CN114175487A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使选通信号的脉冲宽度变窄也能够抑制由死区时间引起的输出电压的误差的电力转换装置。具备：死区时间赋予部(33)，仅对一对脉冲信号中的一方的脉冲信号赋予死区时间；电流极性检测部(34)，检测输出电流的极性；以及选通信号选择部(35)，在输出电流的极性为正的情况下，选择被赋予了死区时间的一方的脉冲信号作为正臂(11a、12a、13a)的选通信号，选择另一方的脉冲信号作为负臂(11b、12b、13b)的选通信号，在输出电流的极性为负的情况下，选择被赋予了死区时间的一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，选择另一方的脉冲信号作为正臂的选通信号。

Description

电力转换装置
技术领域
本申请涉及电力转换装置。
背景技术
为了从电源向马达等负载供给电力，在电源与负载之间连接有电力转换装置。作为这样的电力转换装置，例如有在输入端子连接直流电源、在输出端子连接由交流驱动的负载的逆变器。该逆变器通过逆变器电路将供给至输入端子的直流电压转换为高频交流电压。
逆变器电路串联连接有两个臂，该臂具有半导体开关元件和与该半导体开关元件反并联连接的二极管。通过用选通信号对这两个臂的半导体开关元件进行接通断开控制，将直流输入电力转换为交流输出电力。这两个半导体开关元件在一方接通时另一方断开，但不能瞬间切换接通和断开。因此，在两方半导体开关元件成为了接通状态的情况下，存在流过过大的短路电流的隐患。为了防止该短路电流，设定在半导体开关元件的接通和断开切换时双方的半导体开关元件都断开的时间。该时间被称作死区时间。
以往，由于死区时间被设定为脉冲的导通时，因此在针对半导体开关元件的原本的选通信号中，产生与成为接通的期间无关地维持断开的期间。由于该死区时间，输出电压相对于电压指令值产生误差。作为降低该输出电压的误差的方法，在以往的电力转换装置中，根据输出电流的极性实施对死区时间的补偿(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10－56781号公报
发明内容
发明要解决的课题
在具备两个臂的电力转换装置中，在通过设定死区时间而在输出电压产生误差的情况下，分为根据输出电流的极性产生输出电压的误差的臂和不产生输出电压的误差的臂。实施对死区时间的补偿的以往的电力转换装置，其结果是对产生输出电压的误差的臂的半导体开关元件的选通信号赋予死区时间。
半导体开关元件不会瞬间切换接通和断开，存在切换接通和断开所需的时间。若在比用于切换该接通和断开所需的时间短的时间内切换接通和断开，则有时半导体开关元件的动作变得不稳定，无法实施按照选通信号的指令的开关控制。
以往的电力转换装置对产生输出电压的误差的臂的半导体开关元件的选通信号赋予死区时间。此时，在被赋予死区时间的选通信号的脉冲宽度变窄，成为比切换接通和断开所需的时间短的脉冲宽度的情况下，有时半导体开关元件的动作变得不稳定，难以抑制由死区时间引起的输出电压的误差。
本申请是为了解决上述的课题而完成的，目的在于提供一种即使选通信号的脉冲宽度变窄也能够抑制由死区时间引起的输出电压的误差的电力转换装置。
用来解决课题的手段
本申请的电力转换装置具备：正极输入端子及负极输入端子，与外部的直流电源连接；正臂及负臂，在正极输入端子和负极输入端子之间串联连接；输出端子，与正臂和负臂的连接点连接；电流感测部，感测输出至输出端子的输出电流；驱动部，正臂及负臂分别具有半导体开关元件和与该半导体开关元件反并联连接的二极管，该驱动部通过选通信号驱动正臂及负臂的半导体开关元件；以及控制部，控制选通信号。而且，控制部具备：脉冲信号生成部，基于电压指令值和载波信号生成脉冲信号；死区时间赋予部，通过对由脉冲信号生成部生成的脉冲信号以及将脉冲信号反转后的脉冲信号中的任意一方的脉冲信号的脉冲宽度加上或除去死区时间的时间宽度，从而仅对一方的脉冲信号赋予死区时间；电流极性检测部，基于由电流感测部感测到的输出电流检测输出电流的极性；选通信号选择部，在由电流极性检测部检测出的输出电流的极性为正的情况下，选择被赋予了死区时间的一方的脉冲信号作为正臂的选通信号，选择未被赋予死区时间的另一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，在由电流极性检测部检测出的输出电流的极性为负的情况下，选择被赋予了死区时间的一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，选择未被赋予死区时间的另一方的脉冲信号作为正臂的选通信号。
发明效果
本申请的电力转换装置在输出电流的极性为正的情况下，选择被赋予了死区时间的一方的脉冲信号作为正臂的选通信号，选择未被赋予死区时间的另一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，在输出电流的极性为负的情况下，选择被赋予了死区时间的一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，选择未被赋予死区时间的另一方的脉冲信号作为正臂的选通信号，因此即使选通信号的脉冲宽度变窄，也能够抑制由死区时间引起的输出电压的误差。
附图说明
