JPH1189249A - ３レベル電力変換装置 - Google Patents
３レベル電力変換装置Info
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- JPH1189249A JPH1189249A JP9242712A JP24271297A JPH1189249A JP H1189249 A JPH1189249 A JP H1189249A JP 9242712 A JP9242712 A JP 9242712A JP 24271297 A JP24271297 A JP 24271297A JP H1189249 A JPH1189249 A JP H1189249A
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
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- H02M7/487—Neutral point clamped inverters
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 主回路に存在する配線インダクタンスを小さ
くしてターンオフサージ電圧の低減を図る。 【解決手段】 直流電圧源９を挟むように直流電圧源９
の両側に正側アーム部１０および負側アーム部１１を配
置する。そして、正側アーム部１０では、直流電圧源９
側から順に、第２のＩＧＢＴ２、第１の結合ダイオード
５、第１のＩＧＢＴ１を配置し、負側アーム部１１で
は、直流電圧源９側から順に、第３のＩＧＢＴ３、第２
の結合ダイオード６、第４のＩＧＢＴ４を配置する。
くしてターンオフサージ電圧の低減を図る。 【解決手段】 直流電圧源９を挟むように直流電圧源９
の両側に正側アーム部１０および負側アーム部１１を配
置する。そして、正側アーム部１０では、直流電圧源９
側から順に、第２のＩＧＢＴ２、第１の結合ダイオード
５、第１のＩＧＢＴ１を配置し、負側アーム部１１で
は、直流電圧源９側から順に、第３のＩＧＢＴ３、第２
の結合ダイオード６、第４のＩＧＢＴ４を配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、３レベル電力変
換装置に係り、特に、その内部のインダクタンスの低減
技術に関するものである。
換装置に係り、特に、その内部のインダクタンスの低減
技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１８は例えば特開平８−２５１９４０
号公報に記載された、従来の３レベル電力変換装置の１
相分の主回路における素子配置および素子間接続を示す
構成図である。図において、７および８は互いに直列に
接続され直流電圧源９を構成するコンデンサ、Ｐ、Ｃ１
（Ｃ２）およびＮはそれぞれ直流電圧源９の正極端子、
中間端子および負極端子である。１ａと１ｂ、２ａと２
ｂ、３ａと３ｂ、４ａと４ｂはそれぞれ互いに並列に接
続されたＩＧＢＴで、これらＩＧＢＴ１ａ、１ｂと２
ａ、２ｂと３ａ、３ｂと４ａ、４ｂとは互いに直列に接
続されている。そして、ＩＧＢＴ１ａ、１ｂのコレクタ
が正極端子Ｐに、ＩＧＢＴ４ａ、４ｂのエミッタが負極
端子Ｎにそれぞれ接続されている。なお、各ＩＧＢＴに
は、フライホイールダイオードが逆並列に接続されてい
る。
号公報に記載された、従来の３レベル電力変換装置の１
相分の主回路における素子配置および素子間接続を示す
構成図である。図において、７および８は互いに直列に
接続され直流電圧源９を構成するコンデンサ、Ｐ、Ｃ１
（Ｃ２）およびＮはそれぞれ直流電圧源９の正極端子、
中間端子および負極端子である。１ａと１ｂ、２ａと２
ｂ、３ａと３ｂ、４ａと４ｂはそれぞれ互いに並列に接
続されたＩＧＢＴで、これらＩＧＢＴ１ａ、１ｂと２
ａ、２ｂと３ａ、３ｂと４ａ、４ｂとは互いに直列に接
続されている。そして、ＩＧＢＴ１ａ、１ｂのコレクタ
が正極端子Ｐに、ＩＧＢＴ４ａ、４ｂのエミッタが負極
端子Ｎにそれぞれ接続されている。なお、各ＩＧＢＴに
は、フライホイールダイオードが逆並列に接続されてい
る。
【０００３】５ａと５ｂ、６ａと６ｂはそれぞれ互いに
並列に接続された第１および第２の結合ダイオードで、
第１の結合ダイオード５ａ、５ｂのカソードがＩＧＢＴ
１ａ、１ｂと２ａ、２ｂの接続点に、アノードが中間端
子Ｃ１（Ｃ２）にそれぞれ接続され、第２の結合ダイオ
ード６ａ、６ｂのカソードが中間端子Ｃ１（Ｃ２）に、
アノードがＩＧＢＴ３ａ、３ｂと４ａ、４ｂの接続点に
それぞれ接続されている。ＯはＩＧＢＴ２ａ、２ｂと３
ａ、３ｂの接続点から引き出された交流出力端子であ
る。
並列に接続された第１および第２の結合ダイオードで、
第１の結合ダイオード５ａ、５ｂのカソードがＩＧＢＴ
１ａ、１ｂと２ａ、２ｂの接続点に、アノードが中間端
子Ｃ１（Ｃ２）にそれぞれ接続され、第２の結合ダイオ
ード６ａ、６ｂのカソードが中間端子Ｃ１（Ｃ２）に、
アノードがＩＧＢＴ３ａ、３ｂと４ａ、４ｂの接続点に
それぞれ接続されている。ＯはＩＧＢＴ２ａ、２ｂと３
ａ、３ｂの接続点から引き出された交流出力端子であ
る。
【０００４】ところで、上記３レベル電力変換装置にお
ける転流動作の詳細な説明は後段に譲るが、図１９に、
ＩＧＢＴ１および２についての電流経路を簡単に示す。
図において、Ｌ１〜Ｌ５は主回路に存在する配線インダ
クタンスである。ここで、ＩＧＢＴ１、２が共にオンの
状態からＩＧＢＴ１がターンオフする、即ち、電流か
ら電流へ転流する場合、各配線インダクタンスに誘起
される電圧により、ＩＧＢＴ１にはコンデンサ７の電圧
＋Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３の電圧がサージ電圧として印加され
る。また、ＩＧＢＴ２がターンオフしてＩＧＢＴ３、４
のフライホイールダイオードがオンする、即ち、電流
から電流へ転流する場合、ＩＧＢＴ２にはコンデンサ
７の電圧＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ５の電圧がサージ電圧として
印加される。これはターンオフサージ電圧と呼ばれるも
ので、このターンオフサージ電圧をＩＧＢＴの安全動作
領域以内に抑えないとＩＧＢＴを破壊に至らしめること
になる。
ける転流動作の詳細な説明は後段に譲るが、図１９に、
ＩＧＢＴ１および２についての電流経路を簡単に示す。
図において、Ｌ１〜Ｌ５は主回路に存在する配線インダ
クタンスである。ここで、ＩＧＢＴ１、２が共にオンの
状態からＩＧＢＴ１がターンオフする、即ち、電流か
ら電流へ転流する場合、各配線インダクタンスに誘起
される電圧により、ＩＧＢＴ１にはコンデンサ７の電圧
＋Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３の電圧がサージ電圧として印加され
る。また、ＩＧＢＴ２がターンオフしてＩＧＢＴ３、４
のフライホイールダイオードがオンする、即ち、電流
から電流へ転流する場合、ＩＧＢＴ２にはコンデンサ
７の電圧＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ５の電圧がサージ電圧として
印加される。これはターンオフサージ電圧と呼ばれるも
ので、このターンオフサージ電圧をＩＧＢＴの安全動作
領域以内に抑えないとＩＧＢＴを破壊に至らしめること
になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の３レベル電力変
