JPH11136954A - 3レベル中性点クランプ式インバータ回路 - Google Patents

3レベル中性点クランプ式インバータ回路

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JPH11136954A
JPH11136954A JP9295560A JP29556097A JPH11136954A JP H11136954 A JPH11136954 A JP H11136954A JP 9295560 A JP9295560 A JP 9295560A JP 29556097 A JP29556097 A JP 29556097A JP H11136954 A JPH11136954 A JP H11136954A
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克利 山中
Kenji Yamada
健二 山田
Akira Kumagai
彰 熊谷
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隆昭 寺田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング素子毎の個別スナバ回路を設け
たのでは割高となり不経済であるので、少ない部品点数
でスナバ機能を持たせること。 【解決手段】 正母線4と負母線5と中性線6とを有
し、正母線4と相電圧出力端子10間並びに5負母線と
相電圧出力端子10間にそれぞれ第一及び第二のIGB
T11、12並びに第三及び第四のIGBT13、14
が直列接続された3レベル中性点クランプ式インバータ
回路において、正母線4と中性線6間に第一のスナバコ
ンデンサ21を、負母線5と中性線6間に第二のスナバ
コンデンサ22を設け、正母線4にカソードを接続し相
電圧出力端子10にアノードを接続した第一のスナバダ
イオード23と、負母線5にアノードを接続し相電圧出
力端子10にカソードを接続した第二のスナバダイオー
ド24とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、モータの可変速
駆動運転や系統間連系等を行う電力変換装置を形成する
中性点クランプ式インバータ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】中性点クランプ式インバータ回路のスナ
バ回路としては、例えば特開平7−135781号公報
や特開平8−294285号公報に開示の様に、各スイ
ッチング素子毎にスナバ回路を設ける個別スナバ回路方
式が一般的であった。特開平7−135781号公報に
は、各スイッチング素子毎に、抵抗器とコンデンサとダ
イオードからなるスナバ回路を配設し、インバータを停
止させる際に、過電圧等によりスイッチング素子を破損
する事無しに停止できる制御方法が開示されている。ま
た、特開平8−294285号公報には、各スイッチン
グ素子毎に、抵抗器とコンデンサとダイオードとからな
るスナバ回路を設け、このスナバ回路には、電源電圧の
半分の電圧を印加するようにした電圧クランプ形スナバ
回路としてスナバ回路損失を少なくする技術が開示され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,比較的
中小容量の中性点クランプ式インバータ回路にスナバ回
路を設けようとする場合,スイッチング素子毎の個別ス
ナバ方式とすると、部品点数が多くなり、スナバ回路の
コストが割高になってしまうといった不都合があった。
そこでこの発明は、スナバ回路の部品点数を少なくした
3レベル中性点クランプ式インバータ回路を提供するこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる3レベル
中性点クランプ式インバータ回路は、正母線と負母線と
中性線とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに
前記負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッ
チング素子が直列接続された3レベル中性点クランプ式
インバータ回路であって、前記正母線と前記中性線間に
設けられる第一のスナバコンデンサと、前記負母線と前
