多電平功率轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專利摘要】生成高電壓交流的多電平轉(zhuǎn)換電路中存在若開關(guān)切換時的電壓變化較大，則會有浪涌電壓施加到負(fù)載電路上，從而導(dǎo)致絕緣破壞的問題。將直流電源設(shè)為兩個電源的串聯(lián)電路，本發(fā)明的多電平功率轉(zhuǎn)換電路中作為交流輸出的半導(dǎo)體開關(guān)切換時的電壓變化與現(xiàn)有技術(shù)相比較小，該多電平功率轉(zhuǎn)換電路包括：連接在PN間的2n個IGBT的串聯(lián)電路與電容器組合而成的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路；連接在該半導(dǎo)體開關(guān)電路的第一IGBT的發(fā)射極與第2nIGBT的集電極之間的2n-2個IGBT的串聯(lián)電路與電容器組合而成的第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路；以及連接在所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的中間點與直流電源的中間點之間的雙向開關(guān)。
【專利說明】多電平功率轉(zhuǎn)換電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將直流轉(zhuǎn)換成高次諧波分量較少的交流，或在減小交流輸入電流波形的失真的同時將交流轉(zhuǎn)換成直流的多電平功率轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖7中示出專利文獻(xiàn)I所記載的將直流轉(zhuǎn)換成交流的功率轉(zhuǎn)換電路，即五電平逆變器的電路示例。
60、61是串聯(lián)連接的直流電源(2Ed X 2)，將正極電位設(shè)為P、負(fù)極電位設(shè)為N、中間電位設(shè)為M。通常，在由交流電源系統(tǒng)構(gòu)成本直流電源的情況下，可以通過將未圖示的整流器與大容量的電容器進(jìn)行雙串聯(lián)連接等來構(gòu)成。
[0003]Ua為一個相(U相)的電路結(jié)構(gòu)(相橋臂)。下面說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)。51至54是在P側(cè)電位與N側(cè)電位之間串聯(lián)連接的四個由IGBT和二極管構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)。55和56是在半導(dǎo)體開關(guān)51和52的連接點與半導(dǎo)體開關(guān)53和54的連接點之間串聯(lián)連接的兩個由IGBT和二極管構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)。
[0004]IGBT57和58的反向并聯(lián)電路是連接在直流電源的M電位與半導(dǎo)體開關(guān)55和56的連接點之間的雙向半導(dǎo)體開關(guān)，可以如圖7所示，將具有反向耐壓的IGBT(57和58)反向并聯(lián)連接，或者可以如圖10(a)至圖10(c)所示，將不具有反向耐壓的IGBT(Q1、Q2)與二極管(D1、D2)進(jìn)行組合來構(gòu)成。圖10(a)是將IGBT Ql和二極管Dl構(gòu)成的串聯(lián)電路與、IGBTQ2和二極管D2構(gòu)成的串聯(lián)電路進(jìn)行反向并聯(lián)連接而構(gòu)成。圖10(b)是將和二極管D2反向并聯(lián)連接的IGBT Ql與和二極管Dl反向并聯(lián)連接的IGBT Q2以共集電極的方式反向串聯(lián)連接而構(gòu)成，圖10(c)是將IGBT Ql與IGBT Q2以共發(fā)射極的方式反向串聯(lián)連接而構(gòu)成。除此之外，還存在有利用二極管橋式電路和一個IGBT構(gòu)成的結(jié)構(gòu)等。
[0005]59是稱為飛跨電容器的電容器，其兩端的平均電壓由Ed來控制，利用其充放電現(xiàn)象來實現(xiàn)直流電源2Ed的中間電位Ed的輸出。這些電路組Ua構(gòu)成一個相，通過將3個相(Ua、Ub、Uc)并聯(lián)連接來構(gòu)成三相逆變器電路。
[0006]62是交流電動機(jī)，以作為本系統(tǒng)的負(fù)載。通過構(gòu)成本電路,并利用直流電源的P電位、N電位、M電位、以及半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通截止和電容器59的電壓,能夠使轉(zhuǎn)換器的交流輸出端子輸出(P-Ed)和(N+Ed)的中間電位,從而構(gòu)成五電平輸出的逆變器。
[0007]例如，當(dāng)輸出電壓2Ed時，使IGBT51和52導(dǎo)通，當(dāng)輸出電壓Ed時，使IGBT51和53導(dǎo)通，當(dāng)輸出零電壓(M電位的電壓)時，使IGBT58、56、53導(dǎo)通，當(dāng)輸出-Ed時，使IGBT53、55,57導(dǎo)通，當(dāng)輸出-2Ed時，使IGBT53、54導(dǎo)通，通過進(jìn)行上述等動作來輸出五電平的電壓。除上述以外還存在有其他的動作方式，這里省略詳細(xì)說明。特征在于直流電源2Ed的電壓一半即電壓Ed通過從P側(cè)的直流電源60的電壓2Ed中減去電容器59的電壓Ed而得到，_Ed的電壓通過從N側(cè)的直流電源61的電壓(_2Ed)中減去電容器59的電壓(-Ed)而得到。
[0008]圖13示出輸出線之間的電壓(Vout)的波形例。該波形由五電平的電壓構(gòu)成，相對于雙電平的逆變器，這種五電平逆變器的低階的高次諧波分量較少，從而能夠減少半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)損耗，能夠建立高效率的系統(tǒng)。
