JP4501144B2 - AC-DC converter - Google Patents

AC-DC converter Download PDF

Info

Publication number
JP4501144B2
JP4501144B2 JP2000130925A JP2000130925A JP4501144B2 JP 4501144 B2 JP4501144 B2 JP 4501144B2 JP 2000130925 A JP2000130925 A JP 2000130925A JP 2000130925 A JP2000130925 A JP 2000130925A JP 4501144 B2 JP4501144 B2 JP 4501144B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
output
conversion circuit
voltage
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000130925A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001314081A (en
Inventor
守 鶴谷
伸明 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Priority to JP2000130925A priority Critical patent/JP4501144B2/en
Publication of JP2001314081A publication Critical patent/JP2001314081A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4501144B2 publication Critical patent/JP4501144B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は交流入力電力を直流出力電力に変換するAC−DCコンバータ、特に変換回路内に設けられたスイッチング素子の外来ノイズ等による破壊を防止するAC−DCコンバータに属する。
【0002】
【従来の技術】
従来のAC−DCコンバータは、例えば図4に示すように、フィルタリアクトル(2d,2e,2f)及びフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)を有し且つ三相交流電源(1)の交流入力端子(1A,1B,1C)に接続されたフィルタ回路(2)と、フィルタ回路(2)の出力端子に接続された変換回路(3)と、変換回路(3)の出力端子間に接続された還流用整流素子としての還流用ダイオード(16)と、還流用ダイオード(16)に直流リアクトル(17)を介して接続された平滑コンデンサ(18)とを備えている。変換回路(3)は、橋絡接続(ブリッジ接続)された3対のスイッチング素子を構成する第1〜第6のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)(4〜9)と、第1〜第6のIGBT(4〜9)の各々と直列に接続された逆流防止用整流素子を構成する第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)とを有する。直流リアクトル(17)と直流出力端子(40A)との間には電流検出器(19)が接続され、直流リアクトル(17)に流れる電流ILをその電流に対応する電圧VLとして検出する。交流入力端子(1A,1B,1C)には相電圧検出用トランス(20)が接続され、三相交流電源(1)からのU相、V相及びW相の交流入力電圧VU,VV,VWを検出する。制御回路(21)は、相電圧検出用トランス(20)の検出電圧VU,VV,VW及び電流検出器(19)の検出電圧VL並びに平滑コンデンサ(18)の電圧VDCに応じて変換回路(3)内における第1〜第6のIGBT(4〜9)のゲート端子の各々に第1〜第6のオン・オフ制御信号VG1,VG2;VG3,VG4;VG5,VG6を付与して第1〜第6のIGBT(4〜9)をオン・オフ制御する。
【0003】
図5に示すように、制御回路(21)は、基準電源(22)と、第1の誤差増幅器(23)と、第2の誤差増幅器(24)と、相電流基準信号発生回路(25)と、三角波発振回路(26)と、PWMコンパレータ(27,28,29)と、線電流パルス変換回路(30)と、制御信号出力回路(31)とを備えている。基準電源(22)は、平滑コンデンサ(18)の両端から出力される直流出力電圧VDCの基準値を規定する基準電圧VRDを発生する。第1の誤差増幅器(23)は、平滑コンデンサ(18)の電圧VDCを基準電源(22)の基準電圧VRDと比較してそれらの誤差電圧信号VE1を出力する。第2の誤差増幅器(24)は、電流検出器(19)の検出電圧VLを第1の誤差増幅器(23)の出力信号VE1と比較してそれらの誤差電圧信号VE2を出力する。相電流基準信号発生回路(25)は、相電圧検出用トランス(20)の検出電圧VU,VV,VW及び第2の誤差増幅器(24)の出力信号VE2に基づいてU相、V相及びW相の電流基準信号VRUV,VRVW,VRWUを発生する。三角波発振回路(26)は、三相交流電源(1)の周波数(50〜60Hz)よりも十分に高い周波数(1〜100kHz)の三角波信号VTを発生する。PWMコンパレータ(27,28,29)は、相電流基準信号発生回路(25)のU相、V相及びW相の電流基準信号VRUV,VRVW,VRWUを三角波発振回路(26)の三角波信号VTと比較して各相の電流のPWM変調信号VPUV,VPVW,VPWUを出力する。線電流パルス変換回路(30)は、各PWMコンパレータ(27),(28),(29)のPWM変調信号VPUV,VPVW,VPWUを「1」、「0」又は「−1」の3値の線電流パルス信号VSU(=VPUV−VPWU),VSV(=VPVW−VPUV),VSW(=VPWU−VPVW)に変換する。制御信号出力回路(31)は、各線電流パルス信号VSU,VSV,VSWの値をそれぞれ判別して変換回路(3)の第1〜第6のIGBT(4〜9)の各ゲート端子に付与する第1〜第6のオン・オフ制御信号VG1,VG2;VG3,VG4;VG5,VG6を出力する。
【0004】
制御信号出力回路(31)は、各線電流パルス信号VSU,VSV,VSWの何れかが「1」のときにそれに対応するアームの正側の第1、第3又は第5のIGBT(4,6,8)のゲート端子に付与する第1、第3又は第5のオン・オフ制御信号VG1,VG3,VG5を高(H)レベルにして第1、第3又は第5のIGBT(4,6,8)をオン状態にする。また、各線電流パルス信号VSU,VSV,VSWの何れかが「−1」のとき、それに対応するアームの負側の第2、第4又は第6のIGBT(5,7,9)のゲート端子に付与する第2、第4又は第6のオン・オフ制御信号VG2,VG4,VG6を高(H)レベルにして第2、第4又は第6のIGBT(5,7,9)をオン状態にする。更に、各線電流パルス信号VSU,VSV,VSWの何れかが「0」のときは、それに対応するアームの正側及び負側の第1及び第2のIGBT(4,5)、第3及び第4のIGBT(6,7)又は第5及び第6のIGBT(8,9)のゲート端子に付与する第1及び第2、第3及び第4又は第5及び第6のオン・オフ制御信号VG1,VG2;VG3,VG4;VG5,VG6の何れか1組を低(L)レベルにして第1及び第2のIGBT(4,5)、第3及び第4のIGBT(6,7)又は第5及び第6のIGBT(8,9)をオフ状態にする。
【0005】
図4に示すAC−DCコンバータの動作は以下の通りである。例えば、図6(A)に示すように三相交流電源(1)のU相の交流入力電流IUが正の半周期間のとき、電流検出器(19)の検出電圧VL及び相電圧検出用トランス(20)の検出電圧VU,VV,VW並びに平滑コンデンサ(18)の電圧VDCに応じてPWM変調された第1のオン・オフ制御信号VG1が制御回路(21)内の制御信号出力回路(31)から変換回路(3)内の第1のIGBT(4)のゲート端子に入力され、第1のIGBT(4)がオン・オフ動作される。これと同時に、第2のIGBT(5)のゲート端子に入力される第2のオン・オフ制御信号VG2は低レベル一定となり、第2のIGBT(5)がオフ状態となる。また、三相交流電源(1)のU相の交流入力電流IUが負の半周期間のときは、電流検出器(19)の検出電圧VL及び相電圧検出用トランス(20)の検出電圧VU,VV,VW並びに平滑コンデンサ(18)の電圧VDCに応じてPWM変調された第2のオン・オフ制御信号VG2が制御回路(21)内の制御信号出力回路(31)から変換回路(3)内の第2のIGBT(5)のゲート端子に入力され、第2のIGBT(5)がオン・オフ動作される。これと同時に、第1のIGBT(4)のゲート端子に入力される第1のオン・オフ制御信号VG1は低レベル一定となり、第1のIGBT(4)がオフ状態となる。これにより、変換回路(3)のU相アームに入力される電流IU0は図6(B)に示すように波高値IU0Pの正負のパルス電流波形となる。変換回路(3)のU相アームに入力される正負のパルス状の電流IU0はフィルタ回路(2)により低次の高調波成分が除去され、基本波成分のみの正弦波電流となる。V相アーム及びW相アームについても前記と略同様の動作が行なわれる。但し、U相アームの第1のIGBT(4)がオン状態のときはV相アームの第4のIGBT(7)又はW相アームの第6のIGBT(9)の何れか1つがオン状態となり、U相アームの第2のIGBT(5)がオン状態のときはV相アームの第3のIGBT(6)又はW相アームの第5のIGBT(8)の何れか1つがオン状態となる。
【0006】
したがって、例えば変換回路(3)のU相アームの第1のIGBT(4)及びV相アームの第4のIGBT(7)がオン状態のときは、三相交流電源(1)のU相出力、フィルタ回路(2)、第1の逆流防止用ダイオード(10)、第1のIGBT(4)、直流リアクトル(17)、平滑コンデンサ(18)並びに負荷(32)、第4のIGBT(7)、第4の逆流防止用ダイオード(13)、フィルタ回路(2)、三相交流電源(1)のV相出力の経路で電流が流れ、直流リアクトル(17)にエネルギが蓄積されると共に平滑コンデンサ(18)が充電される。その後、変換回路(3)のU相アームの第1のIGBT(4)がオフ状態になると、直流リアクトル(17)の蓄積エネルギ及び平滑コンデンサ(18)の電荷が放出され、直流リアクトル(17)、平滑コンデンサ(18)並びに負荷(32)、還流用ダイオード(16)の経路で電流が流れる。また、変換回路(3)のU相アームの第2のIGBT(5)及びV相アームの第3のIGBT(6)がオン状態のときは、三相交流電源(1)のV相出力、フィルタ回路(2)、第3の逆流防止用ダイオード(12)、第3のIGBT(6)、直流リアクトル(17)、平滑コンデンサ(18)並びに負荷(32)、第2のIGBT(5)、第2の逆流防止用ダイオード(11)、フィルタ回路(2)、三相交流電源(1)のU相出力の経路で電流が流れ、直流リアクトル(17)にエネルギが蓄積されると共に平滑コンデンサ(18)が充電される。その後、変換回路(3)のU相アームの第2のIGBT(5)がオフ状態になると、直流リアクトル(17)の蓄積エネルギ及び平滑コンデンサ(18)の電荷が放出され、直流リアクトル(17)、平滑コンデンサ(18)並びに負荷(32)、還流用ダイオード(16)の経路で電流が流れる。変換回路(3)のV相アームの第3及び第4のIGBT(6,7)並びにW相アームの第5及び第6のIGBT(8,9)がオン・オフ動作する場合、又は変換回路(3)のU相アームの第1及び第2のIGBT(4,5)並びにW相アームの第5及び第6のIGBT(8,9)がオン・オフ動作する場合についても前記と略同様の動作が行なわれる。以上により、図6(C)に示すような一定レベルの直流電流ILが直流リアクトル(17)に流れ、平滑コンデンサ(18)の両端に直流出力電圧VDCが発生する。
【0007】
変換回路(3)の第1〜第6のIGBT(4〜9)のオン・オフ動作により平滑コンデンサ(18)の両端から出力される直流出力電圧VDCは、制御回路(21)内の第1の誤差増幅器(23)にて基準電源(22)の基準電圧VRDと比較され、直流出力電圧VDC及び基準電圧VRDの誤差電圧信号VE1が第1の誤差増幅器(23)から出力される。第1の誤差増幅器(23)の誤差電圧信号VE1は、第2の誤差増幅器(24)において電流検出器(19)により検出された直流リアクトル(17)の検出電圧VLと比較され、誤差電圧信号VE1及び検出電圧VLの誤差電圧信号VE2が第2の誤差増幅器(24)から出力される。第2の誤差増幅器(24)の誤差電圧信号VE2は、相電圧検出用トランス(20)の検出電圧VU,VV,VWと共に相電流基準信号発生回路(25)に入力され、検出電圧VU,VV,VW及び誤差電圧信号VE2に基づいて相電流基準信号発生回路(25)から図7(A)に示すようなU相、V相及びW相の電流基準信号VRUV,VRVW,VRWUが出力される。相電流基準信号発生回路(25)のU相、V相及びW相の電流基準信号VRUV,VRVW,VRWUは、各PWMコンパレータ(27,28,29)において三角波発振回路(26)の三角波信号VTとそれぞれ比較され、電流基準信号VRUV,VRVW,VRWUと三角波信号VTとの関係がVRUV,VRVW,VRWU<VTのときに低レベルとなり、VRUV,VRVW,VRWU>VTのときに高レベルとなる図7(B),(C),(D)に示すようなPWM変調信号VPUV,VPVW,VPWUが各PWMコンパレータ(27,28,29)から出力される。各PWMコンパレータ(27,28,29)のPWM変調信号VPUV,VPVW,VPWUは、線電流パルス変換回路(30)にてそれぞれ図7(E),(F),(G)に示すような線電流パルス信号VPUV−VPWU=VSU;VPVW−VPUV=VSV;VPWU−VPVW=VSWに変換される。線電流パルス変換回路(30)の線電流パルス信号VS U,VSV,VSWは、制御信号出力回路(31)にてそれらの値、即ち「1」、「0」又は「−1」がそれぞれ判別され、制御信号出力回路(31)から変換回路(3)の第1〜第6のIGBT(4〜9)の各ゲート端子に第1〜第6のオン・オフ制御信号VG1,VG2;VG3,VG4;VG5,VG6がそれぞれ付与される。
