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JP2011142794A - Power conversion system - Google Patents

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JP2011142794A
JP2011142794A JP2010205073A JP2010205073A JP2011142794A JP 2011142794 A JP2011142794 A JP 2011142794A JP 2010205073 A JP2010205073 A JP 2010205073A JP 2010205073 A JP2010205073 A JP 2010205073A JP 2011142794 A JP2011142794 A JP 2011142794A
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JP
Japan
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switching element
inductor
opening
potential side
current flowing
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010205073A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Yamaguchi
宜久 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2010205073A priority Critical patent/JP2011142794A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein, if a power switching element Swp on the high-potential side is turned on, under a situation where a current is flowing in a freewheel diode Fwn, connected reverse parallel with a power switching element Swn on the low potential side, a surge is generated due to the recovery current of the freewheel diode Fwn. <P>SOLUTION: When the power switching element Swp on the high-potential side is turned on, the power switching element Swn on the low-potential side is also kept in an on state, to thereby perform shoot-through control in which both power switching elements are turned on. Thereafter, when the current flowing in the power switching element Swn at the low-potential side becomes zero and then starts to flow in the opposite direction, the power switching element Swn on the low-potential side is turned off. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、第1インダクタを直流電源の正極側に接続するための高電位側スイッチング素子と、前記第1インダクタを前記直流電源の負極側に接続するための低電位側スイッチング素子との直列接続体を備える電力変換システムに関する。   The present invention provides a series connection of a high potential side switching element for connecting the first inductor to the positive electrode side of a DC power supply and a low potential side switching element for connecting the first inductor to the negative electrode side of the DC power supply. The present invention relates to a power conversion system including a body.

この種の電力変換システムとしては、例えば下記特許文献1にみられるように、インバータの上側アームと直流電源との間に、インダクタを備える電気経路と備えない電気経路とを備え、これら一対の電気経路のそれぞれにスイッチング素子を備えるものも提案されている。これによれば、上記一対の電気経路のスイッチング素子をオフした状態で、オン状態とするスイッチング素子を下側アームのスイッチング素子(低電位側スイッチング素子)から上側アームのスイッチング素子(高電位側スイッチング素子)に切り替えることでゼロ電圧スイッチングが可能としている。さらに、上記インダクタを備えない電気経路のスイッチング素子のオン操作に先立ち、上記インダクタを備える電気経路のスイッチング素子をオン操作することで、インダクタを備えない電気経路のスイッチング素子のオン操作をゼロ電流スイッチングとすることができると記載されている。   As this type of power conversion system, for example, as seen in Patent Document 1 below, an electric path including an inductor and an electric path not including an inductor are provided between an upper arm of an inverter and a DC power source. A device having a switching element in each path has also been proposed. According to this, with the switching elements of the pair of electric paths turned off, the switching element to be turned on is changed from the switching element (low potential side switching element) of the lower arm to the switching element (high potential side switching) of the upper arm. Switching to the element) enables zero voltage switching. Further, by turning on the switching element of the electric path including the inductor prior to the turning-on operation of the switching element of the electric path not including the inductor, the ON operation of the switching element of the electric path not including the inductor is switched to zero current. It is described that it can be.

特表平11−506599号公報Japanese National Patent Publication No. 11-506599

ただし、上記の場合、例えば、下側アームのスイッチング素子に逆並列接続されるダイオードに電流が流れている状態で上側アームのスイッチング素子をオン操作すると、ダイオードのリカバリ電流に起因した大きなサージが生じる等の問題が生じる。   However, in the above case, for example, if the switching element of the upper arm is turned on while the current flows through the diode connected in reverse parallel to the switching element of the lower arm, a large surge is generated due to the recovery current of the diode. Such problems arise.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、第1インダクタを直流電源の正極側に接続するための高電位側スイッチング素子や、前記第1インダクタを前記直流電源の負極側に接続するための低電位側スイッチング素子のスイッチング状態の切り替えに際してサージを好適に抑制することのできる電力変換システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a high-potential side switching element for connecting the first inductor to the positive electrode side of a DC power supply, and the first inductor to the DC power supply. An object of the present invention is to provide a power conversion system capable of suitably suppressing a surge when switching the switching state of a low potential side switching element for connection to the negative electrode side of the power source.

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.

請求項1記載の発明は、第1インダクタを直流電源の正極側に接続するための高電位側スイッチング素子と、前記第1インダクタを前記直流電源の負極側に接続するための低電位側スイッチング素子との直列接続体を備える電力変換システムにおいて、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のうちの一方に、フリーホイールダイオードが逆並列に接続され、前記直流電源の一対の端子のうち前記一方のスイッチング素子に直列接続された他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される端子と前記他方のスイッチング素子との間に接続される第2インダクタと、前記他方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに際し、双方をオン状態とするシュートスルー制御手段と、前記シュートスルー制御手段によって前記双方がオン状態とされた後、前記一方のスイッチング素子および該スイッチング素子に逆並列接続される前記フリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において前記一方のスイッチング素子をオフ操作するオフ操作手段とを備えることを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a high potential side switching element for connecting the first inductor to the positive electrode side of the DC power supply, and a low potential side switching element for connecting the first inductor to the negative electrode side of the DC power supply. In a power conversion system comprising a series connection body, a free wheel diode is connected in reverse parallel to one of the high potential side switching element and the low potential side switching element, and among the pair of terminals of the DC power supply A second inductor connected between the terminal connected to the first inductor by the other switching element connected in series to the one switching element and the other switching element, and the other switching element turned on When switching to the shoot through control means for turning both on, and the chute -After the both are turned on by the control means, the one switching element is switched after the time when the total current flowing through the one switching element and the freewheel diode connected in reverse parallel to the switching element becomes zero. And an off operation means for performing an off operation.

上記発明では、シュートスルー制御手段を備えるため、上記フリーホイールダイオードに電流が流れたり、またフリーホイールダイオードにリカバリ電流が流れたりすることを、好適に抑制または回避することができる。このため、他方のスイッチング素子のオン操作や一方のスイッチング素子のオフ操作に際しての電流の変化を抑制することができる。   In the above invention, since the shoot-through control means is provided, it is possible to suitably suppress or avoid a current flowing through the free wheel diode and a recovery current flowing through the free wheel diode. For this reason, it is possible to suppress a change in current when the other switching element is turned on or one of the switching elements is turned off.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記合計電流がゼロとなった後に前記一方のスイッチング素子をオフ操作することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the off-operation means turns off the one switching element after the total current becomes zero.

上記発明では、一方のスイッチング素子をオフ操作する時点において、第1インダクタを流れる電流よりも第2インダクタを流れる電流の方が多くなっている。そして、一方のスイッチング素子をオフ操作することで他方のスイッチング素子を流れる電流は第2インダクタを流れる電流から第1インダクタを流れる電流へと漸減する。そして、この際の漸減速度は、一方のスイッチング素子をオン状態からオフ状態へと切り替える切替速度によって調節することができる。   In the above invention, the current flowing through the second inductor is larger than the current flowing through the first inductor at the time when one of the switching elements is turned off. When one switching element is turned off, the current flowing through the other switching element gradually decreases from the current flowing through the second inductor to the current flowing through the first inductor. The gradual decrease speed at this time can be adjusted by the switching speed at which one of the switching elements is switched from the on state to the off state.

請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記一方のスイッチング素子を迂回して前記第2インダクタの両端を接続するループ回路を備え、前記ループ回路は、前記オフ操作手段によって前記一方のスイッチング素子がオフ操作されることで前記第2インダクタに流れていた電流が流入することを許容して且つ該電流とは逆方向の電流を規制する整流手段を備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the invention, there is provided the loop circuit according to the second aspect of the invention, further comprising a loop circuit that bypasses the one switching element and connects both ends of the second inductor. Rectification means is provided that allows the current flowing in the second inductor to flow in when one of the switching elements is turned off and regulates the current in the direction opposite to the current.

上記合計電流の絶対値がゼロとなった後に一方のスイッチング素子をオフ操作すると、この時点において、第2インダクタに流れる電流が第1インダクタに流す電流よりも多くなっていることとなる。上記発明では、上記ループ回路を備えることで、一方のスイッチング素子をオフ操作する際に、第2インダクタを流れていた電流と第1インダクタを流れていた電流との差の電流をこのループ回路に流すことができる。   If one of the switching elements is turned off after the absolute value of the total current becomes zero, at this time, the current flowing through the second inductor is larger than the current flowing through the first inductor. In the above invention, by providing the loop circuit, when one of the switching elements is turned off, a difference current between the current flowing through the second inductor and the current flowing through the first inductor is supplied to the loop circuit. It can flow.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記ループ回路は、前記直流電源を備えて構成されることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the invention, in the third aspect of the invention, the loop circuit includes the DC power source.

上記発明では、ループ回路が直流電源を備えるため、ループ回路を流れる電気エネルギを直流電源に回収することが可能となる。   In the said invention, since a loop circuit is provided with DC power supply, it becomes possible to collect | recover the electric energy which flows through a loop circuit in DC power supply.

請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記直列接続体の両端、または前記一方のスイッチング素子の両端にコンデンサが並列接続されていることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein a capacitor is connected in parallel to both ends of the series connection body or to both ends of the one switching element. And

上記発明では、一方のスイッチング素子をオフ操作する際のその入力端子および出力端子間の電圧の上昇速度を上記コンデンサの静電容量によって制御することができる。   In the above invention, the rate of voltage increase between the input terminal and the output terminal when one switching element is turned off can be controlled by the capacitance of the capacitor.

請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側と前記他方のスイッチング素子とを接続して且つ前記第2インダクタを備える第1電気経路と、該第1電気経路を開閉する第1開閉手段と、前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側と前記他方のスイッチング素子とを接続して且つ前記第2インダクタを備えない第2電気経路と、該第2電気経路を開閉する第2開閉手段と、を更に備えることを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to fifth aspects, wherein an electrode side connected to the first inductor by the other switching element of the pair of electrodes of the DC power supply is provided. A first electric path connected to the other switching element and provided with the second inductor; first opening / closing means for opening and closing the first electric path; and the other switching of the pair of electrodes of the DC power supply A second electric path connecting the electrode side connected to the first inductor by the element and the other switching element and not having the second inductor, and a second opening / closing means for opening and closing the second electric path; Are further provided.

上記発明では、第2インダクタによって、シュートスルー制御時に上記直列接続体に流れる電流が急激に増大すること等を抑制した後には、第1開閉手段を開状態として且つ第2開閉手段を閉状態とすることで、直流電源と直列接続体との間のインダクタンスを低減することができる。   In the above invention, after the second inductor suppresses a sudden increase in the current flowing through the series connection body during shoot-through control, the first opening / closing means is opened and the second opening / closing means is closed. By doing so, the inductance between a direct-current power supply and a serial connection body can be reduced.

