DE10238532A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Gates eines Dreipegelwechselrichters - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Gates eines Dreipegelwechselrichters

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Abstract

In einer Gatesteuervorrichtung für Selbstzündungsunterbrechungselemente (T1) bis (T4) und Selbstzündungsunterbrechungselemente (T5) und (T6), die rückwärts parallel zwischen den jeweiligen beiden Anschlüssen von Klemmdioden (D5) bzw. (D6) angeschlossen sind, sind eine PWM-Schaltung (2) vorgesehen, welche Leitfähigkeitssteuerungsbefehle (SP) und (SN) erzeugt, sowie eine Gatesteuerschaltung (3), die eine Verzögerungsschaltungsgruppe enthält, die Gatesignale (ST1) bis (ST6) bezüglich der jeweiligen Selbstzündungsunterbrechungselemente auf der Grundlage der jeweiligen Leitfähigkeitssteuerungsbefehle erzeugt. Die Selbstzündungsunterbrechungselemente (T3) und (T5) werden kontrolliert gleichzeitig leitfähig gemacht, und die Selbstzündungsunterbrechungselemente (T2) und (T6) werden gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung von Gates bzw. Gattern eines Dreipegelwechselrichters, der ein Leistungshalbleiterelements des Selbstzündungslöschungs-Typs bzw. Selbstzündungsunterbrechungs-Typs (englisch: self-arc extinction type power semiconductor element; im folgenden einfach als "Selbstzündungsunterbrechungselement" bezeichnet) verwendet, und auf ein Verfahren zur Steuerung von Gates, insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Gates eines Dreipegelwechselrichters, welche eine Beschädigung des Selbstzündungsunterbrechungselements verhindern, indem zum Zeitpunkt des Umschaltvorgangs die kürzeste Kommmutierungsschleife gebildet wird.
  • Als allgemeines Beispiel eines Dreipegelwechselrichters sei auf die Veröffentlichung "Loss balancing in three-level voltage source inverters applying active NPC switches" in PESC (2001), Seiten 1135 bis 1140, hingewiesen.
  • In den Fig. 3 bis 5 und der Tabelle III des obigen Dokuments sind Selbstzündungsunterbrechungselemente T5 und T6 als aktive NPC-Schalter hinzugefügt.
  • Im Fall, dass ein Neutralpunkt- bzw. Nullpunkt-Potential einer Wechselspannungsquelle an den Dreipegelwechselrichter ausgegeben wird, werden vier Arten von Gatesteuerverfahren offenbart.
  • Eine Aufgabe des oben erwähnten Dokuments ist die Mittlung der Verluste, die in den Selbstzündungsunterbrechungselementen T5 und T6 erzeugt werden, welche die Dreipegelwechselrichter bilden, durch geeignete Auswahl von vier Arten von Gatesteuerverfahren.
  • Daher ist der Kommmutierungsvorgang, welcher die Induktivität der Verdrahtungsstruktur innerhalb des Dreipegelwechselrichters berücksichtigt, nicht besonders beschränkt.
  • Da der Kommmutierungsvorgang, welcher die Induktivität der Verdrahtungsstruktur innerhalb des Dreipegelwechselrichters berücksichtigt, bei der herkömmlichen Vorrichtung und dem herkömmlichen Verfahren zur Steuerung des Gates des Dreipegelwechselrichters nicht wie beschrieben gewählt ist, entsteht das Problem, dass die Zuverlässigkeit des Dreipegelwechselrichters verringert wird.
  • Insbesondere entsteht das Problem, dass die Selbstzündungsunterbrechungselemente zum Zeitpunkt des Umschaltvorgangs beschädigt werden, wenn die Induktivität (welche der Zahl von Verdrahtungselementen entspricht) der Verdrahtungsstruktur, welche die Kommmutierungsschleife bildet, zum Zeitpunkt der Kommmutierung zwischen den jeweiligen Selbstzündungsunterbrechungselementen, welche die Dreipegelwechselrichter bilden, groß wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme bei herkömmlichen Vorrichtungen zu lösen, und daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, um ein Gate eines Dreipegelwechselrichters zu steuern, welche die Induktivität der Kommmutierungsschleife verringern, um einen Schaden an Selbstzündungsunterbrechungselementen zu verhindern, indem zum Zeitpunkt der Kommmutierung zwischen den Selbstzündungsunterbrechungselementen die kürzeste Kommmutierungsschleife gebildet wird.
