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公開番号2024166796
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-29
出願番号2023083141
出願日2023-05-19
発明の名称電力変換装置
出願人ミネベアパワーデバイス株式会社
代理人ポレール弁理士法人
主分類H02M 7/487 20070101AFI20241122BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
レグにおける複数の回路ループのインダクタンスの大きさが不均一であっても出力電力を向上することができるANPC方式の電力変換装置を提供する。
【解決手段】
主回路を構成するレグは、直列接続される第1および第2半導体スイッチング素子(Q_U1,Q_U5)、直列接続される第3および第4半導体スイッチング素子(Q_U2,Q_U3)を含む。第1および第2半導体スイッチング素子を含む回路ループのインダクタンスは、第3および第4半導体スイッチング素子を含む回路ループのインダクタンスよりも小さい。第1および第2半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動する第1および第2駆動回路(GD_U1,GD_U5)は、第3および第4半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動する第3および第4駆動回路(GD_U2,GD_U3)よりも大きな電力を出力する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
複数の半導体スイッチング素子を含むレグを交流の相数分有する主回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子を駆動する複数の駆動回路と、
を備えるアクティブクランプ方式の電力変換装置において、
前記複数の半導体スイッチング素子は、互いに直列に接続される第１半導体スイッチング素子および第２半導体スイッチング素子と、互いに直列に接続される第３半導体スイッチング素子および第４半導体スイッチング素子と、を含み、
前記第１半導体スイッチング素子および前記第２半導体スイッチング素子を含む第１回路ループのインダクタンスは、前記第３半導体スイッチング素子および前記第４半導体スイッチング素子を含む第２回路ループのインダクタンスよりも小さく、
前記複数の駆動回路は、前記第１半導体スイッチング素子を駆動する第１駆動回路と、前記第２半導体スイッチング素子を駆動する第２駆動回路と、前記第３半導体スイッチング素子を駆動する第３駆動回路と、前記第４半導体スイッチング素子を駆動する第４駆動回路と、を含み、
前記第１駆動回路および前記第２駆動回路は、前記第３駆動回路および前記第４駆動回路よりも大きな電力を出力することを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１駆動回路および前記第２駆動回路は、前記第３駆動回路および前記第４駆動回路よりも大きな電流を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記第１駆動回路と、前記第２駆動回路と、前記第３駆動回路と、前記第４駆動回路との各々は、電圧源と、前記電圧源に接続され、前記電流が流れる抵抗と、を有し、
前記第１駆動回路および前記第２駆動回路の各々の前記抵抗は、前記第３駆動回路および前記第４駆動回路の各々の前記抵抗よりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記第１駆動回路と、前記第２駆動回路と、前記第３駆動回路と、前記第４駆動回路との各々は、電圧源と、前記電圧源に接続され、前記電流が流れる抵抗と、を有し、
前記第１駆動回路および前記第２駆動回路の各々の前記電圧源は、前記第３駆動回路および前記第４駆動回路の各々の前記電圧源よりも、出力電圧が大きいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第３半導体スイッチング素子および前記第４半導体スイッチング素子は、前記第１半導体スイッチング素子および前記第２半導体スイッチング素子よりも、少なくとも前記交流の半周期当たりのスイッチング回数が少ないことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記複数の半導体スイッチング素子は、互いに直列に接続される第５半導体スイッチング素子および第６半導体スイッチング素子を含み、
前記第１半導体スイッチング素子および前記第２半導体スイッチング素子の直列接続の高電位側および低電位側は、それぞれ、直流電源における高電位および中性点電位に接続され、
前記第５半導体スイッチング素子および前記第６半導体スイッチング素子の直列接続の高電位側および低電位側は、それぞれ、前記直流電源における中性点電位および低電位に接続され、
前記第２半導体スイッチング素子および前記第３半導体スイッチング素子の直列接続の高電位側および低電位側は、それぞれ、前記第１半導体スイッチング素子および前記第２半導体スイッチング素子の直列接続点および前記第５半導体スイッチング素子および前記第６半導体スイッチング素子の直列接続点に接続され、
前記第２半導体スイッチング素子および前記第３半導体スイッチング素子の直列接続点が交流出力となることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記複数の半導体スイッチング素子の各々が絶縁ゲート型半導体スイッチング素子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置において、
前記絶縁ゲート型半導体スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブ中性点クランプ方式の電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
中性点クランプ（ＮＰＣ）方式の３レベルインバータは、出力波形がより正弦波に近くなったり、１回のスイッチ動作当たりの電圧変動幅が２レベルインバータの半分となったりするという特徴を有している。しかし、インバータ回路を構成する複数のスイッチ素子間で電力損失が不均一になることから、電力密度の向上が制限される。
【０００３】
これに対し、クランプダイオードにスイッチ素子を逆並列に接続するアクティブ中性点クランプ（ＡＮＰＣ）方式の３レベルインバータが提案されている。このスイッチ素子をオン・オフ制御することにより、複数のスイッチ素子間における電力損失の不均一が抑制される。
【０００４】
ＡＮＰＣ方式の３レベルインバータに関する従来技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００５】
特許文献１に記載の技術による電力変換装置は、半導体スイッチング素子とダイオードとが逆並列に接続される並列接続体を６個備えた半導体装置によって構成される。半導体装置は、電力変換装置における一相分の基本変換回路であるレグを構成する。
【０００６】
第１～第４並列接続体が、この順に、高電位端子Ｐと低電位端子Ｎとの間に直列に接続される。第２並列接続体と第３並列接続体との直列接続点は、交流端子に接続される。第１並列接続体と第２並列接続体との直列接続点と、中間端子との間に、第５並列接続体が接続される。第３並列接続体と第４並列接続体との直列接続点と、中間端子との間に、第６並列接続体が接続される。
【０００７】
中間端子の電位は、高電位端子の電位よりも低く、低電位端子の電位よりも高い。第５並列接続体と第６並列接続体における各ダイオードは、クランプダイオードとして動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０２３－７６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術では、レグにおける複数の回路ループのインダクタンスの大きさの不均一に起因して、電力変換装置の出力電力が制限される。
【００１０】
そこで、本発明は、レグにおける複数の回路ループのインダクタンスの大きさが不均一であっても出力電力を向上することができるＡＮＰＣ方式の電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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