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公開番号2025069797
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-01
出願番号2023179743
出願日2023-10-18
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H02M 7/5387 20070101AFI20250423BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】高いスイッチング周波数を実現できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】一実施形態による電力変換装置は、出力端子において互いに位相の異なる交流電力を出力する複数の電力変換相を含む。複数の電力変換相の出力端子は、互いに接続されている。複数の電力変換相の各々は、正側直流端子と負側直流端子との間に並列に接続された第1サブスイッチングレグ及び第2サブスイッチングレグ、並びに第1インダクタ及び第2インダクタを含む。第1サブスイッチングレグ及び第2サブスイッチングレグの各々は、出力ノードにおいて交流電力を出力する。第1インダクタは、第1サブスイッチングレグの出力ノードと出力端子との間に接続される。第2インダクタは、第2サブスイッチングレグの出力ノードと出力端子との間に接続される。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
出力端子において互いに位相の異なる交流電力を出力する複数の電力変換相を備え、
前記複数の電力変換相の前記出力端子は、互いに接続されており、
前記複数の電力変換相の各々は、正側直流端子と負側直流端子との間に並列に接続された第１サブスイッチングレグ及び第２サブスイッチングレグ、並びに第１インダクタ及び第２インダクタを含み、
前記第１サブスイッチングレグ及び前記第２サブスイッチングレグの各々は、出力ノードにおいて交流電力を出力し、
前記第１インダクタは、前記第１サブスイッチングレグの前記出力ノードと前記出力端子との間に接続され、
前記第２インダクタは、前記第２サブスイッチングレグの前記出力ノードと前記出力端子との間に接続される、
電力変換装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記第１サブスイッチングレグは、
前記正側直流端子と前記第１サブスイッチングレグの前記出力ノードとの間に接続され、第１ゲート信号に基づいて動作する第１半導体スイッチと、
前記第１サブスイッチングレグの前記出力ノードと前記負側直流端子との間に接続され、第２ゲート信号に基づいて動作する第２半導体スイッチと、
を含み、
前記第２サブスイッチングレグは、
前記正側直流端子と前記第２サブスイッチングレグの前記出力ノードとの間に接続され、第３ゲート信号に基づいて動作する第３半導体スイッチと、
前記第２サブスイッチングレグの前記出力ノードと前記負側直流端子との間に接続され、第４ゲート信号に基づいて動作する第４半導体スイッチと、
を含む、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１半導体スイッチ、前記第２半導体スイッチ、前記第３半導体スイッチ、及び第４半導体スイッチの各々は、互いに別々の１つの半導体チップに含まれる、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１インダクタのインダクタンス及び前記第２インダクタのインダクタンスは、前記電力変換装置のパーセントインピーダンスの１．５％である、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数の電力変換相の各々は、
第１制御信号を受け取り、前記第１制御信号に基づいて、前記第１ゲート信号を出力する第１ドライバと、
第２制御信号を受け取り、前記第２制御信号に基づいて、前記第２ゲート信号を出力する第２ドライバと、
前記第１制御信号を受け取り、前記第１制御信号に基づいて、前記第３ゲート信号を出力する第３ドライバと、
前記第２制御信号を受け取り、前記第２制御信号に基づいて、前記第４ゲート信号を出力する第４ドライバと、
をさらに備える、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記複数の電力変換相の各々は、
入力端子において前記第１制御信号を受け取り、前記入力端子から電気的に絶縁された出力端子において前記第１制御信号を出力する第１信号絶縁器と、
入力端子において前記第２制御信号を受け取り、前記入力端子から電気的に絶縁された出力端子において前記第２制御信号を出力する第２信号絶縁器と、
入力端子において前記第１制御信号を受け取り、前記入力端子から電気的に絶縁された出力端子において前記第１制御信号を出力する第３信号絶縁器と、
入力端子において前記第２制御信号を受け取り、前記入力端子から電気的に絶縁された出力端子において前記第２制御信号を出力する第４信号絶縁器と、
を含む、
請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１サブスイッチングレグ及び前記第２サブスイッチングレグの各々は、
前記正側直流端子と中性点との間に接続された第１コンデンサと、
前記中性点と前記負側直流端子との間に接続された第２コンデンサと、
前記正側直流端子と第１ノードとの間に接続された第１トランジスタと、
前記第１ノードと前記中性点との間に接続された第２トランジスタと、