图1是实施方式1的电力转换装置的构成图。
图2是实施方式1中的脉冲信号生成部的构成图。
图3是表示实施方式1中的脉冲信号的图。
图4是实施方式1中的输出电流的极性与电压误差的关系的说明图。
图5是实施方式1中被赋予了死区时间的脉冲信号的说明图。
图6是实施方式1的死区时间赋予部的构成图。
图7是实施方式1的死区时间赋予部中的脉冲信号的说明图。
图8是实施方式1的电流极性检测部的构成图。
图9是实施方式1的选通信号选择部的构成图。
图10是实施方式2中的利用了载波信号的死区时间赋予方法的说明图。
图11是实施方式2的死区时间赋予部的构成图。
图12是实施方式3的电力转换装置的构成图。
图13是表示实施方式3中的脉冲信号的图。
图14是实施方式3的脉冲宽度控制部的构成图。
图15是表示实施方式3中的脉冲信号的图。
图16是实施方式3的导通脉冲去除部的构成图。
图17是表示实施方式4的电力转换装置的输出电流的波形的图。
图18是实施方式4的电流极性检测部以及选通信号选择部的构成图。
图19是表示实施方式4中的输出电流、脉冲信号以及输出电压的图。
图20是表示实施方式4中的脉冲信号的图。
图21是表示实施方式1至4的控制部的硬件的一个例子的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本申请的实施方式的电力转换装置进行详细说明。另外，在各图中，相同附图标记表示相同或相当的部分。
图1是实施方式1的电力转换装置的构成图。本实施方式的电力转换装置是作为电力转换装置的一个例子的逆变器。逆变器具备将输入的直流电力转换为高频交流电力并输出的功能。
在图1中，本实施方式的电力转换装置1具备与外部的直流电源2连接的正极输入端子1a以及负极输入端子1b。在正极输入端子1a与负极输入端子1b之间，串联连接有正臂11a和负臂11b、串联连接有正臂12a和负臂12b、以及串联连接有正臂13a和负臂13b。正臂11a、12a、13a以及负臂11b、12b、13b分别由半导体开关元件14和与该半导体开关元件14反并联连接的回流二极管15构成。将正臂和负臂的串联连接称作一个支路(leg)。在本实施方式的电力转换装置1中，并联连接有三个支路。该三个支路并联连接，构成所谓的三相桥式电路。另外，在正极输入端子1a与负极输入端子1b之间连接有电容器16。
半导体开关元件14可以使用IGBT(Insulated－Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET(Metal－Oxide－Semiconductor Field－EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)等半导体开关元件。另外，电容器16可以使用电解电容器或薄膜电容器等。
正臂11a和负臂11b的连接点11c与输出端子17a连接。正臂12a和负臂12b的连接点12c与输出端子17b连接。正臂13a和负臂13b的连接点13c与输出端子17c连接。向输出端子17a、17b以及17c输出三相交流电力。另外，在输出单相交流电流的电力转换装置的情况下，成为将两个正臂和负臂的串联连接的支路并联连接的构成。
在连接点11c与输出端子17a之间、连接点12c与输出端子17b之间以及连接点13c与输出端子17c之间分别连接有电流传感器20、滤波电抗器21以及滤波电容器22。电流传感器20感测在连接点11c、12c、13c与输出端子17a、17b、17c之间流动的输出电流。滤波电抗器21可以使用各相相互磁耦合的三相电抗器，也可以使用三台单相电抗器。滤波电容器22在各相具有电容器，由星形接线连接。滤波电容器22的星形接线的中性点在图1中接地，但也可以是接地或非接地的任意一种。另外，在输出端子17a、17b以及17c连接有负载3。本实施方式的电力转换装置1设以有效电力的电力潮流成为从正极输入端子1a以及负极输入端子1b经由输出端子17a、17b以及17c向负载3的方向的功率因数为1的运转而进行说明。
电力转换装置1通过控制六个半导体开关元件14的接通断开来进行输出电压的控制。六个半导体开关元件14由从选通驱动部30发送的选通信号驱动。另外，选通信号由控制部31控制。
控制部31具备脉冲信号生成部32、死区时间赋予部33、电流极性检测部34以及选通信号选择部35。脉冲信号生成部32基于电压指令值和载波信号生成脉冲信号。死区时间赋予部33生成使由脉冲信号生成部32生成的脉冲信号反转后的脉冲信号，并生成一对脉冲信号的组。然后，死区时间赋予部33通过在一方的脉冲信号的脉冲宽度加上或除去死区时间的时间宽度，从而仅对一方的脉冲信号赋予死区时间。电流极性检测部34基于由电流传感器20感测出的输出电流检测输出电流的极性。选通信号选择部35在由电流极性检测部34检测出的输出电流的极性为正的情况下，选择由死区时间赋予部33赋予了死区时间的一方的脉冲信号作为正臂的选通信号，选择另一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，在由电流极性检测部34检测出的输出电流的极性为负的情况下，选择由死区时间赋予部33赋予了死区时间的一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，选择另一方的脉冲信号作为正臂的选通信号。
接下来，对控制部31的各构成进行详细说明。