[0009]此外，圖8示出構(gòu)成圖7的五電平轉(zhuǎn)換電路等多電平轉(zhuǎn)換電路的基本形式的電路。將具有相同功能的元器件編號設(shè)為與圖7的電路相同，并省略說明。通過在圖中的端子A與B之間增加轉(zhuǎn)換電路，能夠?qū)崿F(xiàn)多電平電路。
[0010]圖9示出作為其應(yīng)用電路的七電平逆變器的電路例。該電路通過在直流電源16與17串聯(lián)連接而得到的電壓(3EdX2)的正極與負(fù)極之間連接作為半導(dǎo)體開關(guān)的IGBTl?6，在IGBT3的集電極與IGBT4的發(fā)射極之間連接已充電至一個單位電壓(Ed)的電容器13，并且在IGBT2的集電極與IGBT5的發(fā)射極之間連接已充電至2個單位電壓(2Ed)的電容器14，能夠進(jìn)行具有七電平電位的交流輸出。
[0011]對于輸出七電平電壓的動作，可與五電平的情況一樣地來進(jìn)行考慮。例如，當(dāng)輸出3Ed的電壓時，使IGBT1、2、3導(dǎo)通，當(dāng)輸出2Ed的電壓時，使IGBT1、2、4導(dǎo)通，當(dāng)輸出Ed的電壓時，使IGBT1、5、4導(dǎo)通，當(dāng)輸出零電壓(M電位的電壓)時，使IGBT12、56、5、4導(dǎo)通，當(dāng)輸出-Ed時，使IGBT4、5、55、11導(dǎo)通，當(dāng)輸出_2Ed時，使IGBT4、2、55、11導(dǎo)通，當(dāng)輸出_3Ed時，使IGBT4、5、6導(dǎo)通，通過進(jìn)行上述等動作來輸出七電平的電壓。除上述以外還存在有其他的動作方式，這里省略詳細(xì)說明。特征在于，Ed的電壓通過從P側(cè)的直流電源16的電壓3Ed中減去電容器14的電壓2Ed而得到，2Ed的電壓通過從直流電源16的電壓3Ed中減去電容器13的電壓Ed而得到，-Ed的電壓通過從N側(cè)的直流電源17的電壓(_3Ed)中減去電容器14的電壓(_2Ed)而得到，_2Ed的電壓通過從N側(cè)的直流電源17的電壓(_3Ed)中減去電容器13的電壓(-Ed)而得到。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本專利特表2001-525717號公報 非專利文獻(xiàn)
[0013]非專利文獻(xiàn)1:「Fast Hi gh-power/High-vo ltage SwitchUsingSeries-connected IGBTs with Active Gate-controlled Voltage-balancing」APEC1994、P469-472

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0014]如上所述，在圖9所示的七電平逆變器電路的動作中，當(dāng)開關(guān)元件55或56進(jìn)行開關(guān)時，電壓的變化為2個單位(2Ed)。一般情況下，若較大的電壓變化出現(xiàn)在輸出波形中，則負(fù)載側(cè)的交流電動機(jī)中會產(chǎn)生與該電壓相應(yīng)的較高的微浪涌電壓，其結(jié)果是有可能發(fā)生絕緣破壞的問題。
[0015]圖11示出此時的動作圖。圖11(a)是輸出M電位的狀態(tài)、且開關(guān)元件12、56、5、4導(dǎo)通的狀態(tài)。若從該狀態(tài)使IGBT56截止，則如同一圖(b)所示，由于在IGBT55與電容器14側(cè)的整流，因此在輸出處輸出M點電位(零)-2Ed的電壓，因而此時的電壓變化幅度為2Ed。
[0016]此外，若根據(jù)一個單位的電壓變化(Ed)來選擇元件作為IGBT55、56，則需要將兩個元件串聯(lián)連接，在這種情況下對串聯(lián)連接的IGBT進(jìn)行開關(guān)時，為了使其均等地承擔(dān)切斷時電壓，同步性成為必要條件。作為實現(xiàn)這種情況的方法，就需要非專利文獻(xiàn)I所示的附屬電路，其結(jié)果是導(dǎo)致了成本的增加。
[0017]本發(fā)明的課題是解決上述問題。即，在所有的動作模式下將因IGBT的開關(guān)而引起的電壓變化設(shè)為I個單位(Ed)，且不需要同時開關(guān)串聯(lián)連接的IGBT。
這里，若根據(jù)一個單位的電壓變化來應(yīng)用耐壓元件，則IGBTl及6也需要進(jìn)行串聯(lián)連接，但由于在切換該IGBT時輸出電壓的變化為I個單位(Ed)，因此沒有微浪涌的問題，此外也不一定需要同時對串聯(lián)連接的元件進(jìn)行開關(guān)，也不至于會導(dǎo)致元件破壞。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0018]為解決上述問題，第一發(fā)明是將直流轉(zhuǎn)換為交流或?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流的多電平功率轉(zhuǎn)換電路，包括:直流電源串聯(lián)電路，該直流電源串聯(lián)電路由兩個直流電源串聯(lián)連接而成；第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路連接在所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子和負(fù)極端子之間、由2η(η為3以上的整數(shù))個與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成個電容器，該η-1個電容器分別連接在從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第η個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第η+1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