記中性線間に設けられる第二のスナバコンデンサと、前
記正母線にカソードが接続され前記相電圧出力端子にア
ノードが接続される第一のスナバダイオードと、前記負
母線にアノードが接続され前記相電圧出力端子にカソー
ドが接続される第二のスナバダイオードとを備えたもの
である。また、本発明に係わる3レベル中性点クランプ
式インバータ回路は、正母線と負母線と中性線とを有
し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と
相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が
直列接続された3レベル中性点クランプ式インバータ回
路であって、前記正母線にアノードが接続される一方の
ダイオード、該一方のダイオードのカソードと前記中性
線との間に接続される第一のスナバコンデンサ及び前記
一方のダイオードと並列に接続される第一の放電抵抗器
を有する第一のRCDスナバ回路と、前記負母線にカソ
ードが接続される他方のダイオード、該他方のダイオー
ドのアノードと前記中性線との間に接続される第二のス
ナバコンデンサ及び前記他方のダイオードと並列に接続
される第二の放電抵抗器を有する第二のRCDスナバ回
路と、前記第一のRCDスナバ回路の前記一方のダイオ
ードと前記第一のスナバコンデンサとの接続点にカソー
ドが接続され相電圧出力端子にアノードが接続される第
一のスナバダイオードと、前記第二のRCDスナバ回路
の前記他方のダイオードと前記第二のスナバコンデンサ
との接続点にアノードが接続され相電圧出力端子にカソ
ードが接続される第二のスナバダイオードとを備えたも
のである。この発明によれば、正母線と負母線と中性線
とを有し、前記正母線と相電圧出力端子間並びに前記負
母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッチング
素子が直列接続された3レベル中性点クランプ式インバ
ータ回路において、各スイッチング素子毎にスナバ回路
を設けるのではなく、正負母線と中性線との間に第一、
第二のスナバコンデンサまたは第一、第二のRCDスナ
バ回路を設け、更に、正負母線と相電圧出力端子の間又
は第一、第二のRCDスナバ回路と相電圧出力端子との
間に第一、第二のスナバダイオードを設ける構成とする
ことにより、少ない部品点数でスナバ回路を形成するも
のである。従って、中小容量の3レベル中性点クランプ
式インバータ回路に対しても、さほどのコスト上昇無し
にスナバ回路を設けてインバータ回路の品質を高めるこ
とができる。また、インバータ装置の寸法の増大も少な
い。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図1は、この発明による
3レベル中性点クランプ式インバータ回路の1相分の回
路図である。電源1と並列に、平滑コンデンサ2と平滑
コンデンサ3の直列接続回路が接続され、正母線4、負
母線5、中性線6の配線リアクタンスがそれぞれリアク
トル7,8,9として明示的に示されている。正母線4
と相電圧出力端子10との間には、スイッチング素子を
形成する第一のIGBT11、と第二のIGBT12が
直列接続されている。また、負母線5と相電圧出力端子
10との間には、同様にスイッチング素子を形成する第
三のIGBT13と、第四のIGBT14とが直列接続
されている。更に、第一のIGBT11と第二のIGB
T12の接続点には、アノードを中性線6に接続された
一方のクランプダイオード15のカソードが接続され、
第三のIGBT13と第四のIGBT14の接続点に
は、カソードを中性線6に接続された他方のクランプダ
イオード16のアノードが接続されている。そして、各
IGBT11、12、13、14にはそれぞれ並列に、
第一のフライホイルダイオード17、第二のフライホイ
ルダイオード18、第三のフライホイルダイオード1
9、及び第四のフライホイルダイオード20が接続され
ている。この様なインバータ回路において、この発明に
よれば、正母線4と中性線6の間に第一のスナバコンデ
ンサ21を、負母線5と中性線6の間に第二のスナバコ
ンデンサ22を接続し、更に、正母線4にカソードが接
続されアノードが相電圧出力端子10に接続された第一
のスナバダイオード23と、負母線にアノードが接続さ
