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JP2001186780A - Power supply - Google Patents

Power supply

Info

Publication number
JP2001186780A
JP2001186780A JP36926999A JP36926999A JP2001186780A JP 2001186780 A JP2001186780 A JP 2001186780A JP 36926999 A JP36926999 A JP 36926999A JP 36926999 A JP36926999 A JP 36926999A JP 2001186780 A JP2001186780 A JP 2001186780A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
circuit
supply device
conversion circuit
power
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP36926999A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigenori Kinoshita
繁則 木下
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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 Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP36926999A priority Critical patent/JP2001186780A/en
Publication of JP2001186780A publication Critical patent/JP2001186780A/en
Pending legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、寄生ダイオード
を有するユニポーラトランジスタからなる複数組のスイ
ッチアームと、電力貯蔵手段とを用いて構成する電源装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device using a plurality of sets of switch arms each composed of a unipolar transistor having a parasitic diode, and power storage means.

【0002】[0002]

【従来の技術】図12は、この種の電源装置として代表
的なシステム構成図である。
2. Description of the Related Art FIG. 12 is a typical system configuration diagram of this type of power supply device.

【0003】図12において、1は交流電源としての商
用電源、2は電源装置、3は商用電源1側の交流フィル
タ、4は順変換回路、5は平滑コンデンサ、6は逆変換
回路、7は逆変換回路6の出力側の交流フィルタ、8は
チョッパ回路、9は電力貯蔵手段としての電池、10は
電源装置2の負荷である。
In FIG. 12, 1 is a commercial power supply as an AC power supply, 2 is a power supply device, 3 is an AC filter on the side of the commercial power supply 1, 4 is a forward conversion circuit, 5 is a smoothing capacitor, 6 is an inverse conversion circuit, 7 is An AC filter on the output side of the inverse conversion circuit 6, 8 is a chopper circuit, 9 is a battery as power storage means, and 10 is a load of the power supply device 2.

【0004】この電源装置2において、商用電源1が正
常な場合は、順変換回路4で整流し、平滑コンデンサ5
で平滑した直流電圧を逆変換回路6で商用電源1とほぼ
同じ交流電圧に変換して負荷10に給電する。また、順
変換回路4の出力からチョッパ回路8を介して電池9を
充電する。商用電源1が停電などの異常時には、電池9
の電力をチョッパ回路8と逆変換回路7とを介して負荷
10に供給する。すなわち、負荷10への供給電源は商
用電源1が喪失しても、電池9から無瞬断で負荷10に
交流電力が供給されるので無停電電源装置(UPS)と
呼ばれている。
In the power supply device 2, when the commercial power supply 1 is normal, the power is rectified by the forward conversion circuit 4 and
The DC voltage smoothed in step (1) is converted to an AC voltage substantially the same as that of the commercial power supply 1 by the inverse conversion circuit 6 and supplied to the load 10. Also, the battery 9 is charged from the output of the forward conversion circuit 4 via the chopper circuit 8. When the commercial power supply 1 is abnormal such as a power failure, the battery 9
Is supplied to the load 10 via the chopper circuit 8 and the inverse conversion circuit 7. That is, the power supply to the load 10 is called an uninterruptible power supply (UPS) because the AC power is supplied from the battery 9 to the load 10 without interruption even if the commercial power supply 1 is lost.

【0005】図13は、図12に示した電源装置2に備
える複数組のスイッチアームを形成するそれぞれの半導
体スイッチ回路に、バイポーラトランジスタであるIG
BTを用いた場合の詳細回路構成図を示し、順変換回路
と逆変換回路とはそれぞれ1組のスイッチアームで構成
している。
FIG. 13 shows that each of the semiconductor switch circuits forming a plurality of sets of switch arms provided in the power supply device 2 shown in FIG.
FIG. 3 is a detailed circuit configuration diagram in the case of using a BT. The forward conversion circuit and the inverse conversion circuit are each configured by one set of switch arms.

【0006】図13において、2aは電源装置2として
の電源装置、3aは交流フィルタ3としての交流フィル
タ、4aは順変換回路4としてのスイッチアーム、5a
は平滑コンデンサ5としての平滑コンデンサ、この平滑
コンデンサ5aはコンデンサ5a1とコンデンサ5a2
とからなり、6aは逆変換回路6としてのスイッチアー
ム、7aは交流フィルタ7としての交流フィルタ、8a
はチョッパ回路8を構成するスイッチアーム、8bはチ
ョッパ回路8を構成する直流リアクトル、8cはチョッ
パ回路8を構成する平滑コンデンサである。
In FIG. 13, reference numeral 2a denotes a power supply as the power supply 2; 3a, an AC filter as the AC filter 3; 4a, a switch arm as the forward conversion circuit 4;
Is a smoothing capacitor as the smoothing capacitor 5, and this smoothing capacitor 5a is a capacitor 5a1 and a capacitor 5a2.
6a is a switch arm as an inverse conversion circuit 6, 7a is an AC filter as an AC filter 7, 8a
Is a switch arm that forms the chopper circuit 8, 8b is a DC reactor that forms the chopper circuit 8, and 8c is a smoothing capacitor that forms the chopper circuit 8.

【0007】すなわち、図13に示した回路構成では、
周知の如く、スイッチアーム4aと平滑コンデンサ5a
とで整流電源機能を有し、また、スイッチアーム6aと
平滑コンデンサ5aとでインバータ機能を有する。
That is, in the circuit configuration shown in FIG.
As is well known, the switch arm 4a and the smoothing capacitor 5a
Have a rectifying power supply function, and the switch arm 6a and the smoothing capacitor 5a have an inverter function.

【0008】図14は、図12に示した電源装置とは機
能が異なったシステム構成図を示し、商用電源1が正常
時は開閉器200を閉路状態にして、商用電源1から負
荷10に給電しつつ、スイッチアームで構成された順,
逆変換回路60を整流回路動作にし、この整流電圧を平
滑コンデンサ50で平滑し、スイッチアームなどで構成
されたチョッパ回路80を介して電池90を充電する。
また、商用電源1が停電などの異常時は開閉器200を
開路状態にして、電池90の電力をチョッパ回路80
と、インバータ動作にした順,逆変換回路60と、交流
フィルタ70とを介して商用電源1の正常時とほぼ同じ
交流電圧を負荷10に供給する、所謂、待機式の無停電
電源装置(SPS)である。
FIG. 14 shows a system configuration diagram having a function different from that of the power supply device shown in FIG. 12. When the commercial power supply 1 is normal, the switch 200 is closed to supply power from the commercial power supply 1 to the load 10. In the order of the switch arm,
The reverse conversion circuit 60 is operated as a rectifier circuit, the rectified voltage is smoothed by the smoothing capacitor 50, and the battery 90 is charged via the chopper circuit 80 including a switch arm and the like.
When the commercial power supply 1 is in an abnormal state such as a power failure, the switch 200 is opened, and the power of the battery 90 is
A so-called standby type uninterruptible power supply (SPS) for supplying an AC voltage substantially equal to that in the normal state of the commercial power supply 1 to the load 10 via the forward / inverting circuit 60 and the AC filter 70 in the inverter operation. ).

【0009】図15は、上述の図13,図14を構成す
るそれぞれのスイッチアームの詳細回路構成図であり、
1例として、図13に示したスイッチアーム4aの回路
構成について示し、4apはP側の半導体スイッチ回
路、4anはN側の半導体スイッチ回路、4ap1,4
an1はIGBT、4ap2,4an2はダイオード、
4agpはIGBT4ap1のゲート駆動回路、4ag
nはIGPT4an1のゲート駆動回路である。
FIG. 15 is a detailed circuit configuration diagram of each switch arm constituting FIGS. 13 and 14.
As an example, the circuit configuration of the switch arm 4a shown in FIG. 13 is shown, 4ap is a P-side semiconductor switch circuit, 4an is an N-side semiconductor switch circuit, 4ap1, 4
an1 is an IGBT, 4ap2, 4an2 are diodes,
4agp is a gate drive circuit of the IGBT 4ap1, 4ag
n is a gate drive circuit of IGPT4an1.

