 →スイッチング素子
SSN1→リアクトルLN1→ダイオードDN1→負荷
2→コンデンサC2 の経路と、コンデンサC2 →スイッ
チング素子SSN1→リアクトルLN1→ダイオードD
N1→スイッチング素子SN1→コンデンサC 2 の経路
とに流れる。そして、リアクトルLN1を流れる電流i
LN1 の増加に伴って、スイッチング素子SN1を流れる
電流iSN1 が増加する(モード3)。
LN1 が負荷電流IOUT を越えている時点、例えば時点t
13でスイッチング素子SN1をオフ状態にすると、リア
クトルLN1とコンデンサCP1及びCN1とが共振を
始め、リアクトルLN1とコンデンサCP1及びCN1
との並列容量で決まる共振周波数で共振し、共振電流が
リアクトルLN1→ダイオードDN1→コンデンサCP
1→コンデンサC1 →スイッチング素子SSN1→リア
クトルLN1の経路と、リアクトルLN1→ダイオード
DN1→コンデンサCN1→コンデンサC2 →スイッチ
ング素子SSN1→リアクトルLN1の経路とに流れ
る。これによって、コンデンサCP1は直流電源電圧E
dから零電圧に向かって放電され、逆にコンデンサCN
1は零電圧から直流電源電圧Edに向かって充電され
る。したがって、スイッチング素子SN1の両端電圧は
共振現象によって上昇し、dv/dtが抑制された状態
で直流電源1の直流電源電圧Edにクランプされるいわ
ゆるソフトスイッチング動作を行う。なお、このとき負
荷電流IOUT はモード3と同様の経路で流れる(モード
4)。
フにするタイミングは、リアクトルLN1を流れる電流
iLN1 が負荷電流IOUT 以上であり且つ、リアクトルL
N1を流れる電流iLN1 が前述のリアクトルLN1とコ
ンデンサCP1及びCN1との共振動作を確実に行わせ
ることの可能な電流値を満足する間であれば、どの時点
でもよい。
電及びコンデンサCN1の充電が完了し共振動作が終了
すると、リアクトルLN1を流れる電流iLN1 は、リア
クトルLN1→ダイオードDN1→負荷2→コンデンサ
C2 →スイッチング素子SSN1→リアクトルLN1の
経路で還流すると共に、リアクトルLN1→ダイオード
DN1→ダイオードFP1→コンデンサC1 →スイッチ
ング素子SSN1→リアクトルLN1の経路で、負荷電
流IOUT を越える電流分が回生される。
流iLN1 は減少し、この減少に伴ってダイオードFP1
を流れる電流iFP1 も減少する(モード5)。そして、
このダイオードFP1に電流iFP1 が流れている時点、
例えば時点t 15でスイッチング素子SP1をオン状態に
する。このとき、スイッチング素子SP1の両端の電圧
は零電圧となっているからZVS動作が可能となる。
状態にするタイミングは、前記コンデンサCP1の放電
が完了し、且つ前記ダイオードFP1に電流iFP1 が流
れている間であればよい。そして、時点t15でスイッチ
ング素子SP1をオン状態にすると、リアクトルLN1
を流れる電流iLN1 が負荷電流IOUT よりも大きい間
は、リアクトルLN1を流れる電流iLN1 は継続して、
リアクトルLN1→ダイオードDN1→ダイオードFP
1→コンデンサC1 →スイッチング素子SSN1→リア
クトルLN1の経路で回生されると共に、リアクトルL
N1→ダイオードDN1→負荷2→コンデンサC2 →ス
イッチング素子SSN1→リアクトルLN1の経路で還
流し、時点t16で、リアクトルLN1を流れる電流i
LN1 が負荷電流IOUT 以下となると、直流電源1→スイ
ッチング素子SP1→負荷2→直流電源1の経路でスイ
ッチング素子SP1に電流が流れるようになり、リアク
トルLN1を流れる電流i LN1 の減少に伴ってスイッチ
ング素子SP1を流れる電流iSP1 が増加し、時点t17
で、リアクトルLN1を流れる電流iLN1 がリセットさ
れると、スイッチング素子SP1には、負荷電流IOUT
に相当する電流iLN1 が流れるようになる(モード
6)。
流れる電流iLN1 がリセットされた後、例えば時点t18
でスイッチング素子SSN1をオフにする。以上の動作
によって、スイッチング素子SN1がオフ状態に切り替
えられ、またスイッチング素子SP1がオン状態に切り
替えられたことになる。続いて、時点t19でスイッチン
グ素子SP1をオフ状態、スイッチング素子SN1をオ
ン状態に切り替えると、負荷電流IOUT はダイオードF
N1に転流し、また、コンデンサCP1は零から直流電
源電圧Edに向かって充電され、逆に、コンデンサCN
1は放電されてモード1の状態に戻る。
VS状態となり、また、スイッチング素子SN1は、負
荷電流IOUT がダイオードFN1に転流するためターン
オン損失は発生しない。なお、前記スイッチング素子S
P1をオフ、スイッチング素子SN1をオンに切り替え
るタイミングは、前記スイッチング素子SSN1がオフ
に制御された時点以後であればいつでもよい。
って、スイッチング素子SN1及びSP1が順次オン/
オフに切り替えられることになる。このように、スイッ
チング素子SP1のターンオン時及びスイッチング素子
SN1のターンオフ時のソフトスイッチング動作を実現
することができるから、これらスイッチング素子SP