れカソードが相電圧出力端子に接続された第二のスナバ
ダイオード24とを設けて、スナバ機能を持たせる。図
2(a)、(b)、(c)、(d)は図1の回路の動作
を示した図である。図には平滑コンデンサ2、3からI
GBT11、12、13、14までの配線に存在するリ
アクタンスをリアクトル7、8、9として示しており、
スイッチング素子を形成するIGBTに発生するサージ
の主原因は、この配線のリアクタンス分の存在によるも
のである。図2(a)において、第一、第二のIGBT
11、12がオン、第三、第四のIGBT13、14が
オフ状態にあって電流が破線の経路を流れている場合
に、第一のIGBT11がターンオフするとリアクトル
7にたまっていたエネルギは図2(a)の太線の経路を
通って第一のスナバコンデンサ21を充電するようにな
る。リアクトル7が持っていたエネルギが第一のスナバ
コンデンサ21に移動すると太線の電流経路は切れて、
電流は中性線6から一方のクランプダイオード15、第
二のIGBT12を通って相電圧出力端子10に流れる
様になる。また第一のスナバコンデンサ21に電荷とし
て貯えられた余剰エネルギは平滑コンデンサ2の方へ放
電される。図2(b)において、第二、第三のIGBT
12、13がオン、第一、第四のIGBT11、14が
オフ状態にあって電流が破線の経路を流れている場合
に、第二のIGBT12がターンオフするとリアクトル
8にたまっていたエネルギは図2(b)の太線の経路を
通って第二のスナバコンデンサ22を充電するようにな
る。リアクトル8が持っていたエネルギが第二のスナバ
コンデンサ22に移動すると太線の電流経路は切れて、
電流は平滑コンデンサ3の負極側から第二のスナバダイ
オード24を通って相電圧出力端子10に流れるように
なる。従って、インバータ回路の環流電流は第三、第四
のフライホイルダイオード19、20を流れずに第二の
スナバダイオード24を流れることとなるので、第二の
スナバダイオード24には第三、第四のIGBT13、
14と同程度の電流容量が必要になる。第二のスナバコ
ンデンサ22に電荷として貯えられた余剰エネルギは平
滑コンデンサ3の方へ放電される。図2(c)におい
て、第三、第四のIGBT13、14がオン、第一、第
二のIGBT11、12がオフ状態にあって、電流が破
線の経路を流れている場合に、第四のIGBT14がタ
ーンオフするとリアクトル9にたまっていたエネルギは
図2(c)の太線の経路を通って第二のスナバコンデン
サ22を充電するよになる。リアクトル9が持っていた
エネルギが第二のスナバコンデンサ22に移動すると太
線の電流経路は切れて、電流は第三のIGBT13、他
方のクランプダイオード16を通って中性線へと流れる
ようになる。また、第二のスナバコンデンサ22に電荷
として貯えられた余剰エネルギは、平滑コンデンサ3の
方へ放電される。図2(d)において、第二、第三のI
GBT12、13がオン、第一、第四のIGBT11、
14がオフ状態にあって電流が破線の経路を流れている
場合に、第三のIGBT13がターンオフするとリアク
トル8にたまっていたエネルギは図2(d)の太線の経
路を通って第一のスナバコンデンサ21を充電するよう
になる。リアクトル8が持っていたエネルギが放出され
ると、太線の電流経路は切れて、電流は第一のスナバダ
イオード23を通って平滑コンデンサ2の正極側へ流れ
るようになる。従って、インバータ回路の環流電流は、
第一のフライホイルダイオード17、第二のフライホイ
ルダイオード18を流れずに、第一のスナバダイオード
23を流れることとなるため、第一のスナバダイオード
23も第一、第二のIGBT11、12と同程度の電流
容量が必要である。第一のスナバコンデンサ21に電荷
として貯えた余剰エネルギは、平滑コンデンサ2の方へ
放電される。以下、図3を参照してこの発明の第2の実
施の形態について説明する。図3は、この発明による3
レベル中性点クランプ式インバータ回路の1相分の回路
図を示すもので、図1と同一部分は同一符号であらわさ
れている。電源1と並列に、平滑コンデンサ2と平滑コ
ンデンサ3の直列接続回路が接続され、正母線4、負母
線5、中性線6のそれぞれの配線リアクタンスがそれぞ
れリアクトル7,8,9として明示的に示されている。
正母線4と相電圧出力端子10との間には、スイッチン