【0010】図16は、図15に示したスイッチアーム
4apの代表的なオン特性を示す。
FIG. 16 shows typical ON characteristics of the switch arm 4ap shown in FIG.

【0011】この図からも明らかなように、順方向通流
時のオン特性はバイポーラトランジスタ特有の立ち上が
り電圧Votを示し、この立ち上がり電圧VotはIGB
Tの出力トランジスタ1段では1ボルト程度、3段ダー
リントントランジスタでは3ボルト程度になる。また、
逆方向通流時はバイポーラ素子であるダイオードのオン
電圧特性を示し、Vodはこのダイオードの立ち上り電
圧を示す。
As is apparent from FIG. 1, the on-state characteristic during forward flow shows a rising voltage Vot specific to a bipolar transistor, and this rising voltage Vot is equal to IGB.
One stage of the output transistor of T is about 1 volt, and that of the three-stage Darlington transistor is about 3 volts. Also,
At the time of reverse flow, the on-voltage characteristic of the diode, which is a bipolar element, is shown, and Vod is the rising voltage of this diode.

【0012】この種のスイッチアームとしては、順,逆
方向通流時の損失を共に低減するため、IGBTとダイ
オードの立ち上がり電圧を出来るだけ低くしている。
In this type of switch arm, the rising voltage of the IGBT and the diode is made as low as possible in order to reduce the loss during forward and reverse flow.

【0013】図17は、上述の図13,図14を構成す
るそれぞれのスイッチアームにMOSFETを使用した
詳細回路路構成図である。
FIG. 17 is a detailed circuit configuration diagram using MOSFETs for the respective switch arms constituting FIGS. 13 and 14 described above.

【0014】図17において、4bはスイッチアーム、
4bpはP側の半導体スイッチ回路、4bnはN側の半
導体スイッチ回路、4bp1,4bn1はMOSFE
T、4bp2,4bn2はMOSFET4bp1,4b
n1それぞれに内蔵する寄生ダイオード、4bgp、4
bgnはMOSFET4bp1,4bn1それぞれのゲ
ート駆動回路、4cはゲート電源、4dは制御回路を示
す。
In FIG. 17, 4b is a switch arm,
4 bp is a P-side semiconductor switch circuit, 4 bn is an N-side semiconductor switch circuit, 4 bp 1 and 4 bn 1 are MOSFEs.
T, 4bp2, 4bn2 are MOSFET4bp1, 4b
Parasitic diode built in each of n1, 4bgp, 4
bgn denotes a gate drive circuit of each of the MOSFETs 4bp1 and 4bn1, 4c denotes a gate power supply, and 4d denotes a control circuit.

【0015】図18は、図17に示したMOSFET4
bp1叉は4bn1のゲート駆動回路の詳細回路構成図
であり、4xは半導体スイッチ回路4bp又は4bnに
対応する半導体スイッチ回路、4xgはゲート駆動回路
4bgp叉は4bgnに対応するゲート駆動回路、4x
g1はゲート電源4cから絶縁変圧器4xg2を介して
ゲート回路4xg3にゲート駆動電源を供給するゲート
駆動電源回路を示す。また、スイッチング信号は制御回
路4dからゲート制御回路4xg4と絶縁変圧器4xg
5とを介してゲート回路4xg3に伝送される。
FIG. 18 shows the MOSFET 4 shown in FIG.
FIG. 4 is a detailed circuit configuration diagram of a gate drive circuit of bp1 or 4bn1, 4x is a semiconductor switch circuit corresponding to the semiconductor switch circuit 4bp or 4bn, 4xg is a gate drive circuit corresponding to the gate drive circuit 4bgp or 4bgn, 4x
g1 denotes a gate drive power supply circuit that supplies gate drive power from the gate power supply 4c to the gate circuit 4xg3 via the insulating transformer 4xg2. The switching signal is sent from the control circuit 4d to the gate control circuit 4xg4 and the insulation transformer 4xg.
5 to the gate circuit 4xg3.

【0016】すなわち図17に示したスイッチアーム4
bは、図18に示したゲート駆動回路2組を用いて構成
している。
That is, the switch arm 4 shown in FIG.
b is configured by using two sets of the gate drive circuits shown in FIG.

【0017】図19は、図16に示したオン特性に対比
する、図17に示した半導体スイッチ回路のオン特性で
ある。この特性図から明らかなように、順方向通流時の
オン特性はユニポーラ特性となっているが、逆方向通流
時のオン特性は図16に示した特性と同じくダイオード
特性となっている。これは、MOSFETの寄生ダイオ
ード特性が図15に示したダイオードと同じ特性である
ことによる。
FIG. 19 shows the ON characteristics of the semiconductor switch circuit shown in FIG. 17 in comparison with the ON characteristics shown in FIG. As is clear from this characteristic diagram, the ON characteristic during forward flow is a unipolar characteristic, while the ON characteristic during reverse flow is a diode characteristic, like the characteristic shown in FIG. This is because the parasitic diode characteristics of the MOSFET are the same as those of the diode shown in FIG.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】半導体素子を用いた電
源装置を実現する上での大きな課題は、変換効率の向
上、装置の性能向上、装置の小型・軽量化と低コスト化
である。
The major problems in realizing a power supply device using a semiconductor element are improvement in conversion efficiency, improvement in device performance, reduction in size and weight of the device, and reduction in cost.

【0019】図20は、バイポーラトランジスタを用い
た電源装置としての無停電電源装置の負荷の大きさと効
率の関係の一例を示したものであり、負荷が軽くなると
効率が大きく下がってしまうことを示している。省エネ
の面から無停電電源装置を始めとする半導体電力変換装
置の軽負荷時の効率向上が大きな課題となっている。
FIG. 20 shows an example of the relationship between the magnitude of the load and the efficiency of an uninterruptible power supply as a power supply using bipolar transistors, and shows that the efficiency is greatly reduced when the load is reduced. ing. From the viewpoint of energy saving, it is a major issue to improve the efficiency of a semiconductor power converter such as an uninterruptible power supply at a light load.

【0020】軽負荷時の効率向上策として、下記1),
2)項が効果的である。1)双方向通流時共、ユニポー
ラ型特性の半導体素子にする。2)スイッチング損失を
実質的に無視出来る程度に半導体素子のスイッチング性
能を高める。
As measures to improve the efficiency at light load, the following 1),
Item 2) is effective. 1) A semiconductor element having a unipolar characteristic is used in both directions. 2) The switching performance of the semiconductor device is increased to such an extent that the switching loss can be substantially ignored.

【0021】上記1),2)項を満たす理想的な半導体
素子とした場合の電圧―電流特性を図21に示す。すな
わち、図21に示した特性の半導体素子は双方向通流時
共ユニポーラ型素子である。
FIG. 21 shows voltage-current characteristics when an ideal semiconductor device satisfying the above items 1) and 2) is obtained. That is, the semiconductor element having the characteristics shown in FIG. 21 is a unipolar element when bidirectional current flows.

【0022】図21に示した特性の半導体素子を用い、
そのスイッチング損失を零にした効率特性を、図20に
示した特性に対応して示したのが図22であり、実線が
図21に示す半導体素子で、破線が図20の再掲特性で
ある。
Using a semiconductor device having the characteristics shown in FIG.
FIG. 22 shows the efficiency characteristics in which the switching loss is reduced to zero, corresponding to the characteristics shown in FIG. 20, where the solid line is the semiconductor element shown in FIG. 21 and the broken line is the characteristic shown again in FIG.