图2是脉冲信号生成部的构成图。脉冲信号生成部32具备比较器320。比较器320通过比较作为调制信号的标准化后的电压指令值和载波信号的大小，生成用于使半导体开关元件接通断开的脉冲信号。由于一个支路的正臂和负臂交替地反复接通断开，因此在一方接通的情况下，另一方断开。即，比较器320的输出成为一个支路中的正臂的脉冲信号，相对于此，使比较器320的输出反转后的脉冲信号成为负臂的脉冲信号。脉冲信号生成部32针对一个支路具备一个。
图3是表示比较器320输出的正臂的脉冲信号与电压指令值及载波信号的关系的图。另外，在图3中，还一并示出从后述的死区时间赋予部33的反转电路输出的负臂的脉冲信号。电压指令值使用了正弦波。载波信号使用了三角波。比较器320对电压指令值和载波信号进行比较，在电压指令值比载波信号大时，以使正臂的脉冲信号导通的方式进行控制。负臂的脉冲信号在死区时间赋予部33的反转电路中被控制为在正臂的脉冲信号导通时截止。这样的控制方法一般被称作PWM(Pulse Width Modulation)控制。在三相的电力转换装置中，基于U相、V相以及W相的各相各自的电压指令值和载波信号，由脉冲信号生成部32生成用于驱动三个支路的正臂及负臂的半导体开关元件的基本的三个脉冲信号。由于各个半导体开关元件在载波信号的三角波的一个周期内各进行一次接通和断开，因此载波信号的频率与半导体开关元件的开关频率一致。
图4是用于说明在一个支路中输出电流的极性与电压误差的关系的说明图。将电容器16的电压设为E。由电流传感器20感测从正臂11a和负臂11b的连接点11c流向输出端子侧的输出电流。在图4中，粗线的虚线表示电流的流动。另外，关于图4的以下的说明是对正臂11a以及负臂11b各自的开关元件的选通信号赋予了死区时间的情况下的输出电流的极性与电压误差的关系。
如图4的(a)所示，在从正臂11a和负臂11b的连接点11c流向输出端子侧的输出电流为正的情况下，当正臂11a的半导体开关元件接通时，向输出端子侧输出+E/2的电压。另外，在正臂11a的半导体开关元件未接通的期间，由于电流经由负臂11b的回流二极管流动，因此向输出端子侧输出－E/2的电压。因而，在输出电流为正的情况下，若在正臂11a的半导体开关元件原本成为接通的指令时由于死区时间而成为断开，则输出电压不是+E/2而是－E/2。另一方面，对于负臂11b，在输出电流为正的情况下，电流与半导体开关元件的接通或断开无关地经由负臂11b的回流二极管流动。因而，在输出电流为正的情况下，输出电压取决于正臂11a的半导体开关元件的接通断开。其结果，由于死区时间而受到与原本的选通信号不同的脉冲宽度的选通信号的影响仅是正臂11a，负臂11b不受影响。如上述那样，在输出电流为正的情况下，存在正臂11a的半导体开关元件原本应该接通时由于死区时间而断开的期间。该期间的输出电压原本应该为+E/2，但变为－E/2。因而，该期间产生的电压误差的大小为(－E/2)－(+E/2)＝－E。
如图4的(b)所示，在从正臂11a和负臂11b的连接点11c流向输出端子侧的输出电流为负的情况下，成为与输出电流为正的情况相反的现象。即，在输出电流为负的情况下，输出电压取决于负臂11b的半导体开关元件的接通断开。其结果，由于死区时间而受到与原本的选通信号不同的脉冲宽度的选通信号的影响仅是负臂11b，正臂11a不受影响。在输出电流为负的情况下，存在负臂11b的半导体开关元件原本应该接通时由于死区时间而断开的期间。该期间的输出电压原本应为－E/2，但变为+E/2。因而，该期间产生的电压误差的大小为(+E/2)－(－E/2)＝+E。
本实施方式的电力转换装置着眼于这样的一个支路中的电压误差的产生主要原因，根据输出电流的极性选择发送被赋予了死区时间的选通信号。
图5是对被赋予了死区时间的脉冲信号进行说明的说明图。将之后死区时间的时间记为td。图5的(a)示出了赋予死区时间之前的导通的脉冲信号与截止的脉冲信号。实线表示导通33a的脉冲信号，虚线表示截止33b的脉冲信号。图5的(b)示出了赋予死区时间后的导通33a的脉冲信号与截止33b的脉冲信号。示出了对虚线所示的截止33b的脉冲信号不赋予死区时间、对实线所示的导通33a的脉冲信号赋予了死区时间的例子。如图5的(b)所示，使导通33a的脉冲信号的上升沿延迟死区时间td的时间量，使下降沿提前死区时间td的时间量。这样，所谓赋予死区时间，意味着使导通的脉冲信号的上升沿延迟死区时间td的时间量、或者使脉冲信号的下降沿提前死区时间td的时间量。即，被赋予死区时间的导通的脉冲信号脉冲宽度变窄。另外，后述的使脉冲信号延迟死区时间的时间量(移位)不包含在死区时间的赋予中。
图6是死区时间赋予部33的构成图。由脉冲信号生成部32生成的脉冲信号被分为两个，一方的脉冲信号作为由延迟电路331a延迟了死区时间的时间量的截止的脉冲信号输出。另一方的脉冲信号由反转电路332反转，被送至延迟电路331b与AND电路333a，成为在下降沿被赋予了死区时间的导通的脉冲信号。进而，该脉冲信号被送至延迟电路331c和AND电路333b，成为在上升沿被赋予了死区时间的导通的脉冲信号。