【0008】
以上により、直流リアクトル(17)に流れる電流IL及び三相交流電源(1)のU相、V相及びW相の交流入力電圧VU,VV,VW並びに平滑コンデンサ(18)の両端の直流出力電圧VDCに応じて変換回路(3)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)が制御回路(21)によりオン・オフ制御され、三相交流電源(1)からフィルタ回路(2)を介して変換回路(3)のU相、V相及びW相アームに流れる交流入力電流IU0,IV0,IW0が正弦波状に制御されると共に直流出力端子(40A,40B)から出力される直流出力電圧VDCが一定レベルに保持される。
【0009】
図4に示すAC−DCコンバータでは、三相交流電源(1)からフィルタ回路(2)を介して変換回路(3)のU相、V相及びW相アームに流れる交流入力電流IU0,IV0,IW0が正弦波状に制御されると共に直流出力端子(40A,40B)から出力される直流出力電圧VDCが一定レベルに保持されるので、入力力率を略1.0に上昇できると共に高安定な直流出力電圧VDCが得られる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図4に示す従来のAC−DCコンバータでは、図7(E),(F),(G)に示す各線電流パルス信号VSU,VSV,VSWの値が全て「0」で変換回路(3)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)の全てがオフ状態となる期間中は、交流入力端子(1A,1B,1C)側及び直流出力端子(40A,40B)側から見たインピーダンスが高くなる。このとき、外部からU相、V相又はW相の交流入力ラインとグランド(シャーシ)との間にノイズが侵入し、このノイズにより発生するサージ電圧が変換回路(3)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)に印加され、第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)が破壊されることがあった。これを防止するためには、第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)と並列にコンデンサを接続することが考えられるが、回路動作上、好ましくない。例えば、第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)と並列にコンデンサを接続すると、スイッチング速度が低下して短絡電流が流れ、第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)が焼損する場合がある。
【0011】
そこで、本発明は外来ノイズによる変換回路のスイッチング素子の破壊を防止できるAC−DCコンバータを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によるAC−DCコンバータは、交流入力端子(1A,1B,1C)に接続されたフィルタ回路(2)と、フィルタ回路(2)と直流出力端子(40A,40B)との間に接続された変換回路(3)と、直流出力端子(40A,40B)間に接続された平滑コンデンサ(18)とを備え、変換回路(3)に設けたスイッチング素子(4〜9)をオン・オフ動作させることにより、交流入力端子(1A,1B,1C)からフィルタ回路(2)を介して供給される交流電力を変換回路(3)により直流電力に変換して直流出力端子(40A,40B)から直流出力を取り出す。このAC−DCコンバータでは、フィルタ回路(2)は、交流入力端子(1A,1B,1C)と変換回路(3)との間に挿入されたフィルタリアクトル(2d,2e,2f)と、フィルタリアクトル(2d,2e,2f)と変換回路(3)との接続点に接続される星形結線のフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)とを有し、直流出力端子(40A,40B)間に少なくとも2つの分圧用コンデンサ(35,36)を直列に接続し、星形結線のフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)の接続中点と分圧用コンデンサ(35,36)の接続中点とを補助コンデンサ(44)を介して相互に接続する。外部からのノイズにより交流入力端子(1A,1B,1C)にサージ電圧が発生すると、交流入力端子(1A,1B,1C)からフィルタ回路(2)のフィルタリアクトル(2d,2e,2f)、フィルタコンデンサ(2a,2b,2c)、補助コンデンサ(44)及び直流出力端子(40A,40B)間の分圧用コンデンサ(35,36)並びに直流出力ライン−グランド間の浮遊容量(43)を介してグランドにサージ電流が流れるため、変換回路(3)にはサージ電圧が直接印加されない。したがって、外来ノイズによる変換回路(3)内のスイッチング素子(4〜9)の破壊を防止することができる。また、分圧用コンデンサ(35,36)は平滑コンデンサ(18)の静電容量を増大させるので、直流出力電圧(VDC)が更に安定化される。更に、外来ノイズを直流出力電力として有効に利用できる。
【0013】
また、フィルタ回路(2)の各出力ラインにフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)を星形結線し、フィルタコンデンサ(2a,2b,2c)の接続中点と分圧用コンデンサ(35,36)の接続中点との間に補助コンデンサ(44)を接続したので、フィルタコンデンサ(2a,2b,2c)に印加される高調波電圧の一部が補助コンデンサ(44)に分担され、フィルタ回路(2)内のフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)の耐圧を下げることができる。
【0014】
本発明の他の実施の形態では、変換回路(3)はフィルタ回路(2)と直流出力端子(40A,40B)との間に並列に接続された複数の変換回路(3A,3B)を備えている。また、変換回路(3A,3B)の出力端子間にそれぞれ接続された還流用整流素子(16A,16B)と、変換回路(3A,3B)の各出力端子と直流出力端子(40A,40B)との間に接続された直流リアクトル(17A,17B,34A,34B)と、還流用整流素子(16A,16B)及び直流リアクトル(17A,17B,34A,34B)の接続点と分圧用コンデンサ(35,36)の接続中点との間に接続された電圧平衡用整流素子(37A,37B,38A,38B)とを備え、変換回路(3A,3B)の出力端子毎に直流リアクトル(17A,17B,34A,34B)、分圧用コンデンサ(35,36)及び電圧平衡用整流素子(37A,37B,38A,38B)の直流回路を形成する。何れかの変換回路(3A,3B)内のスイッチング素子(4〜9)がオフ状態に切り替わると、直流リアクトル(17A又は17B,34A又は34B)内に蓄積されたエネルギの差分に相当する電流が直流リアクトル(17A又は34A,17B又は34B)、分圧用コンデンサ(35又は36)及び電圧平衡用整流素子(37A,38A,37B,38B)により構成される直流回路に流れ、分圧用コンデンサ(35又は36)が充電される。これにより、分圧用コンデンサ(35,36)が略均等な電圧レベルに充電され、直流リアクトル(17A,34A,17B,34B)に均等な電流が流れるので、均等なレベルの電圧が変換回路(3A,3B)内のスイッチング素子(4〜9)に印加される。したがって、上記の実施の形態では外来ノイズにより発生するサージ電圧による変換回路(3A,3B)のスイッチング素子(4〜9)の破壊を防止できると共に、出力電流の不平衡により発生する不均等な電圧による変換回路(3A,3B)内のスイッチング素子(4〜9)の破壊を抑制できる利点がある。
【0015】
本発明のもう一つの他の実施の形態では、変換回路(3A,3B)の正側出力端子に各々接続された正側直流リアクトル(17A,17B)間に接続され且つ中間タップが正側の直流出力端子(40A)に接続された正側電流均衡用リアクトル(41)と、変換回路(3A,3B)の負側出力端子に各々接続された負側直流リアクトル(34A,34B)間に接続され且つ中間タップが負側の直流出力端子(40B)に接続された負側電流均衡用リアクトル(42)とを備えている。複数の変換回路(3A,3B)の各正側出力ラインに流れる電流のレベル差に基づく電流が正側電流均衡用リアクトル(41)に流れることにより、各変換回路(3A,3B)の正側出力ラインにはバランスの取れた均等の電流が流れる。同様に、複数の変換回路(3A,3B)の各負側出力ラインに流れる電流のレベル差に基づく電流が負側電流均衡用リアクトル(42)に流れることにより、各変換回路(3A,3B)の負側出力ラインにはバランスの取れた均等の電流が流れる。したがって、複数の変換回路(3A,3B)内のオフしているスイッチング素子(4〜9)にバランスの取れた電圧が印加されるので、外来ノイズにより発生するサージ電圧による各変換回路(3A,3B)のスイッチング素子(4〜9)の破壊を防止できると共に、出力電流の不平衡により発生する不均等な電圧による各変換回路(3A,3B)内のスイッチング素子(4〜9)の破壊を抑制できる利点がある。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるAC−DCコンバータの実施の形態を図1〜図3に基づいて説明する。但し、図1では図4と同一の箇所には同一の符号を付してその説明を省略すると共に、本発明によるAC−DCコンバータの他の実施の形態を示す図2及び図3では図1と同一の箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
図1に示すように、本実施の形態のAC−DCコンバータは、フィルタ回路(2)のU相、V相及びW相の各出力ラインにフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)を星形結線し、直流出力端子(40A,40B)間に2つの分圧用コンデンサ(35,36)を直列に接続し、フィルタコンデンサ(2a,2b,2c)の接続中点と分圧用コンデンサ(35,36)の接続中点とを補助コンデンサ(44)を介して相互に接続した点に特徴がある。図1において、符号(43)は変換回路(3)及び直流出力端子(40A,40B)を接続する直流出力ラインとグランドとの間に存在する浮遊容量を示す。その他の構成は、図4に示す従来のAC−DCコンバータと同様である。
【0017】
上記の構成において、変換回路(3)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)が全てオフ状態となる期間中に三相交流電源(1)の交流入力端子(1A)、フィルタ回路(2)及び変換回路(3)を接続するU相入力ラインとグランドとの間に外部からのノイズが侵入すると、交流入力端子(1A)にサージ電圧が発生する。このサージ電圧は変換回路(3)内のU相アームの第1及び第2のIGBT(4,5)及び第1及び第2の逆流防止用ダイオード(10,11)に印加しようとするが、交流入力端子(1A)からフィルタ回路(2)内のフィルタリアクトル(2d)及びフィルタコンデンサ(2a)、補助コンデンサ(44)、直流出力端子(40A,40B)間の分圧用コンデンサ(35,36)並びに変換回路(3)の直流出力ライン−グランド間の浮遊容量(43)を介してグランドに接続されたシャーシにサージ電流が流れるため、変換回路(3)内のU相アームの第1及び第2のIGBT(4,5)並びに第1及び第2の逆流防止用ダイオード(10,11)にはサージ電圧が直接印加されない。同様に、三相交流電源(1)の交流入力端子(1B)、フィルタ回路(2)及び変換回路(3)を接続するV相入力ラインとグランドとの間、又は三相交流電源(1)の交流入力端子(1C)、フィルタ回路(2)及び変換回路(3)を接続するW相入力ラインとグランドとの間に外部からのノイズが侵入した場合も前記と同様の経路でサージ電流が流れるため、変換回路(3)内のV相アームの第3及び第4のIGBT(6,7)並びに第3及び第4の逆流防止用ダイオード(12,13)、又はW相アームの第5及び第6のIGBT(8,9)並びに第5及び第6の逆流防止用ダイオード(14,15)にはサージ電圧が直接印加されない。したがって、外来ノイズによる変換回路(3)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)の破壊を防止することができる。なお、本実施の形態のAC−DCコンバータの基本的な動作は図4に示す従来のAC−DCコンバータの動作と全く同様であるので、説明は省略する。
