JP2014033614A - Power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に複数スイッチから構成される電力変換器の高電力密度化またはパワー集積回路を実現する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device that realizes a high power density or power integrated circuit of a power converter including a plurality of switches.
図32〜図35は、従来の2レベル電力変換回路の構成図であり、図32は三相インバータ、図33は単相インバータ、図34はDC/DCコンバータ、図35は三相−三相電力変換器を示している。いずれの場合も、直流電源電圧Vdcを6個乃至4個乃至2個の半導体素子のオンオフで2レベルに切り換え、さらにその出力に受動フィルタを接続することにより、三相乃至単相の交流出力や直流出力を得るものである。このような2レベル電力変換回路を対象にして、従来の電力変換器の高電力密度化は、その体積を減少させることにより達成され、その方法は、(1)電力変換装置の損失を低減して冷却装置体積を小型化する、(2)スイッチング周波数を増加させ、インダクタやコンデンサにより構成される受動フィルタ等の受動部品体積を小型化する、の2通りであった(非特許文献1、2参照)。しかし、2レベル電力変換回路は高調波が必ず含まれるために、受動フィルタが不可欠であり、スイッチング周波数の増加は半導体素子のスイッチング時に発生するスイッチング損失を増大して冷却装置が増大するため、高電力密度化に限界が生じる。
32 to 35 are configuration diagrams of a conventional two-level power conversion circuit. FIG. 32 is a three-phase inverter, FIG. 33 is a single-phase inverter, FIG. 34 is a DC / DC converter, and FIG. 1 shows a power converter. In either case, the DC power supply voltage Vdc is switched to two levels by turning on or off 6 to 4 or 2 semiconductor elements, and a passive filter is connected to the output to thereby provide a three-phase to single-phase AC output or DC output is obtained. For such a two-level power conversion circuit, the increase in power density of the conventional power converter is achieved by reducing its volume, and the method includes (1) reducing the loss of the power conversion device. The volume of the cooling device is reduced, and (2) the switching frequency is increased and the volume of the passive component such as a passive filter including an inductor and a capacitor is reduced (
高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘導電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流を引き起こして半導体素子損失増加および電磁ノイズの原因となる。該電磁ノイズは、ゲートドライブ回路の誤動作、電力変換器に接続するモータの絶縁劣化やベアリングの電食を引き起こす等様々な問題を発生させる。したがって、スイッチング周波数を増加させないで、受動フィルタ除去および半導体素子損失低減を同時に達成する高電力密度電力変換回路が必要になる。 Driving the power conversion device with a high switching frequency causes an induced voltage due to the parasitic inductance of the main circuit wiring and a displacement current due to the parasitic capacitance, leading to increased semiconductor element loss and electromagnetic noise. The electromagnetic noise causes various problems such as malfunction of the gate drive circuit, deterioration of insulation of the motor connected to the power converter, and electric corrosion of the bearing. Therefore, there is a need for a high power density power conversion circuit that simultaneously achieves passive filter removal and semiconductor element loss reduction without increasing the switching frequency.
高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動により、電力変換回路のコモンモード電圧が振動するため、周囲の機器に悪影響を及ぼす。このため、コモンモードチョークコイルやEMIフィルタ等のノイズ抑制フィルタが必要となる。 Driving the power conversion device with a high switching frequency vibrates the common mode voltage of the power conversion circuit, which adversely affects surrounding equipment. For this reason, a noise suppression filter such as a common mode choke coil or an EMI filter is required.
スイッチング周波数を増加させずに受動フィルタの除去を実現するため、図36〜図38に示すマルチレベル電力変換器のレベル数mを増加させて、電力変換器自体の出力電圧の高調波含有率を低減する方法が挙げられる(特許文献1参照)。マルチレベル電力変換器の出力電圧高調波成分はレベル数の増加とともに減少し、17レベルでは出力相電圧の総合ひずみ率は5%以内、25レベルでは出力相電圧の総合ひずみ率は3%以内、35レベルでは出力相電圧は2%以内となる。このことにより、レベル数mを増加させることで受動フィルタが不要となる。しかし、17レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり32個、逆並列ダイオード数は32個、25レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり48個、逆並列ダイオード数は48個、35レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり68個、逆並列ダイオード数は68個となるため、電力変換器主回路および主回路スイッチに接続するゲートドライブ回路が大規模になり、電力変換器の実装が困難となる。 In order to realize the removal of the passive filter without increasing the switching frequency, the number m of levels of the multi-level power converter shown in FIGS. 36 to 38 is increased, and the harmonic content of the output voltage of the power converter itself is increased. The method of reducing is mentioned (refer patent document 1). The output voltage harmonic component of the multi-level power converter decreases as the number of levels increases. At 17th level, the overall distortion factor of the output phase voltage is within 5%. At 25th level, the overall distortion factor of the output phase voltage is within 3%. At the 35th level, the output phase voltage is within 2%. This eliminates the need for a passive filter by increasing the number m of levels. However, the number of semiconductor elements of the 17 level power converter is 32 per phase, the number of antiparallel diodes is 32, the number of semiconductor elements of the 25 level power converter is 48 per phase, the number of antiparallel diodes is 48, Since the number of semiconductor elements in a 35-level power converter is 68 per phase and the number of antiparallel diodes is 68, the power converter main circuit and the gate drive circuit connected to the main circuit switch become large-scale, and power conversion It becomes difficult to mount the vessel.
図36〜図38はそれぞれマルチレベル電力変換回路の代表的な方式であり、図36はダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の三相インバータ、図37はフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器の三相インバータ、図38はカスケード接続型マルチレベル電力変換器の三相インバータを示している。それぞれ三相インバータを示しているが、三相のAC/DC電力変換、単相インバータ、単相のAC/DC電力変換、DC/DCコンバータ,AC/ACコンバータとして構成し、使用することも可能である。 36 to 38 are representative systems of multilevel power conversion circuits, respectively, FIG. 36 is a three-phase inverter of a diode clamp type multilevel power converter, and FIG. 37 is a three phase of a flying capacitor type multilevel power converter. Inverter, FIG. 38 shows a three-phase inverter of a cascade-connected multilevel power converter. Although each shows a three-phase inverter, it can also be configured and used as a three-phase AC / DC power conversion, single-phase inverter, single-phase AC / DC power conversion, DC / DC converter, AC / AC converter It is.
図36〜図38に示すマルチレベル電力変換回路は、個々のスイッチング半導体素子に対してゲート駆動回路を必要とするため、レベル数が増えるとともにゲートドライブ回路が増える。図36〜図38に示すmレベル電力変換回路では一相あたり(2m−2)個のゲートドライブ回路を必要とする。 The multilevel power conversion circuits shown in FIGS. 36 to 38 require a gate drive circuit for each switching semiconductor element, so that the number of levels increases and the number of gate drive circuits increases. The m-level power conversion circuits shown in FIGS. 36 to 38 require (2m−2) gate drive circuits per phase.
図39は、従来のマルチレベル電力変換回路の一相の構成図であり、直列に接続されるスイッチと各スイッチに接続されるゲートドライバおよび専用電源を示している。直列に接続される各スイッチの低電位側の電位は、スイッチごとに異なるため、専用電源はそれぞれ絶縁を取る必要がある。このため、専用電源にはトランス等が用いられるため、集積化が困難となる。 FIG. 39 is a one-phase configuration diagram of a conventional multilevel power conversion circuit, showing a switch connected in series, a gate driver connected to each switch, and a dedicated power source. Since the potential on the low potential side of each switch connected in series is different for each switch, each dedicated power source needs to be insulated. For this reason, since a transformer or the like is used as the dedicated power source, integration becomes difficult.
LSI技術を用いたワンチップパワーICやインテリジェントパワーモジュール(IPM)が開発され、様々な分野で応用されている。前記技術を用いたゲートドライブ回路を備える集積化2レベル電力変換器が提案されているが、マルチレベル電力変換器において増加するゲートドライブ回路の絶縁電源も含めたパワー集積回路は提案されていない。 One-chip power ICs and intelligent power modules (IPMs) using LSI technology have been developed and applied in various fields. An integrated two-level power converter including a gate drive circuit using the above technology has been proposed, but a power integrated circuit including an isolated power source for a gate drive circuit that increases in the multi-level power converter has not been proposed.
上述の2レベル電力変換器を用いた高電力密度化電力変換装置は、スイッチング周波数を増加させてフィルタの小型化を図るため、半導体素子のスイッチング時に発生するスイッチング損失が増大し、電力変換装置の高電力密度化に限界が訪れる。 Since the above-described high power density power conversion device using the two-level power converter increases the switching frequency to reduce the size of the filter, the switching loss generated during switching of the semiconductor element increases. The limit comes to high power density.
高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘起電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流を引き起こし、また電力変換回路のコモンモード電圧の振動を引き起こすため、大量の電磁ノイズを発生する。このため、コモンモードチョークコイルやEMIフィルタ等のノイズ抑制フィルタが必要となり、電力変換装置の高電力密度化に限界が訪れる。 Driving a power converter with a high switching frequency causes induced voltage due to parasitic inductance in the main circuit wiring and displacement current due to parasitic capacitance, and also causes oscillation of the common mode voltage of the power converter circuit, which generates a large amount of electromagnetic noise. . For this reason, a noise suppression filter such as a common mode choke coil or an EMI filter is required, and there is a limit to increasing the power density of the power converter.