請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記第1開閉手段および前記第2開閉手段には、それぞれ逆並列にフリーホイールダイオードが接続されていることを特徴とする。   A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the sixth aspect of the invention, a free wheel diode is connected in antiparallel to each of the first opening / closing means and the second opening / closing means.

請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、前記他方のスイッチング素子にフリーホイールダイオードが逆並列に接続され、前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側には、前記第1開閉手段を介して前記第2インダクタが接続され、前記直流電源の端子のうちの前記一方のスイッチング素子によって前記第1インダクタが接続される側の端子と前記第1開閉手段および前記第2インダクタ間との間を開閉するエネルギ蓄積用スイッチング素子と、前記一方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに先立ち、前記第1開閉手段を開操作して且つ第2開閉手段を閉操作した状態で前記エネルギ蓄積用スイッチング素子をオン操作することで、前記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードの少なくとも一方に流れる電流を前記第2インダクタに流す処理を行うエネルギ蓄積処理手段と、前記第2開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において前記第2開閉手段を開操作する手段とを備えることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein a free wheel diode is connected in antiparallel to the other switching element, and the first switching element is connected to the first switching element by the other switching element. The second inductor is connected to the electrode side connected to the inductor via the first opening / closing means, and the first inductor is connected to the first switching element among the terminals of the DC power supply. Prior to switching the switching element for energy storage that opens and closes between the terminal and the first opening / closing means and the second inductor and the one switching element to the ON state, the first opening / closing means is opened. Further, by turning on the energy storage switching element with the second opening / closing means closed, the other switch can be turned on. An energy storage processing means for performing a process of flowing a current flowing in at least one of the chucking element and a free wheel diode connected in reverse to the second inductor to the second inductor; the second opening / closing means; and a free wheel connected in reverse parallel thereto And a means for opening the second opening / closing means after the time when the total current flowing through the diode becomes zero.

上記発明では、エネルギ蓄積用スイッチング素子のオン操作によって、上記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードの少なくとも一方に流れる電流を第2インダクタに流すことで、第2開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流を、第2インダクタに流れる電流の増加に伴って減少させることができる。そして、第2開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、第2開閉手段を開操作することで、第2開閉手段に逆並列接続されるフリーホイールダイオードにリカバリ電流が流れることを回避することができる。   In the above invention, when the energy storage switching element is turned on, a current flowing through at least one of the other switching element and a free wheel diode connected in reverse parallel to the second switching element is caused to flow through the second inductor, The total current flowing through the freewheeling diode connected in reverse parallel to this can be reduced as the current flowing through the second inductor increases. Then, after the time when the total current flowing through the second opening / closing means and the freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero, the second opening / closing means is opened to be connected in reverse parallel to the second opening / closing means. It is possible to avoid a recovery current from flowing through the freewheeling diode.

請求項9記載の発明は、請求項8記載の発明において、前記他方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに際し、双方をオン状態とするシュートスルー制御手段は、第1シュートスルー制御手段であり、前記エネルギ蓄積処理手段によって前記エネルギ蓄積用スイッチング素子がオン操作された後、前記一方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに際し、双方をオン状態とする第2シュートスルー制御手段と、該第2シュートスルー制御手段によって前記双方をオン状態とした後、前記エネルギ蓄積用スイッチング素子をオフ操作する手段と、前記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、前記他方のスイッチング素子をオフ操作する手段とをさらに備えることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the first shoot-through control means in the invention according to claim 8, wherein when the other switching element is switched to the on state, the shoot-through control means for turning both of them on is the first shoot-through control means. After the energy storage switching element is turned on by the energy storage processing means, the second shoot-through control means for turning both one of the switching elements on when the one switching element is turned on, and the second chute After the both are turned on by the through control means, the total current flowing through the means for turning off the energy storage switching element and the other switching element and the freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero. After that time, the other switching element is turned off. And further comprising a stage.

上記発明では、他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、前記他方のスイッチング素子をオフ操作するため、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れていたとしても、この順方向電流がゼロとなった時点でフリーホイールダイオードに印加される電圧をゼロにすることができる。このため、このフリーホイールダイオードにリカバリ電流が流れることを好適に回避することができる。   In the above invention, after the time when the total current flowing through the other switching element and the freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero, the other switching element is turned off. Even if it is flowing, the voltage applied to the freewheeling diode when the forward current becomes zero can be made zero. For this reason, it can avoid suitably that a recovery current flows into this free wheel diode.

請求項10記載の発明は、第1インダクタを直流電源の正極側に接続するための高電位側スイッチング素子と、前記第1インダクタを前記直流電源の負極側に接続するための低電位側スイッチング素子との直列接続体を備える電力変換システムにおいて、
前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のうちの一方に直列接続される他方のスイッチング素子に、フリーホイールダイオードが逆並列に接続され、前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される端子と前記他方のスイッチング素子との間に接続される第2インダクタと、前記第2インダクタ側から前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側へと進む方向を順方向とするフリーホイールダイオードと、該フリーホイールダイオードおよび前記第2インダクタ間と、前記直流電源の端子のうちの前記一方のスイッチング素子によって前記第1インダクタが接続される側の端子との間を開閉するエネルギ蓄積用スイッチング素子と、前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側と前記第1インダクタとを接続して且つ前記第2インダクタを備えない電気経路を開閉する開閉手段と、前記開閉手段に逆並列接続されるフリーホイールダイオードと、前記一方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに先立ち、前記開閉手段を閉操作した状態で前記エネルギ蓄積用スイッチング素子をオン操作することで、前記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードの少なくとも一方に流れる電流を前記第2インダクタに流す処理を行うエネルギ蓄積処理手段と、前記開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において前記開閉手段を開操作する開操作手段とを備えることを特徴とする。
The invention according to claim 10 is a high potential side switching element for connecting the first inductor to the positive electrode side of the DC power source, and a low potential side switching element for connecting the first inductor to the negative electrode side of the DC power source. In a power conversion system comprising a series connection with
A free wheel diode is connected in reverse parallel to the other switching element connected in series to one of the high potential side switching element and the low potential side switching element, and connected to the first inductor by the other switching element. A second inductor connected between the terminal to be connected and the other switching element, and the second inductor from the second inductor side connected to the first inductor by the other switching element The first inductor is connected between the free wheel diode whose forward direction is the direction toward the electrode, the free wheel diode and the second inductor, and the one switching element among the terminals of the DC power supply. Switching for energy storage that opens and closes to the side terminal An electrode connected to the first inductor by the other switching element of the pair of electrodes of the DC power source and the first inductor, and opens and closes an electrical path that does not include the second inductor And switching the energy storage switching element in a state in which the switching means is closed prior to switching the one switching element to the ON state. By operating, an energy storage processing means for performing a process of flowing a current flowing through at least one of the other switching element and a free wheel diode connected in reverse parallel thereto to the second inductor, an opening / closing means and a reverse thereof When the total current flowing through the freewheeling diodes connected in parallel becomes zero Characterized in that it comprises a opening operation means for opening operation of the switching means in the following.

上記発明では、エネルギ蓄積用スイッチング素子のオン操作によって、上記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードの少なくとも一方に流れる電流を第2インダクタに流すことで、開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流を、第2インダクタに流れる電流の増加に伴って減少させることができる。そして、開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、開閉手段を開操作することで、開閉手段に逆並列接続されるフリーホイールダイオードにリカバリ電流が流れることを回避することができる。   In the above invention, when the energy storage switching element is turned on, a current flowing through at least one of the other switching element and a free wheel diode connected in reverse parallel thereto is caused to flow to the second inductor, thereby opening and closing means and The total current flowing through the freewheeling diodes connected in reverse parallel can be reduced as the current flowing through the second inductor increases. Then, after the time when the total current flowing through the switching means and the free wheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero, the recovery current is supplied to the free wheel diode connected in reverse parallel to the switching means by opening the switching means. Can be prevented from flowing.

請求項11記載の発明は、請求項10記載の発明において、前記エネルギ蓄積処理手段によって前記エネルギ蓄積用スイッチング素子がオン操作された後、前記一方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに際し、双方をオン状態とする制御手段と、該制御手段によって前記双方をオン状態とした後、前記エネルギ蓄積用スイッチング素子をオフ操作する手段と、前記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、前記他方のスイッチング素子をオフ操作する手段とをさらに備えることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to the tenth aspect, after the energy storage switching element is turned on by the energy storage processing means, the one switching element is switched to the on state. Control means for turning on, means for turning off the energy storage switching element after both are turned on by the control means, the other switching element, and a freewheel diode connected in reverse parallel thereto And a means for turning off the other switching element after the time point when the total current flowing through becomes zero.

上記発明では、他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、前記他方のスイッチング素子をオフ操作するため、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れていたとしても、この順方向電流がゼロとなった時点でフリーホイールダイオードに印加される電圧をゼロにすることができる。このため、このフリーホイールダイオードにリカバリ電流が流れることを好適に回避することができる。   In the above invention, after the time when the total current flowing through the other switching element and the freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero, the other switching element is turned off. Even if it is flowing, the voltage applied to the freewheeling diode when the forward current becomes zero can be made zero. For this reason, it can avoid suitably that a recovery current flows into this free wheel diode.

請求項12記載の発明は、請求項9または11記載の発明において、前記一方のスイッチング素子に逆並列接続されるフリーホイールダイオードよりも前記エネルギ蓄積用スイッチング素子および前記第2インダクタ間に接続されるフリーホイールダイオードの方が、リカバリ電流の変化速度が小さいことを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention of the ninth or eleventh aspect, the energy storage switching element and the second inductor are connected rather than a free wheel diode connected in reverse parallel to the one switching element. The free wheel diode is characterized in that the rate of change of the recovery current is smaller.

上記発明では、他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなるに際して、上記フリーホイールダイオードの電流がゼロとなり、これに高電圧が印加されるため、リカバリ電流が流れる。しかし、その変化速度が小さいため、サージを抑制することができる。   In the above invention, when the total current flowing through the other switching element and the freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero, the current of the freewheel diode becomes zero, and a high voltage is applied to the current. Current flows. However, since the rate of change is small, surge can be suppressed.

請求項13記載の発明は、請求項8〜12のいずれか1項に記載の発明において、前記開操作手段は、前記第2インダクタおよび前記他方のスイッチング素子間に接続される開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなった後に当該開閉手段をオフ操作することを特徴とする。   A thirteenth aspect of the invention is the invention according to any one of the eighth to twelfth aspects, wherein the opening operation means includes an opening / closing means connected between the second inductor and the other switching element. The opening / closing means is turned off after the total current flowing through the freewheel diodes connected in reverse parallel becomes zero.

上記発明では、上記開閉手段をオフ操作する時点において、フリーホイールダイオードに電流が流れることを確実に回避することができる。   In the above invention, it is possible to reliably avoid a current from flowing through the freewheeling diode when the opening / closing means is turned off.

