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公開番号2019205339
公報種別公開特許公報(A)
公開日20191128
出願番号2019095708
出願日20190522
発明の名称電力変換器
出願人ニデック エーエスアイ エス.ピー.エー.
代理人高法特許業務法人
主分類H02M 7/487 20070101AFI20191101BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】柔軟で信頼性が高いマルチレベル変換器を提供する。
【解決手段】電力変換器1は、複数のブランチを備える。第1のステージ2は、第1の出力ノード23と2つの第1の入力ノード24、25との間に接続された第1の正負のブランチ21、22を備える。第2のステージ3は、3つの入力ノード37、38、39と、それぞれが第1の入力ノード24、25と2つの第2の入力ノード37、39との間に接続された正負のセル31、32とを備える。第3のステージ4は、3つの第2の入力ノード37、38、39と3つの第3の入力ノード44、45、46との間に接続された第3の正、中間、および負のブランチ41、42、43、を備える。3つの第2の入力ノード37、38、39の間および3つの第3の入力ノード44、45、46の間には、コンデンサ51、52、53、54が接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
複数のブランチを備える電力変換器(1)であって、各ブランチが1つまたは複数の直列接続スイッチユニットを備え、各スイッチユニットが制御可能スイッチおよび前記制御可能スイッチに逆並列接続されたダイオードを備え、前記電力変換器(1)が、第1のステージ(2)、第2のステージ(3)、および第3のステージ(4)を備え、前記第1、第2、および第3のステージ(2,3,4)が直列に接続された電力変換器(1)において、
前記第1のステージ(2)が、第1の出力ノード(23)と第1の正の入力ノード(24)との間に接続された第1の正のブランチ(21)と、前記第1の出力ノード(23)と第1の負の入力ノード(25)との間に接続された第1の負のブランチ(22)とを備え、
前記第2のステージ(3)が、
前記第1の正の入力ノード(24)と第2の正の入力ノード(37)との間に接続された第2の正の端部ブランチ(33)、および前記第1の正の入力ノード(24)と第2の中間入力ノード(38)との間に接続された第2の正の中間ブランチ(34)を備える、正のセル(31)と、
前記第1の負の入力ノード(25)と前記第2の中間入力ノード(38)との間に接続された第2の負の中間ブランチ(35)、および前記第1の負の入力ノード(25)と第2の負の入力ノード(39)との間に接続された第2の負の端部ブランチ(36)を備える、負のセル(32)と、
前記第2の正の入力ノード(37)と前記第2の中間入力ノード(38)との間に接続された第2の正のコンデンサ(51)、および前記第2の中間入力ノード(38)と前記第2の負の入力ノード(39)との間に接続された第2の負のコンデンサ(52)と
を備え、
前記第3のステージ(4)が、
前記第2の正の入力ノード(37)と第3の正の入力ノード(44)との間に接続された第3の正のブランチ(41)と、
前記第2の中間入力ノード(38)と第3の中間入力ノード(45)との間に接続された第3の中間ブランチ(42)と、
前記第2の負の入力ノード(39)と第3の負の入力ノード(46)との間に接続された第3の負のブランチ(43)と、
前記第3の正の入力ノード(44)と前記第3の中間入力ノード(45)との間に接続された第3の正のコンデンサ(53)、および前記第3の中間入力ノード(45)と前記第3の負の入力ノード(46)との間に接続された第3の負のコンデンサ(54)と
を備える、
電力変換器(1)。
続きを表示(約 4,800 文字)【請求項2】
前記第3の正のブランチ(41)、前記第3の中間ブランチ(42)、および前記第3の負のブランチ(43)が、複数のスイッチング群(411,412,421,422,431,432)をそれぞれが備え、各スイッチング群(411,412,421,422,431,432)が1つまたは複数のスイッチユニットを備え、前記スイッチング群(411,412,421,422,431,432)が、各それぞれのブランチ(41,42,43)内で、1つまたは複数の第3の接続ノード(413,423,433)で相互に直列に接続されており、