1,SN1のスイッチング動作時におけるdv/dtを
抑制することができスイッチング損失を低減することが
できる。また、スナバ回路による損失も発生せずまた、
そのスイッチング損失を低減することができる。また、
スイッチング時の跳ね上がり動作(サージ電圧)に伴う
ノイズの発生をも低く抑えることができるから、低損失
で低ノイズスイッチングを実現することができる。
流スイッチングで動作させることが可能であるが、制御
誤差等により電流が流れている状態でスイッチング動作
を行った場合であっても、ダイオードDFN1によっ
て、リアクトルLN1を流れる電流iLN1 をダイオード
DFN1を経由して直流電源電圧Edを二分しているコ
ンデンサC1 及びC2 に回生させることができ、損失を
最小限に抑えると共に、スイッチング素子SSN1を直
流電源電圧Ed以下でクランプすることができる。
LN1 が零となった時点以後にスイッチング素子SSN1
をオフ状態にすればよいから、スイッチング素子SSN
1をオフするタイミングに対する制御条件を緩やかにす
ることができ、その分制御を容易に行うことができる。
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
子SP1のターンオン及びスイッチング素子SN1のタ
ーンオフ時のZVS動作を実現するようにしたものであ
るのに対し、この第2の実施の形態は、スイッチング素
子SP1のターンオフ及びスイッチング素子SN1のタ
ーンオン時のZVS動作を実現するようにしたものであ
る。
上記第1の実施の形態と同様に構成されたコンデンサC
1 及びC2 と、上記第1の実施の形態と同様に形成され
た主スイッチング部11と、当該主スイッチング部11
のZVSを実現するための補助回路部13とから構成さ
れ、直列に接続されたコンデンサC1 及びC2 及び主ス
イッチング部11は、直流電源1と並列に接続されてい
る。
ドDFP1、このダイオードDFP1のアノード側に接
続された自己消孤形の半導体スイッチング素子(以下、
スイッチング素子という。)SSP1、このスイッチン
グ素子SSP1に逆並列に接続されたダイオードSFP
1、ダイオードDFP1及びスイッチング素子SSP1
の接続点に一端が接続された共振用のリアクトルLP
1、このリアクトルLP1の他端に接続されたダイオー
ドDP1とから構成されている。そして、前記ダイオー
ドSFP1のアノード側が前記コンデンサC1 及びC2
の接続点に接続されると共に、前記ダイオードDP1の
アノード側が前記スイッチング素子SP1及びSN1の
接続点に接続され、さらに、前記ダイオードDFP1の
カソード側が直流電源1の高電位側に接続されている。
スイッチング素子SP1及びSN1の接続点との間に負
荷2が接続されている。そして、制御回路10によって
スイッチング素子SP1及びSN1を所定のタイミング
で切り替え、また、PWM制御を行うことによって、直
流電源1の直流電源電圧Edを所定電圧に変換して負荷
2に供給すると共に、スイッチング素子SP1及びSN
1の切り替えタイミングに同期してスイッチング素子S
SP1をオンオフ制御することによってスイッチング素
子SP1及びSN1の零電圧スイッチング動作ZVSを
実現するようになっている。
部に対応し、ダイオードDFP1が第3の補助ダイオー
ドに対応し、スイッチング素子SSP1が第2の補助ス
イッチング素子に対応し、直列に接続されたダイオード
DFP1及びスイッチング素子SSP1が第2の直列接
続部に対応し、リアクトルLP1が第2の共振用リアク
トルに対応し、ダイオードDP1が第4の補助ダイオー
ドに対応している。
4に示すタイミングチャートに基づいて説明する。な
お、図4において、(a)はスイッチング素子SP1の
オンオフ制御状態、(b)はスイッチング素子SN1の
オンオフ制御状態、(c)はスイッチング素子SSP1
のオンオフ制御状態、(d)はコンデンサCP1及びC
N1の両端電圧VCP1 及びVCN1 、(e)はスイッチン
グ素子SP1を流れる電流iSP1 及びダイオードFP1
を流れる電流iFP1 、(f)はスイッチング素子SN1
を流れる電流iSN1 及びダイオードFN1を流れる電流
iFN1 、(g)はリアクトルLP1を流れる電流
iLP1 、(h)はモード、をそれぞれ表したものであ
る。
る状態から、スイッチング素子SP1をオフ、スイッチ
ング素子SN1をオンに切り替えるものとする。まず、
スイッチング素子SP1がオン状態であり且つダイオー
ドFP1が導通し、負荷2→ダイオードFP1→負荷2
の経路で負荷電流IOUT が還流している状態を考える
(モード1)。このとき、スイッチング素子SSP1及
びSN1はオフ状態である。
ング素子SSP1をオン状態にすると、直流電源1の直
流電源電圧Edを二分割するコンデンサC1 を電源とし
てコンデンサC1 →スイッチング素子SP1→ダイオー
ドDP1→リアクトルLP1→スイッチング素子SSP
1→コンデンサC1 の経路でリアクトルLP1を流れる
電流iLP1 が増加する。このとき、負荷電流IOUT は、
モード1と同様に、負荷2→ダイオードFP1→負荷2