請求項14記載の発明は、請求項1〜13のいずれか1項に記載の発明において、前記一対のスイッチング素子は、入力端子と出力端子とが入れ替わることでこれら一対の端子間を電流が双方向に流れることを許容するものであることを特徴とする。   A fourteenth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to thirteenth aspects of the present invention, wherein the pair of switching elements are configured such that an electric current flows between the pair of terminals by switching the input terminal and the output terminal. It is allowed to flow in the direction.

上記発明では、シュートスルー制御によって、フリーホイールダイオードに電流が流れることを好適に回避することができる。   In the said invention, it can avoid suitably that an electric current flows into a freewheel diode by shoot through control.

第1の実施形態にかかるシステム構成図。1 is a system configuration diagram according to a first embodiment. FIG. 同実施形態にかかる電力変換回路の操作手法を示すタイムチャート。The time chart which shows the operation method of the power converter circuit concerning the embodiment. 従来の電力変換回路の操作手法を示すタイムチャート。The time chart which shows the operation method of the conventional power converter circuit. 上記実施形態の効果のシミュレート結果を示すタイムチャート。The time chart which shows the simulation result of the effect of the said embodiment. 従来技術の効果のシミュレート結果を示すタイムチャート。The time chart which shows the simulation result of the effect of a prior art. 第2の実施形態にかかるシステム構成図。The system block diagram concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態にかかるシステム構成図。The system block diagram concerning 3rd Embodiment. 第4の実施形態にかかるシステム構成図。The system block diagram concerning 4th Embodiment. 同実施形態にかかる電力変換回路の操作手法を示すタイムチャート。The time chart which shows the operation method of the power converter circuit concerning the embodiment. 同実施形態の効果のシミュレート結果を示すタイムチャート。The time chart which shows the simulation result of the effect of the embodiment.

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる電力変換システムを電動機に接続されるインバータを備えるシステムに適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a power conversion system according to the present invention is applied to a system including an inverter connected to an electric motor will be described with reference to the drawings.

図示される電動機10は、3相回転機であり、具体的には、例えば同期機等であってよい。電動機10は、インバータIVを介してバッテリ12に接続されている。ここで、インバータIVは、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体が3つ並列接続されて構成されている。そして、これら各直列接続体の接続点が、電動機10の各相にそれぞれ接続されている。これら高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnのそれぞれの入出力端子間(ドレイン及びソース間)には、高電位側のフリーホイールダイオードFwp及び低電位側のフリーホイールダイオードFwnのカソード及びアノードが接続されている。   The illustrated electric motor 10 is a three-phase rotating machine, and specifically may be a synchronous machine, for example. The electric motor 10 is connected to the battery 12 via the inverter IV. Here, the inverter IV is configured by connecting in parallel three serially connected bodies of a power switching element Swp on the high potential side and a power switching element Swn on the low potential side. And the connection point of each of these series connection bodies is connected to each phase of the electric motor 10, respectively. Between the input / output terminals (between the drain and source) of the high potential side power switching element Swp and the low potential side power switching element Swn, there is a high potential side freewheel diode Fwp and a low potential side freewheel diode. The cathode and anode of Fwn are connected.

上記インバータIVの高電位側のパワースイッチング素子Swpとバッテリ12の正極との間には、メインスイッチSwmと、サブスイッチSwsおよび入力側インダクタLとが接続されている。また、サブスイッチSwsと入力側インダクタLとの接続点とバッテリ12の負極との間には、負極側から接続点側へと進む方向を順方向とするダイオードDが接続されている。   A main switch Swm, a sub switch Sws, and an input side inductor L are connected between the power switching element Swp on the high potential side of the inverter IV and the positive electrode of the battery 12. A diode D whose forward direction is the direction from the negative electrode side to the connection point side is connected between the connection point between the sub switch Sws and the input-side inductor L and the negative electrode of the battery 12.

制御装置20は、図示しない各種センサの検出値等に基づき、インバータIVのU相、V相、およびW相のそれぞれについての、パワースイッチング素子Swpを操作する操作信号gup,gvp,gwpと、パワースイッチング素子Swnを操作する操作信号gun,gvn,gwnとを生成し出力する。これにより、スイッチング素子Swp,Swnは、制御装置20により操作される。また、制御装置20は、メインスイッチSwmおよびサブスイッチSwsに、操作信号gm、gsをそれぞれ出力する。これにより、メインスイッチSwmおよびサブスイッチSwsは、制御装置20により操作される。   The control device 20 controls the operation signals gup, gvp, gwp for operating the power switching element Swp for each of the U phase, the V phase, and the W phase of the inverter IV based on detection values of various sensors (not shown), Operation signals gun, gvn, and gwn for operating the switching element Swn are generated and output. Thereby, the switching elements Swp and Swn are operated by the control device 20. Further, the control device 20 outputs operation signals gm and gs to the main switch Swm and the sub switch Sws, respectively. Accordingly, the main switch Swm and the sub switch Sws are operated by the control device 20.

なお、上記パワースイッチング素子Swp,Swn,メインスイッチSwmおよびサブスイッチSwsは、いずれもNチャネルのスーパージャンクションMOS電界効果トランジスタである。そして、これらには、ボディーダイオードが形成されている。すなわち、例えば高電位側のパワースイッチング素子SwpにはフリーホイールダイオードFwpが逆並列接続され、低電位側のパワースイッチング素子SwnにはフリーホイールダイオードFwnが逆並列接続されている。   The power switching elements Swp and Swn, the main switch Swm, and the sub switch Sws are all N-channel super junction MOS field effect transistors. A body diode is formed in these. That is, for example, a free wheel diode Fwp is connected in reverse parallel to the high potential side power switching element Swp, and a free wheel diode Fwn is connected in reverse parallel to the power switching element Swn on the low potential side.

上記スーパージャンクションMOS電界効果トランジスタは、ボディーダイオードのリカバリ電流が増加から減少に転じた後の減少速度が非常に大きい。このため、リカバリ電流の変化によるサージが特に大きくなるおそれがある。そこで本実施形態では、図2に示すスイッチング操作によってこの問題に対処する。   The super junction MOS field effect transistor has a very high rate of decrease after the recovery current of the body diode has changed from increasing to decreasing. For this reason, a surge due to a change in the recovery current may be particularly large. Therefore, in this embodiment, this problem is dealt with by the switching operation shown in FIG.

図2に、本実施形態にかかるスイッチング操作手法を示す。詳しくは、図2(a)に、サブスイッチSwsの操作態様の推移を示し、図2(b)に、メインスイッチSwmの操作態様の推移を示し、図2(c)に、1の高電位側のパワースイッチング素子Swpの操作態様の推移を示し、図2(d)に、図2(c)のパワースイッチング素子Swpと同相の低電位側のパワースイッチング素子Swnの操作態様の推移を示す。また、図2(e)に、入力側インダクタLを流れる電流iLの推移(符号は、図1参照)を示し、図2(f)に、サブスイッチSws等(ボディーダイオードを含む)を流れる電流isの推移を示し、図2(g)に、メインスイッチSwm等(ボディーダイオードを含む)を流れる電流imの推移を示す。さらに、図2(h)に、高電位側のパワースイッチング素子Swp等(ボディーダイオードを含む:符号は、図1参照)を流れる電流ipの推移を示し、図2(i)に、低電位側のパワースイッチング素子Swn等(ボディーダイオードを含む:符号は、図1参照)を流れる電流inの推移を示し、図2(j)に、ダイオードDを流れる電流の推移を示し、図2(k)に、サブスイッチSwsと入力側インダクタLとの接続点の電圧V1の推移を示し、図2(l)に、パワースイッチング素子Swp,Swn間の電圧V2の推移を示す。なお、以下では、対象とする相において、インバータIVから電動機10に電流が流れる場合を想定している。   FIG. 2 shows a switching operation method according to the present embodiment. Specifically, FIG. 2A shows the transition of the operation mode of the sub switch Sws, FIG. 2B shows the transition of the operation mode of the main switch Swm, and FIG. FIG. 2D shows the transition of the operation mode of the low-potential side power switching element Swn in phase with the power switching element Swp of FIG. 2C. FIG. 2 (e) shows the transition of the current iL flowing through the input-side inductor L (see FIG. 1 for the sign), and FIG. 2 (f) shows the current flowing through the sub switch Sws etc. (including the body diode). FIG. 2G shows the transition of the current im that flows through the main switch Swm and the like (including the body diode). Further, FIG. 2 (h) shows the transition of the current ip flowing through the power switching element Swp on the high potential side and the like (including the body diode: see FIG. 1 for the sign), and FIG. 2 (i) shows the low potential side. FIG. 2 (j) shows the transition of the current in flowing through the power switching element Swn and the like (including the body diode; reference numeral: see FIG. 1), FIG. 2 (j) shows the transition of the current flowing through the diode D, and FIG. FIG. 2 shows the transition of the voltage V1 at the connection point between the sub switch Sws and the input-side inductor L, and FIG. 2L shows the transition of the voltage V2 between the power switching elements Swp and Swn. In the following, it is assumed that a current flows from the inverter IV to the electric motor 10 in the target phase.

図示されるように、期間T0は、高電位側のパワースイッチング素子Swpがオフ状態であって且つ低電位側のパワースイッチング素子Swnがオン状態である期間である。ここで、期間T1において、高電位側のパワースイッチング素子Swpをオン状態に切り替えるに際し、本実施形態では、敢えて低電位側のパワースイッチング素子Swnをオン状態に維持する。これにより、期間T1においても、低電位側のパワースイッチング素子Swnを介して電動機10に電流が流れ、フリーホイールダイオードFwnに電流は流れない。これは、パワースイッチング素子Swnを電流が流れる際の電圧降下量よりもそのボディーダイオード(Fwn)に電流が流れる際の電圧降下量の方が大きいためである。このようにパワースイッチング素子Swp,Swnの双方をオン状態とする制御(シュートスルー制御)を行なうことで、デッドタイム期間を削除し、ひいては、ボディーダイオードに電流が流れる事態を回避する。   As illustrated, the period T0 is a period in which the high-potential side power switching element Swp is in an off state and the low-potential side power switching element Swn is in an on state. Here, in the period T1, when the high-potential side power switching element Swp is switched to the ON state, the low-potential side power switching element Swn is intentionally maintained in the ON state in the present embodiment. Thereby, also in the period T1, a current flows through the electric motor 10 via the power switching element Swn on the low potential side, and no current flows through the free wheel diode Fwn. This is because the amount of voltage drop when a current flows through the body diode (Fwn) is larger than the amount of voltage drop when a current flows through the power switching element Swn. Thus, by performing control (shoot-through control) to turn on both of the power switching elements Swp and Swn, the dead time period is eliminated, and thus a situation in which current flows through the body diode is avoided.

