多電平電力變換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及面向高壓大容量的多電平電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變換裝置由作為半導(dǎo)體元件（與IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)元件逆并聯(lián)地連接了二 極管的模塊：以下相同）的主電路開關(guān)元件構(gòu)成。作為該電力變換裝置的高壓化組件，有將 多個半導(dǎo)體元件串聯(lián)地連接而成的電路結(jié)構(gòu)。
[0003] 像這樣，提出了在將半導(dǎo)體元件串聯(lián)連接而成的電路結(jié)構(gòu)中輸出5個電平的電壓 的多電平電力變換裝置。另外，作為該多電平電力變換裝置之一，提出了專利文獻1那樣的 電路結(jié)構(gòu)。在專利文獻1中，如圖27所示，通過3相共用所使用的直流電壓源DCCUDCC2、 快速充電電容器（flyingcapacitor)FC1、FC2,削減所使用的電容器的數(shù)量，實現(xiàn)了裝置的 小型化。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特愿2012 - 209368號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 但是，在圖27所示的電路結(jié)構(gòu)中，由于3相共用電容器以及一部分的半導(dǎo)體元件 S1~S4,所以具有存在無法輸出的輸出電壓的組合這樣的課題。具體而言，在想要從輸出 端子U、V、W分別輸出2E、0、一 2E的相電壓時，由于使快速充電電容器FC1短路，所以無法 輸出這些相電壓的組合。
[0008] 根據(jù)圖28，說明具體例。在此，圖28示出U相輸出2E、V相輸出0、W相輸出一2E 的電壓的例子。另外，在圖28中，〇標(biāo)記表示導(dǎo)通的半導(dǎo)體元件。
[0009] 如圖28所示，在想要從輸出端子U、V、W分別同時輸出2E、0、一 2E的電壓時，快速 充電電容器FC1的兩端的半導(dǎo)體元件Sl、S2同時導(dǎo)通，使快速充電電容器FC1短路。其結(jié) 果是，在DCC1 -S1 -FC1 -S2 -DCC1的短路環(huán)路中產(chǎn)生過電流。
[0010] 由于存在該問題，所以在圖27所示的電路結(jié)構(gòu)中，無法選擇圖28所示那樣的導(dǎo)通 的半導(dǎo)體元件，無法同時輸出2E、0、一 2E的電壓。
[0011] 在圖27所示的電路結(jié)構(gòu)中，由于無法從輸出端子U、V、W分別同時輸出2E、0、一 2E 的電壓，所以用其它輸出電壓的組合進行模擬來代替。例如，通過從輸出端子U、V、W分別重 復(fù)輸出2E、E、一 2E和2E、一E、一 2E的電壓，平均地輸出2E、0、一 2E的電壓來代替。
[0012] 但是，需要使從輸出端子U、V、W分別輸出2E、E、一 2E和2E、一E、一 2E的時間始 終相等，并且始終進行時間管理。其結(jié)果是，產(chǎn)生控制復(fù)雜化這樣的問題。該問題針對應(yīng)用 圖27而將輸出相數(shù)增加到4相以上的電路結(jié)構(gòu)也是同樣的。
[0013] 另一方面，在圖29(a)所示的專利文獻1的[實施方式5]、圖29(b)所示的[實施 方式6]中，在直流電壓源DCCUDCC2的施加電壓為2E、快速充電電容器CFCUCFC2的施加 電壓為E的情況下，能夠從輸出端子OUT_U、OUT_V、OUT_W同時輸出2E、0、一 2E的電壓。但 是，在圖29(a) (b)所示的電路結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生以下（1) (2)的問題。
[0014] (1)在圖29(a)、（b)的電路結(jié)構(gòu)中，被施加到與輸出端子0UT_U、0UT_V、0UT_W連 接的半導(dǎo)體元件SU5、SU6、SV5、SV6、SW5、SW6的穩(wěn)態(tài)電壓最大值成為3E。其結(jié)果是，存在 如下的問題：需要高耐壓的半導(dǎo)體元件，在裝置的小型化和成本方面變得不利。
[0015] (2)在圖29(a)、（b)中，由于在用〇包圍了的半導(dǎo)體元件S2. 1~S2. 3、SI. 1~ 51. 3中流過U相、V相、W相這3相量的電流，所以為了冷卻這些半導(dǎo)體元件SI. 1~S1. 3、 52. 1~S2. 3,需要冷卻效果好的大型的散熱片。
[0016] 以上的問題（1)、（2)對于應(yīng)用圖29(a)、（b)而將輸出相數(shù)增加到4相以上的電路 結(jié)構(gòu)也是同樣的。