換装置の場合、図１８に示すように、直列に接続された
各ＩＧＢＴの側方に各結合ダイオードを配置する構成と
しているので、各配線インダクタンスの数値が大きくな
り易く、従って、ターンオフサージ電圧が高くなる。こ
のターンオフサージ電圧を抑制する方法として、別途コ
ンデンサを用いて配線インダクタンスのエネルギーを吸
収するスナバ回路を各ＩＧＢＴと並列に接続する方法が
あるが、配線インダクタンスが大きいとそのエネルギー
を吸収するスナバ回路のコンデンサ容量も大きくなり、
装置損失の増加、装置外形の大型化、装置コストの増
加、部品数の増大による信頼性の低下を招くことにな
る。
換装置の場合、図１８に示すように、直列に接続された
各ＩＧＢＴの側方に各結合ダイオードを配置する構成と
しているので、各配線インダクタンスの数値が大きくな
り易く、従って、ターンオフサージ電圧が高くなる。こ
のターンオフサージ電圧を抑制する方法として、別途コ
ンデンサを用いて配線インダクタンスのエネルギーを吸
収するスナバ回路を各ＩＧＢＴと並列に接続する方法が
あるが、配線インダクタンスが大きいとそのエネルギー
を吸収するスナバ回路のコンデンサ容量も大きくなり、
装置損失の増加、装置外形の大型化、装置コストの増
加、部品数の増大による信頼性の低下を招くことにな
る。
【０００６】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、配線インダクタンスの低減が可
能となりターンオフサージ電圧を抑制することができる
３レベル電力変換装置を得ることを目的とする。
ためになされたもので、配線インダクタンスの低減が可
能となりターンオフサージ電圧を抑制することができる
３レベル電力変換装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る３レベル
電力変換装置は、正極端子と中間端子と負極端子とを有
する直流電圧源、上記正極端子と交流出力端子との間に
順次直列に接続された第１および第２のスイッチング素
子と、上記第１および第２のスイッチング素子の接続点
と上記中間端子との間に接続された第１の結合ダイオー
ドとを有する正側アーム部、および上記交流出力端子と
上記負極端子との間に順次直列に接続された第３および
第４のスイッチング素子と、上記第３および第４のスイ
ッチング素子の接続点と上記中間端子との間に接続され
た第２の結合ダイオードとを有する負側アーム部を備
え、上記交流出力端子から３レベルの電圧を出力する３
レベル電力変換装置において、上記正側アーム部は、上
記直流電圧源に対して上記第２のスイッチング素子を最
も近く、上記第１のスイッチング素子を最も遠く、上記
第１の結合ダイオードを上記第１および第２のスイッチ
ング素子の中間にそれぞれ配置し、上記負側アーム部
は、上記直流電圧源に対して上記第３のスイッチング素
子を最も近く、上記第４のスイッチング素子を最も遠
く、上記第２の結合ダイオードを上記第３および第４の
スイッチング素子の中間にそれぞれ配置したものであ
る。
電力変換装置は、正極端子と中間端子と負極端子とを有
する直流電圧源、上記正極端子と交流出力端子との間に
順次直列に接続された第１および第２のスイッチング素
子と、上記第１および第２のスイッチング素子の接続点
と上記中間端子との間に接続された第１の結合ダイオー
ドとを有する正側アーム部、および上記交流出力端子と
上記負極端子との間に順次直列に接続された第３および
第４のスイッチング素子と、上記第３および第４のスイ
ッチング素子の接続点と上記中間端子との間に接続され
た第２の結合ダイオードとを有する負側アーム部を備
え、上記交流出力端子から３レベルの電圧を出力する３
レベル電力変換装置において、上記正側アーム部は、上
記直流電圧源に対して上記第２のスイッチング素子を最
も近く、上記第１のスイッチング素子を最も遠く、上記
第１の結合ダイオードを上記第１および第２のスイッチ
ング素子の中間にそれぞれ配置し、上記負側アーム部
は、上記直流電圧源に対して上記第３のスイッチング素
子を最も近く、上記第４のスイッチング素子を最も遠
く、上記第２の結合ダイオードを上記第３および第４の
スイッチング素子の中間にそれぞれ配置したものであ
る。
【０００８】また、請求項２に係る３レベル電力変換装
置は、請求項１において、その正側アーム部の第１、第
２のスイッチング素子および第１の結合ダイオードをほ
ぼ直線上に配置し、負側アーム部の第３、第４のスイッ
チング素子および第２の結合ダイオードをほぼ直線上に
配置し、直流電圧源の一方の側に上記両アーム部をほぼ
平行に配置したものである。
置は、請求項１において、その正側アーム部の第１、第
２のスイッチング素子および第１の結合ダイオードをほ
ぼ直線上に配置し、負側アーム部の第３、第４のスイッ
チング素子および第２の結合ダイオードをほぼ直線上に
配置し、直流電圧源の一方の側に上記両アーム部をほぼ
平行に配置したものである。
【０００９】また、請求項３に係る３レベル電力変換装
置は、請求項１において、その正側アーム部の第１、第
２のスイッチング素子および第１の結合ダイオードをほ
ぼ直線上に配置し、負側アーム部の第３、第４のスイッ
チング素子および第２の結合ダイオードをほぼ直線上に
配置し、直流電圧源を挟むようにして上記両アーム部を
上記直流電圧源の両側に配置したものである。
置は、請求項１において、その正側アーム部の第１、第
２のスイッチング素子および第１の結合ダイオードをほ
ぼ直線上に配置し、負側アーム部の第３、第４のスイッ
チング素子および第２の結合ダイオードをほぼ直線上に
配置し、直流電圧源を挟むようにして上記両アーム部を
上記直流電圧源の両側に配置したものである。
【００１０】また、請求項４に係る３レベル電力変換装
置は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、その各端
子、スイッチング素子および結合ダイオードの各接続部
を一の方向に突出させ、上記一の方向と直角で互いに電
気的に絶縁された複数の平板状の配線板を使用して上記
各接続部間の必要な電気的接続を行う構成としたもので
ある。
置は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、その各端
子、スイッチング素子および結合ダイオードの各接続部
を一の方向に突出させ、上記一の方向と直角で互いに電
気的に絶縁された複数の平板状の配線板を使用して上記
各接続部間の必要な電気的接続を行う構成としたもので
ある。
【００１１】また、請求項５に係る３レベル電力変換装
置は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、その各ス
イッチング素子および結合ダイオードのそれぞれを、直
流電圧源から等距離に配置され互いに並列に接続された
複数のスイッチング素子または結合ダイオードから構成
したものである。
置は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、その各ス
イッチング素子および結合ダイオードのそれぞれを、直
流電圧源から等距離に配置され互いに並列に接続された
複数のスイッチング素子または結合ダイオードから構成
したものである。
【００１２】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１における
３レベル電力変換装置の素子配置および素子間接続を示
す構成図である。図において、９は中央に配置された直
流電圧源で、コンデンサ７および８の直列体からなり、
正極端子Ｐ、中間端子Ｃおよび負極端子Ｎを備えてい
