JP2008178284A - Power converter - Google Patents

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Tatsuto Nakajima
達人 中島
Satoshi Miyazaki
聡 宮崎
Jiyunya Sugano
純弥 菅野
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487Neutral point clamped inverters

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter capable of finely controlling voltage to reduce high frequency and suppress loss due to PWM control. <P>SOLUTION: A first half bridge circuit 17 has a first switching element 12-1 and second switching element 12-2 connected to a first DC power supply 11. A second half bridge circuit 18 has a third switching element 12-3 and fourth switching element 12-4 connected to a second DC power supply 13. The neutral point of the first DC power supply 11 is connected to the neutral point of the second DC power supply 13 by a half bridge circuit connection line 16, so that the first half bridge circuit 17 is connected to the second half bridge circuit 18. Relating to an AC terminal, one end is led out of the connection point between the first switching element and the second switching element, while the other end is led out from the connection point between the third switching element and the fourth switching element. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は直流を交流に変換する電力変換器に関する。   The present invention relates to a power converter that converts direct current into alternating current.

直流を交流に変換する電力変換器から出力される交流電圧の高調波歪電圧を抑制するためにPWM制御が行われ、一般に電力変換器の高調波歪電圧を抑制するためにはPWM制御が必要である。   PWM control is performed to suppress the harmonic distortion voltage of the AC voltage output from the power converter that converts direct current to alternating current. Generally, PWM control is required to suppress the harmonic distortion voltage of the power converter. It is.

図16は従来の単相フルブリッジインバータの回路図である。第1のハーフブリッジ回路17における第1の直流電源11は中性点で接地され、この第1の直流電源11には第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2が接続されている。同様に、第2のハーフブリッジ回路18における第2の直流電源13は中性点で接地され、この第2の直流電源13には第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4が接続され、各々の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4には、それぞれ環流ダイオードD1〜D4が並列に接続されている。   FIG. 16 is a circuit diagram of a conventional single-phase full-bridge inverter. The first DC power supply 11 in the first half-bridge circuit 17 is grounded at a neutral point, and the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2 are connected to the first DC power supply 11. Has been. Similarly, the second DC power supply 13 in the second half-bridge circuit 18 is grounded at a neutral point. The second DC power supply 13 includes a third switching element 12-3 and a fourth switching element 12-. 4 are connected, and free-wheeling diodes D1 to D4 are connected in parallel to the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4, respectively.

また、第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2の上下アームは、第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4の上下アームに並列に直流正極線14及び直流負極線15で接続されている。そして、交流端子の一端Uが第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2の接続点から引き出され、交流端子の他端U’が第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4の接続点から引き出され、この交流端子U、U’から単相交流負荷に電力が供給されるようになっている。いま、第1の直流電源11及び第2の直流電源13の電圧は、中性点を挟んでそれぞれEであるとする。すなわち、従来の単相フルブリッジインバータのハーフブリッジ回路に供給する両端の直流電圧の大きさは一致している必要がある。この例では、両端とも2E[V]である。   The upper and lower arms of the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2 are connected to the upper and lower arms of the third switching element 12-3 and the fourth switching element 12-4 in parallel with the DC positive line. 14 and a DC negative electrode line 15. Then, one end U of the AC terminal is pulled out from the connection point of the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2, and the other end U ′ of the AC terminal is connected to the third switching element 12-3 and the second switching element 12-3. 4 is pulled out from the connection point of the switching element 12-4, and power is supplied from the AC terminals U and U 'to the single-phase AC load. Now, it is assumed that the voltages of the first DC power supply 11 and the second DC power supply 13 are each E across the neutral point. That is, the magnitudes of the DC voltages at both ends supplied to the half-bridge circuit of the conventional single-phase full-bridge inverter must match. In this example, both ends are 2E [V].

図17は、図16に示した単相フルブリッジインバータ回路の交流端子U、U’の出力電圧の一例を示す波形図であり、表1は単相フルブリッジインバータ回路の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフに対する出力電圧を示す表である。図17及び表1に示すように、単相フルブリッジインバータ回路の出力電圧は、0、2E、−2Eの3つのレベルとなる。

Figure 2008178284
FIG. 17 is a waveform diagram showing an example of the output voltage of the AC terminals U and U ′ of the single-phase full-bridge inverter circuit shown in FIG. 16, and Table 1 shows the first switching element 12 of the single-phase full-bridge inverter circuit. It is a table | surface which shows the output voltage with respect to on-off of -1 thru | or 4th switching element 12-4. As shown in FIG. 17 and Table 1, the output voltage of the single-phase full-bridge inverter circuit has three levels of 0, 2E, and −2E.
Figure 2008178284

表1に示すように、単相フルブリッジインバータ回路の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフは4つのモード1〜4がある。   As shown in Table 1, there are four modes 1 to 4 for turning on and off the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 of the single-phase full-bridge inverter circuit.

モード1は、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオンで、交流端子Uの端子電圧が−Eであり、第3のスイッチング素子12−3がオフ、第4のスイッチング素子12−4がオンで、交流端子U’の端子電圧が−Eであるモードである。従って、このモード1のときはU−U’間端子電圧は0である。   In mode 1, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the terminal voltage of the AC terminal U is -E, and the third switching element 12-3 is off. In this mode, the fourth switching element 12-4 is on and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is −E. Therefore, in this mode 1, the terminal voltage between U and U 'is zero.

モード2は、第1のスイッチング素子12−1がオン、第2のスイッチング素子12−2がオフで、交流端子Uの端子電圧がEであり、第3のスイッチング素子12−3がオフ、第4のスイッチング素子12−4がオンで、交流端子U’の端子電圧が−Eであるモードである。従って、このモード2のときはU−U’間端子電圧は2Eとなる。   In mode 2, the first switching element 12-1 is on, the second switching element 12-2 is off, the terminal voltage at the AC terminal U is E, the third switching element 12-3 is off, 4 in which the switching element 12-4 is ON and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is −E. Therefore, in this mode 2, the terminal voltage between U and U 'is 2E.

モード3は、第1のスイッチング素子12−1がオン、第2のスイッチング素子12−2がオフで、交流端子Uの端子電圧がEであり、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子U’の端子電圧がEであるモードである。従って、このモード3のときはU−U’間端子電圧は0となる。   In mode 3, the first switching element 12-1 is on, the second switching element 12-2 is off, the terminal voltage at the AC terminal U is E, the third switching element 12-3 is on, 4 in which the switching element 12-4 is OFF and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is E. Therefore, in this mode 3, the terminal voltage between U and U 'is zero.

モード4は、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオンで、交流端子Uの端子電圧は−Eであり、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子U’の端子電圧はEであるモードである。従って、このモード4のときはU−U’間端子電圧は−2Eとなる。   In mode 4, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the terminal voltage of the AC terminal U is -E, the third switching element 12-3 is on, In this mode, the fourth switching element 12-4 is OFF and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is E. Therefore, in this mode 4, the terminal voltage between U and U 'is -2E.

このように、単相フルブリッジインバータ回路の出力電圧は、第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフの切り換えにより、モード1〜4を繰り返す。この場合、矩形波の幅dを調整することにより、出力電圧の大きさや高調波歪電圧が変化する。   Thus, the output voltage of the single-phase full-bridge inverter circuit repeats modes 1 to 4 by switching on and off the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4. In this case, the magnitude of the output voltage and the harmonic distortion voltage are changed by adjusting the width d of the rectangular wave.

次に、図18は従来のNPC(中性点クランプ)方式のうち3レベルインバータの回路図である。第1のNPCハーフブリッジ回路17における第1の直流電源11は中性点で接地され、この第1の直流電源11には第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4が接続されている。同様に、第2のNPCハーフブリッジ回路18における第2の直流電源13は中性点で接地され、この第2の直流電源13には第5のスイッチング素子12−5乃至第8のスイッチング素子12−8が接続され、各々の第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8には、それぞれ環流ダイオードD1〜D8が並列に接続されている。   Next, FIG. 18 is a circuit diagram of a three-level inverter in a conventional NPC (neutral point clamp) system. The first DC power supply 11 in the first NPC half-bridge circuit 17 is grounded at a neutral point, and the first DC power supply 11 includes the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4. It is connected. Similarly, the second DC power supply 13 in the second NPC half-bridge circuit 18 is grounded at a neutral point, and the second DC power supply 13 includes the fifth switching element 12-5 to the eighth switching element 12. −8 is connected, and free-wheeling diodes D1 to D8 are connected in parallel to the first switching element 12-1 to the eighth switching element 12-8, respectively.

第1の直流電源11の中性点と第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2との接続点の間にダイオードD9が接続され、第1の直流電源11の中性点と第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4との接続点の間にダイオードD10が接続されている。同様に、第2の直流電源13の中性点と第5のスイッチング素子12−5及び第6のスイッチング素子12−6との接続点の間にダイオードD11が接続され、第2の直流電源13の中性点と第7のスイッチング素子12−7及び第8のスイッチング素子12−8との接続点の間にダイオードD12が接続されている。   A diode D9 is connected between the neutral point of the first DC power supply 11 and the connection point between the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2, and the neutrality of the first DC power supply 11 is reached. A diode D10 is connected between the point and a connection point between the third switching element 12-3 and the fourth switching element 12-4. Similarly, a diode D11 is connected between the neutral point of the second DC power supply 13 and the connection point between the fifth switching element 12-5 and the sixth switching element 12-6, and the second DC power supply 13 A diode D12 is connected between the neutral point and the connection point between the seventh switching element 12-7 and the eighth switching element 12-8.

また、第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4の上下アームは、第5のスイッチング素子12−5乃至第8のスイッチング素子12−8の上下アームと並列に直流正極線14及び直流負極線15で接続されている。そして、交流端子の一端Uが第2のスイッチング素子12−2及び第3のスイッチング素子12−3の接続点から引き出され、交流端子の他端U’が第6のスイッチング素子12−6及び第7のスイッチング素子12−7の接続点から引き出され、この交流端子U、U’から単相交流負荷に電力が供給されるようになっている。いま、第1の直流電源11及び第2の直流電源13の電圧は、中性点を挟んでそれぞれEであるとする。すなわち、従来の単相NPCフルブリッジインバータのNPCハーフブリッジ回路に供給する両端の直流電圧の大きさは一致している必要がある。この例では、両端とも2E[V]である。   The upper and lower arms of the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 are connected to the upper and lower arms of the fifth switching element 12-5 to the eighth switching element 12-8 in parallel with the DC positive line. 14 and a DC negative electrode line 15. Then, one end U of the AC terminal is pulled out from the connection point of the second switching element 12-2 and the third switching element 12-3, and the other end U ′ of the AC terminal is connected to the sixth switching element 12-6 and the third switching element 12-6. 7 is pulled out from the connection point of the switching element 12-7, and power is supplied from the AC terminals U and U 'to the single-phase AC load. Now, it is assumed that the voltages of the first DC power supply 11 and the second DC power supply 13 are each E across the neutral point. That is, the magnitudes of the DC voltages at both ends supplied to the NPC half-bridge circuit of the conventional single-phase NPC full-bridge inverter must match. In this example, both ends are 2E [V].

図19は、図18に示したNPC型インバータ回路の交流端子U、U’の出力電圧の一例を示す波形図であり、表2はNPC型インバータ回路の第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8のオンオフに対する出力電圧を示す表である。図19及び表2に示すように、NPC型インバータ回路の出力電圧は、0、E、2E、−E、−2Eの5つのレベルとなる。

Figure 2008178284
FIG. 19 is a waveform diagram showing an example of the output voltage of the AC terminals U and U ′ of the NPC type inverter circuit shown in FIG. 18. Table 2 shows the first switching elements 12-1 to 12 of the NPC type inverter circuit. 8 is a table showing output voltages with respect to ON / OFF of 8 switching elements 12-8. As shown in FIG. 19 and Table 2, the output voltage of the NPC type inverter circuit has five levels of 0, E, 2E, −E, and −2E.
Figure 2008178284

表2に示すように、NPC型インバータ回路の第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8のオンオフには9つのモード1〜9がある。   As shown in Table 2, there are nine modes 1 to 9 for turning on / off the first switching element 12-1 to the eighth switching element 12-8 of the NPC type inverter circuit.

