電力變換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠抑制對開關(guān)元件施加反向電壓的電力變換裝置。第1反向阻斷型開關(guān)部(31)具有在交流線(Pr)與直流線(LH)之間相互串聯(lián)連接的第1二極管(Dr1)和第1開關(guān)元件(Sr1)，第1二極管(Dr1)被設(shè)置成其陰極朝向第1直流線(LH)側(cè)。第2反向阻斷型開關(guān)元件(34)具有在交流線(Pr)與第2直流線(LL)之間相互串聯(lián)連接的第2二極管(Dr2)和第2開關(guān)元件(Sr2)，第2二極管(Dr2)被設(shè)置成其陽極朝向第2直流線(LL)側(cè)。第3二極管與第1和第2開關(guān)元件(Sr1、Sr2、Ss1、Ss2、St1、St2)中的至少任意一方并聯(lián)連接，且使陽極朝向第1直流線(LH)側(cè)。
【專利說明】電力變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力變換裝置，尤其涉及具有反向阻斷型開關(guān)部的電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在專利文獻I中記載了三相電流型變流器。該電流型變流器將對輸入線施加的三相交流電壓變換為直流電壓，并將其施加給一對直流線之間。更具體地講，電流型變流器針對各相各具有一對反向阻斷型開關(guān)部。各相中，一對反向阻斷型開關(guān)部在一對直流線之間相互串聯(lián)連接，其連接點與輸入線連接。并且，各相的一對反向阻斷型開關(guān)部在直流母線間與其他相的一對反向阻斷型開關(guān)部并聯(lián)連接。
[0003]這些反向阻斷型開關(guān)部具有二極管和開關(guān)元件。二極管和開關(guān)元件相互串聯(lián)連接。這些二極管均被設(shè)置成其陽極朝向高電位側(cè)的直流線。由此，二極管實現(xiàn)作為反向阻斷開關(guān)部的反向阻斷功能。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2011-15604號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]在專利文獻I的技術(shù)中，在對反向阻斷型開關(guān)部施加反向(即二極管的正向的相反方向的)電壓的情況下，也通過二極管來支持該反向電壓，所以，對開關(guān)元件施加的反向電壓較小。
[0009]但是，本申請的 申請人:發(fā)現(xiàn)，例如由于雷擊等而產(chǎn)生以下現(xiàn)象。即，存在對該反向阻斷型開關(guān)部施加的反向電壓雖然不大，但是，卻對開關(guān)元件單體施加了較大的反向電壓。這種現(xiàn)象將在后面詳細敘述，但是，該反向電壓不會被反向阻斷用二極管降低。
[0010]因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠抑制對開關(guān)元件施加反向電壓的電力變
換裝置。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]本發(fā)明的電力變換裝置的第I方式具有:交流線(Pr、Ps、Pt);第I直流線和第2直流線(LH、LL);第1反向阻斷型開關(guān)部(31~33)，其具有在所述交流線與所述第I直流線之間相互串聯(lián)連接的第I 二極管(Drl、Dsl、Dtl)和第I開關(guān)元件(SrUSsUStl)Jy^i第I 二極管被設(shè)置成其陰極朝向所述第I直流線側(cè);第2反向阻斷型開關(guān)部(34~36)，其具有在所述交流線與所述第2直流線之間相互串聯(lián)連接的第2 二極管(Dr2、Ds2、Dt2)和第2開關(guān)元件(Sr2、Ss2、St2)，所述第2 二極管被設(shè)置成其陽極朝向所述第2直流線側(cè)；以及至少一個第3 二極管(Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4)，其在所述第I直流線側(cè)具有陽極，與所述第I開關(guān)元件和所述第2開關(guān)元件中的至少任意一方并聯(lián)連接。
[0013]本發(fā)明的電力變換裝置的第2方式是在第I方式的電力變換裝置中，所述至少一個第3 二極管是2個二極管(Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4)，分別與所述第I開關(guān)元件和所述第2開關(guān)元件(SrU Ssl、Stl、Sr2、Ss2、St2)并聯(lián)連接。
