JP2003088098A

JP2003088098A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2003088098A
Application number: JP2001278295A
Authority: JP
Inventors: Shinya Goto; 藤真也後; Akira Otsubo; 坪亮大
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP4803928B2

Abstract

(57)【要約】【課題】一つのアームが複数の単位アーム素子を並列
接続してなる電力変換装置において、ゲート信号が発振
することなく、安定した大電流通電および確実な短絡保
護を行う。【解決手段】本発明は各単位アーム素子にオンオフ用
ゲート信号を供給するゲート駆動回路（１２）を備えた
電力変換装置に関する。ゲート駆動回路の出力端に３個
の抵抗（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）をＴ形に結線してなるＴ形
抵抗回路を配置し、その出力端から各単位アーム素子へ
のゲート線を分岐させ、分岐されたゲート線を介して送
信されたゲート信号をそれぞれ単位アーム素子側に各単
位アーム素子毎に配置されたゲート抵抗（Ｒｇ）を介し
て各単位アーム素子のゲートに供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機に可変周波
数の交流電力を供給するための電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電動機に可変周波数の交流電力
を供給するための電力変換装置は、直流電源とその直流
電力を所定周波数の交流に変換するインバータとから成
っている。直流電力は交流電源からコンバータを介して
得る場合が多い。図１０にそのようなコンバータとイン
バータとからなる一般的な電力変換装置を示す。

【０００３】図１０に示す電力変換装置は、３相交流電
源１からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ２
と、コンバータ２からの整流直流電力を平滑する平滑コ
ンデンサ３と、平滑化された直流電力を可変周波数・可
変電圧の交流電力に変換するインバータ４とから構成さ
れている。インバータ４の交流出力端から電力変換装置
全体の交流出力が取り出され、交流電動機５に供給され
る。

【０００４】コンバータ２の各アーム２ＵＰ，２ＶＰ，
２ＷＰ，２ＵＮ，２ＶＮ，２ＷＮは、整流作用を行うダ
イオードと、それに逆並列に接続されて回生時にインバ
ータ作用を行うためのスイッチング素子とからなってい
る。同様にインバータ４の各アーム４ＵＰ，４ＶＰ，４
ＷＰ，４ＵＮ，４ＶＮ，４ＷＮは、インバータ作用を行
うためのスイッチング素子とそれに逆並列に接続されて
回生時に整流器として作用するダイオードとからなって
いる。ここでアームを表す３個の英数字符号のうち、２
番目のＵ，Ｖ，Ｗは交流側から見たときの相別を表し、
３番目のＰ，Ｎは直流側から見たときの正負の別（Ｐは
正側、Ｎは負側）を表す。３相交流電源１がコンバータ
２の３相交流端子Ｒ，Ｓ，Ｔに接続され、コンバータ２
の直流端子とコンデンサ３の両端とインバータ４の直流
端子はそれぞれ直流ブスＰ，Ｎに接続され、インバータ
４の３相交流端子Ｕ，Ｖ，Ｗは交流電動機５に接続され
る。コンバータ２およびインバータ４の各アームのスイ
ッチング素子としては、自己消弧型スイッチング素子、
例えばＩＧＢＴ（ゲート絶縁型バイポーラ・トランジス
タ）が用いられる。

【０００５】各アームは回路電圧および回路電流に応じ
て一般に直並列接続された複数個の単位アーム素子で構
成され、それらの各単位アーム素子は接続導体を介して
相互接続される。図１１，１２はコンバータ２およびイ
ンバータ４のＵ相１相分のアームを例として、各アーム
を４並列の単位アーム素子から構成する場合の構成例を
示すものである。図１１に示すコンバータ２の正側Ｕ相
アーム２ＵＰは、並列接続された４つの単位アーム素子
２ＵＰ１，２ＵＰ２，２ＵＰ３，２ＵＰ４からなり、負
側Ｕ相アーム２ＵＮは、並列接続された４つの単位アー
ム素子２ＵＮ１，２ＵＮ２，２ＵＮ３，２ＵＮ４からな
っている。図１２に示すインバータ４の正側Ｕ相アーム
４ＵＰは、並列接続された４つの単位アーム素子４ＵＰ
１，４ＵＰ２，４ＵＰ３，４ＵＰ４からなり、負側Ｕ相
アーム４ＵＮは、並列接続された４つの単位アーム素子
４ＵＮ１，４ＵＮ２，４ＵＮ３，４ＵＮ４からなってい
る。同様に、平滑コンデンサ３は、図１１，１３に示す
ように、４個の単位コンデンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ
を２直列２並列とした例を示している。

【０００６】図１３，１４は、図１２に示したインバー
タ４の４個の正側単位アーム素子４ＵＰ１〜４ＵＰ４と
４個の負側単位アーム素子４ＵＮ１〜４ＵＮ４、並びに
４個の単位コンデンサ３Ａ〜３Ｄの空間的配置状態を示
すものである。正側および負側の各単位アーム素子は冷
却体８上に２列に直線状に配置され、その側に４個の単
位コンデンサが並置されている。

