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公開番号2025154709
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024057864
出願日2024-03-29
発明の名称インバータ装置
出願人株式会社ダイヘン
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H02M 1/08 20060101AFI20251002BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】コモンモードノイズを小さくし、誤動作及び回路故障の可能性を抑制する。
【解決手段】インバータ装置は、N個のハイサイドスイッチと、N個のハイサイドドライバと、N個のハイサイド絶縁型伝送回路と、ハイサイドDC/DCコンバータと、を備え、N個のハイサイドスイッチに対して、導通時における低電位側の端子の電位と非導通時における低電位側の端子の電位との電位差の絶対値が一番小さいハイサイドスイッチを第1とし、電位差の絶対値が一番大きいハイサイドスイッチを第Nとなるように順番に番号付けした場合、第1～第Nのハイサイド絶縁型伝送回路は、それぞれ直列に接続された少なくともn個の分割絶縁型伝送回路を含み、第n以降の分割絶縁型伝送回路における2個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第nのハイサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所に接続される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第１電圧が印加される第１入力端子と、パルス電圧出力端子との間に直列に接続されたＮ個のハイサイドスイッチ（Ｎは、２以上の整数）と、
前記Ｎ個のハイサイドスイッチに一対一で設けられ、ハイサイド制御信号を受け取り、前記ハイサイド制御信号に応じて前記Ｎ個のハイサイドスイッチのうちの対応するハイサイドスイッチを導通または非導通に切り替えるＮ個のハイサイドドライバと、
前記Ｎ個のハイサイドドライバに一対一で設けられ、制御回路から出力された信号を受け取り、前記制御回路から絶縁された前記ハイサイド制御信号を、前記Ｎ個のハイサイドドライバのうちの対応するハイサイドドライバに与えるＮ個のハイサイド絶縁型伝送回路と、
前記Ｎ個のハイサイドドライバのそれぞれに対して駆動電圧を供給するハイサイドＤＣ／ＤＣコンバータと、
を備え、
前記Ｎ個のハイサイドスイッチに対して、導通時における低電位側の端子の電位と非導通時における低電位側の端子の電位との電位差の絶対値が一番小さいハイサイドスイッチを第１とし、前記電位差の絶対値が一番大きいハイサイドスイッチを第Ｎとなるように順番に番号付けした場合、
前記第１～第Ｎのハイサイド絶縁型伝送回路のうちの第ｎのハイサイド絶縁型伝送回路（ｎは、１以上、Ｎ以下の整数）における２個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第ｎのハイサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所又は前記低電位側の端子に対して所定の電位差の電位の箇所に接続され、
前記第１～第Ｎのハイサイド絶縁型伝送回路は、それぞれ直列に接続された少なくともｎ個の分割絶縁型伝送回路を含み、このうち前記制御回路側から数えて第ｎ以降の分割絶縁型伝送回路における２個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第ｎのハイサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所又は前記低電位側の端子に対して所定の電位差の電位の箇所に接続される
インバータ装置。
続きを表示（約 2,700 文字）【請求項２】
前記パルス電圧出力端子と、前記第１電圧より低い第２電圧が印加される第２入力端子との間に直列に接続されたＭ個のローサイドスイッチ（Ｍは、２以上の整数）と、
前記Ｍ個のローサイドスイッチに一対一で設けられ、ローサイド制御信号を受け取り、前記ローサイド制御信号に応じて前記Ｍ個のローサイドスイッチのうちの対応するローサイドスイッチを導通または非導通に切り替えるＭ個のローサイドドライバと、
前記Ｍ個のローサイドドライバに一対一で設けられ、前記制御回路から出力された信号を受け取り、前記制御回路から絶縁された前記ローサイド制御信号を、前記Ｍ個のローサイドドライバのうちの対応するローサイドドライバに与えるＭ個のローサイド絶縁型伝送回路と、
前記Ｍ個のローサイドドライバのそれぞれに対して駆動電圧を供給するローサイドＤＣ／ＤＣコンバータと、
を備え、
前記Ｍ個のローサイドスイッチに対して、導通時における低電位側の端子の電位と非導通時における低電位側の端子の電位との電位差の絶対値が一番小さいローサイドスイッチを第１とし、前記電位差の絶対値が一番大きいローサイドスイッチを第Ｍとなるように順番に番号付けした場合、
前記第１～第Ｍのローサイド絶縁型伝送回路のうちの第ｍのローサイド絶縁型伝送回路（ｍは、１以上、Ｍ以下の整数）における２個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第ｍのローサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所又は前記低電位側の端子に対して所定の電位差の電位の箇所に接続され、
前記第１～第Ｍのローサイド絶縁型伝送回路は、それぞれ直列に接続された少なくともｍ個の分割絶縁型伝送回路を含み、このうち前記制御回路側から数えて第ｍ以降の分割絶縁型伝送回路における２個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第ｍのローサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所又は前記低電位側の端子に対して所定の電位差の電位の箇所に接続される