高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、電磁ノイズを大量に発生するため、該電力変換装置に接続されるモータの高速回転を実現することができず、モータの高出力密度化に限界が訪れる。 Driving a power conversion device with a high switching frequency generates a large amount of electromagnetic noise, so that high-speed rotation of the motor connected to the power conversion device cannot be realized, and there is a limit to increasing the output density of the motor. .
上記手法とは全く異なった手法、即ち、スイッチング周波数を増加させずに受動フィルタの小型化を達成することで、高密度化電力変換器を実現することが提案されているが(特許文献1参照)、ゲートドライブ回路の絶縁電源も含めたマルチレベル電力変換回路による電力変換装置の高電力密度化またはパワー集積回路の提案はされていない。 It has been proposed to realize a high-density power converter by completely reducing the passive filter without increasing the switching frequency, that is, a technique completely different from the above technique (see Patent Document 1). However, no proposal has been made for increasing the power density of a power conversion device using a multi-level power conversion circuit including an insulated power source of a gate drive circuit or for a power integrated circuit.
ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数10kVA以下では、スイッチを多数使った電力変換装置は実現されていない。また、ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数10kVA以下では、受動フィルタなしで相電圧のひずみ率が10%以下の電力変換装置は実現されていない。 Since a dedicated power source composed of a transformer or the like is required for the insulated power source of the gate drive circuit, a power conversion device using a large number of switches is not realized when the output power capacity of the power conversion device is several tens of kVA or less. In addition, since a dedicated power source composed of a transformer or the like is required for the insulated power source of the gate drive circuit, when the output power capacity of the power converter is several tens kVA or less, the distortion factor of the phase voltage is 10% or less without a passive filter. A power converter is not realized.
ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数10kVA以下では、ノイズ抑制フィルタなしで周囲に電磁ノイズの影響を及ぼさない電力変換装置は実現されていない。 Since a dedicated power source composed of a transformer or the like is required for the insulated power source of the gate drive circuit, if the output power capacity of the power converter is several tens of kVA or less, power conversion that does not affect the surrounding electromagnetic noise without a noise suppression filter The device has not been realized.
本発明は、係る問題点を解決するため、各ゲートドライブ回路に個別の専用電源を使用せずに各ゲートドライブ回路に電源の供給を実現する電力変換装置を提供することを目的とする。 In order to solve such problems, an object of the present invention is to provide a power converter that realizes supply of power to each gate drive circuit without using an individual dedicated power supply for each gate drive circuit.
上記の目的を達成するため、第1の発明の電力変換装置は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数mの主回路と、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、少なくとも一つの電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する。
ここで、前記第1インターフェース回路は一つの電源供給端子に一端が接続された単一の第1コンデンサからなり、第2インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は各々アノードが一つの電源供給端子に接続されたダイオードと前記ダイオードのカソードに一端が接続されたコンデンサとからなるブートストラップ回路であり、第mインターフェース回路は更に前記第mインターフェース回路を構成するダイオードのカソードとコンデンサと第mゲートドライバの電源入力端子との接続点を電源転送用端子とする構成である。また、前記個別ゲートドライブ部は、前記第1インターフェース回路の前記第1コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第1インターフェース回路〜前記第mインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続し、第(m+1)インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記第mインターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power conversion device according to a first aspect of the present invention is a conversion level comprising (2m-2) switches connected in series, each of which includes a first switch to a (2m-2) switch. A main circuit of several m, a first gate driver to a (2m-2) gate driver connected in a one-to-one correspondence with the first switch to the (2m-2) switch, and the first switch A first interface circuit including at least one power supply terminal connected to the (2m-2) switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence. An individual gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of a (2m-2) th interface circuit, a common power source comprising a high voltage side terminal and a ground side terminal, and the first gate driver To ~ the second (2m-2) the gate driver, and a signal output unit supplies the signals separately taking insulation.
Here, the first interface circuit includes a single first capacitor having one end connected to one power supply terminal, and the second interface circuit to the (2m-2) th interface circuit each have a single anode power supply. A bootstrap circuit comprising a diode connected to a terminal and a capacitor having one end connected to the cathode of the diode, the mth interface circuit further comprising a cathode, a capacitor and an mth gate of the diode constituting the mth interface circuit; A connection point with the power input terminal of the driver is a power transfer terminal. The individual gate drive unit connects the other end of the first capacitor of the first interface circuit to the ground-side terminal of the shared power supply, and the individual gate drive unit includes the first interface circuit to the m-th interface circuit. One power supply terminal is connected to the high-voltage side terminal of the shared power supply, and the one power supply terminal of each of the (m + 1) th interface circuit to the (2m-2) th interface circuit is connected to the mth interface circuit. By connecting to the power supply transfer terminal, the first gate driver to the (2m-2) th connected from the shared power supply through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit correspondingly. The power supply is separately supplied to the gate driver, and the main circuit and the individual gate drive unit Are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel to the main circuit and the individual gate drive unit It is characterized by having a configuration shared with each other.
また、上記の目的を達成するため、第2の発明は、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路のうち、前記第mインターフェース回路が、前記ブートストラップ回路に代えて、信号発生器から出力されるスイッチング信号により半導体スイッチをスイッチングして低圧側の電源又は一方のコンデンサから高圧側の他方のコンデンサを充電するチャージポンプ回路により構成され、かつ、二つの電源供給端子と前記他方のコンデンサの一端と前記第mゲートドライバの電源入力端子とに接続された電源転送用端子とを有する構成であり、
前記個別ゲートドライブ部は、前記第1インターフェース回路〜前記第mインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続し、前記第1インターフェース回路の前記第1コンデンサの他端と前記第mインターフェース回路のもう一つの電源供給端子を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第(m+1)インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記第mインターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記第(m+1)インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路の各コンデンサを前記第mインターフェース回路の前記他方のコンデンサから出力された電源で充電することで、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, the m-th interface circuit of the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit replaces the bootstrap circuit with a signal. It is constituted by a charge pump circuit that switches a semiconductor switch by a switching signal output from a generator to charge a low-voltage side power supply or one capacitor on the other side on a high-voltage side, and has two power supply terminals and the other A power transfer terminal connected to one end of the capacitor and a power input terminal of the m-th gate driver,
The individual gate drive unit connects the one power supply terminal of each of the first interface circuit to the m-th interface circuit to the high-voltage side terminal of the shared power source, and the first capacitor of the first interface circuit And the other power supply terminal of the m-th interface circuit are connected to the ground-side terminal of the shared power supply, and the (m + 1) -th interface circuit to the (2m-2) -th interface circuit By connecting one power supply terminal to the power transfer terminal of the m-th interface circuit, each capacitor of the (m + 1) -th interface circuit to the (2m-2) -th interface circuit is connected to the m-th interface circuit. By charging with the power source output from the other capacitor, the common capacitor is used. A power supply is separately supplied from the power supply to the first gate driver to the (2m-2) gate driver connected correspondingly through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit; The main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel. In addition, the main circuit and the individual gate drive unit are used in common.
また、上記の目的を達成するため、第3の発明は、第1の発明における前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路のうち、前記第2インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路が、前記ブートストラップ回路内のダイオードのカソードとコンデンサと1対1に対応して接続される前記ゲートドライバの電源入力端子との接続点を電源転送用端子として更に有する構成であり、
前記個別ゲートドライブ部は、前記第1インターフェース回路の前記第1コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第1インターフェース回路〜前記第mインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続するとともに、k番目(ただし、k=2〜m−1)の第kインターフェース回路の前記電源転送用端子を(m−1)段上の第(k+m−1)インターフェース回路の前記一つの電源供給端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the third invention provides the second interface circuit to the (m−1) -th of the second interface circuit to the (2m−2) interface circuit in the first invention. The interface circuit further includes a connection point between the power source input terminal of the gate driver connected to the cathode of the diode and the capacitor in the bootstrap circuit in a one-to-one correspondence as a power transfer terminal.
The individual gate drive unit connects the other end of the first capacitor of the first interface circuit to the ground-side terminal of the shared power supply, and the one of each of the first interface circuit to the m-th interface circuit. The power supply terminal is connected to the high-voltage side terminal of the shared power supply, and the power transfer terminal of the kth (where k = 2 to m−1) kth interface circuit is on the (m−1) stage. By connecting to the one power supply terminal of the (k + m−1) th interface circuit, the first power supply correspondingly connected from the shared power supply through the first interface circuit to the (2m−2) interface circuit. A power supply is separately supplied to a gate driver to the (2m-2) th gate driver, and the main circuit and the individual gate drive Are connected in parallel in two or three units to form each phase of a single-phase or three-phase multi-level power converter, and the shared power supply is connected in two or three parallel to the main circuit and the individual gate It is characterized by having a configuration shared by the drive unit.
また、上記の目的を達成するため、第4の発明は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数mの主回路と、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1及び第2の電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する構成である。
ここで、前記第1インターフェース回路は単一の第1コンデンサから構成され、かつ、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路はそれぞれチャージポンプ回路により構成される。また、前記個別ゲートドライブ部は、前記第1コンデンサの一端と前記第1インターフェース回路の第1の電源供給端子と前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を構成する前記チャージポンプ回路の第1の電源供給端子とを前記共用電源の高圧側端子にそれぞれ接続し、かつ、前記第1コンデンサの他端と前記第1インターフェース回路の第2の電源供給端子と前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を構成する前記チャージポンプ回路の第2の電源供給端子とを前記共用電源の接地側端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a conversion level number m in which (2m-2) switches including the first switch to the (2m-2) th switch are connected in series. Main circuit, a first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch to A first interface circuit comprising first and second power supply terminals connected to the (2m-2) switch and the first to (2m-2) gate drivers in a one-to-one correspondence. A separate gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of the (2m-2) th interface circuit, a common power source comprising a high-voltage side terminal and a ground side terminal, and the first gate driver To 2m-2) the gate driver, a configuration and a signal output unit supplies the signals separately taking insulation.