る。１０および１１は直流電圧源９を挟むようにして直
流電圧源９の両側に配置された正側アーム部および負側
アーム部である。先ず、正側アーム部１０は図に示すよ
うに、直流電圧源９側から順に配置された第２のＩＧＢ
Ｔ２、第１の結合ダイオード５および第１のＩＧＢＴ１
から構成されており、各構成素子はほぼ直線上に、特に
後述する各接続端子Ｃ、Ｅ、Ａ、Ｋは正確に直線上に配
置されている。そして、第１のＩＧＢＴ１のコレクタＣ
は直流電圧源９の正極端子Ｐに接続され、同エミッタＥ
は第２のＩＧＢＴ２のコレクタＣおよび第１の結合ダイ
オード５のカソードＫに接続されている。第１の結合ダ
イオード５のアノードＡは直流電圧源９の中間端子Ｃに
接続され、第２のＩＧＢＴ２のエミッタＥは交流出力端
子Ｏに接続されている。
３レベル電力変換装置の素子配置および素子間接続を示
す構成図である。図において、９は中央に配置された直
流電圧源で、コンデンサ７および８の直列体からなり、
正極端子Ｐ、中間端子Ｃおよび負極端子Ｎを備えてい
る。１０および１１は直流電圧源９を挟むようにして直
流電圧源９の両側に配置された正側アーム部および負側
アーム部である。先ず、正側アーム部１０は図に示すよ
うに、直流電圧源９側から順に配置された第２のＩＧＢ
Ｔ２、第１の結合ダイオード５および第１のＩＧＢＴ１
から構成されており、各構成素子はほぼ直線上に、特に
後述する各接続端子Ｃ、Ｅ、Ａ、Ｋは正確に直線上に配
置されている。そして、第１のＩＧＢＴ１のコレクタＣ
は直流電圧源９の正極端子Ｐに接続され、同エミッタＥ
は第２のＩＧＢＴ２のコレクタＣおよび第１の結合ダイ
オード５のカソードＫに接続されている。第１の結合ダ
イオード５のアノードＡは直流電圧源９の中間端子Ｃに
接続され、第２のＩＧＢＴ２のエミッタＥは交流出力端
子Ｏに接続されている。
【００１３】次に、負側アーム部１１は図に示すよう
に、直流電圧源９側から順に配置された第３のＩＧＢＴ
３、第２の結合ダイオード６および第４のＩＧＢＴ４か
ら構成されており、各構成素子はほぼ直線上に配置され
ている。各接続端子Ｃ、Ｅ、Ａ、Ｋは正側アーム部１０
と同様、正確に直線上に配置されている。そして、第３
のＩＧＢＴ３のコレクタＣは交流出力端子Ｏに接続さ
れ、同エミッタＥは第４のＩＧＢＴ４のコレクタＣおよ
び第２の結合ダイオード６のアノードＡに接続されてい
る。第２の結合ダイオード６のカソードＫは直流電圧源
９の中間端子Ｃに接続され、第４のＩＧＢＴ４のエミッ
タＥは直流電圧源９の負極端子Ｎに接続されている。
に、直流電圧源９側から順に配置された第３のＩＧＢＴ
３、第２の結合ダイオード６および第４のＩＧＢＴ４か
ら構成されており、各構成素子はほぼ直線上に配置され
ている。各接続端子Ｃ、Ｅ、Ａ、Ｋは正側アーム部１０
と同様、正確に直線上に配置されている。そして、第３
のＩＧＢＴ３のコレクタＣは交流出力端子Ｏに接続さ
れ、同エミッタＥは第４のＩＧＢＴ４のコレクタＣおよ
び第２の結合ダイオード６のアノードＡに接続されてい
る。第２の結合ダイオード６のカソードＫは直流電圧源
９の中間端子Ｃに接続され、第４のＩＧＢＴ４のエミッ
タＥは直流電圧源９の負極端子Ｎに接続されている。
【００１４】次に、以上の素子配置を採用することによ
り、配線インダクタンスを大幅に低減できることを説明
するが、その前提として、同回路の転流動作につき詳細
に説明する。図２は図１の回路構成図で、ここでは、便
宜上、それぞれフライホイールダイオードが逆並列接続
されたＩＧＢＴ１〜４をＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ
４と、また結合ダイオード５、６をＣＤ１、ＣＤ２と呼
ぶことにする。
り、配線インダクタンスを大幅に低減できることを説明
するが、その前提として、同回路の転流動作につき詳細
に説明する。図２は図１の回路構成図で、ここでは、便
宜上、それぞれフライホイールダイオードが逆並列接続
されたＩＧＢＴ１〜４をＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ
４と、また結合ダイオード５、６をＣＤ１、ＣＤ２と呼
ぶことにする。
【００１５】図３、図４は各電流モード（ＭＯＤＥ１〜
ＭＯＤＥ６）における各電流経路を示す図で、各図にお
いて、Ｌ１〜Ｌ５は主回路に存在する配線インダクタン
スを示す。図５は各ＭＯＤＥおよび転流時の各素子ＳＷ
１〜ＳＷ４、ＣＤ１、ＣＤ２に流れる電流波形を示すタ
イミングチャートである。
ＭＯＤＥ６）における各電流経路を示す図で、各図にお
いて、Ｌ１〜Ｌ５は主回路に存在する配線インダクタン
スを示す。図５は各ＭＯＤＥおよび転流時の各素子ＳＷ
１〜ＳＷ４、ＣＤ１、ＣＤ２に流れる電流波形を示すタ
イミングチャートである。
【００１６】先ず、図３（ａ）において、ＳＷ１、ＳＷ
２がオンし、ＳＷ３、ＳＷ４がオフしたＭＯＤＥ１で
は、電流がコンデンサ７のコンデンサ７→配線インダク
タンスＬ１→ＳＷ１→ＳＷ２→交流出力端子Ｏに流れる
（電流）。なお、図５の上段に示す各ＩＧＢＴのスイ
ッチング状態は○がオン、×がオフを示す。次に、ＭＯ
ＤＥ１からＭＯＤＥ２へ変化するとき、ＳＷ１がターン
オフし、電流は、中間端子Ｃ→配線インダクタンスＬ２
→結合ダイオードＣＤ１→配線インダクタンスＬ３→Ｓ
Ｗ２→交流出力端子Ｏに転流する（電流）。つまり、
電流から電流に転流する。このとき、配線インダク
タンスＬ１を介してＳＷ１に流れていた電流は減少
し、逆に、配線インダクタンスＬ２、ＣＤ１、配線イン
ダクタンスＬ３を介してＳＷ２に流れる電流は増加す
る。従って、配線インダクタンスＬ１には電流の減少
率−ｄｉ／ｄｔによる電圧＝−ｄｉ／ｄｔ×Ｌ１＝Ｖ１
が図示矢印の向きに誘起される。また、配線インダクタ
ンスＬ２、Ｌ３には、それぞれ、電流の増加率ｄｉ／
ｄｔによる電圧＝ｄｉ／ｄｔ×Ｌ２＝Ｖ２、ｄｉ／ｄｔ
×Ｌ３＝Ｖ３が同じく矢印の向きに誘起される。このた
め、この転流時には、ＳＷ１には、コンデンサ７の電圧
＋Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３の電圧がサージ電圧として印加され
ることになる。
２がオンし、ＳＷ３、ＳＷ４がオフしたＭＯＤＥ１で
は、電流がコンデンサ７のコンデンサ７→配線インダク
タンスＬ１→ＳＷ１→ＳＷ２→交流出力端子Ｏに流れる
（電流）。なお、図５の上段に示す各ＩＧＢＴのスイ
ッチング状態は○がオン、×がオフを示す。次に、ＭＯ
ＤＥ１からＭＯＤＥ２へ変化するとき、ＳＷ１がターン
オフし、電流は、中間端子Ｃ→配線インダクタンスＬ２
→結合ダイオードＣＤ１→配線インダクタンスＬ３→Ｓ
Ｗ２→交流出力端子Ｏに転流する（電流）。つまり、
電流から電流に転流する。このとき、配線インダク
タンスＬ１を介してＳＷ１に流れていた電流は減少
し、逆に、配線インダクタンスＬ２、ＣＤ１、配線イン
ダクタンスＬ３を介してＳＷ２に流れる電流は増加す
る。従って、配線インダクタンスＬ１には電流の減少
率−ｄｉ／ｄｔによる電圧＝−ｄｉ／ｄｔ×Ｌ１＝Ｖ１
が図示矢印の向きに誘起される。また、配線インダクタ
ンスＬ２、Ｌ３には、それぞれ、電流の増加率ｄｉ／
ｄｔによる電圧＝ｄｉ／ｄｔ×Ｌ２＝Ｖ２、ｄｉ／ｄｔ
×Ｌ３＝Ｖ３が同じく矢印の向きに誘起される。このた
め、この転流時には、ＳＷ１には、コンデンサ７の電圧
＋Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３の電圧がサージ電圧として印加され
ることになる。
【００１７】次に、図３（ｂ）において、ＭＯＤＥ２か