請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記Ｎ個のハイサイドスイッチは、同期して導通または非導通に切り替えられ、
前記Ｍ個のローサイドスイッチは、同期して導通または非導通に切り替えられ、
前記Ｎ個のハイサイドスイッチと、前記Ｍ個のローサイドスイッチとは、導通または非導通が相補的に切り替えられる
請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記Ｎ個のハイサイド絶縁型伝送回路のそれぞれは、
直列に接続されたＮ個の分割絶縁型伝送回路を含み、
前記Ｎ個の分割絶縁型伝送回路のそれぞれは、直列に接続された前段の回路から信号を受け取り、受け取った信号に応じた信号であって、前記前段の回路から絶縁された信号を出力し、
前記Ｎ個の分割絶縁型伝送回路のうちの先頭の分割絶縁型伝送回路は、前記制御回路から出力された信号を受け取り、前記Ｎ個の分割絶縁型伝送回路のうちの末尾の分割絶縁型伝送回路は、対応するハイサイドドライバに前記ハイサイド制御信号を与える
請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記Ｍ個のローサイド絶縁型伝送回路のそれぞれは、
直列に接続されたＭ個の分割絶縁型伝送回路を含み、
前記Ｍ個の分割絶縁型伝送回路のそれぞれは、直列に接続された前段の回路から信号を受け取り、受け取った信号に応じた信号であって、前記前段の回路から絶縁された信号を出力し、
前記Ｍ個の分割絶縁型伝送回路のうちの先頭の分割絶縁型伝送回路は、前記制御回路から出力された信号を受け取り、前記Ｍ個の分割絶縁型伝送回路のうちの末尾の分割絶縁型伝送回路は、対応するローサイドドライバに前記ローサイド制御信号を与える
請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記ハイサイドＤＣ／ＤＣコンバータは、前記Ｎ個のハイサイドドライバに一対一で設けられ、それぞれが絶縁型の直流－直流の電力変換をするＮ個の分割ＤＣ／ＤＣコンバータが直列接続されて構成されており、
前記Ｎ個の分割ＤＣ／ＤＣコンバータに対して、外部回路から出力された電圧を受け取る分割ＤＣ／ＤＣコンバータを第１の分割ＤＣ／ＤＣコンバータとし、末尾の分割ＤＣ／ＤＣコンバータが第Ｎの分割ＤＣ／ＤＣコンバータとなるように順番に番号付けした場合、
前記第１～第Ｎの分割ＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ前記Ｎ個のハイサイドスイッチのうちの非導通時における低電位側の端子の電位の絶対値が一番小さいハイサイドスイッチに対応するハイサイドドライバから非導通時における低電位側の端子の電位の絶対値が一番大きいハイサイドスイッチに対応するハイサイドドライバに向かう順番で、それぞれに対応するハイサイドドライバに対して駆動電圧を供給するものであり、
第ｎの分割ＤＣ／ＤＣコンバータにおける２個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第ｎのハイサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所又は前記低電位側の端子に対して所定の電位差の電位の箇所に接続される
請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記ローサイドＤＣ／ＤＣコンバータは、前記Ｍ個のローサイドドライバに一対一で設けられ、それぞれが絶縁型の直流－直流の電力変換をするＭ個の分割ＤＣ／ＤＣコンバータが直列接続されて構成されており、
前記Ｍ個の分割ＤＣ／ＤＣコンバータに対して、外部回路から出力された電圧を受け取る分割ＤＣ／ＤＣコンバータを第１の分割ＤＣ／ＤＣコンバータとし、末尾の分割ＤＣ／ＤＣコンバータが第Ｍの分割ＤＣ／ＤＣコンバータとなるように順番に番号付けした場合、
前記第１～第Ｍの分割ＤＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ前記Ｍ個のローサイドスイッチのうちの非導通時における低電位側の端子の電位の絶対値が一番小さいローサイドスイッチに対応するローサイドドライバから非導通時における低電位側の端子の電位の絶対値が一番大きいローサイドスイッチに対応するローサイドドライバに向かう順番で、それぞれに対応するローサイドドライバに対して駆動電圧を供給するものであり、
第ｍの分割ＤＣ／ＤＣコンバータにおける２個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第ｍのローサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所又は前記低電位側の端子に対して所定の電位差の電位の箇所に接続される
請求項２に記載のインバータ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
例えばプラズマ装置等に数ｋＶ～数１０ｋの振幅の高電圧のパルスを印加する場合がある（特許文献１参照）。このような、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、スイッチとして、高耐圧のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又は高耐圧のＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。
【０００３】
このような高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、スイッチと、スイッチを制御するための制御回路との間の配線を絶縁して信号を伝達する絶縁型の伝送回路を備える。例えば、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、トランスにより入力側（一次側）の配線と、出力側（二次側）の配線とを電気的に絶縁して信号を伝達する絶縁型の伝送回回路を備える。また、例えば、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、電気信号を発光素子で光に変換し、光を受光素子で電子信号に変換することにより絶縁をする光ファイバを用いた伝送回路を備えてもよい。さらに、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、駆動回路に電力を供給する電力変換回路として、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－９５４８３号公報