【０００７】両単位コンデンサ３Ａ，３Ｂは接続導体６
Ａによって直列接続され、両単位コンデンサ３Ｃ，３Ｄ
は接続導体６Ｂによって直列接続され、それらの両端が
それぞれ正側ブスＰ９および負側ブスＮ９に接続されて
いる。正側単位アーム素子４ＵＰ１の交流端子側（エミ
ッタ）と負側単位アーム素子４ＵＮ１の交流端子側（コ
レクタ）が接続導体７Ａによって直列に接続され、以下
同様に、正側単位アーム素子４ＵＰ２，４ＵＰ３，４Ｕ
Ｐ４の交流端子側（エミッタ）と負側単位アーム素子４
ＵＮ２，４ＵＮ３，４ＵＮ４の交流端子側（コレクタ）
が接続導体７Ｂ，７Ｃ，７Ｄによって直列に接続されて
いる。正側単位アーム素子４ＵＰ１，４ＵＰ２の正側
（コレクタ）が接続導体７Ｅによって接続され、負側単
位アーム素子４ＵＮ１，４ＵＮ２の負側（エミッタ）が
接続導体７Ｆによって接続され、正側単位アーム素子４
ＵＰ３，４ＵＰ４の正側（コレクタ）が接続導体７Ｇに
よって接続され、負側単位アーム素子４ＵＮ３，４ＵＮ
４の負側（エミッタ）が接続導体７Ｈによって接続され
ている。

【０００８】コンバータ２、コンデンサ３、およびイン
バータ４に沿って正側ブスＰ１および負側ブスＮ１が配
設され、これらのブスＰ１，Ｎ１から単位コンデンサお
よび単位アーム素子の間を正側ブスＰ９および負側ブス
Ｎ９が上下方向に位置して分岐されている。接続導体７
Ｅ，７Ｆは接続導体７Ｉ，７Ｊを介して正側ブスＰ９に
接続され、同様に、接続導体７Ｇ，７Ｈは接続導体７
Ｋ，７Ｌを介して負側ブスＮ９に接続されている。接続
導体７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは図示していない接続導体
を介してＵ相出力端子が導出される。

【０００９】図１５は図１３，１４の電力変換装置を筐
体２１に収納した状態を概略的に示す説明図である。こ
こには、筐体２１に、コンバータ２の単位アーム素子２
ＵＰ１，２ＵＮ１，２ＵＰ２，２ＵＮ２、およびインバ
ータ４の各アーム素子４ＵＰ１，４ＵＮ１，４ＵＰ２，
４ＵＮ２がそれぞれゲート駆動回路基板２２，２３と共
に収納された様子が示されている。図示していないが、
筐体２１の前後に単位平滑コンデンサ３Ａ，３Ｂおよび
３Ｃ，３Ｄが分散配置される。ゲート駆動回路基板２２
の正側および負側の素子駆動用信号出力端が、コンバー
タ２の各単位アーム素子のゲート端子にゲート抵抗Ｒｇ
を介して接続され、同様にゲート駆動回路２３の正側お
よび負側の素子駆動用信号出力端がゲート抵抗Ｒｇを介
してインバータ４の各単位アーム素子のゲート端子の接
続も行われる。

【００１０】図１６は、ゲート駆動回路基板２２，２３
の駆動回路出力部を、ゲート駆動回路基板２３とインバ
ータ４の単位アーム素子（２単位アーム素子のみを例
示）について示したものである。ゲート駆動回路基板２
３上のゲート駆動回路１２は、上位コントローラーから
入力される正または負のＰＷＭ制御信号に応じてコンプ
リメンタリ・トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の接続中点か
ら例えば＋１５Ｖのゲート信号または−１５Ｖのゲート
信号を出力し、抵抗Ｒ３の両端に生ずる正（オン制御
時）または負（オフ制御時）のゲート電圧が各スイッチ
ング素子にゲート抵抗Ｒｇｎ１，Ｒｇｎ２を介して印加
される。このゲート電圧は抵抗Ｒ３に並列接続された過
電圧保護手段（例えばツェナーダイオード）ＺＤによっ
て制限される。周知のごとく、通常状態において、同一
相の正負両側のアーム素子が同時にオンすることはな
く、いずれか一方がオンするとき他方はオフとなってい
る。各単位アーム素子に含まれるスイッチング素子のゲ
ートはそれぞれ直列接続のゲート抵抗Ｒｇｐ１，Ｒｇｐ
２，Ｒｇｎ１，Ｒｇｎ２および接続電線を介してゲート
駆動回路１２の出力端に接続される。ゲート駆動回路１
２においては、負側の単位アーム素子４ＵＮ１，４ＵＮ
２のための駆動回路についてのみ詳細に示している。正
側の単位アーム素子４ＵＰ１，４ＵＰ２に関しては詳細
回路の図示を省略しているが、負側回路用のものとは絶
縁されているものの、同一回路構成の駆動回路が構成さ
れている。２並列接続の単位スイッチング素子のゲート
からゲート駆動回路１２への配線は並列接続のスイッチ
ング素子群毎にまとめられてゲート駆動回路１２へ導か
れる。