らＭＯＤＥ３に変化するとき、ＳＷ２がターンオフする
ため電流が減少し、配線インダクタンスＬ５を介して
ＳＷ３、ＳＷ４のフライホイールダイオードを流れる電
流が増加する。この結果、配線インダクタンスＬ２、Ｌ
３には電流の減少率−ｄｉ／ｄｔによる電圧＝−ｄｉ
／ｄｔ×Ｌ２＝Ｖ２、−ｄｉ／ｄｔ×Ｌ３＝Ｖ３が矢印
の向きに誘起される。また配線インダクタンスＬ５に
は、電流の増加率ｄｉ／ｄｔによる電圧＝ｄｉ／ｄｔ
×Ｌ５＝Ｖ５が矢印の向きに誘起される。このため、こ
の転流時に、ＳＷ２にはコンデンサ８の電圧＋Ｖ２＋Ｖ
３＋Ｖ５の電圧がサージ電圧として印加されることにな
る。
らＭＯＤＥ３に変化するとき、ＳＷ２がターンオフする
ため電流が減少し、配線インダクタンスＬ５を介して
ＳＷ３、ＳＷ４のフライホイールダイオードを流れる電
流が増加する。この結果、配線インダクタンスＬ２、Ｌ
３には電流の減少率−ｄｉ／ｄｔによる電圧＝−ｄｉ
／ｄｔ×Ｌ２＝Ｖ２、−ｄｉ／ｄｔ×Ｌ３＝Ｖ３が矢印
の向きに誘起される。また配線インダクタンスＬ５に
は、電流の増加率ｄｉ／ｄｔによる電圧＝ｄｉ／ｄｔ
×Ｌ５＝Ｖ５が矢印の向きに誘起される。このため、こ
の転流時に、ＳＷ２にはコンデンサ８の電圧＋Ｖ２＋Ｖ
３＋Ｖ５の電圧がサージ電圧として印加されることにな
る。
【００１８】ここまでは、正側アーム部のＳＷ１および
ＳＷ２について言及したが、負側アーム部のＳＷ３、Ｓ
Ｗ４についても同じことが言える。即ち、図４（ａ）に
おいて、ＳＷ３、ＳＷ４がオンし、ＳＷ１、ＳＷ２がオ
フしたＭＯＤＥ４では、電流は、交流出力端子Ｏ→ＳＷ
３→ＳＷ４→配線インダクタンスＬ５→負極端子Ｎに流
れている（電流）。次に、ＭＯＤＥ４からＭＯＤＥ５
へ変化するとき、ＳＷ４がターンオフし、電流が交流出
力端子Ｏ→ＳＷ３→配線インダクタンスＬ４→結合ダイ
オードＣＤ２→配線インダクタンスＬ２→中間端子Ｃに
転流する（電流）。つまり、電流から電流に転流
する。このとき、ＳＷ４を介して配線インダクタンスＬ
５に流れていた電流は減少し、逆に配線インダクタン
スＬ４、Ｌ２を介して結合ダイオードＣＤ２に流れる電
流は増加する。従って、配線インダクタンスＬ５には電
流の減少率−ｄｉ／ｄｔによる電圧＝−ｄｉ／ｄｔ×
Ｌ５が矢印の向きに誘起される。また、配線インダクタ
ンスＬ２、Ｌ４には、それぞれ電流の増加率ｄｉ／ｄ
ｔによる電圧＝ｄｉ／ｄｔ×Ｌ２＝Ｖ２、ｄｉ／ｄｔ×
Ｌ４＝Ｖ４が矢印の向きに誘起される。このため、この
転流時には、ＳＷ４には、コンデンサ８の電圧＋Ｖ５＋
Ｖ２＋Ｖ４の電圧がサージ電圧として印加されることに
なる。
ＳＷ２について言及したが、負側アーム部のＳＷ３、Ｓ
Ｗ４についても同じことが言える。即ち、図４（ａ）に
おいて、ＳＷ３、ＳＷ４がオンし、ＳＷ１、ＳＷ２がオ
フしたＭＯＤＥ４では、電流は、交流出力端子Ｏ→ＳＷ
３→ＳＷ４→配線インダクタンスＬ５→負極端子Ｎに流
れている（電流）。次に、ＭＯＤＥ４からＭＯＤＥ５
へ変化するとき、ＳＷ４がターンオフし、電流が交流出
力端子Ｏ→ＳＷ３→配線インダクタンスＬ４→結合ダイ
オードＣＤ２→配線インダクタンスＬ２→中間端子Ｃに
転流する（電流）。つまり、電流から電流に転流
する。このとき、ＳＷ４を介して配線インダクタンスＬ
５に流れていた電流は減少し、逆に配線インダクタン
スＬ４、Ｌ２を介して結合ダイオードＣＤ２に流れる電
流は増加する。従って、配線インダクタンスＬ５には電
流の減少率−ｄｉ／ｄｔによる電圧＝−ｄｉ／ｄｔ×
Ｌ５が矢印の向きに誘起される。また、配線インダクタ
ンスＬ２、Ｌ４には、それぞれ電流の増加率ｄｉ／ｄ
ｔによる電圧＝ｄｉ／ｄｔ×Ｌ２＝Ｖ２、ｄｉ／ｄｔ×
Ｌ４＝Ｖ４が矢印の向きに誘起される。このため、この
転流時には、ＳＷ４には、コンデンサ８の電圧＋Ｖ５＋
Ｖ２＋Ｖ４の電圧がサージ電圧として印加されることに
なる。
【００１９】次に、図４（ｂ）において、ＭＯＤＥ５か
らＭＯＤＥ６に変化するとき、ＳＷ３がターンオフする
ため電流が減少し、配線インダクタンスＬ１を介して
ＳＷ１およびＳＷ２のフライホイールダイオードを流れ
る電流が増加する。従って、配線インダクタンスＬ
２、Ｌ４には電流の減少率−ｄｉ／ｄｔによる電圧＝
−ｄｉ／ｄｔ×Ｌ２＝Ｖ２、−ｄｉ／ｄｔ×Ｌ４＝Ｖ４
が矢印の向きに誘起される。また、配線インダクタンス
Ｌ１には、電流の増加率ｄｉ／ｄｔによる電圧＝ｄｉ
／ｄｔ×Ｌ１＝Ｖ１が矢印の向きに誘起される。このた
め、この転流時に、ＳＷ３には、コンデンサ７の電圧＋
Ｖ２＋Ｖ４＋Ｖ１の電圧がサージ電圧として印加される
ことになる。
らＭＯＤＥ６に変化するとき、ＳＷ３がターンオフする
ため電流が減少し、配線インダクタンスＬ１を介して
ＳＷ１およびＳＷ２のフライホイールダイオードを流れ
る電流が増加する。従って、配線インダクタンスＬ
２、Ｌ４には電流の減少率−ｄｉ／ｄｔによる電圧＝
−ｄｉ／ｄｔ×Ｌ２＝Ｖ２、−ｄｉ／ｄｔ×Ｌ４＝Ｖ４
が矢印の向きに誘起される。また、配線インダクタンス
Ｌ１には、電流の増加率ｄｉ／ｄｔによる電圧＝ｄｉ
／ｄｔ×Ｌ１＝Ｖ１が矢印の向きに誘起される。このた
め、この転流時に、ＳＷ３には、コンデンサ７の電圧＋
Ｖ２＋Ｖ４＋Ｖ１の電圧がサージ電圧として印加される
ことになる。
【００２０】従って、上述した転流動作によって生じる
サージ電圧（ターンオフサージ電圧）を低減するために
は、電流〜の各電流路における配線インダクタンス
をすべて小さくしてやればよい。そして、電流路のイン
ダクタンスを小さくするためには、先ず、（１）その配
線長さを短くすることが重要である。そして、同時に、
（２）電流路を互いに近接する往復路で形成し、上記往
復路を流れる電流により発生する磁界のほとんどを互い
に打ち消し合うことでインダクタンスを低減する方法が
有効である。
サージ電圧（ターンオフサージ電圧）を低減するために
は、電流〜の各電流路における配線インダクタンス
をすべて小さくしてやればよい。そして、電流路のイン
ダクタンスを小さくするためには、先ず、（１）その配
線長さを短くすることが重要である。そして、同時に、
（２）電流路を互いに近接する往復路で形成し、上記往
復路を流れる電流により発生する磁界のほとんどを互い
に打ち消し合うことでインダクタンスを低減する方法が
有効である。
【００２１】図６は図１に示す３レベル電力変換装置
に、各電流、、の電流路を付記したものである。
即ち、電流は正極端子Ｐ→ＩＧＢＴ１→ＩＧＢＴ２→
交流出力端子Ｏの経路であるが、各端子が直線上に位置
しているので、配線をその線上近傍に位置させることに
より、この往復路の長さを短くできるとともに、往復路
の離間距離をごく小さくすることができ、電流路に存在
する配線インダクタンスを大幅に低減することができ
る。
に、各電流、、の電流路を付記したものである。
即ち、電流は正極端子Ｐ→ＩＧＢＴ１→ＩＧＢＴ２→
交流出力端子Ｏの経路であるが、各端子が直線上に位置
しているので、配線をその線上近傍に位置させることに
より、この往復路の長さを短くできるとともに、往復路
の離間距離をごく小さくすることができ、電流路に存在
する配線インダクタンスを大幅に低減することができ
る。
【００２２】電流は中間端子Ｃ→結合ダイオード５→
交流出力端子Ｏの経路で流れるが、図から判るように、
電流と同様の理由により、その配線インダクタンスが
十分小さい値になる。また、電流は負極端子Ｎ→ＩＧ
ＢＴ４→ＩＧＢＴ３→交流出力端子Ｏの経路で流れる
が、これも同様にその配線インダクタンスが十分小さい
値になる。なお、図６では、図が煩雑となるのを避ける
ため電流、、については、図示を省略している
が、電流〜の場合と同様、その配線インダクタンス
