JP3577893B2

JP3577893B2 - 電力変換回路

Info

Publication number: JP3577893B2
Application number: JP15984597A
Authority: JP
Inventors: 聡毅滝沢
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JPH118968A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＰＷＭインバータ装置などの電力変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＰＷＭインバータ装置などの複数組の半導体スイッチからなる電力変換回路を構成する自己消弧形素子（ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなど）のスイッチング動作は、キャリア周波数が数ＫＨｚから数十ＫＨｚ程度のパルス幅変調（ＰＷＭ）された駆動信号に基づいて行われ、このスイッチング動作により輻射ノイズがこの電力変換回路から発生することが知られている。
【０００３】
近年、上記輻射ノイズの周波数成分のうち、特に３０ＭＨｚ以上の成分が外部機器に与える悪影響を抑制するべく、当該する装置（電力変換回路）に種々の法的規制（限度値）が敷かれている。
図５は、この種の電力変換回路の従来例を示す構成図であり、１は商用電源などの交流電源、２はダイオード整流器、３は平滑コンデンサ、４は三相インバータ、５は三相インバータ４を構成するそれぞれの半導体スイッチのスナバコンデンサ、６はこの電力変換回路の負荷を示す。
【０００４】
図６は、図５に示した三相インバータ４を構成する６組の半導体スイッチとして、各相アーム毎に使用される２組の半導体スイッチを内蔵したＩＧＢＴモジュール４０を示し、図６（イ）はその内部の回路構成図であり、図６（ロ）はこのＩＧＢＴモジュール４０を構成する半導体素子の接合容量や配線インダクタンスを考慮した等価回路図である。
【０００５】
このＩＧＢＴモジュール４０はＩＧＢＴ４１，４２とダイオード４３，４４とから構成され、図６（ロ）に示すようにＩＧＢＴ４１，４２にはコレクタ−エミッタ間接合容量（Ｃ_１１，Ｃ_２１）とコレクタ−ゲート間接合容量（Ｃ_１２，Ｃ_２２）とゲート−エミッタ間接合容量（Ｃ_１３，Ｃ_２３）とが存在し、ダイオードにはアノード−カソード間接合容量（Ｃ_３１，Ｃ_４１）が存在し、さらに図示の如き配線インダクタンスＬ_１〜Ｌ_１３が存在し、このＬ_１〜Ｌ_１３それぞれは概ね数ｎＨ〜数十ｎＨ程度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した半導体スイッチ１組当たりの容量をＣ_Ｏ１，Ｃ_Ｏ２（Ｃ_Ｏ１≒Ｃ_Ｏ２）とすると、式（１）〜（２）で表される。
【０００７】
【数１】
Ｃ_Ｏ１＝Ｃ_１１＋Ｃ_３１＋Ｃ_１２・Ｃ_１３／（Ｃ_１２＋Ｃ_１３） …（１）
【０００８】
【数２】
Ｃ_Ｏ２＝Ｃ_２１＋Ｃ_４１＋Ｃ_２２・Ｃ_２３／（Ｃ_２２＋Ｃ_２３） …（２）
ＩＧＢＴモジュール４０のスイッチング動作により、主としてスナバコンデンサ５を電源としてＣ_Ｏ１，Ｃ_Ｏ２が充放電し、この充放電に基づく振動周波数ｆは、式（３）で表される。
【０００９】
【数３】
ｆ＝（１／２π）（Ｌ・Ｃ_Ｏ１／２）^−１／２ …（３）
ここで、Ｌは前記Ｌ_１〜Ｌ_１３に基づく一巡のインダクタンスを示し、ｆは概ね数十ＭＨｚである。
その結果、上述の規制に基づく対策をこの電力変換回路に施す必要があり、従来は電磁シールドを設ける，接続経路にフィルタを挿設するなどの処置を行っていたが、この方法ではＰＷＭインバータ装置などを構成する電力変換回路がコストアップし、大型化するという難点があった。
【００１０】
この発明の目的は上記問題点を解決する電力変換回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、電力変換回路の主回路を構成する複数組の半導体スイッチから該スイッチのスナバ回路への経路に、１個または複数個のインダクタを挿設した電力変換回路とする。
第２の発明は、電力変換回路の主回路を構成する複数組の半導体スイッチそれぞれの間に、１個または複数個のインダクタを接続した電力変換回路とする。
【００１２】
第３の発明は電力変換回路の主回路を構成する１組又は複数組の半導体スイッチに、１個または複数個のインダクタを付加した電力変換回路とする。
第４の発明は、電力変換回路の主回路を構成する１組又は複数組の半導体スイッチを自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路から構成し、この自己消弧形素子からダイオードへの経路に、１個または複数個のインダクタを挿設した電力変換回路とする。
【００１３】
この発明によれば、電力変換回路を構成する半導体スイッチのスイッチング動作時に、前記素子容量と配線インダクタンスと、前記インダクタとによって該素子容量の充放電に基づく振動周波数を低下させ、且つその電流値も低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電力変換回路の部分回路図であり、図５，６に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。すなわち図１においては、図５に示した三相インバータ４を構成する複数組の半導体スイッチのうち、各相アームを構成するＩＧＢＴモジュール４０からスナバ回路としてのスナバコンデンサ５への経路に１個又は複数個のインダクタが挿設されている。図１（イ）ではインダクタ５１，５２がこれに該当し、図１（ロ）ではインダクタ５３がこれに該当し、図１（ハ）ではインダクタ５４がこれに該当する。
