(57)【要約】  高圧直流（ＨＶＤＣ）送電及び無効電力補償を提供する電圧源コンバータの分野において、高性能を示し、安全側故障モードを提供し、故障に耐える改善されたパワーエレクトロニクスモジュールが必要とされている。パワーエレクトロニクスモジュール（３０；７０）は、高圧直流送電及び無効電力補償を提供する電圧源コンバータのチェーンリンクコンバータで使用するために、エネルギー蓄積装置（３４）と並列に接続された第１組（３２）の直列接続スイッチング素子を含む。第１組（３２）の直列接続スイッチング素子は、第１のラッチ型スイッチング素子（３８）及び第１の非ラッチ型スイッチング素子（４０）を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧直流送電及び無効電力補償を提供する電圧源コンバータのチェーンリンクコンバータで使用するために、エネルギー蓄積装置（３４）と並列に接続された第１組（３２）の直列接続スイッチング素子を含むパワーエレクトロニクスモジュール（３０）であって、前記第１組の直列接続スイッチング素子が、第１のラッチ型スイッチング素子（３８）と第１の非ラッチ型スイッチング素子（４０）とを含むパワーエレクトロニクスモジュール（３０）。
【請求項２】
前記第１組（３２）の直列接続スイッチング素子が、第１及び第２の出力端子（４２，４４）を有するハーフブリッジ機構内に前記エネルギー蓄積装置（３４）と並列に接続された、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項３】
前記第１のラッチ型スイッチング素子（３８）が、前記第１及び第２の出力端子（４２，４４）の間に電気的に接続された、請求項２に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項４】
前記第１及び第２の出力端子（４２，４４）の間にある前記スイッチング素子（３８）が、圧縮パッケージングを使用して構成された、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項５】
第２組（７２）の直列接続スイッチング素子を更に含み、前記第２組の直列接続スイッチング素子が、第２のラッチ型スイッチング素子（７４）及び第２の非ラッチ型スイッチング素子（７８）を含み、前記第１組及び第２組（３２，７２）の直列接続スイッチング素子が、フルブリッジ機構内の前記エネルギー蓄積装置（３４）と並列に接続された、請求項２に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項６】
前記第１及び第２のラッチ型スイッチング素子（３８，７４）がそれぞれ、前記エネルギー蓄積装置（３４）の同一端子に電気的に接続された、請求項５に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項７】
前記第１及び第２のラッチ型スイッチング素子（３８，７４）がそれぞれ、前記エネルギー蓄積装置（３４）の負端子（４６）に電気的に接続された、請求項６に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項８】
各ラッチ型スイッチング素子（３８，７４）が、サイリスタ型式半導体装置であるか又はサイリスタ型式半導体装置を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項９】
前記サイリスタ型式半導体装置が、
集積ゲート転流型サイリスタと、
ゲートターンオフサイリスタと、
ゲート転流型サイリスタとから選択される、請求項８に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１０】
各非ラッチ型スイッチング素子（４０，７８）が、トランジスタ型半導体装置であるか又はトランジスタ型半導体装置を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１１】
前記トランジスタ型半導体装置が、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
バイポーラトランジスタと、
電界効果トランジスタとから選択された、請求項１０に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１２】
少なくとも１つのラッチ型スイッチング素子（３８，７４）と少なくとも１つの非ラッチ型スイッチング素子（４０，７８）が並列に接続された逆並列ダイオード（５２，８２，５６，８４）を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１３】