の経路で還流を継続する。したがって、リアクトルLP
1を流れる電流iLP1 の増加に伴って、ダイオードFP
1を流れる電流iFP1 が減少する(モード2)。
流れる電流iLP1 が負荷電流IOUT以上となると、負荷
電流IOUT はダイオードFP1を流れる還流経路から、
リアクトルLP1を経由する前述の経路に転流する。そ
して、リアクトルLP1を流れる電流iLP1 はコンデン
サC1 →スイッチング素子SP1→ダイオードDP1→
リアクトルLP1→スイッチング素子SSP1→コンデ
ンサC1 の経路と、コンデンサC1 →負荷2→ダイオー
ドDP1→リアクトルLP1→スイッチング素子SSP
1→コンデンサC1 の経路とを流れる。つまり、リアク
トルLP1を流れる電流iLP1 のうち負荷電流IOUT を
越えた電流分がスイッチング素子SP1を流れるように
なる(モード3)。
負荷電流IOUT を越えている時点、例えば時点t23でス
イッチング素子SP1をオフ状態にすると、リアクトル
LP1と、コンデンサCP1及びCN1とが共振動作を
開始し、リアクトルLP1、コンデンサCP1及びCN
1の並列容量で決まる共振周波数で共振する。これによ
って、コンデンサCP1は零電圧から直流電源電圧Ed
に向かって充電され、コンデンサCN1は直流電源電圧
Edから零電圧に向かって放電される。
電圧は共振現象によって徐々に上昇し、dv/dtが抑
制された状態で直流電源電圧Edにクランプされる、い
わゆるソフトスイッチング動作を行う(モード4)。な
お、前記スイッチング素子SP1をオフ状態にするタイ
ミングは、リアクトルLP1を流れる電流iLP1 が負荷
電流IOUT を越え、且つ、リアクトルLP1を流れる電
流iLP1 が前記リアクトルLP1とコンデンサCP1及
びCN1との共振動作を確実に開始することの可能な電
流値であるときであればよい。
電が完了すると、リアクトルLP1を流れる電流iLP1
はダイオードFN1に転流し、リアクトルLP1→スイ
ッチング素子SSP1→コンデンサC1 →負荷2→ダイ
オードDP1→リアクトルLP1の経路を流れると共
に、リアクトルLP1→スイッチング素子SSP1→コ
ンデンサC2 →ダイオードFN1→ダイオードDP1→
リアクトルLP1の経路で回生される。したがって、リ
アクトルLP1を流れる電流iLP1 は減少し、これに伴
って、ダイオードFN1を流れる電流iFN1 も減少する
(モード5)。
れている間に、例えば時点t25でスイッチング素子SN
1をオン状態にすると、このとき、スイッチング素子S
N1の両端は零電圧となっているから、ZVS状態とな
る。なお、このスイッチング素子SN1をオンするタイ
ミングは、コンデンサCN1の放電が完了し、且つダイ
オードFN1に電流が流れている間であればよい。
1をオン状態にすると、リアクトルLP1を流れる電流
iLP1 が負荷電流IOUT よりも大きい間は、リアクトル
LP1を流れる電流iLP1 は継続して、リアクトルLP
1→スイッチング素子SSP1→コンデンサC1 →負荷
2→ダイオードDP1→リアクトルLP1の経路で還流
すると共に、リアクトルLP1→スイッチング素子SS
P1→コンデンサC2→ダイオードFN1→ダイオード
DP1→リアクトルLP1の経路で減衰し、時点t
26で、リアクトルLP1を流れる電流iLP1 が負荷電流
IOUT 以下となると、直流電源1→負荷2→スイッチン
グ素子SN1→直流電源1の経路でスイッチング素子S
N1に電流iSN1 が流れるようになり、リアクトルLP
1を流れる電流iLP1 の減少に伴ってスイッチング素子
SN1を流れる電流iSN1 が増加し、時点t27で、リア
クトルLP1を流れる電流iLP1 がリセットされると、
スイッチング素子SN1には、負荷電流IOUT に相当す
る電流iSN1 が流れるようになる(モード6)。
流れる電流iLP1 がリセットされた後、例えば時点t28
でスイッチング素子SSP1をオフにする。以上の動作
によって、スイッチング素子SP1がオフ状態に切り替
えられまたスイッチング素子SN1がオン状態に切り替
えられたことになる。続いて、時点t29でスイッチング
素子SP1をオン状態、スイッチング素子SN1をオフ
状態に切り替えると、負荷電流IOUT はダイオードFP
1に転流し、また、コンデンサCP1は直流電源電圧E
dから零電圧に向かって放電されると共に、コンデンサ
CN1は零電圧から直流電源電圧Edに向かって充電さ
れ、モード1の状態に戻る。したがって、スイッチング
素子SN1はZVS状態となり、また、スイッチング素
子SP1は負荷電流IOUT がダイオードFP1に転流す
るためターンオン損失は発生しない。
って、スイッチング素子SN1及びSP1が順次オン/
オフに切り替えられることになる。したがって、この場
合も上記第1の実施の形態と同等の作用効果を得ること
ができる。また、この場合も、スイッチング素子SSP
1は零電流スイッチングで動作することが可能である
が、制御誤差等によりリアクトルLP1を流れる電流i
LP1 がリセットされていない状態でスイッチング素子S
SP1がオフ状態に制御されたとしても、リアクトルL
