(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同時スイッチングすべく直列接続された複数個の自己消弧形半導体スイッチング素子と、
前記各々の自己消弧形半導体スイッチング素子を駆動するための複数個のゲート駆動回路と、
前記ゲート駆動回路に与える基準ゲート信号であるオンオフ信号を遠隔から光によって絶縁して供給する光伝送手段と、
前記光伝送手段によって伝送されたオンオフ信号を受光して第１の電気信号に変換し、この第１の電気信号を前記各々のゲート駆動回路用に分配して再び光信号に変換する光分配回路と、
前記光分配回路の各々の出力であるパルス信号を前記複数個のゲート駆動回路に夫々供給するライトガイドと
を具備し、
前記各々のゲート駆動回路は、
前記パルス信号を受光して第２の電気信号に変換し、このオンオフタイミングを調整するタイミング調整手段を介して前記複数個の自己消弧形半導体スイッチング素子を夫々駆動するようにし、
前記光分配回路を１枚の基板に実装すると共に、前記ゲート駆動回路の何れかを１枚の基板に実装し、両者の基板を密着して配置するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置。
【請求項２】
同時スイッチングすべく直列接続された複数個の自己消弧形半導体スイッチング素子と、前記各々の自己消弧形半導体スイッチング素子を駆動するための複数個のゲート駆動回路と、
前記ゲート駆動回路に与える基準ゲート信号であるオンオフ信号を遠隔から光によって絶縁して供給する光伝送手段と、
前記光伝送手段によって伝送されたオンオフ信号を受光して第１の電気信号に変換し、この第１の電気信号を前記各々のゲート駆動回路用に分配して再び光信号に変換する光分配回路と、
前記光分配回路の各々の出力であるパルス信号を前記複数個のゲート駆動回路に夫々供給するライトガイドと
を具備し、
前記光分配回路は、
前記分配された第１の電気信号のオンオフタイミングを調整するタイミング調整手段を有し、
前記光分配回路を１枚の基板に実装すると共に、前記ゲート駆動回路の何れかを１枚の基板に実装し、両者の基板を密着して配置するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置。
【請求項３】
前記光分配回路の制御電源と何れかの前記ゲート駆動回路の制御電源を共通として前記第１の電気信号の電位を固定するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記戴の自励式電力変換装置。
【請求項４】
同時スイッチングすべく直列接続された複数個の自己消弧形半導体スイッチング素子と、前記各々の自己消弧形半導体スイッチング素子を駆動するための複数個のゲート駆動回路と、
前記ゲート駆動回路に与える基準ゲート信号であるオンオフ信号を遠隔から光によって絶縁して供給する光伝送手段と、
前記光伝送手段によって伝送されたオンオフ信号を受光して第１の電気信号に変換し、この第１の電気信号を前記複数個のゲート駆動回路用に各々分配し、夫々オンオフタイミングを調整するタイミング調整手段を介して再び光信号に変換する光分配回路と、
前記光分配回路の各々の出力であるパルス信号を前記複数個のゲート駆動回路に夫々供給するライトガイドと
を具備した自励式電力変換装置において、
高電位側筐体に配置された前記光分配回路を低電位側に移動し、前記ライトガイドを調整用のライトガイドに変更接続し、必要な制御電源を接続して前記光分配回路を作動させ、前記タイミング調整手段を調整するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置のゲートタイミング調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自励式電力変換装置及びそのゲートタイミング調整方法に係り、特に、直流電圧が高く、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの自己消弧形半導体スイッチング素子を直列接続して使用する自励式電力変換装置及びそのゲートタイミング調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自己消弧形半導体スイッチング素子を直列接続して使用する自励式電力変換装置は、通常高電圧仕様となっている。このため、各々の自己消弧形半導体スイッチング素子のゲートにパルス信号を供給するための駆動回路には信号絶縁が必要となり、光信号が与えられるのが普通である。
【０００３】
駆動回路に与えられる光信号は、基準ゲート信号発生部からライトガイド（光ファイバ）を介して伝達される。そして、個々の信号の調整を容易に行なうためには、自己消弧形半導体スイッチングデバイスの直列数に見合うライトガイドの本数が必要となる。
