多电平电力变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多相的多电平电力变换装置，特别是涉及在各相中共用地使用了飞跨 电容(flyingcapacitor)的多电平电力变换装置。
【背景技术】
[0002] 图29是示出专利文献1中的多电平电力变换装置的电路结构图。通过将相电压基 准点设为端子〇，将直流电压源DCC1、DCC2控制为2E，将飞跨电容FC1、FC2控制为E，能够从输 出端子U、V、W输出2E、E、0、-E、-2E这5电平的相电压。
[0003] 另外，在图29中，各开关元件Sul~Su8、Svl~Sv8、Swl~Sw8和各二极管元件Su9~ Sul2、Sv9~Svl2、Sw9~Swl2的稳态时的最大施加电压是E。为了使该最大施加电压在全部 开关元件和二极管元件中相等，将Su6b和Su8这两个串联地构成。关于开关元件Su7和Su5b、 Sv6b和Sv8、Sv7和Sv5b、Sw6b和Sw8、Sw7和Sw5b、Su9和SulO、Sull和Sul2、Sv9和SvlO、Svll和 Svl2、Sw9 和SwlO、Swl1 和Swl2 也是同样的。
[0004]另外，提出了图30所示那样的多电平电力变换装置。图29、图30所示的电路通过3 相共用所使用的直流电压源DCC1、DCC2、飞跨电容FC1、FC2而削减所使用的电容器的数量， 实现装置的小型化。
[0005]现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特愿2013-132261号
【发明内容】
[0008]图29的电路能够输出5电平的相电压，每1相由10个开关元件和4个二极管元件构 成。当对图29考虑使用三相DC/AC变换器时，所使用的开关元件数是30个，二极管元件数是 12个，合计数成为42个。像这样，在现有的多电平电力变换装置中，所使用的元件的数量多， 装置变得高成本、大型化。
[0009]图30所示的多电平电力变换装置与输出的相电压电平无关，而能够任意地选择共 用的飞跨电容的充放电模式(pattern)。但是，由于在各相中独立地使用直流电压源DCC1、 DCC2、飞跨电容FC1、FC2以外的元件，所以开关元件的数量变多，装置变得高成本、大型化。 例如，在图30所示的3相的5电平电力变换装置中，每3相也需要48个开关元件。
[0010]另外，如图31所示，通过设置Μ相共用的开关元件S1、S2,能够削减所使用的开关元 件的总数，但存在无法任意地选择各相共用的飞跨电容FC1、FC2的充放电模式这样的缺点。 [0011]图32示出输出相电压电平E、-E的开关模式。另外，图33示出在飞跨电容FC2中无法 任意地选择的充放电模式例。另外，图中的?表示导通的开关元件。
[0012]如图32所不，对输出相电压电平E、-E，分别有各两种模式的输出方法，在E的模式 中，能够进行飞跨电容FC2的充电、放电，在-E的模式中，能够进行飞跨电容FC1的充电、放 电。
[0013]但是，如图33所不，由于在U相是E、V相是0、W相是-E时，当同时使用图32的（b)、（d) 的模式时，开关元件Su4、Sul4、Sl同时导通，所以直流电压源DCC2和飞跨电容FC2发生短路。
[0014]因此，可知为了避免直流电压源DCC2和飞跨电容FC2的短路而输出E，无法应用图 32的（b)的输出模式而被限制为图32的(a)的输出模式。当像这样充放电的模式被限制时， 产生如下的问题:飞跨电容FC1和FC2的充放电无法任意地切换，控制方式变得复杂。
[0015]根据如以上所示那样的情况，在多相的多电平电力变换装置中，减少所使用的元 件的数量，实现装置的成本降低、小型化成为课题。
[0016]本发明是鉴于上述现有的问题而研究出的，其一个方案为一种多电平电力变换装 置，生成从直流电压源、飞跨电容以及电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特 征在于，具备:N个串联连接的各相共用的直流电压源，其中N2 2;各相共用的第1飞跨电容， 该各相共用的第1飞跨电容的一端连接于各直流电压源的负极端；各相共用的第2飞跨电 容，该各相共用的第2飞跨电容的一端连接于各直流电压源的正极端；以及Μ相的相模块，将 第1飞跨电容的正极端、负极端、第2飞跨电容的正极端、负极端作为输入端子，在所述相模 块中，对各输入端子连接开关元件的一端，将相邻的两个开关元件的另一端彼此连接，对将 另一端彼此连接的开关元件的共用连接点连接开关元件的一端，将其重复直至开关元件成 为两个的最终级为止，在最终级的两个开关元件的另一端之间串联连接两个输出级的开关 元件，针对输出级的两个开关元件并联地连接电容器，将输出级的开关元件的共用连接点 作为输出端子，在所述相模块中，通过对各开关元件选择性地进行接通、关断（〇N、OFF)控 制，从输出端子输出所述输入端子中的某一个端子的电位、或者对所述输入端子中的某一 个端子的电位加上、减去电容器的电压而得到的电位，其中Μ2 2。