P1を流れる電流iLP1 はダイオードDFP1を経由し
て、直流電源電圧Edを二分割しているコンデンサC1
及びC2 へ回生させることができるから、損失を最小限
に抑えると共にスイッチング素子SSP1を直流電源電
圧Ed以下でクランプすることができる。
る。図5は、第3の実施の形態における電力変換装置を
示す概略構成図である。図5に示すように、直流電力を
単相交流電力に変換するようにしたハーフブリッジのイ
ンバータ回路に適用したものであって、上記第1の実施
の形態と第2の実施の形態とを組み合わせたものであ
る。
は、図5に示すように、上記第1の実施の形態と同様
の、直流電源電圧Ed分割用のコンデンサC1 及びC2
と、上記第1の実施の形態における主スイッチング部1
1と、この主スイッチング部11の各スイッチング素子
のZVSを実現するための補助回路部ARCSとから構
成され、直列に接続されたC1 及びC2 と主スイッチン
グ部11とは、前記直流電源1に並列に接続されてい
る。
の実施の形態における補助回路部12と、第2の実施の
形態における補助回路部13とから構成されている。そ
して、補助回路部12のダイオードDFN1のアノード
側が直流電源1の低電位側に接続され、ダイオードSF
N1のカソード側が前記コンデンサC1 及びC2 の接続
点に接続されさらに、ダイオードDN1のカソード側が
前記主スイッチング部11のスイッチング素子SP1及
びSN1の接続点に接続されている。同様に、補助回路
部13のダイオードDFP1のカソード側が直流電源1
の高電位側に接続され、ダイオードSFP1のアノード
側が前記コンデンサC1 及びC2 の接続点に接続され、
ダイオードDP1のアノード側が前記主スイッチング部
11のスイッチング素子SP1及びSN1の接続点に接
続されている。
チング素子SP1、SN1を所定のタイミングで交互に
切り替え、またPWM制御を行うことによって、直流電
源1の出力電力を単相交流電力に変換して負荷3に供給
すると共に、スイッチング素子SP1及びSN1の切り
替えタイミングに同期してスイッチング素子SSN1、
SSP1をオンオフ動作させることによって、スイッチ
ング素子SP1及びSN1の零電圧スイッチング動作Z
VSを実現するようになっている。
路部ARCSが、変換モジュールに対応し、補助回路部
12が第1の補助回路部に対応し、補助回路部13が第
2の補助回路部に対応し、直列に接続されたスイッチン
グ素子SSN1及びダイオードDFN1が第1の直列接
続部に対応し、直列に接続されたダイオードDFP1及
びスイッチング素子SSP1が第2の直列接続部に対応
し、リアクトルLN1が第1の共振用リアクトルに対応
し、リアクトルLP1が第2の共振用リアクトルに対応
している。
P1及びSN1のオン/オフ動作に同期して、スイッチ
ング素子SSN1及びSSP1をオンオフ制御し、すな
わち、次にスイッチング素子SP1をターンオン、スイ
ッチング素子SN1をターンオフするときには、上記第
1の実施の形態にしたがってスイッチング素子SSN1
をオンオフ制御し、次にスイッチング素子SP1をター
ンオフ、スイッチング素子SN1をターンオンするとき
には、上記第2の実施の形態にしたがってスイッチング
素子SSP1をオンオフ動作させることによって、スイ
ッチング素子SP1及びSN1のターンオン及びターン
オフ時のZVS動作を実現することができる。
2の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第4の実施の形態を説明する。図6は、
第4の実施の形態における電力変換装置を示す概略構成
図である。図6に示すように、直流電力を多相交流電力
に変換するようにしたインバータ回路に適用したもので
あって、前記第3の実施の形態において主スイッチング
部11と補助回路部ARCSとで構成される変換モジュ
ールを、相数Mに応じてM組設けている。
11のスイッチング素子SPn(n=1〜M)及びSN
n(n=1〜M)の接続点が負荷4に接続されている。
そして、制御回路10によって、各スイッチング素子S
Pn、SNnを公知の通電手順にしたがって切り替え、
またPWM制御することによって、直流電源1の出力電
力を多相交流電力に変換して負荷4に供給すると共に、
スイッチング素子SPn、SNnの切り替えタイミング
に同期してスイッチング素子SSNn(n=1〜M)、
SSPn(n=1〜M)をオンオフ制御することによっ
て、スイッチング素子SPn、SNnの零電圧スイッチ
ング動作ZVSを実現するようになっている。
スイッチング部11及び補助回路ARCSを二組設け、
いわゆるフルブリッジ回路を構成して、直流電力を単相
交流電力に変換するようにした電力変換装置に適用した
場合には、図7のタイミングチャートに示すように、ス
イッチング素子SP1、SN1、SP2、SN2を所定
のタイミングでオンオフ制御して階段波を発生させる。
これと共に、スイッチング素子SP1及びSN1のオン
/オフ動作に同期して、スイッチング素子SSN1及び
SSP1、SSN2及びSSP2をオンオフ制御し、す
なわち、図7に示すように、次の時点t32でスイッチン
グ素子SP1(図7(a))をターンオン、スイッチン