  • Eine Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter nach der vorliegenden Erfindung enthält: erste bis dritte Gleichspannungsanschlüsse, welche erste bis dritte Potentialpegel haben; erste bis vierte Selbstzündungsunterbrechungselemente, die in Reihe geschaltet sind zwischen den ersten und dritten Gleichspannungsanschlüssen; erste und zweite Klemmdioden, welche rückwärts parallel zwischen einem Knoten der ersten und zweiten Selbstzündungsunterbrechungselemente und einem Knoten der dritten und vierten Selbstzündungsunterbrechungselemente geschaltet sind; fünfte und sechste Selbstzündungsunterbrechungselemente, welche rückwärts parallel zwischen jeweiligen beiden Anschlüssen der ersten und zweiten Klemmdioden individuell geschaltet sind, wobei ein Knoten der ersten und zweiten Klemmdioden mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss verbunden ist; eine PWM-Schaltung (Pulsbreitenmodulationsschaltung), die einen ersten Leitungssteuerbefehl bezüglich der ersten und dritten Selbstzündungsunterbrechungselemente erzeugt, und einen zweiten Leitungssteuerbefehl bezüglich der zweiten und vierten Selbstzündungsunterbrechungselemente; und eine Gatesteuerschaltung, welche Gatesignale bezüglich der Gates der ersten bis sechsten Selbstzündungsunterbrechungselemente auf der Grundlage der ersten und zweiten Leitungssteuerbefehle erzeugt, wobei die Gatesteuerschaltung enthält: erste und zweite Inversionsschaltungen, welche die ersten bzw. zweiten Leitungssteuerbefehle invertieren; und eine Verzögerungsschaltungsgruppe, welche die Gatesignale auf der Grundlage der ersten und zweiten Leitungssteuerbefehle und der invertierten ersten und zweiten Leitungssteuerbefehle erzeugt, und wobei die dritten und fünften Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig leitfähig gemacht werden, und die zweiten und sechsten Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig leitfähig gemacht werden.
  • Ferner enthält eine Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter nach der vorliegenden Erfindung: erste bis vierte Einschalt-Verzögerungsschaltungen, welche erste bis vierte Gatesignale bezüglich der ersten bis vierten Selbstzündungsunterbrechungselemente erzeugen; eine erste Reihenschaltung, welche eine fünfte Einschalt- Verzögerungsschaltung enthält, die ein fünftes Gatesignal bezüglich des fünften Selbstzündungsunterbrechungselement erzeugt, und eine erste Ausschalt-Verzögerungsschaltung; und eine zweite Reihenschaltung, welche eine sechste Einschalt- Verzögerungsschaltung enthält, die ein sechstes Gatesignal bezüglich des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselement erzeugt, und eine zweite Ausschalt-Verzögerungsschaltung, wobei die erste Totzeit der ersten und zweiten Ausschalt- Verzögerungsschaltung kürzer eingestellt ist als die Totzeit der fünften und sechsten Einschalt-Verzögerungsschaltungen, wobei die zweite Totzeit der ersten bis vierten Einschalt- Verzögerungsschaltungen länger eingestellt sind als die Totzeit der fünften und sechsten Einschalt-Verzögerungsschaltungen, wobei die Leitfähigkeit des fünften Selbstzündungsunterbrechungselement vor einem Zeitpunkt beginnt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt, und die Leitfähigkeit mit einer Verzögerung gegenüber einem Zeitpunkt beendet wird, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselement endet; und dass das sechste Selbstzündungsunterbrechungselement vor einem Zeitpunkt beginnt leitfähig zu werden, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselement beginnt, und die Leitfähigkeit mit einer Verzögerung gegenüber einem Zeitpunkt beendet, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselement endet.
  • Ferner enthält eine Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter nach der vorliegenden Erfindung: einen Positivpolaritätskomparator und einen Negativpolaritätskomparator, welche ein Strompolaritätssignal gemäß der Polarität des Ausgangsstroms des Dreipegelwechselrichters erzeugen; und dritte und vierte Inversionsschaltungen, welche die jeweiligen Strompolaritätssignale aus dem Positivpolaritätskomparator und dem Negativpolaritätskomparator jeweils invertieren, wobei das Gatesteuerschaltung erste bis sechste Auswahlschaltungen enthält, welche schaltend die Gatesignale entsprechend der jeweiligen Strompolaritätssignale und der jeweiligen Ausgangssignale der dritten und vierten Inversionsschaltungen auswählen, wobei in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom positiv ist, die dritten und fünften Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht werden, und wobei in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom negativ ist, die zweiten und sechsten Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht werden.
