JP2013255308A - Semiconductor power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost and small-sized semiconductor power conversion device that allows suppressing harmonics to a low level.SOLUTION: A semiconductor power conversion device includes: a series circuit in which two complimentarily operating semiconductor switching elements are connected in series and receiving a DC voltage; a step-down chopper circuit INVincluding a series circuit of a reactor and a capacitor connected at an interconnection point of the switching elements; a first H bridge circuit INVincluding two series circuits in which semiconductor switching elements are connected in series, the two series circuits being connected in parallel to each other, and receiving a voltage stepped down by the step-down chopper circuit INV; and second H bridge circuits INVhaving the same configuration as the first H bridge circuit and including a plurality of H bridge circuits INVeach receiving the DC voltage. Output ends of the first and second H bridge circuits INVand INVare connected in series to one another.

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する半導体電力変換装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor power conversion device that converts DC power into AC power.

大電力を出力する半導体電力変換装置は高電圧を変換するため、耐電圧の高いスイッチング素子を用いるか、又は素子を直列に接続して耐圧を確保する必要がある。あるいは、トランスを用いて半導体電力変換装置を多重化し、出力電圧を高電圧化する。多重化することにより正弦波に近い階段状の電圧波形を生成することができ、高調波を低減する効果も得られる。   In order to convert a high voltage, a semiconductor power conversion device that outputs a large amount of power needs to use a switching element with a high withstand voltage, or connect the elements in series to ensure a withstand voltage. Alternatively, the semiconductor power conversion device is multiplexed using a transformer to increase the output voltage. By multiplexing, a stepped voltage waveform close to a sine wave can be generated, and the effect of reducing harmonics can be obtained.

従来の三相多重インバータは、三相ハーフブリッジ回路を直列接続した構成が一般的である。このような三相多重インバータは、各インバータが共通の直流電源を使用するために各インバータ出力を互いに絶縁する必要があり、トランスを介して直列接続をする。あるいは単相フルブリッジインバータを直列接続した回路を3つ用意し、三相負荷の入力にそれぞれ接続して三相としたものもある。このようなインバータにおいては各単相インバータユニットの直流電源が互いに絶縁されているため出力にトランスを必要とせず、装置が小型化できる。   A conventional three-phase multiple inverter generally has a configuration in which three-phase half-bridge circuits are connected in series. In such a three-phase multiple inverter, since the inverters use a common DC power source, the inverter outputs must be insulated from each other, and are connected in series via a transformer. Alternatively, there are three circuits in which three single-phase full-bridge inverters are connected in series and connected to the input of a three-phase load. In such an inverter, since the DC power sources of the single-phase inverter units are insulated from each other, a transformer is not required for output, and the apparatus can be miniaturized.

従来の三相多重インバータでは、各インバータの出力電圧をパルス幅変調(PWM)し、パルスの位相を均等にずらすことによって出力電圧の高調波を低減する手法がとられることが多い。   In a conventional three-phase multiple inverter, a technique is often employed in which the output voltage of each inverter is pulse width modulated (PWM) and the harmonics of the output voltage are reduced by evenly shifting the phase of the pulse.

「パワーエレクトロニクス回路」第1版、オーム社、2000年11月30日、p.153、pp.161〜171“Power Electronics Circuit” 1st edition, Ohmsha, November 30, 2000, p. 153, pp. 161-171 吉井 剣, 井上 重徳, 赤木 泰文: “6.6kV トランスレス・カスケードPWM STATCOM”, 電学論D, Vol. 127, No. 8, pp.781-788 (2007)Ken Yoshii, Shigenori Inoue, Yasufumi Akagi: “6.6kV Transformerless Cascade PWM STATCOM”, Electronology D, Vol. 127, No. 8, pp.781-788 (2007)

図7は単相インバータINVを3段構成としたときの半導体電力変換装置である。図7の3段の単相インバータINVの三角波キャリア変調波位相を互いに60°(=180°÷3段)ずらすことによって、出力電圧のスイッチング周波数を等価的に6倍(=3段×2)にすることができる。   FIG. 7 shows a semiconductor power converter when the single-phase inverter INV has a three-stage configuration. By shifting the triangular carrier modulation wave phase of the three-stage single-phase inverter INV of FIG. 7 by 60 ° (= 180 ° ÷ 3 stages), the switching frequency of the output voltage is equivalently 6 times (= 3 stages × 2). Can be.

この構成の半導体電力変換装置を、例えば6.6kV系統に直接接続する場合、各単相インバータINVの直流電圧は少なくとも1.8kVは必要となり、使用するスイッチング素子の耐圧は3.3kVのものを使用する。現状、3.3kV Si−IGBTはスイッチング周波数1kHz程度が限界であり、等価スイッチング周波数は6kHzになるが、系統ガイドラインを満足できず、フィルタを設置することが多い。フィルタはリアクトルL、L、LとコンデンサC、C、Cで構成され、特にコンデンサは電圧が高くなるにつれて体積が大きくなり、6.6kVなどの高電圧においては全装置体積の半分以上を占めることもある。 When the semiconductor power conversion device having this configuration is directly connected to, for example, a 6.6 kV system, the DC voltage of each single-phase inverter INV is required to be at least 1.8 kV, and the switching element used has a withstand voltage of 3.3 kV. use. At present, the 3.3 kV Si-IGBT has a limit of about 1 kHz switching frequency and the equivalent switching frequency is 6 kHz. However, the system guideline cannot be satisfied, and a filter is often installed. The filter is made up of reactors L 1 , L 2 , L 3 and capacitors C 1 , C 2 , C 3 , and in particular, the capacitor increases in volume as the voltage increases, and the total device volume at high voltages such as 6.6 kV. May account for more than half.

段数を6段程度に増やすと1.7kV Si−IGBTも使用できるが、スイッチング素子、直流電源の数が多くなってしまい、故障率、コストが高くなる可能性がある。また、スイッチング周波数が高い条件でも使用できるSiC−MOSFETを適用できるが、Si−IGBTに比べてコストが高い問題がある。   If the number of stages is increased to about 6, 1.7 kV Si-IGBT can also be used, but the number of switching elements and DC power supplies increases, which may increase the failure rate and cost. Moreover, although SiC-MOSFET which can be used also on conditions with a high switching frequency is applicable, there exists a problem that cost is high compared with Si-IGBT.

本発明の実施形態は、高調波を小さく抑えることができ、低コストかつ小型の半導体電力装置を提供する。   Embodiments of the present invention provide a low-cost and small-sized semiconductor power device that can suppress harmonics.