前記第3のステージ(4)が、前記第3の正のブランチ(41)および前記第3の中間ブランチ(42)のそれぞれの第3の接続ノード(413,423)の間に接続された、1つまたは複数の第3の正の接続コンデンサ(58)と、前記第3の中間ブランチ(42)および前記第3の負のブランチ(43)のそれぞれの第3の接続ノード(423,433)の間に接続された、1つまたは複数の第3の負の接続コンデンサ(59)とを備える、
請求項1に記載の電力変換器(1)。
【請求項3】
前記第2の正の端部ブランチ(33)、前記第2の正の中間ブランチ(34)、前記第2の負の中間ブランチ(35)、および前記第2の負の端部ブランチ(36)が、複数のスイッチング群(331,332,341,342,351,352,361,362)をそれぞれが備え、各スイッチング群(331,332,341,342,351,352,361,362)が1つまたは複数のスイッチユニットを備え、前記スイッチング群(331,332,341,342,351,352,361,362)が、各それぞれのブランチ(33,34,35,36)内で、1つまたは複数の第2の接続ノード(333,343,353,363)で相互に直列に接続されており、
前記第2のステージ(3)が、前記第2の正の端部ブランチ(33)および前記第2の正の中間ブランチ(34)のそれぞれの第2の接続ノード(333,343)の間に接続された、1つまたは複数の第2の正の接続コンデンサ(56)と、前記第2の負の中間ブランチ(35)および前記第2の負の端部ブランチ(36)のそれぞれの第2の接続ノード(353,363)の間に接続された、1つまたは複数の第2の負の接続コンデンサ(57)とを備える、
請求項1または2に記載の電力変換器(1)。
【請求項4】
前記第1の正のブランチ(21)および前記第1の負のブランチ(22)が、複数のスイッチング群(211,212,221,222)をそれぞれが備え、各スイッチング群(211,212,221,222)が1つまたは複数のスイッチユニットを備え、前記スイッチング群(211,212,221,222)が、各それぞれのブランチ(21,22)内で、1つまたは複数の第1の接続ノード(213,223)で相互に直列に接続されており、
前記第1のステージ(2)が、前記第1の正のブランチ(21)および前記第1の負のブランチ(22)のそれぞれの第1の接続ノード(213,223)の間に接続された、1つまたは複数の第1の接続コンデンサ(55)をさらに備える、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換器(1)。
【請求項5】
前記第3の正負のコンデンサ(53,54)が、第1の電圧まで充電され、前記第2の正負のコンデンサ(51,52)が、前記第1の電圧の分数である第2の電圧まで充電される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換器(1)。
【請求項6】
前記第3の中間ブランチ(42)が、第1の方向に流入する電流を止めるように適合された第1のスイッチユニット(424)、および前記第1の方向とは逆方向の第2の方向に流入する電流を止めるように適合された第2のスイッチユニット(425)を備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換器(1)。
【請求項7】
前記第3の正負のブランチ(41,43)が、第1のスイッチユニット(414,434)、および第2のスイッチユニット(415,435)をそれぞれが備え、前記第3の正、中間、および負のブランチ(41,42,43)の前記第1および第2のスイッチユニット(414,415,424,425,434,435)が、全く同じ阻止電圧を有する、請求項6に記載の電力変換器(1)。
【請求項8】
制御器を備え、前記電力変換器(1)が、前記第1の出力ノード(23)で出力電圧を供給するように前記制御器によって制御可能であり、前記出力電圧が、基本周波数で交互にくる正半波および負半波を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換器(1)。
【請求項9】
