中存在的電感會(huì)導(dǎo)致浪涌電壓產(chǎn)生，常出現(xiàn)對(duì)元件施加過電壓的問題。為了防止這種情況，需要盡可能減小上述的直流環(huán)繞電流路徑的電感。
[0035]另一方面，處理大電流的半導(dǎo)體開關(guān)元件具有布線用的端子、絕緣用的外殼，元件往往被收納在塊狀的模塊中。
圖4是將圖1或圖2的電路中使用的半導(dǎo)體開關(guān)、二極管模塊化后的結(jié)構(gòu)圖。
圖4(a)是收納了上下臂的M0SFET4、5的第一模塊201，圖4(b)是收納了中間臂的二極管部分(二極管10、11)的第二模塊202，圖4(c)是收納了中間臂的IGBT部分(IGBT12、13)的第三模塊203。再有，圖4(b)、(c)所示的模塊202、203以將P點(diǎn)之間、N點(diǎn)之間、AC(U)點(diǎn)之間互連的方式使用。另外，圖4(d)是將中間臂的二極管10、11和IGBT12、13 —起收納的第四模塊210，相當(dāng)于上述的圖3(c)的電路。
此外，圖4(e)、(f)是將構(gòu)成中間臂的IGBT13和二極管11收納于第五模塊220和同樣地將構(gòu)成中間臂的IGBT12和二極管10收納于第六模塊221的例子。
[0036]接著，圖5(&)表示使用圖4(&)、03)、((3)的模塊201、202、203的配置/布線構(gòu)造。上下臂用的第一模塊201、二極管部分的第二模塊202和IGBT部分的第三模塊203全都形成為相同形狀。
[0037]圖5 (a)中，204是連接到P點(diǎn)的布線條，205是連接到N點(diǎn)的布線條，206是連接到U點(diǎn)的布線條。另外，207是與中間臂的二極管11和IGBT13的連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的布線條，208是與中間臂的二極管10和IGBT12的連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的布線條，209是與Μ點(diǎn)電位對(duì)應(yīng)的布線條。
在該配置/布線構(gòu)造中，從Ρ、Ν點(diǎn)經(jīng)由U點(diǎn)流動(dòng)的電流在作為返程的Μ點(diǎn)電位上被遮蔽。眾所周知，如果將布線條平行配置，則由經(jīng)往返成為反向的電流產(chǎn)生的磁通被抵消，從而電感變小。圖5(a)的構(gòu)造就用來實(shí)現(xiàn)這種狀態(tài)。這種構(gòu)造具有可以直接利用以圖4(a)?(c)那樣的二電平電路一般地被使用的結(jié)構(gòu)模塊的優(yōu)點(diǎn)。
[0038]另外，圖5(b)表示使用圖4 (a)、(d)的模塊201、210的配置/布線構(gòu)造，211是連接到P點(diǎn)的布線條，212是連接到N點(diǎn)的布線條，213是連接到Μ點(diǎn)的布線條，214是連接到U點(diǎn)的布線條。布線條213和其他布線條211、212、214被配置成在模塊201、210上平行地相互重疊。根據(jù)該構(gòu)造，與圖5(a)相比具有能縮短環(huán)繞電路的距離的優(yōu)點(diǎn)。
[0039]圖5(c)表示使用圖4(a)、(e)、(f)的模塊201、220、221的配置/布線構(gòu)造，222是連接到P點(diǎn)的布線條，223是連接到N點(diǎn)的布線條，224是連接到Μ點(diǎn)的布線條，225是連接到U點(diǎn)的布線條。布線條224和其他布線條222、223、225被配置成在模塊201、220、221上平行地相互重疊。
當(dāng)然，模塊的結(jié)構(gòu)、布線條的形狀不限于以上所述的那些。
附圖標(biāo)記說明
[0040]1:直流電源 2、3、9:電容器 4、5:半導(dǎo)體開關(guān) 8:電抗器 10、11: 二極管 12、13:半導(dǎo)體開關(guān)
20:電壓變動(dòng)補(bǔ)償電路(升壓斬波器)
21:半導(dǎo)體開關(guān)
22:二極管
23:電抗器
100:變壓器
101:初級(jí)繞組
102:次級(jí)繞組
201、202、203、210、220、221:模塊
204、205、206、207、208、209、211、212、213、214、222、223、224、225:布線條300:電力系統(tǒng)
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三電平逆變器，包括可通過向控制端子施加導(dǎo)通信號(hào)或斷開信號(hào)來控制正向電流的導(dǎo)通/斷開且相對(duì)于反向電流始終處于導(dǎo)通狀態(tài)的第一半導(dǎo)體開關(guān)和第二半導(dǎo)體開關(guān)， 在直流電源上并聯(lián)連接第一電容器與第二電容器的串聯(lián)電路、以及所述第一半導(dǎo)體開關(guān)與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路， 在所述第一電容器與所述第二電容器的串聯(lián)連接點(diǎn)上連接可控制正反兩方向電流的導(dǎo)通/斷開的雙向開關(guān)的一端，并且在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)上連接所述雙向開關(guān)的另一端， 所述雙向開關(guān)具有可通過向控制端子施加導(dǎo)通信號(hào)或斷開信號(hào)來控制正向電流的導(dǎo)通/斷開且相對(duì)于反向電流始終處于導(dǎo)通狀態(tài)或者始終處于斷開狀態(tài)或者是不具有耐壓的非導(dǎo)通狀態(tài)中的任一狀態(tài)的第三半導(dǎo)體開關(guān)和第四半導(dǎo)體開關(guān)、與所述第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接的第一二極管、以及與所述第四半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接的第二二極管，所述雙向開關(guān)是將所述第三半導(dǎo)體開關(guān)與所述第一二極管的串聯(lián)電路、和所述第四半導(dǎo)體開關(guān)與所述第二二極管的串聯(lián)電路反向地并聯(lián)連接而構(gòu)成的， 通過所述第一至第四半導(dǎo)體開關(guān)的動(dòng)作可輸出三個(gè)電壓電平， 所述三電平逆變器進(jìn)行運(yùn)行以使得滿足交流輸出電壓的峰值成為所述第一電容器或所述第二電容器的電壓的80%以上的值的條件、或輸出功率因數(shù)成為0.8以上的條件中的至少一個(gè)條件。