上記シュートスルー制御がなされる期間T1において高電位側のパワースイッチング素子Swpを流れる電流の増加速度は、入力側インダクタLによって制限されるため、漸増することとなる。すなわち、通常、デッドタイムを設けてまで回避すべき状態であるパワースイッチング素子Swp,Swnの双方のオン状態は、入力側インダクタLを設けたために、これらパワースイッチング素子Swp,Swnを流れる電流が急上昇して信頼性の低下をもたらす過度の電流が流れる事態を招かない。ここで、高電位側のパワースイッチング素子Swpを流れる電流ipは、入力側インダクタLを流れる電流やサブスイッチSwsを流れる電流isに等しく、その増加速度は、入力側インダクタLのインダクタンスを「L」として且つ入力電圧VDCとすると、「VDC/L」となる。この電流が増加するにつれて、低電位側のパワースイッチング素子Swnを流れる電流の絶対値は減少する。すなわち、低電位側のパワースイッチング素子Swnには、出力側インダクタ(電動機10のインダクタ)による相電流を流し続けようとする力によって電流が流れていたのであるが、この電流は、高電位側のパワースイッチング素子Swpを流れる電流によって賄われるようになる。このため、低電位側のパワースイッチング素子Swnを流れる電流の絶対値は減少する。   In the period T1 during which the shoot-through control is performed, the increase rate of the current flowing through the high-potential-side power switching element Swp is limited by the input-side inductor L, and therefore gradually increases. That is, in the ON state of both of the power switching elements Swp and Swn, which should normally be avoided until the dead time is provided, since the input-side inductor L is provided, the current flowing through these power switching elements Swp and Swn increases rapidly. Thus, an excessive current that causes a decrease in reliability does not flow. Here, the current ip flowing through the high-potential-side power switching element Swp is equal to the current flowing through the input-side inductor L and the current is flowing through the sub-switch Sws, and the increasing speed thereof indicates the inductance of the input-side inductor L as “L”. And the input voltage VDC, “VDC / L”. As this current increases, the absolute value of the current flowing through the power switching element Swn on the low potential side decreases. That is, the current flows through the power switching element Swn on the low potential side due to the force to continue to flow the phase current due to the output side inductor (the inductor of the electric motor 10). It is covered by the current flowing through the power switching element Swp. For this reason, the absolute value of the current flowing through the power switching element Swn on the low potential side decreases.

そして、低電位側のパワースイッチング素子Swnを流れる電流の絶対値がゼロとなった後(電流の流通方向が反転した後)に低電位側のパワースイッチング素子Swnをオフとすることで、期間T2に移行する。この場合、高電位側のパワースイッチング素子Swpを流れる電流は、相電流と同量の電流まで減少する。一方、低電位側のパワースイッチング素子Swnを流れる電流は、ゼロまで減少する。そしてこれら減少速度は、パワースイッチング素子Swnのオン状態からオフ状態への切替速度(ゲートの放電速度)によって制御される。ここで、低電位側のパワースイッチング素子Swnのオフ操作直前においてこのパワースイッチング素子Swnに流れていた電流は、入力側インダクタLを流れていた電流から相電流を減算した量である。この電流は、入力側インダクタLを流れていたものである以上、パワースイッチング素子Swnがオフ状態に切り替えられても急激にゼロとなることはできず、メインスイッチSwmのボディーダイオード、サブスイッチSwsおよび入力側インダクタLを備えるループ回路を流れることとなる。このため、期間T2において、入力側インダクタLを流れる電流やサブスイッチSwsを流れる電流は減少しない。なお、期間T2に移行することで、パワースイッチング素子Swp,Swnの接続点の電圧V2は、入力電圧VDCに上昇する。   Then, after the absolute value of the current flowing through the low-potential-side power switching element Swn becomes zero (after the current flow direction is reversed), the low-potential-side power switching element Swn is turned off, so that the period T2 Migrate to In this case, the current flowing through the power switching element Swp on the high potential side decreases to the same amount of current as the phase current. On the other hand, the current flowing through the power switching element Swn on the low potential side decreases to zero. These reduction speeds are controlled by the switching speed (gate discharge speed) of the power switching element Swn from the on state to the off state. Here, the current flowing in the power switching element Swn immediately before the power switching element Swn on the low potential side is turned off is an amount obtained by subtracting the phase current from the current flowing in the input side inductor L. Since this current is flowing through the input-side inductor L, it cannot be rapidly reduced to zero even when the power switching element Swn is switched to the off state, and the body diode of the main switch Swm, the sub switch Sws, and A loop circuit including the input side inductor L flows. For this reason, in the period T2, the current flowing through the input-side inductor L and the current flowing through the sub switch Sws are not reduced. In addition, by shifting to the period T2, the voltage V2 at the connection point of the power switching elements Swp and Swn rises to the input voltage VDC.

その後、メインスイッチSwmをオン操作することで期間T3に移行する。これにより、メインスイッチSwmのボディーダイオードを流れていた電流が、メインスイッチSwmの入力端子および出力端子間を流れるようになる。ここで、メインスイッチSwmのオン操作は、低電位側のパワースイッチング素子Swnがオフ状態に切り替わった後とする。   Thereafter, the main switch Swm is turned on to shift to the period T3. As a result, the current flowing through the body diode of the main switch Swm flows between the input terminal and the output terminal of the main switch Swm. Here, the main switch Swm is turned on after the low-potential-side power switching element Swn is switched to the off state.

その後、サブスイッチSwsをオフ操作することで期間T4に移行する。これにより、サブスイッチSwsを流れる電流はゼロになる。サブスイッチSwsを流れる電流の減少速度は、サブスイッチSwsをオフ状態に切り替える速度(ゲートの放電速度)によって制御される。ただし、サブスイッチSwsを流れる電流がゼロとなっても、入力側インダクタLを流れる電流は、これに同期してゼロとはならない。入力側インダクタLを流れる電流は、高電位側のパワースイッチング素子Swpを介して電動機10へと出力される。ただし、この電流は、バッテリ12の電圧VDCと入力側インダクタLのインダクタンスとによって定まる減少する。このため、入力側インダクタLを流れる電流が相電流よりも少なくなることでバッテリ12からの電流がメインスイッチSwmおよび高電位側のパワースイッチング素子Swpを介して電動機10に出力されるようになる。なお、入力側インダクタLを流れる電流が相電流よりも多い期間においては、過剰分は、メインスイッチSwm、バッテリ12、ダイオードDおよび入力側インダクタLを備えるループ回路を流れる。   Thereafter, the sub switch Sws is turned off to shift to the period T4. As a result, the current flowing through the sub switch Sws becomes zero. The decreasing speed of the current flowing through the sub switch Sws is controlled by the speed at which the sub switch Sws is turned off (gate discharge speed). However, even if the current flowing through the sub switch Sws becomes zero, the current flowing through the input-side inductor L does not become zero in synchronization with this. The current flowing through the input side inductor L is output to the electric motor 10 via the high potential side power switching element Swp. However, this current decreases as determined by the voltage VDC of the battery 12 and the inductance of the input-side inductor L. For this reason, since the current flowing through the input-side inductor L is smaller than the phase current, the current from the battery 12 is output to the electric motor 10 via the main switch Swm and the high-potential side power switching element Swp. Note that, in a period in which the current flowing through the input-side inductor L is larger than the phase current, the excess flows through a loop circuit including the main switch Swm, the battery 12, the diode D, and the input-side inductor L.

そして、入力側インダクタLを流れる電流がゼロとなり、ダイオードDがオフすることで、期間T5に移行する。期間T5においては、サブスイッチSwsと入力側インダクタLとの接続点の電圧V1がバッテリ12の電圧VDCまで上昇する。   Then, when the current flowing through the input-side inductor L becomes zero and the diode D is turned off, the period shifts to the period T5. In the period T5, the voltage V1 at the connection point between the sub switch Sws and the input-side inductor L rises to the voltage VDC of the battery 12.

その後、メインスイッチSwmおよび高電位側のパワースイッチング素子Swpをオフすることで期間T6に移行する。   Thereafter, the main switch Swm and the high-potential side power switching element Swp are turned off to shift to the period T6.

図3に、本実施形態のスイッチング操作との比較対象を示す。ここでは、シュートスルー制御を行なわず、高電位側のパワースイッチング素子Swpと低電位側のパワースイッチング素子Swnとを交互にオン状態とする場合を示す。この場合、低電位側のパワースイッチング素子Swnをオフ状態に切り替えた後に、これに逆並列接続されるフリーホイールダイオードFwnに電流が流れる。この電流は、高電位側のパワースイッチング素子Swpを流れる電流が増加するにつれて減少し、ゼロとなる。これにより、フリーホイールダイオードFwnにリカバリ電流が流れ、この電流は増加した後、急激に減少してゼロとなる。この減少速度は、デバイスに特有のものであり、制御できるものではない。特に、パワースイッチング素子SwnとしてスーパージャンクションMOS電界効果トランジスタを用いる場合には、そのボディーダイオードのリカバリ電流の減少速度が大きいことが知られている。このため、サージが大きくなりやすい。   FIG. 3 shows a comparison target with the switching operation of the present embodiment. Here, a case is shown in which the shoot-through control is not performed and the high-potential side power switching element Swp and the low-potential side power switching element Swn are alternately turned on. In this case, after the power switching element Swn on the low potential side is switched to the off state, a current flows through the free wheel diode Fwn connected in reverse parallel thereto. This current decreases as the current flowing through the power switching element Swp on the high potential side increases and becomes zero. As a result, a recovery current flows through the freewheel diode Fwn, and this current increases and then rapidly decreases to zero. This rate of decrease is unique to the device and cannot be controlled. In particular, when a super junction MOS field effect transistor is used as the power switching element Swn, it is known that the recovery rate of the recovery current of the body diode is large. For this reason, surge tends to increase.

図4に、本実施形態の効果についてのシミュレーション結果を示し、図5に、上記比較対象のシミュレーション結果を示す。   FIG. 4 shows a simulation result about the effect of the present embodiment, and FIG. 5 shows a simulation result of the comparison target.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)高電位側のパワースイッチング素子Swpをオン状態へと切り替えるに際し、低電位側のパワースイッチング素子Swnと高電位側のパワースイッチング素子Swpとの双方をオン状態とするシュートスルー制御を行なって且つ、低電位側のパワースイッチング素子SwnおよびフリーホイールダイオードFwnを流れる合計電流がゼロとなった後において低電位側のパワースイッチング素子Swnをオフ操作した。換言すれば、高電位側のパワースイッチング素子Swpを流れる電流が入力側インダクタLを流れる電流に一致した後に低電位側のパワースイッチング素子Swnをオフ操作した。これにより、低電位側のフリーホイールダイオードFwnに電流が流れることを好適に回避することができ、ひいてはリカバリ電流に起因したサージを好適に回避することができる。   (1) When switching the power switching element Swp on the high potential side to the on state, shoot-through control is performed to turn on both the power switching element Swn on the low potential side and the power switching element Swp on the high potential side. Further, after the total current flowing through the low potential side power switching element Swn and the free wheel diode Fwn became zero, the low potential side power switching element Swn was turned off. In other words, the low potential side power switching element Swn is turned off after the current flowing through the high potential side power switching element Swp matches the current flowing through the input side inductor L. As a result, it is possible to preferably avoid a current from flowing through the freewheeling diode Fwn on the low potential side, and thus a surge due to the recovery current can be preferably avoided.