  • Ferner, gemäß einer Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter der vorliegenden Erfindung, enthält die Gatesteuerschaltung: eine erste Exklusiv-Oder-Schaltung, welche eine logische Exklusivaddition des Ausgangssignals der dritten Einschalt-Verzögerungsschaltung und des Ausgangssignals der ersten Reihenschaltung ausführt, um das Gatesignal bezüglich des Gates des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements zu erzeugen; und eine zweite Exklusiv-Oder-Schaltung, welche eine logische Exklusivaddition des Ausgangssignals der zweiten Einschalt-Verzögerungsschaltung und des Ausgangssignals der zweiten Reihenschaltung ausführt, um das Gatesignal bezüglich des Gates des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements zu erzeugen, wobei das fünfte Selbstzündungsunterbrechungselement vor einem Zeitpunkt leitfähig gemacht wird, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt, den nicht leitfähigen Zustand während der Leitungsperiode des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements hält, und durch die erste Totzeit seit dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements endet, leitfähig gemacht wird, und wobei das sechste Selbstzündungsunterbrechungselement vor einem Zeitpunkt leitfähig gemacht wird, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt, einen nicht- leitfähigen Zustand während der Leitungsperiode des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements hält, und durch die erste Totzeit seit dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements endet, leitfähig gemacht wird.
  • Ferner, gemäß einer Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter der vorliegenden Erfindung enthält die Gatesteuerschaltung: fünfte und sechste Inversionsschaltungen, welche die Ausgangssignale der zweiten und dritten Einschalt- Verzögerungsschaltungen jeweils invertieren; eine erste Und- Schaltung, welche das logische Produkt des Ausgangssignals der ersten Reihenschaltung und des Ausgangssignals der fünften Inversionsschaltung nimmt; eine erste Oder-Schaltung, welche die logische Addition des Ausgangssignals der ersten Exklusiv- Oder-Schaltung und des Ausgangssignals der ersten Und-Schaltung nimmt, um das Gatesignal bezüglich des Gates des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements zu erzeugen; eine zweite Und-Schaltung, welche das logische Produkt des Ausgangs der zweiten Reihenschaltung und des Ausgangssignals der sechsten Inversionsschaltung nimmt; und eine zweite Oder-Schaltung, welche die logische Addition des Ausgangssignals der zweiten Exklusiv-Oder-Schaltung und des Ausgangssignals der zweiten Und-Schaltung ausführt, um das Gatesignal bezüglich des Gates des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements zu erzeugen, wobei das fünfte Selbstzündungsunterbrechungselement vor einem Zeitpunkt beginnt leitfähig zu werden, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt, einen nicht leitfähigen Zustand hält, außer für eine Zeitperiode, während welcher die ersten und zweiten Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig nicht leitfähig gemacht sind, und leitfähig gemacht wird durch die erste Totzeit seit dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements endet, und wobei das sechste Selbstzündungsunterbrechungselement vor einem Zeitpunkt beginnt leitfähig gemacht zu werden, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt, einen nicht leitfähigen Zustand hält, außer für eine Zeitperiode, während welcher die dritten und vierten Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig nicht leitfähig gemacht werden, und leitfähig gemacht wird durch die erste Totzeit seit dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements endet.
  • Ferner enthält die Vorrichtung gemäß eines Gatesteuerverfahrens für einen Dreipegelwechselrichter: erste bis dritte Gleichspannungsanschlüsse, welche erste bis dritte Potentialpegel haben; erste bis vierte Selbstzündungsunterbrechungselemente, die in Reihe geschaltet sind zwischen den ersten und dritten Gleichspannungsanschlüssen; erste und zweite Klemmdioden, die rückwärts parallel geschaltet sind zwischen einem Knoten der ersten und zweiten Selbstzündungsunterbrechungselemente und einem Knoten der dritten und vierten Selbstzündungsunterbrechungselemente; und fünfte und sechste Selbstzündungsunterbrechungselemente, die rückwärts parallel geschaltet sind zwischen den jeweiligen beiden Anschlüssen der ersten und zweiten Klemmdioden; wobei ein Knoten der ersten und zweiten Klemmdioden mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss verbunden ist, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, die dritten und fünften Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig leitfähig zu machen, und die zweiten und sechsten Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig leitfähig zu machen.
  • Ferner umfasst ein Gatesteuerverfahren für einen Dreipegelwechselrichter erfindungsgemäß die Schritte: Beginnen der Leitfähigkeit des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements vor einem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt, und Beenden der Leitfähigkeit des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements mit einer Verzögerung gegenüber einem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements endet; und Beginnen der Leitfähigkeit des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements vor einem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt, und Beenden der Leitfähigkeit des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements mit einer Verzögerung gegenüber einem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements endet.
  • Ferner, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom des Dreipegelwechselrichter positiv ist, wird gemäß eines Gatesteuerverfahrens für den Dreipegelwechselrichter der vorliegenden Erfindung das dritte und fünfte Selbstzündungsunterbrechungselement gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht, und wobei in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom negativ ist, die zweiten und sechsten Selbstzündungsunterbrechungselemente gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht werden.