图7是表示图6的A、B、C、D、E以及F的位置的脉冲信号的图。在图7中，虚线所示的脉冲信号A是在图6的A的位置输入到死区时间赋予部33的脉冲信号。实线所示的脉冲信号B是在图6的B的位置使脉冲信号A反转后的脉冲信号。实线所示的脉冲信号C是在图6的C的位置使脉冲信号B延迟了死区时间td后的脉冲信号。实线所示的脉冲信号D是在图6的D的位置使脉冲信号C的下降沿提前死区时间td的时间量的脉冲信号。实线所示的脉冲信号E是在图6的E的位置使脉冲信号D的上升沿延迟死区时间td的时间量的脉冲信号。虚线所示的脉冲信号F是在图6的F的位置使脉冲信号A延迟死区时间td后的脉冲信号。死区时间赋予部33输出脉冲信号E以及脉冲信号F。即，死区时间赋予部33仅对一对脉冲信号中的一方的脉冲信号赋予死区时间，对另一方的脉冲信号不赋予死区时间。另外，图6所示的死区时间赋予部33针对一个臂具备一个。另外，死区时间赋予部33输出的脉冲信号E以及脉冲信号F相对于脉冲信号A以及脉冲信号B延迟死区时间的时间，但由于该延迟时间相对于电压指令值的频率是足够短的时间，因此影响较小。
另外，在本实施方式中，脉冲信号生成部32生成一个脉冲信号，死区时间赋予部33的反转电路332使该脉冲信号反转而生成一对脉冲信号，但脉冲信号生成部32也可以具备反转电路而生成一对脉冲信号并发送到死区时间赋予部33。
图8是电流极性检测部34的构成图。电流极性检测部34具备比较器340。比较器340比较由电流传感器20感测出的输出电流值与0的大小关系，在输出电流值大于0即电流极性为正的情况下输出1，在输出电流值为0以下即电流值为0或电流极性为负的情况下输出0。图8所示的电流极性检测部34分别对应于三个电流传感器而配备。
图9是选通信号选择部35的构成图。选通信号选择部35具备反转电路352、两个AND电路353a、353b以及加法器354。对AND电路353a输入未被赋予死区时间的脉冲信号和电流极性检测部34的输出。对AND电路353b输入被赋予了死区时间的脉冲信号和由反转电路352反转后的电流极性检测部34的输出。加法器354将两个AND电路353a、353b的输出相加并输出到选通驱动部30。另外，图9所示的选通信号选择部35分别对应于各臂而配备。另外，图9所示的选通信号选择部35与正臂对应，在与负臂对应的选通信号选择部中，反转电路352不配备在AND电路353b侧而配备在AND电路353a侧。
在图9所示的正臂所具备的选通信号选择部35中，在由电流极性检测部34检测出的输出电流的极性为正的情况下，选择未被赋予死区时间的脉冲信号作为选通信号，在由电流极性检测部34检测出的输出电流的极性为负的情况下，选择被赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号。另外，在负臂所具备的选通信号选择部35中，反转电路352配备于AND电路353a侧，因此在由电流极性检测部34检测出的输出电流的极性为正的情况下，选择被赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号，在由电流极性检测部34检测出的输出电流的极性为负的情况下，选择未被赋予死区时间的脉冲信号作为选通信号。
即，在选通信号选择部35中，在输出电流的极性为正的情况下，选择未对成为电压误差的主要原因的正臂赋予死区时间的脉冲信号作为选通信号，选择对不成为电压误差的主要原因的负臂赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号。另外，在选通信号选择部35中，在输出电流的极性为负的情况下，选择未对成为电压误差的主要原因的负臂赋予死区时间的脉冲信号作为选通信号，选择对不成为电压误差的主要原因的正臂赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号。
本实施方式的电力转换装置检测输出电流的极性，选择对不成为电压误差的主要原因的一方的臂赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号。因此，即使选通信号的脉冲宽度变窄而半导体开关元件的动作变得不稳定，由于不成为电压误差的主要原因的一方的臂经由回流二极管流过电流，因此也不会成为电压误差的原因。
这样构成的电力转换装置，即使由于死区时间的赋予而选通信号的脉冲宽度变窄也能够抑制由死区时间引起的输出电压的误差。
另外，在本实施方式中，示出了在由死区时间赋予部33对一对脉冲信号中的一方的脉冲信号赋予了死区时间之后，由选通信号选择部35从一对脉冲信号中选择正臂及负臂各自的选通信号的方法。作为其他方法，也可以是在从由选通信号选择部35赋予死区时间之前的一对脉冲信号中选择正臂及负臂各自的选通信号之后，由死区时间赋予部33对一对脉冲信号中的一方的脉冲信号赋予死区时间的方法。例如，选通信号选择部35在由电流极性检测部34检测出的输出电流的极性为正的情况下，选择由脉冲信号生成部32生成的脉冲信号及该脉冲信号被反转后的脉冲信号中的一方的脉冲信号作为正臂的选通信号，选择另一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，在由电流极性检测部34检测出的输出电流的极性为负的情况下，选择一方的脉冲信号作为负臂的选通信号，选择另一方的脉冲信号作为正臂的选通信号。然后，死区时间赋予部33通过在由选通信号选择部35选择的一方的脉冲信号的脉冲宽度加上或除去死区时间的时间宽度，从而对该一方的脉冲信号赋予死区时间。使用这样的方法，也能够选择被赋予了死区时间的脉冲信号作为不成为电压误差的主要原因的一方的臂的选通信号。
实施方式2.
