(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端子に電気的に直列される第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、
中性点端子に電気的に直列され、正入力端子及び負入力端子に電気的に直列結合される第１の電圧源及び第２の電圧源を含む第２のブリッジアームと、
共通接続端子に電気的に直列され、且つ中性点端子と出力端子との間に電気的に直列結合される第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットと、
前記出力端子、前記共通接続端子、前記中性点端子、及び前記正入力端子又は負入力端子に電気的に結合され、且つ前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットに共用されて、前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットにおける電圧をクランプすることに用いる電圧クランプ回路と、
を備え、
前記電圧クランプ回路は、前記出力端子、前記共通接続端子及び前記中性点端子に電気的に結合されており、前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットにおける電圧をクランプしてクランプ電圧を蓄えるための共用回路と、前記共用回路に電気的に結合されており、前記クランプ電圧によって操作電圧を前記正入力端子又は負入力端子、前記出力端子又は、前記第３のスイッチユニット又は前記第４のスイッチユニットを駆動するための駆動回路へ出力するための能動回路と、を含む、コンバータ。
【請求項２】
前記電圧クランプ回路は、放電回路と、前記放電回路に電気的に結合される充電回路と、を含み、
前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットが少なくとも充電回路又は放電回路を共用する請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記電圧クランプ回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される抵抗器及び第３のダイオードと、を含む請求項１に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記第３のスイッチユニットは、逆並列される第１のスイッチ及び第４のダイオードを含み、
前記第１のスイッチがオフになる場合、前記第４のダイオード、前記第３のスイッチユニットにおける電圧スパイクを吸収する前記コンデンサー及び前記第１のダイオードは、充電回路を構成し、
前記第１のスイッチがオンになる場合、前記第１のスイッチ、前記第２の電圧源、前記抵抗器、前記第３のダイオード、及び放電回路によって吸収された電気エネルギーを前記第２の電圧源へ放出する前記コンデンサーは、前記放電回路を構成する請求項３に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記第３のスイッチユニットは、逆並列される第１のスイッチ及び第４のダイオードを含み、前記第４のスイッチユニットは、逆並列される第２のスイッチ及び第５のダイオードを含み、
前記第２のスイッチがオフになる場合、前記第５のダイオード、前記第４のスイッチユニットにおける電圧スパイクを吸収する前記コンデンサー、及び前記第２のダイオードは、充電回路を構成し、
前記第１のスイッチがオンになる場合、前記第１のスイッチ、前記第２の電圧源、前記抵抗器、前記第３のダイオード、及び吸収された電気エネルギーを前記第２の電圧源へ放出する前記コンデンサーは、放電回路を構成する請求項３に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記電圧クランプ回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される第２のダイオード及び抵抗器と、を含む請求項１に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記電圧クランプ回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合されるインダクター及び第３のダイオードと、を含む請求項１に記載のコンバータ。
【請求項８】
前記電圧クランプ回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される第２のダイオード及びインダクターと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含む請求項１に記載のコンバータ。
【請求項９】
前記電圧クランプ回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第３のダイオードと、を含む請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１０】
前記電圧クランプ回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含む請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１１】
前記第３のスイッチユニットは第１のスイッチを含み、前記第４のスイッチユニットは第２のスイッチを含み、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとが逆直列して前記中性点端子と前記出力端子との間に電気的に結合される請求項１から３及び請求項６から１０の何れか一項に記載のコンバータ。
【請求項１２】
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、それぞれのコレクター又はエミッターが前記共通接続端子に電気的に結合される絶縁ゲートバイポーラトランジスタである請求項１１に記載のコンバータ。
【請求項１３】
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、それぞれのドレイン又はソースが前記共通接続端子に電気的に結合される金属酸化物半導体電界効果トランジスタである請求項１１に記載のコンバータ。
【請求項１４】
出力端子に電気的に直列される第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、
中性点端子に電気的に直列され、正入力端子及び負入力端子に電気的に直列結合される第１の電圧源及び第２の電圧源を含む第２のブリッジアームと、
共通接続端子に電気的に直列され、且つ前記中性点端子と前記出力端子との間に電気的に直列結合される第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットと、
前記出力端子、前記共通接続端子及び前記中性点端子に電気的に結合されており、前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットにおける電圧をクランプしてクランプ電圧を蓄えるための共用回路と、前記共用回路に電気的に結合されており、前記クランプ電圧によって操作電圧を前記正入力端子又は負入力端子、前記出力端子又は、前記第３のスイッチユニット又は前記第４のスイッチユニットを駆動するための駆動回路へ出力するための能動回路と、を含む電圧クランプ回路と、
