JP2014068428A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体スイッチを用いた電力変換装置、特にＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとにより、直流電力と交流電力とを変換する電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device using a semiconductor switch, and more particularly to a power conversion device that converts DC power and AC power using a DC / DC converter and an inverter.
ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）といった電動車両では、電力変換装置として例えばインバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、高電圧バッテリ、ＤＣリンクコンデンサを備えている。インバータは直流電力を交流電力に変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータは力行時には高電圧バッテリの電圧を昇圧して直流電力を供給し、回生時にはインバータからの直流電力を降圧して高電圧バッテリに供給する。ＤＣリンクコンデンサはインバータとＤＣ／ＤＣコンバータの間に一つ以上が設置され、直流電圧を平滑化している。 An electric vehicle such as EV (Electric Vehicle) or HEV (Hybrid Electric Vehicle) includes, for example, an inverter, a DC / DC converter, a high voltage battery, and a DC link capacitor as a power converter. The inverter converts DC power into AC power, and the DC / DC converter boosts the voltage of the high voltage battery to supply DC power during power running, and steps down the DC power from the inverter and supplies it to the high voltage battery during regeneration. . One or more DC link capacitors are installed between the inverter and the DC / DC converter to smooth the DC voltage.
電力変換装置は常に小型化を求められ、特に車載向けでは車内空間の制約からその要望が強い。そのため、電力変換装置を小型化するための方策が提案されており、例えば特許文献１がある。特許文献１は、比較的大きい占有体積を持つＤＣリンクコンデンサに着目したもので、インバータとＤＣ／ＤＣコンバータを協調して動作させることが示されている。
The power conversion device is always required to be miniaturized, and the demand is particularly strong for in-vehicle use due to restrictions on the interior space. For this reason, a method for reducing the size of the power conversion device has been proposed.
ＤＣリンクコンデンサは耐圧、容量、許容リプル電流といった要素を考慮して選択するが、ＤＣリンクコンデンサに流れるリプル電流が大きくなれば寿命を確保するためにコンデンサ一つ当たりに流れるリプル電流を許容値以下にするためＤＣリンクコンデンサが大型化する。リプル電流はＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電流パルスと、インバータへ供給する電流パルスからなり、これらの電流パルスが互いに影響し合ってリプル電流が増大していた。 The DC link capacitor is selected in consideration of factors such as withstand voltage, capacity, and allowable ripple current. However, if the ripple current flowing through the DC link capacitor increases, the ripple current flowing per capacitor is less than the allowable value in order to ensure the service life. Therefore, the DC link capacitor increases in size. The ripple current is composed of a current pulse output from the DC / DC converter and a current pulse supplied to the inverter, and these current pulses influence each other to increase the ripple current.
そこで、インバータとＤＣ／ＤＣコンバータ双方の電流パルスの発生周期を同期させるように制御することで、ＤＣリンクコンデンサを流れる電流実効値を低減してＤＣリンクコンデンサの容量の低減と小型化を可能にしている。 Therefore, by controlling the generation period of current pulses in both the inverter and the DC / DC converter to be synchronized, the effective current value flowing through the DC link capacitor is reduced, and the capacity and size of the DC link capacitor can be reduced. ing.
電力変換装置の更なる小型化が求められており、ＤＣリンクコンデンサに流れるリプル電流を低減するために、ＤＣ／ＤＣコンバータはインバータのキャリア周波数の２倍のキャリア周波数で駆動させているが、高圧、大電流の用途で主に用いられるスイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）はスイッチング損失などが大きく、駆動周波数を高くすると熱的に破綻するため実用的な駆動周波数には限界がある。そのためキャリア周波数が高くなるＤＣ／ＤＣコンバータを構成するＩＧＢＴの駆動周波数をある程度以上に高くすることができず、ＤＣ／ＤＣコンバータよりも低いキャリア周波数に設定する必要があるインバータのキャリア周波数が可聴域以下となり、騒音の問題などが生じていた。 There is a demand for further downsizing of the power converter, and in order to reduce the ripple current flowing in the DC link capacitor, the DC / DC converter is driven at a carrier frequency twice the carrier frequency of the inverter. An IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), which is a switching element mainly used in high current applications, has a large switching loss and the like, and there is a limit to a practical driving frequency because it is thermally broken when the driving frequency is increased. Therefore, the drive frequency of the IGBT that constitutes the DC / DC converter that increases the carrier frequency cannot be increased to a certain extent, and the carrier frequency of the inverter that needs to be set to a lower carrier frequency than the DC / DC converter is audible. As a result, noise problems occurred.