在实施方式1的电力转换装置中，以图6所示的电路构成对死区时间赋予部进行了说明。实施方式2的电力转换装置利用三角波的载波信号对脉冲信号赋予死区时间。在本实施方式的电力转换装置中，脉冲信号生成部以及死区时间赋予部以外的构成与实施方式1的电力转换装置相同。
图10是利用三角波的载波信号赋予死区时间的方法的说明图。本实施方式的载波信号为三角波。另外，电压指令值不是正弦波，而是在载波信号的峰和谷更新电压值的矩形波。脉冲信号生成部比较载波信号与电压指令值的大小，生成脉冲信号。本实施方式的脉冲信号生成部生成使相位相对于初始值的载波信号X提前死区时间td的量的载波信号Y。进而，脉冲信号生成部输出通过初始值的载波信号X与电压指令值的大小的比较而生成的脉冲信号X以及通过载波信号Y与电压指令值的大小的比较而生成的脉冲信号Y。
图11是本实施方式的死区时间赋予部的构成图。死区时间赋予部33具备两个AND电路333a、333b和延迟电路331a、331b。向死区时间赋予部33输入由脉冲信号生成部生成的脉冲信号X与脉冲信号Y。所输入的脉冲信号X被分为两个，一方被延迟电路331a延迟死区时间的时间量而输出。另一方的脉冲信号X与脉冲信号Y被输入到AND电路333a。AND电路333a通过取脉冲信号X与脉冲信号Y的逻辑积来输出将下降沿提前死区时间td的时间量的脉冲信号。对该下降沿赋予了死区时间的脉冲信号被输入到延迟电路331b和AND电路333b。AND电路333b通过对由延迟电路331b延迟了死区时间的时间量的脉冲信号与对下降沿赋予了死区时间的脉冲信号取逻辑积，输出图11所示的对上升沿与下降沿赋予了死区时间的脉冲信号Z。这样，本实施方式的死区时间赋予部33也与实施方式1相同，仅对一对脉冲信号中的一方的脉冲信号赋予死区时间，对另一方的脉冲信号不赋予死区时间。这样，死区时间赋予部33生成被赋予了死区时间的脉冲信号Z和未被赋予死区时间的脉冲信号X。另外，在本实施方式中，脉冲信号生成部以及死区时间赋予部以外的动作与实施方式1的电力转换装置的动作相同。即，本实施方式的电力转换装置也检测输出电流的极性，选择对不成为电压误差的主要原因的一方的臂赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号。
这样构成的电力转换装置与实施方式1相同，即使因死区时间的赋予而使选通信号的脉冲宽度变窄，也能够抑制由死区时间引起的输出电压的误差。
实施方式3.
如上所述，半导体开关元件不会瞬间切换接通和断开，存在切换接通和断开所需的时间。将半导体开关元件进行稳定动作所需的最小的时间定义为最小动作时间。若以比该最小动作时间短的时间对半导体开关元件进行接通和断开的切换，则半导体开关元件的动作变得不稳定，并且成为故障的原因。实施方式3的电力转换装置具备如下功能：即使由于死区时间的赋予而使选通信号的脉冲宽度变窄，也能够防止脉冲宽度比最小动作时间短。
图12是本实施方式的电力转换装置的构成图。在本实施方式的电力转换装置实施方式1的电力转换装置中，在控制部的构成中增加了脉冲宽度控制部以及导通脉冲去除部。在本实施方式的电力转换装置中，脉冲宽度控制部以及导通脉冲去除部以外的构成与实施方式1的电力转换装置相同。
如图12所示，本实施方式的电力转换装置在控制部31的脉冲信号生成部32与死区时间赋予部33之间具备脉冲宽度控制部36。另外，在控制部31的选通信号选择部35的输出侧具备导通脉冲去除部37。以下，对脉冲宽度控制部36以及导通脉冲去除部37进行详细说明。
首先，对脉冲宽度控制部36进行说明。
图13是表示由脉冲宽度控制部36控制脉冲宽度的脉冲信号的图。由脉冲宽度控制部36设定的最小脉冲宽度(tmin)是在最小动作时间加上死区时间后的时间。即，在死区时间赋予前的脉冲宽度比该最小脉冲宽度(tmin)短的情况下，死区时间赋予后的脉冲宽度有可能比最小动作时间短。关于反复导通和截止的脉冲信号，将成为一定期间导通的期间定义为导通脉冲，将成为一定期间截止的期间定义为截止脉冲。如图13的(a)所示，脉冲宽度比最小脉冲宽度短的导通脉冲被控制为扩展至最小脉冲宽度的导通脉冲。另外，如图13的(b)所示，脉冲宽度比最小脉冲宽度短的截止脉冲被控制为扩展至最小脉冲宽度的截止脉冲。