実施形態によれば、双方向降圧チョッパ回路出力にHブリッジ回路を接続した半導体電力変換装置INVと、n(nは自然数)個の互いに絶縁されたHブリッジ回路で構成する半導体電力変換装置INV1〜nとを有する。そして、半導体電力変換装置INVと半導体電力変換装置INV1〜nとを直列接続し、交流電圧を出力する。 According to the embodiment, the semiconductor power converter INV 0 in which the H bridge circuit is connected to the output of the bidirectional step-down chopper circuit and the semiconductor power converter INV configured by n (n is a natural number) H bridge circuits insulated from each other. 1 to n . Then, the semiconductor power converter INV 0 and the semiconductor power converters INV 1 to n are connected in series, and an alternating voltage is output.

すなわち、一実施形態に係る半導体電力変換装置は、2つの相補的に動作する半導体スイッチング素子が直列接続され直流電圧が供給される直列回路と、前記スイッチング素子の相互接続点に接続されたリアクトル及びコンデンサの直列回路を含む双方向降圧チョッパ回路INVBUCKと、半導体スイッチング素子がそれぞれ直列接続された2つの直列回路を含み、該2つの直列回路が互いに並列に接続され、前記降圧チョッパ回路INVBUCKにより降圧された電圧が供給される第1のHブリッジ回路INVと、前記第1のHブリッジ回路とそれぞれ同一構成を有し、それぞれ直流電圧が供給される複数のHブリッジ回路を含む第2のHブリッジ回路INVU1〜U3とを具備し、前記第1及び第2のHブリッジ回路INV、INVUU1〜U3の各Hブリッジ回路の出力端が互いに直列に接続されている。 That is, a semiconductor power conversion device according to an embodiment includes a series circuit in which two complementary semiconductor switching elements are connected in series and supplied with a DC voltage, a reactor connected to an interconnection point of the switching elements, and A bi-directional step-down chopper circuit INV BUCK including a series circuit of capacitors, and two series circuits each having a semiconductor switching element connected in series, the two series circuits being connected in parallel to each other, and the step-down chopper circuit INV BUCK The first H bridge circuit INV H to which the stepped down voltage is supplied and the first H bridge circuit having the same configuration as each of the first H bridge circuits, each including a plurality of H bridge circuits to which a DC voltage is supplied. ; and a H-bridge circuit INV U1 to U3, the first and second H-bridge circuit INV H, The output end of each H-bridge circuit of NV UU1~U3 are connected in series with each other.

実施形態に係る半導体電力変換装置を、三相交流電圧を出力する無効電力補償装置として構成した図である。It is the figure which comprised the semiconductor power converter device which concerns on embodiment as a reactive power compensator which outputs a three-phase alternating voltage. 図1の高電圧半導体電力変換装置INVU1〜3、INVV1〜3、INVW1〜3それぞれを構成するHブリッジ回路を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the H bridge circuit which each comprises the high voltage semiconductor power converter device INV U1-3 of FIG. 1, INV V1-3 , INV W1-3 . 図1の低電圧半導体電力変換装置INVU0、INVV0、INVW0の回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the low-voltage semiconductor power conversion devices INV U0 , INV V0 , and INV W0 of FIG. 1. U相電圧指令値V*に対する半導体電力変換装置INVU0〜3の出力電圧VU0〜3、及びINVU0の降圧チョッパ出力電圧VU0ABSの波形図である。U-phase voltage command value V U * output voltage V U0~3 semiconductor power converter INV U0~3 against, and is a waveform diagram of the step-down chopper output voltage V U0ABS of INV U0. 図3のスイッチング素子SC1、SC2をキャリア三角波を使用して変調する場合のタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart when the switching elements S C1 and S C2 of FIG. 3 are modulated using a carrier triangular wave. 実施形態に係る半導体電力変換装置の出力電圧V、出力電流I、INVU0の出力電圧VU0、コンデンサCU0の充放電電荷量QU0を示す波形である。4 is a waveform showing an output voltage V U , an output current I U , an output voltage V U0 of INV U0 , and a charge / discharge charge amount Q U0 of the capacitor C U0 of the semiconductor power conversion device according to the embodiment. 従来の三相電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional three-phase power converter device.

以下、実施形態に係る半導体電力変換装置について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a semiconductor power conversion device according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

[実施形態1]
図1は実施形態に係る半導体電力変換装置を、三相交流電圧を出力する無効電力補償装置として構成した図である。系統三相交流U、V、Wに対応して、単相の半導体電力変換装置INV、INV、INVがそれぞれ設けられている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram in which the semiconductor power converter according to the embodiment is configured as a reactive power compensator that outputs a three-phase AC voltage. Corresponding to the system three-phase alternating currents U, V, W, single-phase semiconductor power converters INV U , INV V , INV W are provided, respectively.

U相の半導体電力変換装置INVは、1個の低電圧半導体電力変換装置INVU0と3個の高電圧半導体電力変換装置INVU1〜3から成る。高電圧半導体電力変換装置は3個に限定されるものではなく、出力交流電圧に応じてその数を1〜n個とすることができる。最上段の半導体電力変換装置INVU0は直流電圧VDCU0を入力とし、INVU1〜3は直流電圧VDCU1〜3を入力とする。直流電圧VDCU1〜3は全て同一電圧とし、直流電圧VDCU0は直流電圧VDCU1〜3より小さい電圧とする。半導体電力変換装置INVU1〜3とINVU0とは出力を従属接続すなわち直列接続する。交流端子T〜Tは、リアクトル(図示されず)を介して例えば6.6kV系統に接続される。制御部1は、U、V、W相電圧指令値V*、V*、V*に基づいて、半導体電力変換装置INVU、V、Wを構成する半導体スイッチング素子のゲートにゲート指令を出力する。コンデンサCU0〜3は系統電圧により充電され、直流電圧VDCU0〜3を生成する。 The U-phase semiconductor power converter INV U is composed of one low voltage semiconductor power converter INV U0 and three high voltage semiconductor power converters INV U1-3 . The number of high-voltage semiconductor power conversion devices is not limited to three, and the number can be 1 to n according to the output AC voltage. The uppermost semiconductor power converter INV U0 receives the DC voltage VDC U0 , and the INV U1-3 input the DC voltage VDC U1-3 . The DC voltages VDC U1 to U3 are all the same voltage, and the DC voltage VDC U0 is a voltage smaller than the DC voltage VDC U1 to U3 . The semiconductor power converters INV U1 to INV3 and INV U0 are connected in series, that is, connected in series. The AC terminals T U to T W are connected to, for example, a 6.6 kV system via a reactor (not shown). Based on the U, V, and W phase voltage command values V U *, V V *, and V W *, the controller 1 controls the gates of the semiconductor switching elements that constitute the semiconductor power converters INV U, V, and W. Is output. Capacitors CU0-3 are charged by the system voltage and generate DC voltages VDCU0-3 .

