JP6291882B2 - AC-AC converter - Google Patents
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Description
本発明は、交流−交流変換装置に関する。 The present invention relates to an AC-AC converter.
複数の単位交流−交流変換器を適用する多重電力変換装置としては特許文献1などが公知となっている。図28は、代表的なマルチレベル変換器の例で、多相変圧器Trを用いたカスケードマルチレベル変換器を示したものである。このカスケードマルチレベル変換器における多相変圧器Trは、その一次巻線には三相交流電源R,S,Tが接続されて複数の二次巻線を有している。多相変圧器の二次巻線は、マルチレベル変換器を構成する単位インバータ数と対応する数を有し、それぞれにはダイオードよりなる三相全波整流器DC(DC1,DC2)、コンデンサC(C1,C2)およびスイッチング素子S1〜S4からなる単位インバータINV(INV-U1,INV-U2)が接続されて三相のU相回路が形成される。なお、図28は三相回路のU相分のみを示しているが、V,W相も同様に構成されている。そして、各単位インバータINV-U1〜INV-W2はY結線されている。
図28で示す回路は、単位インバータINVのコンデンサCの電圧をEとすると、スイッチング素子S1〜S4のオン・オフの組合せによって、単位インバータINVの出力電圧は、E,0,−Eの3レベルを出力することが可能となる。
さらに、Y結線の中点NOを基準に出力端子U,V,Wへの単位インバータINVの多重数をNとすると、2N+1レベル相電圧を負荷へ出力することができる。図28はN=2の構成例である。
In the circuit shown in FIG. 28, assuming that the voltage of the capacitor C of the unit inverter INV is E, the output voltage of the unit inverter INV is three levels of E, 0, and -E depending on the combination of ON and OFF of the switching elements S1 to S4. Can be output.
Furthermore, if the number of unit inverters INV to the output terminals U, V, and W is N based on the midpoint NO of the Y connection, 2N + 1 level phase voltage can be output to the load. FIG. 28 shows a configuration example of N = 2.
図28のように構成される多重電力変換装置は、単位インバータINVの直流回路電圧はEであるので、スイッチング素子やコンデンサなどの単位インバータ内部の部品は電圧Eに適合した耐圧部品を選定すればよい。したがって、入手性容易な低耐圧部品の構成でピーク電圧N×Eの相電圧を負荷へ出力することができるという利点を有する。 In the multiplex power converter configured as shown in FIG. 28, the DC circuit voltage of the unit inverter INV is E. Therefore, if the parts inside the unit inverter such as switching elements and capacitors are selected withstand voltage components suitable for the voltage E. Good. Therefore, there is an advantage that the phase voltage of the peak voltage N × E can be output to the load with the configuration of the low withstand voltage component which is easily available.
しかし、多相変圧器が必要となることから、電力変換装置のサイズや重量が増加するという問題点がある。また、高い入力電圧から低い出力電圧に変換するような用途には適用できないという問題がある。 However, since a multi-phase transformer is required, there is a problem that the size and weight of the power converter increases. In addition, there is a problem that it cannot be applied to applications such as conversion from a high input voltage to a low output voltage.
本発明が目的とするとこは、多相変圧器を用いない交流−交流変換装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an AC-AC converter that does not use a multiphase transformer.
本発明の請求項1は、交流入力電圧を複数レベルの交流出力電圧に変換する交流−交流変換装置であって、第1および第2のスイッチング素子の直列体と、第1のコンデンサと、第3および第4のスイッチング素子の直列体とを並列に接続した回路であり、前記第1および第3のスイッチング素子を正側と定義し、前記第2および第4のスイッチング素子を負側と定義してHブリッジ回路を構成し、前記Hブリッジ回路を入力側と出力側に各々設け、入力側Hブリッジ回路の第1および第3のスイッチング素子の共通接続点と出力側Hブリッジ回路の第1および第3のスイッチング素子の共通接続点の間に、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第5および第6のスイッチング素子を逆方向に直列接続し、入力側Hブリッジ回路の第2および第4のスイッチング素子の共通接続点と出力側Hブリッジ回路の第2および第4のスイッチング素子の共通接続点の間に、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第7および第8のスイッチング素子を逆方向に直列接続し、前記第5および第6のスイッチング素子の共通接続点と第7および第8のスイッチング素子の共通接続点の間に第1の還流ダイオードを接続し、前記入力側Hブリッジ回路の第1および第2のスイッチング素子の共通接続点を入力端子とし、入力側Hブリッジ回路の第3および第4のスイッチング素子の共通接続点を入力側中性点とし、出力側Hブリッジ回路の第1および第2のスイッチング素子の共通接続点を出力側中性点とし、前記出力側Hブリッジ回路の第3および第4のスイッチング素子の共通接続点を出力端子として構成した単位交流−交流変換器を備えたことを特徴としている。
本発明の請求項2は、前記単位交流−交流変換器には、前記出力側Hブリッジ回路と同一に構成された第2の出力側Hブリッジ回路が設けられ、該第2の出力側Hブリッジ回路の第1および第3のスイッチング素子の共通接続点と前記入力側Hブリッジ回路の第1および第3のスイッチング素子の共通接続点との間には、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第9および第10のスイッチング素子が逆方向に直列接続され、第2の出力側Hブリッジ回路の第2および第4のスイッチング素子の共通接続点と前記入力側Hブリッジ回路の第2および第4のスイッチング素子の共通接続点との間には、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第11および第12のスイッチング素子が逆方向に直列接続され、
前記出力側Hブリッジ回路の第1および第2のスイッチング素子の共通接続点は前記第2の出力側Hブリッジ回路の第3および第4のスイッチング素子の共通接続点に接続され、第2の出力側Hブリッジ回路の第1および第2のスイッチング素子の共通接続点を出力側中性点としたことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, the unit AC-AC converter includes a second output-side H bridge circuit configured in the same manner as the output-side H bridge circuit, and the second output-side H bridge is provided. Between the common connection point of the first and third switching elements of the circuit and the common connection point of the first and third switching elements of the input side H-bridge circuit, currents flowing in opposite directions are turned on and off. The ninth and tenth switching elements to be controlled are connected in series in the reverse direction, and the common connection point of the second and fourth switching elements of the second output-side H bridge circuit and the second and fourth switching elements of the input-side H bridge circuit Between the common connection point of the fourth switching element, eleventh and twelfth switching elements for controlling on and off of currents flowing in opposite directions are connected in series in the opposite direction,
The common connection point of the first and second switching elements of the output-side H bridge circuit is connected to the common connection point of the third and fourth switching elements of the second output-side H bridge circuit, and the second output A common connection point of the first and second switching elements of the side H-bridge circuit is an output side neutral point .
本発明の請求項3は、前記単位交流−交流変換器の第9および第10のスイッチング素子の共通接続点と第11および第12のスイッチング素子の共通接続点の間には第2の還流ダイオードが接続されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a second freewheeling diode between a common connection point of the ninth and tenth switching elements and a common connection point of the eleventh and twelfth switching elements of the unit AC-AC converter. Is connected .
本発明の請求項4は、前記入力側Hブリッジ回路の第1のコンデンサ電圧と前記出力側Hブリッジ回路の第1のコンデンサ電圧および第2の出力側Hブリッジ回路の第1のコンデンサ電圧が等しくなるように制御して、入力/出力電圧比を1:2としたことを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, the first capacitor voltage of the input-side H bridge circuit, the first capacitor voltage of the output-side H bridge circuit, and the first capacitor voltage of the second output-side H bridge circuit are equal. In this way, the input / output voltage ratio is 1: 2 .
本発明の請求項5は、前記単位交流−交流変換器をN(Nは2以上の整数)個の多重段数とし、初段の単位交流−交流変換器の入力側中性点を次段の単位交流−交流変換器の入力端子に、また、初段の単位交流−交流変換器の出力側中性点を次段の単位交流−交流変換器の出力端子へとN個分順次接続して構成したことを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, the unit AC-AC converter has N (N is an integer of 2 or more) multiple stages, and the input-side neutral point of the first unit AC-AC converter is a unit of the next stage. It is configured by sequentially connecting N output side neutral points of the first stage unit AC-AC converter to the output terminal of the next stage unit AC-AC converter at the input terminal of the AC-AC converter. It is characterized by that.
(1)請求項1〜5に記載の発明によれば、多相変圧器が不要となるため変換装置が小型化されるものである。また、単位交流−交流変換器の第5および第6および第7および第8のスイッチング素子の電圧サージを吸収するためのスナバ回路を省く、又は小型化することができる。
(2)請求項3に記載の発明によれば、単位交流−交流変換器の第9および第10および第11および第12のスイッチング素子の電圧サージを吸収するためのスナバ回路を省く、又は小型化することができる。
(1) According to the inventions described in
(2) According to the invention described in
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本発明は、交流電源を入力して複数レベルの交流出力を負荷に供給する交流−交流変換装置において、交流の入力側と出力側に、スイッチング素子とコンデンサよりなる入力側用および出力側用Hブリッジ回路を設ける。各Hブリッジ回路を構成するコンデンサの各正側間,負側間にそれぞれ各Hブリッジ回路間双方向に流れる電流をオン、オフ制御するスイッチ体を接続する。また、入力側用のHブリッジ回路に入力端子と中性点を設け、出力側用のHブリッジ回路に中性点と出力端子を設けたものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. The present invention relates to an AC-AC converter that inputs an AC power supply and supplies a plurality of levels of AC output to a load. The AC input side and output side include an input side and an output side H composed of a switching element and a capacitor. A bridge circuit is provided. A switch body is connected between the positive side and the negative side of the capacitors constituting each H-bridge circuit to turn on and off the current flowing in each direction between the H-bridge circuits. Further, the input side H bridge circuit is provided with an input terminal and a neutral point, and the output side H bridge circuit is provided with a neutral point and an output terminal.
図1は、本発明の実施例1による単位交流−交流変換器の構成図を示したものである。図1において、第1および第2のスイッチング素子S1,S2の直列体と、第1のコンデンサC1と第3および第4のスイッチング素子S3,S4の直列体とを並列に接続して入力側Hブリッジ回路B1を構成し、第1および第2のスイッチング素子S9,S10の直列体と、第1のコンデンサC2と第3および第4のスイッチング素子S11,S12の直列体とを並列に接続して出力側Hブリッジ回路B2を構成している。
FIG. 1 shows a block diagram of a unit AC-AC converter according to
入力側Hブリッジ回路B1の端子のうち、INは入力端子でありMP1は入力側中性点である。また、出力側Hブリッジ回路B2の端子OUTは出力端子、MP2は出力側中性点である。 Among the terminals of the input side H-bridge circuit B1, IN is an input terminal and MP1 is an input side neutral point. Further, the terminal OUT of the output side H-bridge circuit B2 is an output terminal, and MP2 is an output side neutral point.
前記入力側Hブリッジ回路B1の第1および第3のスイッチング素子S1,S3を正側と定義し、出力側Hブリッジ回路B2の第1および第3のスイッチング素子S9,S11を正側と定義し、入力側Hブリッジ回路B1の第2および第4のスイッチング素子S2,S4を負側と定義し、出力側Hブリッジ回路B2の第2および第4のスイッチング素子S10,S12を負側と定義している。 The first and third switching elements S1 and S3 of the input side H bridge circuit B1 are defined as positive sides, and the first and third switching elements S9 and S11 of the output side H bridge circuit B2 are defined as positive sides. The second and fourth switching elements S2 and S4 of the input side H bridge circuit B1 are defined as the negative side, and the second and fourth switching elements S10 and S12 of the output side H bridge circuit B2 are defined as the negative side. ing.