例えば、モード1は、表2に示すように、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオン、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子Uの端子電圧が0であり、第5のスイッチング素子12−5がオフ、第6のスイッチング素子12−6がオン、第7のスイッチング素子12−7がオン、第8のスイッチング素子12−8がオフで、交流端子U’の端子電圧が0であるモードである。従って、このモード1のときはU−U’間端子電圧は0である。   For example, in mode 1, as shown in Table 2, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the third switching element 12-3 is on, and the fourth switching The element 12-4 is off, the terminal voltage of the AC terminal U is 0, the fifth switching element 12-5 is off, the sixth switching element 12-6 is on, and the seventh switching element 12-7 is off In this mode, the eighth switching element 12-8 is off and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is zero. Therefore, in this mode 1, the terminal voltage between U and U 'is zero.

以下同様に、モード2のときはU−U’間端子電圧はE、モード3のときはU−U’間端子電圧は2E、モード4のときはU−U’間端子電圧はE、モード5のときはU−U’間端子電圧は0、モード6のときはU−U’間端子電圧は−E、モード7のときはU−U’間端子電圧は−2E、モード8のときはU−U’間端子電圧は−E、モード9のときはU−U’間端子電圧は0である。   Similarly, in mode 2, the terminal voltage between U and U 'is E, in mode 3, the terminal voltage between U and U' is 2E, in mode 4, the terminal voltage between U and U 'is E, and in mode. 5 is U-U 'terminal voltage is 0, mode 6 is U-U' terminal voltage is -E, mode 7 is U-U 'terminal voltage is -2E, and mode 8 is , The terminal voltage between U and U 'is -E, and when in mode 9, the terminal voltage between U and U' is zero.

このように、NPC型インバータ回路の出力電圧は、第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8のオンオフの切り換える。この場合、矩形波の幅d、d’を調整することにより、出力電圧の大きさや高調波歪電圧が変化する。   Thus, the output voltage of the NPC type inverter circuit switches the first switching element 12-1 to the eighth switching element 12-8 on and off. In this case, the magnitude of the output voltage and the harmonic distortion voltage change by adjusting the widths d and d 'of the rectangular wave.

以上に示すように、単相フルブリッジインバータや、NPCインバータは、公知技術として産業の発達に寄与している(例えば、特許文献1参照)。
特開平10−337045号公報
As described above, single-phase full-bridge inverters and NPC inverters contribute to the development of industry as a known technique (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 10-337045

しかしながら、特許文献1のものでは、フルブリッジ回路を構成する2つのハーフブリッジ回路は、ハーフブリッジ回路の正極及び負極が互いに接続されているので、出力波形の波高値を変化させることができない。このため、高調波低減には限界がある。また、電力変換器の高調波歪電圧を抑制するためにPWM制御による変調周波数を高くすると損失が増加する。このため、放熱フィンを大きくする必要があり、そうすると、装置の大型化やコストが増加する。一方、矩形波インバータを多重にする方式もあるが、矩形波インバータでは高調波低減には限界がある。   However, in the thing of patent document 1, since the positive electrode and negative electrode of a half bridge circuit are mutually connected, the peak value of an output waveform cannot change the two half bridge circuits which comprise a full bridge circuit. For this reason, there is a limit to harmonic reduction. Further, if the modulation frequency by PWM control is increased in order to suppress the harmonic distortion voltage of the power converter, the loss increases. For this reason, it is necessary to enlarge a radiation fin, and when it does so, the enlargement and cost of an apparatus will increase. On the other hand, there is a method of multiplexing rectangular wave inverters, but there is a limit to the reduction of harmonics in the rectangular wave inverter.

本発明の目的は、きめ細やかな電圧制御ができ、高調波の低減を図るとともにPWM制御による損失を抑制できる電力変換器を提供することである。   An object of the present invention is to provide a power converter capable of performing fine voltage control, reducing harmonics and suppressing loss due to PWM control.

請求項1の発明に係わる電力変換器は、第1の直流電源に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子を有した第1のハーフブリッジ回路と、前記第1の直流電源の電圧と異なった電圧の第2の直流電源に接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を有した第2のハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続して第1のハーフブリッジ回路と第2のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、一端が第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の接続点から引き出され他端が第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子の接続点から引き出され単相交流負荷を接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a power converter comprising: a first half-bridge circuit having a first switching element and a second switching element connected to a first DC power supply; and the first DC power supply. A second half-bridge circuit having a third switching element and a fourth switching element connected to a second DC power supply having a voltage different from the voltage; a neutral point of the first DC power supply; A half-bridge circuit connection line for connecting the first half-bridge circuit and the second half-bridge circuit by connecting between neutral points of the DC power supply, and one end of the first switching element and the second switching element The other end is drawn out from the connection point of the third switching element and the fourth switching element, and an AC terminal for connecting a single-phase AC load is provided.

請求項2の発明に係わる電力変換器は、第1の直流電源に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子を有した第1のハーフブリッジ回路と、前記第1の直流電源の電圧と異なった電圧の第2の直流電源に接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を有した第2のハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続して第1のハーフブリッジ回路と第2のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の接続点と第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子の接続点との間に接続された相間リアクトルと、一端が相間リアクトルの中間点から引き出され他端がハーフブリッジ回路接続線から引き出され単相交流負荷を接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a power converter comprising: a first half-bridge circuit having a first switching element and a second switching element connected to a first DC power supply; and the first DC power supply. A second half-bridge circuit having a third switching element and a fourth switching element connected to a second DC power supply having a voltage different from the voltage; a neutral point of the first DC power supply; A half-bridge circuit connection line for connecting the first half-bridge circuit and the second half-bridge circuit by connecting between the neutral points of the DC power supply, and connection of the first switching element and the second switching element Interphase reactor connected between the point and the connection point of the third switching element and the fourth switching element, one end is drawn from the intermediate point of the interphase reactor, and the other end is connected to the half bridge circuit Characterized in that a AC terminal for connecting the single-phase AC load drawn from the line.

請求項3の発明に係わる電力変換器は、第1の直流電源に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子を有した第1のハーフブリッジ回路と、前記第1の直流電源の電圧と異なった電圧の第2の直流電源に接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を有した第2のハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続して第1のハーフブリッジ回路と第2のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の接続点と第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子の接続点との間に接続された交流巻線と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線を介して単相交流負荷に接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a power converter comprising: a first half-bridge circuit having a first switching element and a second switching element connected to a first DC power supply; and the first DC power supply. A second half-bridge circuit having a third switching element and a fourth switching element connected to a second DC power supply having a voltage different from the voltage; a neutral point of the first DC power supply; A half-bridge circuit connection line for connecting the first half-bridge circuit and the second half-bridge circuit by connecting between the neutral points of the DC power supply, and connection of the first switching element and the second switching element For connecting to a single-phase AC load via another transformer winding magnetically coupled to the AC winding connected between the point and the connection point of the third switching element and the fourth switching element AC terminal Characterized by comprising and.

請求項4の発明に係わる電力変換器は、第1の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第1のNPCハーフブリッジ回路と、第2の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第2のNPCハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続したNPCハーフブリッジ回路接続線と、第1のNPCハーフブリッジ回路と第2のNPCハーフブリッジ回路の複数のスイッチング素子間の接続点の間に単相交流負荷を配線するための交流端子とを備えたことを特徴とする。   A power converter according to a fourth aspect of the invention includes a first NPC half-bridge circuit having four or more switching elements connected to a first DC power source and four pieces connected to a second DC power source. A second NPC half-bridge circuit having the above switching elements, an NPC half-bridge circuit connecting line connecting between the neutral point of the first DC power source and the neutral point of the second DC power source, An AC terminal for wiring a single-phase AC load is provided between connection points between a plurality of switching elements of one NPC half-bridge circuit and the second NPC half-bridge circuit.

請求項5の発明に係わる電力変換器は、第1の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第1のNPCハーフブリッジ回路と、第2の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第2のNPCハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続したNPCハーフブリッジ回路接続線と、第1のNPCハーフブリッジ回路と第2のNPCハーフブリッジ回路の複数のスイッチング素子間の接続点の間に接続された相間リアクトルと、一端が相間リアクトルの中間点から引き出され他端がハーフブリッジ回路接続線から引き出され単相交流負荷を接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする。   A power converter according to a fifth aspect of the invention includes a first NPC half-bridge circuit having four or more switching elements connected to a first DC power source and four pieces connected to a second DC power source. A second NPC half-bridge circuit having the above switching elements, an NPC half-bridge circuit connecting line connecting between the neutral point of the first DC power source and the neutral point of the second DC power source, An interphase reactor connected between connection points between a plurality of switching elements of the first NPC half bridge circuit and the second NPC half bridge circuit, and one end drawn from an intermediate point of the interphase reactor and the other end connected to the half bridge circuit And an AC terminal for connecting a single-phase AC load drawn from the line.

請求項6の発明に係わる電力変換器は、第1の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第1のNPCハーフブリッジ回路と、第2の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第2のNPCハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続したNPCハーフブリッジ回路接続線と、第1のNPCハーフブリッジ回路と第2のNPCハーフブリッジ回路の複数のスイッチング素子間の接続点の間に接続された交流巻線と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線を介して単相交流負荷に接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする。   A power converter according to a sixth aspect of the invention includes a first NPC half-bridge circuit having four or more switching elements connected to a first DC power source and four pieces connected to a second DC power source. A second NPC half-bridge circuit having the above switching elements, an NPC half-bridge circuit connecting line connecting between the neutral point of the first DC power source and the neutral point of the second DC power source, Single-phase AC via the other transformer winding magnetically coupled to the AC winding connected between the connection points between the switching elements of one NPC half-bridge circuit and the second NPC half-bridge circuit An AC terminal for connecting to a load is provided.

請求項7の発明に係わる電力変換器は、請求項1乃至6のいずれか1項の発明において、中性点を挟んだ第1の直流電源の電圧をE1、E2、中性点を挟んだ第2の直流電源の電圧をE3、E4としたとき、E1+E4=E2+E3を満たす第1の直流電源及び第2の直流電源を接続したことを特徴とする。   A power converter according to a seventh aspect of the invention is the power converter according to any one of the first to sixth aspects, wherein the voltages of the first DC power supply sandwiching the neutral point are E1, E2, and the neutral point are sandwiched. When the voltage of the second DC power source is E3 and E4, the first DC power source and the second DC power source satisfying E1 + E4 = E2 + E3 are connected.

請求項8の発明に係わる電力変換器は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の複数台の電力変換器を結合し多相または多重化したことを特徴とする   A power converter according to an eighth aspect of the invention is characterized in that a plurality of power converters according to any one of the first to seventh aspects are combined to be multiphase or multiplexed.

本発明によれば、第1のハーフブリッジ回路における第1の直流電源から供給される電圧パルス波形と第2のハーフブリッジ回路における第2の直流電源から供給される電圧パルス波形とを重畳させた電圧波形を得ることができるので、部品点数を増加させることなく、また変調周波数を高くすることなく、きめ細やかな電圧制御が可能となる。これにより、高調波の低減を図るともに、本方式にPWM制御を適用した場合、従来方式にPWM制御を適用した場合と比較して、キャリア周波数を抑えることができるので損失を抑制できる。   According to the present invention, the voltage pulse waveform supplied from the first DC power supply in the first half-bridge circuit and the voltage pulse waveform supplied from the second DC power supply in the second half-bridge circuit are superimposed. Since a voltage waveform can be obtained, fine voltage control can be performed without increasing the number of components and without increasing the modulation frequency. As a result, the harmonics can be reduced, and when the PWM control is applied to this method, the carrier frequency can be suppressed as compared with the case where the PWM control is applied to the conventional method, so that the loss can be suppressed.

また、中性点を挟んだ第1の直流電源の電圧をE1、E2、中性点を挟んだ第2の直流電源の電圧をE3、E4としたとき、E1+E4=E2+E3を満たすようにすれば出力電圧は正弦波が得られ、また、電圧E1〜E4はそれぞれ異なる電圧値であってもよく、また、三相に適用した場合には三相各相をハーフブリッジ回路で形成できるので、回路構成の部品点数を軽減できる。   Further, when the voltages of the first DC power supply across the neutral point are E1 and E2, and the voltages of the second DC power supply across the neutral point are E3 and E4, E1 + E4 = E2 + E3 should be satisfied. The output voltage is a sine wave, and the voltages E1 to E4 may have different voltage values. When applied to three phases, each of the three phases can be formed by a half bridge circuit. The number of parts in the configuration can be reduced.