【０００４】
これに対し、基準ゲート信号発生部から駆動回路までのライトガイドを共通とし、駆動回路側でこの信号を光分配回路によって分岐すると共に、自己消弧形半導体スイッチングデバイスの個々のコレクタ電圧を検出して電圧クランプを行なうことによって電圧バランスを保持するようにする提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３００４号公報（第２−３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された技術は、光分配回路で光ケーブルから得られた光を細分化する方式である。このため、ゲート駆動のためのオンオフ信号の同時性は確保できるが、スイッチング素子の特性ばらつきによる電圧アンバランスを改善する手段として、ゲート駆動回路自身が有する電圧クランプ機能に頼るため、クランプ電圧以下にアンバランスを改善することはできず、場合によってはスイッチング素子が過電圧状態となる恐れがある。
【０００７】
また、このようにライトガイドを直接分配する方式は、主回路の自己消弧形半導体スイッチング素子の直列数が変化した場合、光分配回路の変更が必要となると共に低圧側制御回路のＬＥＤ光度を調整しなければならない煩雑さがあった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ライトガイドとしての光ファイバの本数を削減し、素子の特性ばらつきによる電圧アンバランスを更に低減すると共に、直列数の増加変更を容易に行なうことが可能な駆動回路を有する自励式電力変換装置及びそのゲートタイミング調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である自励式電力変換装置は、同時スイッチングすべく直列接続された複数個の自己消弧形半導体スイッチング素子と、前記各々の自己消弧形半導体スイッチング素子を駆動するための複数個のゲート駆動回路と、前記ゲート駆動回路に与える基準ゲート信号であるオンオフ信号を遠隔から光によって絶縁して供給する光伝送手段と、前記光伝送手段によって伝送されたオンオフ信号を受光して第１の電気信号に変換し、この第１の電気信号を前記各々のゲート駆動回路用に分配して再び光信号に変換する光分配回路と、前記光分配回路の各々の出力であるパルス信号を前記複数個のゲート駆動回路に夫々供給するライトガイドとを具備し、前記各々のゲート駆動回路は、前記パルス信号を受光して第２の電気信号に変換し、このオンオフタイミングを調整するタイミング調整手段を介して前記複数個の自己消弧形半導体スイッチング素子を夫々駆動するようにし、前記光分配回路を１枚の基板に実装すると共に、前記ゲート駆動回路の何れかを１枚の基板に実装し、両者の基板を密着して配置するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の第２の発明である自励式電力変換装置は、同時スイッチングすべく直列接続された複数個の自己消弧形半導体スイッチング素子と、前記各々の自己消弧形半導体スイッチング素子を駆動するための複数個のゲート駆動回路と、前記ゲート駆動回路に与える基準ゲート信号であるオンオフ信号を遠隔から光によって絶縁して供給する光伝送手段と、前記光伝送手段によって伝送されたオンオフ信号を受光して第１の電気信号に変換し、この第１の電気信号を前記各々のゲート駆動回路用に分配して再び光信号に変換する光分配回路と、前記光分配回路の各々の出力であるパルス信号を前記複数個のゲート駆動回路に夫々供給するライトガイドとを具備し、前記光分配回路は、前記分配された第１の電気信号のオンオフタイミングを調整するタイミング調整手段を有し、前記光分配回路を１枚の基板に実装すると共に、前記ゲート駆動回路の何れかを１枚の基板に実装し、両者の基板を密着して配置するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
更に、本発明の第３の発明である自励式電力変換装置のゲートタイミング調整方法は、同時スイッチングすべく直列接続された複数個の自己消弧形半導体スイッチング素子と、前記各々の自己消弧形半導体スイッチング素子を駆動するための複数個のゲート駆動回路と、前記ゲート駆動回路に与える基準ゲート信号であるオンオフ信号を遠隔から光によって絶縁して供給する光伝送手段と、前記光伝送手段によって伝送されたオンオフ信号を受光して第１の電気信号に変換し、この第１の電気信号を前記複数個のゲート駆動回路用に各々分配し、夫々オンオフタイミングを調整するタイミング調整手段を介して再び光信号に変換する光分配回路と、前記光分配回路の各々の出力であるパルス信号を前記複数個のゲート駆動回路に夫々供給するライトガイドとを具備した自励式電力変換装置において、高電位側筐体に