本発明は、上記のような課題を解決するもので、インバータとＤＣ／ＤＣコンバータの協調制御によるＤＣリンクコンデンサの小型化が可能な能力を備え、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータのキャリア周波数を向上させることが可能な能力を備えることで、インバータのキャリア周波数を可聴域以上に設定することができるため騒音が少なく、かつ、リアクトルの小型化が可能な電力変換装置を得ることを目的としている。 The present invention solves the above-described problems, and has the capability to reduce the size of a DC link capacitor by cooperative control of an inverter and a DC / DC converter, and improves the carrier frequency of the DC / DC converter. It is an object of the present invention to provide a power conversion device that can reduce the noise and reduce the size of the reactor because the carrier frequency of the inverter can be set to an audible range or higher.
本発明は、直流電力と交流電力とを電力変換する電力変換装置であって、ＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとの間に接続されたＤＣリンクコンデンサと、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとを協調して制御する制御回路とを備え、制御回路が、ＤＣ／ＤＣコンバータのキャリア周波数がインバータのキャリア周波数よりも高くなるよう設定して制御する電力変換装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する半導体スイッチは、ワイドバンドギャップ半導体で形成され、インバータを構成する半導体スイッチは、シリコン系材料の半導体で形成されているものである。 The present invention is a power conversion device that converts direct-current power and alternating-current power, and includes a DC / DC converter, an inverter, a DC link capacitor connected between the DC / DC converter and the inverter, In a power converter that includes a control circuit that controls a DC converter and an inverter in cooperation with each other, the control circuit sets and controls the carrier frequency of the DC / DC converter to be higher than the carrier frequency of the inverter. The semiconductor switch constituting the DC converter is formed of a wide band gap semiconductor, and the semiconductor switch constituting the inverter is formed of a silicon-based material semiconductor.
この発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの半導体スイッチにワイドバンドギャップ半導体を用いるようにしたので、インバータと協調制御するときにキャリア周波数をより高く設定することができ、リアクトルの小型化と共に、協調制御によるインバータのキャリア周波数向上による低騒音化が可能となる。 According to the present invention, since the wide band gap semiconductor is used for the semiconductor switch of the DC / DC converter, the carrier frequency can be set higher when cooperatively controlling with the inverter. Noise can be reduced by improving the carrier frequency of the inverter through control.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。電力変換装置１は、入力コンデンサ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、ＤＣリンクコンデンサ１０、三角波比較方式ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）インバータ１１、制御回路２４などを備えている。電力変換装置１は、直流電源２の出力である直流電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４により電圧変換し、インバータ１１によって交流に変換して交流三相負荷２５を駆動する。
1 is a circuit diagram showing a configuration of a power conversion apparatus according to
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、半導体スイッチ６、８、ダイオード７、９、リアクトル５を備えている。半導体スイッチ６、８のドレイン端子は、それぞれダイオード７、９のカソード端子に、半導体スイッチ６、８のソース端子はそれぞれダイオード７、９のアノード端子に接続されている。
The DC /
半導体スイッチ６のドレイン端子は、ＤＣリンクコンデンサ１０の一方の端子およびインバータ１１の高電圧側端子に接続され、半導体スイッチ６のソース端子は、半導体スイッチ８のドレイン端子およびリアクトル５の一方の端子に接続されている。
The drain terminal of the
リアクトル５のもう一方の端子は、入力コンデンサ３の一方の端子および直流電源２の正極端子に接続されている。直流電源２の負極端子は、入力コンデンサ３のもう一方の端子、半導体スイッチ８のソース端子、ＤＣリンクコンデンサ１０のもう一方の端子、およびインバータ１１の低電圧側端子に接続されている。
The other terminal of the