  • Ferner umfasst ein Gatesteuerverfahren für den Dreipegelwechselrichter erfindungsgemäß die Schritte: Beginnen der Leitfähigkeit des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements vor einem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt; Halten von dessen nicht-leitfähigem Zustand während der leitfähigen Periode des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements; und Leitfähigmachen des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements durch eine vorbestimmte Zeitperiode gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements endet; und Beginnen der Leitfähigkeit des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements vor eine Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt; Halten von dessen nicht-leitfähigem Zustand während der leitfähigen Periode des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements; und Leitfähigmachen des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselement durch eine vorbestimmte Zeitperiode gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements endet.
  • Ferner umfasst ein Gatesteuerverfahren für den Dreipegelwechselrichter erfindungsgemäß die Schritte:
    Beginnen der Leitfähigkeit des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements vor einem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt; Halten von dessen nicht-leitfähigem Zustand, außer für eine Zeitperiode, während welcher das erste und zweite Selbstzündungsunterbrechungselement gleichzeitig nicht- leitfähig gemacht sind; und Leitfähigmachen des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements durch eine vorbestimmte Zeitperiode gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements endet; und Beginnen der Leitfähigkeit des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements vor einem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements beginnt; Halten von dessen nicht-leitfähigem Zustand, außer für eine Zeitperiode, während welcher das dritte und vierte Selbstzündungsunterbrechungselement gleichzeitig nicht- leitfähig gemacht sind; und Leitfähigmachen des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements durch eine vorbestimmte Zeitperiode gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements endet.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese, sowie weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung gehen klarer hervor aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, welche auf die Zeichnungen bezug nimmt, in welchen:
  • Fig. 1 ein Schaltungsstrukturdiagramm ist, um eine Kommmutierungsschleife in einer Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter in Übereinstimmung mit der ersten bis fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
  • Fig. 2 ein Schaltbild ist, welches eine Gatesteuerschaltung zeigt, die angewendet wird auf die Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 ein Zeitdiagramm ist, um den Betrieb der Gatesteuervorrichtung für den Dreipegelwechselrichter gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
  • Fig. 4 ein Schaltbild ist, welches eine Gatesteuerschaltung zeigt, die auf die Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
  • Fig. 5 ein Zeitdiagramm ist, um den Betrieb der Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
  • Fig. 6 ein Schaltbild ist, welches eine Gatesteuerschaltung zeigt, die angewendet wird auf die Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 7 ein Zeitdiagramm ist, um den Betrieb der Gatesteuervorrichtung für den Dreipegelwechselrichter in einem positiven Zustand gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
  • Fig. 8 ein Zeitdiagramm ist, um den Betrieb der Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter in einem negativen Zustand in Übereinstimmung mit der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
  • Fig. 9 ein Schaltbild ist, welches eine Gatesteuerschaltung zeigt, die angewendet wird auf eine Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 10 ein Zeitdiagramm ist, um den Betrieb der Gatesteuervorrichtung für den Dreipegelwechselrichter gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
  • Fig. 11 ein Schaltbild ist, welches eine Gatesteuerschaltung zeigt, die angewendet wird auf eine Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter gemäß der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 12 ein Zeitdiagramm ist, um den Betrieb der Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter gemäß der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären.
  • Nun werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
    • ERSTE AUSFÜHRUNG
  • Nun wird eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
  • Fig. 1 ist ein Schaltungsstrukturdiagramm zur Beschreibung einer Kommmutierungsschleife gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung, und zeigt die Struktur einer Hauptschaltung eines allgemeinen Dreipegelwechselrichters für eine Phase.
  • In Fig. 1 enthält ein Dreipegelwechselrichter (im folgenden einfach als "Wechselrichter" bezeichnet) Gleichspannungs- bzw. Gleichstromanschlüsse P, C und N.
  • Jeder der Gleichspannungsanschlüsse P, C und N hat drei Potentiale (drei Pegel), bestehend aus "+", "0" und "-".
  • C1 und C2 sind Gleichspannungskondensatoren, die in Reihe geschaltet sind zwischen den Gleichspannungsanschlüssen P und N, wobei der Gleichspannungskondensator C1 zwischen den Gleichspannungsanschlüssen P und C eingefügt ist, und der Gleichspannungskondensator C2 zwischen den Gleichspannungsanschlüssen C und N angeschlossen ist.
  • Selbstzündungsunterbrechungselemente T1, T2, T3 und T4 sind in Reihe geschaltet zwischen den Gleichspannungsanschlüssen P und N, und ein Zwischenknoten zwischen den Selbstzündungsunterbrechungselementen T2 und T3 schafft einen Ausgangsanschluss des Wechselrichters 1, um eine Wechselspannung Vout auszugeben.
  • Dioden D1, D2, D3 und D4 sind jeweils rückwärts parallel zu nen jeweiligen Selbstzündungsunterbrechungselementen T1, T2, T3 bzw. T4 geschaltet.