を備えるコンバータ。
【請求項１５】
前記共用回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、を含み、前記能動回路は、入力端子が前記コンデンサーの両端に電気的に結合され、出力端子が前記駆動回路に電気的に結合される直流／直流コンバータを含む請求項１４に記載のコンバータ。
【請求項１６】
前記共用回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるダイオードと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含み、前記能動回路は、入力端子が前記第１のコンデンサー又は前記第２のコンデンサーの両端に電気的に結合され、出力端子が前記正入力端子又は負入力端子に電気的に結合される直流／直流コンバータを含む請求項１４に記載のコンバータ。
【請求項１７】
正入力端子及び負入力端子に電気的に直列結合され、且つ出力端子において交わる第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットと、中性点端子と前記出力端子との間に電気的に直列結合され、且つ共通接続端子において交わる第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットと、前記正入力端子及び前記負入力端子に電気的に直列結合され、且つ前記中性点端子において交わる第１の電圧源と第２の電圧源と、を含むコンバータに用いられる電圧クランプ回路において、
前記コンバータの前記中性点端子に電気的に結合される第１の端子と、
前記コンバータの前記出力端子に電気的に結合される第２の端子と、
前記コンバータの前記共通接続端子に電気的に結合される第３の端子と、
前記コンバータの前記正入力端子又は前記負入力端子に電気的に結合される第４の端子と、
前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端子及び前記第４の端子に電気的に結合され、前記２つの直列スイッチユニットに共用され、且つ前記２つの直列スイッチユニットの各々がオフになる場合に前記２つの直列スイッチユニットにおける電圧をそれぞれクランプしてクランプ電圧を蓄えるための共用回路と、
前記共用回路に電気的に結合され、クランプ電圧によって操作電圧を前記正入力端子又は負入力端子、前記出力端子又は前記第３のスイッチユニット又は前記第４のスイッチユニットを駆動するための駆動回路へ出力するための能動回路と、
を備え、
前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットに共用されて、前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットにおける電圧をクランプすることに用いることを特徴とする電圧クランプ回路。
【請求項１８】
ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される抵抗器及び第３のダイオードと、を更に含む請求項１７に記載の電圧クランプ回路。
【請求項１９】
ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される第２のダイオード及び抵抗器と、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を更に含む請求項１７に記載の電圧クランプ回路。
【請求項２０】
ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合されるインダクター及び第３のダイオードと、を更に含む請求項１７に記載の電圧クランプ回路。
【請求項２１】
ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される第２のダイオード及びインダクターと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を更に含む請求項１７に記載の電圧クランプ回路。
【請求項２２】
ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第３のダイオードと、を更に含む請求項１７に記載の電圧クランプ回路。
【請求項２３】
ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を更に含む請求項１７に記載の電圧クランプ回路。
【請求項２４】
前記共用回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、を含み、前記能動回路は、入力端子が前記コンデンサーの両端に電気的に結合され、出力端子が前記駆動回路に電気的に結合される直流／直流コンバータを含む請求項１７に記載の電圧クランプ回路。
【請求項２５】
前記共用回路は、ノードと前記共通接続端子との間に電気的に結合されるダイオードと、前記ノードと前記中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、前記ノードと前記出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含み、前記能動回路は、入力端子が前記第１のコンデンサー又は前記第２のコンデンサーの両端に電気的に結合され、出力端子が前記正入力端子又は負入力端子に電気的に結合される直流／直流コンバータを含む請求項１７に記載の電圧クランプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータに関し、特に、コンバータにおける電圧クランプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、マルチレベル出力を有するコンバータは、例えば、ソーラー・インバーター（ｓｏｌａｒ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）、無停電電源システム（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ  ｓｙｓｔｅｍ；ＵＰＳ）、電力変換システム（ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ；ＰＣＳ）等の関連分野に広く適用されている。
【０００３】
上記コンバータには、通常、スイッチ等の素子を含み、電流転流（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ）経路に位置するスイッチが電流転流の動作を行うようにスイッチングする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電流経路には、通常、寄生インダクタンスが存在するため、前記スイッチが切り換わる瞬間に、寄生インダクタンスの存在により前記スイッチが高圧を受けることがあり、更に、前記スイッチがオフになる場合、電圧スパイク（ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｐｉｋｅ）が発生して前記スイッチに影響を与える。例として、コンバータの入力電圧が３８０Ｖである場合、前記スイッチがオフになる瞬間に、電圧スパイクは、スイッチに耐える定格電圧よりもはるかに高い６００Ｖとなる可能性がある。このように、スイッチが壊れて、更に、コンバータが正常に動作できなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、コンバータ及びその電圧クランプ回路に関し、これによって、電圧スパイクによるスイッチ損害が発生し、更にコンバータが正常に動作できなくなるという問題が解決される。