【００１１】ゲート駆動回路１２内において、中点付き
ゲート信号電源１１の両端が直列接続のコンプリメンタ
リ・トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の両端に接続され、両
トランジスタの共通接続点とゲート信号電源１１の中点
から導出された基準電位線１４との間に負荷抵抗Ｒ３が
接続されている。抵抗Ｒ３に並列に過電圧保護手段とし
てツェナーダイオードＺＤが接続されている。抵抗Ｒ３
の両端からゲート信号が取り出され、ゲート抵抗Ｒｇｐ
１，Ｒｇｐ２を介して単位アーム素子４ＵＮ１，４ＵＮ
２に対して印加される。ゲート信号電源１１は全体とし
て例えば３０Ｖであり、上位制御手段からの正または負
の制御信号に応じて、ゲート制御手段１０およびトラン
ジスタＴｒ１またはＴｒ２を介して＋１５Ｖ（オン時）
または−１５Ｖ（オフ時）の方形波状のＰＷＭ制御信号
が各単位アーム素子４ＵＮ１，４ＵＮ２のスイッチング
素子に印加される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】複数素子の並列接続に
より大容量化を図る電力変換装置では、ＰＷＭ制御によ
り複数の並列接続されたスイッチング素子を同時にスイ
ッチングし大電流を通電させている。しかし、短絡事故
等に際して大電流を減少させたりオフしたりするため
に、スイッチング素子のゲート・エミッタ間電圧を変化
させる際に、ゲート信号が発振し、スイッチング素子を
破損させる恐れがある。またゲート信号にノイズが重畳
することにより、スイッチング素子が誤動作して耐量を
超える過電流が流れることによる素子破損を防ぐため
に、短絡検出手段１３を備え、短絡を検出した際に、全
相のスイッチング素子のゲート信号を一旦同時にオンし
た後、ゲート信号を絞り電流を低減し遮断する短絡保護
方法が考えられている。しかし、保護動作において全相
を一旦オンし、スイッチング素子のゲート・エミッタ間
電圧を絞る際に、図１７に示すようにゲート信号３１が
発振し短絡電流３２が流れてスイッチング素子を破損さ
せる恐れがあった。

【００１３】これらの場合はいずれも大電流通電時にゲ
ート信号を変化させる際に生じる共通の問題である。ゲ
ート信号３１が発振する要因としては、ゲート信号変動
時（オフ時のテール等）にスイッチング素子内部のイン
ピーダンスと、並列接続される単位アーム素子間接続導
体の配線インピーダンスを含んで構成される閉回路が共
振することが考えられる。

【００１４】その影響により制御側のゲート線からその
発振が基板内に伝搬して、ゲート駆動トランジスタＴｒ
１，Ｔｒ２のエミッタからベース側へと、べース・エミ
ッタ間浮遊容量を介して流れ込み、そのノイズが再び増
幅されゲート信号が発振状態になることと、大電流のス
イッチングによりゲート信号線にゲート駆動回路部まで
の間にノイズが重なることとにより、上記と同様にゲー
ト信号を発振させ、スイッチング素子を破損させる恐れ
がある。

【００１５】本発明の目的は、複数の単位素子を並列接
続してなる電力変換装置において、ゲート信号が発振す
ることなく、安定した大電流通電、および確実な短絡保
護を行い得る電力変換装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の電
力変換装置は、一つのアームを並列接続された複数のゲ
ート制御型単位アーム素子から構成すると共に、各単位
アーム素子にオンオフ用ゲート信号を供給するゲート駆
動回路を備えた電力変換装置において、ゲート駆動回路
の出力端に３個の抵抗をＴ形に結線してなるＴ形抵抗回
路を配置し、その出力端から各単位アーム素子へのゲー
ト線を分岐させ、分岐されたゲート線を介して送信され
たゲート信号をそれぞれ単位アーム素子側に各単位アー
ム素子毎に配置されたゲート抵抗を介して各単位アーム
素子のゲートに供給することを特徴とする。この発明に
よれば、Ｔ形抵抗回路の出力端側に設けられた抵抗すな
わちダンピング抵抗により、アームを構成するスイッチ
ング素子の負側振動と、ゲート駆動回路までのゲート配
線上で重なるノイズをゲート駆動回路の手前で抑制し、
それにより、ゲート駆動回路に含まれる駆動トランジス
タのエミッタ部の振動を抑制し、トランジスタの誤動作
を無くし、大電流通電時のゲート振動を無くすことがで
きる。

