(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己消弧型主スイッチ素子２個が直流電源の正負極間に直列接続され、各自己消弧型主スイッチ素子に並列に共振コンデンサが接続され、かつ、上記自己消弧型主スイッチ素子に逆並列にダイオードが接続され、
上記自己消弧型主スイッチ素子の直列接続の接続点と、上記直流電源に並列接続された分圧平滑コンデンサ間の分圧点との間に、補助共振転流回路が接続された電力変換装置であって、
上記補助共振転流回路は、コレクタ同士もしくはエミッタ同士が共通接続されるように直列接続した２個の補助スイッチ素子と、各補助スイッチに並列に各補助スイッチ素子とは逆極性になるように接続されたダイオードをから構成される双方向の補助スイッチ回路と、共振リアクトルとの直列回路から構成され、
上記補助共振転流回路の補助スイッチ素子の直列回路には並列に、互いに逆極性になるように直列接続されたスナバーダイオードが接続され、該スナバダイオードの接続点と、前記補助スイッチ素子の接続点との間にスナバコンデンサが接続され、
上記２個の補助スイッチ素子のエミッタ同士が共通接続されている場合には、上記スナバダイオードの接続点と、上記直流電源の正の極との間にダイオードと抵抗の直列回路が接続され、
上記２個の補助スイッチ素子のコレクタ同士が共通接続されている場合には、上記スナバダイオードの接続点と、上記直流電源の負の極との間にダイオードと抵抗の直列回路が接続される
ことを特徴とする補助共振転流回路を用いた電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己消弧型主スイッチ素子間の接続点と分圧平滑コンデンサ間の接続点との間に配された双方向補助スイッチ素子および共振リアクトルの直列回路よりなる、補助共振転流回路を用いた電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
補助共振転流回路を用いた電力変換装置として、米国のＷｉｌｌｉａｍＭｃＭｕｒｒａｙによる回路が公表されており、大容量の電力変換装置として実用し得る方式と言うことができる。この回路の動作説明は省略するが、補助スイッチ素子のダイオードに蓄積電荷による逆電流が流れ、ダイオードの逆回復時に共振リアクトルと補助スイッチ素子の接合容量とによる高周波の振動が発生し、大きな電圧が補助素子に印加されて素子を破壊する問題を生じる。しかし、これに対する解決方法は前記の資料には触れられていない。この問題の解決方法として図４に示す特開平７ー３３７０２２があり、有効な手段であることが実証されている。以下、その詳細について説明する。
【０００３】
図４中、Ｅは直流電源，ＣＤ１、ＣＤ２は直流電源Ｅを分圧するため直列接続された分圧平滑コンデンサ、Ｓ１，Ｓ２は自己消弧型主スイッチ素子、Ｄ１，Ｄ２は自己消弧型主スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２と並列で、かつ逆極性に接続されたダイオード、Ｃ１，Ｃ２は自己消弧型主スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２に並列接続された共振コンデンサ、Ｌ１は共振リアクトル，Ｌ２は配線のインダクタンス、ＳＡ１，ＳＡ２は双方向スイッチを構成する補助スイッチ素子でここでは絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ（以下ＩＧＢＴと称す）を用い、それぞれに並列にダイオードＤＡ２，ＤＡ１が接続されている。（以上が、Ｗｉｌｌｉａｍ
ＭｃＭｕｒｒａｙにより公表されている補助共振転流回路を用いた電力変換装置である。）
【０００４】
ＣＳ１，ＣＳ２はスナバコンデンサ、ＤＳ１，ＤＳ２はスナバダイオード、Ｒ１，Ｒ２は抵抗であり、特開平７ー３３７０２２により追加された部分である。この回路を追加したことによりダイオードＤＡ１導通後の逆回復電荷はスナバーダイオードＤＳ１に転流し、スナバーコンデンサＣＳ１に流入するようになるので高周波の振動が抑制され、補助スイッチ素子ＳＡ１，ＳＡ２の破壊といった問題に対しては有効な手段であることを実証済みである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かような効果はあるものの、図４に示す従来の回路の場合、比較的回路が複雑であること、スナバダイオードに印加される電圧が直流電源電圧となり、直流電気車用電力変換装置のように直流電源電圧が１５００Ｖと非常に高い場合にはスナバダイオードとして適する高速ダイオードがなく、この回路による電力変換装置の実現化の妨げになっている。
【０００６】
本発明の目的とするところは、少ない部品数の補助共振転流回路を用いた電力変換装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述したような点に鑑みてなされたものであり、自己消弧型主スイッチ素子２個が直流電源の正負極間に直列接続され、各自己消弧型主スイッチ素子に並列に共振コンデンサが接続され、かつ、上記自己消弧型主スイッチ素子に逆並列にダイオードが接続され、上記自己消弧型主スイッチ素子の直列接続の接続点と、上記直流電源に並列接続された分圧平滑コンデンサ間の分圧点との間に、補助共振転流回路が接続された電力変換装置において、上記補助共振転流回路を、コレクタ同士もしくはエミッタ同士が共通接続されるように直列接続した２個の補助スイッチ素子と、各補助スイッチに並列に各補助スイッチ素子とは逆極性になるように接続されたダイオードをから構成される双方向の補助スイッチ回路と、共振リアクトルとの直列回路から構成し、上記補助共振転流回路の補助スイッチ素子の直列回路に並列に、互いに逆極性になるように直列接続されたスナバーダイオードを接続し、該スナバダイオードの接続点と、前記補助スイッチ素子の接続点との間にスナバコンデンサを接続し、上記２個の補助スイッチ素子のエミッタ同士が共通接続されている場合には、上記スナバダイオードの接続点と、上記直流電源の正の極との間にダイオードと抵抗の直列回路を接続し、上記２個の補助スイッチ素子のコレクタ同士が共通接続されている場合には、上記スナバダイオードの接続点と、上記直流電源の負の極との間にダイオードと抵抗の直列回路をが接続するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施例にて図面を参照し、さらに詳細説明する。