【0018】
上記のように、本実施の形態では外部からのノイズにより三相交流電源(1)の交流入力端子(1A,1B,1C)にサージ電圧が発生すると、フィルタ回路(2)内のフィルタリアクトル(2d,2e,2f)及びフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)、逆流防止用ダイオード(45)、補助コンデンサ(44)並びに直流出力端子(40A,40B)間の分圧用コンデンサ(35,36)にサージ電流がバイパスされ、サージ電圧が変換回路(3)に直接的に印加されないため、外来ノイズによる変換回路(3)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)の破壊を防止することが可能となる。また、分圧用コンデンサ(35,36)は平滑コンデンサ(18)の静電容量を増大させる作用も有するので、直流出力電圧VDCを更に安定化することが可能であり、外来ノイズを直流出力電力として有効利用することが可能となる。更に、三相交流電源(1)からフィルタ回路(2)内のフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)に印加されるU相、V相及びW相の交流入力電圧に含まれる第3次高調波電圧が補助コンデンサ(44)により分担されるため、フィルタ回路(2)内のフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)の耐圧を下げることができる。
【0019】
図2は、フィルタ回路(2)と直流出力端子(40A,40B)との間に第1及び第2の変換回路(3A,3B)を並列に接続し、各変換回路(3A,3B)の出力端子間に第1及び第2の還流用ダイオード(16A,16B)をそれぞれ接続し、各変換回路(3A,3B)の正側出力端子と正側直流出力端子(40A)との間に正側直流リアクトル(17A,17B)をそれぞれ接続し、各変換回路(3A,3B)の負側出力端子と負側直流出力端子(40B)との間に負側直流リアクトル(34A,34B)をそれぞれ接続し、第1及び第2の還流用ダイオード(16A,16B)並びに正側及び負側直流リアクトル(17A,17B,34A,34B)の各接続点と分圧用コンデンサ(35,36)の接続中点との間に電圧平衡用整流素子としての電圧平衡用ダイオード(37A,37B,38A,38B)をそれぞれ接続し、変換回路(3A,3B)の出力端子毎に直流リアクトル(17A,17B,34A,34B)、分圧用コンデンサ(35,36)及び電圧平衡用ダイオード(37A,37B,38A,38B)の直流回路を形成した本発明によるAC−DCコンバータの別の実施の形態を示す。図示は省略するが、第1及び第2の変換回路(3A,3B)は共に図1に示す変換回路(3)と同一の構成を有し、第1の変換回路(3A)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)に対してπ/2[rad]だけスイッチング位相が遅れて第2の変換回路(3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)がオン・オフ動作される。これにより、第1及び第2の変換回路(3A,3B)に流れる電流の位相差がπ/2[rad]となるので、三相各相に流れる交流入力電流が正弦波に波形整形されると共に交流入力電流のリップル(脈動)が減少する。その他の構成は、図1に示すAC−DCコンバータと同様である。なお、図2に示すAC−DCコンバータの定常時の基本的な動作の詳細は、例えば特願平11−321392号に開示されている。
【0020】
図2に示す構成において、第1又は第2の変換回路(3A,3B)の何れか一方の第1〜第6のIGBT(4〜9)が全てオフ状態となる期間中に三相交流電源(1)の交流入力端子(1A)、フィルタ回路(2)並びに第1及び第2の変換回路(3A,3B)を接続するU相入力ラインとグランドとの間に外部からのノイズが侵入すると、交流入力端子(1A)にサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、第1〜第6のIGBT(4〜9)が全てオフ状態の第1又は第2の変換回路(3A,3B)内のU相アームの第1及び第2のIGBT(4,5)及び第1及び第2の逆流防止用ダイオード(10,11)に印加しようとするが、交流入力端子(1A)からフィルタ回路(2)内のフィルタリアクトル(2d)及びフィルタコンデンサ(2a)、補助コンデンサ(44)、直流出力端子(40A,40B)間の分圧用コンデンサ(35,36)並びに変換回路(3)の直流出力ライン−グランド間の浮遊容量(43)を介してグランドに接続されたシャーシにサージ電流が流れるため、第1及び第2の変換回路(3A,3B)内のU相アームの第1及び第2のIGBT(4,5)並びに第1及び第2の逆流防止用ダイオード(10,11)にはサージ電圧が直接印加されない。同様に、三相交流電源(1)の交流入力端子(1B)、フィルタ回路(2)並びに第1及び第2の変換回路(3A,3B)を接続するV相入力ラインとグランドとの間、又は三相交流電源(1)の交流入力端子(1C)、フィルタ回路(2)並びに第1及び第2の変換回路(3A,3B)を接続するW相入力ラインとグランドとの間に外部からのノイズが侵入した場合も前記と同様の経路でサージ電流が流れるため、第1及び第2の変換回路(3A,3B)内のV相アームの第3及び第4のIGBT(6,7)並びに第3及び第4の逆流防止用ダイオード(12,13)、又はW相アームの第5及び第6のIGBT(8,9)並びに第5及び第6の逆流防止用ダイオード(14,15)にはサージ電圧が直接印加されない。したがって、外来ノイズによる第1及び第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)の破壊を防止できる。
【0021】
また、動作の際に、第1の変換回路(3A)の正側出力ライン及び負側出力ラインにそれぞれ5.5[A]、4.5[A]の電流が流れ、第2の変換回路(3B)の正側出力ライン及び負側出力ラインにそれぞれ4.5[A]、5.5[A]の電流が流れ、第1又は第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)がオフ状態になると、第1の変換回路(3A)側の負側直流リアクトル(34A)には4.5[A]の電流が流れようとし、正側直流リアクトル(17A)には5.5[A]の電流が流れようとするために、その差分の電流ΔI1が正側直流リアクトル(17A)、分圧用コンデンサ(35)、電圧平衡用ダイオード(37A)の経路で流れ、分圧用コンデンサ(35)が充電される。同様に、第2の変換回路(3B)側の正側直流リアクトル(17B)に4.5[A]の電流が流れようとし、負側直流リアクトル(34B)に5.5[A]の電流が流れようとするために、その差分の電流ΔI2が負側直流リアクトル(34B)、電圧平衡用ダイオード(38B)、分圧用コンデンサ(36)の経路で流れ、分圧用コンデンサ(36)が充電される。その結果、分圧用コンデンサ(35,36)が略均等な電圧レベルに充電され、正側及び負側直流リアクトル(17A,34A,17B,34B)に均等なレベルの電流が流れるので、第1及び第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)に均衡した電圧が印加される。したがって、出力電圧の不均衡により発生する不均等な電圧による第1及び第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)の破壊を防止できる。
【0022】
上記のように、図2に示す実施の形態では、外部からのノイズにより三相交流電源(1)の交流入力端子(1A,1B,1C)にサージ電圧が発生すると、フィルタ回路(2)内のフィルタリアクトル(2d,2e,2f)及びフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)、補助コンデンサ(44)並びに直流出力端子(40A,40B)間の分圧用コンデンサ(35,36)にサージ電流がバイパスされ、サージ電圧が第1及び第2の変換回路(3A,3B)に直接的に印加されないため、図1に示す実施の形態の場合と同様に外来ノイズによる第1及び第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)の破壊を防止できる。また、第1又は第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)がオフ状態に切り替わると、直流リアクトル(17A又は17B,34A又は34B)内に蓄積されたエネルギの差分に相当する電流ΔI1,ΔI2が直流リアクトル(17A又は34A,17B又は34B)、分圧用コンデンサ(35又は36)及び電圧平衡用ダイオード(37A,38A,37B,38B)により構成される直流回路に流れ、分圧用コンデンサ(35又は36)が充電される。これにより、分圧用コンデンサ(35,36)が略均等な電圧レベルに充電され、直流リアクトル(17A,34A,17B,34B)に均等な電流が流れると共に第1及び第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)に均等なレベルの電圧が印加されるので、出力電流の不平衡により発生する不均等な電圧による第1及び第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)の破壊を防止できる利点がある。
【0023】
図3は、正側直流リアクトル(17A,17B)間に正側電流均衡用リアクトル(41)を接続して正側電流均衡用リアクトル(41)の中間タップと正側の直流出力端子(40A)とを接続すると共に、負側直流リアクトル(34A,34B)間に負側電流均衡用リアクトル(42)を接続して負側電流均衡用リアクトル(42)の中間タップと負側の直流出力端子(40B)とを接続した図2に示すAC−DCコンバータの変更実施の形態を示す。図3に示すAC−DCコンバータの動作の際に、第1の変換回路(3A)の正側出力ライン及び負側出力ラインにそれぞれ5.5[A]、4.5[A]の電流が流れ、第2の変換回路(3B)の正側出力ライン及び負側出力ラインにそれぞれ4.5[A]、5.5[A]の電流が流れるとすると、第1の変換回路(3A)側の正側出力ラインと第2の変換回路(3B)側の正側出力ラインとに流れる電流のレベルには1.0[A]の差が生じる。このレベル差に基づく電流が正側電流均衡用リアクトル(41)に流れることによって、第1の変換回路(3A)側の正側出力ラインの電流は減少するように働き、第2の変換回路(3B)側の正側出力ラインの電流は増加するように働くため、双方の正側出力ラインにはバランスの取れた均等の電流が流れる。負側電流均衡用リアクトル(42)でも前記と同様な作用が生じ、それぞれの負側出力ラインでもバランスの取れた均等の電流が流れる。また、第1又は第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)のオフ時には、図2に示す実施の形態と同様に、正側直流リアクトル(17A)、電流均衡用リアクトル(41)、分圧用コンデンサ(35)、電圧平衡用ダイオード(37A)の経路で電流ΔI1が流れ、分圧用コンデンサ(35)が充電される。また、第2の変換回路(3B)側でも前記と同様な作用が生じ、負側直流リアクトル(34B)、電圧平衡用ダイオード(38B)、分圧用コンデンサ(36)、電流均衡用リアクトル(42)の経路で電流ΔI2が流れ、分圧用コンデンサ(36)が充電される。この結果、第1及び第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)にバランスの取れた電圧が印加され、第1及び第2の変換回路(3A,3B)内の第1〜第6のIGBT(4〜9)及び第1〜第6の逆流防止用ダイオード(10〜15)の破壊を防止できる。したがって、図3に示す実施の形態でも図2に示す実施の形態と略同様の作用効果が得られる。
【0024】