間、以及m取I到n-2為止的整數(shù)時為第n-m個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第n+m+1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間；第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路由2n-2個與連接在從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第一個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第2n個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極之間的二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成；n-2個電容器，該n-2個電容器分別連接在從所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的正側(cè)起算為第η-1個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第η個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間、以及在η為4以上的情況下，m取2至n_2為止的整數(shù)時為第n_m個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第n+m-1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間；以及雙向開關(guān)，該雙向開關(guān)能夠進(jìn)行雙向開關(guān)，連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第η個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與所述直流電源串聯(lián)電路的中間電位點之間。
[0019]在第二發(fā)明中，將第一發(fā)明中的η設(shè)為3以上的整數(shù)，構(gòu)成具有2η+1個電平的電壓變化的功率轉(zhuǎn)換電路。
[0020]在第三發(fā)明中，將第一或第二發(fā)明中從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第一個或第2η半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成為多個半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明效果
[0021 ] 本發(fā)明包括:直流電源串聯(lián)電路，該直流電源串聯(lián)電路由兩個直流電源串聯(lián)連接而成；第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路連接在所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子和負(fù)極端子之間、由2η(η為3以上的整數(shù))個與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成個電容器，該η-1個電容器分別連接在從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第η個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第η+1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間、以及m取I到n-2為止的整數(shù)時為第n-m個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第n+m+1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間；第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路由2n-2個與連接在從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第一個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第2n個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極之間的二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成；n-2個電容器，該n-2個電容器分別連接在從所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的正側(cè)起算為第η-1個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第η個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間、以及在η為4以上的情況下，m取2至n_2為止的整數(shù)時為第n_m個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第n+m-1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間；以及雙向開關(guān)，該雙向開關(guān)能夠進(jìn)行雙向開關(guān)，連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第η個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與所述直流電源串聯(lián)電路的中間電位點之間，使得可輸出具有2η+1個電平的電壓變化的交流輸出電壓。