【０００６】
本発明の一態様は、出力端子に電気的に直列される第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、中性点端子に電気的に直列され、正入力端子及び負入力端子に電気的に直列結合される２つの電圧源を含む第２のブリッジアームと、共通接続端子に電気的に直列され、且つ中性点端子と出力端子との間に電気的に直列結合される第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットと、出力端子、共通接続端子、中性点端子、及び正入力端子又は負入力端子に電気的に結合され、第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットに共用されて、且つ第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットにおける電圧をクランプすることに用いる電圧クランプ回路と、を備えるコンバータに関する。
【０００７】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、放電回路と、前記放電回路に電気的に結合される充電回路と、を含み、第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットが少なくとも充電回路又は放電回路を共用する。
【０００８】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子と間に電気的に結合されるコンデンサーと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される抵抗器及び第３のダイオードと、を含む。
【０００９】
本発明の実施例では、第３のスイッチユニットは、逆並列される第１のスイッチ及び第４のダイオードを含み、第１のスイッチがオフになる場合、第４のダイオード、第３のスイッチユニットにおける電圧スパイクを吸収するコンデンサー及び第１のダイオードは、充電回路を構成し、第１のスイッチがオンになる場合、第１のスイッチ、第２の電圧源、抵抗器、第３のダイオード、及び放電回路によって吸収された電気エネルギーを第２の電圧源へ放出するコンデンサーは、放電回路を構成する。
【００１０】
本発明の実施例では、第３のスイッチユニットは、逆並列される第１のスイッチ及び第４のダイオードと、を含み、第４のスイッチユニットは、逆並列される第２のスイッチ及び第５のダイオードを含み、第２のスイッチがオフになる場合、第５のダイオード、第４のスイッチユニットにおける電圧スパイクを吸収するコンデンサー、及び第２のダイオードは、充電回路を構成し、第１のスイッチがオンになる場合、第１のスイッチ、第２の電圧源、抵抗器、第３のダイオード、及び吸収された電気エネルギーを第２の電圧源へ放出するコンデンサーは、放電回路を構成する。
【００１１】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される第２のダイオード及び抵抗器と、を含む。
【００１２】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合されるインダクター及び第３のダイオードと、を含む。
【００１３】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される第２のダイオード及びインダクターと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含む。
【００１４】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第３のダイオードと、を含む。
【００１５】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含む。
【００１６】
本発明の実施例では、第３のスイッチユニットは第１のスイッチを含み、第４のスイッチユニットは第２のスイッチを含み、第１のスイッチと第２のスイッチが逆直列して中性点端子と出力端子との間に電気的に結合される。
【００１７】
本発明の実施例では、第１のスイッチと第２のスイッチは、コレクター又はエミッターが共通接続端子に電気的に結合される絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。
【００１８】
本発明の実施例では、第１のスイッチ及び第２のスイッチは、ドレイン又はソースが共通接続端子に電気的に結合される金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ‐Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＭＯＳＦＥＴ）である。
【００１９】
本発明別の態様は、出力端子に電気的に直列される第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、中性点端子に電気的に直列され、正入力端子及び負入力端子に電気的に直列結合される第１の電圧源及び第２の電圧源を含む第２のブリッジアームと、共通接続端子に電気的に直列され、且つ中性点端子と出力端子との間に電気的に直列結合される第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットと、出力端子、共通接続端子及び中性点端子に電気的に結合されており、第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットにおける電圧をクランプしてクランプ電圧を蓄えるための共用回路と、共用回路に電気的に結合されており、クランプ電圧によって操作電圧を正入力端子又は負入力端子、出力端子又は、第３のスイッチユニット又は第４のスイッチユニットを駆動するための駆動回路へ出力するための能動回路と、を含む電圧クランプ回路と、を備えるコンバータに関する。
【００２０】
本発明の実施例では、共用回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、を含み、能動回路は、入力端子がコンデンサーの両端に電気的に結合され、出力端子が駆動回路に電気的に結合される直流／直流コンバータを含む。
【００２１】
本発明の実施例では、共用回路はノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるダイオードと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含み、能動回路は、入力端子が第１のコンデンサー又は第２のコンデンサーの両端に電気的に結合され、出力端子が正入力端子又は負入力端子に電気的に結合される直流／直流コンバータを含む。
【００２２】