入力側Hブリッジ回路B1のスイッチング素子S1,S3の共通接続点と出力側Hブリッジ回路B2のスイッチング素子S9,S11の共通接続点との間には、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第5および第6のスイッチング素子S5,S7が逆方向に直列接続されている。 On / off control of currents flowing in opposite directions between the common connection point of the switching elements S1 and S3 of the input side H bridge circuit B1 and the common connection point of the switching elements S9 and S11 of the output side H bridge circuit B2 The fifth and sixth switching elements S5 and S7 are connected in series in the reverse direction.
入力側Hブリッジ回路B1のスイッチング素子S2,S4の共通接続点と出力側Hブリッジ回路B2のスイッチング素子S10,S12の共通接続点との間には、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第7および第8のスイッチング素子S6,S8が逆方向に直列接続されている。 On / off control of currents flowing in opposite directions between the common connection point of the switching elements S2 and S4 of the input side H bridge circuit B1 and the common connection point of the switching elements S10 and S12 of the output side H bridge circuit B2 The seventh and eighth switching elements S6 and S8 are connected in series in the reverse direction.
前記スイッチング素子S5〜S8はコンデンサC2の電圧E2を制御するために設けられたもので、その接続は、スイッチング素子が例えばIGBTの場合、S5とS7の接続はエミッタ同士が接続され、S6とS8はコレクタ同士が接続されている。すなわち、Hブリッジ回路B1,B2間を流れる電流は、スイッチング素子S5〜S8の何れかの制御信号によってオン・オフ制御が可能となるように接続されている。 The switching elements S5 to S8 are provided for controlling the voltage E2 of the capacitor C2. The connection is made when, for example, the switching element is an IGBT, the emitters of S5 and S7 are connected to each other, and S6 and S8. Are connected to each other. That is, the current flowing between the H bridge circuits B1 and B2 is connected so that on / off control can be performed by the control signal of any of the switching elements S5 to S8.
図1で示す単位交流−交流変換器は、入力側中性点MP1を基準に、入力端子INにはコンデンサC1の電圧をE1とすると、E1,0,−E1の3レベルの電圧を発生する。同様に、出力側中性点MP2を基準に、出力端子OUTにはコンデンサC2の電圧をE2とすると、E2,0,−E2の3レベルの電圧を発生できる。各スイッチング素子とオン・オフ状態と発生電圧の関係パターンは表1の通りである。 The unit AC-AC converter shown in FIG. 1 generates three levels of voltages E1, 0, and −E1 when the voltage of the capacitor C1 is E1 at the input terminal IN with reference to the input side neutral point MP1. . Similarly, with the output side neutral point MP2 as a reference, assuming that the voltage of the capacitor C2 is E2 at the output terminal OUT, three-level voltages E2, 0, and -E2 can be generated. Table 1 shows the relationship pattern between each switching element, the on / off state, and the generated voltage.
図2は、図1で示した単位交流−交流変換器を使用した3相の交流−交流変換システムの構成図を示したものである。図2は1相分のみを代表として示したもので、3相の場合にはU,V,Wのそれぞれが図1で示す単位交流−交流変換器より構成され、入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1同士、および出力側Hブリッジ回路B2の出力側中性点MP2同士がそれぞれ接続されたY結線状態となって3相の交流−交流変換システムが構成される。なお、各相の単位交流−交流変換器は、それぞれリアクトル4を介して配電網(電源側)1に接続され、その出力側には負荷2が接続される。
FIG. 2 shows a configuration diagram of a three-phase AC-AC conversion system using the unit AC-AC converter shown in FIG. FIG. 2 shows only one phase as a representative. In the case of three phases, each of U, V, and W is constituted by the unit AC-AC converter shown in FIG. The neutral phase MP1 and the output side neutral point MP2 of the output side H-bridge circuit B2 are connected to each other in a Y-connection state, and a three-phase AC-AC conversion system is configured. Each unit AC-AC converter of each phase is connected to a power distribution network (power supply side) 1 via a
3は制御部であり、この制御部3はコンデンサ電圧制御機能、入力電流制御機能、出力電圧制御機能、およびスイッチングパターン発生機能などの各制御機能を備えている。この制御部3には、交流電源R,S,T各相の検出電流IR,IS,IT、各相用のコンデンサC1,C2の検出電圧VCU1,VCV1,VCW1、VCU2,VCV2,VCW2、および出力相電圧指令値V*,直流電圧指令値VDC*がそれぞれ入力されて前述した各機能を実行する。
図2の構成における電圧制御について説明する。
(1)各相の単位交流−交流変換器の入力側のコンデンサC1の電圧VCU1,VCV1,VCW1の制御について
制御部3は、検出されたコンデンサ電圧VCU1,VCV1,VCW1と入力電流IR,IS,ITの検出値、および直流電圧指令値VDC*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチング素子S1〜S4をオン・オフさせる表1のオン・オフパターンのゲート信号を生成し、出力することで検出電圧VCU1,VCV1,VCW1が直流電圧指令値VDC*となるようにスイッチング素子S1〜S4を制御する。
(2)出力相電圧の制御について
制御部3は、VCU2,VCV2,VCW2のコンデンサ電圧検出値と出力相電圧指令値V*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチング素子S9〜S12をオン・オフさせるゲート信号を生成し、出力することで出力相電圧が出力相電圧指令値V*となるように制御する。
The voltage control in the configuration of FIG. 2 will be described.
(1) Control of voltage VCU1, VCV1, VCW1 of capacitor C1 on input side of unit AC-AC converter of each phase The
(2) Control of output phase voltage The
以上(1)〜(2)の制御動作により、出力側Hブリッジ回路B2から出力相電圧指令値V*に制御された三相の相電圧が出力される。 Through the control operations (1) to (2) above, the three-phase phase voltage controlled to the output phase voltage command value V * is output from the output-side H bridge circuit B2.
図3,図4は、図2で示す3相交流−交流変換システムの代表例として、U相の単位交流−交流変換器のコンデンサC1,C2の電圧制御時におけるC1,C2の充電動作の一例を示したものである
図3は入力側コンデンサC1の充電モードを示したもので、U相のスイッチング素子S1,S4,V相のS3およびS1のオン動作時に、U相の入力側コンデンサC1が充電される。
3 and 4 show an example of charging operation of C1 and C2 during voltage control of capacitors C1 and C2 of a U-phase unit AC-AC converter as a representative example of the three-phase AC-AC conversion system shown in FIG. FIG. 3 shows the charging mode of the input-side capacitor C1, and when the U-phase switching elements S1, S4, V-phase S3 and S1 are turned on, the U-phase input-side capacitor C1 is Charged.
図4は出力側コンデンサC2の充電モードを示したもので、U相のスイッチング素子S1,S5,S7,S10,V相のS10,S8,S6およびS2のオン動作時に、U相の出力側コンデンサC2が充電される。 FIG. 4 shows the charging mode of the output-side capacitor C2. The U-phase output-side capacitor is turned on when the U-phase switching elements S1, S5, S7, S10, the V-phase S10, S8, S6 and S2 are turned on. C2 is charged.
図3,図4の各スイッチング素子のオン・オフ状態の組合せ、または、任意の各スイッチング素子のオン・オフ状態の組合せによりC1,C2が充放電されて電圧が制御される。 The voltage is controlled by charging / discharging C1 and C2 by the combination of the on / off states of the switching elements in FIGS. 3 and 4 or the combination of the on / off states of any of the switching elements.
したがって、この実施例によれば、単位交流−交流変換器をU,V,Wの各相に1個ずつ用いて中性点MP1およびMP2でそれぞれY結線、もしくはデルタ結線することで、3相の交流−交流変換システムの実現を可能とし、また、多重数N=1の構成により入力、出力ともに3レベルの相電圧の発生を可能としたものである。これによって、カスケードマルチレベル変換器と比較して、多相変圧器が不要となるため変換装置が小型化され、且つ単位交流−交流変換器を構成するスイッチング素子やコンデンサ等の部品も従来の構成部品と同じ耐圧のものが使用できるため、低コスト化が可能となるものである。 Therefore, according to this embodiment, one unit AC-AC converter is used for each of the U, V, and W phases, and Y-connection or delta-connection is performed at the neutral points MP1 and MP2, respectively. The AC-AC conversion system can be realized, and the configuration with the multiplexing number N = 1 enables the generation of three-level phase voltages for both input and output. This eliminates the need for a multi-phase transformer compared to the cascade multi-level converter, thereby reducing the size of the conversion device, and the components such as switching elements and capacitors that constitute the unit AC-AC converter are also conventional configurations. Since the same breakdown voltage as the part can be used, the cost can be reduced.
ここで、図2の3相交流−交流変換システムの制御部3の制御ブロック図の一例を図5に示し、図2のシステムにおける電圧指令値とキャリア比較による各スイッチング素子のスイッチングパターンを図6に示す。
Here, FIG. 5 shows an example of a control block diagram of the
図5(c)は、各スイッチング素子S1〜S12をオン、オフさせるゲート信号(スイッチングパターン)を生成するブロックであり、図5(a)で生成した電圧指令値V* CONVおよびキャリア信号の比較によりスイッチング素子S1〜S4をオン、オフさせるゲート信号(スイッチングパターン)を生成するPWM信号生成部31と、図5(b)で生成した電圧指令値V* INVおよびキャリア信号の比較によりスイッチング素子S9〜S12をオン、オフさせるゲート信号(スイッチングパターン)を生成するPWM信号生成部32と、前記生成部31、32により生成されたスイッチング素子S1〜S4、S9〜S12のスイッチングパターンとコンデンサC1,C2の電圧の関係から、後述の式(1)を求めてスイッチング素子S5〜S8をオン、オフさせるゲート信号(スイッチングパターン)を生成するスイッチング制御信号生成部33とを備えている。
FIG. 5C is a block for generating a gate signal (switching pattern) for turning on / off each of the switching elements S1 to S12. The voltage command value V * CONV generated in FIG. 5A is compared with the carrier signal. The PWM
図5(a)において、各相のコンデンサC1の検出電圧VCU1、VCV1、VCW1は加算器11により加算された後1/3演算器12によって1/3演算される。
In FIG. 5A, the detection voltages VCU1, VCV1, and VCW1 of the capacitor C1 of each phase are added by the
13は直流電圧指令値VDC*と1/3演算器12の出力電圧の偏差をとる減算器であり、その偏差出力はPI制御器14によってPI制御が施されてd軸電流指令値Id*とされる。3相の各相の入力側Hブリッジ回路B1の入力電流を検出した検出電流IR,IS,ITは、軸変換器15によってd軸、q軸の電流Id,Iqに変換される。
前記PI制御器14の出力であるd軸電流指令値Id*は、減算器16において前記軸変換器15のd軸出力電流Idとの偏差がとられる。減算器16のd軸偏差電流は自動制御部(ACR)17を通した後加算器18においてd軸電圧指令値Vd*と加算され、軸変換器19に入力される。
The d-axis current command value Id * which is the output of the
前記軸変換器15のq軸出力電流は減算器20においてゼロ値との偏差がとられ、そのq軸偏差電流は自動制御部(ACR)21を通した後軸変換器19に入力される。
The q-axis output current of the
軸変換器19は加算器18およびACR21からの2軸電圧成分を3軸に変換する。22は、軸変換器19から入力される3軸電圧成分と1/3演算器12から入力されるコンデンサC1の3相平均電圧分とを乗算、除算して入力側Hブリッジ回路B1の電圧指令値V* CONVを出力する。
The
また図5(b)において、各相のコンデンサC2の検出電圧VCU2,VCV2,VCW2は加算器23により加算された後1/3演算器24によって1/3演算される。
In FIG. 5B, the detection voltages VCU2, VCV2, and VCW2 of the capacitor C2 of each phase are added by the
25は、出力相電圧指令値V*と1/3演算器24から入力されるコンデンサC2の3相平均電圧分とを乗算、除算して出力側Hブリッジ回路B2の電圧指令値V* INVを出力する。
25 multiplies and divides the output phase voltage command value V * by the three-phase average voltage of the capacitor C2 input from the 1/3
また図5(c)のスイッチング制御信号生成部33は、次の式(1)のように、スイッチング素子S1〜S4およびS9〜S12のスイッチングパターンとコンデンサC1の電圧VCU1とコンデンサC2の電圧VCU2の関係からスイッチング素子S5〜S8のスイッチングパターンを求める。
Further, the switching control
S5={(S2∩S4)∩(S9∩S11)}∪{(S2∩S4)∩(S10∩S12)}∩(VCU1>VCU2)
S6={(S1∩S3)∩(S9∩S11)}∪{(S1∩S3)∩(S10∩S12)}∩(VCU1>VCU2)
S7={(S2∩S4)∩(S9∩S11)}∪{(S2∩S4)∩(S10∩S12)}∩(VCU1<VCU2)
S8={(S1∩S3)∩(S9∩S11)}∪{(S1∩S3)∩(S10∩S12)}∩(VCU1<VCU2)…(1)
尚、上記式(1)において、∩はAND条件、∪はOR条件を示す。
S5 = {(S2∩S4) ∩ (S9∩S11)} ∪ {(S2∩S4) ∩ (S10∩S12)} ∩ (VCU1> VCU2)
S6 = {(S1∩S3) ∩ (S9∩S11)} ∪ {(S1∩S3) ∩ (S10∩S12)} ∩ (VCU1> VCU2)
S7 = {(S2∩S4) ∩ (S9∩S11)} ∪ {(S2∩S4) ∩ (S10∩S12)} ∩ (VCU1 <VCU2)
S8 = {(S1∩S3) ∩ (S9∩S11)} ∪ {(S1∩S3) ∩ (S10∩S12)} ∩ (VCU1 <VCU2) (1)
In the above formula (1), ∩ represents an AND condition, and ∪ represents an OR condition.
