(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正母線と負母線の間において各相の上下アームに設けられた主スイッチング素子（３ａ〜３ｆ）と、前記主スイッチング素子に逆並列接続されたフライホイールダイオード（４ａ〜４ｆ）を有して構成され、直流電圧源（１）の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部（２）と、
前記各相毎に、前記正母線と前記負母線の間に直列接続された第１、第２の補助スイッチ手段（７ａと７ｂ、７ｃと７ｄ、７ｅと７ｆ）と、この第１、第２の補助スイッチ手段の接続点と前記上下アームの接続点との間に接続され共振用リアクトル（８ａ、８ｂ、８ｃ）および共振用コンデンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ）からなる直列回路を有する共振回路部（６）と、
スイッチングさせる相において、前記第１の補助スイッチ手段をオンさせ、前記共振用リアクトルに流れる電流がゼロになったことを検出して前記第１の補助スイッチ手段をオフ、前記第２の補助スイッチ手段をオンに切り換え、この後前記共振用リアクトルに流れる電流がゼロになったことを検出して前記第２の補助スイッチ手段をオフに戻す制御を行い、この制御の過程において前記主スイッチング素子をゼロ電圧スイッチングさせる制御手段（１２）と
を備えたことを特徴とする共振形インバータ装置。
【請求項２】
前記補助スイッチ手段は、一方向に電流を流すスイッチング手段であることを特徴とする請求項１に記載の共振形インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流回転機などの負荷を駆動する共振形インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スイッチング時にのみ共振を行う部分共振形のインバータ装置として、図６に示すものがある（ＵＳＰ５，０４７，９１３号明細書参照）。
この図６は、３相の共振形インバータ装置の１相分を表している。図に示すように、直列接続された分圧用コンデンサ４２、４３から構成される回路と、直列接続されたフライホイールダイオード４９、５０から構成される回路と、直列接続された主スイッチング素子５１、５２から構成される回路と、直列接続された共振用コンデンサ５３、５４から構成される回路が、それぞれ直流電圧源４１に対して並列に接続されている。
【０００３】
また、補助スイッチング素子４６とフライホイールダイオード４４が逆並列接続された回路と、補助スイッチング素子４７とフライホイールダイオード４５が逆並列接続された回路と、共振用リアクトル４８が直列接続された回路が設けられており、その一方の端子は分圧用コンデンサ４２、４３の接続点に接続され、他方の端子は、フライホイールダイオード４９、５０の接続点と、主スイッチング素子５１、５２の接続点と、共振用コンデンサ５３、５４の接続点にそれぞれ接続されている。
【０００４】
このような構成において、主スイッチング素子５１をオンからオフに、主スイッチング素子５２をオフからオンにスイッチングする場合、補助スイッチング素子４６をオンして、共振用リアクトル４８に流れる電流が−ＩB （ＩB はブースト電流）になったときに主スイッチング素子５１をオフさせると、共振用リアクトル４８と共振用コンデンサ５３、５４により共振が発生し、主スイッチング素子５２の電圧がゼロ電圧となった時に主スイッチング素子５２をオンさせる。
【０００５】
また、主スイッチング素子５１をオフからオンに、主スイッチング素子５２をオンからオフにスイッチングする場合、補助スイッチング素子４７をオンして、共振用リアクトル４８に流れる電流が＋ＩB になったときに主スイッチング素子５２をオフさせると、共振用リアクトル４８と共振用コンデンサ５３、５４により共振が発生し、主スイッチング素子５１の電圧がゼロ電圧となった時に主スイッチング素子５１をオンさせる。
【０００６】
このような動作により、スイッチング損失を発生させないようにすることができる。
なお、他の２相については、分圧用コンデンサ４２、４３を共通使用して、上記した構成要素４４〜５５と同じ構成のものが備えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した３相の共振形インバータ装置においては、主スイッチング素子毎、すなわち各相の上アーム、下アーム毎に、スナバの機能をあわせ持った共振用コンデンサ５３、５４が必要となり、インバータ体格の大型化やインバータコストの増加という問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みたもので、上記した共振用コンデンサの数を少なくすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１、２に記載の発明においては、正母線と負母線の間において各相の上下アームに設けられた主スイッチング素子（３ａ〜３ｆ）と、前記主スイッチング素子に逆並列接続されたフライホイールダイオード（４ａ〜４ｆ）を有して構成され、直流電圧源（１）の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部（２）と、