本発明の次の態様は、正入力端子及び負入力端子に電気的に直列結合され、且つ出力端子において交わる第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットと、中性点端子と出力端子との間に電気的に直列結合され、且つ共通接続端子において交わる第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットと、正入力端子及び負入力端子に電気的に直列結合され、且つ中性点端子において交わる第１の電圧源と第２の電圧源と、を含むコンバータに用いられる電圧クランプ回路において、コンバータの中性点端子に電気的に結合される第１の端子と、コンバータの出力端子に電気的に結合される第２の端子と、コンバータの共通接続端子に電気的に結合される第３の端子と、コンバータの正入力端子又は負入力端子に電気的に結合される第４の端子と、を備え、第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットに共用されて、第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットにおける電圧をクランプすることに用いる電圧クランプ回路に関する。
【００２３】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される抵抗器及び第３のダイオードと、を含む。
【００２４】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される第２のダイオード及び抵抗器と、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含む。
【００２５】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合されるインダクター及び第３のダイオードと、を含む。
【００２６】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列結合される第２のダイオード及びインダクターと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含む。
【００２７】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第３のダイオードと、を含む。
【００２８】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含む。
【００２９】
本発明の実施例では、電圧クランプ回路は更に第１の端子、第２の端子、第３の端子及び第４の端子に電気的に結合されて２つの直列スイッチユニットに共用され、且つ２つの直列スイッチユニットの各々がオフになる場合に２つの直列スイッチユニットにおける電圧を別々にクランプしてクランプ電圧を蓄えるための共用回路と、共用回路に電気的に結合されてクランプ電圧によって操作電圧を正入力端子又は負入力端子、出力端子又は第３のスイッチユニット又は第４のスイッチユニットを駆動するための駆動回路へ出力するための能動回路と、を含む。
【００３０】
本発明の実施例では、共用回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるコンデンサーと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のダイオードと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードと、を含み、能動回路は、入力端子がコンデンサーの両端に電気的に結合され、出力端子が駆動回路に電気的に結合される直流／直流コンバータを含む。
【００３１】
本発明の実施例では、共用回路は、ノードと共通接続端子との間に電気的に結合されるダイオードと、ノードと中性点端子との間に電気的に結合される第１のコンデンサーと、ノードと出力端子との間に電気的に結合される第２のコンデンサーと、を含み、能動回路は、入力端子が第１のコンデンサー又は第２のコンデンサーの両端に電気的に結合され、出力端子が正入力端子又は負入力端子に電気的に結合される直流／直流コンバータを含む。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の技術的内容によると、前記実施例を適用すれば、電圧スパイクが効果的に抑制され、且つ電圧スパイクからの影響を受けたスイッチが電圧クランプ回路を共用でき、必要な素子が少なくなって、更に、回路の信頼性が向上し、製作コストが削減される。
【００３３】
本発明の説明は、読者に本開示内容を基本的に理解させるように、本開示内容の簡略化された概要を提供する。この発明の内容は、本開示内容の完全な記述ではなく、また本発明実施例の重要な（又は肝心な）素子を指摘し、又は本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明の第１の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図１Ｂ】本発明の第２の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図２】本発明の第３の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例に係る図２に示すようなコンバータを示す操作模式図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例に係る図２に示すようなコンバータを示す操作模式図である。
【図４Ａ】従来技術における電圧クランプ操作無しの場合のスイッチに対する電圧の変化を示す模式図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例に係る図２に示すようなコンバータにおける電圧の変化を示す模式図である。
【図５Ａ】本発明の別の実施例に係る図２に示すようなコンバータを示す操作模式図である。
【図５Ｂ】本発明の別の実施例に係る図２に示すようなコンバータを示す操作模式図である。
【図６】本発明の別の実施例に係る図２に示すようなコンバータにおける電圧の変化を示す模式図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図８Ａ】本発明の第５の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図８Ｂ】本発明の第６の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図９Ａ】本発明の第７の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図９Ｂ】本発明の第８の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図１０】本発明の第９の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図１１Ａ】本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。
【図１２Ａ】本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。
【図１２Ｃ】本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。
【図１２Ｄ】本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。
