JP2017118771A - 3レベル電力変換回路 - Google Patents
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Abstract
Description
下記特許文献1の図11、図16などに示されている、従来の3レベルインバータの第一の例は、直流高電位端子Pと直流低電位端子Nとの間に直列接続した2つの半導体スイッチング素子(例.IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)を接続し、さらに2つの半導体スイッチング素子の接続点とAC出力端子を接続し、直流高電位側P及び直流低電位側Nを中間電位端子Mに対称になるように分割し構成している。
これらの要求は、コストを重視するか、効率を重視するか、のいずれを採るかの相反する要求であり、従来からこの問題を解決することは困難であると認識されていた。
(1)T型3レベル電力変換回路では、ACSW(直流をスイッチングして交流を生成する双方向スイッチ)用のSi製のスイッチング素子とSiC製のダイオードを経由するよう構成する。
(2)I型3レベル電力変換回路では、直流高電位端子P−直流低電位端子N間に4直列されたスイッチング素子の内の交流出力に接続される二つのSi製のスイッチング素子とSiC製のクランプダイオードを経由するように構成する。
図1に示されるT型3レベルインバータは、上記図5に示された従来例におけるT型3レベルインバータと同じように、直流高電位端子Pと直流低電位端子Nとの間に直列接続された2つの半導体スイッチング素子(例.MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を接続し、さらに上記2つの半導体スイッチング素子の接続点をAC出力端子に接続して、直流高電位側P及び直流低電位側Nを中間電位(直流中性点)端子Mに対して対称になるように構成している。
まず(1)に示すように、半導体スイッチング素子T1がオンして半導体スイッチング素子T1に負荷電流が流れている時は、半導体スイッチング素子T1で導通損失(Psat)が発生する。
次に(4)に示すように、(3)でオンにされた半導体スイッチング素子T3がオフになっても、損失の発生状況は変化しない。
上記した説明より、ジャンクション温度が許容する限りダイオードD3の電流容量を小さくし、一方、半導体スイッチング素子T4の電流容量を大きくすることで半導体スイッチング素子T4の導通損失Psatを小さくして、3レベル電力変換回路自体の導通損失を増加させることなく、コストを低減することができる。
図2に示される本発明の実施形態に係るI型3レベルインバータは、上述した従来例におけるI型3レベルインバータと同じように、直流高電位端子Pと直流低電位端子Nとの間にMOSFET-IGBT-IGBT-MOSFETのように4つの半導体スイッチング素子を4直列接続し、4直列接続を2分した半導体スイッチング素子の接続点とAC出力端子を接続するとともに、4直列接続が2分され、2分されてペアにされた2直列接続の2つの半導体スイッチング素子の各接続点と中間電位端子Mとの間にクランプダイオードC3、C4を接続して構成している。
まず(11)に示すように、半導体スイッチング素子T21、T24がオンして半導体スイッチング素子T21、T24に負荷電流が流れている時は、半導体スイッチング素子T21、T24で導通損失(Psat)が発生する。
次に(14)に示すように、(13)でオンにされた半導体スイッチング素子T23がオフになっても、損失の発生状況は変化しない。
12 コンデンサ
C3 クランプダイオード
C4 クランプダイオード
P 直流高電位端子
N 直流低電位端子
M 中間電位(直流中性点)端子
D1〜D4 ダイオード
D21〜D24 ダイオード
T1〜T4 半導体スイッチング素子
T21〜T24 半導体スイッチング素子
Claims (4)
- 直流電源の高電位を入力する高電位端子と、前記直流電源の低電位を入力する低電位端子と、前記直流電源の中間電位を入力する中間電位端子と、交流を出力する交流端子とを備え、前記高電位端子,低電位端子,中間電位端子と前記交流端子との間で電力変換を行う3レベル電力変換回路であって、
前記中間電位端子と前記交流端子との間にワイドバンドギャップ以外の半導体のスイッチング素子とワイドバンドギャップ半導体のダイオードとが直列に接続され、
前記スイッチング素子の電流容量が前記ダイオードの電流容量よりも大きいことを特徴とする3レベル電力変換回路。 - 前記3レベル電力変換回路をT型3レベル電力変換回路とする場合において、双方向スイッチを構成するスイッチング素子がSi製半導体デバイス、ダイオードがSiC製半導体デバイスであることを特徴とする請求項1に記載の3レベル電力変換回路。
- 前記3レベル電力変換回路をI型3レベル電力変換回路とする場合において、前記中間電位端子と前記交流端子との間に設けられるスイッチング素子がSi製半導体デバイス、ダイオードがSiC製半導体デバイスであることを特徴とする請求項1に記載の3レベル電力変換回路。
- 前記スイッチング素子のチップ面積が前記ダイオードのチップ面積よりも広いことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の3レベル電力変換回路。
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