(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の回路図である。この第1の実施の形態は、図16に示した従来例に対し、直流正極線14及び直流負極線15を除去し、第1の直流電源11の中性点と第2の直流電源13の中性点との間をハーフブリッジ回路接続線16で接続するようにしたものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of an example of a power converter according to the first embodiment of the present invention. This first embodiment is different from the conventional example shown in FIG. 16 in that the DC positive electrode line 14 and the DC negative electrode line 15 are removed, and the neutral point of the first DC power source 11 and the second DC power source 13 are A neutral bridge is connected by a half-bridge circuit connection line 16.

図1において、第1のハーフブリッジ回路17は、第1の直流電源11に接続された第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2を有し、第1のスイッチング素子12−1には環流ダイオードD1が並列接続され、第2のスイッチング素子12−2には環流ダイオードD2が並列接続されている。また、第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2の接続点から交流端子Uが引き出されている。   In FIG. 1, the first half-bridge circuit 17 includes a first switching element 12-1 and a second switching element 12-2 connected to a first DC power supply 11, and the first switching element 12. -1, a freewheeling diode D1 is connected in parallel, and a freewheeling diode D2 is connected in parallel to the second switching element 12-2. In addition, an AC terminal U is drawn from a connection point between the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2.

第2のハーフブリッジ回路18は、第2の直流電源13に接続された第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4を有し、第3のスイッチング素子12−3には環流ダイオードD3が並列接続され、第4のスイッチング素子12−4には環流ダイオードD4が並列接続されている。また、第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4の接続点から交流端子U’が引き出されている。   The second half-bridge circuit 18 includes a third switching element 12-3 and a fourth switching element 12-4 connected to the second DC power supply 13, and the third switching element 12-3 includes A free-wheeling diode D3 is connected in parallel, and a free-wheeling diode D4 is connected in parallel to the fourth switching element 12-4. In addition, an AC terminal U ′ is drawn from a connection point between the third switching element 12-3 and the fourth switching element 12-4.

そして、第1の直流電源11の中性点と第2の直流電源13の中性点との間がハーフブリッジ回路接続線16で接続され、これにより、第1のハーフブリッジ回路17と第2のハーフブリッジ回路18とが接続されている。   The neutral point of the first DC power supply 11 and the neutral point of the second DC power supply 13 are connected by a half-bridge circuit connection line 16, whereby the first half-bridge circuit 17 and the second DC power supply 13 are connected to each other. Are connected to the half-bridge circuit 18.

第1のハーフブリッジ回路17の第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2と、第2のハーフブリッジ回路18の第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4とは、それぞれ個別に制御される。すなわち、本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例への出力電圧指令は、パルス列決定手段19に入力される。パルス列決定手段19は電力変換器の出力電圧が出力電圧指令に一致するように、ゲート制御回路20a、20bにパルス列を出力する。ゲート制御回路20aはパルス列決定手段19からのパルス列に基づいてゲート駆動回路21aにより第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2をオンオフ制御する。同様に、ゲート制御回路20bはパルス列決定手段19からのパルス列に基づいてゲート駆動回路21bにより第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4をオンオフ制御する。   The first switching element 12-1 and the second switching element 12-2 of the first half-bridge circuit 17, and the third switching element 12-3 and the fourth switching element 12 of the second half-bridge circuit 18. -4 is individually controlled. That is, an output voltage command to an example of the power converter according to the first embodiment of the present invention is input to the pulse train determination means 19. The pulse train determination means 19 outputs a pulse train to the gate control circuits 20a and 20b so that the output voltage of the power converter matches the output voltage command. The gate control circuit 20a performs on / off control of the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2 by the gate drive circuit 21a based on the pulse train from the pulse train determining means 19. Similarly, the gate control circuit 20b performs on / off control of the third switching element 12-3 and the fourth switching element 12-4 by the gate drive circuit 21b based on the pulse train from the pulse train determining means 19.

いま、第1の直流電源11の電圧は中性点を挟んでそれぞれEであるとし、第2の直流電源13の電圧は中性点を挟んでそれぞれE’(E’>E)であるとする。   Now, it is assumed that the voltage of the first DC power supply 11 is E across the neutral point, and the voltage of the second DC power supply 13 is E ′ (E ′> E) across the neutral point. To do.

図2は第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフ信号及び交流端子U、U’間の出力電圧の波形図、表3は第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフに対する出力電圧を示す表である。図2及び表3に示すように、第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の出力電圧は、−E+E’、E+E’、E−E’、−E−E’の4つのレベルとなる。

Figure 2008178284
FIG. 2 shows on / off signals of the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 as an example of the power converter according to the first embodiment and the waveform of the output voltage between the AC terminals U and U ′. FIG. 3 is a table showing output voltages with respect to ON / OFF of the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 as an example of the power converter according to the first embodiment. As shown in FIG. 2 and Table 3, the output voltage of an example of the power converter according to the first embodiment has four levels of −E + E ′, E + E ′, EE ′, and −EE ′. Become.
Figure 2008178284

表3に示すように、第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフは6つのモード1〜6がある。   As shown in Table 3, the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 of the example of the power converter according to the first embodiment have six modes 1 to 6 for on / off.

モード1は、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオンで、交流端子Uの端子電圧が−Eであり、第3のスイッチング素子12−3がオフ、第4のスイッチング素子12−4がオンで、交流端子U’の端子電圧が−E’であるモードである。従って、このモード1のときはU−U’間端子電圧は−E+E’であり、図2の時点t1〜t2の間である。   In mode 1, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the terminal voltage of the AC terminal U is -E, and the third switching element 12-3 is off. This is a mode in which the fourth switching element 12-4 is on and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is −E ′. Accordingly, in this mode 1, the terminal voltage between U and U 'is -E + E', which is between time points t1 and t2 in FIG.

モード2は、第1のスイッチング素子12−1がオン、第2のスイッチング素子12−2がオフで、交流端子Uの端子電圧がEであり、第3のスイッチング素子12−3がオフ、第4のスイッチング素子12−4がオンで、交流端子U’の端子電圧が−E’であるモードである。従って、このモード2のときはU−U’間端子電圧はE+E’であり、図2の時点t2〜t3の間である。   In mode 2, the first switching element 12-1 is on, the second switching element 12-2 is off, the terminal voltage at the AC terminal U is E, the third switching element 12-3 is off, 4 in which the switching element 12-4 is ON and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is −E ′. Accordingly, in this mode 2, the terminal voltage between U and U 'is E + E', and is between the time points t2 and t3 in FIG.

モード3は、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオンで、交流端子Uの端子電圧が−Eであり、第3のスイッチング素子12−3がオフ、第4のスイッチング素子12−4がオンで、交流端子U’の端子電圧が−E’であるモードである。従って、このモード3のときはU−U’間端子電圧は−E+E’であり、図2の時点t3〜t4の間である。   In mode 3, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the terminal voltage of the AC terminal U is -E, and the third switching element 12-3 is off. This is a mode in which the fourth switching element 12-4 is on and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is −E ′. Therefore, in this mode 3, the terminal voltage between U and U 'is -E + E', which is between time points t3 and t4 in FIG.

モード4は、第1のスイッチング素子12−1がオン、第2のスイッチング素子12−2がオフで、交流端子Uの端子電圧がEであり、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子U’の端子電圧がE’であるモードである。従って、このモード4のときはU−U’間端子電圧はE−E’であり、図2の時点t4〜t5の間である。   In mode 4, the first switching element 12-1 is on, the second switching element 12-2 is off, the terminal voltage at the AC terminal U is E, the third switching element 12-3 is on, 4 in which the switching element 12-4 is OFF and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is E ′. Accordingly, in this mode 4, the terminal voltage between U and U 'is E-E', and is between time points t4 and t5 in FIG.

モード5は、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオンで、交流端子Uの端子電圧が−Eであり、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子U’の端子電圧がE’であるモードである。従って、このモード5のときはU−U’間端子電圧は−E−E’であり、図2の時点t5〜t6の間である。   In mode 5, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the terminal voltage of the AC terminal U is -E, the third switching element 12-3 is on, In this mode, the fourth switching element 12-4 is OFF and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is E ′. Therefore, in this mode 5, the terminal voltage between U and U 'is -E-E', which is between time points t5 and t6 in FIG.

モード6は、第1のスイッチング素子12−1がオン、第2のスイッチング素子12−2がオフで、交流端子Uの端子電圧がEであり、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子U’の端子電圧がE’であるモードである。従って、このモード6のときはU−U’間端子電圧はE−E’であり、図2の時点t6〜t7の間である。   In mode 6, the first switching element 12-1 is on, the second switching element 12-2 is off, the terminal voltage of the AC terminal U is E, the third switching element 12-3 is on, 4 in which the switching element 12-4 is OFF and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is E ′. Accordingly, in this mode 6, the terminal voltage between U and U 'is E-E', and is between time points t6 and t7 in FIG.

このように、第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の出力電圧は、第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフの切り換える。これにより、出力電圧は2段重ねの矩形波となる。ベースとなる1段目の矩形波の高さの絶対値は|−E+E’|であり、2段目の矩形波の高さの絶対値は|E+E’|である。この場合、2段目の矩形波の幅wを調整することにより、出力電圧の大きさや高調波歪み電圧が変化する。2段目の矩形波の幅wを変化させるには、第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2のオンオフ幅を調整することにより行う。   As described above, the output voltage of an example of the power converter according to the first embodiment switches on and off the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4. As a result, the output voltage becomes a two-stage rectangular wave. The absolute value of the height of the first-stage rectangular wave serving as the base is | −E + E ′ |, and the absolute value of the height of the second-stage rectangular wave is | E + E ′ |. In this case, the magnitude of the output voltage and the harmonic distortion voltage change by adjusting the width w of the rectangular wave at the second stage. The width w of the second-stage rectangular wave is changed by adjusting the on / off widths of the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2.

すなわち、時点t1〜t4においては、第2のハーフブリッジ回路18の第4のスイッチング素子12−4がオンしていることから、第1のハーフブリッジ回路17の第1のスイッチング素子12−1のオン時間を長くし、第2のスイッチング素子12−2のオン時間を短くすると、2段目の矩形波の幅wが大きくなり、逆に、第1のスイッチング素子12−1のオン時間を短くし、第2のスイッチング素子12−2のオン時間を長くすると、2段目の矩形波の幅wが小さくなる。   That is, at the time t1 to t4, the fourth switching element 12-4 of the second half-bridge circuit 18 is on, and therefore the first switching element 12-1 of the first half-bridge circuit 17 is turned on. Increasing the on-time and shortening the on-time of the second switching element 12-2 increases the width w of the second-stage rectangular wave, and conversely shortens the on-time of the first switching element 12-1. If the ON time of the second switching element 12-2 is lengthened, the width w of the second-stage rectangular wave is reduced.

一方、時点t4〜t7においては、第2のハーフブリッジ回路18の第3のスイッチング素子12−3がオンしていることから、第1のハーフブリッジ回路17の第2のスイッチング素子12−2のオン時間を長くし、第1のスイッチング素子12−1のオン時間を短くすると、2段目の矩形波の幅wが大きくなり、逆に、第2のスイッチング素子12−2のオン時間を短くし、第1のスイッチング素子12−1のオン時間を長くすると、2段目の矩形波の幅wが小さくなる。   On the other hand, from time t4 to t7, the third switching element 12-3 of the second half-bridge circuit 18 is on, and therefore the second switching element 12-2 of the first half-bridge circuit 17 is turned on. Increasing the on-time and shortening the on-time of the first switching element 12-1 increases the width w of the second-stage rectangular wave, and conversely shortens the on-time of the second switching element 12-2. If the on-time of the first switching element 12-1 is increased, the width w of the second-stage rectangular wave is decreased.

ここで、電力変換器の出力電圧は、図2から分かるように、−E+E’、E+E’、E−E’、−E−E’の4つのレベルであり0の値を取らないが特に問題とならない。例えば、0レベルが無くても正弦波を作ることができる。また、NAS(ナトリウムイオウ)電池用などの系統連系インバータは、有効電力制御を基本とし、出力電圧は、系統電圧の定常的な変化程度に追従させれば問題ない。また、無効電力制御装置の場合にも、電圧出力を零まで下げることはまれである。   Here, as can be seen from FIG. 2, the output voltage of the power converter has four levels of −E + E ′, E + E ′, EE ′, and −EE ′, and does not take a value of 0, but is particularly problematic. Not. For example, a sine wave can be created without a zero level. Also, a grid-connected inverter for NAS (sodium sulfur) battery or the like is based on active power control, and there is no problem if the output voltage follows the steady change of the grid voltage. Also in the case of reactive power control devices, it is rare to reduce the voltage output to zero.