グ素子を形成する第一のIGBT11、と第二のIGB
T12が直列接続されている。また、負母線5と相電圧
出力端子10との間には、同様にスイッチング素子を形
成する第三のIGBT13と、第四のIGBT14とが
直列接続されている。更に、第一のIGBT11と第二
のIGBT12の接続点には、アノードを中性線6に接
続された一方のクランプダイオード15のカソードが接
続され、第三のIGBT13と第四のIGBT14の接
続点には、カソードを中性線6に接続された他方のクラ
ンプダイオード16のアノードが接続されている。そし
て、各IGBT11、12、13、14にはそれぞれ並
列に、第一のフライホイルダイオード17、第二のフラ
イホイルダイオード18、第三のフライホイルダイオー
ド19、第四のフライホイルダイオード20が接続され
ている。上記の構成のインバータ回路において、この発
明によれば、前記正母線4にアノードが接続された一方
のダイオード25のカソードと中性線6との間に第一の
スナバコンデンサ26を接続して前記一方のダイオード
25と並列に第一の放電抵抗器27を接続した第一のR
CDスナバ回路28を設け、前記負母線5にカソードが
接続された他方のダイオード29のアノードと中性線6
との間に第二のスナバコンデンサ30を接続して前記他
方のダイオード29と並列に第二の放電抵抗器31を接
続した第二のRCDスナバ回路32を設ける。更に、前
記第一のRCDスナバ回路28の一方のダイオード25
と第一のスナバコンデンサ26との接続点にカソードが
接続され相電圧出力端子10にアノードが接続された第
一のスナバダイオード33と、前記第二のRCDスナバ
回路32の他方のダイオード29と第二のスナバコンデ
ンサ30との接続点にアノードが接続され相電圧出力端
子10にカソードが接続された第二のスナバダイオード
34とを設ける。次に、この実施の形態のスナバ動作を
図4によって説明する。図4は図3のインバータ回路の
動作を示すものである。図には平滑コンデンサ2、3か
ら各IGBT11、12、13、14までの配線に存在
するリアクトル7、8、9を明示的に図示しており,ス
イッチング素子を形成するIGBTに発生するサージの
主原因は、この配線のリアクタンス分の存在によるもの
である。図4(a)において、第一、第二のIGBT1
1、12がオン、第三、第四のIGBT13、14がオ
フ状態にあり、電流が破線の経路で流れている場合に、
第一のIGBT11がターンオフすると、リアクトル7
にたまっていたエネルギは図4(a)の太線の経路を通
って第一のスナバコンデンサ26を充電するようにな
る。リアクトル7が持っていたエネルギが第一のスナバ
コンデンサ26に移動すると太線の電流経路は切れて、
電流は、中性線6から一方のクランプダイオード15と
第二のIGBT12を通って相電圧出力端子10に出力
されるようになる。また第一のスナバコンデンサ26に
電荷として貯えられたエネルギは、第一のスナバコンデ
ンサ26が充電状態でない間に、第一の放電抵抗器27
を通り図示した放電経路で平滑コンデンサ2の方へ放電
される。この放電では、インバータ回路の接続が中性点
クランプ式である為、第一のスナバコンデンサ26の両
端電圧は、平滑コンデンサ2の両端電圧とほぼ同じにな
るまでしか放電されず、第一のスナバコンデンサ26の
両端電圧は零になることはない。従って第一のスナバコ
ンデンサ26の両端電圧が零になる方式のスナバ回路に
比べてサージによる損失を低く押さえることができる。
図4(b)において、第一、第四のIGBT11、14
がオフ、第二、第三のIGBT12、13がオン状態に
あり、電流が破線の経路を流れている場合に、第二のI
GBT12がターンオフすると、リアクトル8にたまっ
ていたエネルギは図4(b)の太線の経路を通って第二
のスナバコンデンサ30を充電するようになる。リアク
トル8が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ
30に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は平滑
コンデンサ3の負極側から第四のフライホイルダイオー
ド20、第三のフライホイルダイオード19を通って流
れるようになる。また第二のスナバコンデンサ30に電
