多電平電力變換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多相的多電平電力變換裝置，特別是涉及在各相中共用地使用了飛跨 電容(flyingcapacitor)的多電平電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖29是示出專利文獻(xiàn)1中的多電平電力變換裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。通過將相電壓基 準(zhǔn)點設(shè)為端子〇，將直流電壓源DCC1、DCC2控制為2E，將飛跨電容FC1、FC2控制為E，能夠從輸 出端子U、V、W輸出2E、E、0、-E、-2E這5電平的相電壓。
[0003] 另外，在圖29中，各開關(guān)元件Sul~Su8、Svl~Sv8、Swl~Sw8和各二極管元件Su9~ Sul2、Sv9~Svl2、Sw9~Swl2的穩(wěn)態(tài)時的最大施加電壓是E。為了使該最大施加電壓在全部 開關(guān)元件和二極管元件中相等，將Su6b和Su8這兩個串聯(lián)地構(gòu)成。關(guān)于開關(guān)元件Su7和Su5b、 Sv6b和Sv8、Sv7和Sv5b、Sw6b和Sw8、Sw7和Sw5b、Su9和SulO、Sull和Sul2、Sv9和SvlO、Svll和 Svl2、Sw9 和SwlO、Swl1 和Swl2 也是同樣的。
[0004]另外，提出了圖30所示那樣的多電平電力變換裝置。圖29、圖30所示的電路通過3 相共用所使用的直流電壓源DCC1、DCC2、飛跨電容FC1、FC2而削減所使用的電容器的數(shù)量， 實現(xiàn)裝置的小型化。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本特愿2013-132261號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]圖29的電路能夠輸出5電平的相電壓，每1相由10個開關(guān)元件和4個二極管元件構(gòu) 成。當(dāng)對圖29考慮使用三相DC/AC變換器時，所使用的開關(guān)元件數(shù)是30個，二極管元件數(shù)是 12個，合計數(shù)成為42個。像這樣，在現(xiàn)有的多電平電力變換裝置中，所使用的元件的數(shù)量多， 裝置變得高成本、大型化。
[0009]圖30所示的多電平電力變換裝置與輸出的相電壓電平無關(guān)，而能夠任意地選擇共 用的飛跨電容的充放電模式(pattern)。但是，由于在各相中獨立地使用直流電壓源DCC1、 DCC2、飛跨電容FC1、FC2以外的元件，所以開關(guān)元件的數(shù)量變多，裝置變得高成本、大型化。 例如，在圖30所示的3相的5電平電力變換裝置中，每3相也需要48個開關(guān)元件。
[0010]另外，如圖31所示，通過設(shè)置Μ相共用的開關(guān)元件S1、S2,能夠削減所使用的開關(guān)元 件的總數(shù)，但存在無法任意地選擇各相共用的飛跨電容FC1、FC2的充放電模式這樣的缺點。 [0011]圖32示出輸出相電壓電平E、-E的開關(guān)模式。另外，圖33示出在飛跨電容FC2中無法 任意地選擇的充放電模式例。另外，圖中的?表示導(dǎo)通的開關(guān)元件。
[0012]如圖32所不，對輸出相電壓電平E、-E，分別有各兩種模式的輸出方法，在E的模式 中，能夠進(jìn)行飛跨電容FC2的充電、放電，在-E的模式中，能夠進(jìn)行飛跨電容FC1的充電、放 電。
[0013]但是，如圖33所不，由于在U相是E、V相是0、W相是-E時，當(dāng)同時使用圖32的（b)、（d) 的模式時，開關(guān)元件Su4、Sul4、Sl同時導(dǎo)通，所以直流電壓源DCC2和飛跨電容FC2發(fā)生短路。
[0014]因此，可知為了避免直流電壓源DCC2和飛跨電容FC2的短路而輸出E，無法應(yīng)用圖 32的（b)的輸出模式而被限制為圖32的(a)的輸出模式。當(dāng)像這樣充放電的模式被限制時， 產(chǎn)生如下的問題:飛跨電容FC1和FC2的充放電無法任意地切換，控制方式變得復(fù)雜。