[0022]其結(jié)果是，使得切換時輸出電壓的變化變?yōu)镮個單位(Ed)，與現(xiàn)有情況相比該輸出電壓的變化較小，從而在負(fù)載側(cè)的交流電動機(jī)等中不會產(chǎn)生微電涌電壓，不會發(fā)生絕緣破壞的問題。此外，通過使從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第一個及第2η個半導(dǎo)體開關(guān)采用多個半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，能夠使施加在開關(guān)電路的各半導(dǎo)體開關(guān)上的電壓變?yōu)镮個單位，并且不需要串聯(lián)連接時用于均壓的附屬電路等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是表示本發(fā)明的第I實施例的電路圖。
圖2是說明圖1的開關(guān)動作的動作圖Α。
圖3是說明圖1的開關(guān)動作的動作圖B。
圖4是表示本發(fā)明的第2實施例的電路圖。
圖5是本發(fā)明的第I實施例的變形例。
圖6是本發(fā)明的第2實施例的變形例。
圖7是表示現(xiàn)有實施例的五電平逆變器的電路示例。
圖8是現(xiàn)有的多電平電路的基本電路。
圖9是七電平轉(zhuǎn)換電路的現(xiàn)有例。
圖10是雙向開關(guān)的電路示例。
圖11是現(xiàn)有的七電平轉(zhuǎn)換電路的動作例。
圖12是本發(fā)明的七電平轉(zhuǎn)換電路的動作例。
圖13是五電平逆變器的輸出電壓波形示例。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明的要點在于，包括:直流電源串聯(lián)電路，該直流電源串聯(lián)電路由兩個直流電源串聯(lián)連接而成；第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路由2η(η為3以上的整數(shù))個連接在所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子和負(fù)極端子之間的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成；η_1個電容器，該η-1個電容器分別連接在從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第η個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第η+1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間、以及m取I到n-2為止的整數(shù)時為第n-m個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第n+m+1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間；第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路由2n-2個連接在從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第一個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第2n個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極之間的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成；n_2個電容器，該n-2個電容器分別連接在從所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的正側(cè)起算為第η-1個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第η個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間、以及在η為4以上的情況下，m取2至n-2為止的整數(shù)時為第n_m個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第n+m-1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間；以及雙向開關(guān)，該雙向開關(guān)連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第η個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與所述直流電源串聯(lián)電路的中間電位點之間，并輸出具有2η+1個電平的電壓變化的交流輸出電壓。
實施例1
[0025]圖1表示本發(fā)明的第I實施例。第I實施例是從具有3Ed(3單位)電壓的兩個直流電源的串聯(lián)連接電路產(chǎn)生由七電平的電壓波形構(gòu)成的交流輸出電壓的功率轉(zhuǎn)換電路的實施例。是使用IGBT作為半導(dǎo)體開關(guān)的構(gòu)成例。
相對于使用現(xiàn)有的多電平轉(zhuǎn)換電路的基本電路(圖8)的圖9所示的七電平轉(zhuǎn)換電路，第I實施例采用了以下結(jié)構(gòu)，即:將第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的IGBT55變更為IGBT7和8的串聯(lián)電路，將IGBT56變更為IGBT9和10的串聯(lián)電路，并在IGBT7和8的連接點與IGBT9和10的連接點之間連接有電容器15。