各ラッチ型スイッチング素子（３８）に電気的に結合された電源ユニット（９０）を含み、各電源ユニットが、前記エネルギー蓄積装置（３４）の負端子（４６）を基準とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１４】
前記エネルギー蓄積装置（３４）が、キャパシタ、燃料電池、光電池、バッテリ、及び関連フィルタを有する補助交流発電機のうちの１つである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１５】
各非ラッチ型スイッチング素子（４０）の開放故障を検出するために通信するように配置された検出器（９２）を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の複数のパワーエレクトロニクスモジュール（３０）を含む電圧源コンバータ。
【請求項１７】
少なくとも１つの検出器（９２）を含み、各検出器（９２）が、それぞれの非ラッチ型スイッチング素子（４０，７８）と関連付けられた開放故障を検出して、前記電圧源コンバータに、１つ又は複数のラッチ型スイッチング素子（３８，７４）内の短絡経路を確立させるように構成された、請求項１６に記載の電圧源コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧直流（ＨＶＤＣ）送電及び無効電力補償を提供する電圧源コンバータのチェーンリンクコンバータで使用されるパワーエレクトロニクスモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧源コンバータは、典型的には、電圧振幅や周波数などの様々な電力特性を有する電気回路網を相互接続するために使用される。電力コンバータの設計及び構造は、意図された用途のタイプ及びサイズによって大きく異なることがある必要とされる電力変換の種類及び接続された電気回路網の所要電力量に依存する。
【０００３】
電力変換の一例は、送電の分野である。例えば、ＨＶＤＣ送電網では、典型的には、架空線及び／又は海底ケーブルを介して伝送するために交流（ＡＣ）電力が直流（ＤＣ）電力に変換される。この変換は、普通なら伝送線路又はケーブルによって課される交流容量又は誘導負荷効果を補償する必要がないことを意味する。これにより、線路及び／又はケーブルの１キロメートル当たりのコストが減少し、したがって電力を長距離にわたって伝送しなければならないときには交流電力から直流電力への変換のコスト効率が高くなる。
【０００４】
交流から直流及び直流から交流への電力変換は、一般に、送電網において、異なる周波数で作動する２つの交流網を相互接続することが必要な状況で利用される。交流網と直流網の間で必要な変換を達成するために、交流網と直流網の各境界にコンバータが必要とされる。
【０００５】
前述の電圧源コンバータは、チェーンリンクコンバータ内に配置された複数のパワーエレクトロニクスモジュールを含む。各パワーエレクトロニクスモジュールは、チェーンリンクコンバータの両端に生じる電圧を変更するために、チェーンリンクコンバータの内外で選択的に切り替え可能な電圧蓄積機構及び／又は電圧源を含む。
【０００６】
特許文献１に記載されたような従来のパワーエレクトロニクスモジュール１０を図１に概略的に示す。従来のパワーエレクトロニクスモジュール１０は、直流蓄積キャパシタ１６を含むハーフブリッジ機構内に配置された第１及び第２の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１２及び１４を含む。ＩＧＢＴ１２及び１４にはそれぞれ、それぞれ第１及び第２のダイオード１８及び２０が関連付けられる。
【０００７】
また、従来のパワーエレクトロニクスモジュール１０は、ＩＧＢＴ１２及び１４の電流処理能力が不十分なためクローバーサイリスタ２２を必要とし、ＩＧＢＴ１２及び１４が、通常、直列接続された数百個のそのようなパワーエレクトロニクスモジュールを含みきわめて高電圧で動作するコンバータ内で安全でない開路モードにならないため、バイパススイッチ２４を必要とする。
【０００８】
そのようなクローバーサイリスタ２２は、従来のパワーエレクトロニクスモジュール１０の故障許容を改善するのに役立つが、かなりのスペースを占有する重くてかさばるクランプ機構（図示せず）を必要とする。
【０００９】
機械又は点火スイッチなどのバイパススイッチ２４が必要になると、モジュールのコストが増大し、モジュール自体に信頼性問題が生じる。