[0015]根據(jù)如以上所示那樣的情況，在多相的多電平電力變換裝置中，減少所使用的元 件的數(shù)量，實現(xiàn)裝置的成本降低、小型化成為課題。
[0016]本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有的問題而研究出的，其一個方案為一種多電平電力變換裝 置，生成從直流電壓源、飛跨電容以及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:N個串聯(lián)連接的各相共用的直流電壓源，其中N2 2;各相共用的第1飛跨電容， 該各相共用的第1飛跨電容的一端連接于各直流電壓源的負(fù)極端；各相共用的第2飛跨電 容，該各相共用的第2飛跨電容的一端連接于各直流電壓源的正極端；以及Μ相的相模塊，將 第1飛跨電容的正極端、負(fù)極端、第2飛跨電容的正極端、負(fù)極端作為輸入端子，在所述相模 塊中，對各輸入端子連接開關(guān)元件的一端，將相鄰的兩個開關(guān)元件的另一端彼此連接，對將 另一端彼此連接的開關(guān)元件的共用連接點連接開關(guān)元件的一端，將其重復(fù)直至開關(guān)元件成 為兩個的最終級為止，在最終級的兩個開關(guān)元件的另一端之間串聯(lián)連接兩個輸出級的開關(guān) 元件，針對輸出級的兩個開關(guān)元件并聯(lián)地連接電容器，將輸出級的開關(guān)元件的共用連接點 作為輸出端子，在所述相模塊中，通過對各開關(guān)元件選擇性地進(jìn)行接通、關(guān)斷（〇N、OFF)控 制，從輸出端子輸出所述輸入端子中的某一個端子的電位、或者對所述輸入端子中的某一 個端子的電位加上、減去電容器的電壓而得到的電位，其中Μ2 2。
[0017]另外，作為另一方案，提供一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源、飛跨電 容以及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:Ν個串聯(lián)連接的 各相共用的直流電壓源，其中Ν2 2;第1飛跨電容，該第1飛跨電容的正極端連接于第η直流 電壓源和第η+1直流電壓源的共用連接點，其中η為奇數(shù)，η+1為偶數(shù);第2飛跨電容，該第2飛 跨電容的負(fù)極端連接于各η直流電壓源和第η+1直流電壓源的共用連接點；以及Μ相的相模 塊，將第η直流電壓源的負(fù)極端、第1飛跨電容的負(fù)極端、第η+1直流電壓源的正極端、第2飛 跨電容的正極端作為輸入端子，在所述相模塊中，對各輸入端子連接開關(guān)元件的一端，將相 鄰的兩個開關(guān)元件的另一端彼此連接，對將另一端彼此連接的開關(guān)元件的共用連接點連接 開關(guān)元件的一端，將其重復(fù)直至開關(guān)元件成為兩個的最終級為止，在最終級的兩個開關(guān)元 件的另一端之間串聯(lián)連接兩個輸出級的開關(guān)元件，針對輸出級的兩個開關(guān)元件并聯(lián)地連接 電容器，將輸出級的開關(guān)元件的共用連接點作為輸出端子，在所述相模塊中，通過對各開關(guān) 元件選擇性地進(jìn)行接通、關(guān)斷控制，從輸出端子輸出所述輸入端子中的某一個端子的電位、 或者對所述輸入端子中的某一個端子的電位加上、減去電容器的電壓而得到的電位。
[0018]另外，作為另一方案，提供一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源、飛跨電 容以及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:兩個串聯(lián)連接的 各相共用的直流電壓源;各相共用的Ν個第1~第Ν飛跨電容，該各相共用的Ν個第1~第Ν飛 跨電容的負(fù)極端依次串聯(lián)連接于第1直流電壓源的負(fù)極端;各相共用的Ν個第2Ν~第Ν+1飛 跨電容，該各相共用的Ν個第2Ν~第Ν+1飛跨電容的正極端依次串聯(lián)連接于第1直流電壓源 與第2直流電壓源的共用連接點；各相共用的Ν個第2Ν+1~第3Ν飛跨電容，該各相共用的Ν個 