Here, the first interface circuit is composed of a single first capacitor, and the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit are each composed of a charge pump circuit. The individual gate drive unit includes one end of the first capacitor, a first power supply terminal of the first interface circuit, and the charge pump that constitutes the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit. A first power supply terminal of the circuit is connected to a high-voltage side terminal of the shared power supply, and the other end of the first capacitor, a second power supply terminal of the first interface circuit, and the second interface circuit. By connecting a second power supply terminal of the charge pump circuit constituting the (2m-2) interface circuit to a ground-side terminal of the shared power supply, the shared power supply connects the first interface circuit to the The first gate driver connected to the second gate circuit through the (2m-2) -th interface circuit to the (second) m-2) A configuration in which power is separately supplied to the gate driver, and the main circuit and the individual gate drive unit are connected in parallel or two in parallel, and each phase of the single-phase or three-phase multi-level power converter And the shared power supply is shared by the main circuit and the individual gate drive unit connected in parallel in two or three in parallel.
また、上記の目的を達成するため、第5の発明は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数mの主回路と、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1及び第2の電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、信号発生器と前記信号発生器からのスイッチング信号によりスイッチングされる半導体スイッチとからなり、チャージポンプ回路の一部を構成する共用回路部と、前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する。
ここで、前記第1インターフェース回路は一端が前記共用電源の高圧側端子に接続された単一の第1コンデンサから構成され、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路はそれぞれ前記共用回路部とともにチャージポンプ回路を構成し、かつ、第1及び第2の電源供給端子と電源転送用端子とを有するチャージポンプ部分回路から構成される。また、前記個別ゲートドライブ部は、前記第1インターフェース回路の前記第1コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路の各々の前記第1の電源供給端子を前記共用回路部に接続し、j番目(ただし、j=3〜2m−2)の第jインターフェース回路の前記第2の電源供給端子を第(j−1)インターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided a conversion level number m in which (2m-2) switches including the first switch to the (2m-2) th switch are connected in series. Main circuit, a first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch to A first interface circuit comprising first and second power supply terminals connected to the (2m-2) switch and the first to (2m-2) gate drivers in a one-to-one correspondence. A single power supply comprising an individual gate drive unit that does not require a dedicated power supply composed of the (2m-2) th interface circuit, a high-voltage side terminal, and a ground-side terminal, a signal generator, and the signal generator From It consists of a semiconductor switch that is switched by a switching signal, and insulates each of the shared circuit part that constitutes a part of the charge pump circuit and the first gate driver to the (2m-2) gate driver with insulation. And a signal output unit for supplying a signal.
Here, the first interface circuit is composed of a single first capacitor having one end connected to the high-voltage side terminal of the shared power supply, and the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit are respectively The charge pump circuit is configured together with the shared circuit unit, and is configured from a charge pump partial circuit having first and second power supply terminals and a power transfer terminal. The individual gate drive unit connects the other end of the first capacitor of the first interface circuit to the ground side terminal of the shared power supply, and the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit. The first power supply terminal is connected to the shared circuit section, and the second power supply terminal of the j-th (j = 3 to 2m−2) -th j-th interface circuit is connected to the (j− 1) By connecting to the power transfer terminal of the interface circuit, the first gate driver connected to the shared power supply through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit correspondingly (2m-2) The power supply is separately supplied to the gate driver, and the main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel. And each phase of a single-phase or three-phase multi-level power converter, and the shared power supply is shared by the main circuit and the individual gate drive unit connected in two or three in parallel. It is characterized by that.
また、上記の目的を達成するため、第6の発明は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数mの主回路と、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1及び第2の電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する。
ここで、前記個別ゲートドライブ部内の前記第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は、それぞれ対応して設けられた前記第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチの高圧側端子に電源入力端子が接続された自己給電回路により構成され、前記個別ゲートドライブ部は、共用電源を有することなく前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to a sixth aspect of the present invention, there is provided a conversion level number m in which (2m-2) switches including the first switch to the (2m-2) th switch are connected in series. Main circuit, a first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch to A first interface circuit comprising first and second power supply terminals connected to the (2m-2) switch and the first to (2m-2) gate drivers in a one-to-one correspondence. The individual gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of the (2m-2) th interface circuit and the first gate driver to the (2m-2) gate driver are insulated from each other. And a signal output section for supplying a signal s to.
Here, the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit in the individual gate drive unit are supplied with power to the high-voltage side terminals of the first switch to the (2m-2) switch provided correspondingly, respectively. The individual gate drive unit is configured by a self-feed circuit connected to an input terminal, and the individual gate drive unit is connected correspondingly through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit without having a common power source. 1 gate driver to the (2m-2) th gate driver is configured to supply power separately, and the main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel, and a single-phase or three-phase multi-driver Each phase of the level power converter is configured.
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、受動フィルタを使わず、また低損失化による冷却装置の小型化を図り、従来の2レベル電力変換装置の限界であった電力変換装置の高電力密度化を提供する。 The present invention realizes a power conversion device or a power integrated circuit using the above-described multilevel power converter, thereby avoiding the use of a passive filter and reducing the size of the cooling device by reducing the loss. It is possible to increase the power density of the power conversion device, which was the limit of the above.
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、受動フィルタなしで相電圧ひずみ率が10%以下の電力変換装置を提供する。 The present invention provides a power conversion device having a phase voltage distortion rate of 10% or less without a passive filter by realizing a power conversion device or a power integrated circuit using the multilevel power converter.
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、ノイズ抑制フィルタを必要としない、電磁ノイズが非常に少ない電力変換装置を提供する。 The present invention provides a power conversion device that does not require a noise suppression filter and has very little electromagnetic noise by realizing the power conversion device or power integrated circuit using the multilevel power converter.
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を提供することにより、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘起電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流による電磁ノイズをなくし、ゲートドライブ回路の誤動作や、電力変換装置に接続するモータの絶縁劣化およびベアリングの電食等様々な問題を起こさない電力変換装置を提供する。 The present invention eliminates electromagnetic noise due to induced voltage due to parasitic inductance of main circuit wiring and displacement current due to parasitic capacitance by providing the power conversion device or power integrated circuit using the multi-level power converter, and causes malfunction of the gate drive circuit. And a power conversion device that does not cause various problems such as deterioration of insulation of a motor connected to the power conversion device and electrolytic corrosion of a bearing.
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、該変換装置に接続されるモータの高速回転を実現し、モータの高出力密度化を提供する。 The present invention realizes a high-speed rotation of a motor connected to the conversion device by realizing the power conversion device or the power integrated circuit using the multilevel power converter, and provides a high output density of the motor.
以下、複数スイッチを使ったマルチレベル電力変換装置を例として説明するが、本発明では、これに限定されず、直流から交流、交流から直流、直流から直流、交流から交流を変換するあらゆる電力変換装置、および多重化、多並列化の電力変換装置、さらにこれらを組み合わせた電力変換装置としても適用することができる。 Hereinafter, a multi-level power conversion device using a plurality of switches will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and any power conversion that converts DC to AC, AC to DC, DC to DC, and AC to AC The present invention can also be applied to a device, a multiplexed and multi-parallel power conversion device, and a power conversion device combining these.
(一相のマルチレベル電力変換器)
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明のマルチレベル電力変換装置の要部を構成する一相のマルチレベル電力変換器の一実施形態の構成図を示す。図1に示す一相のマルチレベル電力変換器は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ(メインスイッチ)からなる(2m−2)個のスイッチが直列接続された主回路1と、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチにそれぞれ対応して接続される第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバおよび第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2、個別ゲートドライブ部2に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。
(Single-phase multi-level power converter)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of an embodiment of a one-phase multilevel power converter that constitutes a main part of the multilevel power converter of the present invention. The one-phase multilevel power converter shown in FIG. 1 includes a
図1に示した変換レベル数mの一相のマルチレベル電力変換器を2並列にすることで単相のマルチレベル電力変換装置を実現する。また、この一相のマルチレベル電力変換器を3並列にすることで三相のマルチレベル電力変換装置を実現する。また、この一相のマルチレベル電力変換器を6並列にすることで三相交流から三相交流に変換するマルチレベル電力変換装置を実現する。 A single-phase multilevel power converter is realized by paralleling two single-phase multilevel power converters having a conversion level number m shown in FIG. Moreover, a three-phase multilevel power converter is realized by paralleling three single-phase multilevel power converters. Moreover, the multi-level power converter which converts from a three-phase alternating current to a three-phase alternating current is realized by arranging six parallel single-level power converters in parallel.