图14是脉冲宽度控制部36的构成图。脉冲宽度控制部36具备：脉冲宽度扩展部361，在输入了时间宽度比最小脉冲宽度短的脉冲信号时，将该脉冲信号的脉冲宽度扩展至最小脉冲宽度；以及反转电路362，使由脉冲宽度扩展部361扩展了脉冲宽度的脉冲信号反转。脉冲宽度控制部36在被输入了时间宽度比最小脉冲宽度短的脉冲信号时，输出将该脉冲信号的脉冲宽度扩展至最小脉冲宽度的脉冲信号以及使该脉冲信号反转的脉冲信号。
图15是表示由死区时间赋予部33对被脉冲宽度控制部36控制了脉冲宽度的脉冲信号赋予了死区时间的脉冲信号的图。如图15的(a)所示，脉冲宽度比最小脉冲宽度短的导通脉冲在由脉冲宽度控制部36将脉冲宽度暂时扩展至最小脉冲宽度之后，使脉冲信号的上升沿延迟死区时间td的时间量。另外，如图15的(b)所示，脉冲宽度比最小脉冲宽度短的截止脉冲在由脉冲宽度控制部36将脉冲宽度暂时扩展至最小脉冲宽度之后，使在该截止脉冲结束时上升的导通脉冲的脉冲信号的上升沿延迟死区时间td的时间量。因此，脉冲宽度比最小脉冲宽度短的导通脉冲的脉冲宽度在由脉冲宽度控制部36控制之后，由死区时间赋予部33赋予死区时间td，结果成为tmin－td。另外，脉冲宽度比最小脉冲宽度短的截止脉冲的脉冲宽度在被脉冲宽度控制部36控制之后，由死区时间赋予部33赋予死区时间td，结果成为tmin+td。
接下来，对导通脉冲去除部37进行说明。
在死区时间赋予部中，在对导通的脉冲信号与截止的脉冲信号赋予死区时间的情况下，对于导通脉冲，由于脉冲宽度的前后因死区时间而被削减，因此有时成为由脉冲宽度控制部36限制的脉冲宽度以下。若导通脉冲的脉冲宽度比最小动作时间短，则存在半导体开关元件的动作变得不稳定的隐患。导通脉冲去除部37对从选通信号选择部35输出的选通信号去除比最小动作时间短的导通脉冲。
图16是导通脉冲去除部37的构成图。导通脉冲去除部37具备脉冲宽度测定部371、比较器370以及AND电路373。脉冲宽度测定部371测定从选通信号选择部35输出的选通信号的导通脉冲的脉冲宽度。比较器370比较由脉冲宽度测定部371测定出的导通脉冲的脉冲宽度与最小动作时间，在脉冲宽度比最小动作时间短的情况下输出0。AND电路373在比较器370的输出为0的情况下使与其对应的导通脉冲的脉冲宽度为0。即，导通脉冲去除部37具备在导通脉冲的脉冲宽度比最小动作时间短的情况下，从选通信号去除该导通脉冲的功能。
在具备导通脉冲去除部37的情况下，选通驱动部利用与从选通信号选择部35输出的选通信号不同的脉冲信号驱动半导体开关元件。如图3所示，脉冲宽度短的导通脉冲在输出电流为正时包含在负臂的脉冲信号中，在输出电流为负时包含在正臂的脉冲信号中。另外，如图4中说明的那样，在输出电流的极性为正的情况下，成为电压误差的主要原因的是正臂，负臂不成为电压误差的主要原因，在输出电流的极性为负的情况下，成为电压误差的主要原因的是负臂，正臂不成为电压误差的主要原因。因此，即使由导通脉冲去除部37从选通信号中去除脉冲宽度比最小动作时间短的导通脉冲，由于去除了该导通脉冲的选通信号是不成为电压误差的主要原因的臂的选通信号，因此不会给输出电压带来影响。
这样构成的电力转换装置与实施方式1相同，即使因死区时间的赋予而使选通信号的脉冲宽度变窄，也能够抑制由死区时间引起的输出电压的误差。
另外，本实施方式的电力转换装置具备脉冲宽度控制部以及导通脉冲去除部，能够从选通信号去除脉冲宽度比最小动作时间短的脉冲，因此能够防止半导体开关元件的故障。
另外，本实施方式的电力转换装置具备脉冲宽度控制部以及导通脉冲去除部这两方，但也可以仅具备其中一方。
实施方式4.