インバータ１１の出力端子であるＵ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子は、それぞれ交流三相負荷２５の接続端子であるＵ相負荷端子、Ｖ相負荷端子、Ｗ相負荷端子に接続されている。インバータ１１は、半導体スイッチ１２、１４、１６、１８、２０、２２、ダイオード１３、１５、１７、１９、２１、２３を備えている。半導体スイッチ１２、１４、１６、１８、２０、２２のドレイン端子は、それぞれダイオード１３、１５、１７、１９、２１、２３のカソード端子に接続され、半導体スイッチ１２、１４、１６、１８、２０、２２のソース端子は、それぞれダイオード１３、１５、１７、１９、２１、２３のアノード端子に接続されている。
The U-phase terminal, V-phase terminal, and W-phase terminal that are output terminals of the
また、半導体スイッチ１２のドレイン端子はＰ端子に、半導体スイッチ１２のソース端子は半導体スイッチ１４のドレイン端子とＵ相端子に、半導体スイッチ１４のソース端子はＮ端子に接続され、Ｕ相アームを構成している。同様に、半導体スイッチ１６のドレイン端子はＰ端子に、半導体スイッチ１６のソース端子は半導体スイッチ１８のドレイン端子とＶ相端子に、半導体スイッチ１８のソース端子はＮ端子に接続され、Ｖ相アームを構成している。また、半導体スイッチ２０のドレイン端子はＰ端子に、半導体スイッチ２０のソース端子は半導体スイッチ２２のドレイン端子とＷ相端子に、半導体スイッチ２２のソース端子はＮ端子に接続され、Ｗ相アームを構成している。
Further, the drain terminal of the
制御回路２４は、半導体スイッチ６、８、１２、１４、１６、１８、２０、２２に接続され、インバータ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ４を協調させて動作するように駆動信号を生成、送出している。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数はインバータ１１のキャリア周波数の２倍に設定することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４からのリプル電流周期とインバータ１１へのリプル電流周期を同期させてＤＣリンクコンデンサのリプル電流を低減することができる。
The
このような構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作について説明する。半導体スイッチ６と７は相補的にスイッチングを行い、半導体スイッチ８が導通したときにリアクトル５に蓄積されたエネルギーを、半導体スイッチ６が導通したときにＤＣリンクコンデンサに送出して充電することで、直流電源２の電圧を昇圧してＤＣリンクコンデンサを充電することが可能となる。
The operation of the DC /
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４とインバータ１１のキャリア周波数の選択と半導体スイッチについて説明する。半導体スイッチとしては高耐圧、大容量を前提としてシリコン系材料の半導体であるＩＧＢＴと、シリコンよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体であるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｂｉｄｅ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を一例として挙げる。本発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の半導体スイッチ６、８をＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴで構成し、インバータ１１の半導体スイッチ１２、１４、１６、１８、２０、２２をＩＧＢＴで構成している。このとき、ＩＧＢＴを用いるインバータ１１のキャリア周波数を２０ｋＨｚとすれば、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを用いるＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数は４０ｋＨｚとなる。このようにして、インバータ１１だけではなくＤＣ／ＤＣコンバータ４においてもキャリア周波数を可聴域から外すことができるため、騒音を大幅に低減することが可能となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４はＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを用いているため、キャリア周波数を向上させてもスイッチング損失などを大幅に低減することが可能となる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の高周波化
はリアクトル５の小型化にもつながる。また、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴはＤＣ／ＤＣコンバータ４の２カ所に用いるのみであるため、コストの増加を最小限とすることができる。
Here, selection of the carrier frequency of the DC /
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータにワイドバンドギャップ半導体であるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、インバータにシリコン半導体であるＩＧＢＴを用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータを協調制御することで、コストの増加を最小限にしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータのキャリア周波数を向上させてＤＣリンクコンデンサの小型化や、動作音の低騒音化が可能となり、電力変換装置を高性能化する効果がある。 In this way, by using SiC-MOSFET, which is a wide bandgap semiconductor for the DC / DC converter, and IGBT, which is a silicon semiconductor, for the inverter, the DC / DC converter and the inverter are coordinated to minimize the increase in cost. However, it is possible to improve the carrier frequency of the DC / DC converter to reduce the size of the DC link capacitor and reduce the operating noise, thereby improving the performance of the power converter.