荷として貯えられたエネルギは第二のスナバコンデンサ
30が充電状態でない間に第二の放電抵抗器31を通
り、図示した放電経路で平滑コンデンサ3の方へ放電さ
れる。この放電でもインバータ回路の接続方式から、第
二のスナバコンデンサ30の両端電圧は平滑コンデンサ
3の両端電圧とほぼ同じになるまでしか放電されないの
で、第二のスナユバコンデンサ30の両端電圧は零にな
ることはない。従ってこの場合も、第二のスナバコンデ
ンサ30の両端電圧が零になる方式のスナバに比べてサ
ージによる損失を低く押さえることができる。図4
(c)において、第一、第二のIGBT11、12がオ
フ、第三、第四のIGBT13、14がオン状態にあ
り、電流が破線の経路を流れている場合に、第四のIG
BT14がターンオフすると、リアクトル9にたまって
いたエネルギは図4(c)の太線の経路を通って第二の
スナバコンデンサ30を充電するようになる。リアクト
ル9が持っていたエネルギが第二のスナバコンデンサ3
0に移動すると太線の電流経路は切れて、電流は第三の
IGBT13、他方のクランプダイオード16、中性線
6を通って流れるようになる。また、第二のスナバコン
デンサ30に電荷として貯えられたエネルギは、第二の
スナバコンデンサ30が充電状態でない間に、第二の放
電抵抗器31を通り図示した放電経路で平滑コンデンサ
3の方へ放電される。この放電においても、インバータ
回路の接続方式によって、第二のスナバコンデンサ30
の両端電圧は、平滑コンデンサ3の両端電圧とほぼ同じ
になるまでしか放電されないので、第二のスナバコンデ
ンサ30の両端電圧は零になることはない。従ってこの
場合も第二のスナバコンデンサ30の両端電圧が零にな
る方式のスナバ回路に比べてサージによる損失を低く押
さえることができる。図4(d)において、第一、第四
のIGBT11、14オフ、第二、第三のIGBT1
2、13がオン状態にあり、電流が破線の経路を流れて
いる場合に、第三のIGBT13がターンオフすると、
リアクトル8にたまっていたエネルギは図4(d)の太
線の経路を通って第一のスナバコンデンサ26を充電す
るようになる。リアクトル8が持っていたエネルギが第
一のスナバコンデンサ26に移動すると太線の電流経路
は切れて、電流は第二のフライホイルダイオード18、
第一のフライホイルダイオード17、平滑コンデンサ2
の正極を通って流れるようになる。また、第一のスナバ
コンデンサ26に電荷として貯えられたエネルギは、第
一のスナバコンデンサ26が充電状態でない間に第一の
放電抵抗器27を通り図示した放電経路で平滑コンデン
サ2の方へ放電される。この放電でも、インバータ回路
の接続方式により、第一のスナバコンデンサ26の両端
電圧は、平滑コンデンサ2の両端電圧とほぼ同じになる
までしか放電されないので、第一のスナバコンデンサ2
6の両端電圧は零になることはない。従ってこの場合
も、第一のスナバコンデンサ26の両端電圧が零になる
方式のスナバ回路に比べてサージによる損失を低く押さ
えることができる。
【0006】
【発明の効果】以上の通りこの発明によれば、正母線と
負母線と中性線とを有し、正母線と相電圧出力端子間並
びに負母線と相電圧出力端子間にそれぞれ複数のスイッ
チング素子が直列接続された3レベル中性点クランプ式
インバータ回路において、正負母線と中性線との間に第
一、第二のスナバコンデンサまたは第一、第二のRCD
スナバ回路を設け、更に、正負母線と相電圧出力端子の
間又は第一、第二のRCDスナバ回路と相電圧出力端子
との間に第一、第二のスナバダイオードを設ける構成と
したので、従来の個別スナバ方式に比べて少ない部品点
数でスナバ回路を設けることができ、中小容量の3レベ
ル中性点クランプ式インバータに対してコスト上昇を抑
えつつスナバ機能を持たせることが可能となり、経済的
に品質の向上と使い勝手の良さを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による第一の実施の形態のインバータ
回路の1相分の回路図である。
【図2】図1に示す回路のスナバ動作説明図であり、図
2(a)は第一、第二のIGBTがオン状態から第一の
IGBTがオフになる経過の説明図、図2(b)は第
二、第三のIGBTがオン状態から第二のIGBTがオ
フとなる経過の説明図、図2(c)は第三、第四のIG