図1では半導体電力変換装置INVU3を最下段とし、半導体電力変換装置INVU0を最上段として従属接続している場合を示しているが、接続の順番はこれに限るものではなく、構成のし易さに応じて自由に変えてよい。この構成により、直流電圧VDCU0〜3がスイッチング制御を介して、それぞれ電圧VU0〜3に変換され、U相の半導体電力変換装置INVは、各電力変換装置INVU0〜3の電圧を加算した交流電圧Vを出力する。 Although FIG. 1 shows the case where the semiconductor power converter INV U3 is the lowermost stage and the semiconductor power converter INV U0 is the uppermost stage, the connection order is not limited to this. You may change it freely according to the ease. With this configuration, the DC voltages VDC U0-3 are converted into voltages VU0-3 via switching control, respectively, and the U-phase semiconductor power converter INV U adds the voltages of the power converters INV U0-3. The AC voltage VU is output.

また、直流電圧VDCU0〜3の直流電圧源はコンデンサとしており、無効電力の入出力によって系統電圧の値をある範囲内に収める補償動作を行う(力率を常に0とする)ことができる。 Further, the DC voltage source of the DC voltage VDC U0 to 3 is a capacitor, and a compensation operation for keeping the value of the system voltage within a certain range by the input / output of reactive power can be performed (the power factor is always set to 0).

V相の半導体電力変換装置INV、W相の半導体電力変換装置INVもそれぞれ低電圧半導体電力変換装置INVV0と高電圧半導体電力変換装置INVV1〜3、及び低電圧半導体電力変換装置INVW0と高電圧半導体電力変換装置INVW1〜3とを含み、U相と同じようにそれぞれ従属接続して構成する。この構成により、V相では直流電圧VDCV0〜3がそれぞれ電圧VV0〜3に変換され、V相の半導体電力変換装置INVは各電力変換装置INVV0〜V3の電圧を加算した交流電圧Vを出力する。W相では直流電圧VDCW0〜3がそれぞれ電圧VW0〜3に変換され、W相の半導体電力変換装置INVは各電力変換装置INVW0〜W3の電圧を加算した交流電圧Vを出力する。 The V-phase semiconductor power converter INV V and the W-phase semiconductor power converter INV W are also a low-voltage semiconductor power converter INV V0 , a high-voltage semiconductor power converter INV V1-3 , and a low-voltage semiconductor power converter INV W0. And high-voltage semiconductor power converters INV W1 to W3, and are configured to be connected in cascade as in the U-phase. With this configuration, in the V phase, the DC voltages VDC V0 to V3 are converted to voltages VV0 to V3 , respectively, and the V phase semiconductor power converter INV V adds the voltages of the power converters INV V0 to V3. V is output. The W-phase DC voltage VDC W0~3 are respectively converted into voltages V W0~3, semiconductor power converter INV W of W-phase outputs an AC voltage V W obtained by adding the voltages of the power converter INV W0 to W3 .

図2は、本実施形態に係る高電圧半導体電力変換装置INVU1〜3、INVV1〜3、INVW1〜3それぞれを構成するHブリッジ回路を示す回路構成図である。各Hブリッジ回路(半導体電力変換装置)は、4つのスイッチング素子S、S、S、Sと全スイッチング素子にそれぞれ逆並列される還流ダイオードD、D、D、Dとを含み、スイッチング素子Sとスイッチング素子Sとを従属接続したレグと、スイッチング素子Sとスイッチング素子Sを従属接続したレグとの2つのレグで構成される。スイッチング素子S、Sで構成したレグの出力端子は上段の半導体電力変換装置の出力端子に接続され、スイッチング素子S、Sで構成したレグの出力端子は下段の半導体電力変換装置の出力端子に接続される。 FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an H-bridge circuit that constitutes each of the high-voltage semiconductor power converters INV U1 to IN3 , INV V1 to 3 , and INV W1 to 3 according to the present embodiment. Each H-bridge circuit (semiconductor power converter) includes four switching elements S 1 , S 2 , S 3 , S 4 and free-wheeling diodes D 1 , D 2 , D 3 , D 4 that are anti-parallel to all switching elements, respectively. wherein the door, consists of two legs of the leg that are dependent connect the switching element S 1 and switching element S 2, and legs were cascaded switching elements S 3 and the switching element S 4. The output terminal of the leg composed of the switching elements S 1 and S 2 is connected to the output terminal of the upper semiconductor power converter, and the output terminal of the leg composed of the switching elements S 3 and S 4 is connected to the lower semiconductor power converter. Connected to the output terminal.

高電圧半導体電力変換装置INVU1〜3、INVV1〜3、INVW1〜3を構成する4つのスイッチング素子S、S、S、Sはシリコンを用いた半導体デバイスを用い、直流電圧や負荷電流に応じてIGBTやMOS−FETなどを用いる。4つの還流ダイオードD、D、D、Dもシリコンを用いた半導体デバイスとする。また、スイッチング素子S1〜4にMOS−FETを用いた場合は、還流ダイオードD1〜4をMOS−FETの寄生ダイオードで代用してもよい。つまり、還流ダイオードD1〜4を省略できる。 High voltage semiconductor power converter INV U1~3, INV V1~3, 4 two switching elements S 1 constituting the INV W1~3, S 2, S 3 , S 4 is a semiconductor device using silicon, a DC voltage An IGBT, a MOS-FET, or the like is used depending on the load current. The four free-wheeling diodes D 1 , D 2 , D 3 , and D 4 are also semiconductor devices using silicon. Moreover, when MOS-FET is used for switching element S1-4 , you may substitute the free-wheeling diode D1-4 with the parasitic diode of MOS-FET. That can be omitted reflux diode D 1 to 4.

図3は、本実施形態に係る低電圧半導体電力変換装置INVU0、INVV0、INVW0の回路構成図である。UVW相各々の低電圧半導体電力変換装置は、降圧チョッパ回路INVBUCKとHブリッジ回路INVで構成される。この降圧チョッパ回路INVBUCKは、電流を流入する方向と流出する方向の両方に流すことができるので、双方向降圧チョッパ回路といえる。双方向降圧チョッパ回路INVBUCKは2つのスイッチング素子SC1、SC2と該スイッチング素子にそれぞれ並列される還流ダイオードDC1、DC2、リアクトルLBUCKとコンデンサCBUCKで構成されるLCフィルタから成る。Hブリッジ回路INVは上記高電圧半導体電力変換装置INVU1〜n、INVV1〜n、INVW1〜nと同様の構成であり、スイッチング素子SH1、SH2、SH3、SH4と、それぞれに逆並列される還流ダイオードDH1、DH2、DH3、DH4からなる。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the low-voltage semiconductor power converters INV U0 , INV V0 , and INV W0 according to the present embodiment. Each UVW-phase low-voltage semiconductor power conversion device includes a step-down chopper circuit INV BUCK and an H-bridge circuit INV H. This step-down chopper circuit INV BUCK can be said to be a bidirectional step-down chopper circuit because it can flow both in the direction of flowing current and in the direction of flowing out current. The bidirectional step-down chopper circuit INV BUCK is composed of two switching elements S C1 and S C2 and an LC filter composed of free-wheeling diodes D C1 and D C2 , a reactor L BUCK and a capacitor C BUCK that are parallel to the switching elements, respectively. H-bridge circuit INV H is the high voltage semiconductor power converter INV U1~n, INV V1~n, has the same configuration as that of the INV W1~n, the switching element S H1, S H2, S H3 , S H4, respectively The free- wheeling diodes D H1 , D H2 , D H3 , and D H4 are connected in reverse parallel to each other.