式(1)に示すスイッチング素子S5〜S8のスイッチングパターンによって、コンデンサC1、C2の充放電を行うことが可能となる。 The capacitors C1 and C2 can be charged / discharged by the switching pattern of the switching elements S5 to S8 shown in Expression (1).
図6(a)は図5(b)のPWM信号生成部31、32で比較されるV* CONV、V* INVおよびキャリアの関係と、スイッチング素子S1〜S4、S9〜S12のスイッチングパターンと、各モード1〜5を示している。
FIG. 6A shows the relationship between V * CONV , V * INV and the carrier compared by the
図6(b)〜(f)は各モード1〜5におけるスイッチング素子S1〜S12のON/OFF状態およびその時の電流経路を示している。図6(c)〜(e)モード2,3,4ではコンデンサC1に電流が流れ、図6(d)のモード3ではコンデンサC2に電流が流れる。このような動作によって、コンデンサC1,C2の充放電が行われる。
FIGS. 6B to 6F show the ON / OFF states of the switching elements S1 to S12 and the current paths at that time in the
また、図2内の各相の単位交流−交流変換器は、図7の回路を適用してもよい。図7は図2の各相の入力側Hブリッジ回路B1、出力側Hブリッジ回路B2として各々3レベル変換器を用いて構成した回路であり、図2と同一部分は同一符号をもって示している。 Further, the circuit of FIG. 7 may be applied to the unit AC-AC converter of each phase in FIG. FIG. 7 is a circuit configured by using three-level converters as the input-side H-bridge circuit B1 and the output-side H-bridge circuit B2 of each phase in FIG. 2, and the same parts as those in FIG.
図7において、図2のコンデンサC1は2個のコンデンサC11,C12の直列体とされ、図2のコンデンサC2は2個のコンデンサC13,C14の直列体とされている。 In FIG. 7, the capacitor C1 of FIG. 2 is a series body of two capacitors C11 and C12, and the capacitor C2 of FIG. 2 is a series body of two capacitors C13 and C14.
コンデンサC11,C12の共通接続点と入力端子INの間には、互いに逆方向の電流をオン、オフ制御するスイッチング素子S31,S32(互いに逆の耐圧方向に制御できる第1の双方向スイッチング手段)が逆方向に直列接続され、コンデンサC11,C12の共通接続点とスイッチング素子S3,S4の共通接続点との間には、互いに逆方向の電流をオン、オフ制御するスイッチング素子S33,S34(第2の双方向スイッチング手段)が逆方向に直列接続されている。 Between the common connection point of the capacitors C11 and C12 and the input terminal IN, switching elements S31 and S32 that control ON / OFF of currents in opposite directions (first bidirectional switching means that can be controlled in mutually opposite withstand voltage directions) Are connected in series in the reverse direction, and switching elements S33 and S34 (first circuits) for controlling currents in opposite directions on and off between the common connection point of the capacitors C11 and C12 and the common connection point of the switching elements S3 and S4. Two bidirectional switching means) are connected in series in the opposite direction.
コンデンサC13,C14の共通接続点とスイッチング素子S9,S10の共通接続点の間には、互いに逆方向の電流をオン、オフ制御するスイッチング素子S35,S36(互いに逆の耐圧方向に制御できる第2の双方向スイッチング手段)が逆方向に直列接続され、コンデンサC13,C14の共通接続点とスイッチング素子S11,S12の共通接続点との間には、互いに逆方向の電流をオン、オフ制御するスイッチング素子S37,S38(第2の双方向スイッチング手段)が逆方向に直列接続されている。 Between the common connection point of the capacitors C13 and C14 and the common connection point of the switching elements S9 and S10, switching elements S35 and S36 for controlling on and off currents in opposite directions (seconds that can be controlled in reverse voltage directions opposite to each other). Switching between the capacitors C13 and C14 and the common connection point of the switching elements S11 and S12 to control on and off currents in the opposite directions. Elements S37 and S38 (second bidirectional switching means) are connected in series in the reverse direction.
図7の構成の単位交流−交流変換器を各相で任意の多重数Nで多重すると、入力に4N+1レベルの相電圧を、出力に4N+1レベルの相電圧を出力することができる。 When the unit AC-AC converter having the configuration of FIG. 7 is multiplexed at an arbitrary multiplexing number N in each phase, a 4N + 1 level phase voltage can be output to the input and a 4N + 1 level phase voltage can be output to the output.
図8は、図1の単位交流−交流変換器を拡張して多重数(多重段数)をN個とした実施例であり、図1と同一部分は同一符号をもって示している。すなわち、多重数1段目の入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1は2段目の入力側Hブリッジ回路B1の入力端子IN-2に接続し、2段目の入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1-2は3段目の入力側Hブリッジ回路B1の入力端子IN-3へと順次接続している。 FIG. 8 shows an embodiment in which the unit AC-AC converter of FIG. 1 is expanded to have a multiplexing number (the number of multiplexing stages) of N, and the same parts as those in FIG. That is, the neutral point MP1 of the first-stage input-side H bridge circuit B1 of the multiplex number is connected to the input terminal IN- 2 of the second-stage input-side H bridge circuit B1, and the second-stage input-side H bridge circuit B1. point neutral MP1 -2 are sequentially connected to the input terminal iN -3 input side H-bridge circuit B1 in the third stage.
また多重数1段目の出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2は2段目の出力側Hブリッジ回路B2の出力端子OUT-2に接続し、2段目の出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2-2は3段目の出力側Hブリッジ回路B2の出力端子OUT-3へと順次接続している。 The neutral point MP2 of the output-side H bridge circuit B2 in the first stage of the multiplexing number is connected to the output terminal OUT- 2 of the output-side H bridge circuit B2 in the second stage, and the output side H-bridge circuit B2 in the second stage. neutral point MP2 -2 are sequentially connected to the output terminal OUT -3 output side H-bridge circuit B2 of the third stage.
このように多重構成された単位交流−交流変換器を3相分設けて交流−交流変換システムを構成する場合は、各相の最終段の入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1-nどうしを接続し、各相の最終段の出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2-nどうしを接続することで得られる。 When an AC-AC conversion system is configured by providing three units of AC / AC converters that are multiplexed in this way, the neutral point MP1 -n of the input-side H-bridge circuit B1 in the final stage of each phase is connected. And the neutral points MP2- n of the output side H-bridge circuit B2 in the final stage of each phase are connected to each other.
この実施例によれば、N個多重された単位交流−交流変換器の中点MP1−n,MP2−nでY結線することで、2N+1レベルの電圧を出力できるマルチレベル交流−交流変換器を構成したものである。これにより、図2で示すシステムよりもより多レベルの電圧を出力可能な3相の交流−交流変換システムを実現できるものである。他は実施例1と同様の効果が得られるものである。 According to this embodiment, a multi-level AC-AC converter that can output a voltage of 2N + 1 level by Y-connection at the midpoints MP1-n, MP2-n of N multiplexed unit AC-AC converters. It is composed. As a result, a three-phase AC-AC conversion system capable of outputting a higher level of voltage than the system shown in FIG. 2 can be realized. The other effects are the same as those of the first embodiment.
図9は、実施例3の単位交流−交流変換器の構成を示したもので、単位交流−交流変換器の出力側Hブリッジ回路B2に、さらに第2の出力側Hブリッジ回路B2−1を組み合わせたものであり、図1と同一部分は同一符号をもって示している。 FIG. 9 shows the configuration of the unit AC-AC converter of the third embodiment. A second output-side H bridge circuit B2-1 is further added to the output-side H bridge circuit B2 of the unit AC-AC converter. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
図9において、第2の出力側Hブリッジ回路B2−1は出力側Hブリッジ回路B2と同様に、第1および第2のスイッチング素子S19,S20の直列体と、コンデンサC2−1と、第3および第4のスイッチング素子S21,S22の直列体とを並列に接続して構成されている。 In FIG. 9, the second output-side H bridge circuit B2-1 is similar to the output-side H bridge circuit B2, and includes a series body of first and second switching elements S19 and S20, a capacitor C2-1, The fourth switching elements S21 and S22 are connected in parallel to each other.
スイッチング素子S19,S21の共通接続点と入力側Hブリッジ回路B1のスイッチング素子S1,S3の共通接続点との間には、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第9および第10のスイッチング素子S15,S17が逆方向に直列接続されている。 Between the common connection point of the switching elements S19 and S21 and the common connection point of the switching elements S1 and S3 of the input side H-bridge circuit B1, the ninth and tenth currents that control on and off currents flowing in opposite directions to each other are controlled. Switching elements S15 and S17 are connected in series in the reverse direction.
スイッチング素子S20,S22の共通接続点と入力側Hブリッジ回路B1のスイッチング素子S2,S4の共通接続点との間には、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第9および第10のスイッチング素子S16,S18が逆方向に直列接続されている。 Between the common connection point of the switching elements S20 and S22 and the common connection point of the switching elements S2 and S4 of the input-side H-bridge circuit B1, the ninth and tenth currents that control the on and off of the currents flowing in opposite directions to each other are controlled. Switching elements S16 and S18 are connected in series in the reverse direction.
出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2は第2の出力側Hブリッジ回路B2−1のスイッチング素子S21,S22の共通接続点に接続され、第2の出力側Hブリッジ回路B2−1のスイッチング素子S19,S20の共通接続点を出力側中性点MP2−1としている。 The neutral point MP2 of the output side H bridge circuit B2 is connected to the common connection point of the switching elements S21 and S22 of the second output side H bridge circuit B2-1, and the switching of the second output side H bridge circuit B2-1. A common connection point of the elements S19 and S20 is an output side neutral point MP2-1.
