JPH10210759A - ３レベルインバータ装置 - Google Patents
３レベルインバータ装置Info
- Publication number
- JPH10210759A JPH10210759A JP9020099A JP2009997A JPH10210759A JP H10210759 A JPH10210759 A JP H10210759A JP 9020099 A JP9020099 A JP 9020099A JP 2009997 A JP2009997 A JP 2009997A JP H10210759 A JPH10210759 A JP H10210759A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching element
- leakage current
- voltage
- switching
- power supply
- Prior art date
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- Pending
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３レベルインバータの第２または第３のスイ
ッチング素子に直流電圧電源の全電圧が印加しないよう
にする。 【解決手段】 第１のスイッチング素子の漏れ電流より
も第２のスイッチング素子の漏れ電流が大きく、かつ第
４のスイッチング素子の漏れ電流よりも第３のスイッチ
ング素子の漏れ電流が大きくなるように接続する。
ッチング素子に直流電圧電源の全電圧が印加しないよう
にする。 【解決手段】 第１のスイッチング素子の漏れ電流より
も第２のスイッチング素子の漏れ電流が大きく、かつ第
４のスイッチング素子の漏れ電流よりも第３のスイッチ
ング素子の漏れ電流が大きくなるように接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
に印加される電圧を抑制するようにした３レベルインバ
ータ装置に関するものである。
に印加される電圧を抑制するようにした３レベルインバ
ータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＧＢＴ等の高速スイッチング素
子を使用したインバータが鉄道車両等において広く実用
化されている。この種の高速スイッチング素子を使用す
ることにより、インバータの動作周波数を高速化するこ
とができ、騒音の低減、高速応答を可能にするなど多く
の利点がある。その反面、ＧＴＯ等の低速素子に比べ
て、高速スイッチング素子は高耐圧化が難しいという欠
点がある。また、高耐圧化ができても素子の価格が高価
になるという問題がある。このため、鉄道車両等ではコ
ンデンサ２群を直列接続し、直流電源に並列に接続する
ことにより、２群に分割されたコンデンサの接続点を中
性点として利用することが可能になり、理論的には高速
スイッチング素子には直流電源電圧の半分の電圧しか加
わらないようにしている。
子を使用したインバータが鉄道車両等において広く実用
化されている。この種の高速スイッチング素子を使用す
ることにより、インバータの動作周波数を高速化するこ
とができ、騒音の低減、高速応答を可能にするなど多く
の利点がある。その反面、ＧＴＯ等の低速素子に比べ
て、高速スイッチング素子は高耐圧化が難しいという欠
点がある。また、高耐圧化ができても素子の価格が高価
になるという問題がある。このため、鉄道車両等ではコ
ンデンサ２群を直列接続し、直流電源に並列に接続する
ことにより、２群に分割されたコンデンサの接続点を中
性点として利用することが可能になり、理論的には高速
スイッチング素子には直流電源電圧の半分の電圧しか加
わらないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、高速スイッ
チング素子の漏れ電流にはばらつきがあるため、素子に
加わる電圧は直流電圧の半分の電圧よりも大きくなるこ
とがあり、漏れ電流のばらつきが極端な場合には、素子
に直流電圧電源の全電圧が印加され、過電圧で破壊する
ことがある。本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは素子の漏れ電流のば
らつきが大きくても、素子に過電圧が加わって素子破壊
に至ることを防止するものである。
チング素子の漏れ電流にはばらつきがあるため、素子に
加わる電圧は直流電圧の半分の電圧よりも大きくなるこ
とがあり、漏れ電流のばらつきが極端な場合には、素子
に直流電圧電源の全電圧が印加され、過電圧で破壊する
ことがある。本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは素子の漏れ電流のば
らつきが大きくても、素子に過電圧が加わって素子破壊
に至ることを防止するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】かかる不具合を解決する
ために、中性点を持つ直流電圧電源の両端子に直列接続
された第１から第４の４つの、逆並列ダイオードを備え
たスイッチング素子と、第１のスイッチング素子と第２
のスイッチング素子の相互接続点と前記直流電圧電源の
中性点との間に、中性点側がアノードとなる極性に接続
した第１のダイオードと、第３のスイッチング素子と第
４のスイッチング素子の相互接続点と前記直流電圧電源
の中性点との間に、中性点側がカソードになる極性に接