低電圧半導体電力変換装置INVU0、INVV0、INVW0を構成するスイッチング素子SC1、SC2はSiC(シリコンカーバイド)又はGaN(ガリウムナイトライド)を用いた半導体デバイスであり、直流電圧や負荷電流に応じてIGBTやMOS−FETなどを用いる。2つの還流ダイオードDC1、DC2もシリコンカーバイド又はガリウムナイトライドを用いた半導体デバイスである。また、スイッチング素子SC1、SC2にMOS−FETを用いた場合は、還流ダイオードDC1、DC2をMOS−FETの寄生ダイオードで代用してもよい。Hブリッジ回路の4つのスイッチング素子SH1〜4はシリコンを用いた半導体デバイスであり、直流電圧や負荷電流に応じてIGBTやMOS−FETなどを用いる。4つの還流ダイオードDH1〜4もシリコンを用いた半導体デバイスである。また、スイッチング素子SH1〜4にMOS−FETを用いた場合は、還流ダイオードDH1〜4をMOS−FETの寄生ダイオードで代用してもよい。 The switching elements S C1 and S C2 constituting the low-voltage semiconductor power converters INV U0 , INV V0 and INV W0 are semiconductor devices using SiC (silicon carbide) or GaN (gallium nitride), and can be used for DC voltage or load current. Depending on the case, an IGBT, a MOS-FET, or the like is used. The two free-wheeling diodes D C1 and D C2 are also semiconductor devices using silicon carbide or gallium nitride. Further, when MOS-FETs are used for the switching elements S C1 and S C2 , the free wheel diodes D C1 and D C2 may be substituted with parasitic diodes of MOS-FETs. The four switching elements SH1-4 of the H-bridge circuit are semiconductor devices using silicon, and IGBTs, MOS-FETs, or the like are used according to the DC voltage or load current. The four free- wheeling diodes DH1 to DH4 are also semiconductor devices using silicon. When MOS-FETs are used for the switching elements SH1-4 , the free wheel diodes DH1-4 may be replaced with MOS-FET parasitic diodes.

次に、このように構成された実施形態1の作用を半導体電力変換装置INVを例として説明する。このときの直流電圧は、高電圧半導体電力変換装置INVU1〜3の直流電圧VDCU1〜3を互いに等しい直流電圧VDCとし、低電圧半導体電力変換装置INVU0の直流電圧をVDCU0とする。 Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described by taking the semiconductor power converter INV U as an example. At this time, the DC voltage VDC U1 to VDC U1 to VDC U1 to U3 of the high voltage semiconductor power converters INV U1 to 3 are equal to each other, and the DC voltage of the low voltage semiconductor power converter INV U0 to VDC U0 .

高電圧半導体電力変換装置INVU1〜3は3レベルの電圧−VDC、0、+VDCを出力する。いま図2を例として、半導体電力変換装置INVU1〜3を構成するスイッチング素子S1〜4の駆動方法を述べる。 The high voltage semiconductor power converters INV U1-3 output three levels of voltages -VDC, 0, + VDC. Now to FIG. 2 as an example, describes a method of driving the switching elements S 1 to 4 constituting the semiconductor power converter INV U1~3.

半導体電力変換装置INVU1は、スイッチング素子S1〜4のON/OFFによって3レベルの電圧−VDC、0、+VDCを出力する。表1に半導体電力変換装置INVU1のスイッチングパターンの一例を示す。

Figure 2013255308
The semiconductor power converter INV U1 is 3-level voltage -VDC by ON / OFF of the switching elements S 1 to 4, 0, outputs the + VDC. Table 1 shows an example of the switching pattern of the semiconductor power converter INV U1 .
Figure 2013255308

表1は出力電圧を0→+VDC→0→−VDC→0と遷移させるときのスイッチング素子のON/OFF状態(ゲート指令)を示している。例えば、スイッチング素子Sとスイッチング素子SがONで、スイッチング素子Sとスイッチング素子SがOFFであれば、+VDCの電圧を出力する。また、スイッチング素子SがONのときスイッチング素子SはOFF、スイッチング素子SがONのときスイッチング素子SはOFFのように、必ず相補的に動作する。また、出力電圧を変化させるときに4つのスイッチング素子が同時にスイッチングすることはなく、上下アームペアS1及びS2と、S3及びS4のうち一方のペアのみがスイッチングする。つまり、上下アームペアS1及びS2又は上下アームペアS3及びS4が一度にスイッチングする。 Table 1 shows the ON / OFF state (gate command) of the switching element when the output voltage transits from 0 → + VDC → 0 → −VDC → 0. For example, the switching element S 1 and switching element S 4 is in ON, the switching element S 2 and the switching element S 3 is if OFF, the output voltage of + VDC. Further, the switching element S 2 when the switching element S 1 is ON OFF, so that the switching element S 3 is the switching element S 4 when the ON to OFF, always operate complementarily. Further, when the output voltage is changed, the four switching elements do not switch simultaneously, and only one of the upper and lower arm pairs S1 and S2 and S3 and S4 switches. That is, the upper and lower arm pairs S1 and S2 or the upper and lower arm pairs S3 and S4 are switched at a time.

次に、半導体電力変換装置INVU0も含めてU相の半導体電力変換装置全体の動作を説明する。 Next, the operation of the entire U-phase semiconductor power converter including the semiconductor power converter INV U0 will be described.

図4は本実施形態に係るU相の半導体電力変換装置のU相電圧指令値V*に対する半導体電力変換装置INVU0〜3の出力電圧VU0〜3、及びINVU0の降圧チョッパ出力電圧VU0ABSの波形図である。制御部1はU相電圧指令値V*を入力し、図4に示す各種波形に対応する電圧指令を演算し、各スイッチング素子を制御する。その結果、各部の電圧が実質的に図4に示すように生成される。V相、W相についても同様である。 FIG. 4 shows the output voltage V U0-3 of the semiconductor power converters INV U0-3 to the U-phase voltage command value V U * of the U-phase semiconductor power converter according to this embodiment, and the step-down chopper output voltage V of the INV U0. It is a wave form diagram of U0ABS . The control unit 1 inputs the U-phase voltage command value V U *, calculates voltage commands corresponding to various waveforms shown in FIG. 4, and controls each switching element. As a result, the voltage of each part is generated substantially as shown in FIG. The same applies to the V phase and the W phase.