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の半導体スイッチとインバータ１１の半導体スイッチを全てＩＧＢＴで構成する場合、ＩＧＢＴの一般的なキャリア周波数の使用域は２０ｋＨｚ程度までである。前述の通り、本発明の構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４とインバータ１１を協調制御するため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数はインバータ１１のキャリア周波数の２倍となるから、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数が最高でも２０ｋＨｚ、このときインバータ１１のキャリア周波数は１０ｋＨｚとなる。この場合、安価なＩＧＢＴのみで構成するためコストを低くできるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数が低いため、インバータ１１のキャリア周波数が可聴域と重なることで騒音の問題が生じる。また、交流三相負荷としてモータを用いる場合、モータの損失が増加してしまう。
On the other hand, when the semiconductor switch of the DC /
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の半導体スイッチとインバータ１１の半導体スイッチを全てＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴで構成する場合、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴは１００ｋＨｚ程度のキャリア周波数でも問題なく動作可能であるから、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数は１００ｋＨｚ、インバータ１１のキャリア周波数は５０ｋＨｚとなる。この場合、リアクトル５の大幅な小型化が期待できるが、現状でまだ高価なＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを多く必要とするためコストの面で厳しい。例えば、図１の構成では８個、ＥＶなどで２モータシステムに適用すれば１４個も必要となる。また、小型化という面では、負荷がモータなどの誘導負荷の場合、インバータ側の大幅な高周波化はメリットが薄く、スイッチング損失の増加を伴う。
Further, when the semiconductor switch of the DC /
なお、以上において、回路構成の半導体スイッチとしてＩＧＢＴを例に用いて説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴのような他のシリコン系材料の半導体スイッチを用いても良い。 In the above description, the IGBT is described as an example of the semiconductor switch having the circuit configuration. However, the present invention is not limited to this, and a semiconductor switch of another silicon-based material such as Si-MOSFET may be used. good.
また、回路構成のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体スイッチングとしてＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを例に用いて説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、ＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｎｉｔｒｉｄｅ）などのワイドバンドギャップ半導体を用いても良い。 In addition, the SiC-MOSFET is described as an example of semiconductor switching made of a wide band gap semiconductor having a circuit configuration, but the present invention is not limited to this, and a wide band gap semiconductor such as GaN (Gallium-Nitride) is used. It may be used.
以上のように、本発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の半導体スイッチにスイッチング周波数を高くすることができるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのような、Ｓｉ（珪素）に比べてバンドギャップが大きい、いわゆるワイドバンドギャップ半導体を用い、インバータの半導体スイッチにＩＧＢＴのようなシリコン系材料の半導体を用いた。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、以上で説明したＳｉＣ（炭化珪素）のほか、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドがある。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４とインバータ１１を協調制御する構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数を高くすることができ、インバータ１１のキャリア周波数も可聴域以上の高い周波数とすることができるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の小型化と低騒音化が同時に実現できる電力変換装置が得られる。
As described above, in the present invention, a so-called wide band gap semiconductor having a larger band gap than Si (silicon), such as a SiC-MOSFET capable of increasing the switching frequency of the semiconductor switch of the DC /
以上では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４とインバータ１１の協調制御として、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数を、インバータ１１のキャリア周波数の２倍に設定したが、２倍に限らず、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のフェーズ数とキャリア周波数の積が、インバータ１１のキャリア周波数の２倍と等しくなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数を、インバータ１１のキャリア周波数よりも高く設定することで、本発明の効果を奏する。
In the above, as the cooperative control of the DC /
また、インバータ１１の半導体スイッチにはシリコン系材料の半導体を用いたが、この半導体スイッチに並列に接続されるダイオードは、シリコン系材料の半導体に限らず、ワイドバンドギャップ半導体であっても良い。インバータ１１の半導体スイッチに並列に接続されるダイオードがワイドバンドギャップ半導体の場合、順方向電圧が印加され順方向電流が流れた後に逆方向電圧が印加されることにより逆回復動作にともなったリカバリ損失を低減することが出来る、というメリットがある。
Further, although a silicon-based material semiconductor is used for the semiconductor switch of the
以上では、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴには並列にダイオードを接続しているが、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード（ボディダイオード）のみを用いる場合には接続が不必要であることは言うまでもない。 Although the diode is connected in parallel to the SiC-MOSFET in the above, it goes without saying that the connection is not necessary when only the parasitic diode (body diode) of the SiC-MOSFET is used.