【図１３Ａ】本発明の第９の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【図１３Ｂ】本発明の第１０の実施例に係るコンバータを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、実施例を挙げて図面を参照して詳しく説明するが、提供された実施例は、本発明に含まれる範囲を限定するためのものではない。構造や動作についての記述は、その実行の手順を限定するためのものではなく、素子から新たに組み合わせられた構造、それにより生じる等価な効果を持つ装置であれば、何れも本発明の範囲に含まれる。また、図面は、説明のみを目的とし、原寸で図面を作るものではない。理解しやすくするために、下記説明において、同一の素子に同一の符号を付けて説明する。
【００３６】
全体の明細書と特許請求範囲に用いられる用語（ｔｅｒｍｓ）は、特に明記される以外、通常、用語ごとにこの分野、この開示の内容と特殊内容に使用される一般的な意味を持つ。当業者に本開示に関する記述における規定外の案内を提供するように、本開示を記述するためのある用語について、以下又はこの明細書の別所で検討する。
【００３７】
本文に使用される「約」、「大体」又は「おおよそ」とは、一般的に、数値の誤差又は範囲が２０％以内であり、好ましくは１０％以内であり、より好ましくは５％以内である。文中、明確に説明しない限り、言及された数値を、全て、例えば「約」、「大体」又は「おおよそ」に表す誤差、範囲又は他のもののような近似値と見なす。
【００３８】
本文に使用される「第１の」、「第２の」等については、順序又は順位を特定する意味ではなく、本発明を限定するためのものでもなく、同一の技術用語で記述される素子又は操作を区別するためのものだけである。
【００３９】
次に、本文に使用される「含む」、「備える」、「有する」、「含有」等は、何れも非限定的な用語であり、つまり、含むがそれに限定されないことを指す。
【００４０】
また、本文に使用される「結合」又は「接続」とは、２つ又は複数の素子が互いに直接的に実体又は電気的に接触し、又は互いに間接的に実体又は電気的に接触してもよく、２つ又は複数の素子が互いに操作し又は動作してもよい。
【００４１】
図１Ａは、本発明の第１の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図１Ａに示すように、コンバータ１００ａは、第１のブリッジアーム１１０と、第２のブリッジアーム１２０と、スイッチユニット１３０、１４０と、電圧クランプ回路１５０ａと、を備える。
【００４２】
第１のブリッジアーム１１０は、出力端子ＡＣに電気的に直列結合され、且つ正入力端子Ｐと負入力端子Ｎに電気的に直列結合されるスイッチユニット１１２、１１４を含む。第２のブリッジアーム１２０は、中性点（ｎｅｕｔｒａｌ  ｐｏｉｎｔ）端Ｏに電気的に直列に接続され、正入力端子Ｐと負入力端子Ｎに電気的に直列結合される電圧源１２２、１２４を含む。一実施例において、中性点端子Ｏは、アース端に電気的に結合される。次に、スイッチユニット１３０、１４０は、共通接続端子Ｂに電気的に直列され、且つ中性点端子Ｏと出力端子ＡＣとの間に電気的に直列結合される。また、電圧クランプ回路１５０ａは、出力端子ＡＣ、共通接続端子ＣＮ、中性点端子Ｏ及び負入力端子Ｎに電気的に結合され、スイッチユニット１３０、１４０に共用されて、スイッチユニット１３０、１４０における電圧をクランプすることに用いる。
【００４３】
説明すべきなのは、図１Ａに示すように、正入力端子Ｐ、負入力端子Ｎ及び中性点端子Ｏを流れた電流経路には、それぞれ寄生インダクタンスＬＰ、ＬＮ及びＬＯが存在している。
【００４４】
一実施例において、電圧クランプ（ｃｌａｍｐ）回路１５０ａは、中性点端子Ｏに電気的に結合される端点Ａと、直列されたスイッチユニット１３０、１４０の両者の共通接続端子ＣＮに電気的に結合される端点Ｂと、出力端子ＡＣに電気的に結合される端点Ｃと、負入力端子Ｎに電気的に結合される端点Ｄと、を含んでもよい。
【００４５】
また、ある実施例において、本文で「電圧クランプ回路」と呼ばれたものは、単独で共用回路としてスイッチユニット１３０、１４０に共用されてもよい。別のある実施例において、本文で「電圧クランプ回路」と呼ばれたものの内部には、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに電気的に結合されてスイッチユニット１３０、１４０に共用され、且つスイッチユニット１３０、１４０の各々がオフになる場合に直列されたスイッチユニット１３０、１４０の両者における電圧を別々にクランプするための共用回路が配置される。つまり、下記実施例における電圧クランプ回路に関する説明は、併せて上記言及された共用回路を指してもよい。
【００４６】
図１Ｂは、本発明の第２の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図１Ａに示す実施例に比べ、図１Ｂのコンバータ１００ｂでは、電圧クランプ回路１５０ｂは、出力端子ＡＣ、共通接続端子ＣＮ、中性点端子Ｏ及び正入力端子Ｐに電気的に結合され、スイッチユニット１３０、１４０に共用されて、スイッチユニット１３０、１４０における電圧をクランプすることに用いる。実際には、前記コンバータ１００ａ、１００ｂは、Ｔ型中性点クランプ（Ｔ‐ｔｙｐｅ  ｎｅｕｔｒａｌ‐ｐｏｉｎｔ‐ｃｌａｍｐｅｄ；ＴＮＰＣ）コンバータであってもよい。
【００４７】
同様に、一実施例において、電圧クランプ回路１５０ｂは、中性点端子Ｏに電気的に結合される端点Ａと、直列されたスイッチユニット１３０、１４０の両者の共通接続端子ＣＮに電気的に結合される端点Ｂと、出力端子ＡＣに電気的に結合される端点Ｃと、正入力端子Ｐに電気的に結合される端点Ｄと、を含んでもよい。
【００４８】
実際には、前記端点Ａ、Ｂ、Ｃと直列されたスイッチユニット１３０、１４０の両者との距離は近ければ近いほどよく、且つ端点Ｄを放電端点と見なしてもよい。
【００４９】
ある実施例において、スイッチユニット１１２は互いに逆並列結合されるスイッチＳ１及びダイオードＤ１を含み、スイッチユニット１１４は互いに逆並列結合されるスイッチＳ２及びダイオードＤ２を含み、スイッチユニット１３０は互いに逆並列結合されるスイッチＳ３及びダイオードＤ３を含み、スイッチユニット１４０は互いに逆並列結合されるスイッチＳ４及びダイオードＤ４を含み、スイッチＳ３及びスイッチＳ４が中性点端子Ｏと出力端子ＡＣとの間に逆直列に電気的に結合される。ここで、スイッチＳ３及びスイッチＳ４が逆直列して電気的に結合される方式とは、スイッチＳ３及びスイッチＳ４が例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）である場合、スイッチＳ３のコレクターがスイッチＳ４のコレクターに電気的に結合され、スイッチＳ３のエミッターが中性点端子Ｏに電気的に結合され、スイッチＳ４のエミッターが出力端子ＡＣに電気的に結合される。更なる実施例において、スイッチＳ３及びＳ４は、それぞれ複数の直列又は並列されるスイッチ素子によって実現されることができる。他の実施例において、前記電圧源１２２、１２４は、コンデンサー、バッテリー等の素子によって実現されることができる。
【００５０】