半導体電力変換装置INVU1〜3は1周期に1パルス電圧(正の1パルス及び負の1パルス)を出力する。U相電圧指令値V*(実質的に図6のU相出力電圧Vに等しい)と半導体電力変換装置INVU1〜3の出力電圧合計値(=VU1+VU2+VU3)との差を、次式のように半導体電力変換装置INVU0の電圧指令値VU0*とする。 The semiconductor power converters INV U1 to UV3 output one pulse voltage (a positive pulse and a negative pulse) in one cycle. Difference between U-phase voltage command value V U * (substantially equal to U-phase output voltage V U in FIG. 6) and the total output voltage value (= V U1 + V U2 + V U3 ) of semiconductor power converters INV U1-3 Is a voltage command value V U0 * of the semiconductor power converter INV U0 as shown in the following equation.

U0*=V*−(VU1+VU2+VU3
制御部1は、半導体電力変換装置INVU0の出力電圧VU0が電圧指令値VU0*に一致するように半導体電力変換装置INVの各スイッチング素子を制御するので、電力変換装置INVは、U相電圧指令値V*に精度良く一致する電圧を出力できる。半導体電力変換装置INVU0の出力電圧VU0は、図4に示すように連続したアナログ電圧波形である。
V U0 * = V U * − (V U1 + V U2 + V U3 )
Since the control unit 1 controls each switching element of the semiconductor power converter INV U so that the output voltage V U0 of the semiconductor power converter INV U0 matches the voltage command value V U0 *, the power converter INV U A voltage that precisely matches the U-phase voltage command value V U * can be output. The output voltage V U0 of the semiconductor power converter INV U0 is a continuous analog voltage waveform as shown in FIG.

次に、U相半導体電力変換装置INVにおける低電圧電力変換装置INVU0の出力電圧制御法を詳細に説明する。制御部1は、INVU0の降圧チョッパ出力電圧VU0ABSが、電圧指令値VU0*の絶対値VU0ABS*に一致するように、降圧チョッパのスイッチング素子SC1、SC2を制御する。 Next, the output voltage control method of the low-voltage power converter INV U0 in the U-phase semiconductor power converter INV U will be described in detail. The control unit 1 controls the switching elements S C1 and S C2 of the step-down chopper so that the step-down chopper output voltage V U0ABS of INV U0 matches the absolute value V U0ABS * of the voltage command value V U0 *.

図5は、実施形態1に係るスイッチング素子SC1、SC2をキャリア三角波を使用してPWM制御する場合のタイミングチャートである。図5において、各スイッチング素子SC1、SC2の動作状態は、信号波形がHighのときはON状態、LowのときはOFF状態を表している。電圧指令値VU0ABS*は図4に示すような波形となるが、電圧指令値VU0ABS*の変化量はキャリア1周期において僅かであるから、図5では説明を簡単にするため直線で示している。 FIG. 5 is a timing chart when the switching elements S C1 and S C2 according to the first embodiment are PWM controlled using a carrier triangular wave. In FIG. 5, the operation states of the switching elements S C1 and S C2 represent an ON state when the signal waveform is High, and an OFF state when the signal waveform is Low. The voltage command value V U0ABS * has a waveform as shown in FIG. 4. However, since the amount of change in the voltage command value V U0 ABS * is slight in one carrier cycle, in FIG. Yes.

あるキャリア周波数で生成される三角波carと電圧指令値VU0ABS*とが比較され、電圧指令値VU0ABS*が三角波carより大きいときはスイッチング素子SC1がONし、スイッチング素子SC2がOFFする。電圧指令値VU0ABS*が三角波carより小さいときはスイッチング素子SC1がOFFし、スイッチング素子SC2がONする。 Is compared with a triangular wave car and the voltage command value V U0ABS * generated by a certain carrier frequency, the voltage command value V U0ABS * to the switching element S C1 is ON when the triangular wave car larger, the switching element S C2 is turned OFF. When the voltage command value V U0 ABS * is smaller than the triangular wave car, the switching element S C1 is turned off and the switching element S C2 is turned on.

このようにして生成されたLCフィルタ出力電圧VU0ABSに対し、Hブリッジ回路を構成するスイッチング素子SH1〜4を制御することによって、半導体電力変換装置INVU0は電圧指令値VU0*に対応する電圧VU0を出力する。スイッチング素子SH1〜4は図2のHブリッジ回路同様、ON/OFF制御によって−VU0ABS、0、+VU0ABSの電圧を出力できるが、本実施形態においては−VU0ABS又は+VU0ABSのみの電圧を出力する。スイッチング素子SH1とスイッチング素子SH4がONで、スイッチング素子SH2とスイッチング素子SH3がOFFであれば、電力変換装置INVU0は+VU0ABSの電圧を出力する。これとは逆に、スイッチング素子SH1とスイッチング素子SH4がOFFで、スイッチング素子SH2とスイッチング素子SH3がONであれば、電力変換装置INVU0は−VU0ABSの電圧を出力する。 The semiconductor power conversion device INV U0 corresponds to the voltage command value V U0 * by controlling the switching elements SH1 to H4 constituting the H bridge circuit with respect to the LC filter output voltage V U0ABS thus generated. The voltage VU0 is output. As with the H bridge circuit of FIG. 2, the switching elements SH1 to 4 can output a voltage of −V U0ABS , 0, + V U0ABS by ON / OFF control, but in this embodiment, only the voltage of −V U0ABS or + V U0ABS is output. Output. In the switching element S H1 and the switching element S H4 is ON, the switching element S H2 and the switching element S H3 is equal OFF, the power converter INV U0 outputs a voltage of + V U0ABS. On the contrary, the switching element S H1 and the switching element S H4 is in OFF, the switching element S H2 and the switching element S H3 is equal ON, the power converter INV U0 outputs a voltage of -V U0ABS.

電圧指令値VU0*の極性に従ってスイッチング素子SH1〜4を制御することにより、半導体電力変換装置INVU0の出力電圧VU0を電圧指令値VU0*に一致させることができる。 By controlling the switching elements SH1 to SH4 according to the polarity of the voltage command value V U0 *, the output voltage V U0 of the semiconductor power converter INV U0 can be matched with the voltage command value V U0 *.