【００１０】
更に、ＩＧＢＴ１２，１４及びその関連ダイオード１８，２０は、比較的高いオン電圧を有し、したがって高い導電損失を生成し回路効率が低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１０３０３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、高性能を示し、安全側故障モードを提供し、故障に耐える改善されたパワーエレクトロニクスモジュールが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、高圧直流送電及び無効電力補償を提供する電圧源コンバータのチェーンリンクコンバータで使用するために、エネルギー蓄積装置と並列に接続された第１組の直列接続スイッチング素子を含むパワーエレクトロニクスモジュールが提供され、第１組の直列接続スイッチング素子は、第１のラッチ型スイッチング素子と第１組の非ラッチ型スイッチング素子とを含む。
【００１４】
ラッチ型スイッチング素子は、非ラッチ型スイッチング素子より少ない導電損失を示し、したがって、第１組の直列接続スイッチング素子に第１のラッチ型スイッチング素子を含めることによって回路効率が改善される。また、ラッチ型スイッチング素子は、より高いサージ電流性能を有し、したがって故障に対する耐性が高く、典型的には、より安全な短絡モードにならない。
【００１５】
一方、第１の非ラッチ型スイッチング素子を含めることにより、非ラッチ型スイッチング素子のスイッチング速度を変化させることによって、モジュールを動作させるときの電圧又は電流の段階的変化を滑らかにする選択肢を提供する。そのような平滑化、即ち、電流の変化率及び／又は電圧の変化率を限定することによって、モジュールの信頼性が改善され、モジュールによって生成される電磁干渉が限定される。また、これにより、モジュール内の１つ又は複数の受動スナバ構成要素が不要になる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、第１組の直列接続スイッチング素子が、第１及び第２の出力端子を有するハーフブリッジ機構内のエネルギー蓄積装置と並列に接続される。
【００１７】
ハーフブリッジ機構は、パワーエレクトロニクスモジュールに望ましい程度の機能を提供すると同時に、パワーエレクトロニクスモジュール内の構成要素数を少なくすることによって関連した電圧源コンバータのサイズ及びコストを削減する。
【００１８】
必要に応じて、第１のラッチ型スイッチング素子は、第１と第２の出力端子の間に電気的に接続される。
【００１９】
第１のラッチ型スイッチング素子をそのように配置することにより、ＨＶＤＣ送電などの実際の電力変換用途において、第１のラッチ型スイッチング素子が、ほとんどの電流を伝え、その低い導電損失によって、モジュールによって生じる損失の最適化が可能になる。更に、ラッチ型スイッチング素子の短絡故障モードは、バイパススイッチを不要にする。
【００２０】
更に、第１のラッチ型スイッチング素子をそのように配置することによって、第１の非ラッチ型スイッチング素子が、第２の出力端子とエネルギー蓄積装置との間に配置される。これにより、可変スイッチング速度を最も有効に利用して、電圧又は電流の階段的変化を滑らかにすることができる。
【００２１】
第１と第２の出力端子間にあるスイッチング素子は、圧縮パッケージングを使用して構成されることが好ましい。前記スイッチング素子をそのような方式で構成することは、そのようなパッケージングで構成されたスイッチング素子が、安全短絡せず、したがって関連した電圧源コンバータの連続動作を可能にするので有利である。
【００２２】
本発明のパワーエレクトロニクスモジュールは、更に、第２組の直列接続スイッチング素子を含んでもよく、この第２組の直列接続スイッチング素子は、第２のラッチ型スイッチング素子と第２の非ラッチ型スイッチング素子を含み、第１組及び第２組の直列接続スイッチング素子は、フルブリッジ機構内でエネルギー蓄積装置と並列に接続される。
【００２３】
ＨＶＤＣなどの送電用途において、第２組のそのような直列接続スイッチング素子を含めることによって、モジュールは、エネルギー蓄積装置を対応する電圧源コンバータ内の回路に選択的に切り替えてコンバータ内の故障電流の流れと逆の電圧を確立することによって、ある程度の直流故障阻止性能を提供することができる。
【００２４】