【００１７】請求項２に係る発明は、請求項１記載の電
力変換装置において、一つのアームを、並列接続された
２組の単位アーム素子を構成単位として複数の構成単位
から構成し、ゲート駆動回路の出力端に備えられるＴ形
抵抗回路の単位アーム素子側の抵抗をダンピング抵抗と
して構成単位毎に設けたことを特徴とする。この発明に
よれば、２並列接続分をそれぞれ接続したことによる振
動の重なりを防ぎ、ゲート駆動用出力端のトランジスタ
の誤動作を防止することができる。

【００１８】請求項３に係る発明は、請求項１記載の電
力変換装置において、ゲート駆動回路の出力端に備えら
れるＴ形抵抗回路の単位アーム素子側の抵抗をダンピン
グ抵抗として各単位アーム素子毎に設けたことを特徴と
する。この発明によれば、振動抑制を一層効果的にし、
ゲート駆動回路の誤動作を防止することができる。

【００１９】請求項４に係る発明は、請求項２記載の電
力変換装置において、各構成単位を、各単位アーム素子
への接続導体を含めて、各構成単位毎に構造的にユニッ
ト化し、ダンピング抵抗を各構成単位毎に設けたことを
特徴とする。この発明によれば、他の単位アーム素子か
らの影響を低減しゲート駆動回路の誤動作を防止するこ
とができる。

【００２０】請求項５に係る発明は、請求項１ないし４
のいずれか１項に記載の電力変換装置において、Ｔ形抵
抗回路に加えて、帰路側ゲート信号線のゲート駆動回路
側にもダンピング抵抗を接続したことを特徴とする。こ
の発明によれば、大きな電流の通電／遮断に関して、ス
イッチング素子エミッタ側のゲート線の振動をゲート駆
動回路側の出力端でもダンピングすることにより、エミ
ッタ側ラインからの振動を低減し、ゲート駆動回路出力
端トランジスタの誤動作を防止し、単位アーム素子の破
損を防止することができる。

【００２１】請求項６に係る発明は、請求項１記載の電
力変換装置において、一つのアームを、並列接続された
奇数個の単位アーム素子から構成し、ゲート駆動回路の
出力端に備えられるＴ形抵抗回路の単位アーム素子側の
抵抗を、並列接続された２組の単位アーム素子毎に設け
た第１のダンピング抵抗と、単一の単位アーム素子に対
して設けた第２のダンピング抵抗とから構成し、第１の
ダンピング抵抗の抵抗値Ｒ２１と第２のダンピング抵抗
の抵抗値Ｒ２２との比を、ほぼ、２・Ｒ２１＝Ｒ２２と
したことを特徴とする。この発明によれば、一つのアー
ムが奇数個の単位アーム素子からなる場合に、２並列接
続構成単位分と、ｌ構成単位とに分割され、それによ
り、並列接続構成のスイッチング素子の２並列接続側の
スイッチング素子ゲートヘ電流が流れにくくなることが
なく、またスイッチングロスが増えることもなく、１並
列接続側とのバランスをとり同様な条件にするために損
失のバランス化を図ることができる。

【００２２】請求項７に係る発明は、請求項１ないし６
のいずれか１項に記載の電力変換装置において、ゲート
駆動回路の出力端に、単位アーム素子へ個々にゲート信
号を供給する各単位アーム素子毎の一対の信号線に対し
てそれぞれノイズ吸収用のフェライトコアを挿入したこ
とを特徴とする。この発明によれば、アーム素子のエミ
ッタ側の振動に対してコモンモードでの振動に対してノ
イズ耐量を向上させることができ、それにによりゲート
駆動回路側へ波及する振動を抑制することができる。

【００２３】請求項８に係る発明は、請求項１ないし７
のいずれか１項に記載の電力変換装置において、ゲート
駆動回路は各単位アーム素子にオンオフ用ゲート信号を
供給するために直列接続の一対のコンプリメンタリ・ト
ランジスタを備え、各トランジスタの共通接続側の電極
端子にそれぞれノイズ吸収用のアモルファスコアを挿入
したことを特徴とする。この発明によれば、トランジス
タのエミッタへ流人するノイズを低減し、エミッタ・ベ
ース間の浮遊容量からベース側ヘノイズが伝播し、その
ノイズが再び増幅されることによるトランジスタの誤動
作を防止することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００２５】＜実施の形態１＞図１は請求項１に係る発
明の実施形態の要部とその制御装置部分の要部を示すも
のである。

【００２６】図１は電力変換装置を構成するインバータ
４とそのための制御装置部分を示すものである。インバ
ータ４は３相型のものであるが（図１０参照）、ここに
はＵ相アーム４ＵＰ，４ＵＮのみを代表的に示し、しか
も正負各アームがそれぞれ２並列の単位アーム素子４Ｕ
Ｐ１，４ＵＰ２および４ＵＮ１，４ＵＮ２によって構成
されている。インバータ４の正側単位アーム素子４ＵＰ
１，４ＵＰ２および負側単位アーム素子４ＵＮ１，４Ｕ
Ｎ２は、直流側で直流ブスＰ，Ｎを介して他相の単位ア
ーム素子に接続されると共に、平滑コンデンサ３および
コンバータ２の直流側に接続され、交流側で交流電動機
５に接続される。