本発明の実施態様は前記の各実施の形態に限定されず、更に種々の変更が可能である。例えば、上記の各実施の形態では変換回路(3)を構成するスイッチング素子としてIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を使用した形態を示したが、MOS-FET(MOS型電界効果トランジスタ)、J-FET(接合型電界効果トランジスタ)、接合型バイポーラトランジスタ又はサイリスタ等の他のスイッチング素子を使用してもよい。また、図1に示す実施の形態の補助コンデンサ(44)は場合に応じて省略することも可能である。同様に、上記の各実施の形態の平滑コンデンサ(18)を分圧用コンデンサ(35,36)で兼用して省略してもよい。また、図2及び図3に示す実施の形態ではフィルタ回路(2)と平滑コンデンサ(18)との間に変換回路(3)及び還流用ダイオード(16)及び直流リアクトル(17)を2段並列に接続した形態を示したが、2段以上並列に接続することも可能である。この場合、各段の変換回路(3)のスイッチング位相をそれぞれ変換回路(3)の1スイッチング周期に対して変換回路(3)の段数の逆数倍に対応する角度、即ちπ/n[rad](n:変換回路(3)の段数)ずつずらしてオン・オフ制御すれば、フィルタ回路(2)の出力側におけるU相、V相及びW相の電流の波高値は変換回路(3)が1つの場合に比較して1/n倍となると共にスイッチング周波数がn倍となる。したがって、フィルタ回路(2)を構成するフィルタリアクトル(2d,2e,2f)のインダクタンス及びフィルタコンデンサ(2a,2b,2c)の静電容量値は変換回路(3)が1つの場合に比較して約1/n2となり、前記実施の形態よりも更に小さくできるので、フィルタ回路(2)を変換回路(3)の段数に応じて更に小型化できる利点がある。また、この場合は図2及び図3に示す実施の形態よりも更に大きな容量のAC−DCコンバータを得ることができる。更に、三相交流用のAC−DCコンバータに限らず、単相交流用又は三相以上の多相交流用のAC−DCコンバータにも本発明を適用できることは容易に理解できよう。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、外部からのノイズにより発生するサージ電流がフィルタ回路内のフィルタコンデンサ及び直流出力端子間の分圧用コンデンサを介してグランドにバイパスされ、サージ電圧が変換回路に直接的に印加されないため、外来ノイズによる変換回路内のスイッチング素子の破壊を防止してAC−DCコンバータの信頼性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるAC−DCコンバータの一実施の形態を示す電気回路図
【図2】 本発明による他の実施の形態を示す電気回路図
【図3】 図2の変更実施の形態を示す電気回路図
【図4】 従来のAC−DCコンバータを示す電気回路図
【図5】 図4の制御回路の内部構成を示す回路ブロック図
【図6】 図4のAC−DCコンバータの主要各部の電流を示す波形図
【図7】 図5の制御回路の各部の信号を示すタイムチャート
【符号の説明】
(1)・・交流電源、 (1A,1B,1C)・・交流入力端子、 (2)・・フィルタ回路、 (2a,2b,2c)・・フィルタコンデンサ、 (2d,2e,2f)・・フィルタリアクトル、 (3)・・変換回路、 (3A)・・第1の変換回路、 (3B)・・第2の変換回路、 (4〜9)・・第1〜第6のIGBT(スイッチング素子)、 (10〜15)・・第1〜第6の逆流防止用ダイオード(逆流防止用整流素子)、 (16A)・・第1の還流用ダイオード(還流用整流素子)、 (16B)・・第2の還流用ダイオード(還流用整流素子)、 (17A,17B)・・正側直流リアクトル、 (18)・・平滑コンデンサ、 (19)・・電流検出器、 (20)・・相電圧検出用トランス、 (21)・・制御回路、 (22)・・基準電源、 (23)・・第1の誤差増幅器、 (24)・・第2の誤差増幅器、 (25)・・相電流基準信号発生回路、 (26)・・三角波発振回路、 (27,28,29)・・PWMコンパレータ、 (30)・・線電流パルス変換回路、 (31)・・制御信号出力回路、 (32)・・負荷、 (34A,34B)・・負側直流リアクトル、 (35,36)・・分圧用コンデンサ、 (37A,37B,38A,38B)・・電圧平衡用ダイオード(電圧平衡用整流素子)、 (40A,40B)・・直流出力端子、 (41)・・正側電流均衡用リアクトル、 (42)・・負側電流均衡用リアクトル、 (43)・・浮遊容量、 (44)・・補助コンデンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an AC-DC converter that converts AC input power to DC output power, and particularly to an AC-DC converter that prevents a switching element provided in a conversion circuit from being damaged by external noise or the like.
[0002]
[Prior art]
A conventional AC-DC converter has a filter reactor (2d, 2e, 2f) and a filter capacitor (2a, 2b, 2c) as shown in FIG. 4, for example, and an AC input terminal of a three-phase AC power source (1). Connected between the filter circuit (2) connected to (1A, 1B, 1C), the conversion circuit (3) connected to the output terminal of the filter circuit (2), and the output terminal of the conversion circuit (3) A return diode (16) as a return rectifier and a smoothing capacitor (18) connected to the return diode (16) via a DC reactor (17) are provided. The conversion circuit (3) includes first to sixth IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) (4 to 9) that constitute three pairs of switching elements that are bridged (bridged), and first to sixth. First to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) constituting backflow prevention rectifier elements connected in series with each of the IGBTs (4 to 9). A current detector (19) is connected between the DC reactor (17) and the DC output terminal (40A), and the current I flowing through the DC reactor (17)LV corresponding to the current VLDetect as. A phase voltage detection transformer (20) is connected to the AC input terminals (1A, 1B, 1C), and the U-phase, V-phase and W-phase AC input voltages V from the three-phase AC power source (1).U, VV, VWIs detected. The control circuit (21) detects the detection voltage V of the phase voltage detection transformer (20).U, VV, VWAnd the detection voltage V of the current detector (19)LAnd voltage V of the smoothing capacitor (18)DCIn response to the first to sixth on / off control signals V to the gate terminals of the first to sixth IGBTs (4 to 9) in the conversion circuit (3).G1, VG2; VG3, VG4; VG5, VG6To turn on / off the first to sixth IGBTs (4 to 9).
[0003]
As shown in FIG. 5, the control circuit (21) includes a reference power source (22), a first error amplifier (23), a second error amplifier (24), and a phase current reference signal generation circuit (25). A triangular wave oscillation circuit (26), a PWM comparator (27, 28, 29), a line current pulse conversion circuit (30), and a control signal output circuit (31). The reference power source (22) is a DC output voltage V output from both ends of the smoothing capacitor (18).DCReference voltage V that defines the reference value ofRDIs generated. The first error amplifier (23) has a voltage V of the smoothing capacitor (18).DCThe reference voltage V of the reference power supply (22)RDTheir error voltage signal V compared toE1Is output. The second error amplifier (24) is a detection voltage V of the current detector (19).LOutput signal V of the first error amplifier (23)E1Their error voltage signal V compared toE2Is output. The phase current reference signal generation circuit (25) has a detection voltage V of the phase voltage detection transformer (20).U, VV, VWAnd the output signal V of the second error amplifier (24).E2Based on the current reference signal V of U phase, V phase and W phaseRUV, VRVW, VRWUIs generated. The triangular wave oscillation circuit (26) is a triangular wave signal V having a frequency (1 to 100 kHz) sufficiently higher than the frequency (50 to 60 Hz) of the three-phase AC power source (1).TIs generated. The PWM comparators (27, 28, 29) are the U-phase, V-phase and W-phase current reference signals V of the phase current reference signal generation circuit (25).RUV, VRVW, VRWUThe triangular wave signal V of the triangular wave oscillation circuit (26)TCompared with the PWM modulation signal V of the current of each phasePUV, VPVW, VPWUIs output. The line current pulse conversion circuit (30) is used for the PWM modulation signal V of each PWM comparator (27), (28), (29).PUV, VPVW, VPWUIs a ternary line current pulse signal V of “1”, “0” or “−1”.SU(= VPUV-VPWU), VSV(= VPVW-VPUV), VSW(= VPWU-VPVW). The control signal output circuit (31) is used for each line current pulse signal VSU, VSV, VSWThe first to sixth on / off control signals V applied to the respective gate terminals of the first to sixth IGBTs (4 to 9) of the conversion circuit (3) by discriminating the respective values ofG1, VG2; VG3, VG4; VG5, VG6Is output.