図1に示したように、各インターフェース回路はそれぞれ電源供給端子を備えている。各インターフェース回路は、その電源供給端子を、詳細は後述するように、他の電源供給端子、及び共用電源と接続することで、対応して接続されたゲートドライバに電源を供給する。また、これらの電源供給端子を第1スイッチから第(2m−2)スイッチの直列接続により構成される主回路1と接続することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、これらの電源供給端子を他の電源供給端子、共用電源3、主回路1に接続することで、ゲートドライバに電源を供給する。共用電源3は0または1または(2m−2)未満の複数用いることで、インターフェース回路を介してゲートドライバ部に電力を供給する。主回路1は第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチの直列接続により構成されており、変換レベル数mの電力変換装置の入出力間の電力を扱う部分である。
As shown in FIG. 1, each interface circuit has a power supply terminal. Each interface circuit supplies power to the corresponding gate driver by connecting its power supply terminal to another power supply terminal and a common power supply, as will be described in detail later. Further, these power supply terminals are connected to the
インターフェース回路とは、それぞれ1または複数の電源供給端子を備え、これらの接続により共用電源3または主回路1からゲートドライバに電力を供給する回路である。インターフェース回路の詳細は後述する。インターフェース回路に2レベルでも使用されるブートストラップ回路を適用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用されるチャージポンプ回路を適用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用されるブートストラップ回路およびチャージポンプ回路を併用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用される主回路1から電源を供給する、自己給電方式を適用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用される主回路1から電源を供給する、自己給電方式とブートストラップ回路を併用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用される主回路1から電源を供給する、自己給電方式とチャージポンプ回路を併用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に2レベルでも使用される主回路1から電源を供給する、自己給電方式とブートストラップ回路とチャージポンプ回路を併用することでゲートドライバに電源を供給する。
The interface circuit is a circuit that includes one or a plurality of power supply terminals, and supplies power to the gate driver from the shared power supply 3 or the
図1に示したように、本発明の電力変換装置は信号出力部4内に信号源を備えている。信号出力部4は、この信号源と第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバを接続し、間で信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバに信号を伝達する。この信号絶縁は、レベルシフト回路または磁気カップリングまたは光絶縁により取ることができる(詳細は図26〜図31参照)。 As shown in FIG. 1, the power conversion device of the present invention includes a signal source in the signal output unit 4. The signal output unit 4 connects the signal source and the first to (2m−2) th gate drivers and transmits signal to each gate driver by providing signal insulation therebetween. This signal isolation can be obtained by a level shift circuit, magnetic coupling, or optical isolation (refer to FIGS. 26 to 31 for details).
図1に示したマルチレベル電力変換器を有する本発明の電力変換装置は、全体を1つのチップとして集積化する。また、複数のチップに分けて集積化し、基板に載せて実装する。また、電力変換装置の一部分を集積化し、集積化した部分と個別の部品を基板上で組み合わせて実装する。これらの集積化は、シリコン、窒化ガリウム、炭化珪素、ダイヤモンド等の1つの材料または複数の材料を組み合わせて実現する。 The power conversion device of the present invention having the multilevel power converter shown in FIG. 1 is integrated as a whole on a single chip. Also, it is divided into a plurality of chips, integrated, and mounted on a substrate. Also, a part of the power conversion device is integrated, and the integrated part and individual components are combined and mounted on the substrate. These integrations are realized by combining one material or a plurality of materials such as silicon, gallium nitride, silicon carbide, and diamond.
(単相マルチレベル電力変換装置)
図2は、図1に示した一相分のマルチレベル電力変換器を2並列にし、単相マルチレベル電力変換装置としたものである。図2に示すように単相マルチレベル電力変換装置は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続された主回路1と5、主回路1,5の各スイッチにそれぞれ接続される各(2m−2)個のゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2と6、これらの個別ゲートドライブ部2と6に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、主回路1,5の各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。個別ゲートドライバ部は相ごとに必要となるが、共用電源3は個別ゲートドライバ部2と6で共用することが可能なため、主回路1,5の直列スイッチを2並列にし、単相マルチレベル電力変換装置としても共用電源の数を増加する必要はない。
(Single-phase multi-level power converter)
FIG. 2 shows a single-phase multilevel power conversion device in which two multilevel power converters for one phase shown in FIG. 1 are arranged in parallel. As shown in FIG. 2, the single-phase multilevel power conversion apparatus includes
(三相マルチレベル電力変換装置)
図3は、図1に示した一相分のマルチレベル電力変換器を3並列にし、三相マルチレベル電力変換装置としたものである。図3に示すように三相マルチレベル電力変換装置は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる(2m−2)個のスイッチが直列接続された主回路1と5と7、主回路1と5と7の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2と6と8、これらの個別ゲートドライブ部2と6と8に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。個別ゲートドライバ部は相ごとに必要となるが、共用電源3はゲートドライバ部2と6と8で共用することが可能なため、主回路1,5,7の直列スイッチを3並列にし、三相マルチレベル電力変換装置としても共用電源の数を増加する必要はない。
(Three-phase multi-level power converter)
FIG. 3 shows a three-phase multi-level power conversion device in which three multi-level power converters for one phase shown in FIG. 1 are arranged in parallel. As shown in FIG. 3, the three-phase multilevel power conversion apparatus includes
本発明は、上記の図2の単相マルチレベル電力変換装置又は図3の三相マルチレベル電力変換装置における各相の個別ゲートドライブ部の構成に特徴がある。以下、各相の個別ゲートドライブ部におけるゲートドライバへの電源供給の各例について説明する。 The present invention is characterized by the configuration of the individual gate drive section of each phase in the single-phase multilevel power conversion device of FIG. 2 or the three-phase multilevel power conversion device of FIG. Hereinafter, each example of power supply to the gate driver in the individual gate drive unit of each phase will be described.
(ゲートドライバへの電源供給例1)
図4は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第1の接続例(ゲートドライバへの電源供給例1)の概略ブロック図を示す。図4において、個別ゲートドライブ部は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ及び第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とを有する。
(Example of power supply to the gate driver 1)
FIG. 4 shows a schematic block diagram of a first connection example (power supply example 1 to the gate driver) for one phase of the single-phase or three-phase multilevel power conversion device of the present invention. In FIG. 4, the individual gate drive unit includes a first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch. A first interface circuit connected to the (2m-2) switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence to the (2m-2) interface circuit. .
ここで、図4に示す第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は各々2つの電源供給端子を有しており、例えば、第1インターフェース回路は電源供給端子21と25を有し、第2インターフェース回路は電源供給端子22と26を有し、第(2m―2)インターフェース回路は電源供給端子23と27を有する。第1インターフェース回路の電源供給端子21と第2インターフェース回路の電源供給端子22と第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子23と第3インターフェース回路〜第(2m−1)インターフェース回路の各一方の電源供給端子は、共用電源19の接地側端子20に接続されている。また、第1インターフェース回路の電源供給端子25と第2インターフェース回路の電源供給端子26と第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子27と第3インターフェース回路〜第(2m−1)インターフェース回路の各他方の電源供給端子は、共用電源19の高圧側端子24に接続されている。これにより、1つの共用電源19から、各インターフェース回路を介して第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にする。
Here, the first interface circuit to the (2m−2) th interface circuit shown in FIG. 4 each have two power supply terminals. For example, the first interface circuit has
図5は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図4に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。チャージポンプ回路とは、内部に備える能動素子のスイッチングにより、低圧側の電源またはコンデンサから高圧側のコンデンサを充電する回路で、ダイオードとコンデンサと半導体スイッチで構成される。図5において、第2ゲートドライバに接続された第2インターフェース回路は、2つの電源供給端子を有するチャージポンプ回路29により構成されている。チャージポンプ回路29の一方の電源供給端子が共用電源28の高圧側端子に接続され、他方の電源供給端子が共用電源28の接地側端子に接続されている。また、第3インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路も同様に共用電源28に接続されたチャージポンプ回路で構成されている。また、第1ゲートドライバに接続された第1インターフェース回路は単一のコンデンサCにより構成されている。図5において、1つの共用電源28(図4の共用電源19に相当)は、チャージポンプ回路29を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の各ゲートドライバにもチャージポンプ回路を介して電源を供給する。これにより、主回路のスイッチングによる各メインスイッチの低圧側の電位変動に影響されず、低圧側から高圧側へのコンデンサに電荷を充電可能で、主回路の動作と関係なく、1つの共用電源28から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 4 having an interface circuit realized by parallel connection of charge pump circuits is applied to a diode clamp type multi-level power converter. . The charge pump circuit is a circuit that charges a high-voltage side capacitor from a low-voltage side power supply or a capacitor by switching of an active element provided therein, and is composed of a diode, a capacitor, and a semiconductor switch. In FIG. 5, the second interface circuit connected to the second gate driver includes a
図6は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図4に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図6に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図5に示した変換レベル数mのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器と異なる構成の、変換レベル数mのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図5に示した回路と同じであるので、図5と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、主回路のスイッチングによる各メインスイッチの低圧側の電位変動に影響されず、低圧側から高圧側へのコンデンサに電荷を充電可能で、主回路の動作と関係なく、1つの共用電源28から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 4 provided with an interface circuit realized by parallel connection of charge pump circuits is applied to a flying capacitor type multi-level power converter. . The multi-level power converter for one phase shown in FIG. 6 is a flying capacitor type multi-level converter with m conversion levels, the main circuit of which is different from the diode clamp type multi-level power converter with m conversion levels shown in FIG. Since the configuration is a level power converter and the connection of the other individual gate drive units is the same as that of the circuit shown in FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. As a result, the capacitor from the low voltage side to the high voltage side can be charged without being affected by the potential fluctuation on the low voltage side of each main switch due to switching of the main circuit, and one
(ゲートドライバへの電源供給例2)
図7は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第2の接続例(ゲートドライバへの電源供給例2)の概略ブロック図を示す。図7において、個別ゲートドライブ部は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ及び第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とを有する。
(Example of power supply to the gate driver 2)
FIG. 7 is a schematic block diagram showing a second connection example (power supply example 2 to the gate driver) for one phase of the single-phase or three-phase multilevel power conversion device of the present invention. In FIG. 7, the individual gate drive unit includes a first gate driver to a (2m−2) gate driver connected in a one-to-one correspondence with the first switch to the (2m−2) switch, and the first switch. A first interface circuit to a (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence. Have.