前記制御器が、前記第2の正の端部ブランチ(33)のスイッチユニット(334)、および前記第2の正の中間ブランチ(34)のスイッチユニット(344)を、常に逆の状態に制御し、前記第2の負の中間ブランチ(35)のスイッチユニット(354)、および前記第2の負の端部ブランチ(36)のスイッチユニット(364)を、常に逆の状態に制御するように構成されており、
前記制御器が、前記正半波中、前記第2の負の中間ブランチ(35)の前記スイッチユニット(354)をオン状態に保ち、前記第2の正の中間ブランチ(34)の前記スイッチユニット(344)を前記基本周波数の倍数であるスイッチング周波数で切り替えるように構成されており、
前記制御器が、前記負半波中、前記第2の正の中間ブランチ(34)の前記スイッチユニット(344)をオン状態に保ち、前記第2の負の中間ブランチ(35)の前記スイッチユニット(354)を前記スイッチング周波数で切り替えるように構成されている、
請求項8に記載の電力変換器(1)。
【請求項10】
前記制御器が、前記第3の中間ブランチ(42)の前記第1のスイッチユニット(424)、および前記第3の正のブランチ(41)の前記第1のスイッチユニット(414)を、常に逆の状態に制御し、前記第3の中間ブランチ(42)の前記第2のスイッチユニット(425)、および前記第3の負のブランチ(43)の前記第1のスイッチユニット(434)を、常に逆の状態に制御するように構成されており、
前記制御器が、前記正半波中、前記第3の中間ブランチ(42)の前記第2のスイッチユニット(425)をオン状態に保ち、前記第3の中間ブランチ(42)の前記第1のスイッチユニット(424)を前記基本周波数の倍数であるスイッチング周波数で切り替えるように構成されており、
前記制御器が、前記負半波中、前記第3の中間ブランチ(42)の前記第1のスイッチユニット(424)をオン状態に保ち、前記第3の中間ブランチ(42)の前記第2のスイッチユニット(425)を前記スイッチング周波数で切り替えるように構成されている、
請求項6および8に記載の電力変換器(1)。
【請求項11】
前記制御器が、前記第3の正負のブランチ(41,43)の前記第2のスイッチユニット(415,435)を、常に逆の状態に制御するように構成されている、請求項7および8に記載の電力変換器(1)。
【請求項12】
前記制御器が、前記第3の正のブランチ(41)の前記第2のスイッチユニット(415)を前記正半波中にオン状態に保ち、前記第3の負のブランチ(43)の前記第2のスイッチユニット(435)を前記負半波中にオン状態に保つように構成されている、請求項11に記載の電力変換器(1)。
【請求項13】
前記制御器が、前記第3の正のブランチ(41)の前記第1および前記第2のスイッチユニット(414,415)を常に同じ状態に制御し、前記第3の負のブランチ(43)の前記第1および前記第2のスイッチユニット(434,435)を常に同じ状態に制御するように構成されている、請求項7および8に記載の電力変換器(1)。
【請求項14】
前記制御器が、前記第1の正のブランチ(21)のスイッチユニット(214)、および前記第1の負のブランチ(22)のスイッチユニット(224)を、常に逆の状態に制御するように構成されており、
前記制御器が、前記第1の正のブランチ(21)の前記スイッチユニット(214)を前記正半波中にオン状態に保ち、前記第1の負のブランチ(22)の前記スイッチユニット(224)を前記負半波中にオン状態に保つように構成されている、
請求項8〜13のいずれか1項に記載の電力変換器(1)。
【請求項15】
前記制御器が、前記正半波から前記負半波への移行中、前記第2の正の中間ブランチ(34)および前記第2の負の中間ブランチ(35)をオン状態に保ち、前記第1の正のブランチ(21)をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されており、
前記制御器が、前記負半波から前記正半波への移行中、前記第2の正の中間ブランチ(34)および前記第2の負の中間ブランチ(35)をオン状態に保ち、前記第1の負のブランチ(22)をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている、
請求項8〜14のいずれか1項に記載の電力変換器(1)。
【請求項16】
前記第3の正の入力ノード(44)の電圧よりも低い第1の正電圧レベルが前記第1の出力ノード(23)で必要とされるとき、前記制御器が、コンデンサおよび前記オン状態のスイッチユニットを備える少なくとも第1および第2の電流経路を交互に繰り返すことによって、前記スイッチユニットを制御するように構成されており、