特開２０２０－１１４１４２号公報
【非特許文献】
【０００５】
神宮克哉、和田圭二、“ゲート信号遅延によるSiC-MOSFET直列接続時における電圧バランス制御”、２０１８年１１月１日、電気学会論文誌Ｄ（産業応用部誌）／１３８巻（２０１８）１１号、ｐ．８６４－８７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、高速にスイッチングをした場合、絶縁型の回路の入出力間に、大きな電圧時間変化（ｄＶ／ｄｔ）であるコモンモードノイズが発生する。絶縁型の伝送回路及び絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、大きなコモンモードノイズが発生した場合、電圧時間変化によって生じる電流変化によって誤動作又は故障をする場合がある。例えば、光ファイバ又はトランスを用いた伝送回路は、このような電流変化に対する耐性が、同相過渡耐性又はコモンモード耐量（ＣＭＴＩ）として規定される。絶縁型の伝送回路は、一般的な半導体により実現された場合、数１０ｋＶ／μｓ～数１００ｋＶ／μｓ程度の耐性を有する。また、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、このような電流変化に対する耐性が、コモンモード電流耐性として規定される。
【０００７】
高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、絶縁型の伝送回路を同相過渡耐性及びコモンモード耐性の規定範囲内で用いる場合、高価な回路を用いるか、スイッチのスイッチング速度を遅くしなければならない。また、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータをコモンモード電流耐性の規定範囲内で用いる場合、同様に、高価な回路を用いるか、スイッチのスイッチング速度を遅くしなければならない。しかしながら、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、高価な回路を用いた場合、コストが高くなってしまい、スイッチのスイッチング速度を遅くした場合、スイッチ損失が大きくなってしまう。
【０００８】
また、このような対策のため、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、絶縁型の伝送回路を直列に複数個接続したり、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを直列に複数個接続したりすることにより、個々の回路のコモンモードノイズの負担を軽減することができる（例えば、特許文献２及び非特許文献１）。しかし、各回路は、入出力間の寄生容量にばらつきがあるので、容量の大きい回路の入出力間より、容量の小さい回路の入出力間に大きな電圧が印加される。従って、高電圧のパルスを発生するインバータ装置は、絶縁型の伝送回路を直列に複数個接続したり、ＤＣ／ＤＣコンバータを直列に複数個接続したりした場合であっても、個々の回路のコモンモードノイズの負担を軽減することが好ましい。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、Ｎ個のハイサイド絶縁型伝送回路のそれぞれに印加されるコモンモードノイズを小さくし、誤動作及び回路故障の可能性を抑制することができるインバータ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るインバータ装置は、第１電圧が印加される第１入力端子と、パルス電圧出力端子との間に直列に接続されたＮ個のハイサイドスイッチ（Ｎは、２以上の整数）と、前記Ｎ個のハイサイドスイッチに一対一で設けられ、ハイサイド制御信号を受け取り、前記ハイサイド制御信号に応じて前記Ｎ個のハイサイドスイッチのうちの対応するハイサイドスイッチを導通または非導通に切り替えるＮ個のハイサイドドライバと、前記Ｎ個のハイサイドドライバに一対一で設けられ、制御回路から出力された信号を受け取り、前記制御回路から絶縁された前記ハイサイド制御信号を、前記Ｎ個のハイサイドドライバのうちの対応するハイサイドドライバに与えるＮ個のハイサイド絶縁型伝送回路と、前記Ｎ個のハイサイドドライバのそれぞれに対して駆動電圧を供給するハイサイドＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、前記Ｎ個のハイサイドスイッチに対して、導通時における低電位側の端子の電位と非導通時における低電位側の端子の電位との電位差の絶対値が一番小さいハイサイドスイッチを第１とし、前記電位差の絶対値が一番大きいハイサイドスイッチを第Ｎとなるように順番に番号付けした場合、前記第１～第Ｎのハイサイド絶縁型伝送回路のうちの第ｎのハイサイド絶縁型伝送回路（ｎは、１以上、Ｎ以下の整数）における２個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第ｎのハイサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所又は前記低電位側の端子に対して所定の電位差の電位の箇所に接続され、前記第１～第Ｎのハイサイド絶縁型伝送回路は、それぞれ直列に接続された少なくともｎ個の分割絶縁型伝送回路を含み、このうち前記制御回路側から数えて第ｎ以降の分割絶縁型伝送回路における２個の出力端子のうちの基準電位側端子は、第ｎのハイサイドスイッチの非導通時における低電位側の端子と同じ電位の箇所又は前記低電位側の端子に対して所定の電位差の電位の箇所に接続される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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