配置された前記光分配回路を低電位側に移動し、前記ライトガイドを調整用のライトガイドに変更接続し、必要な制御電源を接続して前記光分配回路を作動させ、前記タイミング調整手段を調整するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、光ファイバの本数を削減し、素子の特性ばらつきによる電圧アンバランスを更に低減すると共に、直列数の増加変更を容易に行なうことが可能な駆動回路を有する自励式電力変換装置及びそのゲートタイミング調整方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る自励式電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る自励式電力変換装置の光／電気／光による光分配回路の電源構成図。
【図３】本発明の実施例２に係る自励式電力変換装置の回路構成図。
【図４】本発明の実施例２に係る自励式電力変換装置における電圧アンバランスの初期調整時の状態を示す回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施例１に係る自励式電力変換装置を図１及び図２を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る自励式電力変換装置の回路構成図である。図１において、高電位側筐体１には、ｎ個の直列接続されたスイッチング素子１１〜１ｎ、ゲート駆動回路２１〜２ｎ、光分配回路９１、ライトガイド４１〜４ｎが収納されている。スイッチング素子１１〜１ｎはＩＧＢＴなどの自己消弧形半導体スイッチング素子であり、同時スイッチングすべく直列接続されている。そしてこれらのスイッチング素子を用いて自励式電力変換装置の電力変換器の主回路アームを構成する。尚、同時スイッチングすべく直列接続された他のスイッチング素子、主回路アームについては、これらの図示を省略している。また、光分配回路９１がゲート駆動回路２１内に図示されているが、これは後述するようにライトガイド４１〜４ｎ等の配線を最短とするため、ゲート駆動回路２１の基板に光分配回路９１の基板を密着させて配置していることを意味している。
【００１７】
スイッチング素子１１〜１ｎのゲート信号用として、図示しない基準ゲート信号発生部から与えられるオンオフ信号Ｐｏｎ／Ｐｏｆｆを発光ダイオード５０によって光変換したパルス信号をライトガイド４によって絶縁しながら光分配回路９１に与えている。すなわち、発光ダイオード５０及びライトガイド４は光伝送手段を構成している。そして光分配回路９１から各々のゲート駆動回路２１〜２ｎに対し夫々ライトガイド４１〜４ｎを介して光変換したパルス信号を供給する。
【００１８】
光分配回路９１は、ライトガイド４から与えられる光信号を光受信器３０によって受信して電気信号に変換し、電気バッファ回路７１〜７ｎによって電気信号を分配し、夫々光送信器５１〜５ｎによって電気光変換して光信号を出力する。すなわち光分配回路９１は光／電気／光による分配回路を構成している。
【００１９】
光送信器５１〜５ｎから出力される光信号は、夫々ライトガイド４１〜４ｎを介してゲート駆動回路２１〜２ｎの光受信器３１〜３ｎに与えられる。光受信器３１〜３ｎによって電気信号に変換されたパルス信号は、夫々タイミング調整器６１〜６ｎを介して増幅部８１〜８ｎに伝達する。そして、増幅部８１〜８ｎはスイッチング素子１１〜１ｎを夫々駆動する。
【００２０】
図２は、実施例１に係る自励式電力変換装置の光／電気／光による光分配回路の電源構成図である。光／電気／光による光分配回路９１の制御電源は直流電圧ＶＣＣからＤＣ／ＤＣコンバータ９１Ｓを介して得るようにしている。一方、ゲート駆動回路２１の制御電源は直流電圧ＶＤＤからＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ｓを介して得ている。そして図示したようにこれらの制御電源をＶｉｎ１として共通化している。これにより光分配回路９１の制御電源の電位固定が行われ、その結果電気バッファ回路７１〜７ｎは安定して動作することが可能となる。
【００２１】
尚、ゲート駆動回路２１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ｓはスイッチング素子１１が故障して過電流状態となって出力低下しても、光／電気／光による光分配回路９１の電源入力が停止してしまわないように過電流（Ｏｖｅｒ  Ｃｕｒｒｅｎｔ：以下ＯＣ）による制御電源の出力停止機能を付加しておくことが望ましい。ただし、スイッチング素子の直列接続体が所謂素子冗長を持たない構成の場合には、スイッチング素子の直列接続体は１つの素子の故障時に全ての素子がコレクタ過電圧となってしまうので、このＯＣによる停止機能を付加する意味は薄い。