前記各相毎に、前記正母線と前記負母線の間に直列接続された第１、第２の補助スイッチ手段（７ａと７ｂ、７ｃと７ｄ、７ｅと７ｆ）と、この第１、第２の補助スイッチ手段の接続点と前記上下アームの接続点との間に接続され共振用リアクトル（８ａ、８ｂ、８ｃ）および共振用コンデンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ）からなる直列回路を有する共振回路部（６）と、
スイッチングさせる相において、前記第１の補助スイッチ手段をオンさせ、前記共振用リアクトルに流れる電流がゼロになったことを検出して前記第１の補助スイッチ手段をオフ、前記第２の補助スイッチ手段をオンに切り換え、この後前記共振用リアクトルに流れる電流がゼロになったことを検出して前記第２の補助スイッチ手段をオフに戻す制御を行い、この制御の過程において前記主スイッチング素子をゼロ電圧スイッチングさせる制御手段（１２）と
を備えたことを特徴としている。
【００１０】
従って、共振回路部（６）において各相毎に共振用コンデンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ）を１つ設けて共振を行うようにしているから、従来のものに比べて共振用コンデンサの数を少なくすることができる。
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図１に、本発明の一実施形態を示す共振形インバータ装置の構成を示す。この図１に示す共振形インバータ装置において、直流電圧源１の直流電圧は、インバータ部２によって交流電圧に変換される。
【００１２】
このインバータ部２は、正母線と負母線の間に、自己消弧型スイッチング素子として主スイッチング素子３ａ〜３ｆが３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）でブリッジ結線された構成となっている。また、主スイッチング素子３ａ〜３ｆには、逆並列ダイオード（フライホイールダイオード）４ａ〜４ｆがそれぞれ接続されている。そして、１つの主スイッチング素子とこれに逆並列接続された１つのフライホイールダイオードにより１つのインバータアームを構成しており、正母線に接続されている方が上アーム、負母線に接続されている方が下アームとなる。また、このインバータ部２において、主スイッチング素子３ａ、３ｂ、主スイッチング素子３ｃ、３ｄ、主スイッチング素子３ｅ、３ｆは、制御部１２によってそれぞれ１２０°位相をずらしてオンオフ制御され、交流回転機５に交流電圧を出力する。
【００１３】
また、主スイッチング素子のスイッチング時に共振動作を行う共振回路部６が設けられている。この共振回路部６は、Ｕ相に対して、正母線と負母線の間に第１、第２の補助スイッチ７ａ、７ｂが直列接続され、第１、第２の補助スイッチ７ａ、７ｂの接続点とＵ相の上下アームの接続点との間に共振用リアクトル８ａと共振用コンデンサ９ａからなる直列回路が接続された構成となっている。同様に、Ｖ相に対して、第１、第２の補助スイッチ７ｃ、７ｄが直列接続されるとともにその接続点とＶ相の上下アームの接続点との間に共振用リアクトル８ｂと共振用コンデンサ９ｂからなる直列回路が接続され、Ｗ相に対して、第１、第２の補助スイッチ７ｅ、７ｆが直列接続されるとともにその接続点とＷ相の上下アームの接続点との間に共振用リアクトル８ｃと共振用コンデンサ９ｃからなる直列回路が接続された構成となっている。
【００１４】
上記した主スイッチング素子３ａ〜３ｆおよび補助スイッチ７ａ〜７ｆは、制御部１２によりオンオフ制御される。この制御部１２は、ゲート信号発生回路１３と、電流検出回路１４と、ゼロ電圧検出回路１５と、制御回路１６と、ドライブ回路１７によって構成されている。
ゲート信号発生回路１３は、各相の上下アームに設けられた主スイッチング素子３ａ〜３ｆのゲート信号としてパルス幅変調された信号（ＰＷＭ信号）を出力する。電流検出回路１４は、共振用リアクトル８ａ〜８ｃに流れる電流をそれぞれ検出する。ゼロ電圧検出回路１５は、主スイッチング素子３ａ〜３ｆのコレクタ−エミッタ間電圧がゼロ電圧になったことをそれぞれ検出する。制御回路１６は、ゲート信号発生回路１３からのＰＷＭ信号に基づき、各相の主スイッチング素子のスイッチングを、電流検出回路１４、ゼロ電圧検出回路１５の検出結果に基づいて行う。ドライブ回路１７は、制御回路１６からの制御出力に基づき、主スイッチング素子３ａ〜３ｆおよび補助スイッチ１１ａ〜１１ｃをオンオフ駆動する。