はいずれも十分小さい値になることは容易に理解される
であろう。
交流出力端子Ｏの経路で流れるが、図から判るように、
電流と同様の理由により、その配線インダクタンスが
十分小さい値になる。また、電流は負極端子Ｎ→ＩＧ
ＢＴ４→ＩＧＢＴ３→交流出力端子Ｏの経路で流れる
が、これも同様にその配線インダクタンスが十分小さい
値になる。なお、図６では、図が煩雑となるのを避ける
ため電流、、については、図示を省略している
が、電流〜の場合と同様、その配線インダクタンス
はいずれも十分小さい値になることは容易に理解される
であろう。
【００２３】次に、以上で説明した各素子間の配線の具
体的な構造について説明する。即ち、ここでは、互いに
絶縁板を介して近接して配置される複数の平板状の配線
板を利用した配線構造を採用している。図７は図１に示
す３レベル電力変換装置全体構造を示す図で、配線板の
平面と平行な方向から見た側面図である。図において、
下段に位置する２０は例えば水冷方式を採用した冷却器
で、この上面に、各ＩＧＢＴ１、２、３、４および結合
ダイオード５、６が装着されその発熱を吸収する。従っ
て、各素子１〜６の接続用の端子はすべて上方へ突出す
る形で設けられている。
体的な構造について説明する。即ち、ここでは、互いに
絶縁板を介して近接して配置される複数の平板状の配線
板を利用した配線構造を採用している。図７は図１に示
す３レベル電力変換装置全体構造を示す図で、配線板の
平面と平行な方向から見た側面図である。図において、
下段に位置する２０は例えば水冷方式を採用した冷却器
で、この上面に、各ＩＧＢＴ１、２、３、４および結合
ダイオード５、６が装着されその発熱を吸収する。従っ
て、各素子１〜６の接続用の端子はすべて上方へ突出す
る形で設けられている。
【００２４】コンデンサ７、８は図示しない取付具によ
り、上段左右に配置されている。そして、３０はコンデ
ンサ７、８および各ＩＧＢＴ１〜４、結合ダイオード
５、６更に交流出力端子Ｏとの間を接続する配線板群
で、図８ないし図１０によりその構成を更に詳しく説明
する。即ち、図８は配線板群３０による各端子との接続
関係を明瞭に示した側面図、図９は各配線板を上方から
見た平面図、図１０は各配線板および絶縁板を互いに離
反させて示す斜視図である。なお、図８において、実線
は配線板、一点鎖線は絶縁板を示す。また、図１０にお
いて、同図（ｂ）の負側アーム部は、図示の便宜上、実
際のものを１８０゜回転させた姿勢で図示している。更
に、図９、図１０において、端子部分を黒く塗りつぶし
ている部分は、電気的接触部であることを示す。また、
両図の配線板の白丸は貫通穴を示す。
り、上段左右に配置されている。そして、３０はコンデ
ンサ７、８および各ＩＧＢＴ１〜４、結合ダイオード
５、６更に交流出力端子Ｏとの間を接続する配線板群
で、図８ないし図１０によりその構成を更に詳しく説明
する。即ち、図８は配線板群３０による各端子との接続
関係を明瞭に示した側面図、図９は各配線板を上方から
見た平面図、図１０は各配線板および絶縁板を互いに離
反させて示す斜視図である。なお、図８において、実線
は配線板、一点鎖線は絶縁板を示す。また、図１０にお
いて、同図（ｂ）の負側アーム部は、図示の便宜上、実
際のものを１８０゜回転させた姿勢で図示している。更
に、図９、図１０において、端子部分を黒く塗りつぶし
ている部分は、電気的接触部であることを示す。また、
両図の配線板の白丸は貫通穴を示す。
【００２５】これらの図において、配線板３１は正極端
子ＰとＩＧＢＴ１のコレクタ端子Ｃとを接続する。ま
た、配線板３２は負極端子ＮとＩＧＢＴ４のエミッタ端
子Ｅとを接続する。これら配線板３１、３２の下側に絶
縁板３８を介して配線板３３、３４を配置する。この
内、配線板３３は中間端子Ｃと結合ダイオード５のアノ
ード端子Ａとを接続し、配線板３４は中間端子Ｃと結合
ダイオード６のカソード端子Ｋとを接続する。
子ＰとＩＧＢＴ１のコレクタ端子Ｃとを接続する。ま
た、配線板３２は負極端子ＮとＩＧＢＴ４のエミッタ端
子Ｅとを接続する。これら配線板３１、３２の下側に絶
縁板３８を介して配線板３３、３４を配置する。この
内、配線板３３は中間端子Ｃと結合ダイオード５のアノ
ード端子Ａとを接続し、配線板３４は中間端子Ｃと結合
ダイオード６のカソード端子Ｋとを接続する。
【００２６】更に、これら配線板３３、３４の下側に絶
縁板３８を介して配線板３５、３６、３７を配置する。
この内、配線板３５はＩＧＢＴ１のエミッタ端子Ｅと結
合ダイオード５のカソード端子ＫとＩＧＢＴ２のコレク
タ端子Ｃとを接続する。配線板３６はＩＧＢＴ３のエミ
ッタ端子Ｅと結合ダイオード６のアノード端子ＡとＩＧ
ＢＴ４のコレクタ端子Ｃとを接続する。また、配線板３
７は交流出力端子ＯとＩＧＢＴ２のエミッタ端子ＥとＩ
ＧＢＴ３のコレクタ端子Ｃとを接続する。
縁板３８を介して配線板３５、３６、３７を配置する。
この内、配線板３５はＩＧＢＴ１のエミッタ端子Ｅと結
合ダイオード５のカソード端子ＫとＩＧＢＴ２のコレク
タ端子Ｃとを接続する。配線板３６はＩＧＢＴ３のエミ
ッタ端子Ｅと結合ダイオード６のアノード端子ＡとＩＧ
ＢＴ４のコレクタ端子Ｃとを接続する。また、配線板３
７は交流出力端子ＯとＩＧＢＴ２のエミッタ端子ＥとＩ
ＧＢＴ３のコレクタ端子Ｃとを接続する。
【００２７】以上で示したように、各端子間の接続を平
板状の配線板群３０で接続し、この配線板群３０を構成
する各配線板３１〜３７が互いに絶縁板３８を介して積
層されているので、図６で説明した各端子の配置構成と
相俟って、各電流路の配線インダクタンスが一層低減す
る。即ち、電流は、配線板内でそのインダクタンスが最
小となるように分布して流れることになり、低インダク
タンス化が徹底されるからである。これにより、ターン
オフサージ電圧を小さく抑えることが可能となり、従っ
て、スナバ回路が不要となり、装置の小型化、低損失
化、低価格化、また、部品点数の削減から装置の信頼性
が向上する。
板状の配線板群３０で接続し、この配線板群３０を構成
する各配線板３１〜３７が互いに絶縁板３８を介して積
層されているので、図６で説明した各端子の配置構成と
相俟って、各電流路の配線インダクタンスが一層低減す
る。即ち、電流は、配線板内でそのインダクタンスが最
小となるように分布して流れることになり、低インダク
タンス化が徹底されるからである。これにより、ターン
オフサージ電圧を小さく抑えることが可能となり、従っ
て、スナバ回路が不要となり、装置の小型化、低損失
化、低価格化、また、部品点数の削減から装置の信頼性
が向上する。
【００２８】実施の形態２．図１１はこの発明の実施の
形態２における３レベル電力変換装置の素子配置および
素子間接続を示す構成図である。実施の形態１と共通す
る点は省略し、異なる点を中心に説明する。ここでは、
正側アーム部１０と負側アーム部１１とは直流電圧源９
の同じ側に互いに平行に配置されている。しかし、正側
アーム部１０において、直流電圧源９側から順にＩＧＢ
Ｔ２、結合ダイオード５、ＩＧＢＴ１が配置され、負側
アーム部１１において直流電圧源９側から順にＩＧＢＴ
３、結合ダイオード６、ＩＧＢＴ４が配置されている点
は、先の形態１と同様である。
形態２における３レベル電力変換装置の素子配置および
素子間接続を示す構成図である。実施の形態１と共通す
る点は省略し、異なる点を中心に説明する。ここでは、
正側アーム部１０と負側アーム部１１とは直流電圧源９
の同じ側に互いに平行に配置されている。しかし、正側
アーム部１０において、直流電圧源９側から順にＩＧＢ