更に、フルブリッジ機構は、無効電力用途において、ＳＴＡＴＣＯＭなどの有用な機能を提供する。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態において、第１及び第２のラッチ型スイッチング素子はそれぞれ、エネルギー蓄積装置の同一端子に電気的に接続される。第１及び第２のラッチ型スイッチング素子をエネルギー蓄積装置の同一端子に電気的に接続することによって、第１及び第２のラッチ型スイッチング素子によって作成された回路経路が、最小損失を生成し安全短絡経路を提供するバイパス経路を規定することができる。そのようなバイパス経路は、ローカル構成要素又はシステム故障の場合に電圧源コンバータの連続動作を可能にする。
【００２６】
必要に応じて、第１及び第２のラッチ型スイッチング素子はそれぞれ、エネルギー蓄積装置の負端子に電気的に接続される。ラッチ型スイッチング素子は、非ラッチ装置より高いゲートユニット消費電力を必要とする傾向があるが、ラッチ型スイッチング素子を前述のように接続することによって、前記スイッチング素子のそれぞれへの電力供給が単純化される。
【００２７】
各ラッチ型スイッチング素子は、サイリスタ型式半導体装置を含んでもよい。
【００２８】
好ましくは、サイリスタ型式半導体装置は、
集積ゲート転流型サイリスタと、
ゲートターンオフサイリスタと、
ゲート転流型サイリスタとから選択される。
【００２９】
そのような装置は、低い導電損失で動作し、望ましい故障モードを有し、故障に耐性がある。
【００３０】
各非ラッチ型スイッチング素子は、トランジスタ型半導体装置でもよくトランジスタ型半導体装置を含んでもよい。
【００３１】
好都合には、トランジスタ型半導体装置は、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
バイポーラトランジスタと、
電界効果トランジスタとから選択される。
【００３２】
そのような装置のスイッチング速度は、変更することができ、また固有の電流制限効果を示す。
【００３３】
本発明の別の好ましい実施形態において、少なくとも１つのラッチ型スイッチング素子と、少なくとも１つの非ラッチ型スイッチング素子とは、並列に接続された逆並列ダイオードを含む。そのような逆並列ダイオードを含めることによって、電圧源コンバータ内の幾つかのパワーエレクトロニクスモジュール内の逆並列ダイオードと他のパワーエレクトロニクスモジュール内のラッチ型スイッチング素子とによる故障電流の導通が可能になり、それにより、直流網内の故障箇所から電流をそらすためにコンバータに接続された交流網への双方向短絡の提示（即ち、クローバー）が可能になる。
【００３４】
必要に応じて、本発明のパワーエレクトロニクスモジュールは、各ラッチ型スイッチング素子に電気的に結合された電源ユニットを含み、各電源ユニットは、エネルギー蓄積装置の負端子を基準にする。エネルギー蓄積装置の負端子を基準とするそのような電源ユニットを含めることにより、絶縁変圧器を介して各ラッチ型スイッチング素子に電力供給する必要がなくなる。
【００３５】
エネルギー蓄積装置は、キャパシタ、燃料電池、バッテリ、及び関連フィルタを備えた補助交流発電機のうちの１つでよい。
【００３６】
そのような柔軟性は、所在と輸送の困難さのために装置の可用性が異なる場所で電力変換が必要なときに有用である。
【００３７】
必要に応じて、パワーエレクトロニクスモジュールは、各非ラッチ型スイッチング素子の開放故障を検出するために通信するように構成された検出器を含む。そのような開放故障を検出することにより、関連したラッチ型スイッチング素子をオンに切り替えることで短絡電流経路を提供することができ、それによりエネルギー蓄積装置の放電が可能になる。その後で、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、ラッチ型スイッチング素子のゲート駆動に電力を供給し続けるか、あるいはラッチ型スイッチング素子の意図的故障を引き起こすことができる。
【００３８】
本発明の第２の態様によれば、前述のように複数のパワーエレクトロニクスモジュールを含む電圧源コンバータが提供される。前述のように、本発明の電圧源コンバータは、本発明のパワーエレクトロニクスモジュールの利点を共有する。
【００３９】
電圧源コンバータは、少なくとも１つの検出器を含み、各検出器は、それぞれの非ラッチ型スイッチング素子と関連した開放故障を検出し、また電圧源コンバータに１つ又は複数のラッチ型スイッチング素子内の短絡経路を確立させるように構成される。
【００４０】
そのような機構により、ローカル構成要素又はシステム故障の場合に電圧源コンバータが動作し続けることができ好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
