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電力変換装置

国内特許コード P150012171
整理番号 S2015-0289-N0
掲載日 2015年8月3日
出願番号 特願2014-257934
公開番号 特開2016-119773
出願日 平成26年12月19日(2014.12.19)
公開日 平成28年6月30日(2016.6.30)
発明者
  • 磯部 高範
  • 岩室 憲幸
  • 只野 博
  • 矢野 裕司
出願人
  • 国立大学法人 筑波大学
発明の名称 電力変換装置
発明の概要 【課題】低コスト化が図られた、高性能かつ信頼性の高い電力変換装置を提供する。
【解決手段】直流電源の高電位端子と出力端子との間に接続される第1のスイッチング素子と、前記直流電源の低電位端子と前記出力端子との間に接続される第2のスイッチング素子と、を有するスイッチングレグと、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを、相補的にオンオフ動作させる駆動回路と、を備えた電力変換装置において、前記第1のスイッチング素子はNチャネルIGBTまたはNチャネルMOSFETであり、前記第2のスイッチング素子はPチャネルIGBTまたはPチャネルMOSFETであり、前記駆動回路は、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子各々のゲート端子とエミッタ端子またはソース端子との間を共通に駆動する駆動信号を出力する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


従来から、多相交流電力を直流電力に変換する多相コンバータ回路や、直流電力を多相交流電力に変換する多相インバータ回路などの電力変換装置が用いられている。これらの電力変換装置は、所定の電圧を出力するために、スイッチングレグと呼ばれる上段アーム側のスイッチング素子と下段アーム側のスイッチング素子とが直列に接続された構成を入力もしくは出力の相数分備えた、いわゆるブリッジ回路で構成されている。また、各アームのスイッチング素子のオンオフを行うために、ゲート駆動回路を用いることが一般的となっている。



ところで、このようなスイッチングレグと、駆動回路とを備えた電力変換装置では、従来のSi(Silicon)半導体を用いたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子が使用されている。



このような電力変換装置は、スイッチングレグを構成する2つのスイッチング素子を、NチャネルIGBTかNチャネルMOSFETのいずれか一方で構成することが行われていた。また、下記特許文献1には、NチャネルIGBTとPチャネルIGBTからなるパワー回路部(スイッチングレグ)および制御回路部(駆動回路)とを備えるパワー半導体モジュールについて開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、スイッチングレグと、当該スイッチングレグを相補的にオンオフ動作させる駆動回路とを備えた電力変換装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
直流電源の高電位端子と出力端子との間に接続される第1のスイッチング素子と、前記直流電源の低電位端子と前記出力端子との間に接続される第2のスイッチング素子と、を有するスイッチングレグと、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを、相補的にオンオフ動作させる駆動回路と、を備えた電力変換装置において、
前記第1のスイッチング素子はNチャネルIGBTまたはNチャネルMOSFETであり、
前記第2のスイッチング素子はPチャネルIGBTまたはPチャネルMOSFETであり、
前記駆動回路は、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子各々のゲート端子とエミッタ端子またはソース端子との間を共通に駆動する駆動信号を出力する、
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】
前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子は、SiCデバイスである、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。

【請求項3】
前記スイッチングレグを複数台備え、複数台のスイッチングレグ各々に対して前記駆動回路を設けて構成される、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。

【請求項4】
前記駆動回路は、絶縁電源とフォトカプラを備え、
前記絶縁電源は、前記スイッチングレグの前記出力端子に接続される基準電圧入力端子の電位を基準電位として、前記基準電位より高い電位を生成して、生成した電位を第1の電源電圧出力端子から出力し、前記基準電位より低い電位を生成して、生成した電位を第2の電源電圧出力端子から出力し、
前記フォトカプラは、出力回路側の電源のうち高電位側電源が前記第1の電源電圧出力端子に接続され、低電位側電源が前記第2の電源電圧出力端子に接続され、入力信号がHレベルのとき、電位が高電位の前記駆動信号を前記ゲート端子に接続された第2の出力端子へ出力し、前記入力信号がLレベルのとき、電位が低電位の前記駆動信号を前記第2の出力端子へ出力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3いずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項5】
前記駆動回路は、絶縁電源とフォトカプラと第2のフォトカプラを備え、
前記絶縁電源は、基準電圧入力端子の電位を基準電位として、前記基準電位より高い電位を生成して、生成した電位を第1の電源電圧出力端子から出力し、前記基準電位より低い電位を生成して、生成した電位を第2の電源電圧出力端子から出力し、
前記フォトカプラは、出力回路側の電源のうち高電位側電源が前記第1の電源電圧出力端子に接続され、低電位側電源が前記第2の電源電圧出力端子に接続され、入力信号がHレベルのとき、電位が高電位の前記駆動信号を前記ゲート端子に接続された第2の出力端子へ出力し、前記入力信号がLレベルのとき、電位が低電位の前記駆動信号を前記第2の出力端子へ出力し、
前記第2のフォトカプラは、出力回路側の電源のうち高電位側電源が前記第1の電源電圧出力端子に接続され、低電位側電源が前記基準電圧入力端子に接続され、第2の入力信号がHレベルのとき、電位が高電位の第2の駆動信号を前記出力端子に接続された第3の出力端子へ出力し、前記第2の入力信号がLレベルのとき、電位が前記基準電位の第2の駆動信号を前記第3の出力端子へ出力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3いずれか一項に記載の電力変換装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014257934thum.jpg
出願権利状態 公開
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