実際には、前記スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ‐ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＭＯＳＦＥＴ）、他の種類のトランジスタ又はその組み合わせであってもよい。
【００５１】
一実施例において、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、前記スイッチＳ３、Ｓ４が絶縁ゲートバイポーラトランジスタである場合、２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレクターは、共通接続端子ＣＮに電気的に結合される。別の実施例において、前記スイッチＳ３、Ｓ４が金属酸化物半導体電界効果トランジスタである場合、２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタのドレインは、共通接続端子ＣＮに電気的に結合される。
【００５２】
図２は、本発明の第３の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図１Ａに示す実施例に比べ、図２に示す電圧クランプ回路２５０は、コンデンサーＣｃｏｍと、抵抗器Ｒｃｏｍと、ダイオードｄｃｏｍ、ダイオードｄ１、ｄ２と、を備える。ダイオードｄ１はノードＮＡと中性点端子Ｏとの間に電気的に結合され、ダイオードｄ２はノードＮＡと出力端子ＡＣとの間に電気的に結合され、コンデンサーＣｃｏｍはノードＮＡと共通接続端子ＣＮとの間に電気的に結合され、ダイオードｄｃｏｍと抵抗器ＲｃｏｍはノードＮＡと負入力端子Ｎとの間に電気的に直列結合される。
【００５３】
具体的には、図２に示すように、ダイオードｄ１の陰極及び陽極はそれぞれ中性点端子ＯとノードＮＡに電気的に結合され、ダイオードｄ２の陰極及び陽極はそれぞれ出力端子ＡＣとノードＮＡに電気的に結合され、ダイオードｄｃｏｍの陰極及び陽極はそれぞれノードＮＡと抵抗器Ｒｃｏｍに電気的に結合される。
【００５４】
回路構造から言えば、コンデンサーＣｃｏｍ及びダイオードｄ１はスイッチＳ３と共通して操作する充電回路としてもよく、コンデンサーＣｃｏｍ及びダイオードｄ２はスイッチＳ４と共通して操作する充電回路としてもよく、即ちスイッチＳ３及びＳ４が電圧クランプ操作の充電過程中にコンデンサーＣｃｏｍを共用する。一方、コンデンサーＣｃｏｍ、抵抗器Ｒｃｏｍ及びダイオードｄｃｏｍは、スイッチＳ３、Ｓ４と共通して操作する放電回路としてもよく、即ちスイッチＳ３及びＳ４が電圧クランプ操作の放電過程中にコンデンサーＣｃｏｍ、抵抗器Ｒｃｏｍ及びダイオードｄｃｏｍを共用する。スイッチＳ３、Ｓ４と関連する電圧クランプ操作については、具体的に、下記図３Ａ及び３Ｂ及び図４Ａ及び４Ｂに示すようなものである。
【００５５】
説明すべきなのは、本案で「ダイオード」と呼ばれたものは、実際のダイオード素子を指してもよいし、スイッチによって実現されるダイオードを指してもよく、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＢＪＴ）又は他の種類のトランジスタによって実現される。つまり、本案で「ダイオード」と呼ばれたものは、全てスイッチによって（能動的又は受動的なスイッチを含む）取り代わられてもよい。このため、本案は、図面に示す実施例に限定されない。
【００５６】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の一実施例に係る図２に示すようなコンバータを示す操作模式図である。図３Ａ示すように、スイッチＳ３がオフになる期間、スイッチＳ３に対応する電圧スパイク（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｐｉｋｅ）が発生し、この時、電圧スパイクが破線に示す充電回路に沿ってコンデンサーＣｃｏｍに吸収される一方、コンデンサーＣｃｏｍが電圧スパイクに対応する電気エネルギーを蓄える。次に、図３Ｂに示すように、スイッチＳ３がオンになる期間、コンデンサーＣｃｏｍに蓄えられた電気エネルギーは、破線に示す放電回路に沿って抵抗器Ｒｃｏｍ、ダイオードｄｃｏｍ及びコンデンサーＣｃｏｍを介して負入力端子Ｎへ放電する。このように、スイッチＳ３に対応する電圧クランプ操作は効果的に行われ、電圧スパイクによるスイッチＳ３の損壊を避けることができる。
【００５７】
具体的には、図３Ａに示すように、スイッチＳ３がオフになる場合、ダイオードＤ３、コンデンサーＣｃｏｍ及びダイオードｄ１は、充電回路を構成し、コンデンサーＣｃｏｍがスイッチＳ３に対応する電圧スパイクを吸収する。一方、図３Ｂに示すように、スイッチＳ３がオンになる場合、スイッチＳ３、電圧源１２４、抵抗器Ｒｃｏｍ、ダイオードｄｃｏｍ及びコンデンサーＣｃｏｍは、放電回路を構成し、コンデンサーＣｃｏｍが吸収した電気エネルギーを放電回路によって電圧源１２４へ放出する。
【００５８】
図４Ａは、従来技術における電圧クランプ操作無しの場合のスイッチに対する電圧の変化を示す模式図である。図４Ａに示すように、入力電圧Ｖｉｎが３８０Ｖである場合、電圧スパイクＶＳは、スイッチの堪えられる定格電圧よりもはるかに高い６００Ｖとなり、更に、スイッチを壊す可能性がある。
【００５９】
図４Ｂは、本発明の実施例に係る図２に示すようなコンバータにおける電圧の変化を示す模式図である。図４Ａに比べると、電圧スパイクを吸収するため、コンデンサーＣｃｏｍに蓄えられた電圧ＶＣｃｏｍは微増する一方、電圧クランプ操作がコンデンサーＣｃｏｍによって効果的に行われることができるため、電圧スパイクのスイッチＳ３における電圧ＶＳ３への影響を大幅に小さくすることができる。
【００６０】
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の別の実施例に係る図２に示すようなコンバータを示す操作模式図である。図５Ａに示すように、スイッチＳ４がオフになる期間、スイッチＳ４に対応する電圧スパイクが発生し、この時、電圧スパイクが破線に示す充電回路に沿ってコンデンサーＣｃｏｍにより吸収される一方、コンデンサーＣｃｏｍが電圧スパイクに対応する電気エネルギーを蓄える。次に、図５Ｂに示すように、スイッチＳ４がオンになる期間、コンデンサーＣｃｏｍに蓄えられた電気エネルギーは、破線に示す放電回路に沿って抵抗器Ｒｃｏｍ、ダイオードｄｃｏｍ及びコンデンサーＣｃｏｍを介して負入力端子Ｎへ放電する。このように、スイッチＳ４に対応する電圧クランプ操作は効果的に行われ、電圧スパイクによるスイッチＳ４の損壊を避けることができる。
【００６１】
具体的には、図５Ａに示すように、スイッチＳ４がオフになる場合、ダイオードＤ４、コンデンサーＣｃｏｍ及びダイオードｄ２は、充電回路を構成し、コンデンサーＣｃｏｍがスイッチＳ４に対応する電圧スパイクを吸収する。一方、図５Ｂに示すように、スイッチＳ３がオンになる場合、スイッチＳ３、電圧源１２４、抵抗器Ｒｃｏｍ、ダイオードｄｃｏｍ及びコンデンサーＣｃｏｍは、放電回路を構成し、コンデンサーＣｃｏｍが吸収した電気エネルギーを放電回路によって電圧源１２４へ放出する。
【００６２】
図６は、本発明の別の実施例に係る図２に示すようなコンバータにおける電圧の変化を示す模式図である。図４Ａに比べると、電圧スパイクを吸収するために、コンデンサーＣｃｏｍに蓄えられた電圧ＶＣｃｏｍは、微増する一方、電圧クランプ操作がコンデンサーＣｃｏｍによって効果的に行われることができるため、電圧スパイクのスイッチＳ４における電圧ＶＳ４への影響を大幅に小さくすることができる。