図3は、基本波実効値と歪波指数との関係を示す特性図である。ここで歪波を示す指数として、便宜的に、以下を示す歪波指数を用いて計算した。歪波指数Kは下記の(1)式で示されるものとする。

Figure 2008178284
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the fundamental wave effective value and the distortion wave index. Here, as an index indicating a distorted wave, calculation was made using the distorted wave index shown below for convenience. The distortion wave index K is assumed to be represented by the following equation (1).
Figure 2008178284

そして、従来の電力変換器として表4に示される特性の従来例1、2を用意した。

Figure 2008178284
Conventional examples 1 and 2 having characteristics shown in Table 4 were prepared as conventional power converters.
Figure 2008178284

従来例1は図17に示した出力電圧の矩形波の振幅2Eを1p.u.とし、矩形波のパルス幅dを基本波実効値0.6、0.7、0.8、0.9、1.0p.u.に対応して4.1、5.0、6.0、7.2msに変化させたものであり、従来例2は図17に示した出力電圧の矩形波の振幅2Eを1.2p.u.とし、矩形波のパルス幅dを基本波実効値0.6、0.7、0.8、0.9、1.0p.u.に対応して、3.7、4.5、5.3、6.3、7.6msに変化させたものである。図3のK1は従来例1の特性曲線、K2は従来例2の特性曲線である。   In Conventional Example 1, the amplitude 2E of the rectangular wave of the output voltage shown in FIG. 17 is 1 p.u., and the pulse width d of the rectangular wave is the fundamental wave effective value 0.6, 0.7, 0.8, 0.9. , 1.0 p.u. corresponding to 4.1, 5.0, 6.0, 7.2 ms, and the conventional example 2 has the amplitude of the rectangular wave of the output voltage shown in FIG. 2E is 1.2 p.u., and the pulse width d of the rectangular wave corresponds to the fundamental wave effective values of 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1.0 p.u. It was changed to 7, 4.5, 5.3, 6.3, and 7.6 ms. In FIG. 3, K1 is a characteristic curve of Conventional Example 1, and K2 is a characteristic curve of Conventional Example 2.

次に、本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例として表5に示される特性の実施例1、2、3を用意した。

Figure 2008178284
Next, Examples 1, 2, and 3 having the characteristics shown in Table 5 were prepared as an example of the power converter according to the first embodiment of the present invention.
Figure 2008178284

実施例1は図2に示した出力電圧の1段目矩形波の高さ(−E+E’)を0.55p.u.とし、出力電圧の2段目矩形波の高さを0.65p.u.とし、2段目矩形波のパルス幅wを基本波実効値0.6、0.7、0.8、0.9、1.0p.u.に対応して、1.1、2.3、3.5、4.9、6.7msに変化させたものである。実施例2は図2に示した出力電圧の1段目矩形波の高さ(−E+E’)を0.5p.u.とし、出力電圧の2段目矩形波の高さを0.7p.u.とし、2段目矩形波のパルス幅wを基本波実効値0.6、0.7、0.8、0.9、1.0p.u.に対応して、1.5、2.6、3.8、5.1、6.8msに変化させたものである。実施例3は図2に示した出力電圧の1段目矩形波の高さ(−E+E’)を0.4p.u.とし、出力電圧の2段目矩形波の高さを0.8p.u.とし、2段目矩形波のパルス幅wを基本波実効値0.6、0.7、0.8、0.9、1.0p.u.に対応して、2.2、3.2、4.2、6.3、7.0msに変化させたものである。図3のK3は実施例1の特性曲線、K4は実施例2の特性曲線、K5は実施例3の特性曲線である。   In Example 1, the height (−E + E ′) of the first stage rectangular wave of the output voltage shown in FIG. 2 is 0.55 p.u., and the height of the second stage rectangular wave of the output voltage is 0.65 p. u., the pulse width w of the second-stage rectangular wave is 1.1, 2 corresponding to the fundamental effective values 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 p.u. .3, 3.5, 4.9, and 6.7 ms. In Example 2, the height (−E + E ′) of the first-stage rectangular wave of the output voltage shown in FIG. 2 is 0.5 p.u., and the height of the second-stage rectangular wave of the output voltage is 0.7 p. u., and the pulse width w of the second-stage rectangular wave is 1.5, 2 corresponding to the fundamental wave effective values of 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 p.u. .6, 3.8, 5.1, and 6.8 ms. In Example 3, the height (−E + E ′) of the first-stage rectangular wave of the output voltage shown in FIG. 2 is 0.4 p.u., and the height of the second-stage rectangular wave of the output voltage is 0.8 p. u. The pulse width w of the second-stage rectangular wave is 2.2, 3 corresponding to the fundamental effective values 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 p.u. .2, 4.2, 6.3, and 7.0 ms. 3, K3 is the characteristic curve of the first embodiment, K4 is the characteristic curve of the second embodiment, and K5 is the characteristic curve of the third embodiment.

図3から分かるように、実施例1、2、3(特性曲線K3、K4、K5)は、従来例1、2(特性曲線K1、K2)と比較して、歪波指数が低減していることが分かる。これは、図2に示すように出力電圧を1段目矩形波に2段目矩形波を重畳させた凸状として正弦波に近似させたためであると考えられる。
1段目と2段目の電圧レベルは、目的とする基本波実効値の変動範囲に応じて調整することが望ましい。また、電圧調整範囲に応じて2段目のパルス幅を零にし、1段目のパルスのみで目的の基本波実効値を確保するように設計する必要がある。
As can be seen from FIG. 3, in Examples 1, 2, and 3 (characteristic curves K3, K4, and K5), the distortion wave index is reduced compared to Conventional Examples 1 and 2 (characteristic curves K1 and K2). I understand that. This is considered because the output voltage is approximated to a sine wave as a convex shape in which the second-stage rectangular wave is superimposed on the first-stage rectangular wave as shown in FIG.
It is desirable to adjust the voltage levels of the first stage and the second stage according to the target fluctuation range of the fundamental effective value. In addition, it is necessary to design so that the pulse width of the second stage is zero according to the voltage adjustment range, and the target fundamental wave effective value is secured only by the first stage pulse.

図2では、出力電圧の2段目矩形波を1段目の矩形波のほぼ中央に位置するように、第1のハーフブリッジ回路17の第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2をオンオフ制御するようにしたが、図4に示すように、出力電圧の2段目矩形波を1段目矩形波の片方に偏らせる特性とすることも可能である。図4では図の右方向に2段目矩形波を偏らせた場合を示している。これにより、電力変換器により不平衡電圧を補償する際に補償用の不平衡電圧を発生することができる。   In FIG. 2, the first switching element 12-1 and the second switching element of the first half-bridge circuit 17 are arranged so that the second-stage rectangular wave of the output voltage is positioned approximately at the center of the first-stage rectangular wave. Although the on / off control of 12-2 is performed, as shown in FIG. 4, it is possible to have a characteristic in which the second-stage rectangular wave of the output voltage is biased to one side of the first-stage rectangular wave. FIG. 4 shows a case where the second-stage rectangular wave is biased to the right in the figure. As a result, an unbalanced voltage for compensation can be generated when the unbalanced voltage is compensated by the power converter.

また、以上の説明では、第1のハーフブリッジ回路17からの交流端子Uと第2のハーフブリッジ回路18からの交流端子U’との間から交流の出力電圧を取り出すようにしたが、図5に示すように、第1のハーフブリッジ回路17からの交流端子Uと第2のハーフブリッジ回路18からの交流端子U’との間に相間リアクトル22を接続し、その相間リアクトル22の中間点から端子UNを取り出すとともに、ハーフブリッジ回路接続線16から端子Nを取り出し、端子UNと端子Nとの間から交流の出力電圧を取り出すようにしてもよい。   In the above description, the AC output voltage is taken out between the AC terminal U from the first half-bridge circuit 17 and the AC terminal U ′ from the second half-bridge circuit 18. As shown, the interphase reactor 22 is connected between the AC terminal U from the first half-bridge circuit 17 and the AC terminal U ′ from the second half-bridge circuit 18, and from the midpoint of the interphase reactor 22. The terminal UN may be taken out, the terminal N may be taken out from the half-bridge circuit connection line 16, and an AC output voltage may be taken out between the terminal UN and the terminal N.

この場合、交流端子UN、N間には、第1のハーフブリッジ回路17からの交流端子Uの電圧と第2のハーフブリッジ回路18からの交流端子U’の電圧との和が出力電圧として出力される。   In this case, the sum of the voltage of the AC terminal U from the first half bridge circuit 17 and the voltage of the AC terminal U ′ from the second half bridge circuit 18 is output as an output voltage between the AC terminals UN and N. Is done.

図6は図5に示した第1の実施の形態に係わる電力変換器の他の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフ信号及び交流端子UN、N間の出力電圧の波形図である。図6に示すように、図4に示した波形図に対し、第2のハーフブリッジ回路18の第3のスイッチング素子12−3と第4のスイッチング素子12−4のオンオフ状態が逆になっている。   FIG. 6 shows on / off signals and AC terminals UN, N of the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 as another example of the power converter according to the first embodiment shown in FIG. It is a wave form diagram of the output voltage between. As shown in FIG. 6, the on / off states of the third switching element 12-3 and the fourth switching element 12-4 of the second half bridge circuit 18 are reversed with respect to the waveform diagram shown in FIG. Yes.

また、図7に示すように、第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2の接続点と第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4の接続点との間に交流巻線23を接続し、この交流巻線23と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線24を介して単相交流負荷に接続するための交流端子UT、UT’を取り出すようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 7, the connection point between the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2 and the connection point between the third switching element 12-3 and the fourth switching element 12-4. The AC winding 23 is connected to the AC winding 23, and AC terminals UT and UT ′ for connecting to a single-phase AC load are taken out via the other transformer winding 24 magnetically coupled to the AC winding 23. You may do it.

第1の実施の形態によれば、電力変換器の第1のハーフブリッジ回路17における第1の直流電源11の中性点と第2のハーフブリッジ回路18における第2の直流電源13の中性点との間のみを接続し、第1のハーフブリッジ回路17の2個のスイッチング素子及び第2のハーフブリッジ回路18の2個のスイッチング素子をオンオフ制御するので、第1の直流電源11から供給される電圧パルス波形と第2の直流電源13から供給される電圧パルス波形とを2段で重畳させた電圧波形を得ることができる。従って、部品点数を増加させることなく、また変調周波数を高くすることなく、きめ細やかな電圧制御が可能となる。これにより、交流波形に近似した電圧波形を得ることができ、高調波の低減を図ることができる。また、本方式にPWM制御を適用した場合、従来方式にPWM制御を適用した場合と比較して、キャリア周波数を抑えることができるので損失を抑制できる。   According to the first embodiment, the neutral point of the first DC power source 11 in the first half-bridge circuit 17 of the power converter and the neutral point of the second DC power source 13 in the second half-bridge circuit 18. Since the two switching elements of the first half-bridge circuit 17 and the two switching elements of the second half-bridge circuit 18 are on / off controlled by connecting only between the points, the first DC power supply 11 supplies The voltage waveform obtained by superimposing the voltage pulse waveform to be supplied and the voltage pulse waveform supplied from the second DC power supply 13 in two stages can be obtained. Therefore, fine voltage control can be performed without increasing the number of parts and without increasing the modulation frequency. As a result, a voltage waveform approximate to an AC waveform can be obtained, and harmonics can be reduced. Further, when PWM control is applied to this method, the carrier frequency can be suppressed compared to the case where PWM control is applied to the conventional method, so that loss can be suppressed.

例えば、直流電源11、13が燃料電池やNAS電池などの直流電源である場合には、経年劣化により直流電源11、13にアンバランスが発生しても、そのアンバランス状態をベースに多レベルインバータを実現することができる。そのため、燃料電池やNAS電池などの有効活用ができる。また、直流電源11、13である燃料電池やNAS電池と第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4までの距離を等距離にできるため、配線インダクタンスの補償設計が容易となる。   For example, when the DC power supplies 11 and 13 are DC power supplies such as fuel cells and NAS batteries, even if an imbalance occurs in the DC power supplies 11 and 13 due to deterioration over time, the multilevel inverter is based on the unbalanced state. Can be realized. Therefore, effective use of a fuel cell, a NAS battery, etc. can be performed. In addition, since the distance from the fuel cell or NAS battery as the DC power sources 11 and 13 to the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 can be made equal, the wiring inductance compensation design is easy. Become.