  • Eine Klemmdiode D5 auf der Seite des Gleichspannungsanschlusses N ist eingefügt zwischen dem Zwischenknoten zwischen den Selbstzündungsunterbrechungselementen T1 und T2 und dem Gleichspannungsanschluss C.
  • Eine Klemmdiode D6 auf der Seite des Gleichspannungsanschlusses P ist eingefügt zwischen dem Zwischenknoten zwischen den Selbstzündungsunterbrechungselementen T3 und T4 und dem Gleichspannungsanschluss C.
  • Selbstzündungsunterbrechungselemente T5 und T6 sind jeweils rückwärts parallel mit den jeweiligen Klemmdioden D5 bzw. D6 verbunden.
  • Vier Kommmutierungsschleifen L1, L2, L3 und L4, welche innerhalb des Wechselrichters 1 gebildet sind, werden schaltend gebildet durch den An-/Aus-Betrieb der jeweiligen Selbstzündungsunterbrechungselemente T2, T3, T5 und T6.
  • Nun wird der grundsätzliche Schaltbetrieb der Kommmutierungsschleifen L1 bis L4 in dem in Fig. 1 gezeigten Wechselrichter 1 beschrieben.
  • In Fig. 1 wird die Kommmutierungsschleife L1 zum Zeitpunkt der Kommmutierung zwischen dem Selbstzündungsunterbrechungselement T1 (oder der Diode D1) und dem Selbstzündungsunterbrechungselement T5 (oder der Klemmdiode D5) gebildet.
  • Die Kommmutierungsschleife L1 besteht aus einer geschlossenen Schleife, die durch den Gleichspannungskondensator C1, das Selbstzündungsunterbrechungselement T1 (oder die Diode D1) und das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 (oder die Klemmdiode D5) in der angegebenen Reihenfolge läuft.
  • Die Kommmutierungsschleife L2 wird zum Zeitpunkt der Kommmutierung zwischen dem Selbstzündungsunterbrechungselement T1 (oder der Diode D1) und dem Selbstzündungsunterbrechungselement T3 (oder der Diode D3) gebildet, und besteht aus einer geschlossener Schleife, welche durch den Gleichspannungskondensator C1, das Selbstzündungsunterbrechungselement T1 (oder die Diode D1), das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 (oder die Diode D2), das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 (oder die Diode D3) und das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 (oder die Klemmdiode D6) in der angegebenen Reihenfolge läuft.
  • Die Kommmutierungsschleife L3 wird zum Zeitpunkt der Kommmutierung zwischen dem Selbstzündungsunterbrechungselement T2 (oder der Diode D2) und dem Selbstzündungsunterbrechungselement T4 (oder der Diode D4) gebildet, und besteht aus einer geschlossenen Schleife, die durch den Gleichspannungskondensator C2, das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 (oder die Klemmdiode D5), das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 (oder die Diode D2), das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 (oder die Diode D3) und das Selbstzündungsunterbrechungselement T4 (oder die Diode D4) in der angegebenen Reihenfolge läuft.
  • Die Kommmutierungsschleife L4 wird zum Zeitpunkt der Kommmutierung zwischen dem Selbstzündungsunterbrechungselement T6 (oder der Klemmdiode D6) und dem Selbstzündungsunterbrechungselement T4 (oder der Diode D4) gebildet, und besteht aus einer geschlossenen Schleife, welche durch den Gleichspannungskondensator C2, das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 (oder die Klemmdiode D6) und das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 (oder die Diode D5) in der angegebenen Reihenfolge läuft.
  • In der Offenbarung der geschlossenen Schleifen für die jeweiligen Kommmutierungsschleifen L1 bis L4, bedeutet zum Beispiel "Selbstzündungsunterbrechungselement T1 (oder die Diode D1)", dass das Selbstzündungsunterbrechungselement T1 und/oder die Diode D1 leitfähig gemacht wird in Übereinstimmung mit der Polarität des Ausgangsstroms Iout des Wechselrichters 1.
  • Unter Beachtung der Induktivität der Verdrahtungsstruktur der Kommmutierungsschleifen L1 bis L4, wird die Verdrahtungsstrukturinduktivität der Kommutierungsschleifen L1 und L4 kleiner als die Verdrahtungsstrukturinduktivität der Kommutierungsschleifen L2 und L3, aus dem Vergleich der Zahl von Serien der Halbleitervorrichtungen bzw. -elemente (Selbstzündungsunterbrechungselemente, Dioden), welche die geschlossene Schleife bilden.
  • Nun wird eine spezifische Schaltungsstruktur der Gatesteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 gezeigte Schaltungsstrukturdiagramm beschrieben.