[0026]圖2和圖3表示動作模式圖。圖2是輸出作為交流輸出電壓的3Ed、2Ed、Ed、0的電位時IGBTl~12的輸出動作模式，圖3是輸出作為交流輸出電壓的-Ed、-2Ed、-3Ed的電位時IGBTl~12的輸出動作模式。標(biāo)記〇表不導(dǎo)通,標(biāo)記X表不截止。以下將輸出動作模式簡要記載為輸出模式。
[0027]在圖2中，當(dāng)輸出3Ed時，只要將IGBTl~3設(shè)為導(dǎo)通即可，但為了使下一時刻的整流動作順暢進(jìn)行，將I GBT9、10、12也設(shè)為導(dǎo)通。
[0028]輸出2Ed時的輸出模式有A~C三種。輸出模式A是將IGBT1、2、4設(shè)為導(dǎo)通、輸出從直流電源16的電壓3Ed減去電容器13的電壓Ed而得到的電壓2Ed的模式(表示為3-lb)，為了使下一時刻的整流動作順暢進(jìn)行，將IGBT9、10、12也設(shè)為導(dǎo)通。輸出模式B是將IGBT1、3、5設(shè)為導(dǎo)通，并從直流電源16的電壓3Ed減去電容器14的電壓2Ed，再加上電容器13的電壓Ed,從而輸出電壓2Ed的模式(表不為3_2+lb),為了使下一時刻的整流動作順暢進(jìn)行，將IGBT9、10、12設(shè)為導(dǎo)通。輸出模式C是將IGBT2、3、9、10、11、12設(shè)為導(dǎo)通、在M電位(零)上加上電容器14的電壓(2Ed)、從而輸出電壓2Ed的模式(表示為0+2)。
[0029]輸出Ed的輸出模式有A~E五種,輸出零的動作模式有A~F六種,對于其動作，可與輸出3Ed或2Ed的輸出模式的說明同樣地來進(jìn)行考慮，因而此處省略說明。
[0030]圖3是輸出作為交流輸出電壓的負(fù)電壓時的輸出模式。當(dāng)輸出_3Ed時，只要將IGBT4、5、6設(shè)為導(dǎo)通即可，但為了使下一時刻的整流動作順暢進(jìn)行，將IGBT7、8、11也設(shè)為導(dǎo)通。
[0031]輸出_2Ed時的輸出模式有A~C三種。輸出模式A是將IGBT3、5、6設(shè)為導(dǎo)通、并在直流電源17的電壓_3Ed上加上電容器13的電壓Ed、從而輸出_2Ed的模式(表不為-3+lb)，為了使下一時刻的整流動作順暢進(jìn)行，將IGBT7、8、11也設(shè)為導(dǎo)通。輸出模式B是將IGBT2、4、6設(shè)為導(dǎo)通、并在直流電源17的電壓(_3Ed)上加上電容器14的電壓(2Ed)、再減去電容器13的電壓(Ed)、從而輸出-2Ed的模式(表不為_3+2_lb)，為了使下一時刻的整流動作順暢進(jìn)行，將IGBT7、8、11也設(shè)為導(dǎo)通。輸出模式C是將IGBT4、5、7、8、1、12設(shè)為導(dǎo)通、輸出從直流電源的M點電位(零)減去電容器14的電壓(2Ed)所得到的電壓的模式(表示為0-2) ο
[0032]輸出-Ed的輸出模式有A?E五種，對于其動作，可與輸出_3Ed或_2Ed的輸出模式的說明同樣地來進(jìn)行考慮，因而此處省略說明。
通過采用這種電路結(jié)構(gòu)，如圖12所示，當(dāng)從輸出M電位(零)的狀態(tài)(IGBT12、9、10、
5、4導(dǎo)通)輸出負(fù)電壓時，通過使IGBTlO截止，從而如圖11(b)所示，向IGBT7和電容器15側(cè)進(jìn)行整流，在輸出端輸出M-Ed(具體而言M+Ed-2Ed)的電位。此時的電位變化為I個單位(Ed)。
[0033]圖5示出在將所有應(yīng)用的IGBT的耐壓設(shè)為相等的情況下的第I實施例(七電平的功率轉(zhuǎn)換電路的實施例)的變形例。這種情況是分別將圖1中的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的IGBTl變更為IGBTla?Id的四元件串聯(lián)電路，將IGBT6變更為IGBT6a?6d的四元件串聯(lián)電路的例子。由于能夠使用具有相同耐壓的元件作為所有的IGBT，因此在裝置結(jié)構(gòu)簡單化的同時，元器件的管理也變得容易。
實施例2
[0034]圖4示出第2實施例。第2實施例是從具有4Ed(4單位)電壓的兩個直流電源的串聯(lián)連接電路產(chǎn)生由九電平的電壓波形構(gòu)成的交流輸出電壓的功率轉(zhuǎn)換電路的實施例。是使用IGBT作為半導(dǎo)體開關(guān)的構(gòu)成例。
第2實施例的基本電路結(jié)構(gòu)與圖1相同，在IGBT29?34串聯(lián)連接而成的第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接電路中，在IGBT29和30的連接點與IGBT33和34的連接點之間連接有電容器40，并且在IGBT30和31的連接點與IGBT32和33的連接點之間連接有電容器41。此外，在IGBT21?28串聯(lián)連接而成的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接電路中，也采用與第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接電路相同的結(jié)構(gòu)，連接有電容器39、38及電容器37。
[0035]圖6示出在將所有應(yīng)用的IGBT的耐壓設(shè)為相等的情況下的第2實施例(九電平轉(zhuǎn)換電路)的變形例。在該結(jié)構(gòu)中，采用分別將圖4中的IGBT21變更為由IGBT21a?21e組成的五元件串聯(lián)連接電路，將IGBT28變更為由IGBT28a?28e組成的五元件串聯(lián)連接電路的結(jié)構(gòu)。
基于這種基本結(jié)構(gòu)也能實現(xiàn)十一電平以上的多電平轉(zhuǎn)換電路。
此外，在上述實施例中，示出了開關(guān)時的電壓變化為直流電壓的一個單位(Ed)的情況的例子，但在允許多個單位變化的情況下，當(dāng)然也可以變更半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接數(shù)、所使用的電容器的個數(shù)。