図１は本発明の第一の実施例を示し、従来例の図４と同じ符号の部分は同一の構成、同一の機能を有する。図１では双方向スイッチの両端、つまりＳＡ１，ＳＡ２のコレクタにそれぞれのアノードを接続し、カソード同士を接続したスナバダイオードＤＳ４，ＤＳ３を設け、ＤＳ３とＤＳ４の接続点と補助スイッチ素子の接続点、つまりＳＡ１とＳＡ２のエミッタ同士の接続点との間にスナバコンデンサＣを接続し、さらにＤＳ３，ＤＳ４の接続点と直流電源の正極との間にダイオードＤＳと抵抗Ｒの直列回路をＤＳのカソードが直流電源の正極側となるように接続する。
【０００９】
動作を説明するにあたり、説明を簡単にするため負荷電流は零とし、また、自己消弧型主スイッチのＳ２からＳ１への転流動作について述べる。図３は実施例の動作を説明するための波形図であり、時点Ｔ０で自己消弧型主スイッチ素子Ｓ２のオフと補助スイッチ素子ＳＡ１のオンを行うと、配線のインダクタンスＬ２を含めた共振リアクトルＬ１と共振コンデンサＣ１，Ｃ２とによる共振が起こり、図示するように正弦波状の電流が流れ時点Ｔ１で零となる。
【００１０】
ところが、この共振電流の流れる経路に存在するダイオードＤＡ１に蓄積された電荷による逆電流がダイオードの特性、電流の減少率等で決まる時点Ｔ２まで流れ、時点Ｔ２でダイオードが逆回復し急速にオフするため、共振リアクトルＬ１および配線インダクタンスＬ２に大きな電圧が発生しようとする。
【００１１】
しかしながら本発明では、逆回復電流のバイパス回路があるため、共振リアクトルＬ１→スナバダイオードＤＳ４→スナバコンデンサＣ→ダイオードＤＡ２→配線のインダクタンスＬ２に転流し、逆回復電流による共振リアクトルＬ１や配線のインダクタンスＬ２の残留磁気エネルギーによる電流がスナバコンデンサＣに流れ、静電エネルギーとして充電される。このため補助スイッチ素子ＳＡ２（ＤＡ１）に大きな電圧は印加されなくなり、素子破壊という不具合が解消される。この転流モードではダイオードＤＳ４の導通時も抵抗Ｒに電流が多少流れるが、ほとんどがＤＳ４オフ後にスナバコンデンサＣに充電された分がスナバコンデンサＣ→放電用抵抗Ｒ→放電用ダイオード→正極側電源→補助スイッチ素子ＳＡ１でＥ／２まで放電する電流が流れる。
【００１２】
以上、ダイオードＤＡ１が逆回復する場合について説明したが、ダイオードＤＡ２の逆回復時の動作は若干異なり、スナバダイオードＤＳ３に電流が流れている間は放電用ダイオードＤＳの作用により抵抗Ｒには電流が流れず、スナバコンデンサの放電は次に補助スイッチ素子ＳＡ１がオンした時に行われ、スナバ回路の動作としては同様の効果を得られる。
【００１３】
図２は、本発明の第二の実施例であり、補助スイッチ素子の極性が変わり、放電回路の挿入個所が変わっただけで、作用については全く同じである。また、自己消弧型主スイッチ素子および補助スイッチ素子として図示記号によるものだけでなく、トランジスタ等をはじめ特性を満足するスイッチ素子であれば、どのようなものを使用しても差し支えがないことは言うまでもない。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、図４に示した従来の方式よりも部品点数を減らすことが出来る。このため、信頼性の向上および装置の小形化に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第一の実施例の要部構成を示す回路図である。
【図２】図２は本発明の第二の実施例の要部構成を示す回路図である。
【図３】図３は図１の動作を説明するために示した波形図である。
【図４】図４は補助共振転流回路を用いた電力変換装置の従来の回路図である。
【符号の説明】
Ｅ      直流電源
ＣＤ１，ＣＤ２                  分圧平滑コンデンサ
Ｓ１，Ｓ２                      自己消弧型主スイッチ素子
Ｄ１，Ｄ２                      逆並列ダイオード
Ｃ１，Ｃ２                      共振コンデンサ
Ｌ１                            共振リアクトル
Ｌ２                            配線のインダクタンス
ＳＡ１，ＳＡ２                  補助スイッチ素子
ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３，ＤＳ４  スナバダイオード
ＤＳ                            放電用ダイオード
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２                  放電抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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