【００２７】各単位アーム素子に含まれるスイッチング
素子のゲートはそれぞれ直列接続のゲート抵抗Ｒｇｐ
１，Ｒｇｐ２，Ｒｇｎ１，Ｒｇｎ２および接続電線を介
してゲート駆動回路１２の出力端に接続される。ゲート
駆動回路１２においては、負側の単位アーム素子４ＵＮ
１，４ＵＮ２のための駆動回路についてのみ詳細に示し
ている。正側の単位アーム素子４ＵＰ１，４ＵＰ２に関
しては詳細回路の図示を省略しているが、負側回路用の
ものとは絶縁されているものの、同一回路構成の駆動回
路が設けられている。２並列接続の単位スイッチング素
子のゲートから駆動回路基板１２への配線は並列接続の
スイッチング素子群毎にまとめられて駆動回路基板１２
へ導かれる。

【００２８】ゲート駆動回路１２内において、直列接続
のコンプリメンタリ・トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の共
通接続点とゲート信号電源１１の中点から導出された基
準電位線１４との間に接続された抵抗Ｒ３の入力側及び
出力側にダンピング抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続され、
ダンピング抵抗Ｒ２の出力側からゲート配線が導出され
る。結果的に３つの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はＴ型回路を
形成している。トランジスタＴｒ１のコレクタはゲート
信号電源１１の例えば＋１５Ｖ端子に接続され、トラン
ジスタＴｒ２のコレクタは電源１１の−１５Ｖ端子に接
続され、基準電位線１４は電源１１の中点すなわち０Ｖ
電位点から導出される。かくして、上位制御手段からの
正または負の制御信号に応じてゲート制御手段１０は正
または負のゲート制御信号を出力し、それにより抵抗Ｒ
３に、トランジスタＴｒ１を介して＋１５Ｖ（オン時）
のＰＷＭ制御信号が生ずるか、またはトランジスタＴｒ
２を介して−１５Ｖ（オフ時）の方形波状のＰＷＭ制御
信号が生じ、それがゲート抵抗Ｒｇｎ１，Ｒｇｎ２を介
して単位アーム素子４ＵＮ１，４ＵＮ２のスイッチング
素子にゲート制御電圧として印加される。

【００２９】図１の回路構成によれば、大電流通電時に
おけるＰＷＭ制御スイッチング時の電流減少時のオフ動
作時に発生するスイッチング素子の負側振動がスイッチ
ング素子からゲート駆動回路１２へ伝搬する際にダンピ
ング抵抗Ｒ１，Ｒ２により各並列接続素子のゲートから
の振動がダンピングされ、トランジスタＴｒｌ，Ｔｒ２
への振動伝搬を防ぎ、トランジスタＴｒｌ，Ｔｒ２の誤
動作によるさらなる振動を抑制することができる。また
抵抗Ｒ１側では過電圧保護手段ＺＤにより、混入する過
振動を抑制することができる。

【００３０】短絡保護動作時においては、短絡検出手段
１３により短絡電流を検出した後、インバータ４の全相
全アームを一旦オン状態にするため非常に大きな短絡電
流が流れ、その後ゲート電圧を絞り、短絡電流を絞る動
作を行うが、その際にも、同様にスイッチング素子から
の振動を抑制することができる。

【００３１】＜実施の形態２＞次に図２を参照して請求
項２に係る発明の実施の形態について説明する。図２は
インバータ４の１相分の回路構成を示している。

【００３２】Ｕ相アーム４ＵＰおよび４ＵＮはそれぞれ
４つの正側単位アーム素子４ＵＰ１〜４ＵＰ４および負
側単位アーム素子４ＵＮ１〜４ＵＮ４によって構成され
ている。正側の単位アーム素子の正側は正側ブスＰを介
して、また負側の単位アーム素子の負側は負側ブスＮを
介してそれぞれ他相のインバータアームおよびコンバー
タ２の直流端子に接続される。

【００３３】ゲート駆動回路１２からそれぞれゲート抵
抗Ｒｇｐ１〜Ｒｇｐ４およびＲｇｎ１〜Ｒｇｎ４を介し
て各スイッチング素子のゲートに接続される。

【００３４】図２に示すゲート駆動回路１２の特徴は、
アーム４ＵＰおよび４ＵＮを構成する各４つの単位アー
ム素子を２つ毎にまとめて構成単位とし、各構成単位毎
に共通のダンピング抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂを配置したこと
にある。その他の構成は実施の形態１と同様である。