(第2の実施の形態)
図8は本発明の第2の実施の形態に係わる電力変換器の一例の回路図である。この第2の実施の形態は、図18に示した従来例に対し、直流正極線14及び直流負極線15を除去し、第1の直流電源11の中性点と第2の直流電源13の中性点との間をNPCハーフブリッジ回路接続線16で接続するようにしたものである。図18に示した従来例と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a circuit diagram of an example of a power converter according to the second embodiment of the present invention. This second embodiment is different from the conventional example shown in FIG. 18 in that the DC positive electrode line 14 and the DC negative electrode line 15 are removed, and the neutral point of the first DC power source 11 and the second DC power source 13 are A neutral point is connected by an NPC half bridge circuit connection line 16. The same elements as those in the conventional example shown in FIG.

図8において、第1の直流電源11の中性点と第2の直流電源13の中性点との間はNPCハーフブリッジ回路接続線16で接続され、これにより、第1のNPCハーフブリッジ回路17と第2のNPCハーフブリッジ回路18とを接続している。第1のNPCハーフブリッジ回路17の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4と、第2のNPCハーフブリッジ回路18の第5のスイッチング素子12−5乃至第8のスイッチング素子12−8とは、それぞれ個別に制御される。なお、図8では、第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8を制御するための制御装置の図示を省略している。   In FIG. 8, the neutral point of the first DC power supply 11 and the neutral point of the second DC power supply 13 are connected by an NPC half bridge circuit connection line 16, whereby the first NPC half bridge circuit is connected. 17 and the second NPC half bridge circuit 18 are connected. The first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 of the first NPC half-bridge circuit 17 and the fifth switching element 12-5 to the eighth switching of the second NPC half-bridge circuit 18 The elements 12-8 are individually controlled. In FIG. 8, illustration of a control device for controlling the first switching element 12-1 to the eighth switching element 12-8 is omitted.

いま、第1の直流電源11の電圧は中性点を挟んでそれぞれEであるとし、第2の直流電源13の電圧は中性点を挟んでそれぞれE’であるとする。また、E’>2Eであるとする。   Now, it is assumed that the voltage of the first DC power supply 11 is E across the neutral point, and the voltage of the second DC power supply 13 is E ′ across the neutral point. Further, it is assumed that E ′> 2E.

図9は第2の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8のオンオフ信号及び交流端子U、U’間の出力電圧の波形図、表6は第2の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8のオンオフに対する出力電圧を示す表である。   FIG. 9 shows on / off signals of the first switching element 12-1 to the eighth switching element 12-8 as an example of the power converter according to the second embodiment and the waveform of the output voltage between the AC terminals U and U ′. FIG. 6 and Table 6 are tables showing output voltages with respect to ON / OFF of the first switching element 12-1 to the eighth switching element 12-8 as an example of the power converter according to the second embodiment.

図9及び表6に示すように、第2の実施の形態に係わる電力変換器の一例の出力電圧は、0、E、−E+E’、E’、E+E’、−E、E−E’、−E’、−E−E’の9つのレベルとなる。ここで、第2の直流電源13の電圧E’は、E’>2Eであるとしているので、E’>−E+E’>E>0>E−E’の関係が成り立ち、交流端子U、U’間の出力電圧の波形は図9に示す通りとなる。なお、第2の直流電源13の電圧E’がE<E’<2EであるとE’>E>−E+E’>0>E−E’の関係が成り立ち、2E’<EであるとE>E−E’>E’>0>−E+E’の関係が成り立ち、E’<E<2E’であるとE>E’>E−E’>0>−E+E’の関係が成り立つ。このように、第2の直流電源13の電圧E’の大きさによって、9レベルの出力電圧、0、E、−E+E’、E’、E+E’、−E、E−E’、−E’、−E−E’の大小関係が変化する。

Figure 2008178284
As shown in FIG. 9 and Table 6, the output voltage of an example of the power converter according to the second embodiment is 0, E, −E + E ′, E ′, E + E ′, −E, EE ′, There are nine levels -E 'and -EE'. Here, since the voltage E ′ of the second DC power supply 13 satisfies E ′> 2E, the relationship of E ′> − E + E ′>E>0> EE ′ holds, and the AC terminals U, U The waveform of the output voltage between 'is as shown in FIG. When the voltage E ′ of the second DC power supply 13 is E <E ′ <2E, the relationship E ′>E> −E + E ′>0> EE−E ′ holds, and when 2E ′ <E, > E−E ′> E ′>0> −E + E ′, and if E ′ <E <2E ′, the relationship E> E ′>EE−>0> −E + E ′ is satisfied. Thus, the output voltage of 9 levels, 0, E, -E + E ', E', E + E ', -E, EE', -E ', depending on the magnitude of the voltage E' of the second DC power supply 13. , −EE ′ changes in magnitude.
Figure 2008178284

表6に示すように、第2の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第2のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8のオンオフは16のモード1〜16がある。   As shown in Table 6, there are 16 modes 1 to 16 for turning on and off the second switching element 12-1 to the eighth switching element 12-8 as an example of the power converter according to the second embodiment.

例えば、モード1は、表6に示すように、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオン、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子Uの端子電圧が0であり、第5のスイッチング素子12−5がオフ、第6のスイッチング素子12−6がオン、第7のスイッチング素子12−7がオン、第8のスイッチング素子12−8がオフで、交流端子U’の端子電圧が0であるモードである。従って、このモード1のときはU−U’間端子電圧は0である。   For example, in mode 1, as shown in Table 6, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the third switching element 12-3 is on, and the fourth switching The element 12-4 is off, the terminal voltage of the AC terminal U is 0, the fifth switching element 12-5 is off, the sixth switching element 12-6 is on, and the seventh switching element 12-7 is off In this mode, the eighth switching element 12-8 is off and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is zero. Therefore, in this mode 1, the terminal voltage between U and U 'is zero.

以下同様に、モード2のときはU−U’間端子電圧はE、モード3のときはU−U’間端子電圧は−E+E’、モード4のときはU−U’間端子電圧はE’、モード5のときはU−U’間端子電圧はE+E’、モード6のときはU−U’間端子電圧はE’、モード7のときはU−U’間端子電圧は−E+E’、モード8のときはU−U’間端子電圧はE、モード9のときはU−U’間端子電圧は0、モード10のときはU−U’間端子電圧は−E、モード11のときはU−U’間端子電圧はE−E’、モード12のときはU−U’間端子電圧は−E’、モード13のときはU−U’間端子電圧は−E−E’、モード14のときはU−U’間端子電圧は−E’、モード15のときはU−U’間端子電圧はE−E’、モード16のときはU−U’間端子電圧は−Eである。   Similarly, the terminal voltage between U and U 'is E in mode 2, the terminal voltage between U and U' is -E + E 'in mode 3, and the terminal voltage between U and U' is E in mode 4. In the mode 5, the terminal voltage between U−U ′ is E + E ′, in the mode 6, the terminal voltage between U−U ′ is E ′, and in the mode 7, the terminal voltage between U−U ′ is −E + E ′. In mode 8, the terminal voltage between U and U 'is E, in mode 9, the terminal voltage between U and U' is 0, and in mode 10, the terminal voltage between U and U 'is -E. The terminal voltage between U and U 'is EE', the terminal voltage between U and U 'is -E' when in mode 12, and the terminal voltage between U and U 'is -EE' when in mode 13. In mode 14, the terminal voltage between U and U 'is -E', in mode 15, the terminal voltage between U and U 'is EE', and in mode 16, UU '. The terminal voltage is -E.

このように、第2の実施の形態に係わる電力変換器の一例の出力電圧は、第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8のオンオフの切り換える。これにより、出力電圧は4段重ねの矩形波となる。ベースとなる1段目の矩形波の高さの絶対値は|E|であり、2段目の矩形波の高さの絶対値は|−E+E’|、3段目の矩形波の高さの絶対値は|E’|、4段目の矩形波の高さの絶対値は|E+E’|である。この場合、2段目〜4段目の矩形波の幅を調整することにより、出力電圧の大きさや高調波歪電圧が変化する。2段目〜4段目の矩形波の幅を変化させるには、第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフ幅を調整することにより行う。また、出力電圧として0の値を取ることができる。   As described above, the output voltage of an example of the power converter according to the second embodiment switches the first switching element 12-1 to the eighth switching element 12-8 on and off. As a result, the output voltage becomes a four-stage rectangular wave. The absolute value of the height of the first-stage rectangular wave serving as the base is | E |, and the absolute value of the height of the second-stage rectangular wave is | −E + E ′ | The absolute value of | E ′ | is the absolute value of the height of the rectangular wave in the fourth stage is | E + E ′ |. In this case, the magnitude of the output voltage and the harmonic distortion voltage change by adjusting the width of the rectangular wave in the second to fourth stages. In order to change the width of the rectangular wave in the second to fourth stages, the on / off width of the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 is adjusted. Further, a value of 0 can be taken as the output voltage.

本実施例では、2E<E‘の条件で電圧パルスを生成した。他方、2E>E’の条件で電圧パルスを生成する場合、1段目の矩形波の高さの絶対値が|−E+E’|となり、2段目の矩形波の高さの絶対値が|E|となるが、この場合においても階段状の矩形波電圧を発生することができる。   In this embodiment, the voltage pulse is generated under the condition of 2E <E ′. On the other hand, when a voltage pulse is generated under the condition of 2E> E ′, the absolute value of the height of the first-stage rectangular wave is | −E + E ′ |, and the absolute value of the height of the second-stage rectangular wave is | In this case, a stepped rectangular wave voltage can be generated.

図10は、本発明の第2の実施の形態に係わる電力変換器の他の一例の回路図である。これは、図8に示した3レベルインバータを5レベルインバータに置き換えたものである。第1のNPCハーフブリッジ回路17における第1の直流電源11は4個の電源を有し、それぞれの電圧はEである。同様に、第2のNPCハーフブリッジ回路18における第2の直流電源13は4個の電源を有し、それぞれの電圧はE‘である。   FIG. 10 is a circuit diagram of another example of the power converter according to the second embodiment of the present invention. This is obtained by replacing the 3-level inverter shown in FIG. 8 with a 5-level inverter. The first DC power supply 11 in the first NPC half bridge circuit 17 has four power supplies, and each voltage is E. Similarly, the second DC power supply 13 in the second NPC half-bridge circuit 18 has four power supplies, and each voltage is E ′.

そして、第1のNPCハーフブリッジ回路17における第1の直流電源11は中性点で接地され、この第1の直流電源11には第1のスイッチング素子12−1乃至第8のスイッチング素子12−8が接続されている。同様に、第2のNPCハーフブリッジ回路18における第2の直流電源13は中性点で接地され、この第2の直流電源13には第9のスイッチング素子12−9乃至第16のスイッチング素子12−16が接続され、各々の第1のスイッチング素子12−1乃至第16のスイッチング素子12−16には、それぞれ環流ダイオードD1〜D16が並列に接続されている。   The first DC power supply 11 in the first NPC half-bridge circuit 17 is grounded at a neutral point. The first DC power supply 11 includes the first switching element 12-1 to the eighth switching element 12-. 8 is connected. Similarly, the second DC power source 13 in the second NPC half-bridge circuit 18 is grounded at a neutral point, and the ninth DC switching element 12-9 to the sixteenth switching element 12 are connected to the second DC power source 13. −16 is connected, and free-wheeling diodes D1 to D16 are connected in parallel to the first switching element 12-1 to the sixteenth switching element 12-16, respectively.

また、第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2の接続点と第1の直流電源11の第1電源E及び第2電源Eの接続点との間にダイオードD17が接続され、第1の直流電源11の第1電源E及び第2電源Eの接続点と第5のスイッチング素子12−5及び第6のスイッチング素子12−6との接続点の間にダイオードD18が接続される。第2のスイッチング素子12−2及び第3のスイッチング素子12−3の接続点と第1の直流電源11の第2電源E及び第3電源Eの接続点との間にダイオードD19が接続され、第1の直流電源11の第2電源E及び第3電源Eの接続点と第6のスイッチング素子12−6及び第7のスイッチング素子12−7との接続点の間にダイオードD20が接続され、さらに、第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4の接続点と第1の直流電源11の第3電源E及び第4電源Eの接続点との間にダイオードD21が接続され、第1の直流電源11の第3電源E及び第4電源Eの接続点と第7のスイッチング素子12−7及び第8のスイッチング素子12−8との接続点の間にダイオードD22が接続される。   A diode D17 is connected between the connection point of the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2 and the connection point of the first power supply E and the second power supply E of the first DC power supply 11. The diode D18 is connected between the connection point of the first power supply E and the second power supply E of the first DC power supply 11 and the connection point of the fifth switching element 12-5 and the sixth switching element 12-6. Is done. A diode D19 is connected between the connection point of the second switching element 12-2 and the third switching element 12-3 and the connection point of the second power supply E and the third power supply E of the first DC power supply 11, A diode D20 is connected between a connection point between the second power supply E and the third power supply E of the first DC power supply 11 and a connection point between the sixth switching element 12-6 and the seventh switching element 12-7, Furthermore, a diode D21 is connected between the connection point of the third switching element 12-3 and the fourth switching element 12-4 and the connection point of the third power supply E and the fourth power supply E of the first DC power supply 11. The diode D22 is connected between the connection point of the third power supply E and the fourth power supply E of the first DC power supply 11 and the connection point of the seventh switching element 12-7 and the eighth switching element 12-8. Is done.