以下に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の簡単な説明を非限定的な例として示す。
【００４２】
【図１】従来のパワーエレクトロニクスモジュールを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるパワーエレクトロニクスモジュールを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるパワーエレクトロニクスモジュールを示す図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態による電圧源コンバータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図２に示されたように、本発明の第１の実施形態によるパワーエレクトロニクスモジュールは、全体が参照数字３０によって示される。
【００４４】
モジュール３０は、キャパシタ３６の形のエネルギー蓄積装置３４と並列に接続された第１組３２の直列接続スイッチング素子を含む。
【００４５】
第１組３２の直列接続スイッチング素子は、エネルギー蓄積装置３４を含むハーフブリッジ機構で接続された第１のラッチ型スイッチング素子３８と第１の非ラッチ型スイッチング素子４０とを含む。
【００４６】
ハーフブリッジ機構は、第１及び第２の出力端子４２，４４を有する。第１の出力端子４２が、エネルギー蓄積装置３４の負端子４６に電気的に接続され、一方、第２の出力端子４４が、スイッチング素子３８と４０との間に電気的に接続される。
【００４７】
本発明の他の実施形態（図示せず）では、むしろ、第１の出力端子４２が、エネルギー蓄積装置３４の正端子４８に電気的に接続されてもよく、一方、第２の出力端子４４は、この場合もスイッチング素子３８と４０との間に電気的に接続される。
【００４８】
第１のラッチ型スイッチング素子３８は、第１の集積ゲート転流型サイリスタ（ＩＧＣＴ）５０の形のサイリスタ型式半導体装置である。第１のＩＧＣＴ５０は、並列に接続された対応する第１の逆並列ダイオード５２を有する。
【００４９】
本発明の他の実施形態において、第１のラッチ型スイッチング素子３８は、ゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタやゲート転流型サイリスタ（ＧＣＴ）などの異なるサイリスタ型式半導体装置でよい。
【００５０】
第１の非ラッチ型スイッチング素子４０は、第２の逆並列ダイオード５６が並列に接続された第１の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）５４の形のトランジスタ型半導体装置である。
【００５１】
本発明の他の実施形態において、第１の非ラッチ型スイッチング素子４０は、例えばバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の形の別の形のトランジスタ型半導体装置でよい。
【００５２】
図２に示されたように、第１のパワーエレクトロニクスモジュール３０は、図１に示された従来のパワーエレクトロニクスモジュール１０に必要とされるようなクローバーサイリスタ、バイパススイッチ又はスナバー回路を含まなくてもよい。
【００５３】
第１のＩＧＣＴ５０は、第１及び第２の出力端子４２，４４との間に電気的に接続され、図２に示された実施形態において、これは、第１のＩＧＣＴ５０が、エネルギー蓄積装置３４の負端子４６に電気的に接続されることを意味する。このようにして、第１のＩＧＣＴ５０は、第１のモジュール３０にゼロ出力電圧を選択的に提供させることができる。
【００５４】
第１のＩＧＢＴ５４は、エネルギー蓄積装置３４の正端子４８に電気的に接続され、したがって、第１のモジュール３０に正出力電圧を選択的に提供させることができる。
【００５５】
第１の出力端子４２が、エネルギー蓄積装置３４の正端子４８に電気的に接続され（また、第２の出力端子４４が、スイッチング素子３８と４０との間に接続された）本発明の実施形態（図示せず）において、第１のＩＧＣＴ５０は、そのような第１及び第２の出力端子４２と４４の間に接続されることによって、やはりエネルギー蓄積装置３４の正端子４８に電気的に接続される。
【００５６】
図２に示された実施形態に戻ると、第１及び第２の出力端子４２と４４との間にあるスイッチング素子、即ち第１のラッチ型スイッチング素子３８は、圧縮パケット交換要素である。