[0004]
The control signal output circuit (31) is used for each line current pulse signal VSU, VSV, VSWIs one, the first, third or fifth of the first, third or fifth IGBT (4, 6, 8) on the positive side of the corresponding arm is applied to the gate terminal. ON / OFF control signal VG1, VG3, VG5Is set to a high (H) level to turn on the first, third or fifth IGBT (4, 6, 8). Each line current pulse signal VSU, VSV, VSWIs “−1”, the second, fourth or sixth applied to the gate terminal of the second, fourth or sixth IGBT (5, 7, 9) on the negative side of the corresponding arm. ON / OFF control signal VG2, VG4, VG6Is set to a high (H) level to turn on the second, fourth or sixth IGBT (5, 7, 9). Furthermore, each line current pulse signal VSU, VSV, VSWIs “0”, the first and second IGBTs (4,5), third and fourth IGBTs (6,7) or fifth of the positive and negative sides of the corresponding arm And the first and second, third and fourth or fifth and sixth on / off control signals V applied to the gate terminals of the sixth IGBT (8, 9).G1, VG2; VG3, VG4; VG5, VG6Any one of the first and second IGBTs (4, 5), the third and fourth IGBTs (6, 7) or the fifth and sixth IGBTs (8, 9) are set to a low (L) level. ) Is turned off.
[0005]
The operation of the AC-DC converter shown in FIG. 4 is as follows. For example, as shown in FIG. 6A, a U-phase AC input current I of a three-phase AC power source (1).UIs a positive half cycle, the detection voltage V of the current detector (19)LAnd detection voltage V of phase voltage detection transformer (20)U, VV, VWAnd voltage V of the smoothing capacitor (18)DCThe first on / off control signal V PWM-modulated according toG1Is input from the control signal output circuit (31) in the control circuit (21) to the gate terminal of the first IGBT (4) in the conversion circuit (3), and the first IGBT (4) is turned on / off. The At the same time, the second on / off control signal V input to the gate terminal of the second IGBT (5).G2Becomes constant at a low level, and the second IGBT (5) is turned off. Also, the U-phase AC input current I of the three-phase AC power supply (1)UIs the negative half cycle, the detection voltage V of the current detector (19)LAnd detection voltage V of phase voltage detection transformer (20)U, VV, VWAnd voltage V of the smoothing capacitor (18)DCSecond on / off control signal V modulated in accordance with PWMG2Is input from the control signal output circuit (31) in the control circuit (21) to the gate terminal of the second IGBT (5) in the conversion circuit (3), and the second IGBT (5) is turned on / off. The At the same time, the first on / off control signal V input to the gate terminal of the first IGBT (4).G1Becomes constant at a low level, and the first IGBT (4) is turned off. As a result, the current I input to the U-phase arm of the conversion circuit (3)U0Is the peak value I as shown in FIG.U0PThe positive and negative pulse current waveform is as follows. Positive and negative pulsed current I input to the U-phase arm of converter circuit (3)U0The filter circuit (2) removes low-order harmonic components and becomes a sine wave current of only the fundamental component. The V-phase arm and the W-phase arm also perform substantially the same operation as described above. However, when the first IGBT (4) of the U-phase arm is turned on, either the fourth IGBT (7) of the V-phase arm or the sixth IGBT (9) of the W-phase arm is turned on. When the second IGBT (5) of the U-phase arm is in the on state, either one of the third IGBT (6) of the V-phase arm or the fifth IGBT (8) of the W-phase arm is in the on state. .
[0006]
Therefore, for example, when the first IGBT (4) of the U-phase arm and the fourth IGBT (7) of the V-phase arm of the conversion circuit (3) are in the ON state, the U-phase output of the three-phase AC power source (1) , Filter circuit (2), first backflow prevention diode (10), first IGBT (4), DC reactor (17), smoothing capacitor (18) and load (32), fourth IGBT (7) The fourth backflow prevention diode (13), the filter circuit (2), the current flows through the V-phase output path of the three-phase AC power supply (1), energy is stored in the DC reactor (17) and the smoothing capacitor (18) is charged. Thereafter, when the first IGBT (4) of the U-phase arm of the conversion circuit (3) is turned off, the stored energy of the DC reactor (17) and the charge of the smoothing capacitor (18) are released, and the DC reactor (17) A current flows through the path of the smoothing capacitor (18), the load (32), and the return diode (16). When the second IGBT (5) of the U-phase arm and the third IGBT (6) of the V-phase arm of the conversion circuit (3) are in the ON state, the V-phase output of the three-phase AC power source (1), Filter circuit (2), third backflow prevention diode (12), third IGBT (6), DC reactor (17), smoothing capacitor (18) and load (32), second IGBT (5), Current flows through the U-phase output path of the second backflow prevention diode (11), filter circuit (2), and three-phase AC power supply (1), energy is stored in the DC reactor (17) and a smoothing capacitor ( 18) is charged. Thereafter, when the second IGBT (5) of the U-phase arm of the conversion circuit (3) is turned off, the stored energy of the DC reactor (17) and the charge of the smoothing capacitor (18) are released, and the DC reactor (17) A current flows through the path of the smoothing capacitor (18), the load (32), and the return diode (16). When the third and fourth IGBTs (6, 7) of the V-phase arm of the conversion circuit (3) and the fifth and sixth IGBTs (8, 9) of the W-phase arm are turned on / off, or the conversion circuit The case where the first and second IGBTs (4, 5) of the U-phase arm (3) and the fifth and sixth IGBTs (8, 9) of the W-phase arm are turned on / off is substantially the same as described above. Is performed. Thus, the DC current I at a certain level as shown in FIG.LFlows to the DC reactor (17), and the DC output voltage V is applied across the smoothing capacitor (18).DCWill occur.
[0007]
DC output voltage V output from both ends of the smoothing capacitor 18 by the on / off operation of the first to sixth IGBTs 4 to 9 of the conversion circuit 3DCIs the reference voltage V of the reference power supply (22) by the first error amplifier (23) in the control circuit (21).RDAnd the DC output voltage VDCAnd reference voltage VRDError voltage signal VE1Is output from the first error amplifier (23). Error voltage signal V of the first error amplifier (23)E1Is the detection voltage V of the DC reactor (17) detected by the current detector (19) in the second error amplifier (24).LAnd the error voltage signal VE1And detection voltage VLError voltage signal VE2Is output from the second error amplifier (24). Error voltage signal V of the second error amplifier (24)E2Is the detection voltage V of the phase voltage detection transformer (20).U, VV, VWIs input to the phase current reference signal generation circuit (25) together with the detection voltage VU, VV, VWAnd error voltage signal VE2From the phase current reference signal generation circuit (25), the U-phase, V-phase and W-phase current reference signals V as shown in FIG.RUV, VRVW, VRWUIs output. U-phase, V-phase and W-phase current reference signals V of the phase current reference signal generation circuit (25)RUV, VRVW, VRWUIs the triangular wave signal V of the triangular wave oscillation circuit (26) in each PWM comparator (27, 28, 29).TAnd the current reference signal VRUV, VRVW, VRWUAnd triangular wave signal VTIs VRUV, VRVW, VRWU<VTAt low level, VRUV, VRVW, VRWU> VTPWM modulation signal V as shown in FIGS. 7 (B), (C), (D), which becomes high atPUV, VPVW, VPWUIs output from each PWM comparator (27, 28, 29). PWM modulation signal V of each PWM comparator (27, 28, 29)PUV, VPVW, VPWUThe line current pulse signal V as shown in FIGS. 7 (E), (F) and (G) in the line current pulse conversion circuit (30).PUV-VPWU= VSU; VPVW-VPUV= VSV; VPWU-VPVW= VSWIs converted to Line current pulse signal V of line current pulse conversion circuit (30)S U, VSV, VSWAre determined by the control signal output circuit (31), that is, “1”, “0” or “−1”, respectively, and the control signal output circuit (31) to the first to first conversion circuits (3). The first to sixth on / off control signals V are applied to the gate terminals of the sixth IGBT (4 to 9).G1, VG2; VG3, VG4; VG5, VG6Are given respectively.
[0008]
Thus, the current I flowing through the DC reactor (17)LAnd three-phase AC power supply (1) U-phase, V-phase and W-phase AC input voltage VU, VV, VWAnd the DC output voltage V across the smoothing capacitor (18).DCIn response to this, the first to sixth IGBTs (4 to 9) in the conversion circuit (3) are on / off controlled by the control circuit (21), and from the three-phase AC power source (1) through the filter circuit (2). AC input current I flowing in the U-phase, V-phase and W-phase arms of the converter circuit (3)U0, IV0, IW0Is controlled to be sinusoidal and the DC output voltage V output from the DC output terminals (40A, 40B)DCIs held at a certain level.
[0009]
In the AC-DC converter shown in FIG. 4, the AC input current I flowing from the three-phase AC power source (1) to the U-phase, V-phase, and W-phase arms of the conversion circuit (3) via the filter circuit (2).U0, IV0, IW0Is controlled to be sinusoidal and the DC output voltage V output from the DC output terminals (40A, 40B)DCIs maintained at a constant level, the input power factor can be increased to about 1.0 and a highly stable DC output voltage VDCIs obtained.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional AC-DC converter shown in FIG. 4, each line current pulse signal V shown in FIGS. 7 (E), (F), and (G).SU, VSV, VSWDuring the period when the values of all are “0” and all of the first to sixth IGBTs (4 to 9) in the conversion circuit (3) are in the OFF state, the AC input terminals (1A, 1B, 1C) side and Impedance seen from the DC output terminal (40A, 40B) side becomes high. At this time, noise enters between the U-phase, V-phase, or W-phase AC input line and the ground (chassis) from the outside, and the surge voltage generated by this noise is converted into first to first in the conversion circuit (3). Applied to the 6 IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15), and the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes. The diode (10-15) could be destroyed. In order to prevent this, it is conceivable to connect a capacitor in parallel with the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15). It is not preferable in operation. For example, when a capacitor is connected in parallel with the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15), the switching speed is reduced and a short-circuit current flows, and the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first The first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) may burn out.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide an AC-DC converter that can prevent the switching element of the conversion circuit from being destroyed by external noise.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The AC-DC converter according to the present invention is connected between the filter circuit (2) connected to the AC input terminal (1A, 1B, 1C) and between the filter circuit (2) and the DC output terminal (40A, 40B). Converter circuit (3) and smoothing capacitor (18) connected between DC output terminals (40A, 40B), and switching elements (4-9) provided in converter circuit (3) are turned on and off. By converting the AC power supplied from the AC input terminals (1A, 1B, 1C) through the filter circuit (2) into DC power by the conversion circuit (3), the DC output terminals (40A, 40B) Take out the DC output. In this AC-DC converter, the filter circuit (2) includes a filter reactor (2d, 2e, 2f) inserted between the AC input terminals (1A, 1B, 1C) and the conversion circuit (3), and a filter reactor. (2d, 2e, 2f) and a star-connected filter capacitor (2a, 2b, 2c) connected to the connection point between the converter circuit (3) and at least between the DC output terminals (40A, 40B) Two voltage dividing capacitors (35, 36) are connected in series, and the connection midpoint of the star-connected filter capacitors (2a, 2b, 2c) and the connection midpoint of the voltage dividing capacitors (35, 36) are auxiliary capacitors. Connect to each other via (44). When a surge voltage occurs at the AC input terminals (1A, 1B, 1C) due to external noise, the filter reactor (2d, 2e, 2f) and filter of the filter circuit (2) from the AC input terminals (1A, 1B, 1C) Capacitors (2a, 2b, 2c), auxiliary capacitors (44) and voltage dividing capacitors (35, 36) between DC output terminals (40A, 40B) and ground capacitance (43) between DC output line and ground Therefore, a surge voltage is not directly applied to the conversion circuit (3). Therefore, destruction of the switching elements (4-9) in the conversion circuit (3) due to external noise can be prevented. Also, the voltage dividing capacitor (35, 36) increases the capacitance of the smoothing capacitor (18), so the DC output voltage (VDC) Is further stabilized. Furthermore, external noise can be effectively used as DC output power.