同様に、第9のスイッチング素子12−9及び第10のスイッチング素子12−10の接続点と第2の直流電源13の第1電源E’及び第2電源E’の接続点との間にダイオードD23が接続され、第2の直流電源13の第1電源E’及び第2電源E’の接続点と第13のスイッチング素子12−13及び第14のスイッチング素子12−14との接続点の間にダイオードD24が接続される。第10のスイッチング素子12−10及び第11のスイッチング素子12−11の接続点と第2の直流電源13の第2電源E’及び第3電源E’の接続点との間にダイオードD25が接続され、第2の直流電源13の第2電源E’及び第3電源E’の接続点と第14のスイッチング素子12−14及び第15のスイッチング素子12−15との接続点の間にダイオードD26が接続され、さらに、第11のスイッチング素子12−11及び第12のスイッチング素子12−12の接続点と第2の直流電源13の第3電源E’及び第4電源E’の接続点との間にダイオードD27が接続され、第2の直流電源13の第3電源E’及び第4電源E’の接続点と第15のスイッチング素子12−15及び第16のスイッチング素子12−16との接続点の間にダイオードD28が接続される。   Similarly, a diode is connected between the connection point of the ninth switching element 12-9 and the tenth switching element 12-10 and the connection point of the first power supply E ′ and the second power supply E ′ of the second DC power supply 13. D23 is connected, between the connection point of the first power supply E ′ and the second power supply E ′ of the second DC power supply 13 and the connection point of the thirteenth switching element 12-13 and the fourteenth switching element 12-14. Is connected to the diode D24. A diode D25 is connected between the connection point of the tenth switching element 12-10 and the eleventh switching element 12-11 and the connection point of the second power supply E ′ and the third power supply E ′ of the second DC power supply 13. The diode D26 is connected between the connection point of the second power supply E ′ and the third power supply E ′ of the second DC power supply 13 and the connection point of the fourteenth switching element 12-14 and the fifteenth switching element 12-15. Are connected, and the connection point between the eleventh switching element 12-11 and the twelfth switching element 12-12 and the connection point between the third power supply E ′ and the fourth power supply E ′ of the second DC power supply 13 A diode D27 is connected between them, and the connection point between the third power supply E ′ and the fourth power supply E ′ of the second DC power supply 13 and the fifteenth switching element 12-15 and the sixteenth switching element 12-16. Diode D28 is connected between the points.

そして、第1の直流電源11の中性点と第2の直流電源13の中性点との間はNPCハーフブリッジ回路接続線16で接続され、交流端子の一端Uが第4のスイッチング素子12−4及び第5のスイッチング素子12−5の接続点から引き出され、交流端子の他端U’が第12のスイッチング素子12−12及び第13のスイッチング素子12−13の接続点から引き出されている。この第2の実施の形態における他の一例の回路に示すようにレベル数を増やすことにより歪波をさらに低減することができる。   The neutral point of the first DC power supply 11 and the neutral point of the second DC power supply 13 are connected by an NPC half bridge circuit connection line 16, and one end U of the AC terminal is connected to the fourth switching element 12. -4 and the fifth switching element 12-5, and the other end U ′ of the AC terminal is drawn from the connection point of the twelfth switching element 12-12 and the thirteenth switching element 12-13. Yes. As shown in another example circuit in the second embodiment, the distorted wave can be further reduced by increasing the number of levels.

以上の説明では、第1のハーフブリッジ回路17からの交流端子Uと第2のハーフブリッジ回路18からの交流端子U’との間から交流の出力電圧を取り出すようにしたが、第1の実施の形態の図5に示したように、第1のハーフブリッジ回路17からの交流端子Uと第2のハーフブリッジ回路18からの交流端子U’との間に相間リアクトル22を接続し、その相間リアクトル22の中間点から端子UNを取り出すとともに、ハーフブリッジ回路接続線16から端子Nを取り出し、端子UNと端子Nとの間から交流の出力電圧を取り出すようにしてもよい。   In the above description, the AC output voltage is extracted from between the AC terminal U from the first half-bridge circuit 17 and the AC terminal U ′ from the second half-bridge circuit 18. 5, the interphase reactor 22 is connected between the AC terminal U from the first half-bridge circuit 17 and the AC terminal U ′ from the second half-bridge circuit 18, and the interphase The terminal UN may be taken out from the intermediate point of the reactor 22, the terminal N may be taken out from the half bridge circuit connection line 16, and an AC output voltage may be taken out between the terminals UN and N.

また、出力電圧の1+n段目矩形波をn段目の矩形波のほぼ中央に位置するように、NPCハーフブリッジ回路17をオンオフ制御するようにしたが、第1の実施の形態の図4に示したように、出力電圧の1+n段目矩形波をn段目矩形波の片方に偏らせる特性とすることも可能である。これにより、電力変換器により不平衡電圧を補償する際に補償用の不平衡電圧を発生することができる。   Further, the NPC half-bridge circuit 17 is controlled to be turned on and off so that the 1 + n-stage rectangular wave of the output voltage is positioned approximately at the center of the n-stage rectangular wave. FIG. 4 shows the first embodiment. As shown, the 1 + n-stage rectangular wave of the output voltage can be biased to one of the n-stage rectangular waves. As a result, an unbalanced voltage for compensation can be generated when the unbalanced voltage is compensated by the power converter.

また、第1の実施の形態の図7に示すように、第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2の接続点と第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4の接続点との間に交流巻線23を接続し、この交流巻線23と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線24を介して単相交流負荷に接続するための交流端子UT、UT’を取り出すようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 7 of the first embodiment, the connection point of the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2 and the third switching element 12-3 and the fourth switching element. An AC winding 23 is connected to the connection point of the element 12-4, and the AC winding 23 is connected to a single-phase AC load via the other transformer winding 24 magnetically coupled to the AC winding 23. The terminals UT and UT ′ may be taken out.

第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態に効果に加え、第1のNPCハーフブリッジ回路17の4個のスイッチング素子及び第2のNPCハーフブリッジ回路18の4個のスイッチング素子をオンオフ制御するので、第1の直流電源11から供給される電圧パルス波形と第2の直流電源13から供給される電圧パルス波形とを4段で重畳させた電圧波形を得ることができ、0の電位も確保できるので、よりきめ細やかな電圧制御が可能となる。   According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the four switching elements of the first NPC half-bridge circuit 17 and the four switching elements of the second NPC half-bridge circuit 18 Since the voltage pulse waveform supplied from the first DC power supply 11 and the voltage pulse waveform supplied from the second DC power supply 13 are superimposed in four stages, a voltage waveform can be obtained. Can be secured, so finer voltage control is possible.

(第3の実施の形態)
図11は本発明の第3の実施の形態に係わる電力変換器の一例の回路図である。この第3の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、中性点を挟んだ第1の直流電源11の電圧をE1、E2、中性点を挟んだ第2の直流電源13の電圧をE3、E4とし、E1+E4=E2+E3を満たすようにしたものである。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a circuit diagram of an example of a power converter according to the third embodiment of the present invention. This third embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the voltages of the first DC power supply 11 across the neutral point are E1, E2, and the second across the neutral point. The voltage of the DC power source 13 is set to E3 and E4 so that E1 + E4 = E2 + E3 is satisfied.

図12は第3の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフ信号及び交流端子U、U’間の出力電圧の波形図、表7は第3の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフに対する出力電圧を示す表である。図12及び表7に示すように、第3の実施の形態に係わる電力変換器の一例の出力電圧は、E1−E3、E1+E4、−E2+E4、−E2−E3の4つのレベルとなる。

Figure 2008178284
FIG. 12 shows the waveforms of the ON / OFF signals of the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 and the output voltage between the AC terminals U and U ′ as an example of the power converter according to the third embodiment. FIG. 7 is a table showing output voltages with respect to on / off of the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 as an example of the power converter according to the third embodiment. As shown in FIG. 12 and Table 7, the output voltage of an example of the power converter according to the third embodiment has four levels of E1−E3, E1 + E4, −E2 + E4, and −E2−E3.
Figure 2008178284

表7に示すように、第3の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフは6つのモード1〜6がある。   As shown in Table 7, there are six modes 1 to 6 for turning on and off the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4 as an example of the power converter according to the third embodiment.

モード1は、第1のスイッチング素子12−1がオン、第2のスイッチング素子12−2がオフで、交流端子Uの端子電圧がE1であり、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子U’の端子電圧がE3であるモードである。従って、このモード1のときはU−U’間端子電圧はE1−E3であり、図12の時点t1〜t2の間である。   In mode 1, the first switching element 12-1 is on, the second switching element 12-2 is off, the terminal voltage at the AC terminal U is E1, the third switching element 12-3 is on, 4 in which the switching element 12-4 is OFF and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is E3. Therefore, in this mode 1, the terminal voltage between U and U 'is E1-E3, which is between time points t1 and t2 in FIG.

モード2は、第1のスイッチング素子12−1がオン、第2のスイッチング素子12−2がオフで、交流端子Uの端子電圧がE1であり、第3のスイッチング素子12−3がオフ、第4のスイッチング素子12−4がオンで、交流端子U’の端子電圧が−E4であるモードである。従って、このモード2のときはU−U’間端子電圧はE1+E4であり、図12の時点t2〜t3の間である。   In mode 2, the first switching element 12-1 is on, the second switching element 12-2 is off, the terminal voltage at the AC terminal U is E1, the third switching element 12-3 is off, No. 4 switching element 12-4 is on, and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is −E4. Accordingly, in this mode 2, the terminal voltage between U and U 'is E1 + E4, which is between time points t2 and t3 in FIG.

モード3は、第1のスイッチング素子12−1がオン、第2のスイッチング素子12−2がオフで、交流端子Uの端子電圧がE1であり、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子U’の端子電圧がE3であるモードである。従って、このモード3のときはU−U’間端子電圧はE1−E3であり、図12の時点t3〜t4の間である。   In mode 3, the first switching element 12-1 is on, the second switching element 12-2 is off, the terminal voltage of the AC terminal U is E1, the third switching element 12-3 is on, 4 in which the switching element 12-4 is OFF and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is E3. Therefore, in this mode 3, the terminal voltage between U and U 'is E1-E3, and is between time points t3 and t4 in FIG.

モード4は、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオンで、交流端子Uの端子電圧が−E2であり、第3のスイッチング素子12−3がオフ、第4のスイッチング素子12−4がオンで、交流端子U’の端子電圧が−E4であるモードである。従って、このモード4のときはU−U’間端子電圧は−E2+E4であり、図12の時点t4〜t5の間である。   In mode 4, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the terminal voltage of the AC terminal U is -E2, and the third switching element 12-3 is off. In this mode, the fourth switching element 12-4 is on and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is −E4. Therefore, in this mode 4, the terminal voltage between U and U 'is -E2 + E4, which is between time points t4 and t5 in FIG.

モード5は、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオンで、交流端子Uの端子電圧が−E2であり、第3のスイッチング素子12−3がオン、第4のスイッチング素子12−4がオフで、交流端子U’の端子電圧がE3であるモードである。従って、このモード5のときはU−U’間端子電圧は−E2−E3であり、図12の時点t5〜t6の間である。   In mode 5, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the terminal voltage of the AC terminal U is -E2, and the third switching element 12-3 is on. In this mode, the fourth switching element 12-4 is OFF and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is E3. Therefore, in this mode 5, the terminal voltage between U and U 'is -E2-E3, which is between time points t5 and t6 in FIG.