  • In Fig. 2 erzeugt eine PWM-Schaltung (Pulsbreitenmodulationsschaltung) 2 einen Leitungssteuerbefehl SP bezüglich der Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 und T3 (siehe Fig. 1) auf der Seite des Gleichspannungsanschlusses P, und einen Leitungssteuerbefehl SN bezüglich der Selbstzündungsunterbrechungselemente T2 und T4 auf der Seite des Gleichspannungsanschlusses N.
  • Eine Gatesteuerschaltung 3, die mit der PWM-Schaltung 2 verbunden ist, gibt Gate- bzw. Gatterbefehle ST1 bis ST6 an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 bis T6 aus, auf der Grundlage der Leitungssteuerbefehle SP und SN.
  • Innerhalb der Gatesteuerschaltung 3 bezeichnen die Bezugszeichen 3P und 3N Inversionsschaltungen, welche das Vorzeichen der Schaltungssteuerbefehle SP und SN invertieren, und 31 bis 34 sind Einschalt-Verzögerungsschaltungen, welche jede ein Verzögerungselement mit einer Totzeit Td haben (Td = mehrere zehn µs).
  • Die Einschalt-Verzögerungsschaltung 31 gibt ein Gatesignal ST1 an das Selbstzündungsunterbrechungselement T1 auf der Grundlage des Leitungssteuerbefehls SP aus.
  • Die Einschalt-Verzögerungsschaltung 32 gibt ein Gatesignal ST2 an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2 und T6 aus, auf der Grundlage des Leitungssteuerbefehls SN, dessen Vorzeichen durch die Inversionsschaltung 3N invertiert wurde.
  • Die Einschalt-Verzögerungsschaltung 33 gibt ein Gatesignal ST3 an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T5 aus, auf der Grundalge des Leitungssteuerbefehls SP, dessen Vorzeichen durch die Inversionsschaltung 3P invertiert wurde.
  • Die Einschalt-Verzögerungsschaltung 34 gibt ein Gatesignal ST4 an das Selbstzündungsunterbrechungselement T4 auf der Grundlage des Leitungssteuerbefehls SN aus.
  • Gate- bzw. Gatteransteuerschaltungen 4 (GD), welche die jeweiligen Gates der Selbstzündungsunterbrechungselemente 11 bis T6 ansteuern, geben Einschalt-Gatepulse PT1 bis PT6 an die jeweiligen Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 bis T6 aus, auf der Grundlage der jeweiligen Gatesignale ST1 bis ST4 aus der Gatesteuerschaltung 3.
  • Innerhalb der Gateansteuerschaltung 4 bezeichnen die Bezugszeichen 41 bis 46 Gateschaltungen, die den jeweiligen Selbstzündungsunterbrechungselementen T1 bis T6 entsprechen.
  • Nun wird der Gatesteuervorgang gemäß der in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführung unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 1 beschrieben.
  • Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Gatesteuerschaltung 3 zeigt.
  • In Fig. 3 hat die stationäre Betriebslogik (außer für die Kommmutierungszeit) der Leitungssteuerbefehle SP und SN, die aus der PWM-Schaltung ausgegeben werden, die folgenden drei Moden "P", "0" und "N" bezüglich der Ausgangsspannung Vout des Wechselrichters 1.
  • Der erste Modus "P" ist ein Modus im Falle von SP = 1 und SN = 0 (ein Zustand vor einer Zeit t1), wo die Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 und T2 einschalten, und die Ausgangsspannung Vout des Wechselrichters 1 ein + Potential hat.
  • Der zweite Modus "0" ist ein Modus im Fall vom SP = 0 und SN = 0 (ein Zustand zu Zeiten t1 bis t3 und Zeiten t5 bis t7), wo die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2, T3, T5 und T6 einschalten, und die Ausgangsspannung Vout des Wechselrichters ein "0"-Potential hat.
  • Der dritte Modus "N" ist ein Modus im Fall von SP = 0 und SN = 1 (ein Zustand zu Zeiten t3 bis t5), wo die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T4 einschalen, und die Ausgangsspannung Vout des Wechselrichters 1 ein "-" potential hat.
  • Wie oben beschrieben, in einer Zeitperiode vor dem Zeitpunkt t1 herrscht der erste Modus "P" (SP = 1, SN = 0 und ST1 = ST2 = 1), und die Einschalt-Gatepulse PT1 und PT2 werden an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 und T2 gegeben.
  • Im Fall von ST2 = 1, wird der Einschalt-Gatepuls PT6 an das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 gegeben, da aber die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T4 ausgeschaltet sind, fließt kein Ausgangsstrom Iout.
  • Danach, wenn zum Zeitpunkt t1 gilt, dass SP = 0 erfüllt ist, wird der Zustand ST2 = 1 fortgesetzt, obwohl ST1 zu 0 wird.