第2N+1~第3N飛跨電容的負(fù)極端依次串聯(lián)連接于第1直流電壓源與第2直流電壓源的共用 連接點；各相共用的N個第4N~第3N+1飛跨電容，該各相共用的N個第4N~第3N+1飛跨電容 的正極端依次串聯(lián)連接于第2直流電壓源的正極端；以及Μ相的相模塊，將第1飛跨電容的正 極端、負(fù)極端、第2~第Ν飛跨電容的正極端、第Ν+1~第2Ν飛跨電容的負(fù)極端、第2Ν+1~第3Ν 飛跨電容的正極端、第3Ν+1~第4Ν-1飛跨電容的負(fù)極端、第4Ν飛跨電容的正極端、負(fù)極端作 為輸入端子，在所述相模塊中，對各輸入端子連接開關(guān)元件的一端，將相鄰的兩個開關(guān)元件 的另一端彼此連接，對將另一端彼此連接的開關(guān)元件的共用連接點連接開關(guān)元件的一端， 將其重復(fù)直至開關(guān)元件成為兩個的最終級為止，在最終級的兩個開關(guān)元件的另一端之間串 聯(lián)連接兩個輸出級的開關(guān)元件，針對輸出級的兩個開關(guān)元件并聯(lián)地連接電容器，將輸出級 的開關(guān)元件的共用連接點作為輸出端子，在所述相模塊中，通過對各開關(guān)元件選擇性地進(jìn) 行接通、關(guān)斷控制，從輸出端子輸出所述輸入端子中的某一個端子的電位、或者對所述輸入 端子中的某一個端子的電位加上、減去電容器的電壓而得到的電位。
[0019]另外，作為另一方案，提供一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源、飛跨電 容以及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:兩個串聯(lián)連接的 各相共用的直流電壓源;各相共用的Ν個第1~第Ν飛跨電容，該各相共用的Ν個第1~第Ν飛 跨電容的負(fù)極端依次串聯(lián)連接于第1直流電壓源的負(fù)極側(cè);各相共用的Ν個第Ν+1~第2Ν飛 跨電容，該各相共用的Ν個第Ν+1~第2Ν飛跨電容的正極端依次串聯(lián)連接于第2直流電壓源 的正極側(cè)；以及Μ相的相模塊，將第1飛跨電容的正、負(fù)極端、第2~第Ν飛跨電容的正極端、第 Ν+1~第2Ν-1飛跨電容的負(fù)極端、第2Ν飛跨電容的正、負(fù)極端作為輸入端子，在所述相模塊 中，對各輸入端子連接開關(guān)元件的一端，將相鄰的兩個開關(guān)元件的另一端彼此連接，對將另 一端彼此連接的開關(guān)元件的共用連接點連接開關(guān)元件的一端，將其重復(fù)直至開關(guān)元件成為 兩個的最終級為止，在最終級的兩個開關(guān)元件的另一端之間串聯(lián)連接兩個輸出級的開關(guān)元 件，針對輸出級的兩個開關(guān)元件并聯(lián)地連接電容器，將輸出級的開關(guān)元件的共用連接點作 為輸出端子，在所述相模塊中，通過對各開關(guān)元件選擇性地進(jìn)行接通、關(guān)斷控制，從輸出端 子輸出所述輸入端子中的某一個端子的電位、或者對所述輸入端子中的某一個端子的電位 加上、減去電容器的電壓而得到的電位。
[0020] 另外，可以將第1直流電壓源和第2直流電壓源合并為1個直流電壓源。
[0021] 另外，作為另一方案，提供一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓源以及電容 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:2Ν+2個串聯(lián)連接的各相共用 的直流電壓源；以及Μ相的相模塊，將第1、第2Ν+2直流電壓源的正極端、負(fù)極端、第2~第Ν直 流電壓源的正極端、第Ν+3~第2Ν+1直流電壓源的負(fù)極端作為輸入端子，在所述相模塊中， 對各輸入端子連接開關(guān)元件的一端，將相鄰的兩個開關(guān)元件的另一端彼此連接，對將另一 端彼此連接的開關(guān)元件的共用連接點連接開關(guān)元件的一端，將其重復(fù)直至開關(guān)元件成為兩 個的最終級為止，在最終級的兩個開關(guān)元件的另一端之間串聯(lián)連接兩個輸出級的開關(guān)元 件，針對輸出級的兩個開關(guān)元件并聯(lián)地連接電容器，將輸出級的開關(guān)元件的共用連接點作 為輸出端子，在所述相模塊中，通過對各開關(guān)元件選擇性地進(jìn)行接通、關(guān)斷控制，從輸出端 子輸出所述輸入端子中的某一個端子的電位、或者對所述輸入端子中的某一個端子的電位 加上、減去電容器的電壓而得到的電位。