[0013]
  Also, filter capacitors (2a, 2b, 2c) are star-connected to each output line of the filter circuit (2), and the connection midpoint of the filter capacitors (2a, 2b, 2c) and the voltage dividing capacitors (35, 36) Since the auxiliary capacitor (44) is connected to the midpoint of connection, part of the harmonic voltage applied to the filter capacitors (2a, 2b, 2c) is shared by the auxiliary capacitor (44), and the filter circuit (2 The withstand voltage of the filter capacitors (2a, 2b, 2c) in () can be lowered.
[0014]
In another embodiment of the present invention, the conversion circuit (3) includes a plurality of conversion circuits (3A, 3B) connected in parallel between the filter circuit (2) and the DC output terminals (40A, 40B). ing. Also, the reflux rectifier element (16A, 16B) connected between the output terminals of the conversion circuit (3A, 3B), each output terminal of the conversion circuit (3A, 3B) and the DC output terminal (40A, 40B) Between the DC reactor (17A, 17B, 34A, 34B) connected between the DC rectifier (16A, 16B) and the DC reactor (17A, 17B, 34A, 34B) and the voltage dividing capacitor (35, 36) and a voltage balancing rectifier element (37A, 37B, 38A, 38B) connected between the connection midpoints of (36) and a DC reactor (17A, 17B, for each output terminal of the conversion circuit (3A, 3B). 34A, 34B), a voltage dividing capacitor (35, 36), and a voltage balancing rectifier element (37A, 37B, 38A, 38B) are formed. When the switching element (4-9) in any of the conversion circuits (3A, 3B) is switched off, a current corresponding to the difference in energy stored in the DC reactor (17A or 17B, 34A or 34B) is generated. It flows to a DC circuit composed of a DC reactor (17A or 34A, 17B or 34B), a voltage dividing capacitor (35 or 36) and a voltage balancing rectifier (37A, 38A, 37B, 38B), and a voltage dividing capacitor (35 or 36) is charged. As a result, the voltage dividing capacitors (35, 36) are charged to a substantially equal voltage level, and an equal current flows through the DC reactors (17A, 34A, 17B, 34B). , 3B) is applied to the switching elements (4-9). Therefore, in the above embodiment, the switching elements (4 to 9) of the conversion circuit (3A, 3B) due to the surge voltage generated by the external noise can be prevented from being destroyed, and the unequal voltage generated due to the unbalance of the output current. There is an advantage that it is possible to suppress the destruction of the switching elements (4 to 9) in the conversion circuit (3A, 3B).
[0015]
In another embodiment of the present invention, the positive side DC reactors (17A, 17B) respectively connected to the positive side output terminals of the conversion circuit (3A, 3B) are connected and the intermediate tap is on the positive side. Connected between the positive current balancing reactor (41) connected to the DC output terminal (40A) and the negative DC reactor (34A, 34B) connected to the negative output terminal of the converter circuit (3A, 3B). And a negative current balancing reactor (42) having an intermediate tap connected to the negative DC output terminal (40B). The positive side of each converter circuit (3A, 3B) is obtained by the current based on the level difference of the current flowing through each positive output line of the multiple converter circuits (3A, 3B) flowing into the positive current balancing reactor (41). A balanced and equal current flows through the output line. Similarly, the current based on the level difference between the currents flowing through the negative output lines of the plurality of conversion circuits (3A, 3B) flows into the negative current balancing reactor (42), whereby each conversion circuit (3A, 3B) A balanced and uniform current flows through the negative output line. Therefore, since a balanced voltage is applied to the switching elements (4-9) that are turned off in the plurality of conversion circuits (3A, 3B), each conversion circuit (3A, 3A, 3B) switching elements (4 to 9) can be prevented from being destroyed, and the switching elements (4 to 9) in each converter circuit (3A, 3B) can be destroyed by an unequal voltage generated by output current imbalance. There is an advantage that can be suppressed.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an AC-DC converter according to the present invention will be described below with reference to FIGS. However, in FIG. 1, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and in FIG. 2 and FIG. 3 showing another embodiment of the AC-DC converter according to the present invention, FIG. The same reference numerals are assigned to the same parts as in FIG.
As shown in FIG. 1, the AC-DC converter according to the present embodiment has a star-shaped filter capacitor (2a, 2b, 2c) connected to the U-phase, V-phase, and W-phase output lines of the filter circuit (2). Two voltage dividing capacitors (35, 36) are connected in series between the DC output terminals (40A, 40B), and the connection midpoint of the filter capacitors (2a, 2b, 2c) and the voltage dividing capacitor (35, 36) This is characterized in that the connection midpoints are connected to each other via an auxiliary capacitor (44). In FIG. 1, reference numeral (43) denotes a stray capacitance existing between the DC output line connecting the conversion circuit (3) and the DC output terminals (40A, 40B) and the ground. Other configurations are the same as those of the conventional AC-DC converter shown in FIG.
[0017]
In the above configuration, the AC input terminal (1A) of the three-phase AC power source (1) and the filter circuit during the period in which all the first to sixth IGBTs (4 to 9) in the conversion circuit (3) are in the OFF state. When external noise enters between the U-phase input line connecting the (2) and the conversion circuit (3) and the ground, a surge voltage is generated at the AC input terminal (1A). The surge voltage is applied to the first and second IGBTs (4, 5) and the first and second backflow prevention diodes (10, 11) of the U-phase arm in the conversion circuit (3). Voltage divider capacitor (35, 36) between AC input terminal (1A) and filter reactor (2d) in filter circuit (2) and filter capacitor (2a), auxiliary capacitor (44), DC output terminal (40A, 40B) In addition, since a surge current flows through the chassis connected to the ground via the stray capacitance (43) between the DC output line of the conversion circuit (3) and the ground, the first and second U-phase arms in the conversion circuit (3) No surge voltage is directly applied to the second IGBT (4, 5) and the first and second backflow prevention diodes (10, 11). Similarly, between the AC input terminal (1B) of the three-phase AC power source (1), the V-phase input line connecting the filter circuit (2) and the conversion circuit (3) and the ground, or the three-phase AC power source (1) When external noise enters between the W-phase input line connecting the AC input terminal (1C), filter circuit (2), and converter circuit (3) and the ground, surge current is also generated in the same path as above. Therefore, the third and fourth IGBTs (6, 7) of the V-phase arm and the third and fourth backflow prevention diodes (12, 13) of the V-phase arm in the conversion circuit (3) or the fifth of the W-phase arm The surge voltage is not directly applied to the sixth IGBT (8, 9) and the fifth and sixth backflow prevention diodes (14, 15). Therefore, it is possible to prevent destruction of the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) in the conversion circuit (3) due to external noise. The basic operation of the AC-DC converter of this embodiment is exactly the same as that of the conventional AC-DC converter shown in FIG.
[0018]
As described above, in this embodiment, when a surge voltage is generated in the AC input terminals (1A, 1B, 1C) of the three-phase AC power supply (1) due to external noise, the filter reactor (2) in the filter circuit (2) 2d, 2e, 2f) and filter capacitors (2a, 2b, 2c), backflow prevention diode (45), auxiliary capacitor (44), and voltage dividing capacitor (35, 36) between DC output terminals (40A, 40B) Since the surge current is bypassed and the surge voltage is not directly applied to the conversion circuit (3), the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth in the conversion circuit (3) due to external noise. It is possible to prevent the backflow prevention diodes (10 to 15) from being destroyed. Further, the voltage dividing capacitor (35, 36) also has an effect of increasing the capacitance of the smoothing capacitor (18), so that the DC output voltage VDCThe external noise can be effectively used as the DC output power. Furthermore, the third harmonic included in the U-phase, V-phase and W-phase AC input voltages applied from the three-phase AC power source (1) to the filter capacitors (2a, 2b, 2c) in the filter circuit (2). Since the voltage is shared by the auxiliary capacitor (44), the breakdown voltage of the filter capacitors (2a, 2b, 2c) in the filter circuit (2) can be lowered.
[0019]
In FIG. 2, the first and second conversion circuits (3A, 3B) are connected in parallel between the filter circuit (2) and the DC output terminals (40A, 40B), and each of the conversion circuits (3A, 3B) is connected. The first and second freewheeling diodes (16A, 16B) are connected between the output terminals, respectively, and positive between the positive output terminal and the positive DC output terminal (40A) of each conversion circuit (3A, 3B). Side DC reactors (17A, 17B) are connected, and the negative side DC reactor (34A, 34B) is connected between the negative side output terminal and negative side DC output terminal (40B) of each converter circuit (3A, 3B). Connected and connecting the voltage dividing capacitor (35, 36) to the connection points of the first and second free-wheeling diodes (16A, 16B) and the positive and negative DC reactors (17A, 17B, 34A, 34B) A voltage balancing diode (37A, 37B, 38A, 38B) as a voltage balancing rectifier is connected between each point, and a DC reactor (17A, 17B, 34A) is connected to each output terminal of the conversion circuit (3A, 3B). , 34B), voltage dividing capacitor (35, 36) and voltage leveling Showing use diodes (37A, 37B, 38A, 38B) to another embodiment of the AC-DC converter of the present invention the formation of the DC circuit. Although not shown, the first and second conversion circuits (3A, 3B) both have the same configuration as the conversion circuit (3) shown in FIG. 1, and the first conversion circuit (3A) in the first conversion circuit (3A) has the same configuration. The first to sixth IGBTs (4 to 9) in the second conversion circuit (3B) are turned on with the switching phase delayed by π / 2 [rad] with respect to the sixth IGBT (4 to 9). It is turned off. As a result, the phase difference between the currents flowing in the first and second conversion circuits (3A, 3B) becomes π / 2 [rad], so that the AC input current flowing in each of the three phases is shaped into a sine wave. At the same time, the ripple (pulsation) of the AC input current decreases. Other configurations are the same as those of the AC-DC converter shown in FIG. The details of the basic operation of the AC-DC converter shown in FIG. 2 in a steady state are disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 11-321392.