  • Danach, zum Zeitpunkt t2, der der Einschalt-Betriebs- Verzögerungszeit Td der Einschalt-Verzögerungsschaltung 33 entspricht, wird ST3 zu 1, und die Einschalt-Gatepulse PT3 und PT5 werden an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 bzw. T5 gegeben.
  • In diesem Beispiel, wenn man annimmt, dass die Polarität des Ausgangsstroms Iout des Wechselrichters 1 (siehe Fig. 1) positiv ist, in dem Fall, wo der Ausgangsstrom Iout in einer Periode der Zeiten t1 bis t2 negativ ist, fließt der Ausgangsstrom Iout in dem Gleichspannungsanschluss P durch die Dioden D2 und D1.
  • Zum Zeitpunkt t2, wenn die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T5 einschalten, treten die Kommmutierungsschleifen L1 und L2 gleichzeitig auf. In dieser Situation, wenn die Diode D1 invers wiederhergestellt wird, fließt der Ausgangsstrom Iout so, das er verteilt wird auf einen Pfad der Diode D2, des Selbstzündungsunterbrechungselements T5 und des Gleichspannungsanschlusses C, in dieser Reihenfolge, und einen Pfad des Selbstzündungsunterbrechungselements T3, der Klemmdiode D6 und des Gleichspannungsanschlusses C, in dieser Reihenfolge.
  • Da die Verdrahtungsstrukturinduktivität der Kommmutierungsschleife L1 in dem oben beschriebenen Beispiel kleiner ist als jene der Kommmutierungsschleife L2, ist ein Strom, der in dem Selbstzündungsunterbrechungselement T5 innerhalb der Kommmutierungsschleife L1 fließt, größer als ein Strom, der im Selbstzündungsunterbrechungselement T3 innerhalb der Kommmutierungsschleife L2 fließt.
  • Auch kann die Induktivität der Kommmutierungsschleifen, welche äquivalent parallel zueinander sind, verkleinert werden im Vergleich mit der Induktivität der Kommmutierungsschleife L2 in dem Fall, in dem kein Selbstzündungsunterbrechungselement T5 vorgesehen ist.
  • Danach, in einer Periode von Zeit t2 bis t3 herrscht der zweite Modus "0" (SP = 0, SN = 0, und ST2 = ST3 = 1), und die Einschalt-Gatepulse PT2, PT3, PT5 und PT6 werden jeweils an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2, T3, T5 bzw. T6 gegeben.
  • Dann, wenn zum Zeitpunkt t3 erfüllt ist, dass SP = 0 und SN = 1, wird ST2 zu 0, und die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2 und T6 werden ausgeschaltet.
  • In dieser Situation, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom leut positiv ist, kommutieren die Ströme, die verteilt geflossen sind in dem Pfad, welcher durch den Gleichspannungsanschluss C, die Klemmdiode D5 und das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 in der angegebenen Reihenfolge läuft, und dem Pfad, welcher durch den Gleichspannungsanschluss C, das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 und die Diode D3 in der angegebenen Reihenfolge läuft, in einen Pfad, welcher durch den Gleichspannungsanschluss N, die Diode D4 und die Diode D3 in der angegebenen Reihenfolge läuft, aufgrund der Kommmutierungsschleifen L3 und L4.
  • Auch kann die Induktivität der Kommmutierungsschleifen, welche äquivalent parallel zueinander sind, verringert werden im Vergleich mit der Induktivität der Kommmutierungsschleife L3 in dem Fall, in dem kein Selbstzündungsunterbrechungselement T6 vorgesehen ist.
  • Danach, zum Zeitpunkt t4, welcher der Einschalt- Betriebsverzögerungszeit Td der Einschalt-Verzögerungsschaltung 34 entspricht, wird ST4 zu 1, und der Einschalt-Gatepuls PT4 wird an das Selbstzündungsunterbrechungselement T4 gegeben.
  • In dieser Situation, da die Einschalt-Gatepulse PT3, PN und PT5 an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3, T4 und T5 gegeben werden, ist der Modus im Zustand des dritten Modus "N".
  • Dann, zum Zeitpunkt t5, wenn SN = 0 erfüllt ist, wird ST4 zu 0, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T4 wird ausgeschaltet.
  • Danach, zum Zeitpunkt t6, welcher der Einschalt- Betriebsverzögerungszeit Id der Einschalt-Verzögerungsschaltung 32 entspricht, wird ST2 zu 1, und die Einschalt-Gatepulse PT2 und PT6 werden an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2 und T6 gegeben.