Ｔ２、結合ダイオード５、ＩＧＢＴ１が配置され、負側
アーム部１１において直流電圧源９側から順にＩＧＢＴ
３、結合ダイオード６、ＩＧＢＴ４が配置されている点
は、先の形態１と同様である。
【００２９】図１２は先の図６の要領に準じて図１１の
配置接続側に電流、電流、電流の各経路を書き加
えたものである。形態１と同様、各電流路共、互いに近
接した往復路で形成されていることが判る。従って、配
線インダクタンスの低インダクタンス化を図ることがで
きる。
配置接続側に電流、電流、電流の各経路を書き加
えたものである。形態１と同様、各電流路共、互いに近
接した往復路で形成されていることが判る。従って、配
線インダクタンスの低インダクタンス化を図ることがで
きる。
【００３０】図１３は図１１の各端子間を配線板群で接
続する場合の各配線板を示す平面図である。なお、配線
板による接続構造については、先の形態１の図７ないし
図１０で詳細に説明したので、ここでは、この図１３の
みによりその概略を説明する。図において、端子を黒く
塗りつぶしているのは、電気的接触部を示し、また、各
ＩＧＢＴの端子は、それぞれ３個の互いに並列接続され
た端子で構成されている。また、各配線板には適宜貫通
穴が必要となるが、図１３ではその図示を省略してい
る。
続する場合の各配線板を示す平面図である。なお、配線
板による接続構造については、先の形態１の図７ないし
図１０で詳細に説明したので、ここでは、この図１３の
みによりその概略を説明する。図において、端子を黒く
塗りつぶしているのは、電気的接触部を示し、また、各
ＩＧＢＴの端子は、それぞれ３個の互いに並列接続され
た端子で構成されている。また、各配線板には適宜貫通
穴が必要となるが、図１３ではその図示を省略してい
る。
【００３１】同図（ａ）の配線板４１は正極端子ＰとＩ
ＧＢＴ１のコレクタ端子Ｃとを接続する。同図（ｂ）の
配線板４２は負極端子ＮとＩＧＢＴ４のエミッタ端子Ｅ
とを接続する。同図（ｃ）の配線板４３はＩＧＢＴ１の
エミッタ端子Ｅと結合ダイオード５のカソード端子Ｋと
ＩＧＢＴ２のコレクタ端子Ｃとを接続する。また、配線
板４４はＩＧＢＴ４のコレクタ端子Ｃと結合ダイオード
６のアノード端子ＡとＩＧＢＴ３のエミッタ端子Ｅとを
接続する。同図（ｄ）の配線板４５は中間端子Ｃと結合
ダイオード５のアノード端子Ａと結合ダイオード６のカ
ソード端子Ｋとを接続する。同図（ｅ）の配線板４６は
交流出力端子ＯとＩＧＢＴ２のエミッタ端子ＥとＩＧＢ
Ｔ３のコレクタ端子Ｃとを接続する。
ＧＢＴ１のコレクタ端子Ｃとを接続する。同図（ｂ）の
配線板４２は負極端子ＮとＩＧＢＴ４のエミッタ端子Ｅ
とを接続する。同図（ｃ）の配線板４３はＩＧＢＴ１の
エミッタ端子Ｅと結合ダイオード５のカソード端子Ｋと
ＩＧＢＴ２のコレクタ端子Ｃとを接続する。また、配線
板４４はＩＧＢＴ４のコレクタ端子Ｃと結合ダイオード
６のアノード端子ＡとＩＧＢＴ３のエミッタ端子Ｅとを
接続する。同図（ｄ）の配線板４５は中間端子Ｃと結合
ダイオード５のアノード端子Ａと結合ダイオード６のカ
ソード端子Ｋとを接続する。同図（ｅ）の配線板４６は
交流出力端子ＯとＩＧＢＴ２のエミッタ端子ＥとＩＧＢ
Ｔ３のコレクタ端子Ｃとを接続する。
【００３２】これら配線板４１〜４６は互いに絶縁板を
介して積層されており、形態１で説明したように、この
配線板群の採用により、低インダクタンス化が徹底され
ターンオフサージ電圧を小さく抑えることが可能となる
訳である。
介して積層されており、形態１で説明したように、この
配線板群の採用により、低インダクタンス化が徹底され
ターンオフサージ電圧を小さく抑えることが可能となる
訳である。
【００３３】実施の形態３．図１４はこの発明の実施の
形態３における３レベル電力変換装置の素子配置および
素子間接続を示す構成図である。実施の形態１の図１と
異なるのは、各ＩＧＢＴ１〜４、結合ダイオード５、６
がそれぞれ２個の素子の並列接続構成となっている点で
ある。即ち、形態１に比較して電流定格の大きい電力変
換装置に適用されるものである。並列接続される２個の
素子はサフィックスのａとｂで表している。図１５はそ
の回路構成図である。
形態３における３レベル電力変換装置の素子配置および
素子間接続を示す構成図である。実施の形態１の図１と
異なるのは、各ＩＧＢＴ１〜４、結合ダイオード５、６
がそれぞれ２個の素子の並列接続構成となっている点で
ある。即ち、形態１に比較して電流定格の大きい電力変
換装置に適用されるものである。並列接続される２個の
素子はサフィックスのａとｂで表している。図１５はそ
の回路構成図である。
【００３４】図１６は図１４の配置接続例に電流、電
流、電流の各経路を書き加えたものである。但し、
図示の煩雑化を避けるため、並列素子の一方（ｂ側）の
みで表示しているが、他方（ａ側）も全く同様の経路と
なる。この場合にも、各電流路は、互いに近接した往復
路で形成されており、従って、配線インダクタンスの低
インダクタンス化を図ることができる。
流、電流の各経路を書き加えたものである。但し、
図示の煩雑化を避けるため、並列素子の一方（ｂ側）の
みで表示しているが、他方（ａ側）も全く同様の経路と
なる。この場合にも、各電流路は、互いに近接した往復
路で形成されており、従って、配線インダクタンスの低
インダクタンス化を図ることができる。
【００３５】図１７は図１４の各端子間を配線板群で接
続する場合の各配線板を示す平面図である。図におい
て、端子を黒く塗りつぶしているのは、電気的接触部を
示し、また、各ＩＧＢＴの端子はそれぞれ３個の互いに
並列接続された端子で構成されている。また、各配線板
には適宜貫通穴が必要となるが、図１７ではその図示を
省略している。同図（ａ）の配線板５１は中間端子Ｃと
結合ダイオード５ａ、５ｂの両アノード端子Ａと結合ダ
イオード６ａ、６ｂの両カソード端子Ｋとを接続する。
即ち、配線板５１は素子間の直列接続と並列接続との両
者を担うもので、以下の配線板も同様である。同図
（ｂ）の配線板５２は交流出力端子ＯとＩＧＢＴ２ａ、
２ｂの両エミッタ端子ＥとＩＧＢＴ３ａ、３ｂの両コレ
クタ端子Ｃとを接続する。
続する場合の各配線板を示す平面図である。図におい
て、端子を黒く塗りつぶしているのは、電気的接触部を
示し、また、各ＩＧＢＴの端子はそれぞれ３個の互いに
並列接続された端子で構成されている。また、各配線板
には適宜貫通穴が必要となるが、図１７ではその図示を
省略している。同図（ａ）の配線板５１は中間端子Ｃと
結合ダイオード５ａ、５ｂの両アノード端子Ａと結合ダ
イオード６ａ、６ｂの両カソード端子Ｋとを接続する。
即ち、配線板５１は素子間の直列接続と並列接続との両
者を担うもので、以下の配線板も同様である。同図
（ｂ）の配線板５２は交流出力端子ＯとＩＧＢＴ２ａ、
２ｂの両エミッタ端子ＥとＩＧＢＴ３ａ、３ｂの両コレ
クタ端子Ｃとを接続する。
【００３６】同図（ｃ）の配線板５３は正極端子ＰとＩ
ＧＢＴ１ａ、１ｂの両コレクタ端子Ｃとを接続し、配線
板５４は負極端子ＮとＩＧＢＴ４ａ、４ｂの両エミッタ
端子Ｅとを接続する。同図（ｄ）の配線板５５はＩＧＢ
Ｔ１ａ、１ｂの両エミッタ端子Ｅと結合ダイオード５
ａ、５ｂの両カソード端子ＫとＩＧＢＴ２ａ、２ｂの両
コレクタ端子Ｃとを接続し、配線板５６はＩＧＢＴ３
ａ、３ｂの両エミッタ端子Ｅと結合ダイオード６ａ、６
ｂの両アノード端子ＡとＩＧＢＴ４ａ、４ｂの両コレク
タ端子Ｃとを接続する。
ＧＢＴ１ａ、１ｂの両コレクタ端子Ｃとを接続し、配線
板５４は負極端子ＮとＩＧＢＴ４ａ、４ｂの両エミッタ
端子Ｅとを接続する。同図（ｄ）の配線板５５はＩＧＢ
Ｔ１ａ、１ｂの両エミッタ端子Ｅと結合ダイオード５