図9において、入力側中性点MP1を基準に、入力端子INにはコンデンサC1の電圧をE1とすると、スイッチング素子S1〜S4のオン・オフ動作によってE1,0,−E1の3レベルの電圧を発生することは、図1と同様である。また、出力側のHブリッジ回路B2,B2−1においては、出力側中性点NP2-1を基準に、出力端子OUTにはコンデンサC2,C2-1の電圧をE2とすると、スイッチング素子S9〜S12のオン・オフ動作、および、S19〜S22のオン・オフ動作の組み合わせによって、2E2,E2,0,−E2,−2E2の5レベルの電圧を発生できる。ここで、スイッチング素子S5〜S8はコンデンサC2の電圧E2を制御するためのものであり、スイッチング素子S15〜S18はコンデンサC2-1の電圧E2を制御する役割を担うものである。 In FIG. 9, when the voltage of the capacitor C1 is E1 at the input terminal IN with reference to the input-side neutral point MP1, the three-level voltages E1, 0, and -E1 are turned on and off by the switching elements S1 to S4. The generation of is the same as in FIG. In the H-bridge circuit B2, B 2 - 1 on the output side, based on the output-side neutral point NP2 -1, when the voltage of the capacitor C2, C2 -1 and E2 to the output terminal OUT, and the switching element S9~ By combining the on / off operation of S12 and the on / off operations of S19 to S22, five-level voltages 2E2, E2, 0, -E2, and -2E2 can be generated. Here, the switching element S5~S8 is for controlling the voltage E2 of the capacitor C2, the switching elements S15~S18 are those responsible for controlling the voltage E2 of the capacitor C2 -1.
図10は、図9の回路を用いて3相構成した場合のもので、入力側Hブリッジ回路B1の入力側中性点MP1と第2の出力側Hブリッジ回路B2−1の各出力側中性点MP2-1はそれぞれY結線、もしくはデルタ結線される。また、制御部3には、図2で示した各信号の他に、各相の第2の出力側Hブリッジ回路のコンデンサC2-1の検出電圧VCU2-1,VCV2-1,VCW2-1が入力されている。電圧制御は図2と同様にして行われるが、図2との相違点は、C1の電圧とC2およびC2-1の電圧を等しくなるように制御すると、入力/出力電圧比を1:2とすることができ、直流電圧の比に応じて昇圧比を変えることのできるマルチレベル単位交流−交流変換器、若しくは3相の交流−交流変換システムが得られる。
FIG. 10 shows a case where the circuit of FIG. 9 is used for a three-phase configuration. The input side neutral point MP1 of the input side H bridge circuit B1 and the output side of the second output side H bridge circuit B2-1. The sex points MP2 -1 are each Y-connected or delta-connected. In addition to the signals shown in FIG. 2, the
なお、用途によっては、高い入力電圧から低い出力電圧に降圧変換する場合が生じる。そのような用途においては、出力側Hブリッジ回路B2のOUT端子を電源側に接続し、入力側Hブリッジ回路B1の入力端子INを負荷に接続することで適用できる。すなわち、入出力端子を逆にすることで、入力/出力電圧比を2:1にすることが可能となる。 Depending on the application, there is a case where a step-down conversion is performed from a high input voltage to a low output voltage. Such an application can be applied by connecting the OUT terminal of the output side H bridge circuit B2 to the power source side and connecting the input terminal IN of the input side H bridge circuit B1 to a load. That is, the input / output voltage ratio can be 2: 1 by reversing the input / output terminals.
したがって、この実施例によれば、入力3レベル、出力5レベルの相電圧を発生することができる。また、入力側のC1の電圧と出力側のC2およびC2-1の電圧を等しく制御することで入力/出力電圧比を1:2、若しくは2:1とすることができ、入出力側の直流電圧の比に応じて昇圧比を変えることができる。他は、実施例1と同様の効果が得られるものである。
Therefore, according to this embodiment, it is possible to generate the phase voltage of the
図11は、図9で示した単位交流−交流変換器を拡張して多重数をN個とした実施例であり、図9と同一部分は同一符号をもって示している。すなわち、多重数1段目の入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1は2段目の入力側Hブリッジ回路B1の入力端子IN-2に接続し、2段目の入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1-2は3段目の入力側Hブリッジ回路B1の入力端子IN-3へと順次接続している。 FIG. 11 shows an embodiment in which the unit AC-AC converter shown in FIG. 9 is expanded to have a multiplexing number of N, and the same parts as those in FIG. That is, the neutral point MP1 of the first-stage input-side H bridge circuit B1 of the multiplex number is connected to the input terminal IN- 2 of the second-stage input-side H bridge circuit B1, and the second-stage input-side H bridge circuit B1. point neutral MP1 -2 are sequentially connected to the input terminal iN -3 input side H-bridge circuit B1 in the third stage.
また多重数1段目の第2の出力側Hブリッジ回路B2−1の中性点MP2-1は2段目の出力側Hブリッジ回路B2-2の出力端子OUT-2に接続し、2段目の第2の出力側Hブリッジ回路B2−1-2の中性点MP2-2は3段目の出力側Hブリッジ回路B2-3の出力端子OUT-3へと順次接続している。 The neutral point MP2 -1 of the second output-side H-bridge circuit B2-1 multiplex number first stage is connected to the output terminal OUT -2 of the second-stage output H-bridge circuit B2 -2, 2-stage second output H-bridge circuit B 2 - 1 -2 neutral MP2 -2 of the eye are sequentially connected to the output terminal OUT -3 on the output side of the 3-stage H-bridge circuit B2 -3.
このように多重構成された単位交流−交流変換器を3相分設けて交流−交流変換システムを構成する場合は、各相の最終段の入力側Hブリッジ回路B1−nの中性点MP1-nどうしを接続し、各相の最終段の第2の出力側Hブリッジ回路B2−1-nの中性点MP2-nどうしを接続することで得られる。 When an AC-AC conversion system is configured by providing three units of AC / AC converters configured in this way for the three phases, the neutral point MP1 − of the input-side H-bridge circuit B1-n at the final stage of each phase. How to connect a n, obtained by connecting a to what second output H-bridge circuit B 2 - 1 -n neutral point of MP2 -n of each phase of the final stage.
そして、N個の多重数で中性点MP1−n,MP2−nでY結線、もしくはデルタ結線することで、電源が接続される入力側のHブリッジ回路に2N+1レベルの電圧を、負荷を接続する出力側のHブリッジ回路に4N+1レベルの電圧が発生できるマルチレベル交流−交流変換器を実現することが可能となる。 And by connecting the load to the input side H-bridge circuit to which the power supply is connected by Y-connection or delta-connection at the neutral points MP1-n and MP2-n with N multiplexed numbers It is possible to realize a multilevel AC-AC converter that can generate a voltage of 4N + 1 level in the H bridge circuit on the output side.
多重接続された単位交流−交流変換器で3相の交流−交流変換システムを構成する場合には、U,V,Wの単位交流−交流変換器の最終段の入出力側でそれぞれ各中性点MP1−n,MP2−n同士を接続することで得られる。 When a three-phase AC-AC conversion system is configured with multiple unit AC-AC converters connected to each other, each neutral is provided on the input / output side of the final stage of the U, V, W unit AC-AC converters. It is obtained by connecting points MP1-n and MP2-n.
また、高い入力電圧から低い出力電圧に降圧変換する装置を得たい場合には、出力側Hブリッジ回路B2のOUT端子を電源側に接続し、入力側Hブリッジ回路B1の入力端子INを負荷に接続することで可能となる。これにより、電源側(Hブリッジ回路B2側)で4N+1レベルの相電圧を、負荷側(Hブリッジ回路B1側)で2N+1レベルの相電圧が得られる。 Further, when it is desired to obtain a device that performs step-down conversion from a high input voltage to a low output voltage, the OUT terminal of the output side H bridge circuit B2 is connected to the power supply side, and the input terminal IN of the input side H bridge circuit B1 is used as a load. It becomes possible by connecting. As a result, a phase voltage of 4N + 1 level is obtained on the power supply side (H bridge circuit B2 side), and a phase voltage of 2N + 1 level is obtained on the load side (H bridge circuit B1 side).
この実施例によれば、N個多重された単位交流−交流変換器の最終段の入出力側でそれぞれ各中点MP1−n,MP2−n同士を接続することで、入力側で2N+1レベル、若しくは4N+1レベルの電圧が得られ、出力側では4N+1レベル、若しくは2N+1レベルの電圧が出力できるマルチレベル交流−交流変換器、若しくは3相交流−交流変換システムが得られる。他は、実施例1と同様の効果が得られるものである。 According to this embodiment, by connecting the respective midpoints MP1-n and MP2-n on the input / output side of the final stage of the N unit AC-AC converters, 2N + 1 levels on the input side, Alternatively, a 4N + 1 level voltage is obtained, and a multi-level AC-AC converter or a three-phase AC-AC conversion system capable of outputting a 4N + 1 level or 2N + 1 level voltage on the output side is obtained. The other effects are the same as those of the first embodiment.
ここで、図2、図6、図7では省略されているが、スイッチング素子S5〜S8にはスナバ回路が並列接続されている。スナバ回路は、IGBTなどのスイッチングデバイスのターンオフ時のサージ電圧を抑制し、スイッチングデバイスの過電圧破壊を防止する回路である。その代表例を図12に示す。図12はIGBTにCRスナバを付加した構成であり、スナバ回路のコンデンサ容量が大きいほど、サージ電圧抑制の効果がある。 Here, although omitted in FIGS. 2, 6, and 7, snubber circuits are connected in parallel to the switching elements S5 to S8. The snubber circuit is a circuit that suppresses a surge voltage at the time of turn-off of a switching device such as an IGBT and prevents overvoltage breakdown of the switching device. A typical example is shown in FIG. FIG. 12 shows a configuration in which a CR snubber is added to the IGBT. The larger the capacitor capacity of the snubber circuit, the more effective the surge voltage suppression.
図13に、スイッチング素子S8のON→OFF時のモード遷移の一例を示す。図13では、動作説明のためスイッチング素子S8のみにスナバ回路を省略せずに表記している。円で囲ったスイッチング素子がON状態のスイッチング素子である。 FIG. 13 shows an example of mode transition when the switching element S8 is switched from ON to OFF. In FIG. 13, the snubber circuit is not shown in the switching element S <b> 8 without omitting it for explaining the operation. A switching element surrounded by a circle is a switching element in an ON state.
図13(a)は図6(b)のモード1に相当する。この時、式(1)のS8の式にしたがってスイッチング素子S8がONしている。よって、図13(a)に示す経路で電流が流れる。次に、図6(c)のモード2に移行する。モード2では、スイッチング素子S3がOFFするため、式(1)のS8にしたがって、スイッチング素子S8がOFFする。その時の電流経路を図13(b)に示す。図13(a)で流れていた電流は、図13(b)ではすべてスイッチング素子S8のスナバ回路へ流れることとなる。スイッチング素子S8のターンオフ時のサージ電圧を抑制するために、スナバ回路のコンデンサ容量を大きくする必要があった。このことが、変換器の大型化につながっていた。この問題点は、図7の単位交流−交流変換器を適用した場合も同様である。
FIG. 13A corresponds to
そこで以下に、多相変圧器を不要として変換装置の小型化を図ることに加えて、スイッチング素子に接続するスナバ回路を不要とするか、又はスナバ回路のコンデンサ容量を低減させた実施例を説明する。 Therefore, in the following, in addition to reducing the size of the conversion device by eliminating the need for a multi-phase transformer, an embodiment in which the snubber circuit connected to the switching element is unnecessary or the capacitor capacity of the snubber circuit is reduced will be described. To do.