[0017]另外，作为另一方案，提供一种多电平电力变换装置，生成从直流电压源、飞跨电 容以及电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备:Ν个串联连接的 各相共用的直流电压源，其中Ν2 2;第1飞跨电容，该第1飞跨电容的正极端连接于第η直流 电压源和第η+1直流电压源的共用连接点，其中η为奇数，η+1为偶数;第2飞跨电容，该第2飞 跨电容的负极端连接于各η直流电压源和第η+1直流电压源的共用连接点；以及Μ相的相模 块，将第η直流电压源的负极端、第1飞跨电容的负极端、第η+1直流电压源的正极端、第2飞 跨电容的正极端作为输入端子，在所述相模块中，对各输入端子连接开关元件的一端，将相 邻的两个开关元件的另一端彼此连接，对将另一端彼此连接的开关元件的共用连接点连接 开关元件的一端，将其重复直至开关元件成为两个的最终级为止，在最终级的两个开关元 件的另一端之间串联连接两个输出级的开关元件，针对输出级的两个开关元件并联地连接 电容器，将输出级的开关元件的共用连接点作为输出端子，在所述相模块中，通过对各开关 元件选择性地进行接通、关断控制，从输出端子输出所述输入端子中的某一个端子的电位、 或者对所述输入端子中的某一个端子的电位加上、减去电容器的电压而得到的电位。
[0018]另外，作为另一方案，提供一种多电平电力变换装置，生成从直流电压源、飞跨电 容以及电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备:两个串联连接的 各相共用的直流电压源;各相共用的Ν个第1~第Ν飞跨电容，该各相共用的Ν个第1~第Ν飞 跨电容的负极端依次串联连接于第1直流电压源的负极端;各相共用的Ν个第2Ν~第Ν+1飞 跨电容，该各相共用的Ν个第2Ν~第Ν+1飞跨电容的正极端依次串联连接于第1直流电压源 与第2直流电压源的共用连接点；各相共用的Ν个第2Ν+1~第3Ν飞跨电容，该各相共用的Ν个 第2N+1~第3N飞跨电容的负极端依次串联连接于第1直流电压源与第2直流电压源的共用 连接点；各相共用的N个第4N~第3N+1飞跨电容，该各相共用的N个第4N~第3N+1飞跨电容 的正极端依次串联连接于第2直流电压源的正极端；以及Μ相的相模块，将第1飞跨电容的正 极端、负极端、第2~第Ν飞跨电容的正极端、第Ν+1~第2Ν飞跨电容的负极端、第2Ν+1~第3Ν 飞跨电容的正极端、第3Ν+1~第4Ν-1飞跨电容的负极端、第4Ν飞跨电容的正极端、负极端作 为输入端子，在所述相模块中，对各输入端子连接开关元件的一端，将相邻的两个开关元件 的另一端彼此连接，对将另一端彼此连接的开关元件的共用连接点连接开关元件的一端， 将其重复直至开关元件成为两个的最终级为止，在最终级的两个开关元件的另一端之间串 联连接两个输出级的开关元件，针对输出级的两个开关元件并联地连接电容器，将输出级 的开关元件的共用连接点作为输出端子，在所述相模块中，通过对各开关元件选择性地进 行接通、关断控制，从输出端子输出所述输入端子中的某一个端子的电位、或者对所述输入 端子中的某一个端子的电位加上、减去电容器的电压而得到的电位。
[0019]另外，作为另一方案，提供一种多电平电力变换装置，生成从直流电压源、飞跨电 容以及电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备:两个串联连接的 各相共用的直流电压源;各相共用的Ν个第1~第Ν飞跨电容，该各相共用的Ν个第1~第Ν飞 跨电容的负极端依次串联连接于第1直流电压源的负极侧;各相共用的Ν个第Ν+1~第2Ν飞 跨电容，该各相共用的Ν个第Ν+1~第2Ν飞跨电容的正极端依次串联连接于第2直流电压源 的正极侧；以及Μ相的相模块，将第1飞跨电容的正、负极端、第2~第Ν飞跨电容的正极端、第 Ν+1~第2Ν-1飞跨电容的负极端、第2Ν飞跨电容的正、负极端作为输入端子，在所述相模块 中，对各输入端子连接开关元件的一端，将相邻的两个开关元件的另一端彼此连接，对将另 一端彼此连接的开关元件的共用连接点连接开关元件的一端，将其重复直至开关元件成为 两个的最终级为止，在最终级的两个开关元件的另一端之间串联连接两个输出级的开关元 件，针对输出级的两个开关元件并联地连接电容器，将输出级的开关元件的共用连接点作 为输出端子，在所述相模块中，通过对各开关元件选择性地进行接通、关断控制，从输出端 子输出所述输入端子中的某一个端子的电位、或者对所述输入端子中的某一个端子的电位 加上、减去电容器的电压而得到的电位。