【0023】さて、バイポーラトランジスタを無停電電
源装置などの電源装置のスイッチアームに用いた場合の
別の大きな問題点として、スイッチング周波数が高めら
れないことがある。この最大の要因は、バイポーラトラ
ンジスタにはバイポーラ素子特有の蓄積キャリア現象が
発生することである。
As another major problem when a bipolar transistor is used for a switch arm of a power supply such as an uninterruptible power supply, the switching frequency cannot be increased. The greatest factor is that the bipolar transistor generates a storage carrier phenomenon peculiar to the bipolar element.

【0024】図23は、前記蓄積キャリア現象と、図1
5に示したIGBTによるスイッチアームのスイッチン
グ動作との関係を示したものである。
FIG. 23 shows the above-mentioned accumulated carrier phenomenon and FIG.
5 shows a relationship with the switching operation of the switch arm by the IGBT shown in FIG.

【0025】図23において、スイッチングモードは
IGBT(4ap1)をオフして負荷電流IoをIGB
T(4ap1)からダイオード(4an2)に転流させ
るモードであり、モードは負荷電流Ioがダイオード
(4an2)を継続通流しているモードである。モード
はIGBT(4ap1)をオンして負荷電流Ioをダ
イオード(4an2)からIGBT(4ap1)に転流
させるモードである。
In FIG. 23, in the switching mode, the IGBT (4ap1) is turned off and the load current Io is reduced to IGB.
This is a mode in which commutation is performed from T (4ap1) to the diode (4an2), and the mode is a mode in which the load current Io continuously flows through the diode (4an2). The mode is a mode in which the IGBT (4ap1) is turned on and the load current Io is commutated from the diode (4an2) to the IGBT (4ap1).

【0026】時刻T1で、IGBT(4ap1)のゲー
トをオフしても、IGBTは直ちにオフせず、ある時間
(図示のTstg)電流が流れる。すなわち、時刻T1
でIGBT(4ap1)をオフし、同時にIGBT(4
an1)をオンすると、アーム短絡(同図のPN間が短
絡)することを意味している。このため、IGBTによ
るスイッチアームでは、IGBT(4ap1)をオフし
てから規定時間IGBT(4an1)をオンしないよう
にデットタイム(図示のTd)を設けている。
At time T1, even if the gate of the IGBT (4ap1) is turned off, the IGBT does not turn off immediately, and a current flows for a certain time (Tstg shown). That is, at time T1
To turn off the IGBT (4ap1) and at the same time
When an1) is turned on, it means that arm short-circuiting (short circuit between PNs in the figure) occurs. For this reason, in the switch arm using the IGBT, a dead time (Td in the figure) is provided so that the IGBT (4an1) is not turned on for a specified time after the IGBT (4ap1) is turned off.

【0027】現状のIGBTによるスイッチアームで
は、このデットタイムは1μS程度となっている。
In the current switch arm using the IGBT, the dead time is about 1 μS.

【0028】さて、上述のデットタイムはスイッチアー
ムのスイッチング周波数の上限に大きく影響する。図2
4は、このデットタイムによるスイッチング周波数と無
停電電源装置の出力電圧の関係を示し、デットタイムが
1μsの場合で示している。すなわちスイッチング周波
数が高くなると、デットタイムによる出力電圧減少が大
きくなることを示している。IGBTを用いた現状のス
イッチアームでは、そのスイッチング周波数は数10k
Hz程度となっている。
The above-mentioned dead time greatly affects the upper limit of the switching frequency of the switch arm. FIG.
4 shows the relationship between the switching frequency based on the dead time and the output voltage of the uninterruptible power supply, and shows the case where the dead time is 1 μs. That is, it indicates that as the switching frequency increases, the output voltage decreases due to the dead time. In the current switch arm using the IGBT, the switching frequency is several tens of k.
Hz.

【0029】次に、図17に示したMOSFETによる
スイッチアームの場合には、現状のMOSFETは図1
9に示すオン特性であることから、MOSFETに内蔵
する寄生ダイオードは出来るだけオン電圧を低くなるよ
に設計されているが、この寄生ダイオードの特性から、
現状のMOSFETを用いたスイッチアームはスイッチ
ング周波数が高められないという問題点がある。
Next, in the case of the switch arm using the MOSFET shown in FIG.
9, the parasitic diode built into the MOSFET is designed to reduce the on-voltage as low as possible. However, from the characteristics of this parasitic diode,
The current switch arm using a MOSFET has a problem that the switching frequency cannot be increased.

【0030】以下、この問題点について説明する。Hereinafter, this problem will be described.

【0031】一般に、ダイオードの動作周波数は該ダイ
オードの逆回復特性で制限される。
Generally, the operating frequency of a diode is limited by the reverse recovery characteristic of the diode.

【0032】図25は、MOSFETが有する寄生ダイ
オードのオフ時の動作(図23に示した時刻T5の動作
に対応)を説明する波形図であり、(a)は寄生ダイオ
ードの電流波形、(b)は寄生ダイオードの電圧波形、
(c)はオフ時に寄生ダイオードに発生する損失波形を
各々示す。
FIGS. 25A and 25B are waveform diagrams for explaining the operation when the parasitic diode of the MOSFET is turned off (corresponding to the operation at the time T5 shown in FIG. 23). FIG. 25A shows the current waveform of the parasitic diode, and FIG. ) Is the voltage waveform of the parasitic diode,
(C) shows a loss waveform generated in the parasitic diode at the time of off.

【0033】すなわち図25(a)の波形で、斜線部の
電流が寄生ダイオードオフ時の逆回復電流であり、この
ときに発生する損失は(a)の電流と(b)の電圧の積
となる。従って、寄生ダイオードのスイッチング損失
は、(c)の損失波形積分値のスイッチング周波数倍と
なる。
That is, in the waveform of FIG. 25A, the current in the hatched portion is the reverse recovery current when the parasitic diode is off, and the loss that occurs at this time is the product of the current in FIG. Become. Therefore, the switching loss of the parasitic diode becomes twice the switching frequency of the integral value of the loss waveform in (c).

【0034】現状のMOSFETの寄生ダイオードは、
先述の如く、無停電電源装置などの電源装置の損失低減
から立ち上がり電圧を極力低くなるようにしている。そ
の結果、寄生ダイオードのスイッチング損失は大きくな
り、数10kHz程度がスイッチング周波数の限界とな
っている。
The parasitic diode of the current MOSFET is
As described above, the rising voltage is reduced as much as possible in order to reduce the loss of the power supply such as the uninterruptible power supply. As a result, the switching loss of the parasitic diode increases, and the switching frequency is limited to about several tens of kHz.

【0035】上述の如く、現状のMOSFETは順方向
通流時にはユニポーラ型で、そのスイッチング周波数は
数100kHzの性能を有しているにもかかわらず、逆
方向通流特性はバイポーラ特性で、且つその逆回復特性
からスイッチング周波数はMOSFETの1/10程度
となっている。
As described above, the current MOSFET is a unipolar type at the time of forward flow, and has a reverse flow characteristic of a bipolar characteristic despite its switching frequency of several hundred kHz. From the reverse recovery characteristic, the switching frequency is about 1/10 of that of the MOSFET.