以下の実施例では、交流−交流変換装置のスイッチング素子(特に双方向の電流をオン、オフ制御するスイッチング素子S5,S7と、S6,S8)の電流を還流するダイオードを付加することで、スイッチング素子に流れる電流を遮断したときに直流コンデンサに電流を還流させることで、スイッチング素子の電圧サージを吸収するために従来必要であったスナバ回路を省くか、またはスナバ回路を小型化できるように構成した。 In the following embodiments, switching is performed by adding a diode that circulates the current of switching elements (particularly switching elements S5 and S7 and S6 and S8 that control bidirectional current on and off) of the AC-AC converter. Configured so that the snubber circuit, which was conventionally required to absorb the voltage surge of the switching element, can be omitted or the snubber circuit can be downsized by circulating the current to the DC capacitor when the current flowing through the element is interrupted. did.
図14は図1の回路に還流ダイオード(第1の還流ダイオード)を設けた実施例を示し、図1と同一部分は同一符号をもって示している。図14において図1と異なる点は、スイッチング素子S5およびS7の共通接続点とスイッチング素子S6およびS8の共通接続点の間に図示極性の還流ダイオードD1,D2を直列に接続し、ダイオードD1およびD2の共通接続点を入力側中性点MP1および出力側中性点MP2に接続した点にあり、その他の部分は図1と同様に構成されている。 FIG. 14 shows an embodiment in which a free-wheeling diode (first free-wheeling diode) is provided in the circuit of FIG. 1, and the same parts as those in FIG. 14 differs from FIG. 1 in that freewheeling diodes D1 and D2 having the polarities shown are connected in series between a common connection point of switching elements S5 and S7 and a common connection point of switching elements S6 and S8, and diodes D1 and D2 These common connection points are connected to the input-side neutral point MP1 and the output-side neutral point MP2, and the other parts are configured in the same manner as in FIG.
図15は図14の回路のモード遷移の一例を示している。図15において、スイッチング素子S1とS8がオンのときに、S1→C1→S6の逆並列ダイオード→S8に電流が流れている。これは図13(a)と同じ動作である。 FIG. 15 shows an example of mode transition of the circuit of FIG. In FIG. 15, when the switching elements S1 and S8 are turned on, a current flows through the antiparallel diode S1 → C1 → S6 → S8. This is the same operation as FIG.
次にスイッチング素子S8をオフする。この場合、スイッチング素子S8のスナバ回路に電流が流れる図13(b)のモードとは異なり、電流は還流ダイオードD2とD1を介してコンデンサC1へ還流させることができる。 Next, the switching element S8 is turned off. In this case, unlike the mode of FIG. 13B in which a current flows in the snubber circuit of the switching element S8, the current can be returned to the capacitor C1 via the return diodes D2 and D1.
したがって、本実施例5の回路では、スイッチング素子のオフ時に、図13で示したスナバ回路以外の電流経路が存在することになる。これによってスイッチング素子のスナバ回路を削除、もしくはスナバコンデンサの容量を低減させることができる。その他の動作は図1と同様の動作となる。 Therefore, in the circuit of the fifth embodiment, a current path other than the snubber circuit shown in FIG. 13 exists when the switching element is turned off. As a result, the snubber circuit of the switching element can be eliminated or the capacity of the snubber capacitor can be reduced. Other operations are the same as those in FIG.
また、本実施例5を図9の回路に適用してもよい。その場合の構成は以下のとおりである。 Further, the fifth embodiment may be applied to the circuit of FIG. The configuration in that case is as follows.
図9のスイッチング素子S5およびS7の共通接続点とスイッチング素子S6およびS8の共通接続点の間に図14と同様に還流ダイオードD1,D2(第1の還流ダイオード)を直列に接続し、ダイオードD1およびダイオードD2の共通接続点を入力側中性点MP1および出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2に接続する。さらに、図9のスイッチング素子S15およびS17の共通接続点とスイッチング素子S16およびS18の共通接続点の間に図14と同様に還流ダイオードD3,D4(第2の還流ダイオード)を直列に接続し、ダイオードD3およびダイオードD4の共通接続点を入力側中性点MP1および第2の出力側Hブリッジ回路B2−1の出力側中性点MP2−1に接続する。 As in FIG. 14, freewheeling diodes D1 and D2 (first freewheeling diodes) are connected in series between the common connection point of switching elements S5 and S7 and the common connection point of switching elements S6 and S8 in FIG. And the common connection point of the diode D2 is connected to the neutral point MP2 on the input side and the neutral point MP2 on the output side H-bridge circuit B2. Further, free-wheeling diodes D3 and D4 (second free-wheeling diodes) are connected in series between the common connection point of switching elements S15 and S17 in FIG. 9 and the common connection point of switching elements S16 and S18 as in FIG. The common connection point of the diode D3 and the diode D4 is connected to the input side neutral point MP1 and the output side neutral point MP2-1 of the second output side H bridge circuit B2-1.
このように構成した場合も前記同様の作用、効果が得られる。 Even in such a configuration, the same operation and effect as described above can be obtained.
図16は実施例6の単位交流−交流変換器を示し、図14の回路における還流ダイオードD1,D2の共通接続点を入力側中性点MP1には接続せず、出力側中性点MP2にのみ接続し、出力側中性点MP2を還流ダイオードでクランプするように構成している。その他の部分は図14と同一に構成されている。 FIG. 16 shows a unit AC-AC converter of Example 6, in which the common connection point of the free wheel diodes D1 and D2 in the circuit of FIG. 14 is not connected to the input side neutral point MP1, but to the output side neutral point MP2. Only, and the output side neutral point MP2 is clamped by the freewheeling diode. The other parts are the same as in FIG.
図16においては、中性点MP1とMP2を別にすることができる。図16の構成においても図14の場合と同様の転流時の動作となり、スナバ回路を削除もしくはスナバコンデンサの容量を低減させることができる。 In FIG. 16, the neutral points MP1 and MP2 can be separated. Also in the configuration of FIG. 16, the operation at the time of commutation is the same as in the case of FIG. 14, and the snubber circuit can be eliminated or the capacity of the snubber capacitor can be reduced.
また、本実施例6を図9の回路に適用してもよい。その場合の構成は以下のとおりである。 Further, the sixth embodiment may be applied to the circuit of FIG. The configuration in that case is as follows.
図9のスイッチング素子S5およびS7の共通接続点とスイッチング素子S6およびS8の共通接続点の間に図16と同様に還流ダイオードD1,D2(第1の還流ダイオード)を直列に接続し、ダイオードD1およびダイオードD2の共通接続点を出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2に接続する。さらに、図9のスイッチング素子S15およびS17の共通接続点とスイッチング素子S16およびS18の共通接続点の間に図16と同様に還流ダイオードD3,D4(第2の還流ダイオード)を直列に接続し、ダイオードD3およびダイオードD4の共通接続点を第2の出力側Hブリッジ回路B2−1の出力側中性点MP2−1に接続する。 As in FIG. 16, free-wheeling diodes D1 and D2 (first free-wheeling diodes) are connected in series between the common connection point of switching elements S5 and S7 in FIG. 9 and the common connection point of switching elements S6 and S8, and diode D1 And the common connection point of the diode D2 is connected to the neutral point MP2 of the output side H-bridge circuit B2. Further, free-wheeling diodes D3 and D4 (second free-wheeling diodes) are connected in series between the common connection point of switching elements S15 and S17 in FIG. 9 and the common connection point of switching elements S16 and S18 as in FIG. The common connection point of the diode D3 and the diode D4 is connected to the output side neutral point MP2-1 of the second output side H bridge circuit B2-1.
このように構成した場合も前記同様の作用、効果が得られる。 Even in such a configuration, the same operation and effect as described above can be obtained.
図17は実施例7の単位交流−交流変換器を示し、図14の回路における還流ダイオードD1,D2の共通接続点を出力側中性点MP2には接続せず、入力側中性点MP1にのみ接続し、入力側中性点MP1を還流ダイオードでクランプするように構成している。その他の部分は図14と同一に構成されている。 FIG. 17 shows a unit AC-AC converter of Example 7, in which the common connection point of the free wheel diodes D1 and D2 in the circuit of FIG. 14 is not connected to the output side neutral point MP2, but to the input side neutral point MP1. Only, and the input side neutral point MP1 is clamped by a free-wheeling diode. The other parts are the same as in FIG.
図17においては、中性点MP1とMP2を別にすることができる。図17の構成においても図14の場合と同様の転流時の動作となり、スナバ回路を削除もしくはスナバコンデンサの容量を低減させることができる。 In FIG. 17, the neutral points MP1 and MP2 can be separated. Also in the configuration of FIG. 17, the operation at the time of commutation is the same as in the case of FIG. 14, and the snubber circuit can be eliminated or the capacity of the snubber capacitor can be reduced.
また、本実施例7を図9の回路に適用してもよい。その場合の構成は以下のとおりである。 Further, the seventh embodiment may be applied to the circuit of FIG. The configuration in that case is as follows.
図9のスイッチング素子S5およびS7の共通接続点とスイッチング素子S6およびS8の共通接続点の間に図17と同様に還流ダイオードD1,D2(第1の還流ダイオード)を直列に接続し、ダイオードD1およびダイオードD2の共通接続点を入力側中性点MP1に接続する。さらに、図9のスイッチング素子S15およびS17の共通接続点とスイッチング素子S16およびS18の共通接続点の間に図17と同様に還流ダイオードD3,D4(第2の還流ダイオード)を直列に接続し、ダイオードD3およびダイオードD4の共通接続点を入力側中性点MP1に接続する。 As in FIG. 17, free-wheeling diodes D1 and D2 (first free-wheeling diodes) are connected in series between the common connection point of switching elements S5 and S7 in FIG. 9 and the common connection point of switching elements S6 and S8, and diode D1 The common connection point of the diode D2 is connected to the input-side neutral point MP1. Further, free-wheeling diodes D3 and D4 (second free-wheeling diodes) are connected in series between the common connection point of switching elements S15 and S17 in FIG. 9 and the common connection point of switching elements S16 and S18 as in FIG. A common connection point of the diode D3 and the diode D4 is connected to the input side neutral point MP1.
このように構成した場合も前記同様の作用、効果が得られる。 Even in such a configuration, the same operation and effect as described above can be obtained.
図18は実施例8の単位交流−交流変換器を示し、図14の回路における還流ダイオードD1,D2を除去するとともに、該ダイオードD1,D2の共通接続点と各中性点MP1,MP2との接続線を除去し、その代わりに、スイッチング素子S5およびS7の共通接続点とスイッチング素子S6およびS8の共通接続点との間に1個の還流ダイオードD1を接続して構成した。その他の部分は図14と同一に構成されている。 FIG. 18 shows a unit AC-AC converter of Example 8, in which the free wheel diodes D1 and D2 in the circuit of FIG. 14 are removed, and the common connection point of the diodes D1 and D2 and the neutral points MP1 and MP2 The connection line was removed, and instead, one free-wheeling diode D1 was connected between the common connection point of the switching elements S5 and S7 and the common connection point of the switching elements S6 and S8. The other parts are the same as in FIG.
図18においては中性点MP1とMP2を別にすることができる。また還流ダイオードはD1一個のみでよい。図18の構成においても図14の場合と同様の転流時の動作となり、スナバ回路を削除もしくはスナバコンデンサの容量を低減させることができる。 In FIG. 18, neutral points MP1 and MP2 can be separated. Also, only one freewheeling diode D1 is required. Also in the configuration of FIG. 18, the operation at the time of commutation is the same as in the case of FIG. 14, and the snubber circuit can be eliminated or the capacity of the snubber capacitor can be reduced.