[0017] 根據(jù)以上所示的情況，在多相的多電平電力變換裝置中，從所有相輸出任意的電 壓、并且簡化用于從所有相輸出任意的電壓電平的控制成為課題。
[0018] 本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有的問題而提出的，其一方案是一種多電平電力變換裝置， 生成從直流電壓源以及快速充電電容器的電壓變換為多個電壓電平的交流輸出，其特征在 于，具備：串聯(lián)連接的N個（N多2)直流電壓源；Μ相（M多3)的基本電路，該基本電路具有： 在Ν個直流電壓源各自的正負極之間依次串聯(lián)連接的第1~第4半導(dǎo)體元件；一端連接于 第1、第2半導(dǎo)體元件的共用連接點的第5半導(dǎo)體元件；以及一端連接于第3、第4半導(dǎo)體元 件的共用連接點的第6半導(dǎo)體元件；Μ相共用的快速充電電容器，被插入于所有相的第5半 導(dǎo)體元件的另一端與所有相的第6半導(dǎo)體元件的另一端之間；以及Μ相的電壓選擇電路，將 各基本電路的第2、第3半導(dǎo)體元件的共用連接點作為輸入端子，在輸入端子與輸出端子之 間分別具有半導(dǎo)體元件，通過對該半導(dǎo)體元件選擇性地進行接通、關(guān)斷（ON、OFF)控制，從 輸出端子輸出上述輸入端子中的某一個端子的電位。
[0019] 另外，作為其它方案，是一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源以及快速充 電電容器的電壓變換為多個電壓電平的交流輸出，其特征在于，具備：串聯(lián)連接的N個（N= 2以上的偶數(shù)）直流電壓源；基本電路，具有：一端連接于串聯(lián)連接的N個直流電壓源中的 偶數(shù)級的直流電壓源的正極端的、Μ相（M多3)共用的第1半導(dǎo)體元件，在上述偶數(shù)級的第 1半導(dǎo)體元件的另一端與上述偶數(shù)級的直流電壓源的負極端之間依次串聯(lián)連接的Μ相的第 2~第4半導(dǎo)體元件；一端連接于偶數(shù)級的第3、第4半導(dǎo)體元件的共用連接點的Μ相的第 6半導(dǎo)體元件；一端連接于奇數(shù)級的直流電壓源的負極端的Μ相共用的第4半導(dǎo)體元件；在 上述奇數(shù)級的直流電壓源的正極端與奇數(shù)級的第4半導(dǎo)體元件的另一端之間依次串聯(lián)連 接的Μ相的第1~第3半導(dǎo)體元件；以及一端連接于奇數(shù)級的第1、第2半導(dǎo)體元件的共用 連接點的Μ相的第5半導(dǎo)體元件；Μ相共用的偶數(shù)級的快速充電電容器，被插入于偶數(shù)級中 的第1、第2半導(dǎo)體元件的共用連接點與偶數(shù)級中的所有相的第6半導(dǎo)體元件的另一端之 間；Μ相共用的奇數(shù)級的快速充電電容器，被插入于奇數(shù)級中的所有相的第5半導(dǎo)體元件的 另一端與奇數(shù)級中的第3、第4半導(dǎo)體元件的共用連接點之間；以及Μ相的電壓選擇電路， 將各基本電路的第2、第3半導(dǎo)體元件的共用連接點作為輸入端子，在輸入端子與輸出端子 之間分別具有半導(dǎo)體元件，通過對該半導(dǎo)體元件選擇性地進行接通、關(guān)斷控制，從輸出端子 輸出上述輸入端子中的某一個端子的電位。
[0020] 另外，作為其它方案，是一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源以及快速充 電電容器的電壓變換為多個電壓電平的交流輸出，其特征在于，具備：串聯(lián)連接的N個（N= 2以上的偶數(shù)）直流電壓源；基本電路，具有：一端連接于串聯(lián)連接的N個直流電壓源中的 偶數(shù)級的直流電壓源的負極端的、Μ相（M多3)共用的第4半導(dǎo)體元件，在上述偶數(shù)級的直 流電壓源的正極端與偶數(shù)級的第4半導(dǎo)體元件的另一端之間依次串聯(lián)連接的Μ相的第1~ 第3半導(dǎo)體元件；一端連接于偶數(shù)級的第1、第2半導(dǎo)體元件的共用連接點的Μ相的第5半 導(dǎo)體元件；一端連接于奇數(shù)級的直流電壓源的正極端的Μ相共用的第1半導(dǎo)體元件；在奇 數(shù)級的第1半導(dǎo)體元件的另一端與奇數(shù)級的直流電壓源的負極端之間依次串聯(lián)連接的Μ相 的第2~第4半導(dǎo)體元件；以及一端連接于奇數(shù)級的第3、第4半導(dǎo)體元件的共用連接點的 Μ相的第6半導(dǎo)體元件；Μ相共用的偶數(shù)級的快速充電電容器，被插入于偶數(shù)級中的所有第 5半導(dǎo)體元件與第3、第4半導(dǎo)體元件的共用連接點之間；Μ相共用的奇數(shù)級的快速充電電 容器，被插入于奇數(shù)級中的第1、2半導(dǎo)體元件的共用連接點與所有第6半導(dǎo)體元件之間； 以及Μ相的電壓選擇電路，將各基本電路的第2、第3半導(dǎo)體元件的共用連接點作為輸入端 子，在輸入端子與輸出端子之間分別具有半導(dǎo)體元件，通過對該半導(dǎo)體元件選擇性地進行 接通、關(guān)斷控制，從輸出端子輸出上述輸入端子中的某一個端子的電位。