【００５７】
第１のパワーエレクトロニクスモジュール３０は、また、第１のラッチ型スイッチング素子３８に電気的に結合され、またエネルギー蓄積装置３４の負端子４６を基準とする電源ユニット９０を含む。
【００５８】
更に、第１のパワーエレクトロニクスモジュール３０は、通信するように配置された検出器９２を含む。検出器９２は、非ラッチ型スイッチング素子４０の開放故障を検出するように構成される。
【００５９】
使用において、第１のパワーエレクトロニクスモジュール３０は、ハーフブリッジ（キャパシタ３６と並列に配置された第１組３２の直列接続スイッチング素子によって規定された）内の起こり得る各スイッチング（即ち、整流イベント）を特に参照すると、（ｉ）第１のＩＧＢＴ５４のスイッチオン、（ｉｉ）第１のＩＧＢＴ５４のスイッチオフ、第１のＩＧＣＴ５０のスイッチオン、及び（ｉｖ）第１のＩＧＣＴ５０のスイッチオフにより動作する。
【００６０】
（ｉ）第１のＩＧＢＴのスイッチオン
第１のＩＧＢＴ５４（即ち、第１の非ラッチ型スイッチング素子４０）がオンになると、第１の逆並列ダイオード５２に流れる電流が急速にゼロに減少する。
【００６１】
第１の逆並列ダイオード５２は、限られた電流変化率しか対応できず、即ち、限られたｄｉ／ｄｔ性能（例えば、５００Ａ／μｓ）だけを有し、したがって、第１の逆並列ダイオード５２に流れる電流の変化率は、第１のＩＧＢＴ５４のターンオンを遅くすることによって制御される。第１のＩＧＢＴ５４のターンオンのそのような遅れを達成する１つの方法は、第１のＩＧＢＴ５４のゲート駆動回路に大きいゲート抵抗（図示せず）を入れ、それによりリアクタンス素子が電流変化を制限しなくても済むことにある。
【００６２】
（ｉｉ）第１のＩＧＢＴのスイッチオフ
第１のＩＧＢＴ５４がターンオフすると、第１のＩＧＢＴ５４に流れ込んだ電流が第１の逆並列ダイオード５２に方向を換える。
【００６３】
第１の逆並列ダイオード５２は、高い過渡順電圧を有する比較的低速のダイオードであり、したがって、第１のＩＧＢＴ５４のターンオフは、第１のＩＧＢＴ５４の両端の電圧オバーシュートと、その結果起こる電圧蓄積装置３４の激しい放電のリスクを小さくするために遅くされる。
【００６４】
（ｉｉｉ）第１のＩＧＣＴのスイッチオン
第１のＩＧＣＴ５０（即ち、第１のラッチ型スイッチング素子３８）がオンになると、第２の逆並列ダイオード５６内の電流が急速にゼロに低下する。
【００６５】
第１のＩＧＣＴ５０のラッチング特性は、そのターンオン速度をゲート制御によって変更できないことを意味し、したがって、第１のＩＧＢＴ５４と関連した第２の逆並列ダイオード５６は、きわめて高い整流電流変化を受け、即ちｄｉ／ｄｔがきわめて大きくなる（例えば、５０００Ａ／μｓ）。しかしながら、ＩＧＢＴで使用するように設計された逆並列ダイオード５６は、本質的に、高いｄｉ／ｄｔ性能を有し、したがって、この高い整流電流変化に対応するのは難しくない。更に、第１のＩＧＣＴ５０は、きわめて高いターンオンｄｉ／ｄｔ性能を有し、したがって、そのようなイベントによって破損しない。
【００６６】
（ｉｖ）第１のＩＧＣＴのスイッチオフ
第１のＩＧＣＴ５０がオフになると、第１のＩＧＣＴ５０に流れ込んだ電流が、第２の逆並列ダイオード５６と電圧蓄積装置３４（即ち、キャパシタ３６）に方向を換える。
【００６７】
第２の逆並列ダイオード５６は、上に述べたように、関連した高いｄｉ／ｄｔに耐えることができる高速ダイオードである。
【００６８】
更に、電圧蓄積装置３４、第２の逆並列ダイオード５６、及び第１のＩＧＣＴ５０によって構成されたループは、低いインダクタンスを有し、したがって、電圧ターンオフ変化（即ち、ｄｖ／ｄｔ）と電圧オバーシュートが制限される。
【００６９】
第１のＩＧＣＴ５０又はその関連した第１の逆並列ダイオード５２が故障すると、第１のモジュール３０内に短絡が生じる。第１のＩＧＢＴ５４が、そのとき導通している場合、第１のＩＧＢＴ５４は、そのような故障（即ち、そのような短絡）を、突然の電流増大（即ち、シュートスルー）として経験することがある。そのようなイベントに対処しやすくするために、第１のＩＧＢＴ５４（又は、他のサイリスタ型式半導体装置）は、更に、シュートスルー保護装置（図示せず）を含むことがある。そのような保護装置は、第１のＩＧＢＴ５４の非飽和を検出したときに第１のＩＧＢＴ５４を素早くスイッチオフする。
【００７０】