(2)バッテリ12の負極側から、サブスイッチSwsおよび入力側インダクタLの接続点側へと進む方向を順方向とするダイオードDを備えた。これにより、低電位側のパワースイッチング素子Swnをオフ操作する際に、入力側インダクタLを流れていた電流と相電流との差の電流を、ダイオードDを備えるループ回路に流すことができ、ひいてはバッテリ12に回収することができる。   (2) A diode D having a forward direction from the negative electrode side of the battery 12 to the connection point side of the sub switch Sws and the input side inductor L is provided. As a result, when the power switching element Swn on the low potential side is turned off, the difference current between the current flowing through the input-side inductor L and the phase current can be passed through the loop circuit including the diode D, The battery 12 can be recovered.

(3)バッテリ12の正極と高電位側のパワースイッチング素子Swpとの間に、メインスイッチSwmと、サブスイッチSwsおよび入力側インダクタLとを並列接続した。これにより、シュートスルー制御時にパワースイッチング素子Swp,Swnに流れる電流が急激に増大すること等を入力側インダクタLによって抑制した後には、メインスイッチSwmをオンすることで、バッテリ12とパワースイッチング素子Swp,Swnとの間のインダクタンスを低減することができる。   (3) The main switch Swm, the sub switch Sws, and the input-side inductor L are connected in parallel between the positive electrode of the battery 12 and the power switching element Swp on the high potential side. As a result, after the current flowing through the power switching elements Swp and Swn during the shoot-through control is suppressed by the input-side inductor L and the like, the main switch Swm is turned on to turn on the battery 12 and the power switching element Swp. , Swn can be reduced.

(4)パワースイッチング素子Swnとして、MOS電界効果トランジスタを用いた。これにより、入力端子と出力端子とが入れ替わることでこれら一対の端子間を電流が双方向に流れることを許容できるため、シュートスルー制御によって、フリーホイールダイオードFwnに電流が流れることを好適に回避することができる。   (4) A MOS field effect transistor is used as the power switching element Swn. As a result, the input terminal and the output terminal are interchanged to allow current to flow bidirectionally between the pair of terminals. Therefore, it is preferable to prevent current from flowing through the freewheel diode Fwn by shoot-through control. be able to.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図6に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図6において、先の図1に示した部材に対応する部材については便宜上同一の符号を付している。   FIG. 6 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 6, members corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals for convenience.

図示されるように、本実施形態では高電位側のパワースイッチング素子Swpと低電位側のパワースイッチング素子Swnとの直列接続体に並列に、コンデンサCpを備える。これにより、シュートスルー制御の後、低電位側のパワースイッチング素子Swnをオフ操作する際、その入力端子および出力端子間の電圧の上昇速度をコンデンサCpの静電容量によって制御することができる。   As shown in the figure, in this embodiment, a capacitor Cp is provided in parallel with a series connection body of a power switching element Swp on the high potential side and a power switching element Swn on the low potential side. Thereby, after the shoot-through control, when the power switching element Swn on the low potential side is turned off, the rising speed of the voltage between the input terminal and the output terminal can be controlled by the capacitance of the capacitor Cp.

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図7に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図7において、先の図1に示した部材に対応する部材については便宜上同一の符号を付している。   FIG. 7 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 7, members corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals for convenience.

図示されるように、本実施形態でも、高電位側のパワースイッチング素子Swpとバッテリ12の正極との間に、第1サブスイッチSws1および第1入力側インダクタL1と、第1メインスイッチSwm1とを並列接続する。ただし、本実施形態では、さらに、低電位側のパワースイッチング素子Swnとバッテリ12の負極との間に、第2サブスイッチSws2および第2入力側インダクタL2と、第2メインスイッチSwm2とを並列接続する。   As shown in the figure, also in the present embodiment, the first sub switch Sws1, the first input side inductor L1, and the first main switch Swm1 are provided between the power switching element Swp on the high potential side and the positive electrode of the battery 12. Connect in parallel. However, in the present embodiment, the second sub switch Sws2, the second input side inductor L2, and the second main switch Swm2 are further connected in parallel between the low potential side power switching element Swn and the negative electrode of the battery 12. To do.

ここで、第2サブスイッチSws2および第2入力側インダクタL2と、第2メインスイッチSwm2とは、高電位側のパワースイッチング素子Swpに逆並列接続されたフリーホイールダイオードFwpのリカバリ電流対策手段である。すなわち、相電流がインバータIV側に入力されるものである場合、低電位側のパワースイッチング素子Swnをオン操作するに際し、第2サブスイッチSws2をオン状態としてシュートスルー制御を行なう。これにより、シュートスルー制御前に高電位側のパワースイッチング素子Swpを流れていた電流は、第2入力側インダクタL2を流れる電流の漸増に伴って漸減する。そして、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードFwpを流れる合計電流がゼロとなった後に、高電位側のパワースイッチング素子Swpをオフ操作する。これにより、高電位側のパワースイッチング素子Swpに逆並列接続されるフリーホイールダイオードFwpについて、リカバリ電流が流れる事態を好適に抑制することができる。   Here, the second sub switch Sws2 and the second input side inductor L2 and the second main switch Swm2 are recovery current countermeasure means for the freewheel diode Fwp connected in reverse parallel to the high potential side power switching element Swp. . That is, when the phase current is input to the inverter IV side, when the power switching element Swn on the low potential side is turned on, the second sub switch Sws2 is turned on to perform shoot-through control. As a result, the current flowing through the high-potential side power switching element Swp before the shoot-through control gradually decreases as the current flowing through the second input-side inductor L2 gradually increases. Then, after the total current flowing through the power switching element Swp on the high potential side and the freewheel diode Fwp connected in reverse parallel thereto becomes zero, the power switching element Swp on the high potential side is turned off. Thereby, the situation where a recovery current flows can be suitably suppressed about the free wheel diode Fwp connected in antiparallel to the power switching element Swp on the high potential side.

(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図8に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図8において、先の図1に示した部材に対応する部材については便宜上同一の符号を付している。   FIG. 8 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 8, members corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals for the sake of convenience.

図示されるように、本実施形態では、サブスイッチSwsおよび入力側インダクタL間とインバータIVの負極との間に、エネルギ蓄積用スイッチング素子Sweを備える。このエネルギ蓄積用スイッチング素子Sweは、NチャネルのパワーMOS電界効果トランジスタであり、ダイオードDはその寄生ダイオードである。エネルギ蓄積用スイッチング素子Sweは、高電位側のスイッチング素子Swpに逆並列接続されたフリーホイールダイオードFwpのリカバリ電流対策手段であるとともに、電動機10の回生運転時(発電機としての駆動時)におけるメインスイッチSwmに逆並列接続されたダイオードのリカバリ電流対策手段でもある。なお、本実施形態では、サブスイッチSwsとして、スーパージャンクションMOS電界効果トランジスタよりも、リカバリ電流が増加から減少に転じた後の減少速度が小さくなるものを選択する。この際、オン抵抗(電圧降下量)が、スーパージャンクションMOS電界効果トランジスタよりも大きくなることを妨げない。これは、サブスイッチSwsの通電頻度が、パワースイッチング素子Swp,Swn等と比較して低いため、その導通損失の増加を無視しうることによる。   As illustrated, in the present embodiment, an energy storage switching element Swe is provided between the sub-switch Sws and the input-side inductor L and the negative electrode of the inverter IV. The energy storage switching element Swe is an N-channel power MOS field effect transistor, and the diode D is a parasitic diode. The energy storage switching element Swe is a recovery current countermeasure means for the freewheel diode Fwp connected in reverse parallel to the high potential side switching element Swp, and is the main during the regenerative operation of the motor 10 (during driving as a generator). It is also a recovery current countermeasure means of a diode connected in reverse parallel to the switch Swm. In the present embodiment, as the sub-switch Sws, a switch having a smaller decrease rate after the recovery current is changed from increase to decrease is selected as compared with the super junction MOS field effect transistor. At this time, the ON resistance (voltage drop amount) is not prevented from becoming larger than that of the super junction MOS field effect transistor. This is because the energization frequency of the sub switch Sws is lower than that of the power switching elements Swp, Swn, etc., so that the increase in conduction loss can be ignored.

図9に、本実施形態にかかるスイッチング操作手法を示す。詳しくは、図9(a)は、サブスイッチSwsの操作態様の推移を示し、図9(b)は、エネルギ蓄積用スイッチング素子Sweの操作態様の推移を示し、図9(c)は、メインスイッチSwmの操作態様の推移を示し、図9(d)は、1の高電位側のスイッチング素子Swpの操作態様の推移を示し、図9(e)は、図9(d)のパワースイッチング素子Swpと同相の低電位側のスイッチング素子Swnの操作態様の推移を示す。また、図9(f)は、入力側インダクタLを流れる電流iLの推移を示し、図9(g)は、サブスイッチSws(ボディーダイオードを含む)を流れる電流isの推移を示し、図9(h)は、エネルギ蓄積用スイッチング素子Swe(ボディーダイオードを含む)を流れる電流ieの推移を示し、図9(i)は、メインスイッチSwm(ボディーダイオードを含む)を流れる電流imの推移を示す。さらに、図9(j)は、高電位側のパワースイッチング素子Swp等(ボディーダイオードを含む)を流れる電流ipの推移を示し、図2(k)は、低電位側のパワースイッチング素子Swn等(ボディーダイオードを含む)を流れる電流inの推移を示し、図2(l)は、サブスイッチSwsと入力側インダクタLとの接続点の電圧V1の推移を示し、図2(m)は、パワースイッチング素子Swp,Swn間の電圧V2の推移を示す。なお、以下では、電動機10の回生運転時において、対象となる相において電動機10からインバータIVに電流が流れる場合を想定している。   FIG. 9 shows a switching operation method according to the present embodiment. Specifically, FIG. 9A shows the transition of the operation mode of the sub switch Sws, FIG. 9B shows the transition of the operation mode of the energy storage switching element Swe, and FIG. 9C shows the main mode. FIG. 9D shows the transition of the operation mode of the switch Swm, FIG. 9D shows the transition of the operation mode of the switching element Swp on the high potential side, and FIG. 9E shows the power switching device of FIG. The transition of the operation mode of the switching element Swn on the low potential side in phase with Swp is shown. FIG. 9F shows the transition of the current iL flowing through the input-side inductor L. FIG. 9G shows the transition of the current is flowing through the sub switch Sws (including the body diode). h) shows the transition of the current ie flowing through the energy storage switching element Swe (including the body diode), and FIG. 9 (i) shows the transition of the current im flowing through the main switch Swm (including the body diode). Further, FIG. 9 (j) shows the transition of the current ip flowing through the power switching element Swp on the high potential side (including the body diode), and FIG. 2 (k) shows the power switching element Swn on the low potential side ( 2 (l) shows the transition of the voltage V1 at the connection point between the sub switch Sws and the input side inductor L, and FIG. 2 (m) shows the power switching. The transition of the voltage V2 between the elements Swp and Swn is shown. In the following, it is assumed that a current flows from the motor 10 to the inverter IV in the target phase during the regenerative operation of the motor 10.