[0020] 另外，可以将第1直流电压源和第2直流电压源合并为1个直流电压源。
[0021] 另外，作为另一方案，提供一种多电平电力变换装置，生成从直流电压源以及电容 器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备:2Ν+2个串联连接的各相共用 的直流电压源；以及Μ相的相模块，将第1、第2Ν+2直流电压源的正极端、负极端、第2~第Ν直 流电压源的正极端、第Ν+3~第2Ν+1直流电压源的负极端作为输入端子，在所述相模块中， 对各输入端子连接开关元件的一端，将相邻的两个开关元件的另一端彼此连接，对将另一 端彼此连接的开关元件的共用连接点连接开关元件的一端，将其重复直至开关元件成为两 个的最终级为止，在最终级的两个开关元件的另一端之间串联连接两个输出级的开关元 件，针对输出级的两个开关元件并联地连接电容器，将输出级的开关元件的共用连接点作 为输出端子，在所述相模块中，通过对各开关元件选择性地进行接通、关断控制，从输出端 子输出所述输入端子中的某一个端子的电位、或者对所述输入端子中的某一个端子的电位 加上、减去电容器的电压而得到的电位。
[0022]另外，可以将第Ν+1直流电压源和第Ν+2直流电压源合并为1个直流电压源。
[0023]另外，作为另一方案，提供一种多电平电力变换装置，生成从直流电压变换为多个 电压电平的交流输出，其特征在于，具备:N个串联连接的各相共用的直流电压源，其中N2 2;各相共用的基本单元，具有:一端连接于各直流电压源的正极端的第1半导体元件，一端 连接于各直流电压源的负极端的第2半导体元件，在第1半导体元件的另一端与第2半导体 元件的另一端之间连接的飞跨电容，以及在第1半导体元件和飞跨电容的共用连接点与第2 半导体元件和飞跨电容的共用连接点之间串联连接的第3、第4半导体元件；以及Μ相的相模 块，将第1半导体元件的一端和第2半导体元件的一端中的至少一方、以及第3、第4半导体元 件的共用连接点作为输入端子，在各输入端子与输出端子之间具有开关元件，该Μ相的相模 块对各开关元件选择性地进行接通、关断控制，其中Μ2 3。
[0024]另外，作为其一个方案，其特征在于，在所述相模块中，对各输入端子连接开关元 件的一端，将相邻的两个开关元件的另一端彼此连接，对将另一端彼此连接的开关元件的 共用连接点连接开关元件的一端，将其重复直至开关元件成为两个的最终级为止，在最终 级的两个开关元件的另一端之间串联连接两个输出级的开关元件，针对输出级的两个开关 元件并联地连接电容器，将输出级的开关元件的共用连接点作为输出端子，通过对各开关 元件选择性地进行接通、关断控制，从输出端子输出所述输入端子中的某一个端子的电位、 或者对所述输入端子中的某一个端子的电位加上、减去电容器的电压而得到的电位。
[0025]另外，作为另一方案，其特征在于，在所述相模块中，对第1半导体元件的一端和第 2半导体元件的一端中的一方连接第1开关元件的一端，对第3、第4半导体元件的共用连接 点连接第2开关元件的一端，将第1、第2开关元件的另一端彼此连接，对第1、第2开关元件的 共用连接点连接第3开关元件的一端，对第3开关元件的另一端，连接将第4开关元件和第5 开关元件串联连接而成的串联电路的一端，对第1半导体元件的一端和第2半导体元件的一 端中的另一方的共用连接点，连接第1二极管的阴极和第2二极管的阳极，针对第1二极管和 第2二极管并联地连接将第4开关元件和第5开关元件串联连接而成的串联电路，将第4、第5 开关元件的共用连接点作为输出端子，或者在有多个第4、第5开关元件的情况下，对第4、第 5开关元件的共用连接点连接开关元件的一端，将相邻的两个开关元件的另一端彼此连接， 对将另一端彼此连接的开关元件的共用连接点连接开关元件，将其重复直至开关元件成为 两个的输出级为止，将输出级的两个开关元件的共用连接点作为输出端子，通过对各开关 元件选择性地进行接通、关断控制，从输出端子输出所述输入端子中的某一个端子的电位。 [0026]另外，作为另一方案，其特征在于，在所述相模块中，对第1半导体元件的一端和第 2半导体元件的一端中的一方连接第1开关元件的一端，对第3、第4半导体元件的共用