前記第3の負の入力ノード(46)の電圧よりも高い第1の負電圧レベルが前記第1の出力ノード(23)で必要とされるとき、前記制御器が、コンデンサおよび前記オン状態のスイッチユニットを備える少なくとも第3および第4の電流経路を交互に繰り返すことによって、前記スイッチユニットを制御するように構成されており、
前記第1の電流経路が、前記第2の正のコンデンサ(51)に隣接する前記第3の正のブランチ(41)のスイッチユニット、前記第2の正のコンデンサ(51)、および前記第2の正のコンデンサ(51)に隣接する前記第2の正の中間ブランチ(34)のスイッチユニットを少なくとも備え、
前記第2の電流経路が、前記第2の正のコンデンサ(51)に隣接する前記第3の中間ブランチ(42)のスイッチユニット、前記第2の正のコンデンサ(51)、および前記第2の正のコンデンサ(51)に隣接する前記第2の正の端部ブランチ(33)のスイッチユニットを少なくとも備え、
前記第3の電流経路が、前記第2の負のコンデンサ(52)に隣接する前記第3の負のブランチ(43)のスイッチユニット、前記第2の負のコンデンサ(52)、および前記第2の負のコンデンサ(52)に隣接する前記第2の負の中間ブランチ(35)のスイッチユニットを少なくとも備え、
前記第4の電流経路が、前記第2の負のコンデンサ(52)に隣接する前記第3の中間ブランチ(42)のスイッチユニット、前記第2の負のコンデンサ(52)、および前記第2の負のコンデンサ(52)に隣接する前記第2の負の端部ブランチ(36)のスイッチユニットを少なくとも備える、
請求項8〜15のいずれか1項に記載の電力変換器(1)。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、直流電圧源と交流電圧源との間に接続され、交流側で複数の電圧レベルを供給するように適合された、電力変換器に関する。
続きを表示(約 9,000 文字)【背景技術】
【0002】
可逆電力変換器は通常、直流正端子と、直流負端子と、複数の交流端子、たとえば3つの交流端子との間に接続されている。各交流端子の電圧は、他の位相部分と構造的に同一であり、それらから独立した、変換器のそれぞれの位相部分によって制御される。話を簡単にするために、既知の変換器および本発明の変換器を、1つの交流端子に関して説明する。
【0003】
変換器は、限られた数の電圧レベルに従って変化するため正弦波ではない出力電圧を、交流端子で供給する。これにより、交流電圧の品質を害する高周波高調波成分が発生し、通常は、適当な高調波フィルタが必要となる。
【0004】
交流端子で出力される電圧レベルは一般に、直流正負端子のものであり、任意選択で、いくつかの中間電圧、たとえば直流正負端子間の平均電圧である。
【0005】
高周波成分は、変換器によって出力される電圧レベルの数を増加させることによって低減することができる。このようにして、交流電圧の品質が向上し、フィルタのコストを削減し得る。
【0006】
論文“Loss balancing in three−level voltage source inverters applying active NPC switches”(T.Bruckner,S.Bernet,17−21 June 2001)は、アクティブ中性点クランプ変換器(ANPC変換器)を開示している。そのANPC変換器では、正負のコンデンサが直流源の端子の間に直列に接続されており、それらの間に中性点を与える。
【0007】
正負のコンデンサには正のセルおよび負のセルが接続されており、正負のセルの下流にはセレクタが接続されている。ANPC変換器は、3つの電圧レベル、すなわち、直流正負端子および中性点の電圧を出力する。
【0008】
米国特許第7292460号明細書は、正のセル、負のセル、およびセレクタが、多数のコンデンサおよび複数対のスイッチユニットを備えてもよい、ANPC変換器の改良を開示している。それらのスイッチユニットは、逆並列ダイオードを有する制御可能スイッチをそれぞれが備える。適切な制御で、コンデンサの電圧がANPC変換器の典型的な出力電圧に加算または減算されてもよい。それによって、出力電圧レベルの数が増加する。
【0009】