ここで、図7に示す第1インターフェース回路は2つの電源供給端子32と34を有し、残りの第2インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は少なくとも1つの電源供給端子を有している。更に第mインターフェース回路は、一つの電源転送用端子を有している。例えば、第2インターフェース回路は電源供給端子35を有し、第mインターフェース回路は電源供給端子36と電源転送用端子37を有し、第(2m―2)インターフェース回路は電源供給端子38を有する。第1インターフェース回路の電源供給端子32は、共用電源30の接地側端子31に接続されている。また、第1インターフェース回路の電源供給端子34と第2インターフェース回路の電源供給端子35と第mインターフェース回路の電源供給端子36は、共用電源30の高圧側端子33に並列に接続されている。
Here, the first interface circuit shown in FIG. 7 has two
さらに、第mインターフェース回路の電源転送用端子37が第(m+1)インターフェース回路から第(2m−2)インターフェース回路までの各インターフェース回路の電源供給端子に並列に接続されている。第mインターフェース回路は電源供給端子36に供給された共用電源30からの電源を第mインターフェース回路の電源転送用端子37から出力して第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子38にそれぞれ入力する。これにより、1つの共用電源30から、各インターフェース回路を介して第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
Further, the
図8は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図7に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図8において、第2ゲートドライバに接続された第2インターフェース回路は、ダイオードとコンデンサからなるブートストラップ回路40により構成されている。また、第3インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路も同様にブートストラップ回路で構成されている。また、第1ゲートドライバに接続された第1インターフェース回路は単一のコンデンサCにより構成されている。図8において、1つの共用電源39(図7の共用電源30に相当)から、ブートストラップ回路40を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に第3ゲートドライバ〜第mゲートドライバまで第3インターフェース回路〜第mインターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して共用電源39から電源が供給される。
FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 7 provided with an interface circuit realized by a bootstrap circuit is applied to a diode clamp type multilevel power converter. In FIG. 8, the second interface circuit connected to the second gate driver includes a
さらに、第mインターフェース回路は、電源供給端子であるブートストラップ回路41内のダイオードのアノードに共用電源39から供給された電源電圧でコンデンサ42を充電し、ブートストラップ回路41内のダイオードのカソードとコンデンサ42と第mゲートドライバの高圧側電源入力端子との接続点を電源転送用端子として電源を出力する。第mインターフェース回路は出力した電源を第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路のブートストラップ回路を介して第(m+1)ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバへ供給する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは2つとすることができ、1つの共用電源39から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
Further, the m-th interface circuit charges the
図9は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図7に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図9に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図8に示した変換レベル数mのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の動作と異なる構成の、変換レベル数mのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図8に示したマルチレベル変換器と同じであるので、図8と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは2つとすることができ、1つの共用電源39から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 7 having an interface circuit realized by a bootstrap circuit is applied to a flying capacitor type multi-level power converter. The multi-level power converter for one phase shown in FIG. 9 is a flying capacitor with a conversion level number m, whose main circuit is different from the operation of the diode clamp type multi-level power converter with conversion level number m shown in FIG. The multi-level power converter is the same as the multi-level converter shown in FIG. 8 because the connection of the other individual gate drive units is the same as that of the multi-level converter shown in FIG. To do. Thus, the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver can be one or two regardless of the number of levels m, and power is supplied from one shared
(ゲートドライバへの電源供給例3)
図10は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第3の接続例(ゲートドライバへの電源供給例3)の概略ブロック図を示す。図10において、個別ゲートドライブ部は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ及び第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とを有する。ここで、図10に示す第1インターフェース回路は2つの電源供給端子45及び48を有し、第2インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路と第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は少なくとも1つの電源供給端子を有し、第mインターフェース回路は2つの電源供給端子46、50と1つの電源転送用端子51とを有している。第2インターフェース回路は電源供給端子49を有し、第(2m―2)インターフェース回路は電源供給端子52を有する。
(Example 3 of power supply to the gate driver)
FIG. 10 shows a schematic block diagram of a third connection example (example 3 of power supply to the gate driver) for one phase of the single-phase or three-phase multilevel power conversion device of the present invention. In FIG. 10, the individual gate drive unit includes a first switch to a (2m−2) gate driver connected to the first switch to the (2m−2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch. A first interface circuit to a (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence. Have. Here, the first interface circuit shown in FIG. 10 has two
第1インターフェース回路の電源供給端子45と第mインターフェース回路の電源供給端子46とは共用電源43の接地側端子44に接続され、第1インターフェース回路の電源供給端子48と第2インターフェース回路の電源供給端子49と第mインターフェース回路の電源供給端子50と第3インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路の各電源供給端子は共用電源43の高圧側端子47に接続されている。さらに、第mインターフェース回路の電源転送用端子51と第(m+1)インターフェース回路から第(2m−2)インターフェース回路までの各インターフェース回路の電源供給端子とは互いに接続されており、第mインターフェース回路の電源供給端子50、46間に入力された電源電圧を、第mインターフェース回路の電源転送用端子51から出力して第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子に入力する。これにより、1つの共用電源43から、各インターフェース回路を介して第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
The
図11は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続およびチャージポンプ回路の併用で実現したインターフェース回路を備える図10に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図11において、1つの共用電源53(図10の共用電源43に相当)は、単一のコンデンサCからなる第1インターフェース回路を介して第1ゲートドライバへ電源を供給するとともに、ブートストラップ回路54を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に第3ゲートドライバから第(m−1)ゲートドライバまで第3インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して電源を供給する。また、第mインターフェース回路を構成するチャージポンプ回路55は、共用電源53の高圧側端子と接地側端子とにそれぞれ接続された2つの電源供給端子と、コンデンサ56の一端とダイオードのカソードと第mゲートドライバの高圧側電源入力端子との接続点である1つの電源転送用端子とを有している。共用電源53は、第mゲートドライバへはチャージポンプ回路55を通して、主回路のスイッチングとは独立に電源を供給する。さらに、第(m+1)から第(2m−2)ゲートドライバへは、第mゲートドライバに接続されるチャージポンプ回路55内のコンデンサ56の一端(電源転送用端子)から第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して電源を供給する。
FIG. 11 shows a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 10 having an interface circuit realized by a parallel connection of a bootstrap circuit and a charge pump circuit is applied to a diode clamp type multi-level power converter. The schematic block diagram of is shown. In FIG. 11, one shared power supply 53 (corresponding to the shared
これにより、図11に示す一相分のマルチレベル電力変換器では、第mインターフェース回路を構成するチャージポンプ回路55は内部に3つのダイオードを有し、また、第2〜第(2m−2)インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路は内部に1つのダイオードを有することから、2m−2個の各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは3つとすることができる。さらに第mから第(2m−2)ゲートドライバに安定して電源を供給することができ、1つの共用電源53から第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路を介して第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
Accordingly, in the multi-level power converter for one phase shown in FIG. 11, the
図12は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路とチャージポンプ回路の併用で実現したインターフェース回路を備える図10に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図12中、図11と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図12に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図11に示したマルチレベル電力変換回路ではダイオードクランプ型であるの対しフライングキャパシタ型である点で相違するが、個別ゲートドライブ部は図11と同じである。よって、図12に示すマルチレベル電力変換器は図11に示したマルチレベル電力変換器と同様に、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは3つとすることができ、さらに第mゲートドライバから第(2m−2)ゲートドライバに安定して電荷を供給することができ、1つの共用電源53から第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路を介して第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
FIG. 12 shows a schematic configuration of the main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 10 provided with an interface circuit realized by the combined use of a bootstrap circuit and a charge pump circuit is applied to a flying capacitor type multilevel power converter. The figure is shown. 12, the same components as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The multi-level power converter for one phase shown in FIG. 12 is different in that the main circuit is a diode clamp type in the multi-level power converter circuit shown in FIG. 11 but a flying capacitor type. The parts are the same as in FIG. Therefore, similarly to the multilevel power converter shown in FIG. 11, the multilevel power converter shown in FIG. 12 sets the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver to 1 regardless of the number of levels m. The charge can be stably supplied from the m-th gate driver to the (2m-2) th gate driver, and the first interface circuit to the (2m-th) can be supplied from one shared
(ゲートドライバへの電源供給例4)
図13は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第4の接続例(ゲートドライバへの電源供給例4)の概略ブロック図を示す。図13において、個別ゲートドライブ部は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ及び第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とを有する。ここで、図13に示す第1インターフェース回路は二つの電源供給端子59及び61を有し、第2インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路はそれぞれ電源供給端子と電源転送用端子とを有し、第mインターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は少なくとも1つの電源供給端子を有している。
(Example 4 of power supply to gate driver)
FIG. 13 shows a schematic block diagram of a fourth connection example (example 4 of power supply to the gate driver) for one phase of the single-phase or three-phase multilevel power conversion device of the present invention. In FIG. 13, the individual gate drive unit includes a first switch to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch. A first interface circuit to a (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence. Have. Here, the first interface circuit shown in FIG. 13 has two power supply terminals 59 and 61, and the second to (m-1) th interface circuits each have a power supply terminal and a power transfer terminal. The m-th interface circuit to the (2m-2) -th interface circuit have at least one power supply terminal.