BTがオンの状態から第四のIGBTがオフになる経過
の説明図、図2(d)は第二、第三のIGBTがオンの
状態から第三のIGBTがオフとなる経過の説明図であ
る。
【図3】この発明による第二の実施の形態のインバータ
回路の1相分の回路図である。
【図4】図3に示す回路のスナバ動作説明図であり、図
4(a)は第一、第二のIGBTがオン状態から第一の
IGBTがオフになる経過の説明図、図4(b)は第
二、第三のIGBTがオン状態から第二のIGBTがオ
フとなる経過の説明図、図4(c)は第三、第四のIG
BTがオンの状態から第四のIGBTがオフになる経過
の説明図、図4(d)は第二、第三のIGBTがオンの
状態から第三のIGBTがオフとなる経過の説明図であ
る。
【符号の説明】
1 電源 4 正母線 5 負母線 6 中性線 7〜9 配線リアクタンス 10 相電圧出力端子 11 第一のIGBT 12 第二のIGBT 13 第三のIGBT 14 第四のIGBT 15、16 クランプダイオード 17〜20 環流ダイオード 21、26 第一のスナバコンデンサ 22、30 第二のスナバコンデンサ 23、33 第一のスナバダイオード 24、34 第二のスナバダイオード 25 一方のダイオード 27 第一の放電抵抗器 28 第一のRCDスナバ回路 29 他方のダイオード 31 第二の放電抵抗器 32 第二のRCDスナバ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 隆昭 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石2番1号 株式会社安川電機内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正母線と負母線と中性線とを有し、前記
    正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出
    力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続
    された3レベル中性点クランプ式インバータ回路であっ
    て、 前記正母線と前記中性線間に設けられる第一のスナバコ
    ンデンサと、 前記負母線と前記中性線間に設けられる第二のスナバコ
    ンデンサと、 前記正母線にカソードが接続され前記相電圧出力端子に
    アノードが接続される第一のスナバダイオードと、 前記負母線にアノードが接続され前記相電圧出力端子に
    カソードが接続される第二のスナバダイオードとを備え
    たことを特徴とする3レベル中性点クランプ式インバー
    タ回路。
  2. 【請求項2】 正母線と負母線と中性線とを有し、前記
    正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と相電圧出
    力端子間にそれぞれ複数のスイッチング素子が直列接続
    された3レベル中性点クランプ式インバータ回路であっ
    て、 前記正母線にアノードが接続される一方のダイオード、
    該一方のダイオードのカソードと前記中性線との間に接
    続される第一のスナバコンデンサ及び前記一方のダイオ
    ードと並列に接続される第一の放電抵抗器を有する第一
    のRCDスナバ回路と、 前記負母線にカソードが接続される他方のダイオード、
    該他方のダイオードのアノードと前記中性線との間に接
    続される第二のスナバコンデンサ及び前記他方のダイオ
    ードと並列に接続される第二の放電抵抗器を有する第二
    のRCDスナバ回路と、 前記第一のRCDスナバ回路の前記一方のダイオードと
    前記第一のスナバコンデンサとの接続点にカソードが接
    続され相電圧出力端子にアノードが接続される第一のス
    ナバダイオードと、 前記第二のRCDスナバ回路の前記他方のダイオードと
    前記第二のスナバコンデンサとの接続点にアノードが接
    続され相電圧出力端子にカソードが接続される第二のス
    ナバダイオードとを備えたことを特徴とする3レベル中
    性点クランプ式インバータ回路。
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