本実施例9では、図19に示すように、実施例5〜実施例8(図14〜図18)の各単位交流−交流変換器(50)を多重数N個(50−1,50−2、50−n)接続して構成した。すなわち、多重数1段目の単位交流−交流変換器50−1の入力側中性点MP1を2段目の単位交流−交流変換器50−2の入力端子INに接続し、単位交流−交流変換器50−2の入力側中性点MP1を3段目の単位交流−交流変換器50−3へと接続し、同様にして最終段の単位交流−交流変換器50−nまで順次接続している。 In Example 9, as shown in FIG. 19, each unit AC-AC converter (50) of Examples 5 to 8 (FIGS. 14 to 18) is multiplexed in a number N (50-1, 50-). 2, 50-n) connected. That is, the input side neutral point MP1 of the unit AC-AC converter 50-1 at the first stage of the multiplexing number is connected to the input terminal IN of the unit AC-AC converter 50-2 at the second stage, and the unit AC-AC is connected. The input side neutral point MP1 of the converter 50-2 is connected to the unit AC-AC converter 50-3 at the third stage, and similarly connected to the unit AC-AC converter 50-n at the final stage sequentially. ing.
多重数1段目の単位交流−交流変換器50−1の出力側中性点MP2を2段目の単位交流−交流変換器50−2の出力端子OUTに接続し、単位交流−交流変換器50−2の出力側中性点MP2を3段目の単位交流−交流変換器50−3へと接続し、同様にして最終段の単位交流−交流変換器50−nまで順次接続している。 The output side neutral point MP2 of the unit AC-AC converter 50-1 of the first stage multiple is connected to the output terminal OUT of the unit AC-AC converter 50-2 of the second stage, and the unit AC-AC converter is connected. The output side neutral point MP2 of 50-2 is connected to the unit AC-AC converter 50-3 at the third stage, and similarly connected to the unit AC-AC converter 50-n at the final stage in turn. .
このようにN個の単位交流−交流変換器を用いることにより、入力端子IN側に2N+1レベルの電圧を、出力端子OUT側にも2N+1レベルの電圧を出力することができる。 By using N unit AC-AC converters in this way, it is possible to output a 2N + 1 level voltage on the input terminal IN side and a 2N + 1 level voltage on the output terminal OUT side.
図20は図7の回路に還流ダイオードを設けた実施例を示し、図7と同一部分は同一符号をもって示している。図20において図7と異なる点は、スイッチング素子S5およびS7の共通接続点とスイッチング素子S6およびS8の共通接続点の間に図示極性の還流ダイオードD1,D2を直列に接続し、ダイオードD1およびD2の共通接続点を入力側中性点MP1および出力側中性点MP2に接続した点にあり、その他の部分は図7と同様に構成されている。 FIG. 20 shows an embodiment in which a freewheeling diode is provided in the circuit of FIG. 7, and the same parts as those in FIG. 20 is different from FIG. 7 in that freewheeling diodes D1 and D2 having polarities shown in the figure are connected in series between a common connection point of switching elements S5 and S7 and a common connection point of switching elements S6 and S8, and diodes D1 and D2 are connected. These common connection points are connected to the input-side neutral point MP1 and the output-side neutral point MP2, and the other parts are configured in the same manner as in FIG.
図20の回路におけるスイッチング素子の転流動作は図15で説明した動作と同様となり、これによってスイッチング素子のスナバ回路を削除、もしくはスナバコンデンサの容量を低減させることができる。その他の動作は図7と同様の動作となる。 The commutation operation of the switching element in the circuit of FIG. 20 is the same as the operation described with reference to FIG. Other operations are the same as those in FIG.
図21は実施例11の単位交流−交流変換器を示し、図20の回路における還流ダイオードD1,D2の共通接続点を入力側中性点MP1には接続せず、出力側中性点MP2にのみ接続し、出力側中性点MP2を還流ダイオードでクランプするように構成している。その他の部分は図20と同一に構成されている。 FIG. 21 shows a unit AC-AC converter of Example 11, in which the common connection point of the free wheel diodes D1 and D2 in the circuit of FIG. 20 is not connected to the input side neutral point MP1, but to the output side neutral point MP2. Only, and the output side neutral point MP2 is clamped by the freewheeling diode. The other parts are the same as in FIG.
図21においては、中性点MP1とMP2を別にすることができる。図21の構成においても図20の場合と同様の転流時の動作となり、スナバ回路を削除もしくはスナバコンデンサの容量を低減させることができる。 In FIG. 21, the neutral points MP1 and MP2 can be separated. Also in the configuration of FIG. 21, the operation at the time of commutation is the same as in the case of FIG. 20, and the snubber circuit can be eliminated or the capacity of the snubber capacitor can be reduced.
図22は実施例12の単位交流−交流変換器を示し、図20の回路における還流ダイオードD1,D2の共通接続点を出力側中性点MP2には接続せず、入力側中性点MP1にのみ接続し、入力側中性点MP1を還流ダイオードでクランプするように構成している。その他の部分は図20と同一に構成されている。 FIG. 22 shows a unit AC-AC converter of Example 12, in which the common connection point of the free wheel diodes D1 and D2 in the circuit of FIG. 20 is not connected to the output side neutral point MP2, but to the input side neutral point MP1. Only, and the input side neutral point MP1 is clamped by a free-wheeling diode. The other parts are the same as in FIG.
図22においては、中性点MP1とMP2を別にすることができる。図22の構成においても図20の場合と同様の転流時の動作となり、スナバ回路を削除もしくはスナバコンデンサの容量を低減させることができる。 In FIG. 22, neutral points MP1 and MP2 can be separated. Also in the configuration of FIG. 22, the operation at the time of commutation is the same as in the case of FIG. 20, and the snubber circuit can be eliminated or the capacity of the snubber capacitor can be reduced.
図23は実施例13の単位交流−交流変換器を示し、図20の回路における還流ダイオードD1,D2を除去するとともに、該ダイオードD1,D2の共通接続点と各中性点MP1,MP2との接続線を除去し、その代わりに、スイッチング素子S5およびS7の共通接続点とスイッチング素子S6およびS8の共通接続点との間に1個の還流ダイオードD1を接続して構成した。その他の部分は図20と同一に構成されている。 FIG. 23 shows a unit AC-AC converter of the thirteenth embodiment, in which the free-wheeling diodes D1 and D2 in the circuit of FIG. 20 are removed, and the common connection point of the diodes D1 and D2 and the neutral points MP1 and MP2 The connection line was removed, and instead, one free-wheeling diode D1 was connected between the common connection point of the switching elements S5 and S7 and the common connection point of the switching elements S6 and S8. The other parts are the same as in FIG.
図23においては中性点MP1とMP2を別にすることができる。また還流ダイオードはD1一個のみでよい。図23の構成においても図20の場合と同様の転流時の動作となり、スナバ回路を削除もしくはスナバコンデンサの容量を低減させることができる。 In FIG. 23, the neutral points MP1 and MP2 can be separated. Also, only one freewheeling diode D1 is required. Also in the configuration of FIG. 23, the operation at the time of commutation is the same as in the case of FIG. 20, and the snubber circuit can be eliminated or the capacity of the snubber capacitor can be reduced.
本実施例14では、図24に示すように、実施例10〜実施例13(図20〜図23)の各単位交流−交流変換器(60)を多重数N個(60−1,60−2、60−n)接続して構成した。すなわち、多重数1段目の単位交流−交流変換器60−1の入力側中性点MP1を2段目の単位交流−交流変換器60−2の入力端子INに接続し、単位交流−交流変換器60−2の入力側中性点MP1を3段目の単位交流−交流変換器60−3へと接続し、同様にして最終段の単位交流−交流変換器60−nまで順次接続している。 In the fourteenth embodiment, as shown in FIG. 24, each unit AC-AC converter (60) of the tenth to thirteenth embodiment (FIGS. 20 to 23) has a multiplexing number N (60-1, 60-). 2, 60-n) connected. That is, the input side neutral point MP1 of the unit AC-AC converter 60-1 at the first stage of the multiplex number is connected to the input terminal IN of the unit AC-AC converter 60-2 at the second stage, and the unit AC-AC. The input-side neutral point MP1 of the converter 60-2 is connected to the third-stage unit AC-AC converter 60-3, and similarly connected to the final-stage unit AC-AC converter 60-n sequentially. ing.
多重数1段目の単位交流−交流変換器60−1の出力側中性点MP2を2段目の単位交流−交流変換器60−2の出力端子OUTに接続し、単位交流−交流変換器60−2の出力側中性点MP2を3段目の単位交流−交流変換器60−3へと接続し、同様にして最終段の単位交流−交流変換器60−nまで順次接続している。 The output side neutral point MP2 of the unit AC-AC converter 60-1 at the first stage of the multiplex number is connected to the output terminal OUT of the unit AC-AC converter 60-2 at the second stage, and the unit AC-AC converter is connected. The output side neutral point MP2 of 60-2 is connected to the unit AC-AC converter 60-3 at the third stage, and similarly connected to the unit AC-AC converter 60-n at the final stage in turn. .
このようにN個の単位交流−交流変換器を用いることにより、入力端子IN側に4N+1レベルの電圧を、出力端子OUT側にも4N+1レベルの電圧を出力することができる。 By using N unit AC-AC converters in this way, it is possible to output a 4N + 1 level voltage on the input terminal IN side and a 4N + 1 level voltage on the output terminal OUT side.
本実施例15では、入力側Hブリッジ回路と出力側Hブリッジ回路の各コンデンサの充放電経路にリアクトルを設けることにより、短絡ループが発生するスイッチングパターンを無くし、スイッチングパターンの自由度を増加させるように構成した。 In the fifteenth embodiment, by providing a reactor in the charging / discharging path of each capacitor of the input side H bridge circuit and the output side H bridge circuit, the switching pattern in which a short-circuit loop occurs is eliminated, and the degree of freedom of the switching pattern is increased. Configured.
まず、還流ダイオードD1,D2を設けた図14の単位交流−交流変換器において、短絡ループが発生する理由を図25とともに説明する。 First, the reason why a short-circuit loop occurs in the unit AC-AC converter of FIG. 14 provided with the reflux diodes D1 and D2 will be described with reference to FIG.
図25は、図14の回路におけるコンデンサの充放電制御時の電流経路を示し、入力側中性点MP1と出力側中性点MP2を共通の1つの中性点MPとして表記している。 FIG. 25 shows a current path at the time of charge / discharge control of the capacitor in the circuit of FIG. 14, and the input-side neutral point MP1 and the output-side neutral point MP2 are represented as one common neutral point MP.
図25の回路において、コンデンサC1の電荷をコンデンサC2に充電するために、双方向電流の制御を行うスイッチング素子S5〜S8のON、OFF制御を行う。 In the circuit of FIG. 25, in order to charge the capacitor C2 with the electric charge of the capacitor C1, the switching elements S5 to S8 for controlling the bidirectional current are controlled to be on and off.
一般に入力端子INには入力リアクトルを介して交流電源が接続され、出力端子OUTには誘導性負荷が接続される。このような条件において、入出力のインダクタンス成分を利用して、スイッチング素子S5〜S8をON、OFF制御し、コンデンサC1からC2もしくはコンデンサC2からC1へ充放電を行うが、入、出力側Hブリッジ回路B1,B2のスイッチング素子S1〜S4およびS9〜S12のスイッチングパターンに制限がある。使用できないスイッチングパターンの一例による電流経路を、図25の破線の矢印で示す。 In general, an AC power source is connected to the input terminal IN via an input reactor, and an inductive load is connected to the output terminal OUT. Under such conditions, the input / output inductance components are used to control the switching elements S5 to S8 to be turned on and off, and the capacitors C1 to C2 or the capacitors C2 to C1 are charged / discharged. There are limitations on the switching patterns of the switching elements S1 to S4 and S9 to S12 of the circuits B1 and B2. A current path according to an example of a switching pattern that cannot be used is indicated by a dashed arrow in FIG.