米国特許第6958924号明細書は、スイッチングセルのいくつかのステージが直流源と交流源との間に接続されているスタックマルチセル変換器(SMC変換器)を開示している。各セルには、2つのスイッチユニットが設けられており、それらは常に逆の状態に制御される。
【0010】
それらのステージは、スイッチユニットの2つの端部群、および隣接するステージに共通のスイッチユニットの少なくとも1つの中間群を定める。それらのステージのスイッチングセルには、コンデンサが並列に接続されており、それらは交流源から直流源に増加する電圧を有する。全てのステージは交流端子で短絡される。
【0011】
米国特許第7313008号明細書は、ダイオードによって構成された2つの端部スイッチング群と、2つの制御可能スイッチを備える中間スイッチング群とを有する変換器を開示している。それらのスイッチング群をコンデンサが直流側で接続し、一方少なくとも端部スイッチング群が交流端子で短絡される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
米国特許第7292460号明細書
米国特許第6958924号明細書
米国特許第7313008号明細書
【非特許文献】
【0013】
Loss balancing in three−level voltage source inverters applying active NPC switches(T.Bruckner,S.Bernet,17−21 June 2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明の目的は、柔軟で信頼性が高いマルチレベル変換器を提供することである。
本発明の別の目的は、電力変換に関連する電力損失を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
これらおよび他の目的は、添付の特許請求の範囲のいずれかに記載の電力変換器で達成される。
【0016】
本発明による変換器のより多くの特徴および利点が、非限定的な例として添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からもたらされることになる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
本発明の第1の実施形態による変換器の略図を示す。
本発明の第2の実施形態による変換器の略図を示す。
本発明の第3の実施形態による変換器の略図を示す。
本発明の第4のより一般的な実施形態による変換器の略図を示す。
他の詳細を強調表示した図4の変換器を示す。
【発明を実施するための形態】
【0018】
添付図面を参照すると、電力変換器(本明細書において、変換器ともいう)が、全体的に参照番号1で示してある。変換器1は、複数のブランチ21,22,33,34,35,36,41,42,43を備える。次に、ブランチの接続を以下で説明しながら、ブランチ41を全てのブランチの一例として説明する。
【0019】
ブランチ41は、1つまたは複数の直列接続スイッチユニット414,415を備え、実施形態のいくつかでは、416,417をも備える。各スイッチユニット、たとえばスイッチユニット414は、制御可能スイッチ414a、および制御可能スイッチ414aに逆並列接続されたダイオード414bを備える。
【0020】
この説明では、逆並列接続は、ダイオード414bおよび制御可能スイッチ414aに流入する電流の方向を指す。具体的には、スイッチユニット414に第1の方向に流入する電流は、制御可能スイッチ414aがオン状態であることを条件として、制御可能スイッチ414aを流れることになる。その代わりに、制御可能スイッチ414aがオフ状態である場合、スイッチユニット414は、第1の方向の電流を止めるように構成されている。さらに、スイッチユニット414に第1の方向とは逆方向の第2の方向に流入する電流は、ダイオード414bを流れることになる。
【0021】
任意選択で、ブランチ41はスイッチング群411,412に細分され、すなわち、ブランチ41は複数のスイッチング群411,412を備える。各スイッチング群411,412はさらには、スイッチング群411内のスイッチユニット414,415や、スイッチング群412内のスイッチユニット416,417などの、1つまたは複数のスイッチユニットを備える。しかし、説明全体および図から明らかになるように、ブランチはまた、1つのスイッチング群と一致する1つのスイッチユニットのみからなってもよい。