図示されるように、期間T0は、高電位側のパワースイッチング素子Swpがオン状態であって且つ低電位側のパワースイッチング素子Swnがオフ状態である期間である。この期間においては、高電位側のパワースイッチング素子SwpおよびメインスイッチSwmを介してバッテリ12へと電流が流れる。ここで、エネルギ蓄積用スイッチング素子Sweをオン操作することで期間T1に移行する。これにより、メインスイッチSwmへと流れていた電流の絶対値が漸減するとともに入力側インダクタLおよびエネルギ蓄積用スイッチング素子Sweを流れる電流の絶対値が漸増する。これら漸減速度および漸増速度は、入力側インダクタLのインダクタンスを「L」とし、入力電圧VDCを用いると、「VDC/L」となる。そして、メインスイッチSwmを流れる電流が負から正に反転し予め定められた値となることで、メインスイッチSwmをオフ操作し、期間T2に移行する。ここで、メインスイッチSwmを流れる電流が負である期間においても、そのボディーダイオードには電流が流れないため、リカバリは生じない。また、メインスイッチSwmを流れる電流は、メインスイッチSwmのオフ状態への切替速度によって制御することができる。   As illustrated, the period T0 is a period in which the high-potential side power switching element Swp is in the on state and the low potential side power switching element Swn is in the off state. During this period, a current flows to the battery 12 via the high potential side power switching element Swp and the main switch Swm. Here, the period T1 is shifted to by turning on the energy storage switching element Swe. As a result, the absolute value of the current flowing to the main switch Swm gradually decreases, and the absolute value of the current flowing through the input-side inductor L and the energy storage switching element Swe increases gradually. These gradually decreasing speed and gradually increasing speed are “VDC / L” when the inductance of the input-side inductor L is “L” and the input voltage VDC is used. Then, when the current flowing through the main switch Swm is reversed from negative to positive and becomes a predetermined value, the main switch Swm is turned off, and the period shifts to the period T2. Here, even in a period in which the current flowing through the main switch Swm is negative, no current flows through the body diode, so no recovery occurs. The current flowing through the main switch Swm can be controlled by the switching speed of the main switch Swm to the off state.

期間T2に移行すると、入力側インダクタLおよびエネルギ蓄積用スイッチング素子Sweを流れる電流のうち、相電流を上回る部分は、低電位側のフリーホイールダイオードFwnを流れるようになる。このため、パワースイッチング素子Swp,Swn間の電圧V2は、ゼロとなる(より詳しくは、バッテリ12の負極電位よりもフリーホイールダイオードFwnの順方向電圧降下量だけ低い値となる)。なお、この際、高電位側のパワースイッチング素子Swpにも電流が流れているため、パワースイッチング素子SwpとメインスイッチSwmとの接続点の電圧もゼロとなる。   When the period T2 starts, a portion of the current flowing through the input-side inductor L and the energy storage switching element Swe that exceeds the phase current flows through the low-potential-side freewheel diode Fwn. For this reason, the voltage V2 between the power switching elements Swp and Swn becomes zero (more specifically, the voltage V2 is lower than the negative potential of the battery 12 by the forward voltage drop amount of the freewheel diode Fwn). At this time, since a current also flows through the power switching element Swp on the high potential side, the voltage at the connection point between the power switching element Swp and the main switch Swm becomes zero.

ここで、高電位側のパワースイッチング素子Swpをオン状態としたまま、低電位側のパワースイッチング素子Swnをオン状態に切り替えることで期間T3に移行する。ここで、入力側インダクタLに印加される電圧はほぼゼロであるため、入力側インダクタLに流れる電流iLやエネルギ蓄積用スイッチング素子Sweに流れる電流は変化しない。   Here, while the high-potential side power switching element Swp is in the on state, the low-potential side power switching element Swn is switched to the on state to shift to the period T3. Here, since the voltage applied to the input side inductor L is substantially zero, the current iL flowing through the input side inductor L and the current flowing through the energy storage switching element Swe do not change.

次に、エネルギ蓄積用スイッチング素子Sweをオフ操作することで、期間T4に移行する。これにより、入力側インダクタLを流れていた電流は、サブスイッチSwsのボディーダイオードおよびバッテリ12を介してインバータIVの負極端子や、パワースイッチング素子Swn,Swpに流れるようになる。この際、入力側インダクタLには、入力電圧VDCが印加されるため、パワースイッチング素子Swn,Swpに流れる電流の絶対値は、「VDC/L」の速度で変化する。これにより、高電位側のパワースイッチング素子Swpに流れる電流は漸減してゼロとなる。ちなみに、この際、サブスイッチSwsのボディーダイオードにはリカバリ電流が流れ得る。しかし、サブスイッチSwsについては、上述したように、リカバリ電流が増加から減少に転じた後の減少速度が小さいため、サージを低減することができる。   Next, the energy storage switching element Swe is turned off to shift to the period T4. As a result, the current flowing through the input-side inductor L flows through the body diode of the sub switch Sws and the battery 12 to the negative terminal of the inverter IV and the power switching elements Swn and Swp. At this time, since the input voltage VDC is applied to the input-side inductor L, the absolute value of the current flowing through the power switching elements Swn and Swp changes at a speed of “VDC / L”. As a result, the current flowing through the power switching element Swp on the high potential side is gradually reduced to zero. Incidentally, at this time, a recovery current can flow through the body diode of the sub switch Sws. However, as described above, the sub switch Sws can reduce the surge because the rate of decrease after the recovery current changes from increasing to decreasing is small.

そして、高電位側のパワースイッチング素子Swpに流れる電流がゼロとなることで、高電位側のパワースイッチング素子Swpをオフ状態に切り替えることで、期間T5に移行する。さらに、低電位側のパワースイッチング素子Swnをオフ状態に切り替えることで、期間T6に移行する。   Then, when the current flowing through the high-potential side power switching element Swp becomes zero, the high-potential side power switching element Swp is switched to the OFF state, thereby shifting to the period T5. Furthermore, by switching the power switching element Swn on the low potential side to the off state, the period shifts to the period T6.

なお、その後、メインスイッチSwmおよび高電位側のパワースイッチング素子Swpをオン操作することで、期間T0に移行する。   After that, the main switch Swm and the high-potential side power switching element Swp are turned on to shift to the period T0.

このように、本実施形態では、高電位側のフリーホイールダイオードFwpおよびメインスイッチSwmのボディーダイオードのリカバリによるサージを回避することができる。   Thus, in the present embodiment, it is possible to avoid a surge due to recovery of the high-potential-side freewheel diode Fwp and the body diode of the main switch Swm.

図10に、本実施形態の効果についてのシミュレーション結果を従来技術(期間T1において、メインスイッチSwmをオン状態としない場合)と比較して示す。図示されるように、本実施形態では、メインスイッチSwm(ボディーダイオードを含む)の電流がゼロとなる際のサージを低減することができる。   In FIG. 10, the simulation result about the effect of this embodiment is shown in comparison with the prior art (when the main switch Swm is not turned on in the period T1). As shown in the figure, in this embodiment, it is possible to reduce a surge when the current of the main switch Swm (including the body diode) becomes zero.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(5)エネルギ蓄積用スイッチング素子SweおよびメインスイッチSwmをオン状態とした状態で、メインスイッチSwmおよびそのボディーダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点より後にメインスイッチSwmをオフ操作した。これにより、メインスイッチSwmのボディーダイオードにリカバリ電流が流れることを回避することができる。   (5) With the energy storage switching element Swe and the main switch Swm turned on, the main switch Swm was turned off after the total current flowing through the main switch Swm and its body diode became zero. Thereby, it is possible to avoid a recovery current from flowing through the body diode of the main switch Swm.

(6)低電位側のパワースイッチング素子Swnをオン状態へと切り替えるに際し、パワースイッチング素子Swp,Swnの双方をオン状態とし、その後、エネルギ蓄積用スイッチング素子Sweをオフ操作し、パワースイッチング素子Swpおよびそのボディーダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、パワースイッチング素子Swpをオフ操作した。これにより、ボディーダイオードに電流が流れることが無く、また仮に流れたとしてもボディーダイオードに高電圧が印加されないため、リカバリ電流が流れることを好適に回避することができる。   (6) When switching the power switching element Swn on the low potential side to the on state, both the power switching elements Swp and Swn are turned on, and then the energy storage switching element Swe is turned off, and the power switching element Swp and The power switching element Swp was turned off after the time when the total current flowing through the body diode became zero. As a result, no current flows through the body diode, and even if it flows, a high voltage is not applied to the body diode, so that a recovery current can be suitably avoided.

(7)サブスイッチSwsに逆並列接続されるフリーホイールダイオード(ボディーダイオード)として、フリーホイールダイオードFwpよりも、リカバリ電流の変化速度が小さいものを用いた。これにより、サブスイッチSwsのボディーダイオードにリカバリ電流が流れる際のサージを低減することができる。   (7) As the free wheel diode (body diode) connected in reverse parallel to the sub switch Sws, the one having a smaller recovery current change rate than the free wheel diode Fwp was used. Thereby, it is possible to reduce a surge when a recovery current flows through the body diode of the sub switch Sws.

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<パワースイッチング素子Swp,Swnについて>
パワースイッチング素子Swp,Swnとしては、スーパージャンクションMOS型電界効果トランジスタに限らず、任意の電界効果トランジスタであってもよい。ここでNチャネルにも限らず、Pチャネルであってもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
<About power switching elements Swp and Swn>
The power switching elements Swp and Swn are not limited to super junction MOS field effect transistors, and may be arbitrary field effect transistors. Here, not only the N channel but also the P channel may be used.

また、入力端子と出力端子とが入れ替わることで一対の端子のいずれか一方から他方と他方から一方との双方向の電流を許容するものにも限らず、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のように一方向の電流のみを許容するものであってもよい。この場合、フリーホイールダイオードをIGBTに逆並列接続することが望ましい。この構成を上記第1の実施形態に適用する場合、高電位側のパワースイッチング素子Swpをオン状態に切り替えることで低電位側のパワースイッチング素子Swnに逆並列に接続されるフリーホイールダイオードを流れる電流が漸減しゼロとなった時点の後に低電位側のパワースイッチング素子Swnをオフ操作することで一旦低電位側のパワースイッチング素子Swnに電流を流すことが望ましい。   In addition, the input terminal and the output terminal are interchanged so that the bidirectional current from one of the pair of terminals to the other and the other to the other is not limited to the one, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT). Alternatively, only one direction of current may be allowed. In this case, it is desirable to connect the free wheel diode in reverse parallel to the IGBT. When this configuration is applied to the first embodiment, the current flowing through the freewheeling diode connected in antiparallel to the low potential side power switching element Swn by switching the high potential side power switching element Swp to the on state. It is desirable that the current is once caused to flow through the low-potential side power switching element Swn by turning off the low-potential side power switching element Swn after the time when the voltage gradually decreases to zero.