在实施方式1至3的电力转换装置中，检测输出电流的极性，选择对不成为电压误差的主要原因的一方的臂赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号。然而，由于电流传感器中的延迟以及电流极性检测部中的运算延迟时间等，产生实际的输出电流的极性与由电流极性检测部检测出的极性不同的时间段，存在使电压误差增大的隐患。之后，将实际的输出电流的极性与由电流极性检测部检测出的极性不同的情况称作电流极性的误判断。特别是，在开关周期内电流极性在正与负之间往返的电流过零的附近容易产生电流极性的误判断。实施方式4的电力转换装置感测半导体开关元件的开关周期内的电流极性，在开关周期内电流极性不变化的期间，将对不成为电压误差的主要原因的一方的臂赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号，在半导体开关元件的开关周期内电流极性变化的期间，对正臂及负臂各自的脉冲信号的导通的上升沿赋予死区时间，作为选通信号。以下，将实施方式1中说明的检测输出电流的极性并将对不成为电压误差的主要原因的一方的臂赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号的赋予方法称作第一赋予方法，将对正臂及负臂各自的脉冲信号的导通的上升沿赋予死区时间而作为选通信号的赋予方法称作第二赋予方法。
图17示出了本实施方式的电力转换装置的输出电流的波形。图17的(a)示出了额定输出功率的情况下的输出电流，图17的(b)示出了由于轻负载而输出功率比额定小的情况下的输出电流。由于输出电流产生取决于开关频率以及输出滤波器等的波动，因此与输出功率的大小无关，在电流过零附近存在开关周期内电流极性变化的期间。而且，在图17的(b)所示的轻负载的条件下，输出电流的有效值越小，在开关周期内电流极性变化的期间越长。在这样的开关周期内电流极性变化的期间，容易产生电流极性的误判断。
图18是本实施方式的电力转换装置中的电流极性检测部以及选通信号选择部的构成图。本实施方式的电流极性检测部34与实施方式1相同，但具备将从电流传感器输入的输出电流值输出到选通信号选择部35的赋予方法选择部355的功能。向选通信号选择部35输入死区时间赋予部输出的被赋予了死区时间的脉冲信号、未被赋予死区时间的脉冲信号以及电流极性检测部34的输出。
向选通信号选择部35的AND电路353a输入未被赋予死区时间的脉冲信号和电流极性检测部的输出。向AND电路353b输入被赋予了死区时间的脉冲信号以及由反转电路352a反转后的电流极性检测部的输出。加法器354a将两个AND电路353a、353b的输出相加并作为脉冲信号输出。AND电路353a、353b、反转电路352a以及加法器354a与实施方式1中使用图9说明的选通信号选择部35的动作相同。因而，从加法器354a输出的脉冲信号相当于由第一赋予方法生成的脉冲信号。
向选通信号选择部35的AND电路353c输入未被赋予死区时间的脉冲信号以及相同的脉冲信号由延迟电路351延迟了死区时间的时间量的脉冲信号。AND电路353c通过取所输入的两个脉冲信号的逻辑积，输出对导通的上升沿赋予了死区时间的选通信号。因而，从AND电路353c输出的脉冲信号相当于由第二赋予方法生成的脉冲信号。
赋予方法选择部355基于输出电流值，输出决定选择由第一赋予方法生成的脉冲信号以及由第二赋予方法生成的脉冲信号中的哪一方作为选通信号的信号。例如，赋予方法选择部355在选择了第一赋予方法的情况下输出0，在选择了第二赋予方法的情况下输出1。关于赋予方法选择部355选择哪一个赋予方法的判断之后进行叙述。
AND电路353d被输入从AND电路353c输出的脉冲信号和赋予方法选择部355的输出，输出所输入的两个信号的逻辑积。AND电路353e被输入从加法器354a输出的脉冲信号和赋予方法选择部355的输出由反转电路352b反转后的信号，输出所输入的两个信号的逻辑积。加法器354b将两个AND电路353d、353e的输出相加并作为选通信号输出。图18所示的选通信号选择部35分别对应各臂而配备。另外，图18所示的选通信号选择部35与正臂对应，在与负臂对应的选通信号选择部中，反转电路352a不配备在AND电路353b侧，而配备在AND电路353a侧。
图19是表示在开关周期内电流极性变化的期间的输出电流、正臂的脉冲信号、负臂的脉冲信号以及输出电压的关系的图。如图19所示，在开关周期内电流极性变化的期间，输出电压变化的是正臂及负臂各自的脉冲信号的下降时，因此即使在对正臂及负臂的脉冲信号的上升沿赋予了死区时间的情况下也不产生电压误差。因而，与检测输出电流的极性并选择对不成为电压误差的主要原因的一方的臂赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号相比，仅在开关周期内电流极性变化的期间，将对正臂及负臂各自的脉冲信号导通的上升沿赋予了死区时间的脉冲信号作为选通信号更好。
出于这样的原因，赋予方法选择部355基于输出电流值来判定在开关周期内电流极性变化的期间和除此以外的期间。而且，赋予方法选择部355在开关周期内电流极性变化的期间选择由第二赋予方法生成的脉冲信号作为选通信号，在除此以外的期间选择由第一赋予方法生成的脉冲信号作为选通信号。即，赋予方法选择部355输出如下信号：在开关周期内电流极性变化的期间，选择从AND电路353c输出的脉冲信号，在除此以外的期间选择从加法器354a输出的脉冲信号。
这样构成的电力转换装置能够抑制在开关周期内电流极性变化的期间由电流极性的误判断引起的电压误差的增大。
图20是表示再生动作运转中的电压指令值、载波信号以及输出电流、正臂的脉冲信号以及负臂的脉冲信号的图。在再生动作运转中，电压指令值的极性与输出电流的极性相反。在该再生动作运转以及功率因数小于0.8的低功率因数运转中，例如，在电流极性为正的情况下，不会因为死区时间而成为电压误差的主要原因的正臂，不是在脉冲宽度短的截止脉冲中产生电压误差，而是在脉冲宽度短的导通脉冲中产生电压误差。在这样的运转中，即使将由第二赋予方法生成的脉冲信号作为选通信号，也能够抑制电压误差。因而，与功率因数为1的运转条件的情况相比，选择由实施方式1中说明的第一赋予方法生成的脉冲信号作为选通信号的必要性变小。这样，通过使用本实施方式的电力转换装置，即使在再生动作运转以及功率因数小于0.8的低功率因数运转等运转条件下，也能够选择由第一赋予方法生成的脉冲信号和由第二赋予方法生成的脉冲信号中的某一个作为选通信号。
