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公開番号2025119176
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2024013895
出願日2024-02-01
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250806BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】追加の制御が不要かつ、出力電圧変動やスイッチング素子の漏れ電流に対するロバスト性を有する回路構成とすることで信頼性を向上させた、個別スナバ回路を有する電力変換装置を提供する。
【解決手段】中性点クランプ式3レベルインバータ回路またはアクティブクランプ式3レベルインバータ回路において、第1～第4スイッチング素子T1～T4にそれぞれ並列に第1～第4抵抗RT1～RT4を接続する。また、第1～第4抵抗RT1～RT4の抵抗値を同値とする。第3スナバコンデンサCS3と第3スナバダイオードDS3の接続点と第1、第2抵抗RT1、RT2の接続点との間に第5スナバ抵抗RS5を接続する。第2スナバコンデンサCS2と第2スナバダイオードDS2の接続点と第3、第4抵抗RT3、RT4の接続点との間に第6スナバ抵抗RS6を接続する。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
Ｐ端子とＮ端子間に直列接続された第５、第６コンデンサと、
前記第５コンデンサに並列接続された第５分圧抵抗と、
前記第６コンデンサに並列接続された第６分圧抵抗と、
前記Ｐ端子と前記Ｎ端子間に直列接続された第１～第４スイッチング素子と、
前記第１～第４スイッチング素子にそれぞれ並列接続され、抵抗値が同値の第１～第４抵抗と、
前記第１スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第１スナバコンデンサと第１スナバダイオードと、
前記第２スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第２スナバコンデンサと第２スナバダイオードと、
前記第３スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第３スナバダイオードと第３スナバコンデンサと、
前記第４スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第４スナバダイオードと第４スナバコンデンサと、
前記第１スナバコンデンサと前記第１スナバダイオードの接続点と前記第４スナバコンデンサと前記第４スナバダイオードの接続点との間に直列接続された第１、第４スナバ抵抗と、
前記第１、第２抵抗の接続点と前記第３、第４抵抗の接続点との間に直列接続された第５、第６ダイオード、または、第５、第６スイッチング素子と、
前記第３スナバコンデンサと前記第３スナバダイオードの接続点と前記第１、第２抵抗の接続点との間に接続された第５スナバ抵抗と、
前記第２スナバコンデンサと前記第２スナバダイオードの接続点と前記第３、第４抵抗の接続点との間に接続された第６スナバ抵抗と、
前記第３スナバダイオード、前記第３スナバコンデンサ、前記第５スナバ抵抗の接続点と前記Ｐ端子との間に直列接続された第５スナバダイオード、第３スナバ抵抗と、
前記第２スナバダイオード、前記第２スナバコンデンサ、前記第６スナバ抵抗の接続点と前記Ｎ端子との間に直列接続された第６スナバダイオード、第２スナバ抵抗と、
を備え、
前記第５、第６コンデンサの接続点を中性点とし、前記第１スナバ抵抗と前記第４スナバ抵抗の接続点を前記中性点に接続し、前記第５、第６ダイオードの接続点、または、前記第５、第６スイッチング素子の接続点を前記中性点に接続し、前記第２、第３スイッチング素子の接続点を交流出力端子とすることを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
Ｐ端子とＮ端子間に直列接続された第５、第６コンデンサと、
前記第５コンデンサに並列接続された第５分圧抵抗と、
前記第６コンデンサに並列接続された第６分圧抵抗と、
前記Ｐ端子と前記Ｎ端子間に直列接続された第１～第４スイッチング素子と、
前記第１～第４スイッチング素子にそれぞれ並列接続され、抵抗値が同値の第１～第４抵抗と、
前記第１スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第１スナバコンデンサと第１スナバダイオードと、
前記第２スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第２スナバコンデンサと第２スナバダイオードと、
前記第３スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第３スナバダイオードと第３スナバコンデンサと、
前記第４スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第４スナバダイオードと第４スナバコンデンサと、
前記第１スナバコンデンサと前記第１スナバダイオードの接続点と前記第４スナバコンデンサと前記第４スナバダイオードの接続点との間に直列接続された第１、第４スナバ抵抗と、
前記第１、第２抵抗の接続点と前記第３、第４抵抗の接続点との間に直列接続された第５、第６ダイオード、または、第５、第６スイッチング素子と、
前記第３スナバコンデンサと前記第３スナバダイオードの接続点と前記第１、第２抵抗の接続点との間に直列接続された第３、第５スナバ抵抗と、
前記第２スナバコンデンサと前記第２スナバダイオードの接続点と前記第３、第４抵抗の接続点との間に接続された第２、第６スナバ抵抗と、
前記第３、第５スナバ抵抗の接続点と前記Ｐ端子との間に接続された第５スナバダイオードと、
前記第２、第６スナバ抵抗の接続点と前記Ｎ端子との間に接続された第６スナバダイオードと、
を備え、
前記第５、第６コンデンサの接続点を中性点とし、前記第１スナバ抵抗と前記第４スナバ抵抗の接続点を前記中性点に接続し、前記第５、第６ダイオードの接続点、または、前記第５、第６スイッチング素子の接続点を前記中性点に接続し、前記第２、第３スイッチング素子の接続点を交流出力端子とすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記第５ダイオードのカソードとアノードの間、または前記第５スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第７スナバダイオード、第５スナバコンデンサと、
前記第６ダイオードのカソードとアノードの間、または前記第６スイッチング素子の一端と他端との間に直列接続された第６スナバコンデンサ、第８スナバダイオードと、
前記第７スナバダイオードと前記第５スナバコンデンサの接続点と前記Ｐ端子との間に接続された第７スナバ抵抗と、
前記第６スナバコンデンサと前記第８スナバダイオードの接続点と前記Ｎ端子との間に接続された第８スナバ抵抗と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１～第４抵抗の抵抗値、前記第１～第４スイッチング素子のオフ時の抵抗値を以下の（１）式の関係とすることを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
TIFF
2025119176000009.tif
50
166
ＲＴ１：第１抵抗の抵抗値
ＲＴ２：第２抵抗の抵抗値
ＲＴ３：第３抵抗の抵抗値
ＲＴ４：第４抵抗の抵抗値
Ｒｏｆｆ１：第１スイッチング素子のオフ時の抵抗値
Ｒｏｆｆ２：第２スイッチング素子のオフ時の抵抗値
Ｒｏｆｆ３：第３スイッチング素子のオフ時の抵抗値
Ｒｏｆｆ４：第４スイッチング素子のオフ時の抵抗値
【請求項５】
前記第１～第４抵抗の抵抗値、前記第１～第４スイッチング素子のオフ時の抵抗値を以下の（２）式の関係とすることを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
TIFF
2025119176000010.tif
50
166
ＲＴ１：第１抵抗の抵抗値
ＲＴ２：第２抵抗の抵抗値
ＲＴ３：第３抵抗の抵抗値
ＲＴ４：第４抵抗の抵抗値
Ｒｏｆｆ１：第１スイッチング素子のオフ時の抵抗値
Ｒｏｆｆ２：第２スイッチング素子のオフ時の抵抗値
Ｒｏｆｆ３：第３スイッチング素子のオフ時の抵抗値
Ｒｏｆｆ４：第４スイッチング素子のオフ時の抵抗値
【請求項６】
前記第２、第３スイッチング素子が同時にオンし続ける限界オン時間は以下の（４）式を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
TIFF
2025119176000011.tif
50
166
Ｖｔｍ：第１～第４スイッチング素子、第１～第４スナバコンデンサ、第１～第６スナバダイオードの絶対最大定格電圧
Ｖｄｃ：Ｐ端子とＮ端子間の電圧
ΔＶｃｓｎ：第２、第３スイッチング素子を同時オンし続けたときの第２、第３スナバコンデンサの低下電圧
ｔ０ｍ：第２、第３スイッチング素子を同時にオンし続ける限界オン時間
τ：第５スナバ抵抗と第３スナバコンデンサ、第６スナバ抵抗と第２スナバコンデンサの時定数

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願発明は、放電阻止形の個別スナバ回路を有する電力変換装置に係り、特にスナバコンデンサの初期充電回路に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
本発明と対比するための先行技術として特許文献１～４が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特願平７－３１２８７２号公報
特開２０２０－１５６１６３号公報
特開平１１－５５９５６号公報
特開平７－１１１７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の段落番号００５０～００５３では、初期充電回路なしの電力変換装置の構成における問題点について述べている。図１に初期充電回路がない電力変換装置の回路構成とスイッチング動作開始時の波形を示す。
【０００５】
スナバコンデンサＣ１が電源電圧Ｅに充電されていない状態でスイッチング素子Ｓ２またはスイッチング素子Ｓ３がオンすると、スナバダイオードＤ３に印加される電圧は電源電圧Ｅより大きくなる。図１の構成の場合、ｔ２における直流電圧とスイッチング素子Ｓ２の電圧の差（２Ｅ－Ｖｓ２），３／２Ｅが印加される。したがって、スナバダイオードＤ３の素子定格が３／２Ｅ未満の場合、素子定格を超過して破損する可能性がある。
【０００６】
加えて、運転開始直後に配線インダクタンスとスナバコンデンサＣ１の共振電流が流れ、過電圧Ｅ１が印加される。最悪の場合、過電圧Ｅ１は電源電圧Ｅの２倍に達する。スナバコンデンサＣ１、スナバダイオードＤ１、スイッチング素子Ｓ２、スイッチング素子Ｓ３の素子定格が２Ｅ未満Ｅ以上の場合、共振電流および過電圧Ｅ１によって、素子定格を超過する可能性がある。
【０００７】
対策として、特許文献１には以下の先行技術１～４が開示されている。しかし、下記のいずれかの課題を有している。
・始動時に追加の制御が必要。
・待機時、電力変換装置（インバータ）の出力電圧変動に対するスナバコンデンサ電圧と，スイッチング素子の電圧アンバランスに対するロバスト性がない。
・スイッチング素子やスナバコンデンサの漏れ電流ばらつきによるスナバコンデンサ電圧とスイッチング素子の過充電が生じる。
【０００８】
［先行技術１］
図２に先行技術１の動作波形を示す。段落番号００５７に示す通り、時間ｔ１～ｔ２の期間でスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４をオフして（時刻ｔａ）装置の運転を開始することにより、装置運転開始時（時刻ｔ２）にスイッチング素子Ｓ３に印加される過電圧を抑制することができる。
【０００９】
しかし、Ｅ／２までしか充電できず、スナバダイオードＤ３、スナバコンデンサＣ１、スナバダイオードＤ１、スイッチング素子Ｓ２、スイッチング素子Ｓ３は耐電圧３／２Ｅを満足する大型・高価な素子が必要であるため、電力変換装置（インバータ）が大型化・高価となる問題がある。加えて、スナバコンデンサＣ１充電のために追加の制御が必要である。
【００１０】
［先行技術２］
図３に先行技術２の回路構成とスイッチング動作開始時の動作波形を示す。段落番号００５８～００６２には、スイッチング素子Ｓ２のスナバ回路を構成するスナバダイオードＤ３の両端に抵抗Ｒ１５が接続されていると共に、スイッチング素子Ｓ３のスナバ回路を構成するスナバダイオードＤ３の両端にも抵抗Ｒ１６が接続されている構成と動作が示されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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