第１のＩＧＢＴ５４又はその関連した第２の逆並列ダイオード５６が故障すると、エネルギー蓄積装置３４（即ち、キャパシタ３６）を通る電流経路が開路する。そのような故障への対処を支援するために、第１のモジュール３０は、前記開路を検出し第１のＩＧＣＴ５０をオンにして短絡電流経路を提供するように構成された検出器９２を含む。そのようなステップは、キャパシタ３６の放電を可能にし、その後で、第１のモジュール３０は、第１のＩＧＣＴ５０ゲートドライブに電力を供給し続けるか、あるいは第１のＩＧＣＴ５０を意図的に故障させる。
【００７１】
本発明の第２の実施形態によるパワーエレクトロニクスモジュール７０を図３に概略的に示す。第２のモジュール７０は、第１のモジュール３０と幾つかの特徴を共有し、そのような共通の特徴は、同じ参照数字によって示される。
【００７２】
第１のラッチ型及び非ラッチ型スイッチング素子３８，４０（即ち、第１のＩＧＣＴ５０、第１のＩＧＢＴ５４）、及び対応する第１及び第２の逆並列ダイオード５２，５６の他に、第２のパワーエレクトロニクスモジュール７０は、エネルギー蓄積装置３４と並列に接続された第２組７２の直列接続スイッチング素子を含む。
【００７３】
第２組７２の直列接続スイッチング素子は、第２のＩＧＣＴ７６の形の第２のラッチ型スイッチング素子７４と、第２のＩＧＢＴ８０の形の第２の非ラッチ型スイッチング素子７８とを含む。第２のＩＧＣＴ７６は、並列に接続された第３の逆並列ダイオード８２を含み、第２のＩＧＢＴ８０は、並列に接続された第４の逆並列ダイオード８４を含む。
【００７４】
第１組３２及び第２組７２の直列接続スイッチング素子（即ち、第１及び第２のＩＧＣＴ５０，７６、第１及び第２のＩＧＢＴ５４，８０）、及び関連した逆並列ダイオード５２，５６，８２，８４は、フルブリッジ機構内にエネルギー蓄積装置３４と並列に接続される。
【００７５】
詳細には、第１及び第２のＩＧＣＴ５０，７６はそれぞれ、エネルギー蓄積装置３４の同じ負端子４６に接続されて、第２のモジュール７０内のバイパス経路８６を規定する。
【００７６】
第２のモジュール７０内のフルブリッジの各半分（キャパシタ３６と並列に配置された第１組３２及び第２組７２の直列接続スイッチング素子によって規定された）は、第１のモジュール３０と関連して前述したハーフブリッジと実質的に類似の方式で機能する。
【００７７】
図４は、本発明の一実施形態による電圧源コンバータ１００を示す。
【００７８】
電圧源コンバータ１００は、３つの枝１０２を含む三相コンバータであり、各枝１０２がそれぞれの位相に対応する。各枝１０２は、複数の第１のパワーエレクトロニクスモジュール３０を含む。
【００７９】
本発明の他の実施形態（図示せず）において、電圧源コンバータは、３つより少ないか多い数の枝を含んでもよい。また、それぞれの枝は、１つ又は複数の第１のパワーエレクトロニクスモジュール３０及び／又は１つ又は複数の第２のパワーエレクトロニクスモジュール７０を含んでもよい。
【００８０】
それぞれの非ラッチ型スイッチング素子４０；７８と関連した開放故障を検出したとき、対応する検出器９２は、電圧源コンバータ１００に、１つ又は複数のラッチ型スイッチング素子３８：７４によって短絡経路を確立させる。
【符号の説明】
【００８１】
３４  エネルギー蓄積装置
３２，７２  直列接続スイッチング素子
３０  パワーエレクトロニクスモジュール
３８，７４  ラッチ型スイッチング素子
４０，７８  非ラッチ型スイッチング素子
４２，４４  出力端子
【図１】
2014533485.tif 000003
【図２】
2014533485.tif 000004
【図３】
2014533485.tif 000005
【図４】
2014533485.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月7日(2014.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧直流送電及び無効電力補償を提供する電圧源コンバータのチェーンリンクコンバータで使用するために、エネルギー蓄積装置（３４）と並列に接続された第１組（３２）の直列接続スイッチング素子を含むパワーエレクトロニクスモジュール（３０）であって、前記第１組の直列接続スイッチング素子が、第１のラッチ型スイッチング素子（３８）と第１の非ラッチ型スイッチング素子（４０）とを含み、
前記第１組（３２）の直列接続スイッチング素子が、第１及び第２の出力端子（４２，４４）を有するハーフブリッジ機構内の前記エネルギー蓄積装置（３４）と並列に接続され、前記第１のラッチ型スイッチング素子（３８）が、前記第１及び第２の出力端子（４２，４４）の間に電気的に接続され、前記電力電気モジュールの正常使用においてオンオフされ、
又は、