【0022】
変換器1は、第1のステージ2、第2のステージ3、および第3のステージ4を備える。ステージ2,3,4は直列に接続されており、具体的には、第2のステージ3が第1のステージ2および第3のステージ4を接続している。各ステージ2,3,4は、いくつかのブランチ、入力ノードおよび出力ノード、ならびに任意選択でコンデンサおよび他のノードを備える。それらのブランチ、ノード、およびコンデンサは一般に、それらのステージ2,3,4の名称に応じて、第1の、第2の、または第3のと名付けられることになる。しかし、これは、特定のブランチのスイッチユニットには当てはまらないであろう。
【0023】
変換器1の使用中、交流負荷または電源などの交流回路網の位相が、第1のステージ2の第1の出力ノード23に接続されていてもよい。さらに、直流負荷または電源などの直流回路網が、第3のステージ4の第3の正の入力ノード44および第3の負の入力ノード46に接続されていてもよい。しかし、上述のノードには、他の電気部品が、変換器1と任意の外部回路網との間に接続されていてもよい。
【0024】
ステージ2,3,4が直列に接続されているので、第1のステージ2の入力ノード24,25が、第2のステージ3の出力ノードに接続されるか、または言い換えればそれらと一致する(図ではそれらに同じ参照番号を用いている)。同様に、第2のステージ3の入力ノード37,38,39が、第3のステージ4の出力ノードに接続されるか、またはそれらと一致する。
【0025】
変換器1が上述の交流および直流回路網に接続され、変換器1がインバータとして制御されるとき、電力は概して、各ステージ2,3,4を関連する入力ノードから出力ノードに流れる。しかし、入力および出力という用語は、ステージ2,3,4のいくつかの特定要素を示すことを意図するにすぎず、特許請求の範囲を変換器1の特定用途に限定することを意図するものではない。実際には、変換器1は一般に可逆変換器であり、電力が概して各ステージ2,3,4の出力ノードから入力ノードに流れる整流器としても使用されてもよい。
【0026】
第1のステージ2は、第1の正のブランチ21および第1の負のブランチ22を備える。第1の正のブランチ21は、第1の出力ノード23と第1の正の入力ノード24との間に接続されており、一方、第1の負のブランチ22は、第1の出力ノード23と第1の負の入力ノード25との間に接続されている。
【0027】
第2のステージ3は、正のセル31および負のセル32を備える。正のセル31は、第2の正の入力ノード37、第2の中間入力ノード38、および第2の正の出力ノードをも構成する第1の正の入力ノード24に接続されている。さらに、負のセル32は、第2の中間入力ノード38、第2の負の入力ノード39、および第2の負の出力ノードを構成する第1の負の入力ノード25に接続されている。正のセル31および負のセル32の両方が第2の中間入力ノード38で接続されていることに留意されたい。
【0028】
より詳細には、正のセル31は、第2の正の端部ブランチ33および第2の正の中間ブランチ34を備える。第2の正の端部ブランチ33は、第1の正の入力ノード24と第2の正の入力ノード37との間に接続されており、第2の正の中間ブランチ34は、第1の正の入力ノード24と第2の中間入力ノード38との間に接続されている。
【0029】
同様に、負のセル32は、第2の負の中間ブランチ35および第2の負の端部ブランチ36を備える。第2の負の中間ブランチ35は、第1の負の入力ノード25と第2の中間入力ノード38との間に接続されており、第2の負の端部ブランチ36は、第1の負の入力ノード25と第2の負の入力ノード39との間に接続されている。
【0030】
第2のステージ3は、第2の正のコンデンサ51および第2の負のコンデンサ52をさらに備える。第2の正のコンデンサ51は、第2の正の入力ノード37と第2の中間入力ノード38との間に接続されており、第2の負のコンデンサ52は、第2の中間入力ノード38と第2の負の入力ノード39との間に接続されている。第2の正負のコンデンサ51,52は、話を簡単にするために第2のステージ3の一部として説明するが、無関係に第3のステージ4の一部ともみなすことができる。
【0031】