[0014]本發(fā)明的電力變換裝置的第3方式是在第I或第2方式的電力變換裝置中，所述至少一個第3 二極管(Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4)的容許電流比所述第I 二極管和所述第 2 二極管(Drl、Dsl、Dtl、Dr2、Ds2、Dt2)的容許電流小。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置(3)的第I方式，即使對第I反向阻斷開關(guān)部和第2反向阻斷開關(guān)部施加反向電壓，第I 二極管和第2 二極管也支持該反向電壓的大部分，所以，抑制了第I和第2開關(guān)元件中產(chǎn)生的反向電壓。而且，根據(jù)本發(fā)明的第I方式，例如在不對反向阻斷開關(guān)部施加反向電壓、而僅對與第3 二極管并聯(lián)連接的開關(guān)元件單體施加反向電壓的情況下，也能夠通過第3 二極管來抑制該反向電壓。另外，作為這種情況的一例，可以列舉出例如由于雷擊等，而導(dǎo)致經(jīng)由開關(guān)元件的動作電源，該開關(guān)元件的第I直流線側(cè)的一端的電位增大。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第2方式，能夠防止對第I和第2開關(guān)元件雙方施加較大的反向電壓。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第3方式，與采用容許電流較大的二極管的情況相t匕，能夠降低部件/制造成本。
[0019]本發(fā)明的目的、特征、方面和優(yōu)點通過以下的詳細說明和附圖將更加明了。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是示出電力變換裝置的概念性結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0021]圖2是示出現(xiàn)有的電力變換裝置的概念性結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0022]圖3是示出對開關(guān)元件施加的電壓的圖。
[0023]圖4是示出開關(guān)元件的動作電源側(cè)的概念性結(jié)構(gòu)的一例的圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，在電力變換裝置(以下稱為變流器)3上連接有交流線Pr、Ps、Pt和直流線LH、LL。在交流線Pr、Ps、Pt上連接有三相交流電源1，其被施加三相交流電壓。另夕卜，在圖1中，例示了與3條交流線連接的三相變流器3，但是不限于此。變流器3例如也可以是單相變流器，或者也可以是相數(shù)大于三相的變流器。
[0025]變流器3具有反向阻斷型開關(guān)部31?36。反向阻斷型開關(guān)部31?33分別設(shè)置在各個交流線Pr、Ps、Pt與直流線LH之間。反向阻斷型開關(guān)部31具有二極管Drl和開關(guān)元件Srl，反向阻斷型開關(guān)部32具有二極管Dsl和開關(guān)元件Ssl，反向阻斷型開關(guān)部33具有二極管Dtl和開關(guān)元件Stl。
[0026]在各個反向阻斷型開關(guān)部31?33中，二極管Dxl(以下，X代表r、s、t)和開關(guān)元件Sxl在交流線Px與直流線LH之間相互串聯(lián)連接。在圖1的例示中，二極管Dxl配置在比開關(guān)元件Sxl靠直流線LH側(cè)。另外，二極管Dxl也可以配置在比開關(guān)元件Sxl靠交流線Px偵彳。特別是從使各開關(guān)元件Sxl的動作電源的電位與直流線LH的電位相同的觀點出發(fā)，優(yōu)選二極管Dxl配置在交流線Px側(cè)。二極管Dxl被配置成其陰極朝向直流線LH側(cè)，發(fā)揮反向阻斷型開關(guān)部31~33的反向阻斷功能。即，二極管Drl、Dsl、Dtl分別防止電流從直流線LH經(jīng)由反向阻斷型開關(guān)部31~33流向交流線Pr、Ps、Pt。
[0027]開關(guān)元件Sxl例如是絕緣柵雙極型晶體管等，是將從直流線LL朝向直流線LH的方向作為正向的開關(guān)元件。
[0028]反向阻斷型開關(guān)部34~36分別設(shè)置在各個交流線Pr、Ps、Pt與直流線LL之間。反向阻斷型開關(guān)部34具有二極管Dr2和開關(guān)元件Srl，反向阻斷型開關(guān)部35具有二極管Ds2和開關(guān)元件Ss2，反向阻斷型開關(guān)部36具有二極管Dt2和開關(guān)元件St2。
[0029]在各個反向阻斷型開關(guān)部34~36中，二極管Dx2和開關(guān)元件Sx2在交流線Px與直流線LL之間相互串聯(lián)連接。在圖1的例示中，二極管Dx2配置在比開關(guān)元件Sx2靠交流線Px側(cè)。另外，二極管Dx2也可以配置在比開關(guān)元件Sx2靠直流線LL側(cè)。二極管Dx2被配置成其陽極朝向直流線LL側(cè)，發(fā)揮反向阻斷型開關(guān)部34~36的反向阻斷功能。即，二極管Dr2、Ds2、Dt2分別防止電流從交流線Pr、Ps、Pt經(jīng)由反向阻斷型開關(guān)部34~36流向直流線LL。