ａ、５ｂの両カソード端子ＫとＩＧＢＴ２ａ、２ｂの両
コレクタ端子Ｃとを接続し、配線板５６はＩＧＢＴ３
ａ、３ｂの両エミッタ端子Ｅと結合ダイオード６ａ、６
ｂの両アノード端子ＡとＩＧＢＴ４ａ、４ｂの両コレク
タ端子Ｃとを接続する。
【００３７】これら配線板５１〜５６は互いに絶縁板を
介して積層されており、形態１で説明したように、この
配線板群の採用により、低インダクタンス化が徹底さ
れ、ターンオフサージ電圧が小さく、大容量の３レベル
電力変換装置を実現することができる。
介して積層されており、形態１で説明したように、この
配線板群の採用により、低インダクタンス化が徹底さ
れ、ターンオフサージ電圧が小さく、大容量の３レベル
電力変換装置を実現することができる。
【００３８】なお、以上では、スイッチング素子として
ＩＧＢＴを使用した場合について説明したが、他のスイ
ッチング素子、例えば、トランジスタ、インテリジェン
トパワーモジュールあるいはＦＥＴ等であってもこの発
明は同様に適用でき、同等の効果を奏する。また、各素
子の並列個数は実施の形態３で説明した２個の場合に限
られるものではない。
ＩＧＢＴを使用した場合について説明したが、他のスイ
ッチング素子、例えば、トランジスタ、インテリジェン
トパワーモジュールあるいはＦＥＴ等であってもこの発
明は同様に適用でき、同等の効果を奏する。また、各素
子の並列個数は実施の形態３で説明した２個の場合に限
られるものではない。
【００３９】
【発明の効果】以上のように、請求項１に係る３レベル
電力変換装置は、正極端子と中間端子と負極端子とを有
する直流電圧源、上記正極端子と交流出力端子との間に
順次直列に接続された第１および第２のスイッチング素
子と、上記第１および第２のスイッチング素子の接続点
と上記中間端子との間に接続された第１の結合ダイオー
ドとを有する正側アーム部、および上記交流出力端子と
上記負極端子との間に順次直列に接続された第３および
第４のスイッチング素子と、上記第３および第４のスイ
ッチング素子の接続点と上記中間端子との間に接続され
た第２の結合ダイオードとを有する負側アーム部を備
え、上記交流出力端子から３レベルの電圧を出力する３
レベル電力変換装置において、上記正側アーム部は、上
記直流電圧源に対して上記第２のスイッチング素子を最
も近く、上記第１のスイッチング素子を最も遠く、上記
第１の結合ダイオードを上記第１および第２のスイッチ
ング素子の中間にそれぞれ配置し、上記負側アーム部
は、上記直流電圧源に対して上記第３のスイッチング素
子を最も近く、上記第４のスイッチング素子を最も遠
く、上記第２の結合ダイオードを上記第３および第４の
スイッチング素子の中間にそれぞれ配置したので、各電
流路における配線インダクタンスの低減が容易になり、
ターンオフサージ電圧を小さく抑えることが可能とな
る。
電力変換装置は、正極端子と中間端子と負極端子とを有
する直流電圧源、上記正極端子と交流出力端子との間に
順次直列に接続された第１および第２のスイッチング素
子と、上記第１および第２のスイッチング素子の接続点
と上記中間端子との間に接続された第１の結合ダイオー
ドとを有する正側アーム部、および上記交流出力端子と
上記負極端子との間に順次直列に接続された第３および
第４のスイッチング素子と、上記第３および第４のスイ
ッチング素子の接続点と上記中間端子との間に接続され
た第２の結合ダイオードとを有する負側アーム部を備
え、上記交流出力端子から３レベルの電圧を出力する３
レベル電力変換装置において、上記正側アーム部は、上
記直流電圧源に対して上記第２のスイッチング素子を最
も近く、上記第１のスイッチング素子を最も遠く、上記
第１の結合ダイオードを上記第１および第２のスイッチ
ング素子の中間にそれぞれ配置し、上記負側アーム部
は、上記直流電圧源に対して上記第３のスイッチング素
子を最も近く、上記第４のスイッチング素子を最も遠
く、上記第２の結合ダイオードを上記第３および第４の
スイッチング素子の中間にそれぞれ配置したので、各電
流路における配線インダクタンスの低減が容易になり、
ターンオフサージ電圧を小さく抑えることが可能とな
る。
【００４０】また、請求項２に係る３レベル電力変換装
置は、その正側アーム部の第１、第２のスイッチング素
子および第１の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、
負側アーム部の第３、第４のスイッチング素子および第
２の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、直流電圧源
の一方の側に上記両アーム部をほぼ平行に配置したの
で、配線インダクタンスが小さく、平面寸法も小さくな
る。
置は、その正側アーム部の第１、第２のスイッチング素
子および第１の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、
負側アーム部の第３、第４のスイッチング素子および第
２の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、直流電圧源
の一方の側に上記両アーム部をほぼ平行に配置したの
で、配線インダクタンスが小さく、平面寸法も小さくな
る。
【００４１】また、請求項３に係る３レベル電力変換装
置は、その正側アーム部の第１、第２のスイッチング素
子および第１の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、
負側アーム部の第３、第４のスイッチング素子および第
２の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、直流電圧源
を挟むようにして上記両アーム部を上記直流電圧源の両
側に配置したので、配線インダクタンスが小さく、平面
幅寸法も小さくなる。
置は、その正側アーム部の第１、第２のスイッチング素
子および第１の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、
負側アーム部の第３、第４のスイッチング素子および第
２の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、直流電圧源
を挟むようにして上記両アーム部を上記直流電圧源の両
側に配置したので、配線インダクタンスが小さく、平面
幅寸法も小さくなる。
【００４２】また、請求項４に係る３レベル電力変換装
置は、その各端子、スイッチング素子および結合ダイオ
ードの各接続部を一の方向に突出させ、上記一の方向と
直角で互いに電気的に絶縁された複数の平板状の配線板
を使用して上記各接続部間の必要な電気的接続を行う構
成としたので、配線インダクタンスがより一層低減され
る。
置は、その各端子、スイッチング素子および結合ダイオ
ードの各接続部を一の方向に突出させ、上記一の方向と
直角で互いに電気的に絶縁された複数の平板状の配線板
を使用して上記各接続部間の必要な電気的接続を行う構
成としたので、配線インダクタンスがより一層低減され
る。
【００４３】また、請求項５に係る３レベル電力変換装
置は、その各スイッチング素子および結合ダイオードの
それぞれを、直流電圧源から等距離に配置され互いに並
列に接続された複数のスイッチング素子または結合ダイ
オードから構成したので、配線インダクタンスが小さ
く、大容量の３レベル電力変換装置を実現することがで
きる。
置は、その各スイッチング素子および結合ダイオードの
それぞれを、直流電圧源から等距離に配置され互いに並
列に接続された複数のスイッチング素子または結合ダイ