【００３５】この実施の形態によれば、大電流通電時や
短絡保護動作時において、２並列接続分を単位として単
位アーム素子のゲート接続線を駆動回路側でまとめ、一
旦２並列接続分をダンピングした後で、他の並列接続構
成部のゲートとまとめて接続し、その接続部と駆動回路
側出力間にダンピング抵抗を配置することにより、２並
列接続分をそれぞれ接続したことによる振動の重なりを
防ぎ、ゲート駆動用出力端のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ
２の誤動作を防止することができる。また、各２並列接
続毎に分割することにより、単位アーム素子のゲートヘ
の流入電流を実施の形態１と比較し減らすことなく構成
できるため、単位アーム素子のスイッチングロスを並列
接続構成が増えても増大させることなくゲート振動を抑
えることができる。

【００３６】＜実施の形態３＞次に図３を参照して請求
項３に係る発明の実施の形態について説明する。

【００３７】図３の回路では、各相アームを２並列の単
位アーム素子によって構成するインバータ４の１相分
（Ｕ相）を示している。ここでは、負側のみについて述
べるならば、各単位アーム素子のゲートが各ゲート抵抗
Ｒｇｎ１，Ｒｇｎ２を介してゲート駆動回路１２に導入
され、その内部において各スイッチング素子毎にダンピ
ング抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介して抵抗Ｒ３に接続され
る。

【００３８】本実施の形態では、各素子毎にダンピング
抵抗を配設することにより、隣り合う並列接続構成間の
抵抗値が通常より高くなることから、並列接続構成内で
の振動抑制を効果的に抑制することができる。また駆動
時の各単位アーム素子のゲートヘの流入電流を複数の並
列接続構成で共通に挿入するものよりも大きくすること
ができ、スイッチングによる損失を低減することができ
る。

【００３９】＜実施の形態４＞次に、図４および図５を
参照して請求項４に係る発明の実施の形態を説明する。
図４はインバータ１相分の回路構成図であり、図５は２
並列を１ユニット化して構成される合計２ユニット４並
列接続のスタック構成図を示すものである。

【００４０】電気的回路構成は図２のものと同様であ
る。この実施の形態は、図５に示すように、４並列構成
を、単位アーム素子４ＵＰｌ，４ＵＰ２，４ＵＮ１，４
ＵＮ２、単位コンデンサ３Ａ，３Ｂ、および第１の接続
導体群からなる第１のユニットと、単位アーム素子４Ｕ
Ｐ３，４ＵＰ４，４ＵＮ３，４ＵＮ４、単位コンデンサ
３Ｃ，３Ｄ、および第２の接続導体群からなる第２のユ
ニットとから構成している。第１の接続導体群は、既に
述べた接続導体７Ａ，７Ｂ，７Ｅ，７Ｆ，７Ｉ，８Ａの
ほか、正側接続板Ｐ４を単位コンデンサ３Ａの正極付近
に備え、また負側接続板Ｎ４を単位コンデンサ３Ｂの負
極付近に備えている。正側接続板Ｐ４は単位コンデンサ
３Ａの正極に接続されるとともに接続導体７Ｉに接続さ
れる。なお、接続導体７Ｉは、場合によっては接続板Ｐ
４と一体に構成されてもよい。負側接続板Ｎ４は図示し
ていない接続導体によって接続導体７Ｆに接続される。
第２の接続導体群は、既に述べた接続導体７Ｃ，７Ｄ，
７Ｇ，７Ｈ，７Ｊ，８Ｂのほか、正側接続板Ｐ５を単位
コンデンサ３Ｃの正極付近に備え、また負側接続板Ｎ５
を単位コンデンサ３Ｄの負極付近に備えている。正側接
続板Ｐ５は単位コンデンサ３Ｃの正極に接続されるとと
もに接続導体７Ｊに接続される。なお、接続導体７Ｊ
は、場合によっては接続板Ｐ５と一体に構成されてもよ
い。負側接続板Ｎ５は図示していない接続導体によって
接続導体７Ｈに接続される。

【００４１】正側接続板Ｐ４，Ｐ５はそれぞれ接続導体
２１Ｐ，２２Ｐを介して正側ブスＰ１に接続され、負側
接続板Ｎ４，Ｎ５はそれぞれ接続導体２１Ｎ，２２Ｎを
介して負側ブスＮ１に接続される。

【００４２】ユニット化された４並列接続の各アームに
含まれる単位スイッチング素子のゲート端子Ｇはそれぞ
れゲート線を介してゲート駆動回路１２に接続される。
各２並列接続構成のゲート線は駆動回路入力部でまとめ
られ、第１の２並列接続構成部分はダンピング抵抗Ｒ２
ａを介して、また第２の２並列接続構成部分はダンピン
グ抵抗Ｒ２ｂを介して、駆動用トランジスタＴｒ１，Ｔ
ｒ２を含むゲート駆動回路１２に接続される。その他の
構成は実施の形態１の場合と同様である。

【００４３】この実施の形態は、図２の実施の形態の発
展形に相当し、各並列接続構成を２並列接続１ユニット
とすることにより、主回路部のエミッタラインの他並列
接続構成の単位アーム素子からの影響を低減することが
可能となる。

