JP5571013B2 - 半導体スイッチ、及び電力変換装置 - Google Patents
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Description
図2に示すように、半導体スイッチ7は、主素子3と、逆電圧印加回路6と、を備えている。主素子3は、電圧駆動型のスイッチング素子1及び逆並列ダイオード2を有している。
逆並列ダイオード2は、スイッチング素子1に逆並列に接続されている。
補助電源12の負極側は、負極端子21に電気的に接続されている。補助電源12の電圧値は、主素子3の耐電圧より低い値である。高速還流ダイオード4の陰極側は正極端子20に電気的に接続されている。
高速還流ダイオード4は、逆並列ダイオード2より逆回復時間が短く、逆並列ダイオード2より逆回復電荷が小さい。
高速還流ダイオード4は、多直列に接続された複数のダイオード15で形成されている。ダイオード15は、低耐圧用のダイオードである。
半導体スイッチ7等、電力変換装置は、上記のように形成されている。
図5に示すように、逆電圧印加回路6は、他の逆並列ダイオードとして、補助素子5に逆並列に接続された逆並列ダイオード28を有している。
また、この実施形態において、高速還流ダイオード4及び補助素子5は、ディスクリート半導体を用いて形成されている。
筐体23は筐体24に接続されている。詳しくは、筐体24外部に設けられた正極端子8及び負極端子9には、筐体23外部に設けられた正極端子20及び負極端子21が接続されている。
上記のことから、主素子3の逆並列ダイオード2の逆回復特性を改善することができ、構成素子(スイッチング素子1及び補助素子5等)の耐電圧化を図ることができる半導体スイッチ7を得ることができる。
例えば、上述した半導体スイッチは、上述した電力変換装置に限らず、各種の電力変換装置や他の電子機器に利用可能である。
なお、以下に本願の出願当初の特許請求の範囲を付記する。
[C1]
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した主素子と、
前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、前記主素子の耐電圧より小さな逆電圧を前記逆並列ダイオードに印加する逆電圧印加回路と、を備え、
前記逆電圧印加回路は、
前記主素子の耐電圧より電圧値が低い補助電源と、
前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、前記逆並列ダイオードより逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、
前記補助電源及び高速還流ダイオード間に接続され、前記逆並列ダイオードの逆回復時にオンし、前記主素子より耐圧が低い補助素子と、
前記補助電源に並列に接続されたコンデンサと、を有し、
前記高速還流ダイオードは、多直列に接続された複数のダイオードで形成されていることを特徴とする半導体スイッチ。
[C2]
前記逆電圧印加回路は、前記高速還流ダイオードを形成する複数のダイオードに一対一で並列に接続され、互いに容量の等しい複数のコンデンサをさらに有していることを特徴とするC1に記載の半導体スイッチ。
[C3]
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した主素子と、
前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、前記主素子の耐電圧より小さな逆電圧を前記逆並列ダイオードに印加する逆電圧印加回路と、を備え、
前記逆電圧印加回路は、
前記主素子の耐電圧より電圧値が低い補助電源と、
前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、前記逆並列ダイオードより逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、
前記補助電源及び高速還流ダイオード間に接続され、前記逆並列ダイオードの逆回復時にオンし、前記主素子より耐圧が低い補助素子と、
前記補助電源に並列に接続されたコンデンサと、
前記補助電源の負極端子に接続された陽極と、前記補助素子の負極端子に接続された陰極と、を含んだダイオードと、を有したことを特徴とする半導体スイッチ。
[C4]
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した主素子と、
前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、ことを特徴とする半導体スイッチ。
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した主素子と、
前記主素子の耐電圧より小さな逆電圧を前記逆並列ダイオードに印加する逆電圧印加回路と、を備え、
前記逆電圧印加回路は、
前記主素子の耐電圧より電圧値が低い補助電源と、
前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、前記逆並列ダイオードより逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、
前記補助電源及び高速還流ダイオード間に接続され、前記逆並列ダイオードの逆回復時にオンし、前記主素子より耐圧が低い補助素子と、
前記補助電源に並列に接続されたコンデンサと、
前記補助素子に逆並列に接続された他の逆並列ダイオードと、を有したことを特徴とする半導体スイッチ。
[C5]
前記高速還流ダイオード、補助素子及びコンデンサを収容する筐体をさらに備え、
前記逆電圧印加回路は、前記高速還流ダイオード及び補助素子が実装され、前記筐体に収容された基板をさらに有し、
前記補助素子及びコンデンサは、電気的に接続された状態で前記筐体に収容されていることを特徴とするC1乃至4の何れか1項に記載の半導体スイッチ。