グ素子SN1(図7(b))をターンオフするときに
は、上記第1の実施の形態にしたがってスイッチング素
子SSN1(図7(e))を予め時点t31でオン動作さ
せ、スイッチング素子SP1及びSN1を切り替えた後
オフにし、次の時点t35でスイッチング素子SP2(図
7(c))をターンオン、スイッチング素子SN2(図
7(d))をターンオフするときにも、上記第1の実施
の形態にしたがってスイッチング素子SSN2(図7
(g))を予め時点t33でオン動作させ、スイッチング
素子SP2及びSN2を切り替えた後オフにする。ま
た、次の時点t36でスイッチング素子SP1及びSN1
を切り替えるときには、上記第2の実施の形態にしたが
って、スイッチング素子SSP1(図7(f))を予め
時点t34でオン動作させ、スイッチング素子SP1及び
SN1を切り替えた後オフにし、同様に、時点t39でス
イッチング素子SP2及びSN2を切り替えるときに
は、SSP2(図7(h))を予め時点t37でオン動作
させ、スイッチング素子SP2及びSN2を切り替えた
後にオフする。
グ素子SP1及びSN1、SP2及びSN2のターンオ
ン及びターンオフ時のZVS動作を実現することができ
る。そして、例えば、三相の交流電力に変換するように
した場合には、三相分の主スイッチング部11及び補助
回路部ARCSを設け、各相に対応する主スイッチング
部11の各スイッチング素子SP及びSNを、例えば、
120度通電方式或いは180度通電方式等による公知
のタイミングでオンオフ制御し、このとき、スイッチン
グ素子SP及びSNのターンオフ及びターンオンに応じ
て対応するスイッチング素子SSNn或いはSSPnを
オンオフ動作すればよく、多相の交流電力に変換した場
合も同様である。
2の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
また、上記第4の実施の形態においては、M相のインバ
ータの負荷を線間に接続した場合について説明したが、
これに限るものではなく、例えば、M相のインバータの
各出力とコンデンサC1 及びC2 の接続点との間にM組
の単相負荷が接続された場合であっても、上記と同等の
作用効果を得ることができるのはいうまでもない。
る。図8は、第5の実施の形態における電力変換装置を
示す概略構成図であって、直流電力を単相交流電力に変
換するようにしたインバータ回路に適用したものであ
る。前記第3の実施の形態では、インバータ回路をハー
フブリッジで構成したのに対し、第5の実施の形態で
は、インバータ回路をフルブリッジで構成している。
電力変換装置は、図8に示すように、直流電源1の直流
電源電圧Ed分割用の、同一の容量値を有する直列に接
続されたコンデンサC1 及びC2 と、前記第1の実施の
形態における主スイッチング部11と同一に構成された
主スイッチング部11U及び11Vと、これら主スイッ
チング部11U及び11Vを構成する各スイッチング素
子のZVS動作を実現するための補助回路部15とから
構成され、直列に接続されたコンデンサC1 及びC2 、
前記主スイッチング部11U及び11Vは、それぞれ直
流電源1と並列に接続されている。
体スイッチング素子(以下、スイッチング素子とい
う。)SSN1及びこれと逆並列に接続されたダイオー
ドSFN1と、自己消弧形の半導体スイッチング素子
(以下、スイッチング素子という。)SSP1及びこれ
と逆並列に接続されたダイオードSFP1と、ダイオー
ドブリッジ部15aを構成する、ダイオードDN1、D
N2、DP1、DP2と、前記ダイオードSFN1のア
ノード側とダイオードブリッジ部15aを構成するダイ
オードDN1及びDN2のアノード側との間に接続され
たリアクトルLN1と、前記ダイオードSFP1のカソ
ード側とダイオードブリッジ部15aを構成するダイオ
ードDP1及びDP2のカソード側との間に接続された
リアクトルLP1と、前記スイッチング素子SSP1及
びリアクトルLP1の接続点にアノード側が接続された
ダイオードDFP1と、前記スイッチング素子SSN1
及びリアクトルLN1の接続点にカソード側が接続され
たダイオードDFN1とから構成されている。そして、
前記ダイオードDFP1のカソード側が直流電源1の高
電位側に、またダイオードDFN1のアノード側が直流
電源1の低電位側に接続され、さらに、前記ダイオード
SFN1のカソード側及びダイオードSFP1のアノー
ド側が前記コンデンサC1 及びC2 の接続点に接続さ
れ、また、ダイオードブリッジ部15aを構成するダイ
オードDN1及びDP1の接続点が主スイッチング部1
1Uを構成するスイッチング素子SP1及びSN1の接
続点に接続され、ダイオードDN2及びDP2の接続点
が主スイッチング部11Vを構成するスイッチング素子
SP2及びSN2の接続点に接続され、これらスイッチ
ング素子SP1及びSN1の接続点とスイッチング素子
SP2及びSN2の接続点との間に負荷3が接続されて
いる。
ング素子SP1、SN1、SP2、SN2を、所定のタ
イミングで切り替え、また、PWM制御を行うことによ
って、直流電源1の出力電力を単相交流電力に変換して