【００４４】＜実施の形態５＞図６を参照して請求項５
に係る発明の実施の形態について説明する。ここでは図
１の回路構成を基本とし、同一機能部の説明は省略す
る。

【００４５】図６の回路の特徴は、駆動回路１２の単位
アーム素子のコレクタライン側出力端に挿入されたダン
ピング抵抗Ｒ２のほかに、エミッタライン側出力端にも
ダンピング抵抗Ｒ４を設けたことにある。

【００４６】このように両側にダンピング抵抗を接続し
たことにより、並列接続構成からなる単位アーム素子の
エミッタラインの振動を駆動回路１２側のゲート保護用
ツェナーダイオードＺＤを介して、駆動トランジスタＴ
ｒ１，Ｔｒ２のエミッタヘの振動の流入が抑制されるこ
とにより、トランジスタＴＲｌ，Ｔｒ２の誤動作による
ゲート信号の振動を抑え単位アーム素子の破損を防ぐこ
とができる。

【００４７】＜実施の形態６＞次に図７を参照して請求
項６に係る発明の実施の形態について説明する。

【００４８】この実施の形態では、奇数個の単位アーム
素子を並列接続してなるインバータおよび（または）コ
ンバータを備えた電力変換装置として、３並列接続構成
を想定する場合について説明する。第１および第２の２
つのアーム素子４ＵＮ１，４ＵＮ２のスイッチング素子
のゲートに対して共通のダンピング抵抗Ｒ２１を用い、
第３のアーム素子４ＵＮ３に対してダンピング抵抗Ｒ２
２を用いる。この場合、ダンピング抵抗Ｒ２１を仮に１
Ωとした場合、ダンピング抵抗Ｒ２２をその倍の２Ωと
する。すなわち、２・Ｒ２１＝Ｒ２２とする。こうする
ことにより、インバータ４内の各スイッチング素子のゲ
ート抵抗が同一、すなわち、Ｒｇｎ１＝Ｒｇｎ２＝Ｒｇ
ｎ３であるとして、駆動トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２に
より各ゲートへ流される電流は同一値となる。

【００４９】これによりダンピング抵抗を節約しつつ並
列接続構成の単位アーム素子の２並列接続側の単位アー
ム素子の各ゲートにゲート電流を均等に流すことがで
き、スイッチングによる損失のバランス化を各並列接続
構成単位アーム素子間で行うことができる。

【００５０】＜実施の形態７＞次に図８を参照して請求
項７に係る発明の実施の形態について説明する。

【００５１】この実施の形態は、基本的には図２の実施
の形態と同様であるが、ここではゲート駆動回路１２と
単位アーム素子のゲートを接続する信号線のゲート駆動
回路出力端部分に、各単位アーム素子４ＵＮ１〜４ＵＮ
４および４ＵＰ１〜４ＵＰ４への往復一対の信号線毎に
ノイズ吸収用のフェライトコアＬ１〜Ｌ４およびＬ５〜
Ｌ８を挿入した点に特徴を有する。

【００５２】こうすることにより、各単位アーム素子の
エミッタ側の振動に対するコモンモードでの振動に対し
てノイズ耐量を向上させることができ、それによりゲー
ト駆動回路側へ波及する振動を抑制することができる。

【００５３】＜実施の形態８＞次に図９を参照して請求
項８に係る発明の実施の形態について説明する。

【００５４】この実施の形態は、図１の装置と同様に、
一つのアームを２組の単位アーム素子から構成した２並
列接続構成の電力変換装置を対象としたものであり、ゲ
ート駆動用トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のエミッタ端子
にそれぞれノイズ吸収用アモルファスコアＬ９を挿入し
たことを特徴としている。

【００５５】この実施の形態によれば、単位アーム素子
の振動や単位アーム素子のゲートと駆動回路１２までの
間にスイッチング等によるノイズがゲート信号線に重畳
された場合に、そのノイズはトランジスタＴｒ１，Ｔｒ
２のエミッタ端子へ波及する前にコアＬ９により減衰さ
せ、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース側へのノイズ
および振動の伝播を抑制し、その誤動作を防止すること
ができる。

【００５６】＜他の実施の形態＞以上説明した実施の形
態はインバータについてのものであるが、本発明は可制
御形コンバータにも同様に適用し、同様の作用・効果を
奏することができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、大電流通電時のスイッ
チング時におけるゲート信号の発振状態や、短絡保護動
作を行う際のゲート電圧絞り時のゲート振動により、ア
ーム素子を破損させる恐れに対して、それらを抑制する
ことができ、それにより安定した大電流通電および安定
した短絡保護動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係わる電力変換装置の
要部の回路構成図。