続した第２のダイオードと、第２のスイッチング素子と
第３のスイッチング素子の接続点は出力端に接続される
ことにより構成される単位インバータを備えた３レベル
インバータ装置において、第１のスイッチング素子の漏
れ電流よりも第２のスイッチング素子の漏れ電流が大き
く、かつ第４のスイッチング素子の漏れ電流よりも第３
のスイッチング素子の漏れ電流が大きくなるように接続
する。
ために、中性点を持つ直流電圧電源の両端子に直列接続
された第１から第４の４つの、逆並列ダイオードを備え
たスイッチング素子と、第１のスイッチング素子と第２
のスイッチング素子の相互接続点と前記直流電圧電源の
中性点との間に、中性点側がアノードとなる極性に接続
した第１のダイオードと、第３のスイッチング素子と第
４のスイッチング素子の相互接続点と前記直流電圧電源
の中性点との間に、中性点側がカソードになる極性に接
続した第２のダイオードと、第２のスイッチング素子と
第３のスイッチング素子の接続点は出力端に接続される
ことにより構成される単位インバータを備えた３レベル
インバータ装置において、第１のスイッチング素子の漏
れ電流よりも第２のスイッチング素子の漏れ電流が大き
く、かつ第４のスイッチング素子の漏れ電流よりも第３
のスイッチング素子の漏れ電流が大きくなるように接続
する。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図によって
説明する。図１は、本発明に関わる３レベルインバータ
の回路図であり、１は中性点を有する直流電圧電源であ
り、たとえば、コンデンサ２群（図示せず）を直列接続
し、直流電源に並列に接続することにより、２群に分割
されたコンデンサの接続点を中性点として利用すること
により実現することができる。２１は第１のスイッチン
グ素子、２２は第２のスイッチング素子、２３は第３の
スイッチング素子、２４は第４のスイッチング素子であ
り、２１から２４のスイッチング素子はいずれも逆並列
ダイオードを備えている。また３は第１のダイオード、
４は第２のダイオードであり、５は単位インバータであ
る。
説明する。図１は、本発明に関わる３レベルインバータ
の回路図であり、１は中性点を有する直流電圧電源であ
り、たとえば、コンデンサ２群（図示せず）を直列接続
し、直流電源に並列に接続することにより、２群に分割
されたコンデンサの接続点を中性点として利用すること
により実現することができる。２１は第１のスイッチン
グ素子、２２は第２のスイッチング素子、２３は第３の
スイッチング素子、２４は第４のスイッチング素子であ
り、２１から２４のスイッチング素子はいずれも逆並列
ダイオードを備えている。また３は第１のダイオード、
４は第２のダイオードであり、５は単位インバータであ
る。
【０００６】直流電圧電源１のプラス側端子と出力端の
間には、第１のスイッチング素子２１と第２のスイッチ
ング素子２２が順方向に直列接続され、出力端と直流電
圧電源１のマイナス側端子の間には第３のスイッチング
素子２３と第４のスイッチング素子２４が順方向に直列
接続される。また、第１のスイッチング素子２１と第２
のスイッチング素子２２の相互接続点と直流電圧電源１
の中性点との間には、中性点側がアノードとなる極性に
第１のダイオード３が接続され、第３のスイッチング素
子２３と第４のスイッチング素子２４の相互接続点と直
流電圧電源１の中性点との間には、中性点側がカソード
になる極性に第２のダイオード４が接続されることによ
り単位インバータ５が構成される。
間には、第１のスイッチング素子２１と第２のスイッチ
ング素子２２が順方向に直列接続され、出力端と直流電
圧電源１のマイナス側端子の間には第３のスイッチング
素子２３と第４のスイッチング素子２４が順方向に直列
接続される。また、第１のスイッチング素子２１と第２
のスイッチング素子２２の相互接続点と直流電圧電源１
の中性点との間には、中性点側がアノードとなる極性に
第１のダイオード３が接続され、第３のスイッチング素
子２３と第４のスイッチング素子２４の相互接続点と直
流電圧電源１の中性点との間には、中性点側がカソード
になる極性に第２のダイオード４が接続されることによ
り単位インバータ５が構成される。
【０００７】３レベルインバータの動作について説明す
る。第１から第４のスイッチング素子のスイッチング状
態と出力電圧との関係を表１に示す。ただし、直流電圧
電源の全電圧を２Ｅとし、中性点を基準に中性点電位を
０（Ｖ）とし、＋側端子の電位をＥ（Ｖ）、−側端子の
電位を−Ｅ（Ｖ）とする。第１のスイッチング素子２１
と第２のスイッチング素子２２がＯＮ、第３のスイッチ
ング素子２３と第４のスイッチング素子２４がＯＦＦの
状態では、出力端子は電位Ｅ（Ｖ）になり、第１のスイ
ッチング素子２１と第４のスイッチング素子２４がＯＦ
Ｆ、第２のスイッチング素子２２と第３のスイッチング
素子２３がＯＮの状態では出力端子は電位０（Ｖ）にな
り、第１のスイッチング素子２１と第２のスイッチング
素子２２がＯＦＦ、第３のスイッチング素子２３と第４
のスイッチング素子２４がＯＮの状態では、出力端子は
電位−Ｅ（Ｖ）になり、出力端子には３つのレベルの電
圧が現れる。
る。第１から第４のスイッチング素子のスイッチング状
態と出力電圧との関係を表１に示す。ただし、直流電圧
電源の全電圧を２Ｅとし、中性点を基準に中性点電位を
０（Ｖ）とし、＋側端子の電位をＥ（Ｖ）、−側端子の
電位を−Ｅ（Ｖ）とする。第１のスイッチング素子２１
と第２のスイッチング素子２２がＯＮ、第３のスイッチ