ここで、コンデンサC1の電圧をVC1、コンデンサC2の電圧をVC2とする。VC1>VC2の場合、仮にスイッチング素子S3とS6を同時にONさせると、図25の破線の矢印に示す短絡ループが発生するため、スイッチング素子S3とS6を同時にONさせるスイッチングパターンを用いることはできない。このように使用できないスイッチングパターンがあることが、変換器のコンデンサの充放電制御を複雑にしていた。 Here, the voltage of the capacitor C1 is VC1, and the voltage of the capacitor C2 is VC2. In the case of VC1> VC2, if switching elements S3 and S6 are turned on at the same time, a short-circuit loop indicated by a broken line arrow in FIG. 25 is generated, so that a switching pattern for simultaneously turning on switching elements S3 and S6 cannot be used. Such a switching pattern that cannot be used complicates charge / discharge control of the capacitor of the converter.
そこで本実施例15では、図26に示すように、入力側Hブリッジ回路B1のスイッチング素子S3およびS4の共通接続点と還流ダイオードD1およびD2の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続した。図26は、本実施例15を図17の回路に適用した回路構成を表し、図17と同一部分は同一符号をもって示している。 Therefore, in the fifteenth embodiment, as shown in FIG. 26, the reactor L (first output) is connected between the common connection point of the switching elements S3 and S4 of the input side H-bridge circuit B1 and the common connection point of the freewheeling diodes D1 and D2. Reactor) was connected. FIG. 26 shows a circuit configuration in which the fifteenth embodiment is applied to the circuit of FIG. 17, and the same parts as those in FIG. 17 are denoted by the same reference numerals.
図26においてコンデンサC1を放電してコンデンサC2を充電する第1のモード(スイッチング素子S3およびS6をONさせるモード)での電流経路を図27(a)に示す。 FIG. 27A shows a current path in a first mode (mode in which switching elements S3 and S6 are turned on) in which capacitor C1 is discharged and capacitor C2 is charged in FIG.
図27(a)においてスイッチング素子S3,S6をONすることにより、コンデンサC1の正側からスイッチング素子S3→リアクトルL→還流ダイオードD1→スイッチング素子S7の逆並列ダイオード→コンデンサC2→スイッチング素子S8の逆並列ダイオード→スイッチング素子S6の経路に電流を流し、これによってコンデンサC1の電荷をコンデンサC2へ移動することができる。また、リアクトルLによって、コンデンサC1とC2の電位差が大きいときに流れる大きなピーク電流を平滑することができる。 In FIG. 27A, when switching elements S3 and S6 are turned ON, switching element S3 → reactor L → return diode D1 → reverse parallel diode of switching element S7 → capacitor C2 → reverse of switching element S8 from the positive side of capacitor C1. A current is passed through the path from the parallel diode to the switching element S6, whereby the charge of the capacitor C1 can be moved to the capacitor C2. Further, the reactor L can smooth a large peak current that flows when the potential difference between the capacitors C1 and C2 is large.
また、図26においてコンデンサC1を放電してコンデンサC2を充電する第2のモード(スイッチング素子S4およびS5をONさせるモード)での電流経路を図27(b)に示す。 FIG. 27B shows a current path in the second mode (mode in which switching elements S4 and S5 are turned on) in which capacitor C1 is discharged and capacitor C2 is charged in FIG.
図27(b)においてスイッチング素子S4,S5をONすることにより、コンデンサC1の正側からスイッチング素子S5→スイッチング素子S7の逆並列ダイオード→コンデンサC2→スイッチング素子S8の逆並列ダイオード→還流ダイオードD2→リアクトルL→スイッチング素子S4の経路に電流を流し、これによってコンデンサC1の電荷をコンデンサC2へ移動することができる。また、リアクトルLによって、コンデンサC1とC2の電位差が大きいときに流れる大きなピーク電流を平滑することができる。 In FIG. 27 (b), switching elements S4 and S5 are turned on, so that switching element S5 → switching element S7 antiparallel diode → capacitor C2 → switching element S8 antiparallel diode → freewheeling diode D2 → By passing a current through the path of the reactor L → the switching element S4, the charge of the capacitor C1 can be moved to the capacitor C2. Further, the reactor L can smooth a large peak current that flows when the potential difference between the capacitors C1 and C2 is large.
前記図25(図14)の回路構成では、単位交流−交流変換器内にリアクトルを内蔵していないので、コンデンサC1とC2を短絡するモードになるため、図27(a)に示すスイッチングパターン(VC1>VC2のときにスイッチング素子S3とS6をONさせるパターン)は使用できない。同様に、図27(b)に示すスイッチングパターン(VC1>VC2のときにスイッチング素子S4とS5をONさせるパターン)も使用できない。 In the circuit configuration shown in FIG. 25 (FIG. 14), since the reactor is not built in the unit AC-AC converter, the capacitor C1 and C2 are short-circuited, so that the switching pattern shown in FIG. The pattern in which the switching elements S3 and S6 are turned on when VC1> VC2 cannot be used. Similarly, the switching pattern shown in FIG. 27B (a pattern for turning on the switching elements S4 and S5 when VC1> VC2) cannot be used.
しかし、図26の構成を用いることにより、前記のスイッチングパターンによって、コンデンサC1からコンデンサC2を充電することができる。 However, by using the configuration of FIG. 26, the capacitor C1 can be charged from the capacitor C1 by the switching pattern.
尚、リアクトルLの挿入位置は図26の位置に限るものではない。すなわち、本実施例15を図16の回路に適用し、図16の回路の出力側Hブリッジ回路B2のスイッチング素子S9およびS10の共通接続点と還流ダイオードD1およびD2の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続してもよい。 In addition, the insertion position of the reactor L is not restricted to the position of FIG. That is, the fifteenth embodiment is applied to the circuit of FIG. 16, and between the common connection point of the switching elements S9 and S10 of the output side H-bridge circuit B2 of the circuit of FIG. 16 and the common connection point of the free-wheeling diodes D1 and D2. A reactor L (first reactor) may be connected.
また、本実施例15を図14の回路に適用し、図14の回路の入力側Hブリッジ回路B1のスイッチング素子S3,S4の共通接続点と還流ダイオードD1,D2の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続し、さらに還流ダイオードD1,D2の共通接続点と出力側Hブリッジ回路B2のスイッチング素子S9,S10の共通接続点との間にもリアクトルL(第1のリアクトル)を接続するように構成してもよい。 Further, the fifteenth embodiment is applied to the circuit of FIG. 14, and between the common connection point of the switching elements S3 and S4 of the input side H-bridge circuit B1 of the circuit of FIG. 14 and the common connection point of the free-wheeling diodes D1 and D2. Reactor L (first reactor) is connected, and reactor L (first reactor) is also connected between the common connection point of free-wheeling diodes D1 and D2 and the common connection point of switching elements S9 and S10 of output side H-bridge circuit B2. (Reactor) may be connected.
また、本実施例15を、実施例3(図9)で述べた1つの入力側Hブリッジ回路B1と2つの出力側Hブリッジ回路B2,B2−1を組み合わせた単位交流−交流変換器に適用してもよい。 Further, the fifteenth embodiment is applied to a unit AC-AC converter in which one input-side H bridge circuit B1 and two output-side H bridge circuits B2 and B2-1 described in the third embodiment (FIG. 9) are combined. May be.
すなわち、図9の回路に、図16の出力側中性点MP2を還流ダイオードでクランプする方式を用いた場合は、スイッチング素子S5,S7の共通接続点とスイッチング素子S6,S8の共通接続点の間に還流ダイオードD1,D2を直列に接続し、スイッチング素子S15,S17の共通接続点とスイッチング素子S16,S18の共通接続点の間に還流ダイオードD3,D4を直列に接続し、還流ダイオードD1,D2の共通接続点とスイッチング素子S9,S10の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続し、還流ダイオードD3,D4の共通接続点とスイッチング素子S19,S20の共通接続点との間にリアクトルL(第2のリアクトル)を接続するものである。 That is, when the circuit of FIG. 9 uses the method of clamping the output-side neutral point MP2 of FIG. 16 with the freewheeling diode, the common connection point of the switching elements S5 and S7 and the common connection point of the switching elements S6 and S8. The free-wheeling diodes D1 and D2 are connected in series, and the free-wheeling diodes D3 and D4 are connected in series between the common connection point of the switching elements S15 and S17 and the common connection point of the switching elements S16 and S18. A reactor L (first reactor) is connected between a common connection point of D2 and a common connection point of switching elements S9 and S10, and a common connection point of freewheeling diodes D3 and D4 and a common connection point of switching elements S19 and S20. A reactor L (second reactor) is connected between the two.
また、図9の回路に、図17の入力側中性点MP1を還流ダイオードでクランプする方式を用いた場合は、スイッチング素子S5,S7の共通接続点とスイッチング素子S6,S8の共通接続点の間に還流ダイオードD1,D2を直列に接続し、スイッチング素子S15,S17の共通接続点とスイッチング素子S16,S18の共通接続点の間に還流ダイオードD3,D4を直列に接続し、還流ダイオードD1,D2の共通接続点とスイッチング素子S3,S4の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続し、還流ダイオードD3,D4の共通接続点とスイッチング素子S3,S4の共通接続点との間にリアクトルL(第2のリアクトル)を接続するものである。 Further, when the circuit of FIG. 9 uses the method of clamping the input-side neutral point MP1 of FIG. 17 with a freewheeling diode, the common connection point of the switching elements S5 and S7 and the common connection point of the switching elements S6 and S8. The free-wheeling diodes D1 and D2 are connected in series, and the free-wheeling diodes D3 and D4 are connected in series between the common connection point of the switching elements S15 and S17 and the common connection point of the switching elements S16 and S18. A reactor L (first reactor) is connected between a common connection point of D2 and a common connection point of switching elements S3 and S4, and a common connection point of freewheeling diodes D3 and D4 and a common connection point of switching elements S3 and S4. A reactor L (second reactor) is connected between the two.
また、図9の回路に、図14の還流ダイオードD1,D2の共通接続点を入力側Hブリッジ回路B1と出力側Hブリッジ回路B2の両方に接続する方式を用いた場合は、スイッチング素子S5,S7の共通接続点とスイッチング素子S6,S8の共通接続点の間に還流ダイオードD1,D2を直列に接続し、スイッチング素子S15,S17の共通接続点とスイッチング素子S16,S18の共通接続点の間に還流ダイオードD3,D4を直列に接続し、還流ダイオードD1,D2の共通接続点とスイッチング素子S3,S4の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続し、還流ダイオードD1,D2の共通接続点とスイッチング素子S9,S10の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続し、還流ダイオードD3,D4の共通接続点とスイッチング素子S3,S4の共通接続点との間にリアクトルL(第2のリアクトル)を接続し、還流ダイオードD3,D4の共通接続点とスイッチング素子S19,S20の共通接続点との間にリアクトルL(第2のリアクトル)を接続するものである。 Further, when the circuit of FIG. 9 uses the method of connecting the common connection point of the free wheel diodes D1 and D2 of FIG. 14 to both the input side H bridge circuit B1 and the output side H bridge circuit B2, the switching element S5, Freewheeling diodes D1 and D2 are connected in series between the common connection point of S7 and the common connection point of switching elements S6 and S8, and between the common connection point of switching elements S15 and S17 and the common connection point of switching elements S16 and S18. Are connected in series, and a reactor L (first reactor) is connected between a common connection point of the return diodes D1 and D2 and a common connection point of the switching elements S3 and S4, and the return diode D1. , D2 and a common connection point of the switching elements S9 and S10, a reactor L (first reactor) is connected and refluxed. A reactor L (second reactor) is connected between the common connection point of the diodes D3 and D4 and the common connection point of the switching elements S3 and S4, and the common connection point of the free-wheeling diodes D3 and D4 and the switching elements S19 and S20. A reactor L (second reactor) is connected between the common connection points.