第3のステージ4は、第3の正のブランチ41、第3の中間ブランチ42、および第3の負のブランチ43を備える。第3の正のブランチ41は、第3の正の出力ノードともみなすことができる第2の正の入力ノード37と、第3の正の入力ノード44との間に接続されている。第3の中間ブランチ42は、第2の中間入力ノード38、すなわち第3の中間出力ノードと、第3の中間入力ノード45との間に接続されている。第3の中間入力ノード45は、図に示すように接地することができ、または接地しないことができる。第3の負のブランチ43は、第2の負の入力ノード39、すなわち第3の負の出力ノードと、第3の負の入力ノード46との間に接続されている。
【0032】
第3のステージ4は、第3の正のコンデンサ53および第3の負のコンデンサ54をさらに備える。第3の正のコンデンサ53は、第3の正の入力ノード44と第3の中間入力ノード45との間に接続されており、第3の負のコンデンサ54は、第3の中間入力ノード45と第3の負の入力ノード46との間に接続されている。第3の正負のコンデンサ53,54は、話を簡単にするために第3のステージ4の一部として説明するが、直流回路網の既存のコンデンサであってもよく、変換器の異なる位相部分に共通であってもよい。
【0033】
図1、図2、および図3の実施形態では、第1の正負のブランチ21,22は、1つのスイッチユニットのみからそれぞれがなる。
【0034】
しかし、図4および図5の一般的な実施形態では、第1の正負のブランチ21,22は、複数のスイッチング群211,212,221,222をそれぞれが備える。これらのスイッチング群211,212,221,222は、各それぞれのブランチ21,22内で、1つまたは複数の第1の接続ノード213,223で相互に直列に接続されている。第1の正のブランチ21のスイッチング群211,212の数と、第1の負のブランチ22のスイッチング群221,222の数とは、同じである。前記スイッチング群211,212,221,222のそれぞれは、214,215,224,225の順であるそれぞれのスイッチユニットを備える。
【0035】
この実施形態では、第1のステージ2は、1つまたは複数の第1の接続コンデンサ55をさらに備える。第1の接続コンデンサ55の数は、1を減じた第1の正のブランチ21のスイッチング群211,212の数(第1の負のブランチ22のスイッチング群221,222の数でもある)に等しい。各第1の接続コンデンサ55は、第1の正のブランチ21のそれぞれの第1の接続ノード213と、第1の負のブランチ22のそれぞれの第1の接続ノード223との間に接続されている。
【0036】
図1および図3の実施形態では、第2の正負の端部ブランチ33,36、および第2の正負の中間ブランチ34,35は、1つのスイッチユニットのみからそれぞれがなる。
【0037】
しかし、図2の実施形態、ならびに図4および図5の一般的な実施形態では、第2の正負の端部ブランチ33,36、および第2の正負の中間ブランチ34,35は、複数のスイッチング群331,332,341,342,351,352,361,362をそれぞれが備える。前記スイッチング群331,332,341,342,351,352,361,362は、各それぞれのブランチ33,34,35,36内で、1つまたは複数の第2の接続ノード333,343,353,363で相互に直列に接続されている。前記スイッチング群331,332,341,342,351,352,361,362のそれぞれは、334,335,344,345,354,355,364,365の順であるそれぞれのスイッチユニットを備える。
【0038】
第2の正の端部ブランチ33のスイッチング群331,332の数、第2の正の中間ブランチ34のスイッチング群341,342の数、第2の負の中間ブランチ35のスイッチング群351,352の数、および第2の負の端部ブランチ36のスイッチング群361,362の数は、同じである。
【0039】
これらの実施形態では、第2のステージ3は、1つまたは複数の第2の正の接続コンデンサ56、および第2の正の接続コンデンサ56と同じ数の1つまたは複数の第2の負の接続コンデンサ57をさらに備える。第2の正の接続コンデンサ56の数は、1を減じた第2の正の端部ブランチ33のスイッチング群331,332の数に等しい。図2の実施形態では、1つの第2の正の接続コンデンサ56が設けられている。
【0040】