また、各半導体スイッチにおけるキャリア周波数は一般的な例を示したものであり、本発明はこれに限定するものではなく、キャリア周波数は任意に設定可能であることは言うまでもない。ただし、前述のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の半導体スイッチにおけるキャリア周波数を、インバータ１１の半導体スイッチにおけるキャリア周波数よりも高く設定する必要がある。
Moreover, the carrier frequency in each semiconductor switch shows a general example, and the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the carrier frequency can be arbitrarily set. However, as described above, the carrier frequency in the semiconductor switch of the DC /
図２は、本発明の実施の形態１による電力変換装置の構成の一例を示す断面模式図である。図２に示すように、リアクトル５、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、ＤＣリンクコンデンサ１０、およびインバータ１１を基台１００上に設置し、例えば筐体１０１で覆って構成する。基台１００は放熱板を兼ねても良く、基台に放熱用のフィンを取り付けても良い。このように、本発明の範囲の電力変換装置を一つの構造体としてまとめることにより、小型化や低コスト化といったメリットがある。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the power conversion device according to
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す回路図である。図２において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。以下では図１との相違点のみを説明する。図２における図１との相違点は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端子間、すなわち半導体スイッチ６のドレイン端子と半導体スイッチ８のソース端子の間に、抵抗２９とコンデンサ３０の直列接続で構成されるスナバ回路２８を接続したことにある。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a power conversion device according to
本発明の回路構成においては、ＤＣ／ＤＣコンバータの半導体スイッチは比較的高周波でスイッチングすることになるため、スイッチング損失も増加してしまう。半導体スイッチにおけるスイッチング損失は、オン−オフ時の過渡状態における電流と電圧の積である。スイッチング損失を低減するためには過渡時間をできるだけ短くすればよく、すなわち、スイッチング速度を向上させるハードスイッチングを行う手法が挙げられる。実施の形態１の構成においては、半導体スイッチとしてＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを用いるためＩＧＢＴを用いた場合と比較してスイッチング速度を向上させることが可能となる。 In the circuit configuration of the present invention, since the semiconductor switch of the DC / DC converter switches at a relatively high frequency, the switching loss also increases. The switching loss in a semiconductor switch is a product of current and voltage in a transient state during on-off. In order to reduce the switching loss, the transient time may be shortened as much as possible, that is, a method of performing hard switching to improve the switching speed can be mentioned. In the configuration of the first embodiment, since the SiC-MOSFET is used as the semiconductor switch, the switching speed can be improved as compared with the case where the IGBT is used.
スイッチング速度が速い場合、回路における寄生インダクタンスによって、スイッチング時にＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに印可されるサージ電圧は大きくなり、発生する電磁ノイズが増大したり、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの耐電圧を超過して破壊したりしてしまうため、サージ電圧抑制の対策を行う。そこで、サージ電圧抑制のためのスナバ回路２８を付加した。
When the switching speed is high, the surge voltage applied to the SiC-MOSFET at the time of switching increases due to the parasitic inductance in the circuit, and the generated electromagnetic noise increases or the breakdown voltage of the SiC-MOSFET is exceeded and destroyed. Therefore, take measures to suppress surge voltage. Therefore, a
ここで、スナバ回路の動作について説明する。図４と図５は、説明のためＤＣ／ＤＣコンバータの回路の一部を模式的に示すものである。図４はスナバ回路を接続しない、実施の形態１の場合である。半導体スイッチ６と８には、等価的に並列接続された寄生キャパシタンス６１および８１が存在する。また、回路の配線には寄生インダクタンス５０、５１が存在する。半導体スイッチ６または８がスイッチングを行うと、図４の太い矢印で示す共振ループが形成されて半導体スイッチ６と８にサージ電圧が生じる。サージ電圧の大きさは寄生インダクタンス５０、５１が蓄積するエネルギーに依存する。
Here, the operation of the snubber circuit will be described. 4 and 5 schematically show part of the circuit of the DC / DC converter for the sake of explanation. FIG. 4 shows the case of
次に、図５に示すスナバ回路２８を接続した構成では、太い矢印で示すように、共振ループはスナバ回路でバイパスされて、共振ループに含まれる寄生インダクタンスは、図４の共振ループにおける寄生インダクタンス５０および５１から、寄生インダクタンス５０だけに低減する。共振ループに含まれる寄生インダクタンス５０を小さくするためには、スナバ回路は半導体スイッチのできるだけ直近に接続することが望ましい。また、スナバ回路２８を構成する抵抗２９によって、共振エネルギーが消費されてサージ電圧を抑制することが可能となる。
Next, in the configuration in which the
このような構成において、スナバ回路２８はサージ電圧を誘起する、回路の寄生インダクタンスを低下させるとともに、寄生インダクタンスに蓄積されるエネルギーを吸収する。これにより、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴをハードスイッチングしてオン−オフ時の過渡時間を低減し、スイッチング損失を低減するとともに、電磁ノイズの低減やサージ電圧による過電圧破壊から半導体スイッチであるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを保護する効果がある。
In such a configuration, the
このように、半導体スイッチ６のドレイン端子と半導体スイッチ８のソース端子の間にスナバ回路２８を接続することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数が高くなっても、半導体スイッチであるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの損失、電磁ノイズの増加を抑制し、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの過電圧破壊から保護して信頼性を向上させることができる。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４とインバータ１１を協調して制御する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のキャリア周波数を向上させることができる電力変換装置を得ることができる。
Thus, even if the carrier frequency of the DC /
また、以上では、スナバ回路は抵抗とコンデンサの直列構成を例に用いて説明したが、スナバ回路はこれに限定するものではなく、同様の効果が得られる抵抗、コンデンサ、ダイオードなどを組み合わせた構成にすることができることは言うまでもない。 In the above description, the snubber circuit has been described using a series configuration of a resistor and a capacitor as an example. However, the snubber circuit is not limited to this, and a configuration in which resistors, capacitors, diodes, and the like that can obtain the same effect are combined. Needless to say, you can.