第２のラッチ型スイッチング素子（７４）と第２の非ラッチ型スイッチング素子（７８）と含む前記第２組（７２）の直列接続スイッチング素子を含み、前記第２のラッチ型スイッチング素子が、前記電力電気モジュールの正常使用においてオンオフされ、前記第１組（３２）の直列接続スイッチング素子が、前記第１及び第２の出力端子（４２，４４）を有するハーフブリッジ機構内の前記エネルギー蓄積装置（３４）と並列に接続され、前記第２組の直列接続スイッチング素子と、第１組及び第２組（３２，７２）の直列接続スイッチング素子とが、フルブリッジ機構内の前記エネルギー蓄積装置（３４）と並列に接続されたパワーエレクトロニクスモジュール（３０）。
【請求項２】
前記第１及び第２の出力端子（４２，４４）の間にある前記スイッチング素子（３８）が、圧縮パッケージングを使用して構成された、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項３】
前記第１及び第２のラッチ型スイッチング素子（３８，７４）がそれぞれ、前記エネルギー蓄積装置（３４）の同一端子に電気的に接続された、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項４】
前記第１及び第２のラッチ型スイッチング素子（３８，７４）がそれぞれ、前記エネルギー蓄積装置（３４）の負端子（４６）に電気的に接続された、請求項３に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項５】
各ラッチ型スイッチング素子（３８，７４）が、サイリスタ型式半導体装置であるか又はサイリスタ型式半導体装置を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項６】
前記サイリスタ型式半導体装置が、
集積ゲート転流型サイリスタと、
ゲートターンオフサイリスタと、
ゲート転流型サイリスタとから選択される、請求項５に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項７】
各非ラッチ型スイッチング素子（４０，７８）がそれぞれ、トランジスタ型半導体装置であるか又はトランジスタ型半導体装置を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項８】
前記トランジスタ型半導体装置が、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
バイポーラトランジスタと、
電界効果トランジスタとから選択された、請求項７に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項９】
少なくとも１つのラッチ型スイッチング素子（３８，７４）及び少なくとも１つの非ラッチ型スイッチング素子（４０，７８）が、並列に接続された逆並列ダイオード（５２，８２，５６，８４）を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１０】
各ラッチ型スイッチング素子（３８）に電気的に結合された電源ユニット（９０）を含み、各電源ユニットが、前記エネルギー蓄積装置（３４）の負端子（４６）を基準とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１１】
前記エネルギー蓄積装置（３４）が、キャパシタ、燃料電池、光電池、バッテリ、及び関連フィルタを有する補助交流発電機のうちの１つである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１２】
各非ラッチ型スイッチング素子（４０）の開放故障を検出するために通信するように配置された検出器（９２）を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクスモジュール。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複数のパワーエレクトロニクスモジュール（３０）を含む電圧源コンバータ。
【請求項１４】
少なくとも１つの検出器（９２）を含み、各検出器（９２）が、それぞれの非ラッチ型スイッチング素子（４０，７８）と関連付けられた開放故障を検出して、前記電圧源コンバータに、前記１つ又は複数のラッチ型スイッチング素子（３８，７４）内の短絡経路を確立させるように構成された、請求項１３に記載の電圧源コンバータ。
【国際調査報告】
2014533485.tif 000007
2014533485.tif 000008