オードから構成したので、配線インダクタンスが小さ
く、大容量の３レベル電力変換装置を実現することがで
きる。
【図１】 この発明の実施の形態１における３レベル電
力変換装置の素子配置および素子間接続を示す構成図で
ある。
力変換装置の素子配置および素子間接続を示す構成図で
ある。
【図２】 図１の回路構成図である。
【図３】 各電流モードにおける電流経路を示す図であ
る。
る。
【図４】 各電流モードにおける電流経路を示す図であ
る。
る。
【図５】 各モードおよび転流時の各素子電流波形を示
すタイミングチャートである。
すタイミングチャートである。
【図６】 図１に各電流路を付記した図である。
【図７】 図１の３レベル電力変換装置の全体構造を示
す図である。
す図である。
【図８】 配線板群による接続構造を示す側面図であ
る。
る。
【図９】 各配線板を上方から見た平面図である。
【図１０】 各配線板および絶縁板を互いに離反させて
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図１１】 この発明の実施の形態２における３レベル
電力変換装置の素子配置および素子間接続を示す構成図
である。
電力変換装置の素子配置および素子間接続を示す構成図
である。
【図１２】 図１１に各電流路を付記した図である。
【図１３】 各配線板を上方から見た平面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態３における３レベル
電力変換装置の素子配置および素子間接続を示す構成図
である。
電力変換装置の素子配置および素子間接続を示す構成図
である。
【図１５】 図１４の回路構成図である。
【図１６】 図１４に各電流路を付記した図である。
【図１７】 各配線板を上方から見た平面図である。
【図１８】 従来の３レベル電力変換装置の素子配置お
よび素子間接続を示す構成図である。
よび素子間接続を示す構成図である。
【図１９】 図１８の回路構成図である。
１，１ａ，１ｂ 第１のＩＧＢＴ、２，２ａ，２ｂ 第
２のＩＧＢＴ、３，３ａ，３ｂ 第３のＩＧＢＴ、４，
４ａ，４ｂ 第４のＩＧＢＴ、５，５ａ，５ｂ 第１の
結合ダイオード、６，６ａ，６ｂ 第２の結合ダイオー
ド、７，８ コンデンサ、９ 直流電圧源、１０ 正側
アーム部、１１ 負側アーム部、３０ 配線板群、３１
〜３７，４１〜４６，５１〜５６ 配線板、３８ 絶縁
板、Ｐ 正極端子、Ｎ 負極端子、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２ 中
間端子、Ｏ 交流出力端子。
２のＩＧＢＴ、３，３ａ，３ｂ 第３のＩＧＢＴ、４，
４ａ，４ｂ 第４のＩＧＢＴ、５，５ａ，５ｂ 第１の
結合ダイオード、６，６ａ，６ｂ 第２の結合ダイオー
ド、７，８ コンデンサ、９ 直流電圧源、１０ 正側
アーム部、１１ 負側アーム部、３０ 配線板群、３１
〜３７，４１〜４６，５１〜５６ 配線板、３８ 絶縁
板、Ｐ 正極端子、Ｎ 負極端子、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２ 中
間端子、Ｏ 交流出力端子。
Claims (5)
- 【請求項１】 正極端子と中間端子と負極端子とを有す
る直流電圧源、上記正極端子と交流出力端子との間に順
次直列に接続された第１および第２のスイッチング素子
と、上記第１および第２のスイッチング素子の接続点と
上記中間端子との間に接続された第１の結合ダイオード
とを有する正側アーム部、および上記交流出力端子と上
記負極端子との間に順次直列に接続された第３および第
４のスイッチング素子と、上記第３および第４のスイッ
チング素子の接続点と上記中間端子との間に接続された
第２の結合ダイオードとを有する負側アーム部を備え、
上記交流出力端子から３レベルの電圧を出力する３レベ
ル電力変換装置において、 上記正側アーム部は、上記直流電圧源に対して上記第２
のスイッチング素子を最も近く、上記第１のスイッチン
グ素子を最も遠く、上記第１の結合ダイオードを上記第
１および第２のスイッチング素子の中間にそれぞれ配置
し、上記負側アーム部は、上記直流電圧源に対して上記
第３のスイッチング素子を最も近く、上記第４のスイッ
チング素子を最も遠く、上記第２の結合ダイオードを上
記第３および第４のスイッチング素子の中間にそれぞれ
配置したことを特徴とする３レベル電力変換装置。 - 【請求項２】 正側アーム部の第１、第２のスイッチン
グ素子および第１の結合ダイオードをほぼ直線上に配置
し、負側アーム部の第３、第４のスイッチング素子およ
び第２の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、直流電
圧源の一方の側に上記両アーム部をほぼ平行に配置した
ことを特徴とする請求項１記載の３レベル電力変換装
置。 - 【請求項３】 正側アーム部の第１、第２のスイッチン
グ素子および第１の結合ダイオードをほぼ直線上に配置
し、負側アーム部の第３、第４のスイッチング素子およ
び第２の結合ダイオードをほぼ直線上に配置し、直流電
圧源を挟むようにして上記両アーム部を上記直流電圧源
の両側に配置したことを特徴とする請求項１記載の３レ
ベル電力変換装置。 - 【請求項４】 各端子、スイッチング素子および結合ダ
イオードの各接続部を一の方向に突出させ、上記一の方
向と直角で互いに電気的に絶縁された複数の平板状の配
線板を使用して上記各接続部間の必要な電気的接続を行
う構成としたことを特徴とする請求項１ないし３のいず
れかに記載の３レベル電力変換装置。 - 【請求項５】 各スイッチング素子および結合ダイオー
ドのそれぞれを、直流電圧源から等距離に配置され互い
に並列に接続された複数のスイッチング素子または結合
ダイオードから構成したことを特徴とする請求項１ない
し４のいずれかに記載の３レベル電力変換装置。
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|---|---|---|---|
| JP24271297A JP3229931B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | ３レベル電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24271297A JP3229931B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | ３レベル電力変換装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189249A true JPH1189249A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3229931B2 JP3229931B2 (ja) | 2001-11-19 |
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ID=17093128
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24271297A Expired - Fee Related JP3229931B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | ３レベル電力変換装置 |
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