第1インターフェース回路の電源供給端子59は共用電源57の接地側端子58に接続され、第1インターフェース回路の電源供給端子61と第2インターフェース回路の電源供給端子62と第mインターフェース回路の電源供給端子63と第3インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路の各電源供給端子は共用電源57の高圧側端子60に接続されている。さらに、第2インターフェース回路から第(m−1)インターフェース回路の電源転送用端子はそれぞれ(m−1)段上の第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子に別々に接続されている。
The power supply terminal 59 of the first interface circuit is connected to the
これにより、1つの共用電源57から、第1インターフェース回路〜第mインターフェース回路を通して第1ゲートドライバ〜第mゲートドライバへ電源が供給される。また、第2インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路のそれぞれに共用電源57から供給された電源はそれぞれのインターフェース回路の電源転送用端子から出力され、それぞれ(m−1)段上の第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路に供給されるため、第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路を通して第(m+1)ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバへ共用電源57からの電源が供給される。このようにして、1つの共用電源57から、各インターフェース回路を介して第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
Thus, power is supplied from one shared
図14は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図13に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図14において、1つの共用電源64(図13の共用電源57に相当)は、単一のコンデンサCからなる第1インターフェース回路を介して第1ゲートドライバに電源を供給するとともに、ブートストラップ回路65を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に第3ゲートドライバから第mゲートドライバまで第3インターフェース回路〜第mインターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して電源を供給する。
FIG. 14 shows a schematic configuration diagram of a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 13 including an interface circuit realized by a bootstrap circuit is applied to a diode clamp type multilevel power converter. In FIG. 14, one shared power supply 64 (corresponding to the shared
また、第2インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路内のコンデンサ66や67等のコンデンサとダイオードのカソードとの各接続点が電源転送用端子とされており、各ブートストラップ回路に入力された電源が電源転送用端子からそれぞれ(m−1)段上の第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路の各ブートストラップ回路に転送されて供給される。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは2つとすることができ、1つの共用電源64から第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
In addition, each connection point between a capacitor such as
図15は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図13に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図15に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図14に示した変換レベル数mのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器と異なる構成の、変換レベル数mのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図14に示した回路と同じであるので、図14と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数mとは無関係に1つまたは2つとすることができ、1つの共用電源64から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
FIG. 15 shows a schematic configuration diagram of a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 13 having an interface circuit realized by a bootstrap circuit is applied to a flying capacitor type multi-level power converter. The multi-level power converter for one phase shown in FIG. 15 is different from the diode-clamped multi-level power converter with the number m of conversion levels shown in FIG. Since the configuration is a level power converter and the connection of the other individual gate drive units is the same as that of the circuit shown in FIG. 14, the same reference numerals as those in FIG. As a result, the number of diodes that pass when supplying power to each gate driver can be one or two regardless of the level number m, and power is supplied from one shared
(ゲートドライバへの電源供給例5)
図16は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の接続例(ゲートドライバへの電源供給例5)の概略ブロック図を示す。図16において、個別ゲートドライブ部は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ及び第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とを有する。ここで、図16に示す第1インターフェース回路は二つの電源供給端子70及び75を有し、第2インターフェース回路〜第(2m−1)インターフェース回路はそれぞれ2つの電源供給端子と電源を出力する1つの電源転送用端子とを有し、第(2m−2)インターフェース回路は少なくとも2つの電源供給端子を有している。
(Example 5 of power supply to gate driver)
FIG. 16 shows a schematic block diagram of a connection example (Example 5 of power supply to the gate driver) for one phase of the single-phase or three-phase multilevel power conversion device of the present invention. In FIG. 16, the individual gate drive unit includes a first gate driver to a (2m-2) gate driver connected in a one-to-one correspondence with the first switch to the (2m-2) switch, and the first switch. A first interface circuit to a (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence. Have. Here, the first interface circuit shown in FIG. 16 has two
共用電源68は3つの端子69、71、74を備える。74は電源の高圧側端子、69は電源の接地側端子、71はインターフェース回路内の充放電を制御するスイッチング素子の高圧側に接続される制御端子である。該スイッチング素子の低圧側は接地側端子69と共通電位である。第1インターフェース回路の電源供給端子70と共用電源68の接地側端子69を接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子72から第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子73までの各インターフェース回路の各一つの電源供給端子と共用電源68の制御端子71を接続する。また、第1インターフェース回路の電源供給端子75と第2インターフェース回路のもう一つの電源供給端子76と共用電源68の高圧側端子74を接続する。さらに第2インターフェース回路から第(2m−2)インターフェース回路までについては、隣接する上下2段のインターフェース回路のうち下側のインターフェース回路の電源転送用端子を上側のインターフェース回路のもう一つの電源供給端子に接続する。
The
これにより、1つの共用電源68から、第1インターフェース回路および第2インターフェース回路を別々に通して第1ゲートドライバおよび第2ゲートドライバへ電源が供給される。また、第2インターフェース回路から第(2m−2)インターフェース回路では、第2インターフェース回路に共用電源68から供給された電源が次々に上段側のインターフェース回路に供給されるとともに、第3インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路を通して第3ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバへ共用電源68からの電源が供給される。このようにして、1つの共用電源68から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
As a result, power is supplied from one shared
図17は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路で実現したインターフェース回路を備える図16に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図17において、1つの共用電源78(図16の共用電源68に相当)は、単一のコンデンサCからなる第1インターフェース回路を介して第1ゲートドライバに電源を供給するとともに、第2インターフェース回路79を介して第2ゲートドライバに電源を供給し、同様に第3ゲートドライバから第(2m−2)ゲートドライバまで第3インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路をそれぞれ介して電源を供給する。第2インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は、共用電源部77の内部に共用電源78と共に設置された半導体スイッチ80と信号発生器81を共通で使用することでチャージポンプ回路を構成するチャージポンプ部分回路で構成されている。
FIG. 17 shows a schematic configuration diagram of a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 16 provided with an interface circuit realized by a charge pump circuit is applied to a diode clamp type multi-level power converter. In FIG. 17, one shared power supply 78 (corresponding to the shared
信号発生器81からの信号によりスイッチングされる半導体スイッチ80の所定端子(図16の制御端子71に相当)は、第2インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路内の半導体スイッチのゲートにアノードが接続されたダイオードのカソード(図16の電源供給端子72等に相当)にそれぞれ接続されている。これにより、図17に示すマルチレベル電力変換装置では、第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路に信号発生器を必要とせず、各インターフェース回路の構成が簡単になり、1つの共用電源78から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。なお、第2インターフェース回路79内の共用電源78の正側端子(図16の高圧側端子74に相当)にアノードが接続されたダイオードDの当該アノードが前述した図16の電源供給端子76に相当し、ダイオードDのカソードが前述した図16の電源転送用端子に相当する。
A predetermined terminal (corresponding to the
図18は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路で実現したインターフェース回路を備える図16に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図18に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図17に示した変換レベル数mのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の構成と異なる、変換レベル数mのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図17に示した回路と同じであるので、図17と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、図18に示すマルチレベル変換器では、主回路のスイッチングとは独立に、インターフェース回路に信号発生器を必要とせず、各インターフェース回路の構成が簡単になり、1つの共用電源78から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。 FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 16 having an interface circuit realized by a charge pump circuit is applied to a flying capacitor type multi-level power converter. The multi-level power converter for one phase shown in FIG. 18 is different from the configuration of the diode-clamped multi-level power converter with the number of conversion levels m shown in FIG. Since the configuration is a level power converter and the connection of the other individual gate drive units is the same as that of the circuit shown in FIG. 17, the same reference numerals as those in FIG. As a result, the multilevel converter shown in FIG. 18 does not require a signal generator in the interface circuit independently from the switching of the main circuit, and the configuration of each interface circuit is simplified. It is possible to supply power to the gate driver.