【００６３】
上述したように、図２に示す電圧クランプ回路２５０によって、スイッチＳ３及びＳ４に対応する電圧スパイクが効果的に抑制され、且つスイッチＳ３及びＳ４がコンデンサーＣｃｏｍ、抵抗器Ｒｃｏｍ及びダイオードｄｃｏｍを共用でき、必要な素子が少なくなって、更に、回路の信頼性が向上し、製作コストが削減する。
【００６４】
図７は、本発明の第４の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図２に示す実施例に比べ、図７に示す電圧クランプ回路３５０は、ノードＮＡと中性点端子Ｏとの間に電気的に結合されるコンデンサーＣ１と、ノードＮＡと出力端子ＡＣとの間に電気的に結合されるコンデンサーＣ２と、ノードＮＡと共通接続端子ＣＮとの間に電気的に結合されるダイオードｄｃｏｍ１と、ノードＮＡと正入力端子Ｐとの間に電気的に結合される抵抗器Ｒｃｏｍ及びダイオードｄｃｏｍ２と、を含む。
【００６５】
具体的には、図７に示すように、ダイオードｄｃｏｍ１の陰極及び陽極は、それぞれ共通接続端子ＣＮ及びノードＮＡに電気的に結合され、ダイオードｄｃｏｍ２の陰極及び陽極は、それぞれ抵抗器Ｒｃｏｍ及び正入力端子Ｐに電気的に結合される。
【００６６】
回路構造から言えば、スイッチＳ３及びＳ４は、電圧クランプ操作の充電過程中にダイオードｄｃｏｍ１を共用する一方、スイッチＳ３及びＳ４は、電圧クランプ操作の放電過程中に抵抗器Ｒｃｏｍ及びダイオードｄｃｏｍ２を共用する。
【００６７】
電圧クランプ操作において、スイッチＳ３に対応する電圧スパイクがコンデンサーＣ１により吸収され、コンデンサーＣ１が電圧スパイクに対応する電気エネルギーを蓄え、その後、コンデンサーＣ１に蓄えられた電気エネルギーが抵抗器Ｒｃｏｍ及びダイオードｄｃｏｍ２を介して正入力端子Ｐへ放電する。同様に、スイッチＳ４に対応する電圧スパイクがコンデンサーＣ２により吸収され、コンデンサーＣ２が電圧スパイクに対応する電気エネルギーを蓄え、その後、コンデンサーＣ２に蓄えられた電気エネルギーが抵抗器Ｒｃｏｍ及びダイオードｄｃｏｍ２を介して正入力端子Ｐへ放電する。このように、スイッチＳ３及びＳ４に対応する電圧クランプ操作は、効果的に行われ、電圧スパイクによるスイッチＳ３及びＳ４の損壊を避けることができる。
【００６８】
一方、上記コンバータは、異なる種類のトポロジー構造を有してもよい。図８Ａは、本発明の第５の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図１Ｂに比べると、図８Ａに示すように、前記スイッチＳ３、Ｓ４が絶縁ゲートバイポーラトランジスタである場合、２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタのエミッターは、共通接続端子ＣＮに電気的に結合される。同様に、別の実施例において、前記スイッチＳ３、Ｓ４が金属酸化物半導体電界効果トランジスタである場合、２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタのソースは、共通接続端子ＣＮに電気的に結合される。
【００６９】
また、図８Ｂは、本発明の第６の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図１Ａに比べると、図８Ｂに示すように、前記スイッチＳ３、Ｓ４が絶縁ゲートバイポーラトランジスタである場合、２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタのエミッターは、共通接続端子ＣＮに電気的に結合される。同様に、別の実施例において、前記スイッチＳ３、Ｓ４が金属酸化物半導体電界効果トランジスタである場合、２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタのソースは、共通接続端子ＣＮに電気的に結合される。
【００７０】
図９Ａは、本発明の第７の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図２に比べると、電圧クランプ回路５５０ａにおいて、ダイオードｄ１はノードＮＡと中性点端子Ｏとの間に電気的に結合され、ダイオードｄ２はノードＮＡと出力端子ＡＣとの間に電気的に結合され、コンデンサーＣｃｏｍはノードＮＡと共通接続端子ＣＮとの間に電気的に結合され、ダイオードｄｃｏｍと抵抗器ＲｃｏｍはノードＮＡと正入力端子Ｐとの間に電気的に結合される。
【００７１】
具体的には、図９Ａに示すように、ダイオードｄ１の陰極及び陽極はそれぞれノードＮＡと中性点端子Ｏに電気的に結合され、ダイオードｄ２の陰極及び陽極はそれぞれノードＮＡと出力端子ＡＣに電気的に結合され、ダイオードｄｃｏｍの陰極及び陽極はそれぞれ正入力端子Ｐと抵抗器Ｒｃｏｍに電気的に結合される。
【００７２】
図９Ａに示した電圧クランプ回路５５０ａの操作は、図２に示した電圧クランプ回路２５０の操作と同じようなものであるが、図９ＡにおけるコンデンサーＣｃｏｍに蓄えられた電気エネルギーが正入力端子Ｐへ放電することに区別されるため、ここでは特別に説明しない。
【００７３】
図９Ｂは、本発明の第８の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図７に比べると、電圧クランプ回路５５０ｂにおいて、ダイオードｄｃｏｍ１はノードＮＡと共通接続端子ＣＮとの間に電気的に結合され、コンデンサーＣ１はノードＮＡと中性点端子Ｏとの間に電気的に結合され、コンデンサーＣ２はノードＮＡと出力端子ＡＣとの間に電気的に結合され、抵抗器Ｒｃｏｍとダイオードｄｃｏｍ２はノードＮＡと負入力端子Ｎとの間に電気的に直列結合される。
【００７４】
具体的には、図９Ｂに示すように、ダイオードｄｃｏｍ１の陰極及び陽極はそれぞれ共通接続端子ＣＮとノードＮＡに電気的に結合され、ダイオードｄｃｏｍ２の陰極及び陽極はそれぞれノードＮＡ及び抵抗器Ｒｃｏｍに電気的に結合される。
【００７５】
図９Ｂに示した電圧クランプ回路５５０ｂの操作は、図７に示した電圧クランプ回路３５０の操作と同じようなものであるが、図９ＢにおけるコンデンサーＣ１又はコンデンサーＣ２に蓄えられた電気エネルギーが負入力端子Ｎへ放電することに区別されるため、ここでは特別に説明しない。
【００７６】
電圧クランプ操作の放電過程中の抵抗器Ｒｃｏｍにおける損耗を減らすために、前記抵抗器Ｒｃｏｍは、インダクターに取って代わられてもよい。図１０は、本発明の第９の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図２に比べると、図１０に示した電圧クランプ回路６５０は、抵抗器ＲｃＯｍの代わりにインダクターＬｃｏｍを含み、インダクターＬｃｏｍとダイオードｄｃｏｍがノードＮＡと負入力端子Ｎとの間に電気的に直列結合される。
【００７７】
図１１Ａ〜１１Ｃは、本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。図１１Ａに示すように、図７に示す実施例に比べ、電圧クランプ回路は、抵抗器Ｒｃｏｍの代わりにインダクターＬｃｏｍを含み、インダクターＬｃｏｍとダイオードｄｃｏｍ２がノードＮＡと正入力端子Ｐとの間に電気的に直列結合される。次に、図１１Ｂに示すように、図９Ａに示す実施例に比べ、電圧クランプ回路は、抵抗器Ｒｃｏｍの代わりにインダクターＬｃｏｍを含み、インダクターＬｃｏｍとダイオードｄｃｏｍがノードＮＡと正入力端子Ｐとの間に電気的に直列結合される。また、図１１Ｃに示すように、図９Ｂに示す実施例に比べ、電圧クランプ回路は、抵抗器Ｒｃｏｍの代わりにインダクターＬｃｏｍを含み、インダクターＬｃｏｍとダイオードｄｃｏｍ２がノードＮＡと負入力端子Ｎとの間に電気的に直列結合される。