図６は、本発明の実施の形態２による電力変換装置の別の構成を示す回路図である。図６において図３と同一符号は同一または相当する部分を示す。図３では、スナバ回路がＤＣリンクコンデンサ１０と並列接続になるように接続する構成を例に説明したが、図６に示すように、半導体スイッチ６と並列に抵抗２９１とコンデンサ３０１の直列接続で構成されるスナバ回路２８１を、半導体スイッチ８と並列に抵抗２９２とコンデンサ３０２の直列接続で構成されるスナバ回路２８２を、接続しても良く、図３の構成と同様の効果を奏する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration of the power conversion device according to
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In the present invention, the respective embodiments can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
１ 電力変換装置、２ 直流電源、３ 入力コンデンサ、４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５ リアクトル、６、８ ＤＣ／ＤＣコンバータの半導体スイッチ、１０ ＤＣリンクコンデンサ、１１ インバータ、
１２、１４、１６、１８、２０、２２ インバータの半導体スイッチ、
１３、１５、１７、１９、２１、２３ ダイオード、２４ 制御回路、
２８、２８１、２８２ スナバ回路
DESCRIPTION OF
12, 14, 16, 18, 20, 22 Inverter semiconductor switch,
13, 15, 17, 19, 21, 23 Diode, 24 Control circuit,
28, 281, 282 Snubber circuit
Claims (8)
前記制御回路が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのキャリア周波数が前記インバータのキャリア周波数よりも高くなるよう設定して制御する電力変換装置において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する半導体スイッチは、ワイドバンドギャップ半導体で形成され、
前記インバータを構成する半導体スイッチは、シリコン系材料の半導体で形成されていることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device for converting direct current power and alternating current power, the DC / DC converter, an inverter, a DC link capacitor connected between the DC / DC converter and the inverter, and the DC / DC A control circuit for controlling the converter and the inverter in cooperation with each other;
In the power converter in which the control circuit sets and controls the carrier frequency of the DC / DC converter to be higher than the carrier frequency of the inverter,
The semiconductor switch constituting the DC / DC converter is formed of a wide band gap semiconductor,
The semiconductor switch which comprises the said inverter is formed with the semiconductor of a silicon system material, The power converter device characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016158381A (en) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | トヨタ自動車株式会社 | Power conversion device |
| WO2017150640A1 (en) * | 2016-03-04 | 2017-09-08 | 日本電産株式会社 | Power conversion device, motor drive unit, and electric power steering device |
| JP2017192205A (en) * | 2016-04-13 | 2017-10-19 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
| JP6218906B1 (en) * | 2016-09-21 | 2017-10-25 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
| JP6282331B1 (en) * | 2016-10-31 | 2018-02-21 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
| JP2019187081A (en) * | 2018-04-10 | 2019-10-24 | 株式会社デンソー | Power conversion equipment |
| US10615707B2 (en) | 2018-04-25 | 2020-04-07 | Nidec Elesys Corporation | Inverter control device |
| WO2020101141A1 (en) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 현대엘리베이터주식회사 | Sic inverter device |
| WO2023095265A1 (en) * | 2021-11-25 | 2023-06-01 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, motor driving device, and refrigeration cycle application apparatus |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07167480A (en) * | 1989-09-27 | 1995-07-04 | Hitachi Ltd | Air conditioner |
| JPH07298633A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Three-phase pwm inverter |
| JP2001245479A (en) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | Power semiconductor module |
| JP2003061366A (en) * | 2001-08-09 | 2003-02-28 | Sanyo Electric Co Ltd | Motor driving circuit |
| JP2006101675A (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Mitsubishi Electric Corp | Motor drive |
| WO2007080748A1 (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Drive circuit of motor and outdoor unit of air conditioner |
| JP2008061414A (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Daikin Ind Ltd | Power conversion device |
| JP2008206243A (en) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Hitachi Ltd | Power conversion device |
| JP2009159184A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Hitachi Ltd | Circuit device having freewheel diode, circuit device using diode, and electric power converter using the circuit device |