モード6は、第1のスイッチング素子12−1がオフ、第2のスイッチング素子12−2がオンで、交流端子Uの端子電圧が−E2であり、第3のスイッチング素子12−3がオフ、第4のスイッチング素子12−4がオンで、交流端子U’の端子電圧が−E4であるモードである。従って、このモード6のときはU−U’間端子電圧は−E2+E4であり、図12の時点t6〜t7の間である。   In mode 6, the first switching element 12-1 is off, the second switching element 12-2 is on, the terminal voltage of the AC terminal U is -E2, and the third switching element 12-3 is off. In this mode, the fourth switching element 12-4 is on and the terminal voltage of the AC terminal U ′ is −E4. Therefore, in this mode 6, the terminal voltage between U and U 'is -E2 + E4, which is between time points t6 and t7 in FIG.

このように、第3の実施の形態に係わる電力変換器の一例の出力電圧は、第1のスイッチング素子12−1乃至第4のスイッチング素子12−4のオンオフの切り換えにより、モード1〜6を繰り返す。これにより、出力電圧は2段重ねの矩形波となる。ベースとなる1段目の矩形波の高さの絶対値は|−E2+E4|、|E1−E3|であり、2段目の矩形波の高さの絶対値は|E1+E4|、|−E2−E3|である。   As described above, the output voltage of an example of the power converter according to the third embodiment is switched between modes 1 to 6 by switching on and off the first switching element 12-1 to the fourth switching element 12-4. repeat. As a result, the output voltage becomes a two-stage rectangular wave. The absolute value of the height of the first-stage rectangular wave is | -E2 + E4 |, | E1-E3 |, and the absolute value of the height of the second-stage rectangular wave is | E1 + E4 |, | -E2- E3 |.

ここで、|−E2+E4|=|E1−E3|、|E1+E4|=|−E2−E3|となる必要があるので、E1+E4=E2+E3となる。これにより、正負の波形の絶対値が等しくなり交流正弦波が得られる。第1の実施の形態の場合と同様に、2段目の矩形波の幅wを変化させることにより、出力電圧の大きさや高調波歪み電圧が調整可能となる。   Here, | −E2 + E4 | = | E1−E3 | and | E1 + E4 | = | −E2−E3 |. Therefore, E1 + E4 = E2 + E3. As a result, the absolute values of the positive and negative waveforms are equal, and an AC sine wave is obtained. As in the case of the first embodiment, the magnitude of the output voltage and the harmonic distortion voltage can be adjusted by changing the width w of the rectangular wave at the second stage.

また、直流電源11、13の電圧E1〜E4のいずれかの出力が0となっても、E1+E4=E2+E3を満たす限りは交流正弦波を得られる。     Further, even if the output of any of the voltages E1 to E4 of the DC power supplies 11 and 13 becomes 0, an AC sine wave can be obtained as long as E1 + E4 = E2 + E3 is satisfied.

以上の説明では、第1のハーフブリッジ回路17からの交流端子Uと第2のハーフブリッジ回路18からの交流端子U’との間から交流の出力電圧を取り出すようにしたが、第1の実施の形態の図5に示したように、第1のハーフブリッジ回路17からの交流端子Uと第2のハーフブリッジ回路18からの交流端子U’との間に相間リアクトル22を接続し、その相間リアクトル22の中間点から端子UNを取り出すとともに、ハーフブリッジ回路接続線16から端子Nを取り出し、端子UNと端子Nとの間から交流の出力電圧を取り出すようにしてもよい。   In the above description, the AC output voltage is extracted from between the AC terminal U from the first half-bridge circuit 17 and the AC terminal U ′ from the second half-bridge circuit 18. 5, the interphase reactor 22 is connected between the AC terminal U from the first half-bridge circuit 17 and the AC terminal U ′ from the second half-bridge circuit 18, and the interphase The terminal UN may be taken out from the intermediate point of the reactor 22, the terminal N may be taken out from the half bridge circuit connection line 16, and an AC output voltage may be taken out between the terminals UN and N.

本実施例においても電力変換器により不平衡電圧を補償する際に補償用の不平衡電圧を発生することができる。   In the present embodiment as well, a compensation unbalance voltage can be generated when the power converter compensates the unbalance voltage.

また、第1の実施の形態の図7に示すように、第1のスイッチング素子12−1及び第2のスイッチング素子12−2の接続点と第3のスイッチング素子12−3及び第4のスイッチング素子12−4の接続点との間に交流巻線23を接続し、この交流巻線23と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線24を介して単相交流負荷に接続するための交流端子UT、UT’を取り出すようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 7 of the first embodiment, the connection point of the first switching element 12-1 and the second switching element 12-2 and the third switching element 12-3 and the fourth switching element. An AC winding 23 is connected to the connection point of the element 12-4, and the AC winding 23 is connected to a single-phase AC load via the other transformer winding 24 magnetically coupled to the AC winding 23. The terminals UT and UT ′ may be taken out.

次に、第1の実施の形態、第2の実施の形態及び第3の実施の形態の複数台の電力変換器を結合し多相の電力変換器を構成することも可能である。図13は本発明の第3の実施の形態に係わる3台の電力変換器を結合して構成した3相の電力変換器の一例を示す回路図であり、図14は図13に示した3相の電力変換器のスイッチング素子のオンオフ信号及び3相の交流端子間の出力電圧の波形図である。   Next, it is also possible to combine a plurality of power converters of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment to constitute a multiphase power converter. FIG. 13 is a circuit diagram showing an example of a three-phase power converter configured by combining three power converters according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a circuit diagram of FIG. It is a wave form diagram of the output voltage between the on-off signal of the switching element of a phase power converter, and the alternating current terminal of three phases.

三相のU相、V相、W相に対して、第1のハーフブリッジ回路17U、17V、17W及び第2のハーフブリッジ回路18U、18V、18Wを設ける。第1のハーフブリッジ回路17U、17V、17Wに並列に第1の直流電源11が接続され、第2のハーフブリッジ回路18U、18V、18Wに並列に第2の直流電源13が接続されている。そして、第1の直流電源11の中性点と第2の直流電源13の中性点との間がハーフブリッジ回路接続線16で接続され、これにより、第1のハーフブリッジ回路17U、17V、17Wと第2のハーフブリッジ回路18U、18V、18Wとが接続されている。   The first half bridge circuits 17U, 17V, 17W and the second half bridge circuits 18U, 18V, 18W are provided for the three-phase U phase, V phase, and W phase. A first DC power supply 11 is connected in parallel to the first half-bridge circuits 17U, 17V, and 17W, and a second DC power supply 13 is connected in parallel to the second half-bridge circuits 18U, 18V, and 18W. The neutral point of the first DC power supply 11 and the neutral point of the second DC power supply 13 are connected by a half bridge circuit connection line 16, whereby the first half bridge circuits 17 U, 17 V, 17W and the second half bridge circuits 18U, 18V, 18W are connected.

U相の第1のハーフブリッジ回路17Uはスイッチング素子S1、S2を有し、このスイッチング素子S1、S2にはそれぞれ環流ダイオードD1、D2が並列接続され、スイッチング素子S1、S2の接続点から交流端子Uが引き出されている。また、V相の第1のハーフブリッジ回路17Vはスイッチング素子S3、S4を有し、このスイッチング素子S3、S4にはそれぞれ環流ダイオードD3、D4が並列接続され、スイッチング素子S3、S4の接続点から交流端子Vが引き出されている。さらに、W相の第1のハーフブリッジ回路17Wはスイッチング素子S5、S6を有し、このスイッチング素子S5、S6にはそれぞれ環流ダイオードD5、D6が並列接続され、スイッチング素子S5、S6の接続点から交流端子Wが引き出されている。   The U-phase first half-bridge circuit 17U has switching elements S1 and S2, and free-wheeling diodes D1 and D2 are connected in parallel to the switching elements S1 and S2, respectively. U is pulled out. The V-phase first half-bridge circuit 17V includes switching elements S3 and S4, and free-wheeling diodes D3 and D4 are connected in parallel to the switching elements S3 and S4, respectively, from the connection point of the switching elements S3 and S4. The AC terminal V is pulled out. Further, the W-phase first half-bridge circuit 17W includes switching elements S5 and S6, and free-wheeling diodes D5 and D6 are connected in parallel to the switching elements S5 and S6, respectively, from the connection point of the switching elements S5 and S6. The AC terminal W is drawn out.

第2のハーフブリッジ回路18U、18V、18Wについても同様に、U相の第2のハーフブリッジ回路18Uはスイッチング素子S7、S8を有し、このスイッチング素子S7、S8にはそれぞれ環流ダイオードD7、D8が並列接続され、スイッチング素子S7、S8の接続点から交流端子U’が引き出されている。また、V相の第2のハーフブリッジ回路18Vはスイッチング素子S9、S10を有し、このスイッチング素子S9、S10にはそれぞれ環流ダイオードD9、D10が並列接続され、スイッチング素子S9、S10の接続点から交流端子V’が引き出されている。さらに、W相の第2のハーフブリッジ回路18Wはスイッチング素子S11、S12を有し、このスイッチング素子S11、S12にはそれぞれ環流ダイオードD11、D12が並列接続され、スイッチング素子S11、S12の接続点から交流端子W’が引き出されている。   Similarly, for the second half-bridge circuits 18U, 18V, and 18W, the U-phase second half-bridge circuit 18U includes switching elements S7 and S8, and the switching elements S7 and S8 include free-wheeling diodes D7 and D8, respectively. Are connected in parallel, and the AC terminal U ′ is drawn from the connection point of the switching elements S7 and S8. Further, the V-phase second half-bridge circuit 18V has switching elements S9 and S10, and free-wheeling diodes D9 and D10 are connected in parallel to the switching elements S9 and S10, respectively, from the connection point of the switching elements S9 and S10. The AC terminal V ′ is drawn out. Further, the W-phase second half-bridge circuit 18W includes switching elements S11 and S12, and free-wheeling diodes D11 and D12 are connected in parallel to the switching elements S11 and S12, respectively, from the connection point of the switching elements S11 and S12. The AC terminal W ′ is drawn out.

図14に示すように、3相の電力変換器の出力電圧は、図12の場合と同様に、E1−E3、E1+E4、−E2+E4、−E2−E3の4つのレベルとなる。   As shown in FIG. 14, the output voltage of the three-phase power converter has four levels E1-E3, E1 + E4, -E2 + E4, and -E2-E3, as in FIG.

また、12個のスイッチング素子S1〜S12のオンオフは6つのモード1〜6がある。 In addition, there are six modes 1 to 6 for turning on and off the twelve switching elements S1 to S12.

モード1は、スイッチング素子S2、S4、S6、S8、S9、S12がオン、スイッチング素子S1、S3、S5、S7、S10、S11がオフで、交流端子Uの端子電圧がE1で交流端子U’の端子電圧がE3、交流端子Vの端子電圧が−E2で交流端子V’の端子電圧がE3、交流端子Wの端子電圧がE1で交流端子W’の端子電圧がE3であるモードである。従って、このモード1のときはU−U’間端子電圧はE1−E3、V−V’間端子電圧は−E2−E3、W−W’間端子電圧はE1−E3であり、図14の時点t1〜t2の間である。   In mode 1, the switching elements S2, S4, S6, S8, S9, S12 are on, the switching elements S1, S3, S5, S7, S10, S11 are off, the terminal voltage of the AC terminal U is E1, and the AC terminal U ′ The terminal voltage of the AC terminal V is −E2, the terminal voltage of the AC terminal V ′ is E3, the terminal voltage of the AC terminal W is E1, and the terminal voltage of the AC terminal W ′ is E3. Therefore, in this mode 1, the terminal voltage between U and U 'is E1-E3, the terminal voltage between V and V' is -E2-E3, and the terminal voltage between WW 'is E1 and E3. Between time t1 and t2.

以下同様に、スイッチング素子S1〜S12のオンオフの切り換えにより、モード2〜6に変化し、そのモードを繰り返す。これにより、U−U’間端子電圧、V−V’間端子電圧、W−W’間端子電圧は出力電圧は図12と同様に2段重ねの矩形波となる。 次に、第1の実施の形態、第2の実施の形態及び第3の実施の形態の複数台の電力変換器をトランス結合または相間リアクトル結合して多相または多重化の電力変換器を構成することも可能である。図15は本発明の実施の形態に係わる多相の電力変換器の構成図であり、図15(a)はトランス結合して三相電力変換器を構成した多相の電力変換器の構成図、図15(b)は相間リアクトル結合して三相電力変換器を構成した多相の電力変換器の構成図である。   Similarly, by switching on and off the switching elements S1 to S12, the mode changes to modes 2 to 6, and the mode is repeated. As a result, the output voltage of the terminal voltage between U and U ', the terminal voltage between V and V', and the terminal voltage between W and W 'becomes a two-stage rectangular wave as in FIG. Next, a plurality of power converters of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment are combined with a transformer or an interphase reactor to form a multiphase or multiplexed power converter. It is also possible to do. FIG. 15 is a configuration diagram of a multiphase power converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 15A is a configuration diagram of a multiphase power converter in which a three-phase power converter is configured by transformer coupling. FIG. 15B is a configuration diagram of a multiphase power converter in which a three-phase power converter is configured by interphase reactor coupling.