なお、上記第4の実施形態において、パワースイッチング素子Swp,SwnとしてIGBTを用いる場合、期間T0〜T4に渡ってフリーホイールダイオードFwpに電流が流れる。しかし、この電流がゼロとなった時点以降までパワースイッチング素子Swpをオン状態に維持するなら、フリーホイールダイオードFwpの順方向電流がゼロとなる時点においてフリーホイールダイオードFwpに印加される電圧をゼロとすることができるため、リカバリ電流が流れない。このため、リカバリ電流の変化速度が遅い特性を有するものを用いる要求が生じないため、フリーホイールダイオードFwpとして、順方向電圧降下量が小さいものを選択することができ、ひいては損失を低減することができる。
<メインスイッチSwm、サブスイッチSwsについて>
上記第1〜第4の実施形態にかかるメインスイッチSwmとしては、スーパージャンクションMOS型電界効果トランジスタに限らず、任意の電界効果トランジスタであってもよい。ここでNチャネルにも限らず、Pチャネルであってもよい。また、IGBTを用いてもよい。なお、第4の実施形態においてIGBTを用いる場合、メインスイッチSwmおよびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードに流れる合計電流がゼロとなった時点の後にメインスイッチSwmをオフ操作することが望ましい。これにより、フリーホイールダイオードに電流が流れなくなる時点におけるフリーホイールダイオードの印加電圧をゼロにすることができるため、フリーホイールダイオードにリカバリ電流が流れることを好適に回避することができる。
In the fourth embodiment, when an IGBT is used as the power switching elements Swp and Swn, a current flows through the free wheel diode Fwp over the periods T0 to T4. However, if the power switching element Swp is kept on until the time when this current becomes zero, the voltage applied to the freewheel diode Fwp when the forward current of the freewheel diode Fwp becomes zero is set to zero. Recovery current does not flow. For this reason, since there is no need to use a diode having a slow recovery current change rate, it is possible to select a free wheel diode Fwp having a small forward voltage drop, thereby reducing loss. it can.
<Main switch Swm and sub switch Sws>
The main switch Swm according to the first to fourth embodiments is not limited to a super junction MOS field effect transistor, and may be any field effect transistor. Here, not only the N channel but also the P channel may be used. An IGBT may be used. In the case where the IGBT is used in the fourth embodiment, it is desirable to turn off the main switch Swm after the time when the total current flowing through the main switch Swm and the freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero. As a result, the applied voltage of the free wheel diode at the time when the current stops flowing to the free wheel diode can be made zero, so that it is possible to preferably avoid the recovery current from flowing to the free wheel diode.

上記第1〜第3の実施形態にかかるサブスイッチSwsとしては、スーパージャンクションMOS型電界効果トランジスタに限らず、任意の電界効果トランジスタであってもよい。ここでNチャネルにも限らず、Pチャネルであってもよい。また、IGBTを用いてもよい。   The sub switch Sws according to the first to third embodiments is not limited to a super junction MOS field effect transistor, and may be any field effect transistor. Here, not only the N channel but also the P channel may be used. An IGBT may be used.

また、第4の実施形態において、IGBT等を用いてもよい。
<フリーホイールダイオードFwp、Fwnの双方のリカバリ対策について>
フリーホイールダイオードFwp、Fwnの双方のリカバリ対策を行うための構成としては、上記第3、第4の実施形態において例示したものに限らない。例えば、先の図7に示した構成において、第1入力側インダクタL1、第1メインスイッチSwm1,第1サブスイッチSws1を削除し、ダイオードDに代えてエネルギ蓄積用スイッチング素子Sweを備えてもよい。
<ループ回路について>
シュートスルー制御による高電位側および低電位側のパワースイッチング素子Swp,Swnの双方オン状態から片方のオン状態への切り替えに際し、入力側インダクタLに流れる電流のうちの過剰分(相電流をうわまわる分)が流れるループ回路としては、バッテリ12を備えるものに限らない。例えば、先の図1において、入力側インダクタLに並列であって且つ、メインスイッチSwmに接続される端子側からサブスイッチSwsに接続される端子側へと進む方向を順方向とするダイオードを備える回路であってもよい。
In the fourth embodiment, an IGBT or the like may be used.
<Recovery measures for both freewheel diodes Fwp and Fwn>
The configuration for performing recovery measures for both the freewheel diodes Fwp and Fwn is not limited to the configuration exemplified in the third and fourth embodiments. For example, in the configuration shown in FIG. 7, the first input-side inductor L1, the first main switch Swm1, and the first sub switch Sws1 may be deleted, and the energy storage switching element Swe may be provided instead of the diode D. .
<About loop circuit>
When switching both the high-potential side and low-potential side power switching elements Swp and Swn from the on-state to the one-on state by shoot-through control, an excess of the current flowing through the input-side inductor L The loop circuit through which the minute) flows is not limited to the one provided with the battery 12. For example, in FIG. 1, a diode that is parallel to the input-side inductor L and has a forward direction from a terminal side connected to the main switch Swm to a terminal side connected to the sub switch Sws is provided. It may be a circuit.

また、上記ループ回路に備えられる整流手段としては、ダイオードに限らず、サイリスタやトランジスタ等のスイッチング素子であってもよい。この場合、上記各実施形態におけるダイオードDに電流が流れる期間に限って電流が流れるようにスイッチング素子を操作すればよい。
<電力変換回路について>
電力変換回路としては、3相回転機に接続されるインバータに限らない、例えば、高電位側のパワースイッチング素子Swpと低電位側のパワースイッチング素子Swnとの直列接続体に直流電源(バッテリ)が並列接続されて且つ、直列接続体の接続点と直流電源の負極とに、第1インダクタおよびコンデンサが並列接続される降圧コンバータであってもよい。なお、この場合、第1インダクタは、電力変換回路の構成部品である点に留意する。
Further, the rectifying means provided in the loop circuit is not limited to a diode, and may be a switching element such as a thyristor or a transistor. In this case, the switching element may be operated so that the current flows only during the period in which the current flows in the diode D in each of the above embodiments.
<About power conversion circuit>
The power conversion circuit is not limited to an inverter connected to a three-phase rotating machine. For example, a DC power source (battery) is connected to a series connection body of a high-potential side power switching element Swp and a low-potential side power switching element Swn. The step-down converter may be connected in parallel, and the first inductor and the capacitor are connected in parallel to the connection point of the series connection body and the negative electrode of the DC power supply. Note that in this case, the first inductor is a component of the power conversion circuit.

もっとも、出力電圧が入力電圧以下となるものにも限らず、例えば昇降圧チョッパ回路であってもよい。これは例えば、低電位側のパワースイッチング素子Swnに第1インダクタを介して直流電源を並列接続して且つ、高電位側のスイッチング素子と出力端子との間に第2インダクタを備えるものであってもよい。この昇降圧チョッパ回路の一対の出力端子には、コンデンサが設けられる。
<スナバコンデンサ>
スナバコンデンサとしては、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の直列接続体に並列接続されるものに限らない。例えば第1の実施形態において低電位側のパワースイッチング素子Swnに並列接続する等、シュートスルー制御後にオフ操作の対象とするスイッチング素子に並列接続してもよい。
<その他>
・上記第1〜第3の実施形態において、サブスイッチSws(Sws1,Sws2)をオン操作するタイミングは、パワースイッチング素子Swp(Swp,Swn)をオン操作するタイミングと同一でなくてもよく、例えばその後であってもよい。
However, the output voltage is not limited to the input voltage or less, and may be a step-up / down chopper circuit, for example. For example, a DC power source is connected in parallel to the low potential side power switching element Swn via the first inductor, and a second inductor is provided between the high potential side switching element and the output terminal. Also good. A capacitor is provided at a pair of output terminals of the step-up / down chopper circuit.
<Snubber capacitor>
As a snubber capacitor, it is not restricted to what is connected in parallel to the serial connection body of a high potential side switching element and a low potential side switching element. For example, in the first embodiment, it may be connected in parallel to the switching element to be turned off after the shoot-through control, such as being connected in parallel to the low-potential-side power switching element Swn.
<Others>
In the first to third embodiments, the timing for turning on the sub switch Sws (Sws1, Sws2) may not be the same as the timing for turning on the power switching element Swp (Swp, Swn). It may be after that.

・上記第3の実施形態において、第1入力側インダクタL1、第1メインスイッチSwm1,第1サブスイッチSwsを削除してもよい。これは、第1の実施形態とはリカバリ電流対策の施されるアームが相違する構成である。   In the third embodiment, the first input-side inductor L1, the first main switch Swm1, and the first sub switch Sws may be deleted. This is a configuration different from that of the first embodiment in the arm to which the recovery current countermeasure is applied.

・上記各実施形態において、相毎に、入力側インダクタ、メインスイッチ、サブスイッチを各別に備えてもよい。   In each of the above embodiments, an input-side inductor, a main switch, and a sub switch may be provided for each phase.

・上記第1〜第3の実施形態においても、電動機10を力行運転させるものに限らず、回生運転させてもよい。   -Also in the said 1st-3rd embodiment, it is not restricted to what makes the electric motor 10 carry out a power running operation, You may carry out a regenerative operation.

・上記第4の実施形態において、電動機10を回生運転させる代わりに、力行運転させてもよい。   In the fourth embodiment, instead of causing the electric motor 10 to be regenerated, a power running operation may be performed.

10…電動機(第1インダクタの一実施形態)、12…バッテリ、20…制御装置、IV…インバータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric motor (one embodiment of 1st inductor), 12 ... Battery, 20 ... Control apparatus, IV ... Inverter.