[0022]另外，可以將第Ν+1直流電壓源和第Ν+2直流電壓源合并為1個直流電壓源。
[0023]另外，作為另一方案，提供一種多電平電力變換裝置，生成從直流電壓變換為多個 電壓電平的交流輸出，其特征在于，具備:N個串聯(lián)連接的各相共用的直流電壓源，其中N2 2;各相共用的基本單元，具有:一端連接于各直流電壓源的正極端的第1半導(dǎo)體元件，一端 連接于各直流電壓源的負(fù)極端的第2半導(dǎo)體元件，在第1半導(dǎo)體元件的另一端與第2半導(dǎo)體 元件的另一端之間連接的飛跨電容，以及在第1半導(dǎo)體元件和飛跨電容的共用連接點與第2 半導(dǎo)體元件和飛跨電容的共用連接點之間串聯(lián)連接的第3、第4半導(dǎo)體元件；以及Μ相的相模 塊，將第1半導(dǎo)體元件的一端和第2半導(dǎo)體元件的一端中的至少一方、以及第3、第4半導(dǎo)體元 件的共用連接點作為輸入端子，在各輸入端子與輸出端子之間具有開關(guān)元件，該Μ相的相模 塊對各開關(guān)元件選擇性地進(jìn)行接通、關(guān)斷控制，其中Μ2 3。
[0024]另外，作為其一個方案，其特征在于，在所述相模塊中，對各輸入端子連接開關(guān)元 件的一端，將相鄰的兩個開關(guān)元件的另一端彼此連接，對將另一端彼此連接的開關(guān)元件的 共用連接點連接開關(guān)元件的一端，將其重復(fù)直至開關(guān)元件成為兩個的最終級為止，在最終 級的兩個開關(guān)元件的另一端之間串聯(lián)連接兩個輸出級的開關(guān)元件，針對輸出級的兩個開關(guān) 元件并聯(lián)地連接電容器，將輸出級的開關(guān)元件的共用連接點作為輸出端子，通過對各開關(guān) 元件選擇性地進(jìn)行接通、關(guān)斷控制，從輸出端子輸出所述輸入端子中的某一個端子的電位、 或者對所述輸入端子中的某一個端子的電位加上、減去電容器的電壓而得到的電位。
[0025]另外，作為另一方案，其特征在于，在所述相模塊中，對第1半導(dǎo)體元件的一端和第 2半導(dǎo)體元件的一端中的一方連接第1開關(guān)元件的一端，對第3、第4半導(dǎo)體元件的共用連接 點連接第2開關(guān)元件的一端，將第1、第2開關(guān)元件的另一端彼此連接，對第1、第2開關(guān)元件的 共用連接點連接第3開關(guān)元件的一端，對第3開關(guān)元件的另一端，連接將第4開關(guān)元件和第5 開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路的一端，對第1半導(dǎo)體元件的一端和第2半導(dǎo)體元件的一 端中的另一方的共用連接點，連接第1二極管的陰極和第2二極管的陽極，針對第1二極管和 第2二極管并聯(lián)地連接將第4開關(guān)元件和第5開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的串聯(lián)電路，將第4、第5 開關(guān)元件的共用連接點作為輸出端子，或者在有多個第4、第5開關(guān)元件的情況下，對第4、第 5開關(guān)元件的共用連接點連接開關(guān)元件的一端，將相鄰的兩個開關(guān)元件的另一端彼此連接， 對將另一端彼此連接的開關(guān)元件的共用連接點連接開關(guān)元件，將其重復(fù)直至開關(guān)元件成為 兩個的輸出級為止，將輸出級的兩個開關(guān)元件的共用連接點作為輸出端子，通過對各開關(guān) 元件選擇性地進(jìn)行接通、關(guān)斷控制，從輸出端子輸出所述輸入端子中的某一個端子的電位。 [0026]另外，作為另一方案，其特征在于，在所述相模塊中，對第1半導(dǎo)體元件的一端和第 2半導(dǎo)體元件的一端中的一方連接第1開關(guān)元件的一端，對第3、第4半導(dǎo)體元件的共用