図15(a)に示すように、三相のU相、V相、W相につき、それぞれ2台のハーフブリッジ回路10をトランス結合にて直列接続して三相の電力変換器を構成している。また、図15(b)に示すように、三相のU相、V相、W相につき、それぞれ2台のハーフブリッジ回路10を相間リアクトルにて直列接続して三相の電力変換器を構成している。これにより、第1の実施の形態の効果や第2の実施の形態の効果を有する多相の電力変換器を提供できる。これらの変換器を多重化することによりさらに高調波の低減や大容量化をすることができる。   As shown in FIG. 15 (a), a three-phase power converter is configured by connecting two half-bridge circuits 10 in series with a transformer coupling for each of the three phases U, V, and W. Yes. Further, as shown in FIG. 15B, a three-phase power converter is configured by connecting two half-bridge circuits 10 in series with interphase reactors for each of the three U-phases, V-phases, and W-phases. is doing. Thereby, the multiphase power converter which has the effect of 1st Embodiment and the effect of 2nd Embodiment can be provided. By multiplexing these converters, harmonics can be further reduced and the capacity can be increased.

本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の回路図。1 is a circuit diagram of an example of a power converter according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子乃至第4のスイッチング素子のオンオフ信号及び交流端子U、U’間の出力電圧の波形図。FIG. 6 is a waveform diagram of an on / off signal of the first to fourth switching elements and an output voltage between the AC terminals U and U ′ in the example of the power converter according to the first embodiment of the present invention. 基本波実効値と歪波指数との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between a fundamental wave effective value and a distortion wave index | exponent. 本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子乃至第4のスイッチング素子のオンオフ信号及び交流端子U、U’間の出力電圧の他の一例の波形図。FIG. 6 is a waveform diagram of another example of the on / off signal of the first to fourth switching elements and the output voltage between the AC terminals U and U ′ in the example of the power converter according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の他の一例の回路図。The circuit diagram of the other example of the power converter concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の他の一例の第1のスイッチング素子乃至第4のスイッチング素子のオンオフ信号及び交流端子U、U’間の出力電圧の波形図。The wave form diagram of the output voltage between the on-off signal of the 1st switching element of the other examples of the power converter concerning the 1st Embodiment of this invention thru | or the 4th switching element, and AC terminal U, U '. 本発明の第1の実施の形態に係わる電力変換器の別の他の一例の回路図。The circuit diagram of another example of the power converter concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係わる電力変換器の一例の回路図。The circuit diagram of an example of the power converter concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子乃至第8のスイッチング素子のオンオフ信号及び交流端子U、U’間の出力電圧の波形図。FIG. 10 is a waveform diagram of an on / off signal of first to eighth switching elements and an output voltage between AC terminals U and U ′ of an example of a power converter according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係わる電力変換器の他の一例の回路図。The circuit diagram of another example of the power converter concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係わる電力変換器の一例の回路図。The circuit diagram of an example of the power converter concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第1のスイッチング素子乃至第4のスイッチング素子のオンオフ信号及び交流端子U、U’間の出力電圧の波形図。The wave form diagram of the output voltage between the on-off signal and alternating current terminal U and U 'of the 1st switching element of the example of the power converter concerning the 3rd Embodiment of this invention thru | or a 4th switching element. 本発明の第3の実施の形態に係わる3台の電力変換器を結合して構成した3相の電力変換器の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of the three-phase power converter comprised combining the three power converters concerning the 3rd Embodiment of this invention. 図13に示した3相の電力変換器のスイッチング素子のオンオフ信号及び3相の交流端子間の出力電圧の波形図。FIG. 14 is a waveform diagram of an on / off signal of a switching element of the three-phase power converter shown in FIG. 13 and an output voltage between three-phase AC terminals. 本発明の実施の形態に係わる多相の電力変換器の構成図。The block diagram of the polyphase power converter concerning embodiment of this invention. 従来の単相フルブリッジインバータの回路図。The circuit diagram of the conventional single phase full bridge inverter. 図16に示した単相フルブリッジインバータ回路の交流端子U、U’の出力電圧の一例を示す波形図。FIG. 17 is a waveform diagram showing an example of output voltages of AC terminals U and U ′ of the single-phase full-bridge inverter circuit shown in FIG. 16. 従来のNPC型インバータの回路図。The circuit diagram of the conventional NPC type inverter. 図18に示したNPC型インバータ回路の交流端子U、Uの出力電圧の一例を示す波形図。The wave form diagram which shows an example of the output voltage of alternating current terminal U of the NPC type inverter circuit shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11…第1の直流電源、12…スイッチング素子、13…第2の直流電源、14…直流正極線、15…直流負極線、16…ハーフブリッジ回路接続線、17…第1のハーフブリッジ回路、18…第2のハーフブリッジ回路、19…パルス列決定手段、20…ゲート制御回路、21…ゲート駆動回路、22…相間リアクトル、23…交流巻線、24…変圧器巻線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st DC power supply, 12 ... Switching element, 13 ... 2nd DC power supply, 14 ... DC positive line, 15 ... DC negative line, 16 ... Half bridge circuit connection line, 17 ... 1st half bridge circuit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... 2nd half bridge circuit, 19 ... Pulse train determination means, 20 ... Gate control circuit, 21 ... Gate drive circuit, 22 ... Interphase reactor, 23 ... AC winding, 24 ... Transformer winding

Claims (8)

第1の直流電源に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子を有した第1のハーフブリッジ回路と、前記第1の直流電源の電圧と異なった電圧の第2の直流電源に接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を有した第2のハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続して第1のハーフブリッジ回路と第2のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、一端が第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の接続点から引き出され他端が第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子の接続点から引き出され単相交流負荷を接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする電力変換器。   A first half-bridge circuit having a first switching element and a second switching element connected to a first DC power supply, and a second DC power supply having a voltage different from the voltage of the first DC power supply. The second half-bridge circuit having the connected third switching element and fourth switching element is connected to the neutral point of the first DC power supply and the neutral point of the second DC power supply. A half-bridge circuit connection line connecting the first half-bridge circuit and the second half-bridge circuit, one end being drawn from the connection point of the first switching element and the second switching element, and the other end being the third A power converter comprising: an AC terminal that is drawn from a connection point of the switching element and the fourth switching element and connects a single-phase AC load. 第1の直流電源に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子を有した第1のハーフブリッジ回路と、前記第1の直流電源の電圧と異なった電圧の第2の直流電源に接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を有した第2のハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続して第1のハーフブリッジ回路と第2のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の接続点と第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子の接続点との間に接続された相間リアクトルと、一端が相間リアクトルの中間点から引き出され他端がハーフブリッジ回路接続線から引き出され単相交流負荷を接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする電力変換器。   A first half-bridge circuit having a first switching element and a second switching element connected to a first DC power supply, and a second DC power supply having a voltage different from the voltage of the first DC power supply. The second half-bridge circuit having the connected third switching element and fourth switching element is connected to the neutral point of the first DC power supply and the neutral point of the second DC power supply. A half-bridge circuit connection line for connecting the first half-bridge circuit and the second half-bridge circuit, a connection point between the first switching element and the second switching element, a third switching element and a fourth switching The interphase reactor connected between the connection points of the elements and one end pulled out from the midpoint of the interphase reactor and the other end pulled out from the half-bridge circuit connection line to connect a single-phase AC load Power converter characterized by comprising a order AC terminals of. 第1の直流電源に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子を有した第1のハーフブリッジ回路と、前記第1の直流電源の電圧と異なった電圧の第2の直流電源に接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を有した第2のハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続して第1のハーフブリッジ回路と第2のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の接続点と第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子の接続点との間に接続された交流巻線と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線を介して単相交流負荷に接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする電力変換器。   A first half-bridge circuit having a first switching element and a second switching element connected to a first DC power supply, and a second DC power supply having a voltage different from the voltage of the first DC power supply. The second half-bridge circuit having the connected third switching element and fourth switching element is connected to the neutral point of the first DC power supply and the neutral point of the second DC power supply. A half-bridge circuit connection line for connecting the first half-bridge circuit and the second half-bridge circuit, a connection point between the first switching element and the second switching element, a third switching element and a fourth switching An electric power comprising an AC winding connected between the connection points of the elements and an AC terminal for connecting to a single-phase AC load via another transformer winding magnetically coupled conversion . 第1の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第1のNPCハーフブリッジ回路と、第2の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第2のNPCハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続したNPCハーフブリッジ回路接続線と、第1のNPCハーフブリッジ回路と第2のNPCハーフブリッジ回路の複数のスイッチング素子間の接続点の間に単相交流負荷を配線するための交流端子とを備えたことを特徴とする電力変換器。   A first NPC half-bridge circuit having four or more switching elements connected to the first DC power source and a second NPC half bridge having four or more switching elements connected to the second DC power source A bridge circuit, an NPC half bridge circuit connection line connecting between a neutral point of the first DC power source and a neutral point of the second DC power source, a first NPC half bridge circuit, and a second NPC half A power converter comprising: an AC terminal for wiring a single-phase AC load between connection points between a plurality of switching elements of a bridge circuit. 第1の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第1のNPCハーフブリッジ回路と、第2の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第2のNPCハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続したNPCハーフブリッジ回路接続線と、第1のNPCハーフブリッジ回路と第2のNPCハーフブリッジ回路の複数のスイッチング素子間の接続点の間に接続された相間リアクトルと、一端が相間リアクトルの中間点から引き出され他端がハーフブリッジ回路接続線から引き出され単相交流負荷を接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする電力変換器。   A first NPC half-bridge circuit having four or more switching elements connected to the first DC power source and a second NPC half bridge having four or more switching elements connected to the second DC power source A bridge circuit, an NPC half bridge circuit connection line connecting between a neutral point of the first DC power source and a neutral point of the second DC power source, a first NPC half bridge circuit, and a second NPC half Interphase reactor connected between connection points between multiple switching elements of the bridge circuit, and one end is drawn from the middle point of the interphase reactor and the other end is drawn from the half bridge circuit connection line to connect a single-phase AC load A power converter comprising: an AC terminal. 第1の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第1のNPCハーフブリッジ回路と、第2の直流電源に接続された4個以上のスイッチング素子を有した第2のNPCハーフブリッジ回路と、第1の直流電源の中性点と第2の直流電源の中性点との間を接続したNPCハーフブリッジ回路接続線と、第1のNPCハーフブリッジ回路と第2のNPCハーフブリッジ回路の複数のスイッチング素子間の接続点の間に接続された交流巻線と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線を介して単相交流負荷に接続するための交流端子とを備えたことを特徴とする電力変換器。   A first NPC half-bridge circuit having four or more switching elements connected to the first DC power source and a second NPC half bridge having four or more switching elements connected to the second DC power source A bridge circuit, an NPC half bridge circuit connection line connecting between a neutral point of the first DC power source and a neutral point of the second DC power source, a first NPC half bridge circuit, and a second NPC half An AC winding connected between connection points between a plurality of switching elements of the bridge circuit and an AC terminal for connecting to a single-phase AC load via the other magnetically coupled transformer winding A power converter characterized by that. 中性点を挟んだ第1の直流電源の電圧をE1、E2、中性点を挟んだ第2の直流電源の電圧をE3、E4としたとき、E1+E4=E2+E3を満たす第1の直流電源及び第2の直流電源を接続したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電力変換器。   The first DC power supply satisfying E1 + E4 = E2 + E3, where E1 and E2 are the voltages of the first DC power supply sandwiching the neutral point, and E3 and E4 are the voltages of the second DC power supply sandwiching the neutral point The power converter according to any one of claims 1 to 6, wherein a second DC power supply is connected. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の複数台の電力変換器を結合し多相または多重化したことを特徴とする電力変換器。   A power converter characterized in that a plurality of power converters according to any one of claims 1 to 7 are combined and multiphased or multiplexed.
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