前記中性点と第２ノードとの間に接続された第３トランジスタと、
前記第２ノードと前記負側直流端子との間に接続された第４トランジスタと、
前記第１ノードと前記出力ノードとの間に接続された第５トランジスタと、
前記出力ノードと前記第２ノードとの間に接続された第６トランジスタと、
を含む、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１トランジスタ、前記第２トランジスタ、前記第３トランジスタ、前記第４トランジスタ、前記第５トランジスタ、及び前記第６トランジスタの各々は、ＭＯＳＦＥＴである、
請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記複数の電力変換相の各々の前記第１サブスイッチングレグの前記中性点は互いに接続されており、
前記複数の電力変換相の各々の前記第２サブスイッチングレグの前記中性点は互いに接続されており、
前記複数の電力変換相の各々において、前記第１サブスイッチングレグの前記中性点と前記第２サブスイッチングレグの前記中性点は互いに接続されていない、
請求項７に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、以前であれば内燃機関が使われるような分野、特に移動体分野での動力の電動化が進められている。移動体分野での電動機は、小型化される必要があり、小型化に伴い、電動機において生成される漏れインダクタンスがより小さくなると予想される。電動機を駆動するインバータは高調波電圧を多く出力するため、電動機の漏れインダクタンスが小さいことによって、小型の電動機を駆動する電流が多くの脈動成分を含むことになる。これは、トルク脈動の発生、及び電動機の鉄心の温度上昇に繋がる。
【０００３】
インバータが出力する高調波電圧を抑える方法として、インバータのスイッチング周波数を高める方法がある。しかしながら、大容量のインバータに用いられる半導体スイッチが大容量であるほど、半導体スイッチのオンとオフの間の切替え動作が遅く、インバータのスイッチング周波数が低い。
【０００４】
インバータのスイッチング周波数を高める別の方法として、ＳｉＣ等の広いバンドギャップを有する半導体を用いたＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いる半導体スイッチを使用する方法がある。しかしながら、この方法は半導体スイッチの置換のみであり、回路上の工夫がなされていない。このため、現状、高くても３ｋＨｚ程度のスイッチング周波数の実現に留まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６７８３４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高いスイッチング周波数を実現できる電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態による電力変換装置は、出力端子において互いに位相の異なる交流電力を出力する複数の電力変換相を含む。上記複数の電力変換相の上記出力端子は、互いに接続されている。上記複数の電力変換相の各々は、正側直流端子と負側直流端子との間に並列に接続された第１サブスイッチングレグ及び第２サブスイッチングレグ、並びに第１インダクタ及び第２インダクタを含む。上記第１サブスイッチングレグ及び上記第２サブスイッチングレグの各々は、出力ノードにおいて交流電力を出力する。上記第１インダクタは、上記第１サブスイッチングレグの上記出力ノードと上記出力端子との間に接続される。上記第２インダクタは、上記第２サブスイッチングレグの上記出力ノードと上記出力端子との間に接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す。
図２は、第１実施形態に係る電力変換装置の電力変換相の構成の概要の一例を示す。
図３は、第１実施形態に係る電力変換装置の電力変換相の構成の一例を示す。
図４は、第２実施形態に係る電力変換装置のゲートドライバの構成の一例を示す。
図５は、第２実施形態に係る電力変換装置のゲートドライバの回路構成の一例を示す。
図６は、第３実施形態に係る電力変換装置の電力変換相の一部の構成を示す。
図７は、第４実施形態に係る電力変換装置のサブスイッチングレグの構成の一例を示す。
図８は、第４実施形態に係る電力変換装置の一部の構成要素の接続を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に実施形態が図面を参照して記述される。略同一の機能及び構成を有する複数の構成要素は、互いに区別されるために、参照符号の末尾にさらなる数字又は文字が付加される場合がある。或る記述済みの実施形態に後続する実施形態では、記述済みの実施形態と異なる点が主に記述される。或る実施形態についての記述は全て、明示的に又は自明的に排除されない限り、別の実施形態の記述としても当てはまる。
【００１０】
１．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す。一例において、電力変換装置１は、電気車等の移動体に搭載される。電力変換装置１は、直流電圧を印加され、印加された直流電圧から交流電力を生成し、生成された交流電力を出力端子において出力する装置である。交流電力は、負荷２に供給される。一例において、負荷２は、走行用電動機である。
（【００１１】以降は省略されています）

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