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公開番号2025091087
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2023206084
出願日2023-12-06
発明の名称電力変換装置、電力変換装置の制御方法、エレベーター
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250611BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子にオン抵抗差がある場合でも簡易的な制御方法によって損失アンバランスを低減する。
【解決手段】
電力変換回路と制御部とを有する電力変換装置において、電力変換回路は、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子を有し、制御部は、制御状態として、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のうちの一部のみをオンさせる部分駆動モードと、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子の全部をオンさせる全部駆動モードとを有し、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のうちのオンさせる半導体スイッチング素子の対象を変更しながら部分駆動モードで制御しつつ、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のオン抵抗差に応じた所定の比率で全部駆動モードを挿入して制御する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
半導体スイッチング素子を用いた電力変換回路と、前記半導体スイッチング素子のオン・オフを制御する制御部とを有する電力変換装置において、
前記電力変換回路は、前記半導体スイッチング素子として、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子を有し、
前記制御部は、制御状態として、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のうちの一部のみをオンさせる部分駆動モードと、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子の全部をオンさせる全部駆動モードとを有し、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のうちのオンさせる半導体スイッチング素子の対象を変更しながら前記部分駆動モードで制御しつつ、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のオン抵抗差に応じた所定の比率で前記全部駆動モードを挿入して制御することを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記電力変換回路は、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子として、第１の半導体スイッチング素子と、前記第１の半導体スイッチング素子に並列に接続された第２の半導体スイッチング素子とを有し、
前記制御部は、前記制御状態として、前記第１の半導体スイッチング素子をオンさせ前記第２の半導体スイッチング素子をオフさせる第１のモードと、前記第１の半導体スイッチング素子をオフさせ前記第２の半導体スイッチング素子をオンさせる第２のモードと、前記第１の半導体スイッチング素子と前記第２の半導体スイッチング素子とを両方ともオンさせる第３のモードとを有し、前記第１のモードと前記第２のモードとを交互に繰り返しながら、前記第１の半導体スイッチング素子と前記第２の半導体スイッチング素子のオン抵抗差に応じた所定の比率で前記第３のモードを挿入して制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の半導体スイッチング素子のオン抵抗が前記第２の半導体スイッチング素子のオン抵抗よりも大きく、
前記第３のモードにおいて、前記第１の半導体スイッチング素子で発生する損失が前記第２の半導体スイッチング素子で発生する損失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１において、
前記制御部による前記部分駆動モードの制御中に前記所定の比率で前記全部駆動モードを挿入する制御は、前記オン抵抗差が所定の大きさ以上の場合に実行されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記所定の比率は、予め計測された前記オン抵抗差に基づいて予め設定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記電力変換回路は、直流電力を交流電力に変換する回路であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記電力変換回路は、交流電力を直流電力に変換する回路であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記電力変換回路は、直流電力を電圧の異なる直流電力に変換する回路であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の電力変換装置を有することを特徴とするエレベーター。
【請求項１０】
半導体スイッチング素子を用いた電力変換回路と、前記半導体スイッチング素子のオン・オフを制御する制御部とを有する電力変換装置の制御方法において、
前記電力変換回路は、前記半導体スイッチング素子として、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子を有し、
前記制御部は、制御状態として、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のうちの一部のみをオンさせる部分駆動モードと、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子の全部をオンさせる全部駆動モードとを有し、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のうちのオンさせる半導体スイッチング素子の対象を変更しながら前記部分駆動モードで制御しつつ、前記互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のオン抵抗差に応じた所定の比率で前記全部駆動モードを挿入して制御することを特徴とする電力変換装置の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置、電力変換装置の制御方法、エレベーターに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、半導体スイッチング素子であるパワー半導体素子のスイッチング動作によって、直流電力を交流電力に、もしくはその逆方向に、もしくは直流電力を電圧の異なる直流電力に電力変換する装置であり、エレベーターなどの多分野に適用されている。
【０００３】
エレベーターに用いる電力変換装置にはパワー半導体素子として例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられている。ＩＧＢＴには、複数のＩＢＧＴチップを一つのモジュールにしたＩＧＢＴモジュールと、ＩＢＧＴチップ１つを一つのパッケージにしたディスクリートＩＧＢＴがある。
【０００４】
エレベーターなどに用いる電力変換装置は運転／停止を繰り返す。このような運転方法は、パワー半導体素子のオン／オフ動作によって生じるパワー半導体素子の温度変化を増加させるので、パワー半導体素子の寿命の低下が懸念される。
【０００５】
寿命の低下を抑制するために、ディスクリートＩＧＢＴを並列接続する方法がある。並列接続により流入する電流が分散し、１つのディスクリートＩＧＢＴに流れる電流が減少する。これにより、ディスクリートＩＧＢＴの温度変化を抑え、長寿命化することができる。
【０００６】
また、電力変換装置の一種であるＤＣ／ＤＣコンバータに関する技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１の要約および図３には、「並列接続されたスイッチング素子に分流バラツキを生じることなく、また、スイッチング周波数を増加させることなく小型なリアクトルを用いることのできるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。」との記載、および、「半導体素子を互いに並列に接続された３個の半導体素子４１１、４２１、４３１で構成し、リアクトル５に印加される電圧の周波数がスイッチング素子のスイッチング周波数の３倍となるよう、３個のスイッチング素子４１１ｓ、４２１ｓ、４３１ｓのオンオフ制御を、スイッチング素子のスイッチング周期の１／３＝１２０°だけ互いに位相をずらして行うようにした。」との記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１５－２１３４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子を並列接続した場合には、半導体スイッチング素子のオン抵抗が個体差によってそれぞれ異なることにより、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子の間に損失アンバランスが発生する。このような損失アンバランスが発生すると、それぞれの半導体スイッチング素子の温度変化に差が生じ、それにより互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子の間の寿命が異なることとなるので、長寿命化の妨げとなる。
【０００９】
また、特許文献１では、互いに並列に接続された３個の半導体素子を１２０°だけ互いに位相をずらしてスイッチングする技術を開示しているが、この技術を用いた場合でも、互いに並列に接続された複数の半導体スイッチング素子のオン抵抗に差がある場合には、それぞれの半導体スイッチング素子で発生する損失が異なることとなるため、先ほどの説明と同様に損失アンバランスが発生する。
【００１０】
他には、損失アンバランス抑制のために、予め測定された半導体スイッチング素子のオン抵抗に基づいてオン抵抗の近いもののみを仕分けして用いる方法や、センサを用いてアンバランスを検出してアンバランスを抑制するよう制御する方法などが考えられる。しかしながら、それらの方法では、半導体スイッチング素子の選別によるコストの大幅な増加や、センサを用いてリアルタイムでアンバランスを検出して制御するための構成のためのコストの大幅な増加があるという問題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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