負荷3に供給すると共に、スイッチング素子SP1、S
N1、SP2、SN2の切り替えタイミングに同期して
スイッチング素子SSP1及びSSN1をオンオフ制御
することによって、スイッチング素子SP1、SN1、
SP2、SN2の零電圧スイッチング動作ZVSを実現
するようになっている。
部に対応し、スイッチング素子SSN1が第3の補助ス
イッチング素子に対応し、ダイオードDFN1が第5の
補助ダイオードに対応し、直列に接続されたスイッチン
グ素子SSN1及びダイオードDFN1が第3の直列接
続部に対応し、ダイオードDFP1が第6の補助ダイオ
ードに対応し、スイッチング素子SSP1が第4の補助
スイッチング素子に対応し、直列に接続されたダイオー
ドDFP1及びスイッチング素子SSP1が第4の直列
接続部に対応し、ダイオードDN1及びDN2が第7の
補助ダイオードに対応し、ダイオードDP1及びDP2
が第8の補助ダイオードに対応し、直列に接続されたダ
イオードDN1及びDP1、DN2及びDP2がダイオ
ード接続部に対応し、リアクトルLN1が第3の共振用
リアクトルに対応し、リアクトルLP1が第4の共振用
リアクトルに対応している。
に、所定のタイミングでスイッチング素子SP1、SN
1、SP2、SN2をオン/オフ制御すると共に、この
オンオフ動作に同期して、スイッチング素子SSP1及
びSSN1を動作させ、すなわち、スイッチング素子S
P1及びSN1を切り替える場合には、ダイオードDN
1及びDP1を経由し、逆に、スイッチング素子SP2
及びSN2を切り替える場合には、ダイオードDN2及
びDP2を経由して、前記第1又は第2の実施の形態に
したがって、スイッチング素子SSN1及びSSP1
を、オンオフ動作させることによって、スイッチング素
子SP1、SN1、SP2、SN2のターンオン及びタ
ーンオフ時のZVS動作を実現することができる。
の形態と同等の作用効果を得ることができる。また、こ
の場合、各主スイッチング部11U、11Vに対してZ
VSを実現するためのダイオード及びスイッチング素子
を設ける必要がないから、その分電力変換装置の構成品
の削減を図ることができる。
る。この第6の実施の形態は、第5の実施の形態におい
て、直流電力を三相交流電力に変換するようにしたもの
であって、図9に示すように、主スイッチング部11W
が追加されると共に、2相のダイオードブリッジ部15
aに代えて、3相のダイオードブリッジ部15bが設け
られている。
は、ダイオードDN1及びこれと直列に接続されたダイ
オードDP1、ダイオードDN2及びこれと直列に接続
されたダイオードDP2、ダイオードDN3及びこれと
直列に接続されたダイオードDP3の三組のダイオード
接続部から構成され、ダイオードDN1、DN2、DN
3のアノード側がリアクトルLN1に接続されると共
に、ダイオードDP1、DP2、DP3のカソード側が
リアクトルLP1に接続されている。
続点、ダイオードDN2及びDP2の接続点、ダイオー
ドDN3及びDP3の接続点と、スイッチング素子SP
1及びSN1の接続点、スイッチング素子SP2及びS
N2の接続点、スイッチング素子SP3及びSN3の接
続点の接続点がそれぞれ接続され、さらに、これら各ス
イッチング素子の接続点が負荷5に接続されている。
チング素子SP1〜SP3、SN1〜SN3を公知の1
20度通電方式或いは180度通電方式にしたがって所
定のタイミングで切り替え、またPWM制御を行うこと
によって、直流電源1の出力電力を三相交流電力に変換
して負荷5に供給すると共に、スイッチング素子SP1
〜SP3、SN1〜SN3の切り替えタイミングに同期
してスイッチング素子SSP1及びSSN1をオンオフ
制御することによって、スイッチング素子SP1〜SP
3、SN1〜SN3の零電圧スイッチング動作ZVSを
実現するようになっている。
P1及びSN1、SP2及びSN2、SP3及びSN3
のオン/オフ動作に同期して、上記第1及び第2の実施
の形態と同様にスイッチング素子SSP1又はSSN1
を動作させることによって、スイッチング素子SP1及
びSN1が切り替わるときにはダイオードDN1及びD
P1を経由し、また、スイッチング素子SP2及びSN
2が切り替わるときにはダイオードDN2及びDP2を
経由し、スイッチング素子SP3及びSN3が切り替わ
るときにはダイオードDN3及びDP3を経由して動作
することによって、スイッチング素子SP1〜SP3、
SN1〜SN3のターンオン及びターンオフ時のZVS
動作を実現することができる。
の形態と同等の作用効果を得ることができる。また、こ
の場合も、各主スイッチング部11U、11V、11W
それぞれに対してZVSを実現するためのダイオード及
びスイッチング素子を設ける必要がないから、その分電
力変換装置の構成品の削減を図ることができる。
三相の交流電力に変換するようにした場合について説明
したが、これに限るものではなく、多相の交流電力に変
換することも可能であり、この場合には、相数に応じて
主スイッチング部を追加すると共に、補助回路部15の
ダイオードブリッジ部の相数を増加させればよい。ま
た、第6の実施の形態において、単相負荷を、コンデン