半導体電力変換装置INVU1〜3が正又は負の電圧を出力するタイミングは、U相電圧指令値V*が直流電圧VDC×k(kは−3〜+2の整数)+VDC/2に一致したときである。半導体電力変換装置INVU0はLCフィルタ(LBUCK、CBACK)を通過したアナログ連続波形を出力するため、急峻に電圧を変化させることができない。つまり、電圧指令値VU0*の極性が反転するときに、電圧指令値VU0ABS*が急峻に変化しないようにする必要がある。 Timing semiconductor power converter INV U1~3 outputs a positive or negative voltage, U-phase voltage command value V U * DC voltage VDC × k (k is an integer of -3 + 2) coincides with the + VDC / 2 Is the time. Since the semiconductor power converter INV U0 outputs an analog continuous waveform that has passed through the LC filter (L BUCK , C BACK ), the voltage cannot be changed rapidly. That is, when the polarity of the voltage command value V U0 * is reversed, it is necessary to prevent the voltage command value V U0 ABS * from changing sharply.

上述のタイミングで半導体電力変換装置INVU1〜3が1パルス電圧を出力すれば、電圧指令値VU0*の極性が反転するとき(垂直に変化するとき)に電圧指令値VU0ABS*はVDC/2で固定されており、全体の出力電圧Vの歪みを回避できる。すなわち、電力変換装置INVU1〜3のコンデンサ電圧VDCU1−U3は装置の電源投入時、VDCに初期充電される。出力電圧指令値Vが、電圧指令値VU1+VU2+VU3の立ち上がり又は立下りを横切るとき、電圧VU0は低電圧Hブリッジのスイッチングにより極性が反転する。このときの電圧指令値VU0ABS*は上記したように、VDC/2に制御される。従って、全体の出力電圧Vの歪みが回避される。尚、図4において、電圧VU0ABSの例えば領域aは低電圧Hブリッジのスイッチングにより極性が反転して電圧VU0の領域bとなり、この領域bの電圧が領域cのように電圧VU1+VU2+VU3に加算(図では減算)され、出力電圧Vが生成される。 If the output of the semiconductor power converter INV U1~3 one pulse voltage in the above timing, when the polarity of the voltage command value V U0 * inverted voltage command value V U0ABS (when change vertically) * is VDC / 2 are fixed by, it avoids distortion of the overall output voltage V U. That is, the capacitor voltage VDC U1-U3 of power converters INV U1-3 is initially charged to VDC when the device is turned on. Output voltage command value V U is, when crossing the rising or falling of the voltage command value V U1 + V U2 + V U3 , voltage V U0 polarity is reversed by the switching of the low voltage H-bridge. The voltage command value V U0 ABS * at this time is controlled to VDC / 2 as described above. Therefore, distortion of the overall output voltage V U is avoided. In FIG. 4, for example, the region a of the voltage V U0ABS is inverted in polarity by switching of the low voltage H bridge to become the region b of the voltage V U0. The voltage of this region b is the voltage V U1 + V U2 as in the region c. The output voltage VU is generated by adding (subtracting in the figure) to + VU3 .

ここで、直流電圧VDCU0〜3の電圧源はコンデンサであるので、その電圧をバランス(充電及び放電の電荷量を一致)させる必要がある。以下、コンデンサの電圧をバランスさせる方法について説明する。 Here, since the voltage source of the direct-current voltages VDC U0 to U3 is a capacitor, it is necessary to balance the voltages (the charge amounts of charge and discharge are matched). Hereinafter, a method of balancing capacitor voltages will be described.

出力電圧VU0〜VU3と出力電流Iの向きによってコンデンサ電荷の充電、放電が決まる。出力電圧と出力電流を乗算した結果の極性が正であるときは、コンデンサ電荷が放電され、コンデンサ電圧が低下する。出力電圧と出力電流を乗算した結果の極性が負であるときは、コンデンサ電荷が充電され、コンデンサ電圧が上昇する。 Charging / discharging of the capacitor charge is determined by the direction of the output voltages V U0 to V U3 and the output current I U. When the polarity obtained by multiplying the output voltage and the output current is positive, the capacitor charge is discharged, and the capacitor voltage decreases. When the polarity obtained by multiplying the output voltage and the output current is negative, the capacitor charge is charged and the capacitor voltage rises.

本実施形態における半導体電力変換装置は無効電力補償を行う(負荷の力率を常に0に制御する)ので、電流位相が系統電圧位相に対して90°遅れている場合を例とする。このとき、半導体電力変換装置INVU1〜3の出力電圧位相は電流位相に対して90°進んでいるので、コンデンサCU1〜3の充放電電荷は出力電圧周波数1周期あたりゼロとなる。つまり、コンデンサCU1〜3の電圧バランスは原則的に保たれる。 Since the semiconductor power converter according to the present embodiment performs reactive power compensation (the power factor of the load is always controlled to 0), the case where the current phase is delayed by 90 ° with respect to the system voltage phase is taken as an example. At this time, since the output voltage phase of the semiconductor power converters INV U1 to U3 is advanced by 90 ° with respect to the current phase, the charge / discharge charges of the capacitors CU1 to CU3 become zero per cycle of the output voltage frequency. That is, the voltage balance of the capacitors CU1 to 3 is maintained in principle.

これに対し、コンデンサCU0の電圧をバランスさせる方法について以下説明する。 On the other hand, a method for balancing the voltage of the capacitor CU0 will be described below.

図6は本実施形態に係る半導体電力変換装置の出力電圧V、出力電流I、INVU0の出力電圧VU0、コンデンサCU0の充放電電荷量QU0の波形である。波形QU0において、ゼロより大きい正の領域が放電電荷量であり、ゼロより小さい負の領域が充電電荷量である。電圧をバランスさせるためには、充電電荷量と放電電荷量を一致させる必要がある。 FIG. 6 shows waveforms of the output voltage V U , the output current I U , the output voltage V U0 of INV U0 , and the charge / discharge charge amount Q U0 of the capacitor C U0 of the semiconductor power conversion device according to this embodiment. In the waveform QUA , a positive region larger than zero is a discharge charge amount, and a negative region smaller than zero is a charge charge amount. In order to balance the voltages, it is necessary to match the charge charge amount with the discharge charge amount.

充放電電荷量は出力電圧VU0と出力電流Iの積で決まる。出力電圧VU0は出力電圧指令VU0*に従う値であり、出力電圧指令VU0*は出力電圧指令V*と半導体電力変換装置INVU1〜3の電圧合計値VU1+VU2+VU3との差で決定される。ここで、電圧合計値VU1+VU2+VU3は直流電圧VDCに依存する。従って、直流電圧VDCをダイナミックに変化させることによって、コンデンサCU0の充放電電荷量QU0を調整することができる。 The charge / discharge charge amount is determined by the product of the output voltage V U0 and the output current I U. The output voltage V U0 is a value according to the output voltage command V U0 *, output voltage command V U0 * is the voltage sum V U1 + V U2 + V U3 output voltage command V U * and the semiconductor power converter INV U1~3 Determined by difference. Here, the total voltage value V U1 + V U2 + V U3 depends on the DC voltage VDC. Therefore, the charge / discharge charge amount Q U0 of the capacitor C U0 can be adjusted by dynamically changing the DC voltage VDC.