【0036】この発明の目的は、スイッチング周波数が
高く、且つ、高変換効率の電源装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a power supply device having a high switching frequency and high conversion efficiency.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】この第1の発明は、順変
換回路を構成する少なくとも1組のスイッチアームと、
チョッパ回路の一方の直流側を構成するスイッチアーム
と、逆変換回路を構成する少なくとも1組のスイッチア
ームとが互いに並列接続され、前記チョッパ回路の他方
の直流側には電力貯蔵手段が接続されてなる電源装置で
あって、通常時は、交流電源から順変換回路と逆変換回
路とを介して負荷に給電しつつ、前記順変換回路とチョ
ッパ回路とを介して電力貯蔵手段を充電し、前記交流電
源が異常時には、前記電力貯蔵手段からチョッパ回路と
逆変換回路とを介して前記負荷に給電する電源装置にお
いて、前記それぞれのスイッチアームを形成するそれぞ
れの半導体スイッチ回路を、寄生ダイオードを有するユ
ニポーラトランジスタで構成し、前記寄生ダイオードの
立ち上がり電圧を、前記ユニポーラトランジスタのオン
状態で規定電流を通流したときに生ずるオン電圧以上に
設定したことを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, at least one set of switch arms constituting a forward conversion circuit is provided.
A switch arm forming one DC side of the chopper circuit and at least one set of switch arms forming an inverse conversion circuit are connected in parallel to each other, and power storage means is connected to the other DC side of the chopper circuit. A power supply device that normally supplies power to a load from an AC power supply via a forward conversion circuit and an inverse conversion circuit, and charges a power storage unit via the forward conversion circuit and a chopper circuit. When the AC power supply is abnormal, in a power supply device for supplying power to the load from the power storage means via a chopper circuit and an inverse conversion circuit, each semiconductor switch circuit forming each of the switch arms may be a unipolar having a parasitic diode. And a specified current flowing through the unipolar transistor when the unipolar transistor is turned on. The ON voltage is set to be equal to or higher than the ON voltage generated when the current flows.

【0038】第2の発明は、チョッパ回路の一方の直流
側を構成するスイッチアームと、順,逆変換回路を構成
する少なくとも1組のスイッチアームとが互いに並列接
続され、前記チョッパ回路の他方の直流側には電力貯蔵
手段が接続されてなる電源装置であって、通常時は、交
流電源から負荷に給電しつつ、該交流電源から順,逆変
換回路とチョッパ回路とを介して電力貯蔵手段を充電
し、前記交流電源が異常時には、前記電力貯蔵手段から
チョッパ回路と順,逆変換回路とを介して前記負荷に給
電する電源装置において、前記それぞれのスイッチアー
ムを形成するそれぞれの半導体スイッチ回路を、寄生ダ
イオードを有するユニポーラトランジスタで構成し、前
記寄生ダイオードの立ち上がり電圧を、前記ユニポーラ
トランジスタのオン状態で規定電流を通流したときに生
ずるオン電圧以上に設定したことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, a switch arm forming one DC side of the chopper circuit and at least one set of switch arms forming a forward / inverting conversion circuit are connected in parallel to each other, and the other of the chopper circuit is provided. A power supply device having a power storage means connected to the DC side. Normally, power is supplied from the AC power supply to the load, and the power storage means is supplied from the AC power supply through a forward / inverse conversion circuit and a chopper circuit. A power supply device that supplies power to the load via the chopper circuit and the forward / inverting conversion circuit from the power storage means when the AC power supply is abnormal. Is constituted by a unipolar transistor having a parasitic diode, and a rising voltage of the parasitic diode is set to an on state of the unipolar transistor. The on-state voltage is set to be equal to or higher than the on-voltage generated when a specified current flows in the state.

【0039】第3の発明は、順変換回路を構成する少な
くとも1組のスイッチアームと、チョッパ回路の一方の
直流側を構成するスイッチアームと、逆変換回路を構成
する少なくとも1組のスイッチアームとが互いに並列接
続され、前記チョッパ回路の他方の直流側には電力貯蔵
手段が接続されてなる電源装置であって、通常時は、交
流電源から順変換回路と逆変換回路とを介して負荷に給
電しつつ、前記順変換回路とチョッパ回路とを介して電
力貯蔵手段を充電し、前記交流電源が異常時には、前記
電力貯蔵手段からチョッパ回路と逆変換回路とを介して
前記負荷に給電する電源装置において、前記スイッチア
ームを、寄生ダイオードを有するユニポーラトランジス
タのコンプリメンタリ接続で形成し、前記それぞれの寄
生ダイオードの立ち上がり電圧を、対応するユニポーラ
トランジスタのオン状態で規定電流を通流したときに生
ずるオン電圧以上に設定したことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, at least one set of switch arms forming a forward conversion circuit, one set of switch arms forming one DC side of a chopper circuit, and at least one set of switch arms forming a reverse conversion circuit are provided. Are connected in parallel to each other, and a power storage means is connected to the other DC side of the chopper circuit. Normally, the power supply device is connected to a load from an AC power supply via a forward conversion circuit and an inverse conversion circuit. A power supply for supplying power to the load via the forward conversion circuit and the chopper circuit and charging the power storage means via the chopper circuit, and when the AC power supply is abnormal, supplying power from the power storage means to the load via the chopper circuit and the inverse conversion circuit; In the device, the switch arm is formed by a complementary connection of a unipolar transistor having a parasitic diode, and the switch arm of each of the parasitic diodes is provided. The gully voltage, and wherein the set than on-voltage generated when the flowed corresponding through the specified current at on state of the unipolar transistor.

【0040】第4の発明は、チョッパ回路の一方の直流
側を構成するスイッチアームと、順,逆変換回路を構成
する少なくとも1組のスイッチアームとが互いに並列接
続され、前記チョッパ回路の他方の直流側には電力貯蔵
手段が接続されてなる電源装置であって、通常時は、交
流電源から負荷に給電しつつ、該交流電源から順,逆変
換回路とチョッパ回路とを介して電力貯蔵手段を充電
し、前記交流電源が異常時には、前記電力貯蔵手段から
チョッパ回路と順,逆変換回路とを介して前記負荷に給
電する電源装置において、前記スイッチアームを、寄生
ダイオードを有するユニポーラトランジスタのコンプリ
メンタリ接続で形成し、前記それぞれの寄生ダイオード
の立ち上がり電圧を、対応するユニポーラトランジスタ
のオン状態で規定電流を通流したときに生ずるオン電圧
以上に設定したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, a switch arm forming one DC side of the chopper circuit and at least one set of switch arms forming a forward / inverting conversion circuit are connected in parallel to each other, and the other of the chopper circuit is provided. A power supply device having a power storage means connected to the DC side. Normally, power is supplied from the AC power supply to the load, and the power storage means is supplied from the AC power supply through a forward / inverse conversion circuit and a chopper circuit. A power supply device that supplies power to the load via the chopper circuit and the forward / inverting conversion circuit from the power storage means when the AC power supply is abnormal, wherein the switch arm is a unipolar transistor complementary diode having a parasitic diode. Connection, the rising voltage of each of the parasitic diodes is adjusted to a specified current when the corresponding unipolar transistor is turned on. The ON voltage is set to be equal to or higher than the ON voltage generated when current flows.

【0041】第5の発明は前記第1叉は第2の発明の電
源装置において、前記ユニポーラトランジスタは、MO
SFETとしたことを特徴とする。
According to a fifth aspect, in the power supply device according to the first or second aspect, the unipolar transistor is an MO.
It is characterized in that it is an SFET.

【0042】第6の発明は前記第3叉は第4の発明の記
載の電源装置において、前記ユニポーラトランジスタの
一方はNチャンネルMOSFETとし、他方はPチャン
ネルMOSFETとしたことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the power supply device according to the third or fourth aspect, one of the unipolar transistors is an N-channel MOSFET and the other is a P-channel MOSFET.

【0043】第7の発明は前記第1〜第6の発明の電源
装置において、前記規定電流は、この電源装置の出力電
流最大値としたことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the power supply device according to the first to sixth aspects, the specified current is a maximum output current of the power supply device.

【0044】第8の発明は前記第1〜第6の発明の電源
装置において、前記規定電流は、ユニポーラトランジス
タの絶対最大定格としたことを特徴とする。
According to an eighth invention, in the power supply device of the first to sixth inventions, the specified current is an absolute maximum rating of a unipolar transistor.

【0045】この発明は、下記1),2)項に着目して
なされたものである。 1)素子構造上MOSFETは、双方向通流可能なユニ
ポーラ型素子である。 2)バイポーラ型のダイオードを、高速化すると立ち上
がり電圧は増大する。
The present invention has been made by focusing on the following items 1) and 2). 1) Due to the element structure, the MOSFET is a unipolar element capable of bidirectional flow. 2) When the speed of the bipolar diode is increased, the rising voltage increases.