(ゲートドライバへの電源供給例6)
図19は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第6の接続例(ゲートドライバへの電源供給例6)の概略ブロック図を示す。図19において、個別ゲートドライブ部は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ及び第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とを有する。ここで、図19に示す第1インターフェース回路は二つの電源供給端子85及び87を有し、第mインターフェース回路は二つの電源供給端子91及び93を有する。また、第2インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路、第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路はそれぞれ少なくとも1つの電源供給端子を有する。また、2つの共用電源82及び83が設けられている。
(Example 6 of power supply to gate driver)
FIG. 19 shows a schematic block diagram of a sixth connection example (example 6 of power supply to the gate driver) for one phase of the single-phase or three-phase multilevel power conversion device of the present invention. In FIG. 19, the individual gate drive unit includes a first switch to a (2m−2) gate driver connected to the first switch to the (2m−2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch. A first interface circuit to a (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence. Have. Here, the first interface circuit shown in FIG. 19 has two
第1インターフェース回路の電源供給端子85と共用電源82の接地側端子84を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子87、第2インターフェース回路の電源供給端子88、第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子89などの第1インターフェース回路から第(m−1)インターフェース回路までの各電源供給端子と共用電源82の高圧側端子86を接続する。さらに、第mインターフェース回路の電源供給端子91と共用電源83の接地側端子90を接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子93と、第(m+1)インターフェース回路から第(2m−2)インターフェース回路までの各電源供給端子と共用電源83の高圧側端子92を接続する。これにより、共用電源82から第1インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路を別々に介して第1ゲートドライバ〜第(m−1)ゲートドライバへ電源が供給され、共用電源83から第mインターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路を別々に介して第mゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバへ電源が供給される。
The
図20は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図19に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図20において、共用電源95から、単一のコンデンサC1からなる第1インターフェース回路を介して第1ゲートドライバに電源が供給され、また、共用電源95から、第2インターフェース回路を構成するブートストラップ回路96を介して第2ゲートドライバに電源が供給される。同様に、第3ゲートドライバ〜第(m−1)ゲートドライバに第3インターフェース回路〜第(m−1)インターフェース回路を構成するブートストラップ回路を介して電源が供給される。さらに、共用電源97から、単一のコンデンサC2からなる第mインターフェース回路を介して第mゲートドライバに電源が供給され、また、共用電源97から、第(m+1)インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して第(m+1)ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバに電源が供給される。これにより、ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードをレベル数mとは無関係に1つとすることができ、2つの共用電源95および97から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
FIG. 20 shows a schematic configuration diagram of a main part of the present invention in which the individual gate drive unit shown in FIG. 19 including an interface circuit realized by parallel connection of bootstrap circuits is applied to a diode clamp type multilevel power converter. . In FIG. 20, power is supplied from the shared
図21は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図19に示した個別ゲートドライブ部を適用した概略構成図を示す。図21に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図20に示した変換レベル数mのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の構成と異なる、変換レベル数mのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図20に示したマルチレベル電力変換器と同じであるので図20と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードをレベル数mとは無関係に1つとすることができ、2つの共用電源95および97から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram in which the individual gate drive unit shown in FIG. 19 including an interface circuit realized by a bootstrap circuit is applied to a flying capacitor type multilevel power converter. The multi-level power converter for one phase shown in FIG. 21 is different from the configuration of the diode clamp type multi-level power converter with a main circuit of m conversion levels shown in FIG. The configuration is a level power converter, and the connection of the other individual gate drive units is the same as that of the multi-level power converter shown in FIG. 20, and therefore the same reference numerals as those in FIG. As a result, one diode can be passed through when supplying power to the gate driver regardless of the number m of levels, and power can be supplied from the two shared
(ゲートドライバへの電源供給例7)
図22は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の各相の個別ゲートドライブ部の共用電源との第7の接続例(ゲートドライバへの電源供給例7)の概略ブロック図を示す。図22において、個別ゲートドライブ部は、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチ及び第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とを有する。ここで、図22に示すマルチレベル電力変換装置は、各インターフェース回路の電源供給端子を、主回路を構成する対応する各スイッチの高圧側と接続することで、共用電源なしでゲートドライバへ電源を供給する構成である。第1インターフェース回路の電源供給端子98は第1スイッチの高圧側99に接続され、第2インターフェース回路の電源供給端子100は第2スイッチの高圧側101に接続され、以下同様にして、第3インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路の各電源供給端子は対応して設けられた第3スイッチ〜第(2m−2)スイッチの高圧側にそれぞれ接続される。なお、102は第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子、103は第(2m−2)スイッチの高圧側端子である。これにより、共用電源なしで、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
(Example 7 of power supply to gate driver)
FIG. 22 is a schematic block diagram of a seventh connection example (example 7 of power supply to the gate driver) with the shared power supply of the individual gate drive unit of each phase of the single-phase or three-phase multilevel power conversion device of the present invention. Show. In FIG. 22, the individual gate drive unit includes a first switch to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch. A first interface circuit to a (2m-2) interface circuit connected to the (2m-2) switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence. Have. Here, the multilevel power converter shown in FIG. 22 connects the power supply terminal of each interface circuit to the high voltage side of each corresponding switch constituting the main circuit, thereby supplying power to the gate driver without a common power supply. It is the structure which supplies. The
図23は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したインターフェース回路を備える図22に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。自己給電回路とは、主回路の半導体スイッチのスイッチングに伴う電位変動により、専用電源を使わずに内部に備えるコンデンサを充電し、ゲートドライバに電力を供給する回路である。図23において、第1スイッチである半導体スイッチの高圧側104と第1インターフェース回路である自己給電回路105の電源入力端子とを接続し、同様にして全ての半導体スイッチの高圧側と対応する全てのインターフェース回路を構成する自己給電回路の電源入力端子とを接続する。これにより、主回路の半導体スイッチのスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
FIG. 23 shows a book in which the individual gate drive unit shown in FIG. 22 is applied to a diode clamp type multi-level power converter including an interface circuit realized by a self-feed circuit composed of a diode, a Zener diode, a capacitor, and a semiconductor switch. The schematic block diagram of the principal part of invention is shown. A self-feeding circuit is a circuit that charges an internal capacitor without using a dedicated power source and supplies power to a gate driver due to potential fluctuations accompanying switching of a semiconductor switch of a main circuit. In FIG. 23, the high-
図24は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したインターフェース回路を備える図22に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の概略構成図を示す。図24に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図23に示した変換レベル数mのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の構成と異なる、変換レベル数mのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図23に示したマルチレベル電力変換器と同じであるので図23と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、図24のマルチレベル電力変換器も図23のマルチレベル電力変換器と同様に主回路の半導体スイッチのスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。 FIG. 24 shows a book in which the individual gate drive unit shown in FIG. 22 including an interface circuit realized by a self-feed circuit composed of a diode, a Zener diode, a capacitor, and a semiconductor switch is applied to a flying capacitor type multi-level power converter. The schematic block diagram of invention is shown. The multi-level power converter for one phase shown in FIG. 24 is different from the configuration of the diode-clamped multi-level power converter with the number of conversion levels m shown in FIG. Since the configuration is a level power converter and the connection of the other individual gate drive units is the same as that of the multi-level power converter shown in FIG. 23, the same reference numerals as those in FIG. As a result, the multilevel power converter of FIG. 24 uses the switching of the semiconductor switch of the main circuit similarly to the multilevel power converter of FIG. 23 to supply power to all gate drivers without using a shared power supply. Can be possible.
図25は、カスケード接続型マルチレベル電力変換器に、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したインターフェース回路を備える図22に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。カスケード接続型マルチレベル電力変換器とは、2つの相から構成される単相フルブリッジ回路の出力端子を直列に接続することで実現するマルチレベル電力変換回路である。半導体スイッチの高圧側104と自己給電回路105を接続し、同様にして全ての半導体スイッチの高圧側と自己給電回路を接続する。これにより、主回路の半導体スイッチのスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
FIG. 25 shows a book in which the individual gate drive unit shown in FIG. 22 is provided with an interface circuit realized by a self-feed circuit composed of a diode, a Zener diode, a capacitor, and a semiconductor switch, in a cascade-connected multilevel power converter. The schematic block diagram of the principal part of invention is shown. A cascade connection type multilevel power converter is a multilevel power conversion circuit realized by connecting output terminals of a single-phase full-bridge circuit composed of two phases in series. The high-
(信号絶縁例1)
図26は、図1に示したマルチレベル電力変換器における主回路1が、ダイオードクランプ型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図26に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
(Signal insulation example 1)
FIG. 26 shows an application example in which the
図27は、図1に示したマルチレベル電力変換器における主回路1が、フライングキャパシタ型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図27に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
FIG. 27 shows an application example in which the
図28は、図1に示したマルチレベル電力変換器における主回路1が、カスケード接続型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図28に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
FIG. 28 shows an application example in which the
(信号絶縁例2)
図29は、図1に示したマルチレベル電力変換器における主回路1が、ダイオードクランプ型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図29に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
(Signal insulation example 2)
FIG. 29 shows an application example in which the
図30は、図1に示したマルチレベル電力変換器における主回路1が、フライングキャパシタ型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図30に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
FIG. 30 shows an application example in which the
図31は、図1に示したマルチレベル電力変換器における主回路1が、カスケード接続型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図28に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
FIG. 31 shows an application example in which the
1 直列接続(主回路)
2 個別ゲートドライブ部
3、9、16、19、28、30、39、43、53、57、64、68、78、82、83、95、97 共用電源
4 信号出力部
10、13〜15、21〜23、25〜27、32、34〜38、45、46、48〜52、59、61〜63、70、72、73、75、76、85、87〜89、91、93、94、98、100、102 電源供給端子
11、20、31、44、58、69、71、84、90 接地側端子
12、24、33、47、60、74、86、92 高圧側端子
17 ダイオード
18、66、67 コンデンサ
29、55、79 チャージポンプ回路
40、54、65、96 ブートストラップ回路
80 半導体スイッチ
81 信号発生器
105 自己給電回路
106 信号源
1 Series connection (main circuit)
2 Individual
Claims (8)
前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、少なくとも一つの電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、
前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
を有し、
前記第1インターフェース回路は一つの電源供給端子に一端が接続された単一の第1コンデンサからなり、第2インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は各々アノードが一つの電源供給端子に接続されたダイオードと前記ダイオードのカソードに一端が接続されたコンデンサとからなるブートストラップ回路であり、第mインターフェース回路は更に前記第mインターフェース回路を構成するダイオードのカソードとコンデンサと第mゲートドライバの電源入力端子との接続点を電源転送用端子とする構成であり、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第1インターフェース回路の前記第1コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第1インターフェース回路〜前記第mインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続し、第(m+1)インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記第mインターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする電力変換装置。 A main circuit having m conversion levels, which is configured by connecting in series (2m-2) switches including a first switch to a (2m-2) switch;
A first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch to the (2m-2) ) A first interface circuit having at least one power supply terminal connected to the switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence to the (2m-2) interface. An individual gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of a circuit,
One common power source comprising a high-voltage side terminal and a ground-side terminal;
A signal output unit for supplying signals separately to each of the first gate driver to the (2m-2) gate driver;
The first interface circuit includes a single first capacitor having one end connected to one power supply terminal, and each of the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit has an anode connected to one power supply terminal. And a capacitor having one end connected to the cathode of the diode, and the mth interface circuit further includes a diode cathode and a capacitor constituting the mth interface circuit, and a power supply for the mth gate driver. The connection point with the input terminal is the power transfer terminal.