[0020]
In the configuration shown in FIG. 2, the three-phase AC power supply during a period in which all of the first to sixth IGBTs (4 to 9) of either the first or second conversion circuit (3 </ b> A, 3 </ b> B) are turned off. When external noise enters between the U-phase input line connecting the AC input terminal (1A), the filter circuit (2), and the first and second conversion circuits (3A, 3B) of (1) and the ground A surge voltage is generated at the AC input terminal (1A). This surge voltage is generated by the first and second IGBTs (4) of the U-phase arm in the first or second conversion circuit (3A, 3B) in which all of the first to sixth IGBTs (4 to 9) are off. 5) and the first and second backflow prevention diodes (10, 11), the filter reactor (2d) and the filter capacitor (2a) in the filter circuit (2) from the AC input terminal (1A) ), Auxiliary capacitor (44), voltage dividing capacitor (35, 36) between DC output terminals (40A, 40B) and stray capacitance (43) between DC output line and ground of converter circuit (3). Since surge current flows through the connected chassis, the first and second IGBTs (4, 5) and the first and second reverse currents of the U-phase arm in the first and second conversion circuits (3A, 3B). No surge voltage is directly applied to the prevention diodes (10, 11). Similarly, between the V-phase input line connecting the AC input terminal (1B) of the three-phase AC power source (1), the filter circuit (2), and the first and second conversion circuits (3A, 3B) and the ground, Or from the outside between the W-phase input line connecting the AC input terminal (1C), the filter circuit (2), and the first and second conversion circuits (3A, 3B) of the three-phase AC power source (1) and the ground. Since the surge current flows through the same path as described above even when the noise of the third is invaded, the third and fourth IGBTs (6, 7) of the V-phase arm in the first and second conversion circuits (3A, 3B). And the third and fourth backflow prevention diodes (12, 13), or the fifth and sixth IGBTs (8, 9) of the W-phase arm and the fifth and sixth backflow prevention diodes (14, 15). A surge voltage is not directly applied to. Therefore, the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) in the first and second conversion circuits (3A, 3B) are destroyed by external noise. Can be prevented.
[0021]
In operation, currents of 5.5 [A] and 4.5 [A] flow in the positive output line and the negative output line of the first conversion circuit (3A), respectively, and the second conversion circuit. A current of 4.5 [A] and 5.5 [A] flows through the positive side output line and the negative side output line of (3B), respectively, and the first in the first or second conversion circuit (3A, 3B). When the sixth IGBT (4-9) is turned off, a current of 4.5 [A] tends to flow through the negative DC reactor (34A) on the first converter circuit (3A) side, and the positive side Since a current of 5.5 [A] is about to flow through the DC reactor (17A), the difference current ΔI1Flows through the path of the positive side DC reactor (17A), the voltage dividing capacitor (35), and the voltage balancing diode (37A), and the voltage dividing capacitor (35) is charged. Similarly, a current of 4.5 [A] tends to flow through the positive DC reactor (17B) on the second conversion circuit (3B) side, and a current of 5.5 [A] flows through the negative DC reactor (34B). Is about to flow, the difference current ΔI2Flows through the path of the negative side DC reactor (34B), the voltage balancing diode (38B), and the voltage dividing capacitor (36), and the voltage dividing capacitor (36) is charged. As a result, the voltage dividing capacitors (35, 36) are charged to a substantially equal voltage level, and currents of an equal level flow through the positive and negative DC reactors (17A, 34A, 17B, 34B). A balanced voltage is applied to the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) in the second conversion circuit (3A, 3B). Therefore, the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflows in the first and second conversion circuits (3A, 3B) due to the unequal voltage generated due to the imbalance of the output voltage. The destruction of the prevention diode (10 to 15) can be prevented.
[0022]
As described above, in the embodiment shown in FIG. 2, when a surge voltage is generated at the AC input terminals (1A, 1B, 1C) of the three-phase AC power supply (1) due to external noise, the filter circuit (2) Surge current is bypassed to the voltage divider capacitor (35, 36) between the filter reactor (2d, 2e, 2f), filter capacitor (2a, 2b, 2c), auxiliary capacitor (44) and DC output terminal (40A, 40B) Since the surge voltage is not directly applied to the first and second conversion circuits (3A, 3B), the first and second conversion circuits (external noise) (as in the embodiment shown in FIG. 1) 3A, 3B) in the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) can be prevented from being destroyed. In addition, when the first to sixth IGBTs (4 to 9) in the first or second conversion circuit (3A, 3B) are switched to the OFF state, they are stored in the DC reactor (17A or 17B, 34A or 34B). The current ΔI corresponding to the difference in energy1, ΔI2Flows through a DC circuit composed of a DC reactor (17A or 34A, 17B or 34B), a voltage dividing capacitor (35 or 36) and a voltage balancing diode (37A, 38A, 37B, 38B), and the voltage dividing capacitor (35 or 36) is charged. As a result, the voltage dividing capacitors (35, 36) are charged to a substantially equal voltage level, an equal current flows through the DC reactors (17A, 34A, 17B, 34B) and the first and second conversion circuits (3A, 3) 3B), a voltage of an equal level is applied to the first to sixth IGBTs (4 to 9), so that the first and second conversion circuits (the first and second conversion circuits by the non-uniform voltage generated by the unbalance of the output current) 3A, 3B) has an advantage of preventing the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) from being destroyed.
[0023]
FIG. 3 shows a case where a positive current balancing reactor (41) is connected between positive DC reactors (17A, 17B), and an intermediate tap of the positive current balancing reactor (41) and a positive DC output terminal (40A). And connecting the negative current balancing reactor (42) between the negative DC reactors (34A, 34B) to connect the intermediate tap of the negative current balancing reactor (42) to the negative DC output terminal ( 40B) shows a modified embodiment of the AC-DC converter shown in FIG. During the operation of the AC-DC converter shown in FIG. 3, currents of 5.5 [A] and 4.5 [A] are respectively applied to the positive output line and the negative output line of the first conversion circuit (3A). Assuming that a current of 4.5 [A] and 5.5 [A] flows through the positive output line and the negative output line of the second conversion circuit (3B), respectively, the first conversion circuit (3A) A difference of 1.0 [A] occurs in the level of the current flowing through the positive output line on the side and the positive output line on the second conversion circuit (3B) side. When the current based on this level difference flows through the positive current balancing reactor (41), the current in the positive output line on the first conversion circuit (3A) side is reduced so that the second conversion circuit ( Since the current of the positive output line on the 3B) side works to increase, a balanced and equal current flows through both positive output lines. The negative current balancing reactor (42) has the same effect as described above, and a balanced and uniform current flows through each negative output line. Further, when the first to sixth IGBTs (4 to 9) in the first or second conversion circuit (3A, 3B) are turned off, the positive-side DC reactor (17A) as in the embodiment shown in FIG. ), Current balancing reactor (41), voltage dividing capacitor (35), voltage balancing diode (37A), and current ΔI1Flows, and the voltage dividing capacitor (35) is charged. In addition, the same operation as described above occurs on the second conversion circuit (3B) side, and the negative DC reactor (34B), the voltage balancing diode (38B), the voltage dividing capacitor (36), the current balancing reactor (42). The current ΔI in the path2Flows, and the voltage dividing capacitor (36) is charged. As a result, the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) in the first and second conversion circuits (3A, 3B) are balanced. Of the first to sixth IGBTs (4 to 9) and the first to sixth backflow prevention diodes (10 to 15) in the first and second conversion circuits (3A, 3B). Destruction can be prevented. Therefore, the embodiment shown in FIG. 3 can provide substantially the same operational effects as the embodiment shown in FIG.
[0024]
Embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, in each of the above embodiments, an IGBT (insulated gate type bipolar transistor) is used as a switching element constituting the conversion circuit (3). However, a MOS-FET (MOS type field effect transistor), J- Other switching elements such as FETs (junction field effect transistors), junction bipolar transistors, or thyristors may be used. Further, the auxiliary capacitor (44) of the embodiment shown in FIG. 1 may be omitted depending on the case. Similarly, the smoothing capacitor (18) of each of the above embodiments may be omitted by sharing the voltage dividing capacitor (35, 36). 2 and 3, the converter circuit (3), the freewheeling diode (16), and the DC reactor (17) are arranged in two stages between the filter circuit (2) and the smoothing capacitor (18). However, it is possible to connect two or more stages in parallel. In this case, the switching phase of the conversion circuit (3) at each stage is an angle corresponding to the inverse of the number of stages of the conversion circuit (3) with respect to one switching period of the conversion circuit (3), that is, π / n [rad ] (N: The number of stages of the conversion circuit (3)) is shifted on and off, and the peak values of the U-phase, V-phase and W-phase currents on the output side of the filter circuit (2) are converted into the conversion circuit (3). As compared with the case where there is one, it becomes 1 / n times and the switching frequency becomes n times. Therefore, the inductance of the filter reactor (2d, 2e, 2f) and the capacitance value of the filter capacitor (2a, 2b, 2c) constituting the filter circuit (2) are compared with the case where the conversion circuit (3) is one. About 1 / n2Therefore, the filter circuit (2) can be further reduced in size according to the number of stages of the conversion circuit (3). In this case, an AC-DC converter having a larger capacity than that of the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 can be obtained. Furthermore, it will be easily understood that the present invention can be applied not only to AC-DC converters for three-phase AC but also to AC-DC converters for single-phase AC or multi-phase AC of three or more phases.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, a surge current generated by noise from the outside is bypassed to the ground via the filter capacitor in the filter circuit and the voltage dividing capacitor between the DC output terminals, and the surge voltage is not directly applied to the conversion circuit. Therefore, it is possible to improve the reliability of the AC-DC converter by preventing the switching elements in the conversion circuit from being damaged by external noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment of an AC-DC converter according to the present invention.