【0046】すなわち、MOSFETが有する寄生ダイ
オードをの立ち上がり電圧をMOSFETの規定電流通
流時のオン電圧以上になるようにすると共に、該寄生ダ
イオードのスイッチング周波数をMOSFETのスイッ
チング周波数と同等程度にしたMOSFETをスイッチ
アームとした電源装置にして、後述の如く、高変換効率
化と高速動作とを可能にする。
That is, a MOSFET in which the rising voltage of a parasitic diode included in the MOSFET is set to be equal to or higher than the ON voltage when a specified current of the MOSFET flows, and the switching frequency of the parasitic diode is approximately equal to the switching frequency of the MOSFET. As a switch arm, which enables high conversion efficiency and high-speed operation as described later.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】図1は、この発明の第1例を示す
電源装置の回路構成図であり、図13に示した従来例回
路構成に対応する回路構成である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to a first embodiment of the present invention, which corresponds to the circuit configuration of the conventional example shown in FIG.

【0048】図1において、40ap,40an,60
ap,60an,80ap,80anは半導体スイッチ
回路、40ap1,40an1,60ap1,60an
1,80ap1,80an1はMOSFET、40ap
2,40an2,60ap2,60an2,80ap
2,80an2は前記MOSFETそれぞれの寄生ダイ
オードを示す。
In FIG. 1, 40ap, 40an, 60
ap, 60an, 80ap, 80an are semiconductor switch circuits, 40ap1, 40an1, 60ap1, 60an
1,80ap1,80an1 are MOSFET, 40ap
2,40an2,60ap2,60an2,80ap
Reference numeral 2, 80an2 denotes a parasitic diode of each of the MOSFETs.

【0049】図2は、図1に示した半導体スイッチ回路
40ap,40an,60ap,60an,80ap,
80anにおける順方向通流時と逆方向通流時の電圧―
電流特性について示したものである。この図はユニポー
ラ型素子であるMOSFETのゲートオン時の素子電流
ー電圧特性図であり、動作範囲(電流値の大きさで示
す)が順方向でIf、逆方向でIrで示してある。
FIG. 2 shows the semiconductor switch circuits 40ap, 40an, 60ap, 60an, 80ap,
Voltage at forward flow and reverse flow at 80an
This shows the current characteristics. This diagram is a device current-voltage characteristic diagram of a MOSFET which is a unipolar device when the gate is turned on. The operating range (indicated by the magnitude of the current value) is represented by If in the forward direction and Ir in the reverse direction.

【0050】すなわち、この発明のユニポーラトランジ
スタとしてのMOSFETでは、図2に示す如く、寄生
ダイオードの立ち上がり電圧VoをMOSFETに発生
しする電圧Vtより高く設定している。
That is, in the MOSFET as the unipolar transistor of the present invention, as shown in FIG. 2, the rising voltage Vo of the parasitic diode is set higher than the voltage Vt generated in the MOSFET.

【0051】また、図1に示した回路構成におけるユニ
ポーラトランジスタは、図2に示した特性を有するNチ
ャンネルMOSFETで構成できる。
The unipolar transistor in the circuit configuration shown in FIG. 1 can be constituted by an N-channel MOSFET having the characteristics shown in FIG.

【0052】図3は、図2に示した特性を実現するため
のNチャンネルMOSFETの構造例図であり、40n
dはMOSFETに内蔵される寄生ダイオード部、40
ntはMOSFET部、寄生ダイオード40ndの動作
周波数はMOSFET部40ntとほぼ同じ周波数性能
にする。このためには、従来のダイオード素子の高周波
化と同じ手法、例えば、ライフタイムキラーである白金
等をドーピングしたり、電子線照射などによってライフ
タイムコントロールを行う。
FIG. 3 is a structural example of an N-channel MOSFET for realizing the characteristics shown in FIG.
d is a parasitic diode part built in the MOSFET, 40
nt is the MOSFET section, and the operating frequency of the parasitic diode 40nd is made to have almost the same frequency performance as the MOSFET section 40nt. For this purpose, lifetime control is performed by the same method as that used in conventional diode devices for increasing the frequency, for example, by doping platinum or the like which is a lifetime killer, or by irradiating an electron beam.

【0053】図4は、この発明の第2の実施例を示す電
源装置の回路構成図であり、半導体スイッチ回路41a
n,61an,81anは、図1に示した半導体スイッ
チ回路40an,60an,80anに各々対応した回
路構成であり、この図の例ではPチャンネルMOSFE
Tの場合で示してある。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a power supply device according to a second embodiment of the present invention.
n, 61an and 81an have circuit configurations corresponding to the semiconductor switch circuits 40an, 60an and 80an shown in FIG. 1, respectively. In the example of FIG.
The case of T is shown.

【0054】すなわち図4において、半導体スイッチ回
路40ap,60ap,80apは、図1の回路構成と同
じくNチャンネルMOSFETで形成し、これらのNチ
ャンネルMOSFETと、PチャンネルMOSFETで
形成された半導体スイッチ回路41an,61an,6
1anとにより、図示の如く、それぞれコンプリメンタ
リ接続の構成にしている。
That is, in FIG. 4, the semiconductor switch circuits 40ap, 60ap, and 80ap are formed by N-channel MOSFETs as in the circuit configuration of FIG. 1, and the semiconductor switch circuits 41an formed by these N-channel MOSFETs and P-channel MOSFETs , 61an, 6
As shown in the figure, each of them has a complementary connection configuration.

【0055】図5は、この発明の特性を実現するための
PチャンネルMOSFETの構造例図であり、40pd
はMOSFETに内蔵される寄生ダイオード部、40p
tはMOSFET部である。この寄生ダイオード40p
dの動作周波数はMOSFET部40ptとほぼ同じ周
波数性能にする。このためには、従来のダイオード素子
の高周波化と同じ手法、例えば、ライフタイムキラーで
ある白金等をドーピングしたり、電子線照射などによっ
てライフタイムコントロールを行う。
FIG. 5 is a structural example of a P-channel MOSFET for realizing the characteristics of the present invention.
Is a parasitic diode part built in the MOSFET, 40p
t is a MOSFET section. This parasitic diode 40p
The operating frequency of d is set to be almost the same frequency performance as that of the MOSFET unit 40pt. For this purpose, lifetime control is performed by the same method as that used in conventional diode devices for increasing the frequency, for example, by doping platinum or the like which is a lifetime killer, or by irradiating an electron beam.

【0056】図6は、図1,図4に示したユニポーラト
ランジスタを用いたスイッチアームのスイッチング動作
を、図23に示した従来例動作に対応させて、示してい
る。
FIG. 6 shows the switching operation of the switch arm using the unipolar transistor shown in FIGS. 1 and 4, corresponding to the operation of the conventional example shown in FIG.

【0057】すなわち、この発明のスイッチアームで
は、順・逆方向通流時とも先述の蓄積キャリア時間を有
しないユニポーラ型動作となるので、デットタイムを考
慮しないスイッチング動作を可能にしている。
That is, in the switch arm of the present invention, the unipolar operation without the above-mentioned accumulated carrier time is obtained even in the forward and reverse flow, so that the switching operation without considering the dead time is enabled.

【0058】図7は、図4に示したスイッチアームの詳
細回路構成図であり、図17に示した従来のスイッチア
ームに対応する回路構成である。
FIG. 7 is a detailed circuit configuration diagram of the switch arm shown in FIG. 4, and has a circuit configuration corresponding to the conventional switch arm shown in FIG.