つまり、直流電圧VDCU0を検出し、これを一定の目標値に保つように直流電圧VDCを操作するフィードバック制御を行い、直流電圧VDCU0を一定に保つ。直流電圧VDCを操作するにはINVU1〜INVU3への有効電力の入出力を操作すればよいので、1パルス電圧の位相を変化させる。 That is, the DC voltage VDC U0 is detected, feedback control is performed to operate the DC voltage VDC so as to keep it at a constant target value, and the DC voltage VDC U0 is kept constant. In order to operate the DC voltage VDC, it is only necessary to operate input / output of active power to the INV U1 to INV U3 , so the phase of one pulse voltage is changed.

以上、U相の半導体電力変換装置INVを例として動作方法を述べたが、V相、W相の半導体電力変換装置INV、INVもそれぞれの電圧指令値V*、V*に従ってU相インバータと同様に電圧を出力する。 The operation method has been described above by taking the U-phase semiconductor power converter INV U as an example. However, the V-phase and W-phase semiconductor power converters INV V and INV W also follow the respective voltage command values V V * and V W *. A voltage is output in the same manner as the U-phase inverter.

このように、半導体電力変換装置INVの各半導体電力変換装置INVU0〜3の動作により、出力電圧が歪みの少ない正弦波となり、高調波を低減することができる。 Thus, the operation of each of the semiconductor power converters INV U0 to UV3 of the semiconductor power converter INV U makes the output voltage a sine wave with less distortion, and can reduce harmonics.

さらに、電圧の高い半導体電力変換装置INVU1〜INVU3は出力電圧が1周期のうちに1パルスの電圧を出力するため、スイッチング回数が最小限で済み、スイッチングに伴う損失を抑制できる。このため、高耐圧素子を使用することができる。 Furthermore, since the high-voltage semiconductor power converters INV U1 to INV U3 output one pulse of voltage within one cycle, the number of switching operations can be minimized, and loss due to switching can be suppressed. For this reason, a high voltage | pressure-resistant element can be used.

直流電圧がVDCに対し低い半導体電力変換装置INVU0は、耐圧の低いスイッチング素子で構成できる。このため、降圧チョッパを構成するスイッチング素子SC1、SC2は高い周波数でスイッチングすることができ、歪みの少ない連続した電圧VU0ABSを生成することができる。 The semiconductor power conversion device INV U0 whose DC voltage is lower than VDC can be configured by a switching element having a low withstand voltage. For this reason, the switching elements S C1 and S C2 constituting the step-down chopper can be switched at a high frequency and can generate a continuous voltage V U0 ABS with little distortion.

さらに、スイッチング素子SC1、SC2にSiCやGaNなどのワイドギャップ半導体を適用すれば、高周波スイッチングしても電力損失を小さくすることができる。Hブリッジ回路を構成するSH1〜4のスイッチング回数は1周期あたり3回に限られるので、シリコンを用いても電力損失は小さい。 Furthermore, if a wide gap semiconductor such as SiC or GaN is applied to the switching elements S C1 and S C2 , the power loss can be reduced even with high frequency switching. Since the number of times of switching of SH1 to SH4 constituting the H bridge circuit is limited to 3 times per cycle, even if silicon is used, power loss is small.

つまり、本実施形態においては1相あたり2個のワイドギャップ半導体を用いれば、損失、高調波が小さい半導体電力変換装置が得られる。非特許文献2の構成においては、ワイドギャップ半導体の個数が1相あたり12個あり、本実施形態と比較してコストが高くなる。   That is, in this embodiment, if two wide gap semiconductors are used per phase, a semiconductor power conversion device with small loss and harmonics can be obtained. In the configuration of Non-Patent Document 2, the number of wide gap semiconductors is 12 per phase, and the cost is higher than that of this embodiment.

また、非特許文献2の構成において全素子をSiで構成した場合、図7のようにフィルタ(C1〜3、L1〜3)を必要とするが、本実施形態においてのフィルタは図3のように降圧チョッパの出力部分(CBUCK、LBUCK)のみとなり、耐電圧が小さく、フィルタが小型化する。 Moreover, when all elements are comprised by Si in the structure of a nonpatent literature 2, although a filter ( C1-3 , L1-3 ) is required like FIG. 7, the filter in this embodiment is FIG. Thus, only the output part (C BUCK , L BUCK ) of the step-down chopper is provided, the withstand voltage is small, and the filter is downsized.

低電圧インバータINVU0をPWM制御などで高周波のスイッチングを行ったとしても、半導体電力変換装置全体と比較してその損失は小さい。このように、複数の高電圧インバータVDCU1〜VDCUNと1つの低電圧インバータINVU0とを組み合わせることによって、高調波が小さくかつ損失の小さい半導体電力変換装置が得られる。 Even if the low voltage inverter INV U0 is switched at a high frequency by PWM control or the like, the loss is small as compared with the whole semiconductor power converter. In this way, by combining a plurality of high voltage inverters VDC U1 to VDC UN and one low voltage inverter INV U0 , a semiconductor power conversion device with small harmonics and low loss can be obtained.

[実施形態2]
次に、本発明の実施形態2に係る半導体電力変換装置について説明する。実施形態2は、高電圧の半導体電力変換装置INVU1〜3の直流電圧VDCU1〜3が互いに異なることを特徴とし、それ以外は実施形態1と同一である。直流電圧VDCU1〜3に自由度を持たせることにより、直流電圧VDCU0が一定に保たれる条件が緩和され、直流電圧VDCU0をより小さくすることが可能となる。
[Embodiment 2]
Next, a semiconductor power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The second embodiment is characterized in that the direct-current voltages VDC U1 to U3 of the high-voltage semiconductor power converters INV U1 to U3 are different from each other, and is otherwise the same as the first embodiment. By providing the DC voltage VDC U1-3 with a degree of freedom, the condition for maintaining the DC voltage VDC U0 constant is relaxed, and the DC voltage VDC U0 can be further reduced.