Claims (14)

第1インダクタを直流電源の正極側に接続するための高電位側スイッチング素子と、前記第1インダクタを前記直流電源の負極側に接続するための低電位側スイッチング素子との直列接続体を備える電力変換システムにおいて、
前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のうちの一方に、フリーホイールダイオードが逆並列に接続され、
前記直流電源の一対の端子のうち前記一方のスイッチング素子に直列接続された他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される端子と前記他方のスイッチング素子との間に接続される第2インダクタと、
前記他方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに際し、双方をオン状態とするシュートスルー制御手段と、
前記シュートスルー制御手段によって前記双方がオン状態とされた後、前記一方のスイッチング素子および該スイッチング素子に逆並列接続される前記フリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において前記一方のスイッチング素子をオフ操作するオフ操作手段とを備えることを特徴とする電力変換システム。
Electric power comprising a series connection body of a high potential side switching element for connecting the first inductor to the positive electrode side of the DC power source and a low potential side switching element for connecting the first inductor to the negative electrode side of the DC power source In the conversion system,
A free wheel diode is connected in reverse parallel to one of the high potential side switching element and the low potential side switching element,
A second inductor connected between the terminal connected to the first inductor by the other switching element connected in series to the one switching element of the pair of terminals of the DC power supply and the other switching element; ,
When switching the other switching element to the on state, shoot-through control means for turning both on,
After the both are turned on by the shoot-through control means, the one switching element after the time when the total current flowing through the one switching element and the freewheel diode connected in reverse parallel to the switching element becomes zero A power conversion system comprising: an off operation means for turning off the element.
前記オフ操作手段は、前記合計電流がゼロとなった後に前記一方のスイッチング素子をオフ操作することを特徴とする請求項1記載の電力変換システム。   2. The power conversion system according to claim 1, wherein the off-operation unit turns off the one switching element after the total current becomes zero. 前記一方のスイッチング素子を迂回して前記第2インダクタの両端を接続するループ回路を備え、
前記ループ回路は、前記オフ操作手段によって前記一方のスイッチング素子がオフ操作されることで前記第2インダクタに流れていた電流が流入することを許容して且つ該電流とは逆方向の電流を規制する整流手段を備えることを特徴とする請求項2記載の電力変換システム。
A loop circuit that bypasses the one switching element and connects both ends of the second inductor;
The loop circuit allows the current flowing in the second inductor to flow in by turning off the one switching element by the off operation means, and regulates a current in a direction opposite to the current. The power conversion system according to claim 2, further comprising a rectifier that performs the operation.
前記ループ回路は、前記直流電源を備えて構成されることを特徴とする請求項3記載の電力変換システム。   The power conversion system according to claim 3, wherein the loop circuit includes the DC power supply. 前記直列接続体の両端、または前記一方のスイッチング素子の両端にコンデンサが並列接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換システム。   5. The power conversion system according to claim 1, wherein capacitors are connected in parallel to both ends of the series connection body or to both ends of the one switching element. 前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側と前記他方のスイッチング素子とを接続して且つ前記第2インダクタを備える第1電気経路と、
該第1電気経路を開閉する第1開閉手段と、
前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側と前記他方のスイッチング素子とを接続して且つ前記第2インダクタを備えない第2電気経路と、
該第2電気経路を開閉する第2開閉手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換システム。
A first electrical path that connects the electrode side connected to the first inductor by the other switching element of the pair of electrodes of the DC power source and the other switching element and includes the second inductor;
First opening and closing means for opening and closing the first electrical path;
A second electrical path connecting the electrode side connected to the first inductor by the other switching element of the pair of electrodes of the DC power supply and the other switching element and not including the second inductor;
Second opening and closing means for opening and closing the second electric path;
The power conversion system according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記第1開閉手段および前記第2開閉手段には、それぞれ逆並列にフリーホイールダイオードが接続されていることを特徴とする請求項6記載の電力変換システム。   The power conversion system according to claim 6, wherein a free wheel diode is connected in antiparallel to each of the first opening / closing means and the second opening / closing means. 前記他方のスイッチング素子にフリーホイールダイオードが逆並列に接続され、
前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側には、前記第1開閉手段を介して前記第2インダクタが接続され、
前記直流電源の端子のうちの前記一方のスイッチング素子によって前記第1インダクタが接続される側の端子と前記第1開閉手段および前記第2インダクタ間との間を開閉するエネルギ蓄積用スイッチング素子と、
前記一方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに先立ち、前記第1開閉手段を開操作して且つ第2開閉手段を閉操作した状態で前記エネルギ蓄積用スイッチング素子をオン操作することで、前記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードの少なくとも一方に流れる電流を前記第2インダクタに流す処理を行うエネルギ蓄積処理手段と、
前記第2開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において前記第2開閉手段を開操作する開操作手段とを備えることを特徴とする請求項7記載の電力変換システム。
A freewheel diode is connected in antiparallel to the other switching element,
The second inductor is connected through the first opening / closing means to the electrode side connected to the first inductor by the other switching element of the pair of electrodes of the DC power supply,
An energy storage switching element that opens and closes between a terminal connected to the first inductor by the one switching element among the terminals of the DC power supply and between the first switching means and the second inductor;
Prior to switching the one switching element to the on state, the energy storage switching element is turned on with the first opening / closing means opened and the second opening / closing means closed. Energy storage processing means for performing a process of flowing a current flowing through at least one of the switching element and at least one of the free wheel diodes connected in reverse parallel thereto to the second inductor;
The opening / closing means for opening the second opening / closing means after the time when the total current flowing through the second opening / closing means and the freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero. The described power conversion system.
前記他方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに際し、双方をオン状態とするシュートスルー制御手段は、第1シュートスルー制御手段であり、
前記エネルギ蓄積処理手段によって前記エネルギ蓄積用スイッチング素子がオン操作された後、前記一方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに際し、双方をオン状態とする第2シュートスルー制御手段と、
該第2シュートスルー制御手段によって前記双方をオン状態とした後、前記エネルギ蓄積用スイッチング素子をオフ操作する手段と、
前記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、前記他方のスイッチング素子をオフ操作する手段とをさらに備えることを特徴とする請求項8記載の電力変換システム。
When switching the other switching element to the on state, the shoot-through control means for turning both on is the first shoot-through control means,
After the energy storage switching element is turned on by the energy storage processing means, when the one switching element is switched to the on state, the second shoot-through control means for turning on both of the switching elements;
Means for turning off the energy storage switching element after both of the two are turned on by the second shoot-through control means;
9. The apparatus according to claim 8, further comprising means for turning off the other switching element after a time when a total current flowing through the other switching element and a freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero. The described power conversion system.
第1インダクタを直流電源の正極側に接続するための高電位側スイッチング素子と、前記第1インダクタを前記直流電源の負極側に接続するための低電位側スイッチング素子との直列接続体を備える電力変換システムにおいて、
前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のうちの一方に直列接続される他方のスイッチング素子に、フリーホイールダイオードが逆並列に接続され、
前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される端子と前記他方のスイッチング素子との間に接続される第2インダクタと、
前記第2インダクタ側から前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側へと進む方向を順方向とするフリーホイールダイオードと、
該フリーホイールダイオードおよび前記第2インダクタ間と、前記直流電源の端子のうちの前記一方のスイッチング素子によって前記第1インダクタが接続される側の端子との間を開閉するエネルギ蓄積用スイッチング素子と、
前記直流電源の一対の電極のうち前記他方のスイッチング素子によって前記第1インダクタに接続される電極側と前記第1インダクタとを接続して且つ前記第2インダクタを備えない電気経路を開閉する開閉手段と、
前記開閉手段に逆並列接続されるフリーホイールダイオードと、
前記一方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに先立ち、前記開閉手段を閉操作した状態で前記エネルギ蓄積用スイッチング素子をオン操作することで、前記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードの少なくとも一方に流れる電流を前記第2インダクタに流す処理を行うエネルギ蓄積処理手段と、
前記開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において前記開閉手段を開操作する開操作手段とを備えることを特徴とする電力変換システム。
Electric power comprising a series connection body of a high potential side switching element for connecting the first inductor to the positive electrode side of the DC power source and a low potential side switching element for connecting the first inductor to the negative electrode side of the DC power source In the conversion system,
A free wheel diode is connected in antiparallel to the other switching element connected in series to one of the high potential side switching element and the low potential side switching element,
A second inductor connected between the terminal connected to the first inductor by the other switching element and the other switching element;
A freewheeling diode having a forward direction from the second inductor side to the electrode side connected to the first inductor by the other switching element of the pair of electrodes of the DC power supply;
An energy storage switching element that opens and closes between the free wheel diode and the second inductor, and a terminal connected to the first inductor by the one switching element among the terminals of the DC power supply;
Opening / closing means for opening and closing an electrical path that is connected to the first inductor by the other switching element of the pair of electrodes of the DC power source and the first inductor and does not include the second inductor. When,
A freewheeling diode connected in reverse parallel to the switching means;
Prior to switching the one switching element to the on state, the energy storage switching element is turned on in a state in which the opening / closing means is closed, so that the other switching element and the free connected in reverse parallel thereto are connected. Energy storage processing means for performing a process of flowing a current flowing through at least one of the wheel diodes through the second inductor;
A power conversion system comprising: an opening / closing means for opening / closing the opening / closing means after a time point when a total current flowing through the opening / closing means and a freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero.
前記エネルギ蓄積処理手段によって前記エネルギ蓄積用スイッチング素子がオン操作された後、前記一方のスイッチング素子をオン状態へと切り替えるに際し、双方をオン状態とする制御手段と、
該制御手段によって前記双方をオン状態とした後、前記エネルギ蓄積用スイッチング素子をオフ操作する手段と、
前記他方のスイッチング素子およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなる時点以降において、前記他方のスイッチング素子をオフ操作する手段とをさらに備えることを特徴とする請求項10記載の電力変換システム。
After the energy storage switching element is turned on by the energy storage processing means, when the one switching element is switched to the on state, the control means for turning on both of the switching elements;
Means for turning off the energy storage switching element after both are turned on by the control means;
The apparatus further comprises means for turning off the other switching element after the time when the total current flowing through the other switching element and the freewheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero. The described power conversion system.
前記一方のスイッチング素子に逆並列接続されるフリーホイールダイオードよりも前記エネルギ蓄積用スイッチング素子および前記第2インダクタ間に接続されるフリーホイールダイオードの方が、リカバリ電流の変化速度が小さいことを特徴とする請求項9または11記載の電力変換システム。   The free wheel diode connected between the energy storage switching element and the second inductor has a smaller change rate of the recovery current than the free wheel diode connected in reverse parallel to the one switching element. The power conversion system according to claim 9 or 11. 前記開操作手段は、前記第2インダクタおよび前記他方のスイッチング素子間に接続される開閉手段およびこれに逆並列接続されるフリーホイールダイオードを流れる合計電流がゼロとなった後に当該開閉手段をオフ操作することを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載の電力変換システム。   The opening operation means operates to turn off the opening / closing means after the total current flowing through the opening / closing means connected between the second inductor and the other switching element and the free wheel diode connected in reverse parallel thereto becomes zero. The power conversion system according to any one of claims 8 to 12, wherein: 前記一対のスイッチング素子は、入力端子と出力端子とが入れ替わることでこれら一対の端子間を電流が双方向に流れることを許容するものであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の電力変換システム。   The pair of switching elements allow a current to flow bidirectionally between the pair of terminals by switching between the input terminal and the output terminal. The power conversion system according to item.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018121475A (en) * 2017-01-26 2018-08-02 株式会社デンソー Power conversion device

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JP2018117448A (en) * 2017-01-18 2018-07-26 株式会社デンソー Rotating electrical machine system
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