【００１５】
上記構成において、その作動を、図２、図３に示す制御回路１６の制御処理に従い、図４に示す波形図を参照して説明する。
今、主スイッチング素子３ａがオン、主スイッチング素子３ｂがオフの状態にあり、負荷電流ＩL が主スイッチング素子３ａを通して交流回転機５に供給されているものとする。また、補助スイッチ７ａ、７ｂはオフしており、共振用コンデンサ９ａは、共振用リアクトル８ａ側が負になるように充電されているものとする。
【００１６】
この状態から主スイッチング素子３ａをオフ、主スイッチング素子３ｂをオンさせるスイッチング動作について説明する。図２に、その場合の制御回路１６の制御処理を示す。
制御回路１６は、ゲート信号発生回路１３からのＰＷＭ信号に基づき、図４の時刻ｔ1 において補助スイッチ７ａをオンさせる（ステップ１０１）。このことにより、共振電流が主スイッチング素子３ａを流れるため、主スイッチング素子３ａを流れる電流が減少する。
【００１７】
次に、制御回路１６は、ゼロ電圧検出回路１５からの検出信号に基づき主スイッチング素子３ａのコレクタ−エミッタ間電圧がゼロ電圧になったか否かを判定し（ステップ１０２）、ゼロ電圧になったことを判定すると、主スイッチング素子３ａをオフさせる（ステップ１０３）。このとき、主スイッチング素子３ａのコレクタ−エミッタ間電圧がゼロ電圧であるため、主スイッチング素子３ａのスイッチングは、ゼロ電圧スイッチングである。
【００１８】
なお、フライホイールダイオード４ａに電流が流れている間は、主スイッチング素子３ａのコレクタ−エミッタ間電圧がゼロ電圧であるので、図４の時刻ｔ2 〜ｔ3 において、主スイッチング素子３ａをゼロ電圧スイッチングによってオフさせることができる。
この後、制御回路１６は、電流検出回路１４からの検出信号に基づき共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロになったか否かを判定し（ステップ１０４）、電流がゼロになったことを判定すると、補助スイッチ７ａをオフ、補助スイッチ７ｂをオンさせる（ステップ１０５）。このとき、共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロであるため、補助スイッチ７ａ、７ｂのスイッチングはゼロ電流スイッチングである。
【００１９】
また、制御回路１６は、主スイッチング素子３ｂをオンさせる（ステップ１０６）。図４の波形図からわかるように、共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロになったときには、フライホイールダイオード４ｂに電流が流れているので、主スイッチング素子３ｂのコレクタ−エミッタ間電圧がゼロ電圧になっている。従って、主スイッチング素子３ｂをオンさせるスイッチングは、ゼロ電圧スイッチングである。
【００２０】
この後、制御回路１６は、電流検出回路１４からの検出信号に基づき共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロになったか否かを判定し（ステップ１０７）、電流がゼロになったことを判定すると、補助スイッチ７ｂをオフさせる（ステップ１０８）。このとき、共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロであるため、そのスイッチングはゼロ電流スイッチングである。
【００２１】
なお、図４の時刻ｔ4 〜ｔ5 においては、フライホイールダイオード４ｂに電流が流れているので、その期間に主スイッチング素子３ｂのゼロ電圧スイッチングを行うことができ、またその期間においては、共振用コンデンサ９ａから共振用リアクトル８ａの方向に電流が流れるので、共振用コンデンサ９ａは、共振用リアクトル８ａ側が負に充電された初期状態に戻る。
【００２２】
次に、上記した状態から主スイッチング素子３ａをオン、主スイッチング素子３ｂをオフさせて初期状態に戻るスイッチング動作について説明する。図３に、その場合の制御回路１６の制御処理を示す。
制御回路１６は、ゲート信号発生回路１３からのＰＷＭ信号に基づき、図４の時刻ｔ6 において、主スイッチング素子３ｂをオフさせ（ステップ１１０）、補助スイッチ７ａをオンさせる（ステップ１１１）。時刻ｔ6 においては、フライホイールダイオード４ｂに電流が流れているので、主スイッチング素子３ｂのスイッチングは、ゼロ電圧スイッチングである。そして、補助スイッチ７ａがオンしたことにより、負荷電流ｉL の一部が共振用リアクトル８ａ、共振用コンデンサ９ａを流れ始めるので、フライホイールダイオード４ｂに流れる電流が減少する。
【００２３】