【0059】図7において、41xはスイッチアームで
あり、このスイッチアームは図17の構成と同じくP側
の半導体スイッチ回路41xpとN側の半導体スイッチ
回路41xnとの直列回路で構成する。すなわち、Nチ
ャンネルMOSFETである41xp1と、Pチャンネ
ルMOSFETである41xn1とをコンプリメンタリ
ー接続にする。また、41xgは41xp1,41xn
1のゲート駆動回路、41xg1はゲート駆動電源回
路、41xg2は変圧器、41xg3はゲート回路、4
1xg4はゲート制御回路、41xg5は変圧器、41
eはゲート電源、41fは制御回路である。
In FIG. 7, reference numeral 41x denotes a switch arm, which is composed of a series circuit of a P-side semiconductor switch circuit 41xp and an N-side semiconductor switch circuit 41xn, as in the configuration of FIG. That is, 41xp1 which is an N-channel MOSFET and 41xn1 which is a P-channel MOSFET are complementarily connected. 41xg is 41xp1, 41xn
1, a gate drive circuit 41xg1, a gate drive power supply circuit 41xg2, a transformer 41xg3 a gate circuit 4,
1xg4 is a gate control circuit, 41xg5 is a transformer, 41
e is a gate power supply and 41f is a control circuit.

【0060】図8は、この発明の第3の実施例を示す電
源装置の回路構成図であり、図14に示した電源装置へ
の適用例である。
FIG. 8 is a circuit diagram of a power supply unit according to a third embodiment of the present invention, which is an example of application to the power supply unit shown in FIG.

【0061】図8において、チョッパ回路80bは図1
に示した回路構成と同じであるが、スイッチアーム60
bは順,逆変換回路の機能をし、商用電源1が正常時に
はスイッチアーム60bと平滑コンデンサ50bとで整
流回路動作をし、商用電源1が異常時には、平滑コンデ
ンサ50bとスイッチアーム60bとでインバータ動作
をする。
In FIG. 8, the chopper circuit 80b is
Is the same as the circuit configuration shown in FIG.
b functions as a forward / inverse conversion circuit. When the commercial power supply 1 is normal, the switch arm 60b and the smoothing capacitor 50b operate as a rectifier circuit. When the commercial power supply 1 is abnormal, the inverter is connected to the smoothing capacitor 50b and the switch arm 60b. Work.

【0062】図9は、この発明の第4の実施例を示す電
源装置の回路構成図であり、図8の回路構成と同様に、
図14に示した電源装置への適用例である。
FIG. 9 is a circuit diagram of a power supply unit according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG.
This is an application example to the power supply device shown in FIG.

【0063】すなわち、図8と異なる点はスイッチアー
ムとして図7に示す回路構成を用いていることである。
従って、チョッパ回路80cは図4に示した回路構成と
同じであるが、スイッチアーム60cは順,逆変換回路
の機能をし、商用電源1が正常時にはスイッチアーム6
0cと平滑コンデンサ50cとで整流回路動作をし、商
用電源1が異常時には、平滑コンデンサ50cとスイッ
チアーム60cとでインバータ動作をする。
That is, the difference from FIG. 8 is that the circuit configuration shown in FIG. 7 is used as the switch arm.
Therefore, the chopper circuit 80c has the same circuit configuration as that shown in FIG. 4, but the switch arm 60c functions as a forward / inverse conversion circuit, and when the commercial power supply 1 is normal, the switch arm 6c
0c and the smoothing capacitor 50c perform a rectifying circuit operation, and when the commercial power supply 1 is abnormal, the smoothing capacitor 50c and the switch arm 60c perform an inverter operation.

【0064】以下に、この発明のユニポーラトランジス
タの逆方向通流時の動作について、補足説明を説明す
る。
The supplementary explanation of the operation of the unipolar transistor of the present invention at the time of reverse flow will be described below.

【0065】すなわち、図2に示した波形図で逆方向に
電流Ir通流すると、寄生ダイオードには僅かな電流
(図2ではIoで示してある)が流れる。この寄生ダイ
オードはバイポーラ型素子であるので、この僅かな電流
でも蓄積キャリアが発生する。
That is, when the current Ir flows in the reverse direction in the waveform diagram shown in FIG. 2, a slight current (indicated by Io in FIG. 2) flows through the parasitic diode. Since the parasitic diode is a bipolar element, even a small amount of current generates accumulated carriers.

【0066】しかしながら、この発明の電源装置におけ
るユニポーラトランジスタでは、寄生ダイオード部は高
速化されているので、従来のような大きな逆回復電流は
流れない。
However, in the unipolar transistor of the power supply device according to the present invention, since the speed of the parasitic diode portion is increased, a large reverse recovery current as in the prior art does not flow.

【0067】図10は、上述のユニポーラトランジスタ
の寄生ダイオードの逆回復特性図(太実線)を示し、図
25に示した従来の特性に対応して示してある。細線は
図25の特性の再掲であり、この特性からも、スイッチ
ング損失が大幅に低減されていることが解る。
FIG. 10 shows a reverse recovery characteristic diagram (thick solid line) of the parasitic diode of the above-mentioned unipolar transistor, corresponding to the conventional characteristic shown in FIG. The thin line represents the characteristic shown in FIG. 25 again, and it can be seen from this characteristic that the switching loss is greatly reduced.

【0068】なお、上述の実施例回路は、それぞれ一番
スイッチアーム数の少ない回路構成で説明をしたが、順
変換回路叉は逆変換回路若しくは順,逆変換回路を単
相,三相ブリッジ結線にした構成の電源装置にも、この
発明は適用できる。
Although the above embodiments have been described with the circuit configuration having the smallest number of switch arms, the forward conversion circuit or the inverse conversion circuit or the forward / inverse conversion circuit is connected to a single-phase or three-phase bridge. The present invention can also be applied to a power supply device having the configuration described above.

【0069】[0069]

【発明の効果】この発明によれば、順方向,逆方向通流
時ともユニポーラ特性にしたので、半導体素子の発生損
失を大幅に低減出来る。
According to the present invention, the unipolar characteristic is obtained both in the forward direction and the reverse direction, so that the generation loss of the semiconductor element can be greatly reduced.

【0070】図11は、その効果を説明する図であり、
(a)はユニポーラトランジスタの電流波形で双方向通
流時とも正弦波電流の場合で示し、(b)は該トランジ
スタの電圧波形で、細線が従来例で使用されたIGB
T、太線がこの発明で使用されたMOSFETの場合を
示し、(c)は発生する損失で、細線が前記IGBT、
太線が前記MOSFETの場合を示し、(c)で斜線部
分がこの発明によって改善される損失部分を示し、この
発明により、双方向通流時ともにユニポーラトランジス
タにすると、発生する損失は大幅に低減していることを
示している。
FIG. 11 is a diagram for explaining the effect.
(A) shows the current waveform of a unipolar transistor, which is a sinusoidal current in both directions, and (b) shows the voltage waveform of the transistor.
T and the thick line show the case of the MOSFET used in the present invention, and (c) shows the loss that occurs. The thin line shows the IGBT,
The thick line indicates the case of the MOSFET, and the shaded portion indicates the loss portion improved by the present invention in (c). According to the present invention, when a unipolar transistor is used for both bidirectional conduction, the generated loss is greatly reduced. It indicates that.

【0071】また、この発明によれば、寄生ダイオード
の立ち上がり電圧を従来より大幅に高めて、MOSFE
Tと同程度のスイッチング周波数で動作出来るようにし
ているので、インバータ周波数を大幅に高められ、図2
1に示した理想的な特性により近づいている。
Further, according to the present invention, the rising voltage of the parasitic diode is greatly increased as compared with the prior art, and the MOSFE
Since it is made possible to operate at the same switching frequency as T, the inverter frequency can be greatly increased.
1 is closer to the ideal characteristic shown in FIG.