また、本実施例15を図20、図21、図22の回路に適用することもできる。すなわち、図20の回路であれば、還流ダイオードD1,D2の共通接続点とスイッチング素子S3、S4の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続し、さらに還流ダイオードD1,D2の共通接続点とスイッチング素子S9,S10の共通接続点との間にもリアクトルL(第1のリアクトル)を接続する。 In addition, the fifteenth embodiment can be applied to the circuits of FIGS. 20, 21, and 22. That is, in the circuit of FIG. 20, the reactor L (first reactor) is connected between the common connection point of the free wheel diodes D1 and D2 and the common connection point of the switching elements S3 and S4, and the free wheel diode D1, The reactor L (first reactor) is also connected between the common connection point of D2 and the common connection point of the switching elements S9 and S10.
また、図21の回路であれば、還流ダイオードD1,D2の共通接続点とスイッチング素子S9,S10の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続する。 In the circuit of FIG. 21, a reactor L (first reactor) is connected between the common connection point of the freewheeling diodes D1 and D2 and the common connection point of the switching elements S9 and S10.
また、図22の回路であれば、還流ダイオードD1,D2の共通接続点とスイッチング素子S3,S4の共通接続点との間にリアクトルL(第1のリアクトル)を接続する。 In the circuit of FIG. 22, a reactor L (first reactor) is connected between the common connection point of the freewheeling diodes D1 and D2 and the common connection point of the switching elements S3 and S4.
上記リアクトルLを接続するいずれの構成の場合も、図27(a),(b)で述べた動作と同様の動作となり、前記と同様に、コンデンサの充放電制御を行う際に短絡ループは発生せず、スイッチングパターンの自由度が増加する。また、入力側Hブリッジ回路のコンデンサと出力側Hブリッジ回路のコンデンサの電位差が大きいときに流れる大きなピーク電流を平滑することができる。 In any configuration in which the reactor L is connected, the operation is the same as the operation described in FIGS. 27A and 27B, and a short-circuit loop occurs when charge / discharge control of the capacitor is performed as described above. Without increasing the degree of freedom of the switching pattern. Further, it is possible to smooth a large peak current that flows when the potential difference between the capacitor of the input side H bridge circuit and the capacitor of the output side H bridge circuit is large.
本実施例16は、前記実施例15で述べた還流ダイオードおよびリアクトルLを内蔵した単相交流−交流変換器を3相分設けて、それらを図2、図10と同様に、中性点MP1およびMP2(MP2−1)でそれぞれY結線、もしくはデルタ結線することで3相の交流−交流変換システムを構成するものである。 In the sixteenth embodiment, three phases of single-phase AC-AC converters including the free wheel diode and the reactor L described in the fifteenth embodiment are provided, and the neutral point MP1 is provided in the same manner as in FIGS. And MP2 (MP2-1) are respectively Y-connected or delta-connected to constitute a three-phase AC-AC conversion system.
このように構成することで、図2、図10で述べた効果に加えて、コンデンサの充放電制御を行う際に短絡ループは発生せず、スイッチングパターンの自由度が増加し、また、入力側Hブリッジ回路のコンデンサと出力側Hブリッジ回路のコンデンサの電位差が大きいときに流れる大きなピーク電流を平滑することができるという効果が得られる。 With this configuration, in addition to the effects described with reference to FIGS. 2 and 10, a short-circuit loop does not occur when performing charge / discharge control of the capacitor, the degree of freedom of the switching pattern increases, and the input side It is possible to smooth the large peak current that flows when the potential difference between the H bridge circuit capacitor and the output H bridge circuit capacitor is large.
本実施例17では、前記実施例15で述べた還流ダイオードおよびリアクトルLを内蔵した単相交流−交流変換器を拡張して、図8、図11、図19、図24と同様に多重数(多重段数)をN個とした。すなわち、例えば図8のように、多重数1段目の入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1は2段目の入力側Hブリッジ回路B1の入力端子IN-2に接続し、2段目の入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1-2は3段目の入力側Hブリッジ回路B1の入力端子IN-3へと順次接続する。 In the seventeenth embodiment, the single-phase AC-AC converter having the built-in freewheeling diode and reactor L described in the fifteenth embodiment is expanded, and the multiplex number (as in FIGS. 8, 11, 19, and 24). The number of multiple stages was N. That is, for example, as shown in FIG. 8, the neutral point MP1 of the input-side H bridge circuit B1 at the first stage of the multiplex number is connected to the input terminal IN- 2 of the input stage H-bridge circuit B1 at the second stage. The neutral point MP1 -2 of the input side H-bridge circuit B1 is sequentially connected to the input terminal IN- 3 of the third-stage input-side H bridge circuit B1.
また多重数1段目の出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2は2段目の出力側Hブリッジ回路B2の出力端子OUT-2に接続し、2段目の出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2-2は3段目の出力側Hブリッジ回路B2の出力端子OUT-3へと順次接続する。 The neutral point MP2 of the output-side H bridge circuit B2 in the first stage of the multiplexing number is connected to the output terminal OUT- 2 of the output-side H bridge circuit B2 in the second stage, and the output side H-bridge circuit B2 in the second stage. neutral point MP2 -2 sequentially connected to the output terminal OUT -3 output side H-bridge circuit B2 of the third stage.
このように多重構成された単位交流−交流変換器を3相分設けて交流−交流変換システムを構成する場合は、各相の最終段の入力側Hブリッジ回路B1の中性点MP1-nどうしを接続し、各相の最終段の出力側Hブリッジ回路B2の中性点MP2-nどうしを接続することで得られる。 When an AC-AC conversion system is configured by providing three units of AC / AC converters that are multiplexed in this way, the neutral point MP1 -n of the input-side H-bridge circuit B1 in the final stage of each phase is connected. And the neutral points MP2- n of the output side H-bridge circuit B2 in the final stage of each phase are connected to each other.
このように構成することで、図8、図11、図19、図24で述べた効果に加えて、コンデンサの充放電制御を行う際に短絡ループは発生せず、スイッチングパターンの自由度が増加し、また、入力側Hブリッジ回路のコンデンサと出力側Hブリッジ回路のコンデンサの電位差が大きいときに流れる大きいピーク電流を平滑することができるという効果が得られる。 With this configuration, in addition to the effects described in FIGS. 8, 11, 19, and 24, a short-circuit loop does not occur when performing charge / discharge control of the capacitor, and the degree of freedom of the switching pattern increases. In addition, it is possible to smooth the large peak current that flows when the potential difference between the capacitor of the input side H bridge circuit and the capacitor of the output side H bridge circuit is large.
1…電源
2…負荷
3…制御部
B1,B2,B2−1,B2−1-n…Hブリッジ回路
IN…入力端子
OUT…出力端子
MP1,MP2…中性点
C1,C2,C2-1…コンデンサ
D1,D2…還流ダイオード
S1〜S12,S15〜S22,S31〜S38…スイッチング素子
L…リアクトル
1 ...
Claims (5)
第1および第2のスイッチング素子の直列体と、第1のコンデンサと、第3および第4のスイッチング素子の直列体とを並列に接続した回路であり、前記第1および第3のスイッチング素子を正側と定義し、前記第2および第4のスイッチング素子を負側と定義してHブリッジ回路を構成し、
前記Hブリッジ回路を入力側と出力側に各々設け、入力側Hブリッジ回路の第1および第3のスイッチング素子の共通接続点と出力側Hブリッジ回路の第1および第3のスイッチング素子の共通接続点の間に、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第5および第6のスイッチング素子を逆方向に直列接続し、入力側Hブリッジ回路の第2および第4のスイッチング素子の共通接続点と出力側Hブリッジ回路の第2および第4のスイッチング素子の共通接続点の間に、互いに逆方向に流れる電流をオン、オフ制御する第7および第8のスイッチング素子を逆方向に直列接続し、
前記第5および第6のスイッチング素子の共通接続点と第7および第8のスイッチング素子の共通接続点の間に第1の還流ダイオードを接続し、
前記入力側Hブリッジ回路の第1および第2のスイッチング素子の共通接続点を入力端子とし、入力側Hブリッジ回路の第3および第4のスイッチング素子の共通接続点を入力側中性点とし、出力側Hブリッジ回路の第1および第2のスイッチング素子の共通接続点を出力側中性点とし、前記出力側Hブリッジ回路の第3および第4のスイッチング素子の共通接続点を出力端子として構成した単位交流−交流変換器を備えたことを特徴とする交流−交流変換装置。 An AC-AC converter that converts an AC input voltage into an AC output voltage of a plurality of levels,
A circuit in which a series body of first and second switching elements, a first capacitor, and a series body of third and fourth switching elements are connected in parallel, the first and third switching elements being Define the positive side, define the second and fourth switching elements as the negative side, and configure an H-bridge circuit,
The H bridge circuit is provided on each of the input side and the output side, and a common connection point of the first and third switching elements of the input side H bridge circuit and a common connection of the first and third switching elements of the output side H bridge circuit Between the points, fifth and sixth switching elements that control on and off of currents flowing in opposite directions are connected in series in the opposite direction, and the second and fourth switching elements of the input side H-bridge circuit are connected in common. Between the common connection point of the point and the second and fourth switching elements of the output side H-bridge circuit, seventh and eighth switching elements that control on and off of currents flowing in opposite directions are connected in series in the opposite direction. And
Connecting a first free-wheeling diode between a common connection point of the fifth and sixth switching elements and a common connection point of the seventh and eighth switching elements;
The common connection point of the first and second switching elements of the input-side H bridge circuit is an input terminal, and the common connection point of the third and fourth switching elements of the input-side H bridge circuit is an input-side neutral point. A common connection point of the first and second switching elements of the output side H bridge circuit is defined as an output neutral point, and a common connection point of the third and fourth switching elements of the output side H bridge circuit is defined as an output terminal. An AC-AC converter comprising the unit AC-AC converter.
前記出力側Hブリッジ回路の第1および第2のスイッチング素子の共通接続点は前記第2の出力側Hブリッジ回路の第3および第4のスイッチング素子の共通接続点に接続され、第2の出力側Hブリッジ回路の第1および第2のスイッチング素子の共通接続点を出力側中性点としたことを特徴とする請求項1に記載の交流−交流変換装置。 The unit AC-AC converter is provided with a second output-side H bridge circuit configured the same as the output-side H bridge circuit, and the first and third of the second output-side H bridge circuit are provided. Between the common connection point of the switching elements and the common connection point of the first and third switching elements of the input side H-bridge circuit, ninth and tenth currents that control on and off of currents flowing in opposite directions to each other are controlled. Switching elements are connected in series in the opposite direction, and a common connection point of the second and fourth switching elements of the second output side H bridge circuit and a common connection of the second and fourth switching elements of the input side H bridge circuit Between the points, the eleventh and twelfth switching elements that turn on and off the currents flowing in opposite directions are connected in series in the opposite direction,
The common connection point of the first and second switching elements of the output-side H bridge circuit is connected to the common connection point of the third and fourth switching elements of the second output-side H bridge circuit, and the second output 2. The AC-AC converter according to claim 1, wherein a common connection point of the first and second switching elements of the side H-bridge circuit is an output side neutral point.
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