【００７８】
前記図１０及び図１１Ａ〜１１Ｃに示す電圧クランプ回路の操作は、それぞれ図２、図７、図９Ａ、図９Ｂに示す電圧クランプ回路の操作に基本的に類似しているため、ここでは特別に説明しない。
【００７９】
一方、電圧クランプ回路の回路構造をより簡単化するために、前記インダクターＬｃｏｍ又は抵抗器Ｒｃｏｍは省略されてもよい。図１２Ａ〜１２Ｄは、本発明の実施例に係る異なる電圧クランプ回路を示す模式図である。図１２Ａ〜１２Ｄに示す電圧クランプ回路は、それぞれ図１０と図１１Ａ〜１１Ｃに示す電圧クランプ回路に類似しているが、図１０及び図１１Ａ〜１１Ｃに示す電圧クランプ回路に比べ、図１２Ａ〜１２Ｄに示す電圧クランプ回路は、インダクターＬｃｏｍ（又は抵抗器Ｒｃｏｍ）を含まず、このように、電圧クランプ回路の回路構造をより簡単化することができる。
【００８０】
図１３Ａは、本発明の第９の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図１３Ａに示すように、電圧クランプ回路は、共用回路７５０ａと、共用回路７５０ａに電気的に結合される能動回路７６０ａと、を含む。
【００８１】
共用回路７５０ａは、出力端子ＡＣ、共通接続端子ＣＮ及び中性点端子Ｏに電気的に結合されており、スイッチＳ３及びＳ４における電圧をクランプして、クランプ電圧を蓄える（即ち、電圧スパイクに対応して蓄えられた電圧）ことに用いる。本実施例では、共用回路７５０ａは、コンデンサーＣｃｏｍと、ダイオードｄ１、ｄ２と、を含み、コンデンサーＣｃｏｍとダイオードｄ１、ダイオードｄ２との接続関係が図９Ａに示すものに類似し、且つコンデンサーＣｃｏｍは、上記クランプ電圧を蓄えることに用いることもできる。
【００８２】
次に、能動回路７６０ａは、クランプ電圧によって操作電圧を駆動回路７７０へ出力することに用いられ、また、スイッチＳ３を駆動するためのものである。本実施例では、能動回路７６０ａは、入力端子がコンデンサーＣｃｏｍの両端に電気的に結合され、出力端子が駆動回路７７０に電気的に結合された、例えば、降圧型コンバータ（ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）のような直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ７６５ａを含む。
【００８３】
電圧クランプ操作において、コンデンサーＣｃｏｍが電圧スパイクに対応する電気エネルギーを蓄えた後、コンデンサーＣｃｏｍに蓄えられた電気エネルギーは、直流／直流コンバータ７６５ａにより変換してから、フィードバックして駆動回路７７０に電力を供給する。
【００８４】
ある実施例において、前記能動回路７６０ａは、スイッチＳ４を駆動するための駆動回路に操作電圧を出力してもよい。他の実施例において、能動回路７６０ａは、正入力端子Ｐ、負入力端子Ｎ又は出力端子ＡＣに操作電圧を出力してもよい。
【００８５】
図１３Ｂは、本発明の第９の実施例に係るコンバータを示す模式図である。図１３Ｂに示すように、電圧クランプ回路は、共用回路７５０ｂと、共用回路７５０ｂに電気的に結合される能動回路７６０ｂと、を含む。
【００８６】
同様に、共用回路７５０ｂは、出力端子ＡＣ、共通接続端子ＣＮ及び中性点端子Ｏに電気的に結合されて、スイッチＳ３及びＳ４における電圧をクランプしてクランプ電圧を蓄える（即ち、電圧スパイクに対応して蓄えられた電圧）ことに用いる。本実施例では、共用回路７５０ｂは、コンデンサーＣ１、Ｃ２と、ダイオードｄｃｏｍ１と、を含み、コンデンサーＣ１、Ｃ２とダイオードｄｃｏｍ１との接続関係が図７に示すものに類似し、且つコンデンサーＣ１、Ｃ２は、上記クランプ電圧を蓄えることに用いることもできる。
【００８７】
次に、能動回路７６０ｂは、クランプ電圧によって操作電圧を正入力端子Ｐへ出力するためのものである。本実施例では、能動回路７６０ｂは、入力端子がコンデンサーＣ１の両端に電気的に結合され、出力端子が正入力端子Ｐに電気的に結合された、例えば、降圧型コンバータ（ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）のような直流／直流コンバータ７６５ｂを含む。
【００８８】
電圧クランプ操作において、コンデンサーＣ１が電圧スパイクに対応する電気エネルギーを蓄えた後、コンデンサーＣ１に蓄えられた電気エネルギーは、直流／直流コンバータ７６５ｂにより変換してから、正入力端子Ｐへ出力する。
【００８９】
ある実施例において、前記能動回路７６０ｂ（又は直流／直流コンバータ７６５ｂ）は、入力端子がコンデンサーＣ２の両端に電気的に結合されてもよい。他の実施例において、前記能動回路７６０ｂ（又は直流／直流コンバータ７６５ｂ）は、出力端子が負入力端子Ｎに電気的に結合されてもよい。
【００９０】
実際には、図１３Ａに示す共用回路７５０ａ又は図１３Ｂに示す共用回路７５０ｂは、実際の需要に応じて、前記異なる実施例に係る電圧クランプ回路構造を採用してもよい。即ち、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すものは、例示だけであり、本発明を限定するためのものではない。
【００９１】
また、実際には、上記実施例に示すダイオードの何れも、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）又は他の種類のトランジスタのようなスイッチによって実現されてもよい。なお、上記実施例は、単相出力に適用される例のみを説明したが、単なる例示だけであり、本発明を限定するためのものではなく、即ち、当業者であれば、多相（例えば、三相）の出力を有するコンバータに類似する回路構造を適用することができる。
【００９２】
上述したように、上記電圧クランプ回路によって、電圧スパイクが効果的に抑制され、且つ電圧スパイクからの影響を受けたスイッチが電圧クランプ回路を共用でき、必要な素子が少なくなって、更に、回路の信頼性が向上し、製作コストが削減する。
【００９３】
本発明を実施形態で前述の通り開示したが、これは本発明を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
【符号の説明】
【００９４】
１００ａ、１００ｂ  コンバータ
１１０  第１のブリッジアーム
１２０  第２のブリッジアーム
１１２、１１４、１３０、１４０  スイッチユニット
１２２、１２４  電圧源
１５０ａ、１５０ｂ、２５０、３５０、５５０ａ、５５０ｂ、６５０  電圧クランプ回路
７５０ａ、７５０ｂ  共用回路
７６０ａ、７６０ｂ  能動回路
７６５ａ、７６５ｂ  直流／直流コンバータ
７７０  駆動回路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
0005996006.tif 000007
【図４Ｂ】
0005996006.tif 000008
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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