【0072】さらに、この発明によれば、スイッチアー
ムをコンプリメンタリ接続で構成して、双方の半導体ス
イッチ回路のソース電位を共通にしているので、該半導
体スイッチ回路のゲート駆動電源、制御電源が共通に出
来るので、無停電電源装置などの電源装置の小型・軽量
化、低価格化がは図れる。
Further, according to the present invention, since the switch arms are configured in a complementary connection and the source potentials of both semiconductor switch circuits are made common, the gate drive power supply and control power supply of the semiconductor switch circuits are commonly used. As a result, it is possible to reduce the size, weight, and cost of a power supply such as an uninterruptible power supply.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施例を示す電源装置の回路
構成図
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】図1の動作を説明する波形図FIG. 2 is a waveform chart illustrating the operation of FIG.

【図3】図1のユニポーラトランジスタの構成例図FIG. 3 is a structural example diagram of the unipolar transistor of FIG. 1;

【図4】図4はこの発明の第2の実施例を示す電源装置
の回路構成図
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to a second embodiment of the present invention;

【図5】図4のユニポーラトランジスタの構成例図。FIG. 5 is a structural example diagram of the unipolar transistor of FIG. 4;

【図6】図1のスイッチ動作を説明する波形図FIG. 6 is a waveform chart illustrating the switch operation of FIG. 1;

【図7】図1のスイッチアームの詳細回路構成図FIG. 7 is a detailed circuit configuration diagram of the switch arm of FIG. 1;

【図8】この発明の第3の実施例を示す電源装置の回路
構成図
FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第4の実施例を示す電源装置の回路
構成図。
FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】この発明によるユニポーラトランジスタの寄
生ダイオードの特性図
FIG. 10 is a characteristic diagram of a parasitic diode of a unipolar transistor according to the present invention.

【図11】この発明の効果を説明する図FIG. 11 is a diagram illustrating an effect of the present invention.

【図12】電源装置の代表的なシステム構成図FIG. 12 is a typical system configuration diagram of a power supply device.

【図13】IGBTを用いた従来の電源装置の回路構成
FIG. 13 is a circuit configuration diagram of a conventional power supply device using an IGBT.

【図14】電源装置の図12とは別のシステム構成図FIG. 14 is a system configuration diagram of a power supply device, which is different from FIG.

【図15】IGBTによる従来のスイッチアームの回路
構成図
FIG. 15 is a circuit configuration diagram of a conventional switch arm using an IGBT.

【図16】図15の半導体スイッチ回路の特性を説明す
る図
FIG. 16 is a diagram illustrating characteristics of the semiconductor switch circuit of FIG. 15;

【図17】MOSFETを用いた従来のスイッチアーム
の回路構成図
FIG. 17 is a circuit configuration diagram of a conventional switch arm using a MOSFET.

【図18】図17の半導体スイッチ回路の詳細説明図FIG. 18 is a detailed explanatory diagram of the semiconductor switch circuit of FIG. 17;

【図19】図17の半導体スイッチ回路の特性を説明す
る図
FIG. 19 is a diagram illustrating characteristics of the semiconductor switch circuit in FIG. 17;

【図20】図15に示した回路の効率特性を説明する図20 illustrates efficiency characteristics of the circuit illustrated in FIG. 15;

【図21】理想的なユニポーラ型素子の特性を説明する
FIG. 21 is a diagram illustrating characteristics of an ideal unipolar element.

【図22】図21に示した特性の素子を用いた場合の効
率特性を説明する図
FIG. 22 is a diagram for explaining efficiency characteristics when an element having the characteristics shown in FIG. 21 is used.

【図23】図15のスイッチ動作を説明する図FIG. 23 is a diagram illustrating the switch operation of FIG.

【図24】図15のスイッチ特性を説明する図FIG. 24 is a diagram illustrating the switch characteristics of FIG.