2.如權(quán)利要求1所述的三電平逆變器，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)由碳化硅所制成的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成，或者由碳化硅所制成的半導(dǎo)體開關(guān)元件與碳化硅所制成的肖特基勢(shì)皇二極管的逆并聯(lián)電路構(gòu)成。3.如權(quán)利要求1或2所述的三電平逆變器，其特征在于， 作為所述第三半導(dǎo)體開關(guān)和所述第四半導(dǎo)體開關(guān)，使用由硅制成的IGBT或MOSFET，并且作為所述第一二極管和所述第二二極管，使用反向恢復(fù)時(shí)間小于等于所述第一半導(dǎo)體開關(guān)或所述第二半導(dǎo)體開關(guān)的切換時(shí)間的二極管。4.如權(quán)利要求3所述的三電平逆變器，其特征在于， 所述第一二極管和所述第二二極管是由碳化硅制成的肖特基勢(shì)皇二極管。5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的三電平逆變器，其特征在于， 在所述直流電源、和所述第一電容器與所述第二電容器的串聯(lián)電路之間，包括對(duì)所述直流電源的電壓變動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償以使所述串聯(lián)電路的兩端電壓穩(wěn)定的電壓變動(dòng)補(bǔ)償電路。6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的三電平逆變器，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)收納在第一模塊中，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)和所述第四半導(dǎo)體開關(guān)收納在第二模塊中，所述第一二極管和所述第二二極管收納在第三模塊中，所述第一至第三模塊之間由低電感的導(dǎo)體條進(jìn)行連接。7.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的三電平逆變器，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)收納在第一模塊中，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)、所述第一二極管、所述第四半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二二極管收納在第四模塊中，所述第一模塊和所述第四模塊之間由低電感的導(dǎo)體條進(jìn)行連接。8.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的三電平逆變器，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)收納在第一模塊中，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)和所述第一二極管收納在第五模塊中，所述第四半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二二極管收納在第六模塊中，所述第一、第五、第六模塊之間由低電感的導(dǎo)體條進(jìn)行連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及三電平逆變器，其中，在直流電源(1)上并聯(lián)連接電容器(2、3)的串聯(lián)電路和SiC-MOSFET等的半導(dǎo)體開關(guān)(4、5)的串聯(lián)電路，并在電容器(2、3)的串聯(lián)連接點(diǎn)(M點(diǎn))上連接由IGBT等的半導(dǎo)體開關(guān)(12、13)和SiC-SBD等的二極管(10、11)構(gòu)成的雙向開關(guān)的一端，并且將其另一端連接于半導(dǎo)體開關(guān)(4、5)的串聯(lián)連接點(diǎn)，從而構(gòu)成可通過半導(dǎo)體開關(guān)(4、5、12、13)的動(dòng)作輸出三個(gè)電壓電平的三電平逆變器。進(jìn)行運(yùn)行以使得滿足交流輸出電壓Vo的峰值為電容器(2、3)的電壓的80％以上的值的條件或輸出功率因數(shù)為0.8以上的條件中至少一方的條件。因此，可利用常規(guī)的廉價(jià)元件作為半導(dǎo)體開關(guān)的一部分，在降低成本的同時(shí)謀求高效化、小型化。
【IPC分類】H02M7/483
【公開號(hào)】CN105379098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380075396
【發(fā)明人】山田隆二, 丸山宏二, 田中孝明
【申請(qǐng)人】富士電機(jī)株式會(huì)社
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2013年10月2日
【公告號(hào)】EP2966768A1, US20160028224, WO2015049743A1