ング素子２３と第４のスイッチング素子２４がＯＦＦの
状態では、出力端子は電位Ｅ（Ｖ）になり、第１のスイ
ッチング素子２１と第４のスイッチング素子２４がＯＦ
Ｆ、第２のスイッチング素子２２と第３のスイッチング
素子２３がＯＮの状態では出力端子は電位０（Ｖ）にな
り、第１のスイッチング素子２１と第２のスイッチング
素子２２がＯＦＦ、第３のスイッチング素子２３と第４
のスイッチング素子２４がＯＮの状態では、出力端子は
電位−Ｅ（Ｖ）になり、出力端子には３つのレベルの電
圧が現れる。
【０００８】
【表１】
【０００９】従来は、スイッチング素子２１〜２４は特
に選別等は行わずに使用していた。このため、次のよう
な不具合があった。例えば、第１のスイッチング素子２
１の漏れ電流が第２のスイッチング素子２２の漏れ電流
より大きい場合には、出力電圧が−Ｅのときに、第２の
スイッチング素子２２は第１のスイッチング素子２１よ
り加わる電圧が大きくなる。同様に第４のスイッチング
素子２４の漏れ電流が第３のスイッチング素子２３の漏
れ電流より大きい場合も、出力電圧がＥのときに、第３
のスイッチング素子は第４のスイッチング素子より加わ
る電圧が大きくなる。つまり、素子の漏れ電流のばらつ
きにより、第２または第３のスイッチング素子の印加電
圧が入力直流電圧の半電圧（Ｅ）より大きくなることが
あり、漏れ電流のばらつきが極端な場合には、第２また
は第３のスイッチング素子に直流電圧電源の全電圧が印
加され、過電圧で破壊することがある。
に選別等は行わずに使用していた。このため、次のよう
な不具合があった。例えば、第１のスイッチング素子２
１の漏れ電流が第２のスイッチング素子２２の漏れ電流
より大きい場合には、出力電圧が−Ｅのときに、第２の
スイッチング素子２２は第１のスイッチング素子２１よ
り加わる電圧が大きくなる。同様に第４のスイッチング
素子２４の漏れ電流が第３のスイッチング素子２３の漏
れ電流より大きい場合も、出力電圧がＥのときに、第３
のスイッチング素子は第４のスイッチング素子より加わ
る電圧が大きくなる。つまり、素子の漏れ電流のばらつ
きにより、第２または第３のスイッチング素子の印加電
圧が入力直流電圧の半電圧（Ｅ）より大きくなることが
あり、漏れ電流のばらつきが極端な場合には、第２また
は第３のスイッチング素子に直流電圧電源の全電圧が印
加され、過電圧で破壊することがある。
【００１０】このような不具合を解決するため、従来は
第１から第４のスイッチング素子には印加電圧をバラン
スさせるために並列抵抗を付けたり、耐圧の大きい素子
を使用していた。このため、装置の大型化、コストアッ
プを招いていた。本発明は、あらかじめ第１から第４の
スイッチング素子、計４個の漏れ電流を測定し、第２の
スイッチング素子２２は第１のスイッチング素子２１よ
りも漏れ電流の大きい素子を使用し、同様に、第３のス
イッチング素子２３は第４のスイッチング素子２４より
も漏れ電流の大きい素子を選んで使用する。
第１から第４のスイッチング素子には印加電圧をバラン
スさせるために並列抵抗を付けたり、耐圧の大きい素子
を使用していた。このため、装置の大型化、コストアッ
プを招いていた。本発明は、あらかじめ第１から第４の
スイッチング素子、計４個の漏れ電流を測定し、第２の
スイッチング素子２２は第１のスイッチング素子２１よ
りも漏れ電流の大きい素子を使用し、同様に、第３のス
イッチング素子２３は第４のスイッチング素子２４より
も漏れ電流の大きい素子を選んで使用する。
【００１１】このように接続することにより、出力電圧
が−Ｅのときは第１のスイッチング素子の印加電圧は第
２のスイッチング素子より大きくなろうとするが、第１
のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の接続点
が第１のダイオードを介して直流電圧電源の中性点に接
続されているため、第１のスイッチング素子は中性点と
直流電圧電源のプラス側との電位差（Ｅ）以上の電圧は
印加されず、第１と第２のスイッチング素子には直流電
圧電源の半電圧（Ｅ）づつ印加される。
が−Ｅのときは第１のスイッチング素子の印加電圧は第
２のスイッチング素子より大きくなろうとするが、第１
のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の接続点
が第１のダイオードを介して直流電圧電源の中性点に接
続されているため、第１のスイッチング素子は中性点と
直流電圧電源のプラス側との電位差（Ｅ）以上の電圧は
印加されず、第１と第２のスイッチング素子には直流電
圧電源の半電圧（Ｅ）づつ印加される。
【００１２】同様に出力電圧が＋Ｅのときは第４のスイ
ッチング素子の印加電圧は第３のスイッチング素子より
大きくなろうとするが、第３のスイッチング素子と第４
のスイッチング素子の接続点が第２のダイオードを介し
て直流電圧電源の中性点に接続されているため、第４の
スイッチング素子は中性点と直流電圧電源のマイナス側
との電位差（Ｅ）以上の電圧は印可されず、第３と第４
のスイッチング素子には直流電圧電源の半電圧（Ｅ）づ
つ印加される。以上に説明したとおり、本発明によれ
ば、全てのスイッチング素子に半電圧（Ｅ）以上の電圧
が加わることがなくなる。
ッチング素子の印加電圧は第３のスイッチング素子より
大きくなろうとするが、第３のスイッチング素子と第４
のスイッチング素子の接続点が第２のダイオードを介し
て直流電圧電源の中性点に接続されているため、第４の
スイッチング素子は中性点と直流電圧電源のマイナス側