[C6]
前記高速還流ダイオード及び補助素子は、ディスクリート半導体を用いて形成されていることを特徴とするC5に記載の半導体スイッチ。
[C7]
前記主素子を収容する他の筐体をさらに備え、
前記筐体は、前記他の筐体に接続されていることを特徴とするC5に記載の半導体スイッチ。
Claims (10)
- 正側直流線と負側直流線との間に2つの半導体スイッチが直列接続され、直流電力を交流電力に変換するための電力変換装置における、前記半導体スイッチにおいて、
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した主素子と、
前記主素子に並列接続され、直列接続された複数のダイオードで構成され、前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、電源が並列接続されたコンデンサと、他方の半導体スイッチがオン状態に移行する直前のデッドタイムのときにオン状態にされる補助素子とが直列接続された逆電圧印加回路とを備えたことを特徴とする半導体スイッチ。 - 前記補助素子は、前記主素子より耐圧が低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ。
- 前記高速還流ダイオードを構成する複数のダイオードそれぞれには、容量の等しいコンデンサが並列接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ。
- 前記コンデンサは、直列接続された前記電源および充電抵抗に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ。
- 正側直流線と負側直流線との間に2つの半導体スイッチが直列接続され、直流電力を交流電力に変換するための電力変換装置における、前記半導体スイッチにおいて、
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した主素子と、
前記主素子に並列接続され、前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、電源が並列接続されたコンデンサと、他方の半導体スイッチがオン状態に移行する直前のデッドタイムのときにオン状態にされる補助素子とが直列接続された逆電圧印加回路とを備え、
前記コンデンサと前記補助素子とは直接接続されるとともに、このコンデンサと補助素子に対して並列にダイオードが接続されたことを特徴とする半導体スイッチ。 - 正側直流線と負側直流線との間に2つの半導体スイッチが直列接続され、直流電力を交流電力に変換するための電力変換装置における、前記半導体スイッチにおいて、
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した主素子と、
前記主素子に並列接続され、直列接続された複数のダイオードで構成され、前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、電源が並列接続されたコンデンサと、他方の半導体スイッチがオン状態に移行する直前のデッドタイムのときにオン状態にされる補助素子とが直列接続され、更に前記補助素子に対して逆並列に接続された逆並列ダイオードとを有する逆電圧印加回路とを備えたことを特徴とする半導体スイッチ。 - 正側直流線と負側直流線との間に直列接続され、正側直流線と接続された第1の半導体スイッチと負側直流線と接続された第2の半導体スイッチが直列接続され、直流電力を交流電力に変換するための電力変換装置において、
前記第1の半導体スイッチは、
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した第1の主素子と、
前記第1の主素子に並列接続され、直列接続された複数のダイオードで構成され、前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、電源が並列接続されたコンデンサと、前記第2の半導体スイッチがオン状態に移行する直前のデッドタイムのときにオン状態にされる補助素子とが直列接続された第1の逆電圧印加回路とを有し、
前記第2の半導体スイッチは、
電圧駆動型のスイッチング素子及び前記スイッチング素子に逆並列に接続された逆並列ダイオードを有した第2の主素子と、
前記主素子に並列接続され、直列接続された複数のダイオードで構成され、前記逆並列ダイオードより逆回復時間が短く、逆回復電荷が小さい高速還流ダイオードと、電源が並列接続されたコンデンサと、前記第1の半導体スイッチがオン状態に移行する直前のデッドタイムのときにオン状態にされる補助素子とが直列接続された第2の逆電圧印加回路とを有する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1の逆電圧印加回路の補助素子および前記第2の逆電圧印加回路の補助素子は、それぞれ、前記第1の主素子および第2の主素子および耐圧が低いことを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記第1の逆電圧印加回路の高速還流ダイオードを構成する複数のダイオードのそれぞれ、及び前記第2の逆電圧印加回路の高速還流ダイオードを構成する複数のダイオードのそれぞれには、容量の等しいコンデンサが並列接続されていることを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記第1の逆電圧印加回路のコンデンサおよび前記第2の逆電圧印加回路のコンデンサは、それぞれ直列接続された前記電源および充電抵抗に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
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