[发明专利]三电平功率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及使用诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)之类的开关元件输出三 电平电压的三电平功率变换器。

背景技术

如专利文献1所示，以往的三电平功率变换器包括：具有正极端子、中间 端子和负极端子的直流电压源；在正极端子与交流输出端子之间依次串联连接 的第一及第二IGBT；在第一及第二IGBT的连接点与中间端子之间连接的第一 耦合二极管；在交流输出端子与负极端子之间依次串联连接的第三及第四 IGBT；以及在第三及第四IGBT的连接点与中间端子之间连接的第二耦合二极 管，功率变换器被配置为对第一至第四IGBT适当地进行接通/断开控制，以便 从交流输出端子输出三电平电压。

专利文献1：日本专利第3229931号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

在以往的三电平功率变换器中，由于使用各自搭载有一个IGBT的四个模 块，所以变换器的尺寸较大，这导致在各元件之间互连的各条布线的浮地电感 较大，引起较高的关断浪涌电压。

作为控制该关断浪涌电压的方法，有一种方法将使用电容器的缓冲电路分 别与各IGBT并联连接，用于吸收布线的浮地电感的能量。然而，在布线电感 增大时，吸收布线电感能量的缓冲电路的电容器容量也会增大，并且尽管由元 件生成的热量不会随着原件布局而改变，但有时冷却器较大，会导致由于变换 器损耗的增加、变换器外形尺寸增大、变换器成本的提高、构件数量的增多引 起的可靠性下降。

本发明为解决如上所述的问题而作出，并提供一种减小变换器的大小，使 在各元件之间互连的布线的浮地电感降低，并容易地与缓冲电路附连的三电平 功率变换器。

解决问题的手段

本发明的三电平功率变换器包括：具有正极端子、中间端子和负极端子的 直流电压源；在正极端子与交流输出端子之间依次串联连接的第一及第二开关 元件；在第一及第二开关元件的连接点与上述中间端子之间连接的第一耦合二 极管；在交流输出端子和负极端子之间依次串联连接的第三及第四开关元件； 以及在第三及第四开关元件的连接点与上述中间端子之间连接的第二耦合二 极管，对第一至第四开关元件进行接通/断开控制，以便从交流输出端子输出 三电平的电压，其中，功率变换器具有：包含一组第一及第四开关元件作为构 成单位的第一模块；包含一组第二及第三开关元件作为构成单位的第二模块； 包含第一耦合二极管的第三模块；以及包含第二耦合二极管的第四模块，以及 从靠近交流输出端子的位置依次将第二模块、第四模块、第三模块、第一模块 配置成一列。

本发明的优点

根据本发明，可以实现一种减小变换器的大小，使在各元件之间互连的布 线的浮地电感降低，并容易地与取决于变换器电容的缓冲电路附连的三电平功 率变换器。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的三电平功率变换器的主电路结构的电路 图。

图2是示出图1的主电路的工作状态的一个例子的说明图。

图3是示出图1的主电路的工作状态的另一个例子的说明图。

图4是示出实施方式1的三电平功率变换器的模块配置结构的俯视图。

图5是示出图4的模块配置结构中的各元件间的互连的说明图。

图6是示出穿过实施方式1中的模块的冷却器底座设置热管的情况的俯视 图。

图7是示出设置缓冲电路作为本发明的实施方式2的情况的电路图。

图8是示出在实施方式2中使用的缓冲单元的例子的结构图。

图9是示出在实施方式2中设置缓冲单元的情况的一个例子的结构图。

图10是示出在实施方式2中设置缓冲单元的情况的另一个例子的结构图。

图11是示出在实施方式2中设置缓冲单元的情况的又一个例子的结构图。

图12是在实施方式2中设置缓冲单元的情况下示意性示出作为变换器整 体的一个例子的侧视图。

图13是在实施方式2中设置缓冲单元的情况下示意性示出作为变换器整 体的另一个例子的侧视图。

图14是在实施方式2中设置缓冲单元的情况下示意性示出作为变换器整 体的又一个例子的侧视图。

图15是示出本发明的实施方式3的三电平功率变换器的模块配置结构的 俯视图。

具体实施方式

实施方式1