との電位差（Ｅ）以上の電圧は印可されず、第３と第４
のスイッチング素子には直流電圧電源の半電圧（Ｅ）づ
つ印加される。以上に説明したとおり、本発明によれ
ば、全てのスイッチング素子に半電圧（Ｅ）以上の電圧
が加わることがなくなる。
【００１３】
【発明の効果】本発明により、素子の印加電圧をバラン
スさせるための並列抵抗を付けずに、しかも、従来より
も耐圧の小さい素子を使用することができるようにな
り、素子が過電圧により破壊することを防止できるよう
になった。
スさせるための並列抵抗を付けずに、しかも、従来より
も耐圧の小さい素子を使用することができるようにな
り、素子が過電圧により破壊することを防止できるよう
になった。
【図１】本発明が適用される３レベルインバータの回路
図である。
図である。
１ 直流電圧電源 ２１ 第１のスイッチング素子 ２２ 第２のスイッチング素子 ２３ 第３のスイッチング素子 ２４ 第４のスイッチング素子 ３ ダイオード ４ ダイオード ５ 単位インバータ
Claims (1)
- 【請求項１】 中性点を持つ直流電圧電源の両端子に直
列接続された第１から第４の４つの、逆並列ダイオード
を備えたスイッチング素子と、前記第１のスイッチング
素子と前記第２のスイッチング素子の相互接続点と前記
直流電圧電源の中性点との間に、中性点側がアノードと
なる極性に接続した第１のダイオードと、前記第３のス
イッチング素子と前記第４のスイッチング素子の相互接
続点と前記直流電圧電源の中性点との間に、中性点側が
カソードになる極性に接続した第２のダイオードと、前
記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素
子の接続点は出力端に接続されることにより構成される
単位インバータを備えた３レベルインバータ装置におい
て、前記第１のスイッチング素子の漏れ電流よりも前記
第２のスイッチング素子の漏れ電流が大きく、かつ、前
記第４のスイッチング素子の漏れ電流よりも前記第３の
スイッチング素子の漏れ電流が大きくなるようにスイッ
チング素子を選別して構成したことを特徴とする３レベ
ルインバータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9020099A JPH10210759A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | ３レベルインバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9020099A JPH10210759A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | ３レベルインバータ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10210759A true JPH10210759A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=12017678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9020099A Pending JPH10210759A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | ３レベルインバータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10210759A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100379137C (zh) * | 2005-07-21 | 2008-04-02 | 南京航空航天大学 | 零电压开关复合式交错并联双管正激三电平直流变换器 |
| WO2012032642A1 (ja) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 三菱電機株式会社 | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
| JP2020072495A (ja) * | 2018-10-29 | 2020-05-07 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置 |
-
1997
- 1997-01-17 JP JP9020099A patent/JPH10210759A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100379137C (zh) * | 2005-07-21 | 2008-04-02 | 南京航空航天大学 | 零电压开关复合式交错并联双管正激三电平直流变换器 |
| WO2012032642A1 (ja) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 三菱電機株式会社 | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
| JP2020072495A (ja) * | 2018-10-29 | 2020-05-07 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置 |
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