また、時刻ｔ7 〜ｔ8 において、フライホイールダイオード４ａに電流が流れるため、主スイッチング素子３ａのコレクタ−エミッタ間電圧はゼロ電圧になっている。そして、制御回路１６は、ゼロ電圧検出回路１５からの検出信号に基づき主スイッチング素子３ａのコレクタ−エミッタ間電圧がゼロ電圧になったことを判定する（ステップ１１２）と、主スイッチング素子３ａをオンさせる（ステップ１１３）。従って、このときの主スイッチング素子３ａのスイッチングは、ゼロ電圧スイッチングである。
【００２４】
この後、制御回路１６は、電流検出回路１４からの検出信号に基づき共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロになったか否かを判定し（ステップ１１４）、電流がゼロになったことを判定すると、補助スイッチ７ａをオフ、補助スイッチ７ｂをオンさせる（ステップ１１５）。このとき、共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロであるため、それらのスイッチングはゼロ電流スイッチングである。
【００２５】
この後、制御回路１６は、電流検出回路１４からの検出信号に基づき共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロになったか否かを判定し（ステップ１１６）、電流がゼロになったことを判定すると、補助スイッチ７ｂをオフさせる。このとき、共振用リアクトル８ａに流れる電流がゼロであるため、そのスイッチングはゼロ電流スイッチングである。
【００２６】
なお、図４の時刻ｔ9 〜ｔ10においては、共振用コンデンサ９ａから共振用リアクトル８ａの方向に電流が流れるので、共振用コンデンサ９ａは、共振用リアクトル８ａ側が負に充電された初期状態に戻る。
以上、Ｕ相のスイッチングについて述べたが、Ｖ相、Ｗ相のスイッチングにおいても、上記と同様にして行う。
【００２７】
上記した実施形態によれば、共振回路部６における補助スイッチ７ａ〜７ｆをゼロ電流スイッチングでオンオフさせ、また主スイッチング素子３ａ〜３ｆをゼロ電圧スイッチングでオンオフさせているので、スイッチング損失を発生させないようにすることができる。
また、図３に示す従来のものに比べ、共振用コンデンサの個数を６個から３個にでき、インバータの小型化、低コスト化を図ることができる。
【００２８】
なお、上記した補助スイッチ７ａ〜７ｆは、一方向に電流を流すスイッチング手段であればよく、例えば図５に示すように、スイッチング素子７１と、逆並列ダイオード７２と、一方向に電流を流すためのダイオード７３によって構成することができる。
また、ゼロ電圧検出回路１５は、主スイッチング素子３ａ〜３ｆのそれぞれのコレクタ−エミッタ間電圧がゼロ電圧になったことを検出するものであるが、その検出する電圧は、実質的にゼロ電圧であればよく、好ましくはフライホイールダイオードに電流が流れるときの負電圧とするのがよい。
【００２９】
さらに、負荷として交流回転機５を示したが、同期電動機などの交流回転機であってもよい。また、インバータ部２としては、上記した構成のものに限らず、上アーム、下アームそれぞれを２つの主スイッチング素子で構成した３レベルインバータなどの多レベルインバータにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる共振形インバータ装置の回路構成を示す図である。
【図２】主スイッチング素子３ａをオフ、主スイッチング素子３ｂをオンさせる場合の制御回路１６の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】主スイッチング素子３ａをオン、主スイッチング素子３ｂをオフさせる場合の制御回路１６の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す共振形インバータ装置の作動説明に供する波形図である。
【図５】図１中の補助スイッチ７ａ〜７ｆの具体的な構成を示す図である。
【図６】従来の共振形インバータ装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１…直流電圧源、２…インバータ部、３ａ〜３ｆ…主スイッチング素子、
４ａ〜４ｆ…フライホイールダイオード、５…交流回転機、
６…共振回路部、７ａ〜７ｆ…補助スイッチ、
８ａ〜８ｃ…共振用リアクトル、９ａ〜９ｃ…共振用コンデンサ、
１２…制御部、１３…ゲート信号発生回路、１４…電流検出回路、
１５…ゼロ電圧検出回路、１６…制御回路、１７…ドライブ回路。
【図１】
0003815050.tif 000002
【図２】
0003815050.tif 000003
【図３】
0003815050.tif 000004
【図４】
0003815050.tif 000005
【図５】
0003815050.tif 000006
【図６】
0003815050.tif 000007