【００１５】
図１に示した実施例回路では、ＩＧＢＴモジュール４０のスイッチング動作時、主としてスナバコンデンサ５を電源としてＩＧＢＴ４０が有する素子容量と配線インダクタンス（図６（ロ）参照）と、インダクタ（５１〜５４）とによる振動周波数が従来例に比して低くでき、且つこの電流値も低減する。
図２は、この発明の第２の実施例を示す電力変換回路の回路構成図であり、図５，６に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１６】
すなわち、図２の電力変換回路では、図５に示した三相インバータ４を構成する３組のＩＧＢＴモジュール４０それぞれの間に１個又は複数個のインダクタが接続されている。図２（イ）ではインダクタ６１〜６４がこれに該当し、図２（ロ）ではインダクタ６５，６６がこれに該当し、図２（ハ）ではインダクタ６７，６８がこれに該当する。
【００１７】
図２に示した実施例回路では、３組のＩＧＢＴモジュール４０それぞれのスイッチング動作時、それぞれのＩＧＢＴ４０が有する素子容量と配線インダクタンス（図６（ロ）参照）と、インダクタ（６１〜６８）とによる振動周波数が従来例に比して低くでき、且つこの電流値も低減する。
図３は、この発明の第３の実施例を示す電力変換回路の部分回路図であり、図１，２に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１８】
すなわち図３において、ＩＧＢＴモジュール４０と同一機能を有するＩＧＢＴ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの内部には１個又は複数個のインダクタが付加されている。図３（イ）ではインダクタ７１，７２がこれに該当し、図３（ロ）ではインダクタ７３がこれに該当し、図３（ハ）ではインダクタ７４がこれに該当する。図３に示した実施例回路では、ＩＧＢＴモジュール４０ａ，４０ｂ，４０ｃのスイッチング動作時、主としてスナバコンデンサ５を電源としてＩＧＢＴ４０，４０ｂ，４０ｃが有する素子容量と配線インダクタンス（図６（ロ）参照）と、インダクタ（７１〜７４）とによる振動周波数が従来例に比して低くでき、且つこの電流値も低減する。
【００１９】
図４は、この発明の第４の実施例を示す電力変換回路の部分回路図であり、図１，２に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。すなわち図４において、ＩＧＢＴモジュール４０を構成する２組のＩＧＢＴとダイオードとの逆並列回路それぞれに、１個または複数個のインダクタが挿設される。図４（イ）ではＩＧＢＴ４１とダイオード４３の逆並列回路のインダクタ８１，８２がこれに該当し、図４（ロ）ではＩＧＢＴ４１とダイオード４３の逆並列回路のインダクタ８３がこれに該当し、図４（ハ）ではＩＧＢＴ４１とダイオード４３の逆並列回路のインダクタ８４がこれに該当する。
【００２０】
図４に示した実施例回路では、ＩＧＢＴ４１のスイッチング動作に伴い、ＩＧＢＴ４１，ダイオード４３の素子容量と素子間の配線インダクタンス（図６（ロ）参照）とによる振動周波数が１００ＭＨｚ程度であるのに対して、インダクタ（８１〜８４）の挿設により３０ＭＨｚ以下で、且つこの電流値も低減することができる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、電力変換回路を大型化することなく、該電力変換回路の主回路を構成する半導体スイッチのスイッチング動作時に、該スイッチを構成する半導体素子の素子容量と配線インダクタンスとに起因する振動周波数を低下させ、且つその電流値も低減することができるので、該電力変換回路からの輻射ノイズが軽減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す電力変換回路の部分回路図
【図２】この発明の第２の実施例を示す電力変換回路の回路構成図
【図３】この発明の第３の実施例を示す電力変換回路の部分回路図
【図４】この発明の第４の実施例を示す電力変換回路の部分回路図
【図５】従来例を示す電力変換回路の構成図
【図６】図５に示した電力変換回路の回路構成図
【符号の説明】
１…交流電源、２…ダイオード整流器、３…平滑コンデンサ、４…三相インバータ、５…スナバコンデンサ、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…ＩＧＢＴモジュール、４１，４２…ＩＧＢＴ、４３，４４…ダイオード、５１〜５４，６１〜６８，７１〜７４，８１〜８４…インダクタ。

Claims

電力変換回路の主回路を構成する複数組の半導体スイッチから該スイッチのスナバ回路への経路に、該半導体スイッチの出力容量との振動周波数が３０ＭＨｚ以下となる１個または複数個のインダクタを挿設したことを特徴とする電力変換回路。
電力変換回路の主回路を構成する複数組の半導体スイッチそれぞれの間に、該複数組の半導体スイッチの合成出力容量との振動周波数が３０ＭＨｚ以下となる１個または複数個のインダクタを接続したことを特徴とする電力変換回路。
電力変換回路の主回路を構成する１組又は複数組の半導体スイッチに、該１組または複数組の半導体スイッチの合成出力容量との振動周波数が３０ＭＨｚ以下となる１個または複数個のインダクタを付加したことを特徴とする電力変換回路。
電力変換回路の主回路を構成する１組又は複数組の半導体スイッチを自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路から構成し、この自己消弧形素子からダイオードへの経路に、該自己消弧素子とダイオードの合成出力容量との振動周波数が３０ＭＨｚ以下となる１個または複数個のインダクタを挿設したことを特徴とする電力変換回路。