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing another embodiment according to the present invention.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a modified embodiment of FIG.
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a conventional AC-DC converter.
5 is a circuit block diagram showing the internal configuration of the control circuit of FIG.
6 is a waveform diagram showing currents of main components of the AC-DC converter of FIG.
7 is a time chart showing signals at various parts of the control circuit of FIG.
[Explanation of symbols]
(1) ・ ・ AC power supply, (1A, 1B, 1C) ・ ・ AC input terminal, (2) ・ Filter circuit, (2a, 2b, 2c) ・ ・ Filter capacitor, (2d, 2e, 2f) ・ ・Filter reactor, (3) ... Conversion circuit, (3A) ... First conversion circuit, (3B) ... Second conversion circuit, (4-9) ... First to sixth IGBTs (switching elements) ), (10-15) .. 1st to 6th backflow prevention diodes (backflow prevention rectifiers), (16A) .. 1st return diodes (reflux rectifiers), (16B) .. Second return diode (reflux rectifier), (17A, 17B) ·· Positive side DC reactor, (18) · · Smoothing capacitor, (19) · · Current detector, (20) · · Phase voltage detection Transformer, (21) ・ ・ Control circuit, (22) ・ ・ Reference power supply, (23) ・ ・ First error amplifier, (24) ・ ・ Second error amplifier, (25) ・ ・ Phase current reference signal Generator circuit, (26) .. Triangular wave oscillator circuit, (27, (28,29) ・ ・ PWM comparator, (30) ・ ・ Line current pulse conversion circuit, (31) ・ ・ Control signal output circuit, (32) ・ ・ Load, (34A, 34B) ・ ・ Negative DC reactor, ( 35,36) ・ ・ Voltage dividing capacitor, (37A, 37B, 38A, 38B) ・ ・ Voltage balancing diode (rectifier for voltage balancing), (40A, 40B) ・ ・ DC output terminal, (41) ・ ・ Positive Side current balancing reactor, (42) ・ ・ Negative current balancing reactor, (43) ・ ・ Stray capacitance, (44) ・ ・ Auxiliary capacitor

Claims (4)

交流入力端子に接続されたフィルタ回路と、該フィルタ回路と直流出力端子との間に接続された変換回路と、前記直流出力端子間に接続された平滑コンデンサとを備え、
前記変換回路に設けたスイッチング素子をオン・オフ動作させることにより、前記交流入力端子から前記フィルタ回路を介して供給される交流電力を前記変換回路により直流電力に変換して前記直流出力端子から直流出力を取り出すAC−DCコンバータにおいて、
前記フィルタ回路は、前記交流入力端子と前記変換回路との間に挿入されたフィルタリアクトルと、該フィルタリアクトルと前記変換回路との接続点に接続される星形結線のフィルタコンデンサとを有し、前記直流出力端子間に少なくとも2つの分圧用コンデンサを直列に接続し、星形結線の前記フィルタコンデンサの接続中点と前記分圧用コンデンサの接続中点とを補助コンデンサを介して相互に接続したことを特徴とするAC−DCコンバータ。
A filter circuit connected to the AC input terminal, a conversion circuit connected between the filter circuit and the DC output terminal, and a smoothing capacitor connected between the DC output terminals,
By turning on / off a switching element provided in the conversion circuit, AC power supplied from the AC input terminal via the filter circuit is converted into DC power by the conversion circuit, and DC is output from the DC output terminal. In an AC-DC converter that extracts output,
The filter circuit includes a filter reactor inserted between the AC input terminal and the conversion circuit, and a star-connected filter capacitor connected to a connection point between the filter reactor and the conversion circuit, At least two voltage dividing capacitors are connected in series between the DC output terminals, and the connection middle point of the filter capacitor and the connection middle point of the voltage dividing capacitor are connected to each other via an auxiliary capacitor. AC-DC converter characterized by this.
前記変換回路は、前記フィルタ回路と前記直流出力端子との間に並列に接続された複数の変換回路を備えた請求項1に記載のAC−DCコンバータ。  The AC-DC converter according to claim 1, wherein the conversion circuit includes a plurality of conversion circuits connected in parallel between the filter circuit and the DC output terminal. 前記変換回路の出力端子間にそれぞれ接続された還流用整流素子と、前記変換回路の各出力端子と前記直流出力端子との間に接続された直流リアクトルと、前記還流用整流素子及び前記直流リアクトルの接続点と前記分圧用コンデンサの接続中点との間に接続された電圧平衡用整流素子とを備え、
前記変換回路の出力端子毎に前記直流リアクトル、前記分圧用コンデンサ及び前記電圧平衡用整流素子の直流回路を形成した請求項2に記載のAC−DCコンバータ。
A reflux rectifier connected between the output terminals of the converter circuit, a DC reactor connected between each output terminal of the converter circuit and the DC output terminal, the reflux rectifier and the DC reactor A voltage balancing rectifier connected between the connection point of the voltage dividing capacitor and the connection midpoint of the voltage dividing capacitor,
The AC-DC converter according to claim 2, wherein a DC circuit of the DC reactor, the voltage dividing capacitor, and the voltage balancing rectifier is formed for each output terminal of the conversion circuit.
前記変換回路の正側出力端子に各々接続された正側直流リアクトル間に接続され且つ中間タップが正側の直流出力端子に接続された正側電流均衡用リアクトルと、前記変換回路の負側出力端子に各々接続された負側直流リアクトル間に接続され且つ中間タップが負側の直流出力端子に接続された負側電流均衡用リアクトルとを備えた請求項3に記載のAC−DCコンバータ。  A positive-side current balancing reactor connected between positive-side DC reactors connected to the positive-side output terminals of the conversion circuit and having an intermediate tap connected to a positive-side DC output terminal; and a negative-side output of the conversion circuit 4. The AC-DC converter according to claim 3, further comprising: a negative-side current balancing reactor connected between the negative-side DC reactors connected to the terminals and having an intermediate tap connected to the negative-side DC output terminal.
JP2000130925A 2000-04-28 2000-04-28 AC-DC converter Expired - Fee Related JP4501144B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000130925A JP4501144B2 (en) 2000-04-28 2000-04-28 AC-DC converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000130925A JP4501144B2 (en) 2000-04-28 2000-04-28 AC-DC converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001314081A JP2001314081A (en) 2001-11-09
JP4501144B2 true JP4501144B2 (en) 2010-07-14

Family

ID=18639919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000130925A Expired - Fee Related JP4501144B2 (en) 2000-04-28 2000-04-28 AC-DC converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4501144B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103190061A (en) * 2010-11-09 2013-07-03 株式会社安川电机 Filter circuit, and bidirectional power conversion apparatus provided with same
CN104253549A (en) * 2014-10-11 2014-12-31 东南大学 LCL filtering-based circuit topology structure of high-power PWM (pulse-width modulation) rectifier

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004012325A1 (en) 2002-07-30 2004-02-05 Daikin Industries, Ltd. Power module for ac/ac power conversion
JP4378952B2 (en) * 2002-12-28 2009-12-09 ダイキン工業株式会社 Three-phase PAM load drive system
JP4952331B2 (en) * 2007-03-28 2012-06-13 サンケン電気株式会社 AC-DC converter
JP4375489B1 (en) * 2008-06-27 2009-12-02 ダイキン工業株式会社 Power converter
EP2814164B1 (en) * 2013-06-12 2017-08-16 AIT Austrian Institute of Technology GmbH A multiphase ac power converter and method for controlling a multiphase ac power converter
WO2016059942A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 東レ株式会社 Three-phase ac/dc conversion device, photochemical reaction device and method using same, and method for producing lactam
CN114499243A (en) * 2022-01-21 2022-05-13 薛洛良 Grounding method of three-phase CSR high-frequency PWM (pulse-Width modulation) rectifying circuit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03218270A (en) * 1990-01-22 1991-09-25 Hitachi Ltd Power converter and uninterruptible power supply
JPH06165501A (en) * 1992-11-25 1994-06-10 Toshiba Corp Power conversion device
JPH0984357A (en) * 1995-09-19 1997-03-28 Yaskawa Electric Corp Filter circuit for pwm inverter
JPH09294381A (en) * 1996-04-25 1997-11-11 Hitachi Ltd Input/output non-insulating power converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03218270A (en) * 1990-01-22 1991-09-25 Hitachi Ltd Power converter and uninterruptible power supply
JPH06165501A (en) * 1992-11-25 1994-06-10 Toshiba Corp Power conversion device
JPH0984357A (en) * 1995-09-19 1997-03-28 Yaskawa Electric Corp Filter circuit for pwm inverter
JPH09294381A (en) * 1996-04-25 1997-11-11 Hitachi Ltd Input/output non-insulating power converter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103190061A (en) * 2010-11-09 2013-07-03 株式会社安川电机 Filter circuit, and bidirectional power conversion apparatus provided with same
CN103190061B (en) * 2010-11-09 2015-08-05 株式会社安川电机 Filter circuit and possess the bi-directional electric power converting means of this filter circuit
CN104253549A (en) * 2014-10-11 2014-12-31 东南大学 LCL filtering-based circuit topology structure of high-power PWM (pulse-width modulation) rectifier

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001314081A (en) 2001-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8508957B2 (en) Power conversion device for converting DC power to AC power
JPH09224376A (en) Power conversion method and power converter
JPH04125072A (en) Power converter
JP4501144B2 (en) AC-DC converter
JP3324645B2 (en) AC-DC converter
NL2026176B1 (en) Multi-level bidirectional electrical AC/DC converter
Klumpner et al. Using reverse blocking IGBTs in power converters for adjustable speed drives
JP4406909B2 (en) AC-DC converter
JP3028268B2 (en) Power converter
Duong et al. Switching-Cell Structure-Based Generic Five-Level Current-Source Inverter
JP2003230276A (en) Control method for power converter
JP3367101B2 (en) AC-DC converter
JP3269532B2 (en) AC-DC converter
JP5400956B2 (en) Power converter
JPH04334977A (en) Power converter
JP3367100B2 (en) AC-DC converter
JP3690558B2 (en) Multiphase voltage source converter
JP3296424B2 (en) Power converter
JP3969021B2 (en) Power supply device and switching power supply control method
JP3295929B2 (en) DC power supply
JPH09103078A (en) Power converter
JP3246584B2 (en) AC / DC converter
JP3316858B2 (en) Constant voltage / constant frequency power supply
JP2014054152A (en) Power conversion device and power control device
JP3415424B2 (en) Power converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070112

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091009

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091019

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100329

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140430

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees