多電平功率轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專利摘要】在使用飛跨電容器，并在直流電源的中間點(diǎn)與使用了半導(dǎo)體開關(guān)的轉(zhuǎn)換電路之間使用雙向開關(guān)的多電平轉(zhuǎn)換電路中，存在若雙向開關(guān)發(fā)生短路故障，則會(huì)造成其它半導(dǎo)體開關(guān)、電容器被破壞的問(wèn)題。在使用飛跨電容器，并在直流電源的中間點(diǎn)與使用了半導(dǎo)體開關(guān)的轉(zhuǎn)換電路之間使用雙向開關(guān)的多電平轉(zhuǎn)換電路中，串聯(lián)連接兩個(gè)雙向開關(guān)，并在柵極驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置在截止信號(hào)時(shí)對(duì)構(gòu)成雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的短路進(jìn)行檢測(cè)的短路故障檢測(cè)電路，在檢測(cè)到短路故障時(shí)，將所有半導(dǎo)體開關(guān)元件切斷，停止系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
多電平功率轉(zhuǎn)換電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等為目的的多電平功率轉(zhuǎn)換電路的電路方式，尤其涉及在使用雙向開關(guān)的飛跨電容器型多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，構(gòu)成雙向開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)元件產(chǎn)生故障時(shí)的保護(hù)。

【背景技術(shù)】
[0002]圖6中示出專利文獻(xiàn)1、2等所記載的將直流轉(zhuǎn)換成交流的功率轉(zhuǎn)換電路，即五電平逆變器的電路例。DP1、DP2分別是電壓為2Ed的直流電源，它們串聯(lián)連接，且正電位端子設(shè)為P，負(fù)電位端子設(shè)為N，中間電位端子設(shè)為M。通常，在由交流電源系統(tǒng)構(gòu)成本直流電源的情況下，可以通過(guò)將未圖示的整流器與大容量的電容器進(jìn)行串聯(lián)連接等來(lái)構(gòu)成。
[0003]Sla?Slc、S2、S3、S4a?S4c是由串聯(lián)連接在P側(cè)電位與N側(cè)電位之間的8個(gè)與二極管反向并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)。Sla?Slc的半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路為第一半導(dǎo)體開關(guān)組，S4a?S4c的半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路為第二半導(dǎo)體開關(guān)組，S2為第一半導(dǎo)體開關(guān)，S3為第二半導(dǎo)體開關(guān)。第一半導(dǎo)體開關(guān)組(Sla?Slc)、第一半導(dǎo)體開關(guān)S2、第二半導(dǎo)體開關(guān)S3、第二半導(dǎo)體開關(guān)組(S4a?S4c)串聯(lián)連接，成為第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路。
[0004]第一半導(dǎo)體開關(guān)組中的半導(dǎo)體開關(guān)Slc和第一半導(dǎo)體開關(guān)S2的連接點(diǎn)與第二半導(dǎo)體開關(guān)S3和第二半導(dǎo)體開關(guān)組中的半導(dǎo)體開關(guān)S4a的連接點(diǎn)之間連接有半導(dǎo)體開關(guān)S5與S6的串聯(lián)電路與電容器Cl的并聯(lián)電路。直流電源DPl和DP2的串聯(lián)連接點(diǎn)即M點(diǎn)與半導(dǎo)體開關(guān)S5和S6的串聯(lián)連接點(diǎn)之間連接有由反向阻斷型IGBTS11與S12反向并聯(lián)連接而構(gòu)成的能在雙向上進(jìn)行開關(guān)的雙向開關(guān)。作為雙向開關(guān)，除了圖6所示的電路結(jié)構(gòu)以外，還可以由圖7(a)、(b)所示的不具有反向耐壓的IGBT與二極管組合而構(gòu)成。圖7(a)是將與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sa、Sb共用集電極端子來(lái)反向串聯(lián)連接的電路結(jié)構(gòu)，圖7(b)是將與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sa、Sb共用發(fā)射極端子來(lái)反向串聯(lián)連接的電路結(jié)構(gòu)。
[0005]此外，電容器Cl為飛跨電容器，其兩端的平均電壓被控制為一個(gè)單位的電壓Ed，并利用其充放電現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電源的中間電位的輸出。這里，連接在P電位或N電位與飛跨電容器的正側(cè)端子或負(fù)側(cè)端子之間的第一及第二半導(dǎo)體開關(guān)組三者串聯(lián)的理由在于，根據(jù)施加在它們之間的電壓的最大值來(lái)使所有構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)的元件的耐壓為相同的額定電壓(一個(gè)單位的電壓Ed所對(duì)應(yīng)的額定電壓，通常需要2Ed左右的額定電壓)。若在該部分應(yīng)用三倍額定電壓的開關(guān)元件，則不需要進(jìn)行串聯(lián)連接。
[0006]此外，⑶U-Sla、⑶U-S4c為柵極驅(qū)動(dòng)電路，將來(lái)自控制電路CNT的導(dǎo)通截止信號(hào)提供給各IGBT的柵極，還具有將由柵極驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到的短路故障信號(hào)發(fā)送給控制電路CNT的功能。圖中僅記載了兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路，但實(shí)際上對(duì)所有IGBT設(shè)置柵極驅(qū)動(dòng)電路，這里省略了圖示。因此，控制電路CNT向每一個(gè)相提供12個(gè)信號(hào)。
[0007]這些電路組成為一個(gè)相(U相)，并且通過(guò)連接三組各電路組，從而能構(gòu)成三相(U相、V相、W相)的逆變器。LM是作為本系統(tǒng)的負(fù)載例的交流電動(dòng)機(jī)。通過(guò)采用本電路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換器的交流輸出端子的電位能輸出P電位、N電位、M電位、以及利用開關(guān)元件的導(dǎo)通截止和電容器Cl的電壓輸出P-Ed和N+Ed的電位，因此構(gòu)成五電平輸出的逆變器。圖8示出輸出電壓(Vout)波形例。本方式相對(duì)于通常的雙電平型的逆變器而言，其低階的高次諧波分量較少、且降低了開關(guān)元件的開關(guān)損耗，因此能構(gòu)件高效率系統(tǒng)。
[0008]此外，圖9、圖10示出成為圖6的五電平轉(zhuǎn)換電路等多電平轉(zhuǎn)換電路的基本形式的電路。圖9是將圖6的電路中半導(dǎo)體開關(guān)S2和S3去除，并將半導(dǎo)體開關(guān)Sla?Slc和S4a?S4c分別作為一個(gè)開關(guān)(Q1、Q4)的結(jié)構(gòu)。此外，圖10是將圖6中由半導(dǎo)體開關(guān)S5和S11、S12構(gòu)成的雙向開關(guān)的功能設(shè)為雙向開關(guān)BS1、并將由半導(dǎo)體開關(guān)S6和S11、S12構(gòu)成的雙向開關(guān)的功能設(shè)為雙向半導(dǎo)體開關(guān)BS2的結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)圖9的端子部TAUTBl或圖10的端子部TA2、TB2添加由半導(dǎo)體開關(guān)元件等構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路，從而能實(shí)現(xiàn)五電平以上的多電平化(圖6是將半導(dǎo)體開關(guān)S2與S3相連的示例)。
[0009]圖15示出了作為其應(yīng)用電路，使所有半導(dǎo)體開關(guān)元件的額定電壓(一個(gè)單位的電壓Ed所對(duì)應(yīng)的額定電壓，通常需要2Ed左右的額定電壓)均相等時(shí)的七電平逆變器的一個(gè)相的電路例。DP1、DP2分別是電壓為3Ed的直流電源，它們串聯(lián)連接，且正側(cè)電位設(shè)為P，負(fù)側(cè)電位設(shè)為N，中點(diǎn)電位設(shè)為M。Sla?SlcU S2、S3、S4、S5、S6a?S6d是由串聯(lián)連接在正側(cè)電位P與負(fù)側(cè)電位N之間的12個(gè)與二極管反向并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)。Sla?Sld的半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路為第一半導(dǎo)體開關(guān)組，S6a?S6d的半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路為第二半導(dǎo)體開關(guān)組，S2為第一半導(dǎo)體開關(guān)，S3為第二半導(dǎo)體開關(guān)，S4為第三半導(dǎo)體開關(guān)，S5為第四半導(dǎo)體開關(guān)。第一半導(dǎo)體開關(guān)組(Sla?Sid)、第一半導(dǎo)體開關(guān)S2、第二半導(dǎo)體開關(guān)S3、第三半導(dǎo)體開關(guān)S4、第四半導(dǎo)體開關(guān)S5、第二半導(dǎo)體開關(guān)組(S6a?S6d)串聯(lián)連接，成為第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路。
[0010]第一半導(dǎo)體開關(guān)組中的半導(dǎo)體開關(guān)Sld和第一半導(dǎo)體開關(guān)S2的連接點(diǎn)與第四半導(dǎo)體開關(guān)S5和第二半導(dǎo)體開關(guān)組中的半導(dǎo)體開關(guān)S6a的連接點(diǎn)之間分別連接有半導(dǎo)體開關(guān)S7?SlO的串聯(lián)電路(第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路)與電容器Cl的并聯(lián)電路、與第二半導(dǎo)體開關(guān)S3和第三半導(dǎo)體開關(guān)S4的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的電容器C2、以及與半導(dǎo)體開關(guān)S8和S9的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的電容器C3。直流電源DPl和DP2的串聯(lián)連接點(diǎn)即中點(diǎn)電位M與半導(dǎo)體開關(guān)S8和S9的串聯(lián)連接點(diǎn)之間連接有由反向阻斷型IGBTS11與S12反向并聯(lián)連接而構(gòu)成的能在雙向上進(jìn)行開關(guān)的雙向開關(guān)。作為雙向開關(guān)，除了圖15所示的電路結(jié)構(gòu)以夕卜，還可以由圖7(a)、圖7(b)所示的不具有反向耐壓的IGBT與二極管組合而構(gòu)成。
[0011]對(duì)于直流電源電壓(3EdX2)，以一個(gè)單位的電壓(Ed)對(duì)連接在半導(dǎo)體開關(guān)S3的集電極與半導(dǎo)體開關(guān)S4的發(fā)射極之間的電容器C2的電壓進(jìn)行充電，以兩個(gè)單位的電壓(2Ed)對(duì)連接在半導(dǎo)體開關(guān)S2的集電極與半導(dǎo)體開關(guān)S5的發(fā)射極之間的電容器Cl的電壓進(jìn)行充電，以一個(gè)單位的電壓(Ed)對(duì)連接在半導(dǎo)體開關(guān)S8的集電極與半導(dǎo)體開關(guān)S9的發(fā)射極之間的電容器C3的電壓進(jìn)行充電，從而能向交流端子輸出七電平的電位。如圖15所示，在使所有半導(dǎo)體開關(guān)為相同額定電壓的情況下，半導(dǎo)體開關(guān)SI和S6分別能由四個(gè)(Sla?Sld、S6a?S6d)串聯(lián)連接而形成。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本國(guó)專利特表2009-525717號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2012-182974號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0013]通常在圖6所示的主電路的工作過(guò)程中，若為了切斷系統(tǒng)而使所有的IGBT截止，則如圖11的虛線所示，成為僅半導(dǎo)體開關(guān)SI (Sla?Slc)或S4(S4a?S4c)的二極管導(dǎo)通的電流路徑，存儲(chǔ)在負(fù)載的電感(Lu、Lv、Lw)中的能量向直流電源側(cè)再生。其結(jié)果，電流變?yōu)榱?，最終切斷系統(tǒng)。
[0014]然而，若由于某種原因?qū)е聵?gòu)成雙向開關(guān)的IGBTS12在短路狀態(tài)下被破壞，則在半導(dǎo)體開關(guān)S4a?S4c導(dǎo)通時(shí)，如圖12的虛線所示，經(jīng)由飛跨電容器Cl流過(guò)使直流電源DP2短路的電流。該電流的路徑為直流電源DP2 — IGBTS12 —半導(dǎo)體開關(guān)S5的二極管一電容器Cl —半導(dǎo)體開關(guān)S4a?S4c —直流電源DP2。此外，在IGBTS11在短路狀態(tài)下被破壞的情況下，如圖13的虛線所示，在半導(dǎo)體開關(guān)Sla?Slc導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)由飛跨電容器Cl流過(guò)使直流電源DPl短路的電流。該電流的路徑為直流電源DPl —半導(dǎo)體開關(guān)Sla?Slc —電容器Cl —半導(dǎo)體開關(guān)S6的二極管一IGBTSlI —直流電源DPI。
[0015]在通常的雙電平轉(zhuǎn)換電路的主電路方式中，在上下橋臂的某個(gè)元件發(fā)生短路破壞而流過(guò)電源短路電流的情況下，由正常橋臂側(cè)的開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路來(lái)檢測(cè)短路電流，之后使所有柵極切斷(強(qiáng)制使所有IGBT截止)，進(jìn)行切斷系統(tǒng)的動(dòng)作。
[0016]另一方面，在使用圖6所示的多電平轉(zhuǎn)換電路的主電路方式中，即使利用構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)S4a?4c的IGBT或構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)Sla?Ic的IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路(以GDU-S4c或GDU-Sla為代表)來(lái)檢測(cè)圖12或圖13所示那樣的短路電流，并將發(fā)生短路故障的情況發(fā)送給控制電路CNT來(lái)使所有IGBT柵極截止，電流也會(huì)因?yàn)樨?fù)載的電感(Lu、Lv、Lw)的能量而繼續(xù)流動(dòng)，直到該能量消失。圖14是在U相中、構(gòu)成雙向開關(guān)的IGBTS12發(fā)生短路破壞時(shí)切斷所有IGBT時(shí)的示例。由于IGBTS12變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，因此會(huì)繼續(xù)流過(guò)對(duì)飛跨電容器Cl進(jìn)行充電的電流，導(dǎo)致電容器Cl過(guò)充電。其結(jié)果會(huì)產(chǎn)生對(duì)與電容器Cl并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)S2也施加了過(guò)電壓的問(wèn)題。由此，可能會(huì)產(chǎn)生這些半導(dǎo)體開關(guān)(IGBT或二極管)、電容器被破壞這種的二次損壞。
[0017]為了防止上述二次損壞，提高構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)的IGBT與二極管、電容器的額定電壓即可解決問(wèn)題，但會(huì)導(dǎo)致成本上升。此外，由于無(wú)法事先掌握負(fù)載側(cè)的電感值，因此在現(xiàn)實(shí)中難以在設(shè)計(jì)上解決該問(wèn)題。因此，本發(fā)明的課題在于提供一種在構(gòu)成雙向開關(guān)的IGBT發(fā)生短路故障的情況下、構(gòu)成其它半導(dǎo)體開關(guān)的IGBT與二極管、或電容器不會(huì)被破壞的保護(hù)單元。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0018]為了解決上述問(wèn)題，第一發(fā)明在于一種多電平功率轉(zhuǎn)換電路，該多電平功率轉(zhuǎn)換電路將直流轉(zhuǎn)換為交流或?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流，其特征在于，使用多個(gè)由反向并聯(lián)連接有二極管的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)來(lái)構(gòu)成，作為一個(gè)相的電路，包括:第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路連接在具有正電位端子、負(fù)電位端子、以及中間電位端子的直流電源電路的正電位端子與負(fù)電位端子之間，并且通過(guò)將串聯(lián)連接多個(gè)所述半導(dǎo)體開關(guān)而得的第一半導(dǎo)體開關(guān)組、第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)、以及串聯(lián)連接多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)而得的第二半導(dǎo)體開關(guān)組依序串聯(lián)連接而得；第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路通過(guò)將連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述第一半導(dǎo)體開關(guān)組和第一半導(dǎo)體開關(guān)的連接點(diǎn)、與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)組的連接點(diǎn)之間的第三半導(dǎo)體開關(guān)和第四半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而得；電容器，該電容器與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)連接；以及雙向開關(guān)電路，該雙向開關(guān)電路連接在所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述直流電源電路的中間端子之間，且能進(jìn)行雙向開關(guān)，將所述第一半導(dǎo)體開關(guān)與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)作為交流端子，在所述多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，在相同通電方向上串聯(lián)連接至少兩個(gè)構(gòu)成所述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
[0019]第二發(fā)明在于一種多電平功率轉(zhuǎn)換電路，該多電平功率轉(zhuǎn)換電路將直流轉(zhuǎn)換為交流或?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流，其特征在于，使用多個(gè)由反向并聯(lián)連接有二極管的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)來(lái)構(gòu)成，作為一個(gè)相的電路，包括:第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路連接在具有正電位端子、負(fù)電位端子、以及中間電位端子的直流電源電路的正電位端子與負(fù)電位端子之間，并且通過(guò)將串聯(lián)連接多個(gè)所述半導(dǎo)體開關(guān)而得的第一半導(dǎo)體開關(guān)組、第一?第四半導(dǎo)體開關(guān)、以及串聯(lián)連接多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)而得的第二半導(dǎo)體開關(guān)組依序串聯(lián)連接而得；第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路通過(guò)將連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述第一半導(dǎo)體開關(guān)組和第一半導(dǎo)體開關(guān)的連接點(diǎn)、與第四半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)組的連接點(diǎn)之間的第五?第八半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而得；第一電容器，該第一電容器與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)連接；第二電容器，該第二電容器與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)和第三半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路并聯(lián)連接；第三電容器，該第三電容器與所述第六半導(dǎo)體開關(guān)和第七半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路并聯(lián)連接；以及雙向開關(guān)電路，該雙向開關(guān)電路連接在所述第六半導(dǎo)體開關(guān)和第七半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述直流電源電路的中間端子之間，且能進(jìn)行雙向開關(guān)，將所述第二半導(dǎo)體開關(guān)與所述第三半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)作為交流端子，在所述多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，在相同通電方向上串聯(lián)連接至少兩個(gè)構(gòu)成所述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
[0020]第三發(fā)明在于，在第一或第二發(fā)明所記載的多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，在相同的通電方向上串聯(lián)連接至少兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件而構(gòu)成的所述雙向開關(guān)電路中，設(shè)有在截止信號(hào)時(shí)對(duì)施加在主端子間的電壓進(jìn)行檢測(cè)的電壓檢測(cè)單元，并設(shè)有如下單元:當(dāng)電壓檢測(cè)單元在截止信號(hào)時(shí)檢測(cè)到的電壓接近零的情況下，判斷為構(gòu)成所述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件發(fā)生了故障，使該多電平功率轉(zhuǎn)換電路停止。
[0021]第四發(fā)明在于，在第三發(fā)明所記載的多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，所述電壓檢測(cè)單元在截止信號(hào)時(shí)檢測(cè)是否有電流從驅(qū)動(dòng)所述雙向開關(guān)電路的柵極驅(qū)動(dòng)電路流入構(gòu)成所述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的主端子，從而判斷電壓是否接近零。
[0022]第五發(fā)明在于將第一?第四發(fā)明的任一項(xiàng)所記載的多電平轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用于九電平以上的多電平功率轉(zhuǎn)換電路。
發(fā)明效果
[0023]本發(fā)明在使用飛跨電容器的多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，在相同的通電方向上串聯(lián)連接至少兩個(gè)構(gòu)成與直流電源的中間端子相連的雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件，并在構(gòu)成雙向開關(guān)電路的一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)發(fā)生短路故障的情況下檢測(cè)該情況并使系統(tǒng)停止。其結(jié)果，能在構(gòu)成雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的其中一個(gè)發(fā)生短路故障的情況下，安全地停止系統(tǒng)，而不會(huì)導(dǎo)致其它半導(dǎo)體開關(guān)、電容器被破壞。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是表示本發(fā)明的第I實(shí)施例的電路圖。
圖2是能用于第I實(shí)施例的雙向開關(guān)電路例。
圖3是本發(fā)明的第I實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明的第I實(shí)施例的電路動(dòng)作例。
圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的電路圖。
圖6是作為現(xiàn)有例的五電平轉(zhuǎn)換電路的逆變器電路例。
圖7是現(xiàn)有例中的雙向開關(guān)電路例。
圖8是作為現(xiàn)有例的五電平轉(zhuǎn)換電路的逆變器電路的輸出波形例。
圖9是多電平轉(zhuǎn)換電路的基本形式I。
圖10是多電平轉(zhuǎn)換電路的基本形式2。
圖11表示使用五電平轉(zhuǎn)換電路的逆變器電路中的所有元件切斷時(shí)的電流路徑例。
圖12表示構(gòu)成雙向開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)S12短路時(shí)的短路電流路徑。
圖13表示構(gòu)成雙向開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)Sll短路時(shí)的短路電流路徑。
圖14是半導(dǎo)體開關(guān)S12故障時(shí)所有元件切斷時(shí)的電流路徑例。
圖15表不作為現(xiàn)有例的七電平轉(zhuǎn)換電路的一相的電路。
圖16表示具備截止時(shí)短路故障檢測(cè)功能的柵極驅(qū)動(dòng)電路例。

【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明的要點(diǎn)在于，在包括正電位端子、負(fù)電位端子、以及中間電位端子的直流電源電路的正電位端子與負(fù)電位端子之間連接由以下部分依序串聯(lián)連接而成的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路:即，由多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成的第一半導(dǎo)體開關(guān)組、第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)、由多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成的第二半導(dǎo)體開關(guān)組；在上述第一半導(dǎo)體開關(guān)組與第一半導(dǎo)體開關(guān)的連接點(diǎn)和上述第二半導(dǎo)體開關(guān)與上述第二半導(dǎo)體開關(guān)組的連接點(diǎn)之間連接有第三半導(dǎo)體開關(guān)與第四半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而成的第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路與電容器的并聯(lián)電路，在上述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的串聯(lián)連接點(diǎn)與上述直流電源電路的中間端子之間連接有雙向開關(guān)電路，在將上述第一半導(dǎo)體開關(guān)與上述第二半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)作為交流端子的五電平的多電平功率轉(zhuǎn)換電路或?qū)⒃撾娐窋U(kuò)展為七電平以上的多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，在相同的通電方向上串聯(lián)連接至少兩個(gè)構(gòu)成上述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
實(shí)施例1
[0026]圖1表示本發(fā)明的第I實(shí)施例。雖然是五電平功率轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)相的電路結(jié)構(gòu)，但若使用兩個(gè)該電路，則能構(gòu)成單相逆變器電路，若使用三個(gè)該電路，則能構(gòu)成三相逆變器電路。此外，若將交流端子與負(fù)載相連，則能作為直流-交流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行工作，若將交流端子與交流電源以及電抗器等相連，則能作為交流-直流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行工作。
[0027]DP1、DP2分別是電壓為2Ed的直流電源，它們串聯(lián)連接，且將正電位端子設(shè)為P，負(fù)電位端子設(shè)為N，中間電位端子設(shè)為M。
Sla?Sic、S2、S3、S4a?S4c是由串聯(lián)連接在正電位端子P與負(fù)電位端子N之間的8個(gè)與二極管反向并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)。Sla?Slc的半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路為第一半導(dǎo)體開關(guān)組，S4a?S4c的半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路為第二半導(dǎo)體開關(guān)組，S2為第一半導(dǎo)體開關(guān)，S3為第二半導(dǎo)體開關(guān)。第一半導(dǎo)體開關(guān)組(Sla?Slc)、第一半導(dǎo)體開關(guān)S2、第二半導(dǎo)體開關(guān)S3、第二半導(dǎo)體開關(guān)組(S4a?S4c)依序串聯(lián)連接，成為第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路。
[0028]第一半導(dǎo)體開關(guān)組中的半導(dǎo)體開關(guān)Slc和第一半導(dǎo)體開關(guān)S2的連接點(diǎn)與第二半導(dǎo)體開關(guān)S3和第二半導(dǎo)體開關(guān)組中的半導(dǎo)體開關(guān)S4a的連接點(diǎn)之間連接有半導(dǎo)體開關(guān)S5與S6的串聯(lián)電路(第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路)與電容器Cl的并聯(lián)電路。直流電源DPl和DP2的串聯(lián)連接點(diǎn)即M點(diǎn)與半導(dǎo)體開關(guān)S5和S6的串聯(lián)連接點(diǎn)之間連接有將反向阻斷型IGBTSlla與S12a反向并聯(lián)連接而構(gòu)成的能在雙向上進(jìn)行開關(guān)的第一雙向開關(guān)與將反向阻斷型IGBTSllb與S12b反向并聯(lián)連接而構(gòu)成的第二雙向開關(guān)的串聯(lián)電路。
[0029]作為雙向開關(guān)電路，除了圖1所示的電路結(jié)構(gòu)以外，還可以由圖2(a)?圖2(d)所示的不具有反向耐壓的IGBT與二極管組合而構(gòu)成。圖2 (a)是將與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sa及Sb共用集電極而反向串聯(lián)連接而成的電路和使與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sc及Sd共用集電極而反向串聯(lián)連接而成的電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。圖2(b)是將與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sa及Sb共用發(fā)射極而反向串聯(lián)連接而成的電路和使與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sc及Sd共用發(fā)射極而反向串聯(lián)連接而成的電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。圖2 (c)是將與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sb及Sd的串聯(lián)電路和與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sa及Sc的串聯(lián)電路共用發(fā)射極而反向串聯(lián)連接而成的電路結(jié)構(gòu)。圖2(d)是將與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sa及Sc的串聯(lián)電路和與二極管反向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)Sb及Sd的串聯(lián)電路共用集電極而反向串聯(lián)連接而成的電路結(jié)構(gòu)。
[0030]電容器Cl為飛跨電容器，其兩端的平均電壓被控制為一個(gè)單位的電壓Ed，并利用其充放電現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電源的中間電位的輸出。這里，連接在直流電源電路的正電位端子P或負(fù)電位端子N與飛跨電容器Cl的正側(cè)端子或負(fù)側(cè)端子之間的第一及第二半導(dǎo)體開關(guān)組三者串聯(lián)的理由在于，根據(jù)施加在它們之間的電壓的最大值來(lái)使所有構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)的元件的耐壓為相同的額定電壓(一個(gè)單位的電壓Ed所對(duì)應(yīng)的額定電壓，通常需要2Ed左右的額定電壓)。若在該部分應(yīng)用三倍額定電壓的開關(guān)元件，則不需要進(jìn)行串聯(lián)連接。
[0031]圖3示出用于說(shuō)明本發(fā)明的動(dòng)作的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主電路結(jié)構(gòu)與圖1相同。各半導(dǎo)體開關(guān)與柵極驅(qū)動(dòng)電路相連，由控制電路CNT向各柵極驅(qū)動(dòng)電路傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖3中僅記載了一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路GDU，但實(shí)際上對(duì)所有構(gòu)成半導(dǎo)體開關(guān)的IGBT均設(shè)置柵極驅(qū)動(dòng)電路GDU0因此，控制電路CNT向每一個(gè)相提供14個(gè)信號(hào)。此外，柵極驅(qū)動(dòng)電路具備在檢測(cè)到半導(dǎo)體開關(guān)的短路故障時(shí)將故障信號(hào)發(fā)送給控制電路CNT的功能。
[0032]這些電路組成為一個(gè)相，并且通過(guò)連接三組各電路組，從而能構(gòu)成三相(U相、V相、W相)的逆變器。在交流端子與負(fù)載連接的情況下，能作為直流-交流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行工作，在交流端子與交流電源、電抗器等連接的情況，能作為交流-直流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行工作。通過(guò)構(gòu)成本電路，轉(zhuǎn)換電路的交流端子的電位能輸出P電位、N電位、M電位、以及利用開關(guān)兀件的導(dǎo)通截止和電容器Cl的電壓輸出P-Ed和N+Ed的電位,從而構(gòu)成五電平輸出的逆變器。
[0033]對(duì)這種結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成雙向開關(guān)電路的反向阻斷型IGBT12b產(chǎn)生短路故障時(shí)的保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。此外，作為保護(hù)動(dòng)作，利用分別與串聯(lián)連接的IGBT相連的、內(nèi)置于柵極驅(qū)動(dòng)電路的截止時(shí)的故障檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)短路故障狀態(tài)，并將該信息傳輸給控制電路CNT —偵牝從而能迅速停止整個(gè)系統(tǒng)。
[0034]S卩，通過(guò)對(duì)兩個(gè)構(gòu)成雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行串聯(lián)連接，從而即使串聯(lián)連接的兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件內(nèi)的某一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件發(fā)生短路破壞(圖3中為半導(dǎo)體開關(guān)元件S12b)，也能由該半導(dǎo)體開關(guān)元件(S12b)用的柵極驅(qū)動(dòng)電路GDU檢測(cè)短路故障，之后經(jīng)由控制電路CNT進(jìn)行所有半導(dǎo)體開關(guān)的柵極信號(hào)的切斷，從而能以圖11所示那樣的電路動(dòng)作來(lái)停止系統(tǒng)，而不會(huì)產(chǎn)生經(jīng)由圖14所示那樣的電流路徑的電容器的過(guò)充電(過(guò)放電)現(xiàn)象。因此，該柵極驅(qū)動(dòng)電路GDU中設(shè)有在截止時(shí)對(duì)短路狀態(tài)(處于短路故障的狀態(tài))進(jìn)行檢測(cè)的功能。
[0035]關(guān)于柵極驅(qū)動(dòng)電路的通常的短路電流檢測(cè)電路、截止時(shí)的故障檢測(cè)(短路故障狀態(tài)檢測(cè))電路、以及此后的系統(tǒng)切斷方法，記載在 申請(qǐng)人:在先提出的申請(qǐng)資料(日本專利申請(qǐng)2012-223842)中。圖16示出截止時(shí)的故障檢測(cè)(短路故障狀態(tài)檢測(cè))的基本電路圖。圖16(a)表示通常導(dǎo)通時(shí)的動(dòng)作，圖16(b)表示通常截止時(shí)的動(dòng)作，圖16(c)表示短路故障時(shí)的動(dòng)作。
[0036]PCl是帶柵極驅(qū)動(dòng)功能的光耦合器，通過(guò)來(lái)自一次側(cè)的導(dǎo)通、截止指令信號(hào)來(lái)使IGBT導(dǎo)通、截止。PC2是將作為半導(dǎo)體開關(guān)的IGBTS產(chǎn)生短路故障的情況通知給控制電路的光耦合器，GPl和GP2為柵極驅(qū)動(dòng)用的正負(fù)電源，RG為柵極電阻，對(duì)IGBT的開關(guān)速度進(jìn)行調(diào)整。DD是具有與IGBT相同耐壓的二極管。晶體管QT是用于在導(dǎo)通信號(hào)時(shí)防止故障檢測(cè)用光耦合器PC2動(dòng)作的電路，其基極端子與電阻Rl和R2相連，集電極與電阻R3和光耦合器PC2相連。這里，R3是用于對(duì)光耦合器PC2的電流進(jìn)行限制的電阻。
[0037]在圖16(a)的通常導(dǎo)通時(shí)，由電流IGF使IGBTS導(dǎo)通，同時(shí)，晶體管QT導(dǎo)通，流過(guò)電流IQ。在該狀態(tài)下，由于沒(méi)有電流流過(guò)光I禹合器PC2的光電二極管，因此不會(huì)輸出信號(hào)。在圖16(b)的通常截止時(shí)，由電流IGR使IGBTS截止。在該狀態(tài)下，二極管DD處于反向偏置狀態(tài)，因此沒(méi)有電流流過(guò)光耦合器PC2，因此不會(huì)輸出信號(hào)。
[0038]在圖16(c)中，雖然IGBTS截止，但在IGBT的集電極-發(fā)射極之間未施加電壓的狀態(tài)下(短路故障時(shí))，流過(guò)電流IGR、以及由正電源GPl提供的電流ISD。此時(shí)，與二極管DD串聯(lián)連接的光耦合器PC2的一次側(cè)二極管(光電二極管)中流過(guò)電流，因此若將二次側(cè)設(shè)為控制電路側(cè)，則能將處于故障狀態(tài)的情況傳輸給控制電路側(cè)。然而，即使在正常的空閑期間中等，與IGBTS反向并聯(lián)連接的二極管側(cè)流過(guò)電流那樣的狀態(tài)下也進(jìn)行相同的動(dòng)作，因此需要通過(guò)在控制電路側(cè)判別負(fù)載電流的極性來(lái)判定此時(shí)不是故障狀態(tài)的屏蔽(masking)處理。
實(shí)施例2
[0039]圖5表不本發(fā)明的第2實(shí)施例。是應(yīng)用于圖15所不的七電平轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用例。DPUDP2分別是電壓為3Ed的直流電源，它們串聯(lián)連接，且直流電源電路的正電位端子設(shè)為P，負(fù)電位端子設(shè)為N，中間電位端子設(shè)為M。Sla?Sld、S2、S3、S4、S5、S6a?S6d是由串聯(lián)連接在正電位端子P與負(fù)電位端子N之間的12個(gè)與二極管反向并聯(lián)連接的IGBT構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)。Sla?Sld的半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路為第一半導(dǎo)體開關(guān)組，S6a?S6d的半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路為第二半導(dǎo)體開關(guān)組，S2為第一半導(dǎo)體開關(guān)，S3為第二半導(dǎo)體開關(guān)，S4為第三半導(dǎo)體開關(guān)，S5為第四半導(dǎo)體開關(guān)。第一半導(dǎo)體開關(guān)組(Sla?Sld)、第一半導(dǎo)體開關(guān)S2、第二半導(dǎo)體開關(guān)S3、第三半導(dǎo)體開關(guān)S4、第四半導(dǎo)體開關(guān)S5、第二半導(dǎo)體開關(guān)組(S6a?S6d)依序串聯(lián)連接，成為第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路。
[0040]第一半導(dǎo)體開關(guān)組中的半導(dǎo)體開關(guān)Sld和第一半導(dǎo)體開關(guān)S2的連接點(diǎn)與、第四半導(dǎo)體開關(guān)S5和第二半導(dǎo)體開關(guān)組中的半導(dǎo)體開關(guān)S6a的連接點(diǎn)之間分別連接有半導(dǎo)體開關(guān)S7?SlO的串聯(lián)電路(第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路)與電容器Cl的并聯(lián)電路、與第二半導(dǎo)體開關(guān)S3和第三半導(dǎo)體開關(guān)S4的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的電容器C3、以及與半導(dǎo)體開關(guān)S8和S9的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的電容器C3。直流電源DPl和DP2的串聯(lián)連接點(diǎn)即中間電位端子M點(diǎn)與半導(dǎo)體開關(guān)S8和S9的串聯(lián)連接點(diǎn)之間連接有將反向阻斷型IGBTSlla與S12a反向并聯(lián)連接而構(gòu)成的能在雙向上進(jìn)行開關(guān)的第一雙向開關(guān)與將反向阻斷型IGBTSllb與S12b反向并聯(lián)連接而構(gòu)成的第二雙向開關(guān)的串聯(lián)電路。作為雙向開關(guān)電路，除了圖5所示的電路結(jié)構(gòu)以外，還可以將圖2(a)?圖2(d)所示的不具有反向耐壓的IGBT與二極管組合而構(gòu)成。由于細(xì)節(jié)與第I實(shí)施例相同，因此省略說(shuō)明。
[0041]對(duì)于直流電源電壓(3EdX2)，以一個(gè)單位的電壓(Ed)對(duì)連接在半導(dǎo)體開關(guān)S2的集電極與半導(dǎo)體開關(guān)S4的發(fā)射極之間的電容器C3的電壓進(jìn)行充電，以兩個(gè)單位的電壓(2Ed)對(duì)連接在半導(dǎo)體開關(guān)S2的集電極與半導(dǎo)體開關(guān)S5的發(fā)射極之間的電容器Cl的電壓進(jìn)行充電，以一個(gè)單位的電壓(Ed)對(duì)連接在半導(dǎo)體開關(guān)S8的集電極與半導(dǎo)體開關(guān)S9的發(fā)射極之間的電容器C3的電壓進(jìn)行充電，從而能輸出七電平的電位。如圖5所示，在使所有半導(dǎo)體開關(guān)為相同額定電壓的情況下，半導(dǎo)體開關(guān)SI和S6分別將四個(gè)(Sla?Sld、S6a?S6d)串聯(lián)連接。
[0042]短路保護(hù)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與第I實(shí)施例同樣，串聯(lián)連接兩個(gè)雙向開關(guān)的電路，且柵極驅(qū)動(dòng)電路具備截止時(shí)的短路故障檢測(cè)電路，由此，在構(gòu)成雙向開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)元件發(fā)生短路故障的情況下，能在柵極驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)檢測(cè)到該情況，將該檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給控制電路，由控制電路對(duì)所有半導(dǎo)體開關(guān)發(fā)送切斷信號(hào)，從而能在不破壞其它完好的半導(dǎo)體開關(guān)元件、電容器的情況下使系統(tǒng)停止。柵極驅(qū)動(dòng)電路與實(shí)施例1同樣，為圖16所示的電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。
另外，在上述實(shí)施例中，對(duì)五電平轉(zhuǎn)換電路和七電平轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明也能應(yīng)用于使用雙向開關(guān)的九電平以上的多電平轉(zhuǎn)換電路。此外，對(duì)使用IGBT作為半導(dǎo)體開關(guān)元件的示例進(jìn)行了說(shuō)明，但同樣也能應(yīng)用M0SFET、GT0等。
工業(yè)上的實(shí)用性
[0043]本發(fā)明是涉及使用雙向開關(guān)的多電平轉(zhuǎn)換電路的保護(hù)的技術(shù)，能應(yīng)用于高電壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、系統(tǒng)互連用轉(zhuǎn)換裝置等。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0044]DP1、DP2…直流電源 Cl?C3...電容器
Sla?SlcU S2?S5、S6a?S6d、S7?SlO…半導(dǎo)體開關(guān)Sa?ScU Ql?Q4…半導(dǎo)體開關(guān)
SlUSlla, Sllb, S12、S12a、S12b …反向阻斷型 IGBT
CNT…控制電路
BS、BS1、BS2…雙向開關(guān)
⑶U、⑶U-Sla、⑶U-S4c...柵極驅(qū)動(dòng)電路
LM…交流電動(dòng)機(jī)
【權(quán)利要求】
1.一種多電平功率轉(zhuǎn)換電路，該多電平功率轉(zhuǎn)換電路將直流轉(zhuǎn)換為交流或?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流，其特征在于，使用多個(gè)由反向并聯(lián)連接有二極管的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)來(lái)構(gòu)成，作為一個(gè)相的電路，包括: 第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路連接在具有正電位端子、負(fù)電位端子、以及中間電位端子的直流電源電路的正電位端子與負(fù)電位端子之間，并且通過(guò)將串聯(lián)連接多個(gè)所述半導(dǎo)體開關(guān)而得的第一半導(dǎo)體開關(guān)組、第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)、以及串聯(lián)連接多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)而得的第二半導(dǎo)體開關(guān)組依序串聯(lián)連接而得； 第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路通過(guò)將連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述第一半導(dǎo)體開關(guān)組和第一半導(dǎo)體開關(guān)的連接點(diǎn)、與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)組的連接點(diǎn)之間的第三半導(dǎo)體開關(guān)和第四半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而得； 電容器，該電容器與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)連接；以及雙向開關(guān)電路，該雙向開關(guān)電路連接在所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述直流電源電路的中間端子之間，且能進(jìn)行雙向開關(guān)， 將所述第一半導(dǎo)體開關(guān)與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)作為交流端子，在所述多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，在相同通電方向上串聯(lián)連接至少兩個(gè)構(gòu)成所述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
2.一種多電平功率轉(zhuǎn)換電路，該多電平功率轉(zhuǎn)換電路將直流轉(zhuǎn)換為交流或?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流，其特征在于，使用多個(gè)由反向并聯(lián)連接有二極管的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)來(lái)構(gòu)成，作為一個(gè)相的電路，包括: 第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路連接在具有正電位端子、負(fù)電位端子、以及中間電位端子的直流電源電路的正電位端子與負(fù)電位端子之間，并且通過(guò)將串聯(lián)連接多個(gè)所述半導(dǎo)體開關(guān)而得的第一半導(dǎo)體開關(guān)組、第一?第四半導(dǎo)體開關(guān)、以及串聯(lián)連接多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)而得的第二半導(dǎo)體開關(guān)組依序串聯(lián)連接而得； 第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路通過(guò)將連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的所述第一半導(dǎo)體開關(guān)組和第一半導(dǎo)體開關(guān)的連接點(diǎn)、與第四半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)組的連接點(diǎn)之間的第五?第八半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接而得； 第一電容器，該第一電容器與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)連接； 第二電容器，該第二電容器與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)和第三半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路并聯(lián)連接； 第三電容器，該第三電容器與所述第六半導(dǎo)體開關(guān)和第七半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路并聯(lián)連接；以及 雙向開關(guān)電路，該雙向開關(guān)電路連接在所述第六半導(dǎo)體開關(guān)和第七半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述直流電源電路的中間端子之間，且能進(jìn)行雙向開關(guān)， 將所述第二半導(dǎo)體開關(guān)與所述第三半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)作為交流端子，在所述多電平功率轉(zhuǎn)換電路中，在相同通電方向上串聯(lián)連接至少兩個(gè)構(gòu)成所述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多電平功率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，在相同的通電方向上串聯(lián)連接至少兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件而構(gòu)成的所述雙向開關(guān)電路中，設(shè)有在截止信號(hào)時(shí)對(duì)施加在主端子間的電壓進(jìn)行檢測(cè)的電壓檢測(cè)單元，并設(shè)有如下單元:當(dāng)電壓檢測(cè)單元在截止信號(hào)時(shí)檢測(cè)到的電壓接近零的情況下，判斷為構(gòu)成所述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件發(fā)生了故障，使多電平功率轉(zhuǎn)換電路停止。
4.如權(quán)利要求3所述的多電平功率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述電壓檢測(cè)單元在截止信號(hào)時(shí)檢測(cè)是否有電流從驅(qū)動(dòng)所述雙向開關(guān)電路的柵極驅(qū)動(dòng)電路流入構(gòu)成所述雙向開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的主端子，從而判斷電壓是否接近零。
5.一種多電平功率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，將權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的多電平轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用于九電平以上的多電平功率轉(zhuǎn)換電路。
【文檔編號(hào)】H02M7/483GK104253555SQ201410257864
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】瀧澤聰毅 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社