サC1 及びC2 の接続点と、各相に対応する主スイッチ
ング部11のスイッチング素子の接続点との間に接続す
るようにした場合にあっても、同等の作用効果を得るこ
とができる。
前段にPWM制御による高周波リプルを除去するための
フィルタが挿入されている場合でも適用することがで
き、同等の作用効果を得ることができる。また、上記各
実施の形態においては、チョッパ回路、また、直流電力
を交流電力に変換するインバータ回路について説明した
が、これに限るものではなく、交流電力から直流電力に
変換するコンバータ回路に適用することができるのはい
うまでもない。
乃至請求項8に係る電力変換装置によれば、第1又は第
2の半導体スイッチング素子の零電圧スイッチング状態
を実現するようにしたから、これら半導体スイッチング
素子のスイッチング損失を低減することができると共
に、半導体スイッチング素子のdv/dtは共振現象及
びコンデンサへの充電動作によって低く抑えられている
からスイッチング時の跳ね上がり電圧に伴うノイズの発
生を抑えることができる。
構成図である。
説明に供するタイミングチャートである。
構成図である。
説明に供するタイミングチャートである。
構成図である。
構成図である。
説明に供するタイミングチャートである。
構成図である。
構成図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 複数の半導体スイッチング素子を有し、
これら半導体スイッチング素子を制御することによっ
て、直流電源の出力電力を制御するようにした電力変換
装置において、 第1の半導体スイッチング素子及び第2の半導体スイッ
チング素子が直列に接続され且つ前記第1及び第2の半
導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが
接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コ
ンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、 当該主スイッチング部と並列に接続され且つ同一容量値
を有する直列に接続された二つのコンデンサと、 前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の接続点に
接続された第1の補助回路部と、を備え、 当該第1の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続さ
れた第1の補助スイッチング素子及びこれと直列に接続
された第1の補助ダイオードから構成され且つ前記二つ
のコンデンサのうちの低電位側のコンデンサの両端に接
続された第1の直列接続部と、 前記第1の補助スイッチング素子及び前記第1の補助ダ
イオードの接続点に接続された第1の共振用リアクトル
と、 当該第1の共振用リアクトルと前記第1及び第2の半導
体スイッチング素子の接続点との間に接続された第2の
補助ダイオードと、から構成されることを特徴とする電
力変換装置。 - 【請求項2】 複数の半導体スイッチング素子を有し、
これら半導体スイッチング素子を制御することによっ
て、直流電源の出力電力を制御するようにした電力変換
装置において、 第1の半導体スイッチング素子及び第2の半導体スイッ
チング素子が直列に接続され且つ前記第1及び第2の半
導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが
接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コ
ンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、 当該主スイッチング部と並列に接続され且つ同一容量値
を有する直列に接続された二つのコンデンサと、 前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の接続点に
接続された第2の補助回路部と、を備え、 当該第2の補助回路部は、第3の補助ダイオード及び当
該第3の補助ダイオードと直列に接続されると共に逆並
列にダイオードが接続された第2の補助スイッチング素
子から構成され且つ前記二つのコンデンサのうち高電位
側のコンデンサの両端に接続された第2の直列接続部
と、 前記第3の補助ダイオード及び前記第2の補助スイッチ
ング素子の接続点に接続された第2の共振用リアクトル
と、 当該第2の共振用リアクトルと前記第1及び第2の半導
体スイッチング素子の接続点との間に接続された第4の
補助ダイオードと、から構成されることを特徴とする電
力変換装置。 - 【請求項3】 複数の半導体スイッチング素子を含む変
換モジュールと、当該変換モジュールと並列に接続され
且つ同一容量値を有する直列に接続された二つのコンデ
ンサとを備え、前記半導体スイッチング素子を制御する
ことによって、直流電力及び交流電力間で一方から他方
へ電力変換するようにした電力変換装置であって、 前記変換モジュールは、第1の半導体スイッチング素子
及び第2の半導体スイッチング素子が直列に接続され且