The individual gate drive unit is
The other end of the first capacitor of the first interface circuit is connected to the ground side terminal of the shared power supply, and the one power supply terminal of each of the first interface circuit to the mth interface circuit is connected to the shared power supply. The one power supply terminal of each of the (m + 1) -th interface circuit to the (2m-2) -th interface circuit is connected to the power transfer terminal of the m-th interface circuit. Accordingly, power is separately supplied from the shared power supply to the first gate driver to the (2m-2) gate driver connected correspondingly through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit. Configuration,
The main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel. In addition, the power converter is configured to be shared by the main circuit and the individual gate drive unit.
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第1インターフェース回路〜前記第mインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続し、前記第1インターフェース回路の前記第1コンデンサの他端と前記第mインターフェース回路のもう一つの電源供給端子を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第(m+1)インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記第mインターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記第(m+1)インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路の各コンデンサを前記第mインターフェース回路の前記他方のコンデンサから出力された電源で充電することで、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 Of the second interface circuit to the (2m−2) th interface circuit, the mth interface circuit switches the semiconductor switch by a switching signal output from a signal generator instead of the bootstrap circuit, and reduces the voltage. A power pump on one side or a charge pump circuit for charging the other capacitor on the high voltage side from one capacitor, and two power supply terminals, one end of the other capacitor, and a power input terminal of the m-th gate driver. A power supply transfer terminal connected to
The individual gate drive unit is
The one power supply terminal of each of the first interface circuit to the m-th interface circuit is connected to the high-voltage side terminal of the common power source, and the other end of the first capacitor of the first interface circuit and the m-th interface circuit. Another power supply terminal of the interface circuit is connected to the ground side terminal of the shared power supply, and the one power supply terminal of each of the (m + 1) -th interface circuit to the (2m-2) -th interface circuit is By connecting to the power transfer terminal of the mth interface circuit, each capacitor of the (m + 1) th interface circuit to the (2m-2) th interface circuit is output from the other capacitor of the mth interface circuit. The first power supply from the shared power supply by charging with a separate power supply. Over scan circuits - said first (2m-2) is correspondingly connected to said first gate driver and said second (2m-2) separately supplies constituting the power supply to the gate driver through the interface circuit,
The main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel. The power converter according to claim 1, wherein the main circuit and the individual gate drive unit are used in common.
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第1インターフェース回路の前記第1コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第1インターフェース回路〜前記第mインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続するとともに、k番目(ただし、k=2〜m−1)の第kインターフェース回路の前記電源転送用端子を(m−1)段上の第(k+m−1)インターフェース回路の前記一つの電源供給端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 Among the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit, the second interface circuit to the (m-1) interface circuit are in one-to-one correspondence with the cathode and the capacitor of the diode in the bootstrap circuit. The configuration further includes a connection point with the power input terminal of the gate driver connected correspondingly as a power transfer terminal,
The individual gate drive unit is
The other end of the first capacitor of the first interface circuit is connected to the ground side terminal of the shared power supply, and the one power supply terminal of each of the first interface circuit to the mth interface circuit is connected to the shared power supply. And the power transfer terminal of the k-th (k = 2 to m−1) -th k-th interface circuit is connected to the high-voltage side terminal of the (m−1) -th (k + m−1) -th interface. By connecting to the one power supply terminal of the circuit, the first gate driver to the (2m) connected correspondingly from the shared power supply through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit. -2) The power supply is separately supplied to the gate driver.
The main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel. The power converter according to claim 1, wherein the main circuit and the individual gate drive unit are used in common.
前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1及び第2の電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、
前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
を有し、
前記第1インターフェース回路は単一の第1コンデンサから構成され、かつ、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路はそれぞれチャージポンプ回路により構成され、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第1コンデンサの一端と前記第1インターフェース回路の第1の電源供給端子と前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を構成する前記チャージポンプ回路の第1の電源供給端子とを前記共用電源の高圧側端子にそれぞれ接続し、かつ、前記第1コンデンサの他端と前記第1インターフェース回路の第2の電源供給端子と前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を構成する前記チャージポンプ回路の第2の電源供給端子とを前記共用電源の接地側端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする電力変換装置。 A main circuit having m conversion levels, which is configured by connecting in series (2m-2) switches including a first switch to a (2m-2) switch;
A first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch to the (2m-2) ) The first interface circuit having the first and second power supply terminals connected to the switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence with each other. 2) An individual gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of an interface circuit;
One common power source comprising a high-voltage side terminal and a ground-side terminal;
A signal output unit for supplying signals separately to each of the first gate driver to the (2m-2) gate driver;
The first interface circuit is composed of a single first capacitor, and the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit are each composed of a charge pump circuit,
The individual gate drive unit is
One end of the first capacitor, a first power supply terminal of the first interface circuit, a first power supply terminal of the charge pump circuit constituting the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit, Are connected to the high-voltage side terminal of the common power source, and the other end of the first capacitor, the second power supply terminal of the first interface circuit, and the second interface circuit to the (2m-2) interface. By connecting a second power supply terminal of the charge pump circuit constituting the circuit to a ground side terminal of the shared power supply, the shared power supply passes through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit. Separately supply power to the first to (2m-2) gate drivers connected correspondingly Is configured to supply
The main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel. In addition, the power converter is configured to be shared by the main circuit and the individual gate drive unit.
前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1及び第2の電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、
信号発生器と前記信号発生器からのスイッチング信号によりスイッチングされる半導体スイッチとからなり、チャージポンプ回路の一部を構成する共用回路部と、
前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
を有し、
前記第1インターフェース回路は一端が前記共用電源の高圧側端子に接続された単一の第1コンデンサから構成され、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路はそれぞれ前記共用回路部とともにチャージポンプ回路を構成し、かつ、第1及び第2の電源供給端子と電源転送用端子とを有するチャージポンプ部分回路から構成され、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第1インターフェース回路の前記第1コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第2インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路の各々の前記第1の電源供給端子を前記共用回路部に接続し、j番目(ただし、j=3〜2m−2)の第jインターフェース回路の前記第2の電源供給端子を第(j−1)インターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記共用電源から前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記2並列又は3並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする電力変換装置。 A main circuit having m conversion levels, which is configured by connecting in series (2m-2) switches including a first switch to a (2m-2) switch;
A first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch to the (2m-2) ) The first interface circuit having the first and second power supply terminals connected to the switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence with each other. 2) An individual gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of an interface circuit;
One common power source comprising a high-voltage side terminal and a ground-side terminal;
A signal generator and a semiconductor switch that is switched by a switching signal from the signal generator, and a shared circuit part that constitutes a part of the charge pump circuit;
A signal output unit for supplying signals separately to each of the first gate driver to the (2m-2) gate driver;
The first interface circuit is composed of a single first capacitor having one end connected to the high-voltage side terminal of the shared power source, and the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit are each the shared circuit section. A charge pump circuit, and a charge pump partial circuit having first and second power supply terminals and a power transfer terminal,
The individual gate drive unit is
The other end of the first capacitor of the first interface circuit is connected to the ground-side terminal of the shared power supply, and the first power supply of each of the second interface circuit to the (2m-2) interface circuit The terminal is connected to the shared circuit section, and the second power supply terminal of the j-th (j = 3 to 2m−2) j-th interface circuit is used for the power transfer of the (j−1) -th interface circuit. By connecting to a terminal, power is supplied from the shared power supply to the first gate driver to the (2m-2) gate driver connected correspondingly through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit. Are supplied separately,
The main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to form each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter, and the shared power supply is connected in two or three in parallel. In addition, the power converter is configured to be shared by the main circuit and the individual gate drive unit.
前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチに1対1に対応して接続された第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバと、前記第1スイッチ〜前記第(2m−2)スイッチ及び前記第1ゲートドライバ〜第(2m−2)ゲートドライバにそれぞれ1対1に対応して接続された、第1及び第2の電源供給端子を備える第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
を有し、
前記個別ゲートドライブ部内の前記第1インターフェース回路〜第(2m−2)インターフェース回路は、それぞれ対応して設けられた前記第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチの高圧側端子に電源入力端子が接続された自己給電回路により構成され、前記個別ゲートドライブ部は、共用電源を有することなく前記第1インターフェース回路〜前記第(2m−2)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第1ゲートドライバ〜前記第(2m−2)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを2並列又は3並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成することを特徴とする電力変換装置。 A main circuit having m conversion levels, which is configured by connecting in series (2m-2) switches including a first switch to a (2m-2) switch;
A first gate driver to a (2m-2) gate driver connected to the first switch to the (2m-2) switch in a one-to-one correspondence, and the first switch to the (2m-2) ) The first interface circuit having the first and second power supply terminals connected to the switch and the first gate driver to the (2m-2) gate driver in a one-to-one correspondence with each other. 2) An individual gate drive unit that does not require a dedicated power source composed of an interface circuit;
A signal output unit for supplying signals separately to each of the first gate driver to the (2m-2) gate driver;
The first interface circuit to the (2m-2) interface circuit in the individual gate drive unit have a power input terminal connected to a high-voltage side terminal of the first switch to the (2m-2) switch provided correspondingly, respectively. The first gate driver configured by a connected self-feeding circuit, wherein the individual gate drive unit is connected correspondingly through the first interface circuit to the (2m-2) interface circuit without having a common power source. The power supply is separately supplied to the (2m-2) th gate driver.
2. The power conversion device according to claim 1, wherein the main circuit and the individual gate drive unit are connected in two or three in parallel to constitute each phase of a single-phase or three-phase multilevel power converter.
The power converter according to any one of claims 1 to 6, wherein the main circuit is a flying capacitor type multi-level power converter circuit.
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