【００２２】
タイミング調整器６１〜６ｎは、スイッチング素子１１〜１ｎの夫々の特性ばらつきによるオンオフの時間差を補正するために設けられている。タイミング調整器６１〜６ｎを調整することによってスイッチング素子１１〜１ｎ間のスイッチングの時間差による特定の素子への過電圧印加が防止される。尚、タイミング調整器６１〜６ｎの調整でカバーし切れない微妙な電圧アンバランスについては、図示しない最小の個別スナバ回路を設けることによってこれを極小にすることができる。このタイミング調整器６１〜６ｎは、ディレイ要素で構成することが容易に可能で、例えば、抵抗／コンデンサで形成したフィルタの抵抗を可変抵抗にするなどしてタイミング調整が可能となる。
【００２３】
前述した回路がすべて正論理とすれば、基準ゲート信号がＰｏｎのときにスイッチング素子はオン動作、Ｐｏｆｆのときにスイッチング素子はオフ動作を行うことができる。
【００２４】
ゲート駆動回路２１〜２ｎを各々１枚の基板に実装し、光分配回路９１の基板をゲート駆動回路２１〜２ｎの何れかの基板の孫基板として密着実装することによって、ゲート駆動回路基板間の配線を最短化することが可能となる。また、光分配回路９１の基板を孫基板化する／しないに拘らず、ゲート駆動回路２１〜２ｎをコネクタを準備するだけの共通化されたものとすることが可能となる。
【００２５】
上記作用により、長距離にわたる光ファイバの本数を低減することが可能となる。また、光／電気／光による光分配回路の電位を、高電位側であるスイッチング素子のゲート駆動回路の制御電源の電位に固定することによって、光分配回路の電気信号の電位安定を図ることができる。また、従来のライトガイドを直接分配する方式では、スイッチング素子の直列数が変化した場合、光分配回路の変更と共に低圧側制御回路のＬＥＤ光度を調整しなければならない煩雑さがあったが、この実施例１では電気バッファ回路７１〜７ｎを設けて再度増幅する構成としているので、直列数増加のための光送信器の増設等が容易に可能となる。
【実施例２】
【００２６】
以下、本発明の実施例２に係る自励式電力変換装置を図３及び図４を参照して説明する。
【００２７】
図３は本発明の実施例２に係る自励式電力変換装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る自励式電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、ゲート駆動回路２１〜２ｎの光受信器３１〜３ｎの出力側に夫々設けられていたタイミング調整器６１〜６ｎを、光分配回路９１の電気バッファ回路７１〜７ｎの出力側に夫々設けるように構成した点である。
【００２８】
実施例１の場合と同様に、電気回路であるタイミング調整手段６１〜６ｎはディレイ要素で構成することが容易に可能であり、例えば、抵抗／コンデンサで形成したフィルタの抵抗を可変抵抗にするなどしてタイミング調整が可能となる。
【００２９】
図４は、本発明の実施例２に係る自励式電力変換装置における電圧アンバランスの初期調整時の状態を示す回路構成図である。ここで示したように、光／電気／光による光分配回路９１を高電位側筐体１から分離して低電位側に移動し、電源Ｖｉｎ２を接続して光分配回路９１を作動させ、ライトガイド４１〜４ｎを試験用のライトガイドに交換することによって直列接続されたスイッチング素子１１〜１ｎのタイミング調整を低圧側で実施することができる。
【００３０】
上記作用により、高電位側筐体１内に印加される高圧電圧をタイミング調整を行う度に遮断する必要がなくなり、容易な調整が可能となる。低圧側での調整段階で十分に調整された光／電気／光による光分配回路９１をゲート駆動回路２１に接続し直すことにより、実施例１で述べた効果と同様の効果が得られることとなる。
【００３１】
尚、実施例１及び実施例２においては、タイミング調整器６１〜６ｎによってタイミングを十分に調整すれば、図示しない最小のスナバ回路で電圧アンバランスを極小とすることが可能であると記載しているが、電圧検出抵抗を設けることにより各スイッチング素子のコレクタ電圧を検出し、過電圧が発生したとき、ゲート電圧を制御してターンオフ時の過電圧を一定レベルにクランプする手段を設けることにより更に電圧アンバランスの改善を図ることも可能となる。
【符号の説明】
【００３２】
１…高電位側筐体
１１〜１ｎ…スイッチング素子
２１〜２ｎ…ゲート駆動回路
３０〜３ｎ…受光素子
４、４１〜４ｎ…ライトガイド（光ファイバ）
５０〜５ｎ…発光ダイオード
６１〜６ｎ…タイミング調整回路
７１〜７ｎ…電気バッファ回路
８１〜８ｎ…電圧増幅部
９１…光分配回路
【図１】
0005405248.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005405248.tif 000005