つ前記第1及び第2の半導体スイッチング素子それぞれ
に逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオー
ドのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主
スイッチング部と、 前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の接続点に
それぞれ接続された第1の補助回路部及び第2の補助回
路部と、を有し、 前記第1の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続さ
れた第1の補助スイッチング素子及びこれと直列に接続
された第1の補助ダイオードから構成され且つ前記二つ
のコンデンサのうちの低電位側のコンデンサの両端に接
続された第1の直列接続部と、前記第1の補助スイッチ
ング素子及び前記第1の補助ダイオードの接続点に接続
された第1の共振用リアクトルと、当該第1の共振用リ
アクトルと前記第1及び第2の半導体スイッチング素子
の接続点との間に接続された第2の補助ダイオードと、
から構成され、 前記第2の補助回路部は、第3の補助ダイオード及び当
該第3の補助ダイオードと直列に接続されると共に逆並
列にダイオードが接続された第2の補助スイッチング素
子から構成され且つ前記二つのコンデンサのうち高電位
側のコンデンサの両端に接続された第2の直列接続部
と、前記第3の補助ダイオード及び前記第2の補助スイ
ッチング素子の接続点に接続された第2の共振用リアク
トルと、この第2の共振用リアクトルと前記第1及び第
2の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続され
た第4の補助ダイオードと、から構成されることを特徴
とする電力変換装置。 - 【請求項4】 前記変換モジュールを二組有し、直流電
力と単相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴と
する請求項3記載の電力変換装置。 - 【請求項5】 前記変換モジュールを三組有し、直流電
力と三相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴と
する請求項3記載の電力変換装置。 - 【請求項6】 複数の半導体スイッチング素子を有し、
これら半導体スイッチング素子を制御することによっ
て、直流電力と交流電力との間で一方から他方へ電力変
換するようにした電力変換装置において、 第1の半導体スイッチング素子及び第2の半導体スイッ
チング素子が直列に接続され且つ前記第1及び第2の半
導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが
接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コ
ンデンサが並列に接続された複数の主スイッチング部
と、 これら主スイッチング部と並列に接続され且つ同一容量
値を有する直列に接続された二つのコンデンサと、 前記各主スイッチング部の第1及び第2の半導体スイッ
チング素子の接続点に接続される第3の補助回路部と、
を備え、 当該第3の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続さ
れた第3の補助スイッチング素子及びこれと直列に接続
された第5の補助ダイオードから構成され且つ前記二つ
のコンデンサのうちの低電位側のコンデンサの両端に接
続された第3の直列接続部と、 第6の補助ダイオード及び当該第6の補助ダイオードと
直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第
4の補助スイッチング素子から構成され且つ前記二つの
コンデンサのうち高電位側のコンデンサの両端に接続さ
れた第4の直列接続部と、 前記主スイッチング部毎に設けられ且つ第7の補助ダイ
オード及び第8の補助ダイオードが直列に接続されると
共にこれら補助ダイオードどうしの接続点が前記主スイ
ッチング部の半導体スイッチング素子どうしの接続点に
接続されるダイオード接続部と、 前記第3の補助スイッチング素子及び前記第5の補助ダ
イオードの接続点と前記ダイオード接続部の前記第7の
補助ダイオード側との間に接続された第3の共振用リア
クトルと、 前記第6の補助ダイオード及び前記第4の補助スイッチ
ング素子の接続点と前記ダイオード接続部の前記第8の
補助ダイオード側との間に接続された第4の共振用リア
クトルと、から構成されることを特徴とする電力変換装
置。 - 【請求項7】 前記主スイッチング部及び前記ダイオー
ド接続部をそれぞれ二組有し、直流電力と単相交流電力
との間で電力変換を行うことを特徴とする請求項6記載
の電力変換装置。 - 【請求項8】 前記主スイッチング部及び前記ダイオー
ド接続部をそれぞれ三組有し、直流電力と三相交流電力
との間で電力変換を行うことを特徴とする請求項6記載
の電力変換装置。
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