各第2の正の接続コンデンサ56は、第2の正の端部ブランチ33のそれぞれの第2の接続ノード333と、第2の正の中間ブランチ34の第2の接続ノード343との間に接続されている。さらに、各第2の負の接続コンデンサ57は、第2の負の中間ブランチ35のそれぞれの第2の接続ノード353と、第2の負の端部ブランチ36の第2の接続ノード363との間に接続されている。
【0041】
図1および図2の実施形態では、第3の正、中間、および負のブランチ41,42,43は、2つのスイッチユニット414,415,424,425,434,435をそれぞれが備える。
【0042】
詳細には、第3の中間ブランチ42は、第1の方向に流入する電流を止めるように適合された第1のスイッチユニット424、および第1の方向とは逆方向の第2の方向に流入する電流を止めるように適合された第2のスイッチユニット425を備える。第3の中間ブランチ42の第1および第2のスイッチユニット424,425は、単一のスイッチング群421とみなすことができる。
【0043】
第3の中間ブランチ42の第1および第2のスイッチユニット424,425は、たとえば逆直列に接続されていてもよい。これは、電流が、第1のスイッチユニット424の制御可能スイッチ424a、および第2のスイッチユニット425のダイオード425bを、同時に流れてもよいことを意味する。さらに、別の電流が、第1のスイッチユニット424のダイオード424b、および第2のスイッチユニット425の制御可能スイッチ425aを、同時に流れてもよい。
【0044】
好ましくは、第3の中間ブランチ42は、スイッチユニットが逆直列に接続されている唯一のブランチである。一般に、2つ以上のスイッチユニットを備える任意の他のブランチでは、それらのスイッチユニットの直列接続は、好ましくは、スイッチユニットが全く同じ向きを有する接続である。言い換えれば、ある方向に流れる電流は、全てのスイッチユニットのダイオードを通過してもよく、逆方向の電流は、全てのスイッチユニットの制御可能スイッチを、それらがオン状態であることを条件として、通過してもよい。
【0045】
図1および図2の実施形態では、第3の正負のブランチ41,43は、2つのスイッチユニット、具体的には、第1のスイッチユニット414,434および第2のスイッチユニット415,435を、それぞれが備える。第3の正のブランチ41の第1および第2のスイッチユニット414,415は、第3の正のブランチ41の単一のスイッチング群411とみなすことができ、第3の負のブランチ43の第1および第2のスイッチユニット434,435は、第3の負のブランチ43の単一のスイッチング群431とみなすことができる。
【0046】
有利には、第3の正負のブランチ41,43のスイッチング群411,431の阻止電圧は、それぞれの第1および第2のスイッチユニット414,415,434,435の阻止電圧の合計によって与えられる。さらに、第3の正、中間、および負のブランチ41,42,43の第1および第2のスイッチユニット414,415,424,425,434,435は、全く同じ阻止電圧を有してもよい。この阻止電圧は、第1および/または第2のステージ2,3の全てのスイッチユニットについても同じであってもよい。
【0047】
しかし、図示していない実施形態では、第3の正負のブランチ41,43は、1つのスイッチユニットのみからそれぞれがなってもよい。この構成は一般に、第3の正負のブランチ41,43のスイッチユニットがより高い阻止電圧を必要とすることになるので、より費用がかかることになる。
【0048】
阻止電圧は、特定の制御状態および特定の方向の定常状態条件下でスイッチが耐えることになっている最大電圧である。
【0049】
図3の実施形態、ならびに図4および図5の一般的な実施形態では、第3の正、中間、および負のブランチ41,42,43は、複数のスイッチング群411,412,421,422,431,432をそれぞれが備える。前記スイッチング群411,412,421,422,431,432は、各それぞれのブランチ41,42,43内で、1つまたは複数の第3の接続ノード413,423,433で相互に直列に接続されている。
【0050】
第3の正のブランチ41のスイッチング群411,412の数、第3の中間ブランチ42のスイッチング群421,422の数、および第3の負のブランチ43のスイッチング群431,432の数は、同じである。
(【0051】以降は省略されています)

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