[0030]開關(guān)元件Sx2例如是絕緣柵雙極型晶體管等，是將從直流線LL朝向直流線LH的方向作為正 向的開關(guān)元件。
[0031]根據(jù)對交流線Px施加的交流電壓,適當(dāng)控制這些開關(guān)元件Sxl、Sx2。由此,變流器3能夠?qū)涣骶€Pr、Ps、Pt施加的交流電壓變換為直流電壓，并將其施加到直流線LH、LL之間。這種控制是公知的技術(shù)，所以省略詳細說明。
[0032]并且，在圖1的例示中，變流器3還具有二極管0^、083、0七3、0^、084、0七4。二極管Dx3、Dx4被設(shè)置成分別與開關(guān)元件Sx 1、Sx2并聯(lián)連接，且其陽極朝向直流線LH側(cè)。理論上，這些二極管Dx3、Dx4在變流器3的通常動作、即在從交流電壓變換為直流電壓的變換動作中完全不發(fā)揮作用。但是，能夠通過二極管Dx3、Dx4抑制例如由于雷擊等而引起的不良情況。這點在后面詳細敘述。
[0033]在圖1的例示中，在三相交流電源I與變流器3之間設(shè)有濾波器2。例如濾波器2具有分別設(shè)置在交流線Pr、Ps、Pt上的電抗器、以及設(shè)置在交流線Pr、Ps、Pt彼此之間的電容器。電容器設(shè)置在電抗器與變流器3之間，在圖1的例示中，這些電容器以星型接線相互連接。該濾波器2抑制流過交流線Pr、Ps、Pt的電流中的、例如由于變流器3的開關(guān)而引起的諧波成分。由此，能夠使輸入電流的波形平滑。另外，濾波器2不是必須的要件。
[0034]并且，在圖1的例示中，在變流器3的后級連接有逆變器4。逆變器4例如是三相逆變器，將直流線LH、LL之間的直流電壓變換為交流電壓，并將其施加給負載5。逆變器4關(guān)于三相中的每一相，具有在直流線LH、LL之間相互串聯(lián)連接的一對開關(guān)部。該一對開關(guān)部之間的連接點與負載5連接。各開關(guān)部具有相互并聯(lián)連接的二極管和開關(guān)元件。該二極管被設(shè)置成其陽極朝向直流線LH側(cè)。而且，通過適當(dāng)控制這些開關(guān)元件，逆變器4能夠?qū)⒅绷麟妷鹤儞Q為期望的交流電壓。該控制是公知的技術(shù)，所以省略詳細說明。
[0035]負載5例如是電機，根據(jù)從逆變器4施加的交流電壓而被驅(qū)動。
[0036]另外，變流器3提供直流電壓的裝置不限于逆變器，也可以是任意的裝置。
[0037]下面，根據(jù)與現(xiàn)有變流器之間的比較來說明本變流器3的效果。如圖2所示，現(xiàn)有的變流器30不具有二極管Dx3、Dx4。在該變流器30中，反向阻斷型開關(guān)部31~36也分別具有二極管Drl、Dsl、Dtl、Dr2、Ds2、Dt2。因此，即使對反向阻斷型開關(guān)部31~36施加以直流線LH側(cè)為高電位的反向電壓，其大部分也被二極管Drl、Dsl、Dtl、Dr2、Ds2、Dt2支持。因此，能夠抑制對開關(guān)元件Sr1、Ssl、Stl、Sr2、Ss2、St2施加的反向電壓。
[0038]但是，有時例如由于雷擊等而產(chǎn)生以下現(xiàn)象。即，例如雖然在反向阻斷型開關(guān)部36的兩端未產(chǎn)生那么大的反向電壓，但是，如圖3所示，有時在開關(guān)元件St2單體中產(chǎn)生較大的反向電壓。另外，在圖3的例示中，在開關(guān)元件St2導(dǎo)通的狀態(tài)下被施加反向電壓，在反向電壓消除后，開關(guān)元件St2處于非導(dǎo)通。但是，開關(guān)元件St2的導(dǎo)通/非導(dǎo)通的定時以及反向電壓的定時并不限于此，這只不過是例示。
[0039]可知上述反向電壓例如是取決于開關(guān)元件Sxl、Sx2的動作電源的變動而產(chǎn)生的。因此，首先對開關(guān)元件Sxl、Sx2的動作電源進行說明。如圖4中例示的那樣，在開關(guān)元件SxU Sx2的控制端子(柵極端子)上分別連接有驅(qū)動電路Drxl、Drx2。在驅(qū)動電路Drxl、Drx2上連接有動作電源Exl、Ex2。動作電源Exl、Ex2分別為直流電源，動作電源Exl的低電位側(cè)的一端與開關(guān)元件Sxl的直流線LH側(cè)的一端(發(fā)射極端子)連接，動作電源Ex2的低電位側(cè)的一端與開關(guān)元件Sx2的直流線LH側(cè)的一端(發(fā)射極端子)連接。驅(qū)動電路Drxl、Drx2分別接收開關(guān)信號，并將其施加給開關(guān)元件Sxl、Sx2的控制端子。
[0040]在該變流器3中，動作電源Exl、Ex2由于雷擊等而發(fā)生變動，從而可能產(chǎn)生上述現(xiàn)象。例如由于動作電源Ex2的低電位的增大，開關(guān)元件Sx2的直流線LH側(cè)的一端的電位可能增大。該電位的增大雖然會在開關(guān)元件Sx2中產(chǎn)生反向電壓，但是，不會改變開關(guān)元件Sx2和二極管Dx2這一組(即反向阻斷型開關(guān)部36)的兩端電壓。