【図２】本発明の実施の形態２に係わる電力変換装置の
要部の回路構成図。

【図３】本発明の実施の形態３に係わる電力変換装置の
要部の回路構成図。

【図４】本発明の実施の形態４に係わる電力変換装置の
要部の回路構成図。

【図５】図４におけるスタック構成を示す平面図。

【図６】本発明の実施の形態５に係わる電力変換装置の
要部の回路構成図。

【図７】本発明の実施の形態６に係わる電力変換装置の
要部の回路構成図。

【図８】本発明の実施の形態７に係わる電力変換装置の
要部の回路構成図。

【図９】本発明の実施の形態８に係わる電力変換装置の
要部の回路構成図。

【図１０】周知の電力変換装置の回路結線図。

【図１１】図１０におけるコンバータアームを４並列の
単位アーム素子から構成し、平滑コンデンサを２直列２
並列の単位コンデンサから構成する例を示す結線図。

【図１２】図１０における平滑コンデンサを２直列２並
列の単位コンデンサから構成し、インバータアームを４
並列の単位アーム素子から構成する例を示す結線図。

【図１３】従来の電力変換装置のスタック構成を示す平
面図。

【図１４】図１１に示すスタック構成の側面図。

【図１５】従来の電力変換装置の外観正面図。

【図１６】従来のゲート駆動回路構成図。

【図１７】従来の短絡保護動作時のゲート振動波形図。

【符号の説明】

１３相交流電源２コンバータ３平滑コンデンサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ単位コンデンサ４インバータ４ＵＰ，４ＵＮＵ相アーム４ＵＰ１〜４ＵＰ４，４ＵＮ１〜４ＵＮ４単位アーム
素子５交流電動機８冷却体１０ゲート制御手段１１ゲート信号電源１２ゲート駆動回路基板１３短絡検出手段Ｔｒ１，Ｔｒ２ゲート駆動トランジスタＲ２，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ４ダンピ
ング抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H006 AA05 BB05 CA01 CA13 CB01 CB08 FA02 HA81 HA84 5H007 AA01 BB06 CA01 CB02 CB05 CC07 DB03 DC02 EA02 FA03 FA13 HA07 5H740 AA04 BA11 BB02 BB05 BB10 KK01 MM11 NN01 PP02 PP03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つのアームを並列接続された複数のゲー
ト制御型単位アーム素子から構成すると共に、前記各単
位アーム素子にオンオフ用ゲート信号を供給するゲート
駆動回路を備えた電力変換装置において、前記ゲート駆動回路の出力端に３個の抵抗をＴ形に結線
してなるＴ形抵抗回路を配置し、その出力端から前記各
単位アーム素子へのゲート線を分岐させ、分岐されたゲ
ート線を介して送信されたゲート信号をそれぞれ単位ア
ーム素子側に各単位アーム素子毎に配置されたゲート抵
抗を介して各単位アーム素子のゲートに供給することを
特徴とする電力変換装置。
【請求項２】請求項１記載の電力変換装置において、一
つのアームを、並列接続された２組の単位アーム素子を
構成単位として複数の構成単位から構成し、前記ゲート
駆動回路の出力端に備えられるＴ形抵抗回路の単位アー
ム素子側の抵抗をダンピング抵抗として前記構成単位毎
に設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】請求項１記載の電力変換装置において、前
記ゲート駆動回路の出力端に備えられるＴ形抵抗回路の
単位アーム素子側の抵抗をダンピング抵抗として各単位
アーム素子毎に設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】請求項２記載の電力変換装置において、前
記各構成単位を、各単位アーム素子への接続導体を含め
て、各構成単位毎に構造的にユニット化し、前記ダンピ
ング抵抗を前記各構成単位毎に設けたことを特徴とする
電力変換装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
電力変換装置において、前記Ｔ形抵抗回路に加えて、帰
路側ゲート信号線の前記ゲート駆動回路側にもダンピン
グ抵抗を接続したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】請求項１記載の電力変換装置において、一
つのアームを、並列接続された奇数個の単位アーム素子
から構成し、前記ゲート駆動回路の出力端に備えられる
Ｔ形抵抗回路の単位アーム素子側の抵抗を、並列接続さ
れた２組の単位アーム素子毎に設けた第１のダンピング
抵抗と、単一の単位アーム素子に対して設けた第２のダ
ンピング抵抗とから構成し、前記第１のダンピング抵抗
の抵抗値Ｒ２１と第２のダンピング抵抗の抵抗値Ｒ２２
との比を、ほぼ、２・Ｒ２１＝Ｒ２２としたことを特徴
とする電力変換装置。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
電力変換装置において、前記ゲート駆動回路の出力端
に、前記単位アーム素子へ個々にゲート信号を供給する
各単位アーム素子毎の一対の信号線に対してそれぞれノ
イズ吸収用のフェライトコアを挿入したことを特徴とす
る電力変換装置。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれか１項に記載の
電力変換装置において、前記ゲート駆動回路は前記各単
位アーム素子にオンオフ用ゲート信号を供給するために
直列接続の一対のコンプリメンタリ・トランジスタを備
え、各トランジスタの共通接続側の電極端子にそれぞれ
ノイズ吸収用のアモルファスコアを挿入したことを特徴
とする電力変換装置。