[0021] 另外，作為其它方案，是一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源以及快速充 電電容器的電壓變換為多個電壓電平的交流輸出，其特征在于，具備：串聯(lián)連接的Ν個（Ν= 2以上的偶數(shù)）直流電壓源；Μ相（Μ多3)的基本電路，該基本電路具有：在串聯(lián)連接的Ν個 直流電壓源中的偶數(shù)級的直流電壓源的正極端依次串聯(lián)連接的第2、第3半導(dǎo)體元件；和在 串聯(lián)連接的Ν個直流電壓源中的奇數(shù)級的直流電壓源的負極端依次串聯(lián)連接的第3、第2半 導(dǎo)體元件；Μ相共用的快速充電電容器，與上述奇數(shù)級以及偶數(shù)級的第2、第3半導(dǎo)體元件分 別并聯(lián)連接；以及Μ相的電壓選擇電路，將基本電路的第2、第3半導(dǎo)體元件的共用連接點 以及偶數(shù)級的直流電壓源的負極端與奇數(shù)級的直流電壓源的正極端的共用連接點作為輸 入端子，在輸入端子與輸出端子之間具有半導(dǎo)體元件，通過對該半導(dǎo)體元件選擇性地進行 接通、關(guān)斷控制，從輸出端子輸出上述輸入端子中的某一個端子的電位。
[0022] -種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源以及快速充電電容器的電壓變換為 多個電壓電平的交流輸出，其特征在于，具備：串聯(lián)連接的Ν個（Ν= 2以上的偶數(shù)）直流電 壓源；Μ相（Μ多3)的基本電路，該基本電路具有：在串聯(lián)連接的Ν個直流電壓源中的偶數(shù) 級的直流電壓源的正負極之間依次串聯(lián)連接的第2~第4半導(dǎo)體元件；一端連接于上述偶 數(shù)級的第3、第4半導(dǎo)體元件的共用連接點的第6半導(dǎo)體元件；在串聯(lián)連接的Ν個直流電壓 源中的奇數(shù)級的直流電壓源的正負極之間依次串聯(lián)連接的第1~第3半導(dǎo)體元件；以及一 端連接于上述奇數(shù)級的第1、第2半導(dǎo)體元件的共用連接點的第5半導(dǎo)體元件；Μ相共用的 偶數(shù)級的快速充電電容器，被插入于上述偶數(shù)級中的所有第6半導(dǎo)體元件的另一端、與偶 數(shù)級的直流電壓源的正極端和第2半導(dǎo)體元件的共用連接點之間；Μ相共用的奇數(shù)級的快 速充電電容器，被插入于上述奇數(shù)級中的所有第5半導(dǎo)體元件的另一端、與奇數(shù)級的直流 電壓源的負極端和第3半導(dǎo)體元件的共用連接點之間；以及Μ相的電壓選擇電路，將基本電 路的第2、第3半導(dǎo)體元件的共用連接點作為輸入端子，在輸入端子與輸出端子之間分別具 有半導(dǎo)體元件，通過對該半導(dǎo)體元件選擇性地進行接通、關(guān)斷控制，從輸出端子輸出上述輸 入端子中的某一個端子的電位。
[0023] 另外，作為其它方案，是一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源以及快速充 電電容器的電壓變換為多個電壓電平的交流輸出，其特征在于，具備：串聯(lián)連接的N個（N=2以上的偶數(shù)）直流電壓源；Μ相（Μ多3)的基本電路，該基本電路具有：在串聯(lián)連接的 Ν個直流電壓源中的偶數(shù)級的直流電壓源的正負極之間依次串聯(lián)連接的第1~第3半導(dǎo)體 元件；一端連接于上述偶數(shù)級的第1、第2半導(dǎo)體元件的共用連接點的第5半導(dǎo)體元件；在 串聯(lián)連接的Ν個直流電壓源中的奇數(shù)級的直流電壓源的正負極之間依次串聯(lián)連接的第2~ 第4半導(dǎo)體元件；以及一端連接于上述奇數(shù)級的第3、第4半導(dǎo)體元件的共用連接點的第6 半導(dǎo)體元件；Μ相共用的偶數(shù)級的快速充電電容器，被插入于上述偶數(shù)級中的所有第5半導(dǎo) 體元件的另一端、與偶數(shù)級的直流電壓源的負極端和第3半導(dǎo)體元件的共用連接點之間；Μ 相共用的奇數(shù)級的快速充電電容器，被插入于上述奇數(shù)級中的所有第6半導(dǎo)體元件的另一 端、與奇數(shù)級的直流電壓源的正極端和第2半導(dǎo)體元件的共用連接點之間；以及Μ相的電壓 選擇電路，將基本電路的第2、第3半