本構成により、降圧チョッパを構成するスイッチング素子SC1、SC2として、より耐圧の低いスイッチング素子を適用できる。このため、より高い周波数でスイッチングすることができ、さらに歪みの少ない連続した電圧VU0ABSを生成することができる。また、スイッチング素子SC1、SC2、SH1〜4はより耐圧の低いスイッチング素子で構成できるので、装置コストが低減する。また、降圧チョッパの出力フィルタに必要な耐電圧が小さくなり、フィルタが小型化するメリットが生ずる。 With this configuration, switching elements having a lower withstand voltage can be applied as the switching elements S C1 and S C2 constituting the step-down chopper. Therefore, switching can be performed at a higher frequency, and a continuous voltage V U0 ABS with less distortion can be generated. In addition, since the switching elements S C1 , S C2 , and SH 1 to 4 can be configured with switching elements having a lower withstand voltage, the apparatus cost is reduced. Further, the withstand voltage required for the output filter of the step-down chopper is reduced, and there is an advantage that the filter is downsized.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

INVU,V,W、…単相の半導体電力変換装置、INVU0、INVV0、INVW0…低電圧半導体電力変換装置、NVU1〜U3、INVV1〜V3、INVW1〜W3…高電圧半導体電力変換装置(Hブリッジ回路)、S1〜4、SC1,C2、SH1〜H4…半導体スイッチン素子、D1〜4、DC1,C2、DH1〜H4…ダイオード。 INV U, V, W, ... single-phase semiconductor power converter of, INV U0, INV V0, INV W0 ... low-voltage semiconductor power converter, NV U1~U3, INV V1~V3, INV W1~W3 ... high voltage semiconductor power converter (H-bridge circuit), S 1~4, S C1, C2, S H1~H4 ... semiconductor switching element, D 1~4, D C1, C2 , D H1~H4 ... diodes.

Claims (9)

2つの相補的に動作する半導体スイッチング素子が直列接続され直流電圧が供給される直列回路と、前記スイッチング素子の相互接続点に接続されたリアクトル及びコンデンサの直列回路を含む双方向降圧チョッパ回路と、
半導体スイッチング素子がそれぞれ直列接続された2つの直列回路を含み、該2つの直列回路が互いに並列に接続され、前記降圧チョッパ回路により降圧された電圧が供給される第1のHブリッジ回路と、
前記第1のHブリッジ回路とそれぞれ同一構成を有し、それぞれ直流電圧が供給される複数のHブリッジ回路を含む第2のHブリッジ回路とを具備し、
第1及び第2のHブリッジ回路の各Hブリッジ回路の出力端が互いに直列に接続されていることを特徴とする半導体電力変換装置。
A bi-directional step-down chopper circuit including a series circuit in which two complementary semiconductor switching elements are connected in series and supplied with a DC voltage, and a series circuit of a reactor and a capacitor connected to an interconnection point of the switching elements;
A first H bridge circuit including two series circuits each having a semiconductor switching element connected in series, the two series circuits connected in parallel to each other, and supplied with a voltage stepped down by the step-down chopper circuit;
A second H bridge circuit having the same configuration as each of the first H bridge circuits and including a plurality of H bridge circuits to which a DC voltage is supplied.
The semiconductor power converter characterized by the output terminal of each H bridge circuit of the 1st and 2nd H bridge circuit being mutually connected in series.
前記第2のHブリッジ回路の各Hブリッジ回路は、前記半導体電力変換装置の出力電圧指令の1周期に正の1パルス及び負の1パルスを出力し、
前記第2のHブリッジ回路の各Hブリッジ回路の出力電圧加算値と前記出力電圧指令との差分を、前記第1のHブリッジ回路が連続したアナログ波形電圧として出力することを特徴とする請求項1記載の半導体電力変換装置。
Each H bridge circuit of the second H bridge circuit outputs one positive pulse and one negative pulse in one cycle of the output voltage command of the semiconductor power converter,
The difference between the output voltage addition value of each H bridge circuit of the second H bridge circuit and the output voltage command is output as a continuous analog waveform voltage by the first H bridge circuit. 1. The semiconductor power conversion device according to 1.
上記降圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子は高速スイッチング素子で構成され、前記第1及び第2のHブリッジ回路を構成するスイッチング素子は、前記降圧チョッパ回路より低速なスイッチング素子で構成されることを特徴とする請求項2記載の半導体電力変換装置。   The switching element constituting the step-down chopper circuit is constituted by a high-speed switching element, and the switching elements constituting the first and second H-bridge circuits are constituted by switching elements slower than the step-down chopper circuit. The semiconductor power conversion device according to claim 2. 前記降圧チョッパ回路に供給される直流電圧は、前記第2のHブリッジ回路の各Hブリッジ回路に供給される直流電圧より小さいことを特徴とする請求項3記載の半導体電力変換装置。   4. The semiconductor power converter according to claim 3, wherein a DC voltage supplied to the step-down chopper circuit is smaller than a DC voltage supplied to each H bridge circuit of the second H bridge circuit. 前記第2のHブリッジ回路の各Hブリッジ回路に供給される直流電圧の電圧値が互いに異なることを特徴とする請求項4記載の半導体電力変換装置。   5. The semiconductor power conversion device according to claim 4, wherein voltage values of DC voltages supplied to the respective H bridge circuits of the second H bridge circuit are different from each other. 前記第2のHブリッジ回路の各Hブリッジ回路及び前記降圧チョッパ回路には、それぞれ前記直流電圧を供給するためのコンデンサがそれぞれ並列に接続され、前記半導体電力変換装置は、無効電力を補償することを特徴とする請求項5記載の半導体電力変換装置。   Capacitors for supplying the DC voltage are respectively connected in parallel to the H bridge circuit and the step-down chopper circuit of the second H bridge circuit, and the semiconductor power converter compensates for reactive power. The semiconductor power conversion device according to claim 5. 前記第2のHブリッジ回路の各Hブリッジ回路及び前記降圧チョッパ回路にそれぞれ並列に接続された前記コンデンサにより、前記半導体電力変換装置は、無効電力を出力することを特徴とする請求項6記載の半導体電力変換装置。   7. The semiconductor power conversion device outputs reactive power by the capacitors connected in parallel to the H bridge circuits and the step-down chopper circuit of the second H bridge circuit, respectively. Semiconductor power converter. 前記降圧チョッパ回路に接続された前記コンデンサの充放電電荷量は、前記第2のHブリッジ回路に接続された各コンデンサの直流電圧を操作することによりバランスされることを特徴とする請求項7記載の半導体電力変換装置。   8. The charge / discharge charge amount of the capacitor connected to the step-down chopper circuit is balanced by manipulating the DC voltage of each capacitor connected to the second H-bridge circuit. Semiconductor power conversion device. 請求項1記載の半導体電力変換装置を3回路含み、三相交流電圧を出力することを特徴とする半導体電力変換装置。   A semiconductor power converter comprising three circuits of the semiconductor power converter according to claim 1 and outputting a three-phase AC voltage.
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