| JP2010172183A (en) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Daikin Ind Ltd | Power converter |
| JP2012115128A (en) * | 2010-11-03 | 2012-06-14 | Denso Corp | Switching module |
-
2012
- 2012-09-25 JP JP2012210348A patent/JP2014068428A/en active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07167480A (en) * | 1989-09-27 | 1995-07-04 | Hitachi Ltd | Air conditioner |
| JPH07298633A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Three-phase pwm inverter |
| JP2001245479A (en) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | Power semiconductor module |
| JP2003061366A (en) * | 2001-08-09 | 2003-02-28 | Sanyo Electric Co Ltd | Motor driving circuit |
| JP2006101675A (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Mitsubishi Electric Corp | Motor drive |
| WO2007080748A1 (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Drive circuit of motor and outdoor unit of air conditioner |
| JP2008061414A (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Daikin Ind Ltd | Power conversion device |
| JP2008206243A (en) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Hitachi Ltd | Power conversion device |
| JP2009159184A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Hitachi Ltd | Circuit device having freewheel diode, circuit device using diode, and electric power converter using the circuit device |
| JP2010172183A (en) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Daikin Ind Ltd | Power converter |
| JP2012115128A (en) * | 2010-11-03 | 2012-06-14 | Denso Corp | Switching module |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9774215B2 (en) | 2015-02-24 | 2017-09-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Power conversion apparatus |
| JP2016158381A (en) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | トヨタ自動車株式会社 | Power conversion device |
| US11431238B2 (en) | 2016-03-04 | 2022-08-30 | Nidec Corporation | Power conversion device, motor drive unit, and electric power steering device |
| WO2017150640A1 (en) * | 2016-03-04 | 2017-09-08 | 日本電産株式会社 | Power conversion device, motor drive unit, and electric power steering device |
| JPWO2017150640A1 (en) * | 2016-03-04 | 2019-01-31 | 日本電産株式会社 | Power conversion device, motor drive unit, and electric power steering device |
| JP2017192205A (en) * | 2016-04-13 | 2017-10-19 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
| WO2018055792A1 (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
| JP2018050382A (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
| CN109716638B (en) * | 2016-09-21 | 2022-02-25 | 三菱电机株式会社 | Power conversion device |
| US11267351B2 (en) | 2016-09-21 | 2022-03-08 | Mitsubishi Electric Cornoration | Power conversion device |
| JP6218906B1 (en) * | 2016-09-21 | 2017-10-25 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
| CN109716638A (en) * | 2016-09-21 | 2019-05-03 | 三菱电机株式会社 | Power conversion device |
| EP3518406A4 (en) * | 2016-09-21 | 2019-09-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
| JP6282331B1 (en) * | 2016-10-31 | 2018-02-21 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
| US11159096B2 (en) | 2016-10-31 | 2021-10-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
| JP2018074786A (en) * | 2016-10-31 | 2018-05-10 | 三菱電機株式会社 | Electric power conversion system |
| WO2018078908A1 (en) * | 2016-10-31 | 2018-05-03 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
| JP2019187081A (en) * | 2018-04-10 | 2019-10-24 | 株式会社デンソー | Power conversion equipment |
| US10615707B2 (en) | 2018-04-25 | 2020-04-07 | Nidec Elesys Corporation | Inverter control device |
| WO2020101141A1 (en) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 현대엘리베이터주식회사 | Sic inverter device |
| WO2023095265A1 (en) * | 2021-11-25 | 2023-06-01 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, motor driving device, and refrigeration cycle application apparatus |
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