[0041]這樣，當(dāng)開關(guān)元件Sx2和二極管Dx2這一組的兩端電壓不變、但是在開關(guān)元件Sx2中產(chǎn)生了反向電壓的情況下，無法通過二極管Dx2來降低該反向電壓。
[0042]另一方面，根據(jù)本實施方式的變流器3，在開關(guān)元件Sxl、Sx2上逆并聯(lián)(逆並列)連接有二極管Dx3、Dx4。因此，即使有時未對反向阻斷型開關(guān)部施加反向電壓、而對開關(guān)元件Sxl、Sx2單體施加了反向電壓，也能夠通過二極管Dx3、Dx4的導(dǎo)通來降低該反向電壓。這種對策并不能根據(jù)拘泥于通過二極管Dxl、Dx2來進行開關(guān)元件Sxl、Sx2的反向電壓抑制的現(xiàn)有技術(shù)容易地導(dǎo)出。
[0043]另外，流過二極管Dx3、Dx4的電流是基于電路的寄生電容等中蓄積的電荷而產(chǎn)生的。而且,這種寄生電容比三相交流電源I的電容小,所以,流過二極管Dx3、Dx4的電流比流過二極管Dxl、Dx2的電流小。因此，優(yōu)選二極管Dx3或二極管Dx4的容許電流比二極管Dxl、Dx2的容許電流小。由此，能夠降低部件/制造成本。
[0044]另一方面，優(yōu)選二極管Dx3、Dx4的正向電壓的額定值比二極管Dxl、Dx2大。這是因為，瞬間對二極管Dx3、Dx4施加的正向電壓可能比對二極管Dxl、Dx2施加的正向電壓高。
[0045]并且，變流器3并不是必須具有二極管Dx3、Dx4的全部。只要設(shè)置二極管Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4中的至少一方即可。這是為了能夠防止與其并聯(lián)連接的開關(guān)元件的反向電壓并且能夠發(fā)揮效果。
[0046]并且，作為現(xiàn)有技術(shù)的思想，可以考慮設(shè)置公知的浪涌吸收電路。例如通過在變流器3的輸入側(cè)設(shè)置至少一級以上的用于吸收浪涌電壓的公知的浪涌吸收電路，吸收變流器3的浪涌電壓。但是，這種對策導(dǎo)致電路規(guī)模的增大，并不一定能夠抑制開關(guān)元件的反向電壓。
[0047]以上詳細說明了本發(fā)明，但是，上述說明在所有方面均是例示性的，本發(fā)明并不限于此。應(yīng)當(dāng)理解為未例示的無數(shù)變形例是在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下能夠想到的。
[0048]標號說明
[0049]3:變流器；31 ?36:反向阻斷型開關(guān)部；DrU DsU DtU Dr2、Ds2、Dt2、Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4:二極管；LH、LL:直流線；Pr、Ps、Pt:交流線；Srl, Ssl、StU Sr2、Ss2、St2:開關(guān)元件。
【權(quán)利要求】
1.一種電力變換裝置，其具有: 交流線(Pr、Ps、Pt)； 第I直流線和第2直流線(LH、LL)； 第I反向阻斷型開關(guān)部(31?33)，其具有在所述交流線與所述第I直流線之間相互串聯(lián)連接的第I 二極管(Drl、Dsl、Dtl)和第I開關(guān)元件(Sr1、Ssl、Stl)，所述第I 二極管被設(shè)置成其陰極朝向所述第I直流線側(cè)； 第2反向阻斷型開關(guān)部(34?36)，其具有在所述交流線與所述第2直流線之間相互串聯(lián)連接的第2 二極管(Dr2、Ds2、Dt2)和第2開關(guān)元件(Sr2、Ss2、St2)，所述第2 二極管被設(shè)置成其陽極朝向所述第2直流線側(cè)；以及 至少一個第3 二極管(Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4)，其在所述第I直流線側(cè)具有陽極，與所述第I開關(guān)元件和所述第2開關(guān)元件中的至少任意一方并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中， 所述至少一個第3 二極管是2個二極管(Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4)，分別與所述第I開關(guān)元件(Sr1、Ssl、Stl)和所述第2開關(guān)元件(Sr2、Ss2、St2)并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其中， 所述至少一個第3 二極管(Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4)的容許電流比所述第I 二極管(DrUDsUDtl)和所述第2 二極管(Dr2.Ds2.Dt2)的容許電流小。
【文檔編號】H02M7/12GK103999341SQ201280063013
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月28日
【發(fā)明者】石關(guān)晉一, 鍵村紀雄, 石井英宏 申請人:大金工業(yè)株式會社