【図25】従来のダイオードの特性を説明する図FIG. 25 is a diagram illustrating characteristics of a conventional diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…商用電源、2,2a,20,20a,20b,20
c,21…電源装置、3,3a,30a…交流フィル
タ、4,41a…順変換回路、5,5a,5a1,5a
2,8c,50,50a,50b,50c…平滑コンデ
ンサ、6,6a,60,61a…逆変換回路、60b,
60c…順,逆変換回路、7,7a,70,70a,7
0b,70c…交流フィルタ、8,80,82b,82
c…チョッパ回路、9,90,90b,90c…電池、
10…負荷、4a,4b,6a,8a,40a,41
a,41x,60a,61a,60b,60c,80
a,81a…スイッチアーム、4ap,4an,4b
p,4bn,4x,40ap,40an,41an,4
1xp,41xn,60ap,60an,61an,8
0ap,80an,81an…半導体スイッチ回路、4
ap1,4an1…IGBT、4ap2,4an2…ダ
イオード、4bp1,4bn1,4x1,40nt,4
0pt,40ap1,40an1,40xp1,41a
n1,41xp1,41xn1,60ap1,60an
1,61an1,80ap1,80an1,81an1
…MOSFET、4bp2,4bn2,4x2,40n
d,40pd,40ap2,40an2,40xn2,
41an2,60ap2,60an2,61an2,8
0ap2,80an2,81an2…寄生ダイオード、
8b,80b…直流リアクトル、200,200b,2
00c…開閉器、4c,41e…ゲート電源、4d,4
1f…制御回路、4xg,4bgp,4bgn,41x
g,4agp,4agn…ゲート駆動回路、4xg1,
41xg1…ゲート電源回路、4xg2,4xg5,4
1xg2,41xg5…変圧器、4xg4,41xg4
…ゲート制御回路、4xg3,41xg3…ゲート回
路。
1: commercial power supply, 2, 2a, 20, 20a, 20b, 20
c, 21: power supply device, 3, 3a, 30a: AC filter, 4, 41a: forward conversion circuit, 5, 5a, 5a1, 5a
2,8c, 50,50a, 50b, 50c ... smoothing capacitor, 6,6a, 60,61a ... inverting circuit, 60b,
60c: forward and reverse conversion circuit, 7, 7a, 70, 70a, 7
0b, 70c: AC filter, 8, 80, 82b, 82
c: chopper circuit, 9, 90, 90b, 90c: battery,
10 Load, 4a, 4b, 6a, 8a, 40a, 41
a, 41x, 60a, 61a, 60b, 60c, 80
a, 81a: Switch arm, 4ap, 4an, 4b
p, 4bn, 4x, 40ap, 40an, 41an, 4
1xp, 41xn, 60ap, 60an, 61an, 8
0ap, 80an, 81an ... Semiconductor switch circuit, 4
ap1,4an1 ... IGBT, 4ap2,4an2 ... diode, 4bp1,4bn1,4x1,40nt, 4
0pt, 40ap1, 40an1, 40xp1, 41a
n1,41xp1,41xn1,60ap1,60an
1,61an1,80ap1,80an1,81an1
... MOSFET, 4bp2, 4bn2, 4x2, 40n
d, 40pd, 40ap2, 40an2, 40xn2
41an2, 60ap2, 60an2, 61an2, 8
0ap2, 80an2, 81an2 ... parasitic diode,
8b, 80b DC reactor, 200, 200b, 2
00c: switch, 4c, 41e: gate power supply, 4d, 4
1f: control circuit, 4xg, 4bgp, 4bgn, 41x
g, 4agp, 4agn gate drive circuit, 4xg1,
41xg1 gate power supply circuit, 4xg2, 4xg5, 4
1xg2, 41xg5 ... transformer, 4xg4, 41xg4
... gate control circuit, 4xg3, 41xg3 ... gate circuit.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 順変換回路を構成する少なくとも1組の
スイッチアームと、チョッパ回路の一方の直流側を構成
するスイッチアームと、逆変換回路を構成する少なくと
も1組のスイッチアームとが互いに並列接続され、 前記チョッパ回路の他方の直流側には電力貯蔵手段が接
続されてなる電源装置であって、 通常時は、交流電源から順変換回路と逆変換回路とを介
して負荷に給電しつつ、前記順変換回路とチョッパ回路
とを介して電力貯蔵手段を充電し、 前記交流電源が異常時には、前記電力貯蔵手段からチョ
ッパ回路と逆変換回路とを介して前記負荷に給電する電
源装置において、 前記それぞれのスイッチアームを形成するそれぞれの半
導体スイッチ回路を、寄生ダイオードを有するユニポー
ラトランジスタで構成し、 前記寄生ダイオードの立ち上がり電圧を、前記ユニポー
ラトランジスタのオン状態で規定電流を通流したときに
生ずるオン電圧以上に設定したことを特徴とする電源装
置。
At least one set of switch arms forming a forward conversion circuit, at least one set of switch arms forming one DC side of a chopper circuit, and at least one set of switch arms forming an inverse conversion circuit are connected in parallel with each other. A power supply device in which power storage means is connected to the other DC side of the chopper circuit, and normally supplies power to a load from an AC power supply via a forward conversion circuit and an inverse conversion circuit, A power supply device that charges power storage means via the forward conversion circuit and the chopper circuit, and supplies power to the load from the power storage means via the chopper circuit and the inverse conversion circuit when the AC power supply is abnormal. Each semiconductor switch circuit forming each switch arm is constituted by a unipolar transistor having a parasitic diode; The rising voltage, the power supply device being characterized in that set in the ON voltage than that generated when the flowed a specified current in the on-state of the unipolar transistor.
【請求項2】 チョッパ回路の一方の直流側を構成する
スイッチアームと、順,逆変換回路を構成する少なくと
も1組のスイッチアームとが互いに並列接続され、 前記チョッパ回路の他方の直流側には電力貯蔵手段が接
続されてなる電源装置であって、 通常時は、交流電源から負荷に給電しつつ、該交流電源
から順,逆変換回路とチョッパ回路とを介して電力貯蔵
手段を充電し、 前記交流電源が異常時には、前記電力貯蔵手段からチョ
ッパ回路と順,逆変換回路とを介して前記負荷に給電す
る電源装置において、 前記それぞれのスイッチアームを形成するそれぞれの半
導体スイッチ回路を、寄生ダイオードを有するユニポー
ラトランジスタで構成し、 前記寄生ダイオードの立ち上がり電圧を、前記ユニポー
ラトランジスタのオン状態で規定電流を通流したときに
生ずるオン電圧以上に設定したことを特徴とする電源装
置。
2. A switch arm forming one DC side of a chopper circuit and at least one set of switch arms forming a forward / inverting conversion circuit are connected in parallel with each other, and the other DC side of the chopper circuit is connected to the other DC side. A power supply device to which the power storage means is connected. Normally, the power storage means is supplied with power from the AC power supply to the load, and charges the power storage means from the AC power supply via the forward / inverse conversion circuit and the chopper circuit. When the AC power supply is abnormal, in a power supply device for supplying power to the load from the power storage means via a chopper circuit and a forward / inverting conversion circuit, each of the semiconductor switch circuits forming each of the switch arms includes a parasitic diode. And a rising voltage of the parasitic diode is regulated by a specified voltage when the unipolar transistor is in an on state. A power supply device characterized in that the power supply device is set to a voltage higher than an on-voltage generated when current flows.
【請求項3】 順変換回路を構成する少なくとも1組の
スイッチアームと、チョッパ回路の一方の直流側を構成
するスイッチアームと、逆変換回路を構成する少なくと
も1組のスイッチアームとが互いに並列接続され、 前記チョッパ回路の他方の直流側には電力貯蔵手段が接
続されてなる電源装置であって、 通常時は、交流電源から順変換回路と逆変換回路とを介
して負荷に給電しつつ、前記順変換回路とチョッパ回路
とを介して電力貯蔵手段を充電し、 前記交流電源が異常時には、前記電力貯蔵手段からチョ
ッパ回路と逆変換回路とを介して前記負荷に給電する電
源装置において、 前記スイッチアームを、寄生ダイオードを有するユニポ
ーラトランジスタのコンプリメンタリ接続で形成し、 前記それぞれの寄生ダイオードの立ち上がり電圧を、対
応するユニポーラトランジスタのオン状態で規定電流を
通流したときに生ずるオン電圧以上に設定したことを特
徴とする電源装置。
3. At least one set of switch arms forming a forward conversion circuit, one switch arm forming one DC side of a chopper circuit, and at least one set of switch arms forming an inverse conversion circuit are connected in parallel with each other. A power supply device in which power storage means is connected to the other DC side of the chopper circuit, and normally supplies power to a load from an AC power supply via a forward conversion circuit and an inverse conversion circuit, A power supply device that charges power storage means via the forward conversion circuit and the chopper circuit, and supplies power to the load from the power storage means via the chopper circuit and the inverse conversion circuit when the AC power supply is abnormal. A switch arm formed by a complementary connection of a unipolar transistor having a parasitic diode, and a rising voltage of each of the parasitic diodes; , Power and wherein the set than on-voltage generated when the flowed through the specified current in the on state of the corresponding unipolar transistors.
【請求項4】 チョッパ回路の一方の直流側を構成する
スイッチアームと、順,逆変換回路を構成する少なくと
も1組のスイッチアームとが互いに並列接続され、 前記チョッパ回路の他方の直流側には電力貯蔵手段が接
続されてなる電源装置であって、 通常時は、交流電源から負荷に給電しつつ、該交流電源
から順,逆変換回路とチョッパ回路とを介して電力貯蔵
手段を充電し、 前記交流電源が異常時には、前記電力貯蔵手段からチョ
ッパ回路と順,逆変換回路とを介して前記負荷に給電す
る電源装置において、 前記スイッチアームを、寄生ダイオードを有するユニポ
ーラトランジスタのコンプリメンタリ接続で形成し、 前記それぞれの寄生ダイオードの立ち上がり電圧を、対
応するユニポーラトランジスタのオン状態で規定電流を
通流したときに生ずるオン電圧以上に設定したことを特
徴とする電源装置。
4. A switch arm forming one DC side of a chopper circuit and at least one set of switch arms forming a forward / inverting conversion circuit are connected in parallel with each other, and the other DC side of the chopper circuit is connected to the other DC side. A power supply device to which the power storage means is connected. Normally, the power storage means is supplied with power from the AC power supply to the load, and charges the power storage means from the AC power supply via the forward / inverse conversion circuit and the chopper circuit. When the AC power supply is abnormal, in a power supply device for supplying power to the load from the power storage means via a chopper circuit and a forward / inverting conversion circuit, the switch arm is formed by a complementary connection of a unipolar transistor having a parasitic diode. The rising voltage of each of the parasitic diodes passed a specified current in the ON state of the corresponding unipolar transistor. A power supply device characterized in that the power supply device is set to a voltage higher than an on-state voltage that sometimes occurs.
【請求項5】 請求項1叉は2記載の電源装置におい
て、 前記ユニポーラトランジスタは、MOSFETとしたこ
とを特徴とする電源装置。
5. The power supply device according to claim 1, wherein the unipolar transistor is a MOSFET.
【請求項6】 請求項3叉は4に記載の電源装置におい
て、 前記ユニポーラトランジスタの一方はNチャンネルMO
SFETとし、他方はPチャンネルMOSFETとした
ことを特徴とする電源装置。
6. The power supply device according to claim 3, wherein one of said unipolar transistors is an N-channel MO.
A power supply device comprising an SFET and the other being a P-channel MOSFET.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の電源
装置において、 前記規定電流は、この電源装置の出力電流最大値とした
ことを特徴とする電源装置。
7. The power supply device according to claim 1, wherein the specified current is a maximum output current of the power supply device.
【請求項8】 請求項1乃至6のいずれかに記載の電源
装置において、 前記規定電流は、ユニポーラトランジスタの絶対最大定
格としたことを特徴とする電源装置。
8. The power supply device according to claim 1, wherein the specified current is an absolute maximum rating of a unipolar transistor.
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