另外，实施方式1至4所示的电力转换装置中的控制部31也可以如图21所示的硬件的一个例子那样，由处理器100以及存储装置101构成。存储装置101具备未图示的随机存取存储器等易失性存储装置和闪存等非易失性的辅助存储装置。另外，也可以代替闪存而具备硬盘的辅助存储装置。处理器100执行从存储装置101输入的程序。在该情况下，从辅助存储装置经由易失性存储装置向处理器100输入程序。另外，处理器100可以将运算结果等数据输出到存储装置101的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存在辅助存储装置中。这样构成的控制部通过程序来执行实施方式1至4中逻辑电路等中所示的动作。
本申请记载了各种例示的实施方式，但在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式以及功能并不限于特定的实施方式的应用，能够单独或以各种组合应用于实施方式。
因而，在本申请所公开的技术范围内设想未例示的无数变形例。例如，包含对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或者省略情况以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。
附图标记说明
1电力转换装置，2直流电源，3负载，1a正极输入端子，1b负极输入端子，11a、12a、13a正臂，11b、12b、13b负臂，11c、12c、13c连接点，14半导体开关元件，15回流二极管，16电容器，17a、17b、17c输出端子，20电流传感器，21滤波电抗器，22滤波电容器，30选通驱动部，31控制部，32脉冲信号生成部，33死区时间赋予部，34电流极性检测部，35选通信号选择部，36脉冲宽度控制部，37导通脉冲去除部，100处理器，101存储装置，320、340、370比较器，331a、331b、331c、351延迟电路，332、352、352a、352b、362反转电路，333a、333b、353a、353b、353c、353d、353e，373AND电路，354、354a、354b加法器，355赋予方法选择部，361脉冲宽度扩展部，371脉冲宽度测定部。

Claims (7)

1.一种电力转换装置，其特征在于，具备：
正极输入端子及负极输入端子，与外部的直流电源连接；
正臂及负臂，在所述正极输入端子与所述负极输入端子之间串联连接；
输出端子，与所述正臂和所述负臂的连接点连接；
电流感测部，感测向所述输出端子输出的输出电流；
驱动部，所述正臂及所述负臂分别具有半导体开关元件和与该半导体开关元件反并联连接的二极管，所述驱动部通过选通信号驱动所述正臂及所述负臂的所述半导体开关元件；以及
控制部，控制所述选通信号，
所述控制部具备：
脉冲信号生成部，基于电压指令值和载波信号生成脉冲信号；死区时间赋予部，通过在由所述脉冲信号生成部生成的所述脉冲信号以及将所述脉冲信号反转后的脉冲信号中的任意一方的脉冲信号的脉冲宽度加上或除去死区时间的时间宽度，从而仅对所述一方的脉冲信号赋予死区时间；电流极性检测部，基于由所述电流感测部感测到的输出电流检测输出电流的极性；以及选通信号选择部，在由所述电流极性检测部检测出的所述输出电流的极性为正的情况下，选择所述一方的脉冲信号作为所述正臂的选通信号，选择另一方的脉冲信号作为所述负臂的选通信号，在由所述电流极性检测部检测出的所述输出电流的极性为负的情况下，选择所述一方的脉冲信号作为所述负臂的选通信号，选择所述另一方的脉冲信号作为所述正臂的选通信号。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述控制部具备脉冲宽度控制部，
该脉冲宽度控制部在由所述脉冲信号生成部生成的所述脉冲信号中所含的脉冲的脉冲宽度比预先设定的最小脉冲宽度窄时，以使该脉冲的脉冲宽度扩展到所述最小脉冲宽度的方式控制脉冲宽度。
3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述控制部具备导通脉冲去除部，
该导通脉冲去除部在由所述选通信号选择部选择的所述选通信号中所含的导通脉冲的脉冲宽度比预先设定的最小动作时间短时，从所述选通信号中去除该导通脉冲。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述死区时间赋予部使所述另一方的脉冲信号延迟所述死区时间的时间量。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述脉冲信号生成部生成第一脉冲信号和第二脉冲信号，所述第一脉冲信号对所述电压指令值与所述载波信号进行了比较，所述第二脉冲信号对使所述载波信号的相位提前死区时间的时间量的第二载波信号与所述电压指令值进行了比较，
所述死区时间赋予部将使用所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号对所述第一脉冲信号赋予了死区时间的脉冲信号作为所述一方的脉冲信号。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述选通信号选择部使用所述另一方的脉冲信号，生成对所述正臂及所述负臂各自的导通的上升沿赋予了死区时间的脉冲信号，在所述半导体开关元件的开关周期内所述输出电流的极性变化的期间，将对所述导通的上升沿赋予了死区时间的所述脉冲信号选择为所述正臂及所述负臂各自的选通信号。
7.如权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述选通信号选择部使用所述另一方的脉冲信号，生成对所述正臂及所述负臂各自的导通的上升沿赋予了死区时间的脉冲信号，在所述电压指令值的极性与所述输出电流的极性不同时，将对所述导通的上升沿赋予了死区时间的所述脉冲信号选择为所述正臂及所述负臂各自的选通信号。
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