[0036]此外，在本實施例中，對將直流轉(zhuǎn)換為交流的逆變器電路進(jìn)行了說明，當(dāng)然也可以同樣地適用于從交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器電路。
此外，以使用IGBT為例來作為這些電路示例中的半導(dǎo)體開關(guān)，但也可以使用M0SFET、GTO等來實現(xiàn)。
此外，對于圖5、圖6中IGBT1、6、21及28的結(jié)構(gòu)，通過應(yīng)用其他的半導(dǎo)體元件的具有兩倍耐壓、三倍耐壓的元件，從而即使減少串聯(lián)元件個數(shù)也能夠相同地得以實現(xiàn)。
工業(yè)上的實用性
[0037]本發(fā)明是涉及從較少串聯(lián)數(shù)的直流電源生成高耐壓且低階的高次諧波分量較少的交流電壓的逆變器電路、在確保交流電流波形失真較低的同時從高壓交流電源生成較低電壓的直流電壓的直流電源電路的功率轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，能夠適用于高壓電動機(jī)驅(qū)動用逆變器、系統(tǒng)互連用逆變器等。
標(biāo)號說明
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種多電平功率轉(zhuǎn)換電路，該多電平功率轉(zhuǎn)換電路將直流轉(zhuǎn)換為交流或?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流，其特征在于，包括: 直流電源串聯(lián)電路，該直流電源串聯(lián)電路由兩個直流電源串聯(lián)連接而成；第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路連接在所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子和負(fù)極端子之間、由2η(η為3以上的整數(shù))個與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成；η_1個電容器，該η-1個電容器分別連接在從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第η個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第η+1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間、以及m取I到n-2為止的整數(shù)時為第n-m個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第n+m+1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間；第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路由2n-2個與連接在從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述直流電源串聯(lián)電路的正極端子起算為第一個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第2n個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極之間的二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成；n_2個電容器，該n-2個電容器分別連接在從所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的正側(cè)起算為第η-1個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第η個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間、以及在η為4以上的情況下，m取2至n-2為止的整數(shù)時為第n_m個半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第n+m-1個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極之間；以及雙向開關(guān)，該雙向開關(guān)能夠進(jìn)行雙向開關(guān)，連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第η個半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與所述直流電源串聯(lián)電路的中間電位點之間。
2.如權(quán)利要求1所述的多電平功率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于， 構(gòu)成η為3以上的整數(shù)，且具有2η+1個電平的電壓變化的功率轉(zhuǎn)換電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多電平功率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第一個或第2η個半導(dǎo)體開關(guān)采用多個半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H02M7/487GK103797702SQ201280043920
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月13日
【發(fā)明者】瀧澤聰毅 申請人:富士電機(jī)株式會社