  • In diesem Beispiel, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout positiv ist und in dem Pfad fließt, welcher durch den Gleichspannungsanschluss N, die Diode D4 und die Diode D3 unmittelbar vor dem Zeitpunkt t6, zu dem die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2 und T6 einschalten, fließt, kommutiert der Ausgangsstrom Iout auf die verteilten Pfade, welche bestehen aus einem Pfad, der durch den Gleichspannungsanschluss C, die Klemmdiode D5 und das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 läuft, und einem Pfad, der durch den Gleichspannungsanschluss C, das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 und die Diode D3 läuft, aufgrund der Kommmutierungsschleifen L3 und L4.
  • Daher kann die Induktivität der Kommmutierungsschleifen, welche äquivalent parallel zueinander sind, verringert werden im Vergleich mit der Induktivität der Kommmutierungsschleife L2 in dem Fall, in dem kein Selbstzündungskommmutierungselement T5 vorgesehen ist.
  • Dann, zum Zeitpunkt t7, wenn SP zu 1 wird, wird SP3 zu 0, und die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T5 werden ausgeschaltet.
  • In dieser Situation, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout negativ ist, wird Strom kommmutiert auf einen Pfad, welcher durch die Diode D2, die Diode D1 und den Gleichspannungsanschluss P in der angegebenen Reihenfolge läuft, aufgrund der Kommmutierungsschleifen L1 und L2, aus dem Zustand, in dem der Strom in den verteilten Pfaden fließt, welche bestehen aus dem Pfad, der durch die Diode D2, das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 und den Gleichspannungsanschluss C läuft, und dem Pfad, der durch das Selbstzündungsunterbrechungselement T3, die Klemmdiode D6 und den Gleichspannungsanschluss C läuft.
  • Dementsprechend kann die Induktivität der Kommmutierungsschleifen, welche äquivalent parallel zueinander sind, verringert werden im Vergleich mit der Induktivität der Kommmutierungsschleife L3 in dem Fall, in dem kein Selbstzündungskommmutierungselement T5 vorgesehen ist.
  • Wie oben beschrieben werden die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2 und T6 so gesteuert, dass sie gleichzeitig leitfähig gemacht werden, und die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T5 werden so gesteuert, dass sei gleichzeitig leitfähig gemacht werden, so dass im Fall des zweiten Modus "0", die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2, T3, T5 und T6 einen Gate-An-Zustand bilden.
  • Als Ergebnis, da die Kommmutierungsschleifen L1 und L2 (oder die Kommmutierungsschleifen L3 und L4) zum Zeitpunkt der Kommmutierung gleichzeitig auftreten, kann die Induktivität der Kommmutierungsschleifen, welche zueinander parallel sind, verringert werden, wodurch eine Beschädigung der Selbstzündungsunterbrechungselemente, welche die Kommmutierungsschleife bilden, verhindert werden kann.
    • ZWEITE AUSFÜHRUNG
  • In der oben erwähnten ersten Ausführung sind die Totzeiten Td der jeweiligen Einschalt-Verzögerungsschaltungen 31 bis 34 auf einen konstanten Wert eingestellt, aber die unterschiedlichen Totzeiten können eingestellt sein, um den An-/Aus-Zeitpunkt der jeweiligen Selbstzündungsunterbrechungselemente T4 bis 76 zu verschieben.
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, welches die Gatesteuervorrichtung zeigt, in welcher die An-/Aus-Zeitpunkte der Selbstzündungsunterbrechungselemente T4 bis T5 gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung verschoben sind, und die gleichen Teile wie in der ersten Ausführung (siehe Fig. 2) werden durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet, oder durch Bezugsziffern mit einem angehängten "a", und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • In Fig. 4 gibt eine Gatesteuerschaltung 3a, welche mit der PWM-Schaltung 2 verbunden ist, Gatebefehle ST1 bis ST6 bezüglich der Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 bis T6 aus, auf der Grundlage der Leitungssteuerbefehle SP und SN.
  • Innerhalb der Gatesteuersteuerschaltung 3a bezeichnen Bezugszeichen 31a bis 34a Einschalt-Verzögerungsschaltungen, welche jeweils ein Verzögerungselement einer zweiten Totzeit Td2 (> Td) haben, 32 und 33 bezeichnen Einschalt- Verzögerungsschaltungen, welche jeweils ein Verzögerungselement einer ersten Totzeit Td haben, und die Bezugszeichen 35a und 36a bezeichnen Ausschalt-Verzögerungsschaltungen, welche jeweils ein Verzögerungselement der ersten Totzeit Td1 (< Td) haben.
  • Die Einschalt-Verzögerungsschaltung 32 ist mit dem Ausgangsanschluss der Inversionsschaltung 3N verbunden, und die Einschalt-Verzögerungsschaltung 33 ist mit dem Ausgangsanschluss der Inversionsschaltung 3P verbunden.
  • Auch sind die Ausschalt-Verzögerungsschaltungen 35a und 36a jeweils mit den Einschalt-Verzögerungsschaltungen 33 bzw. 32 verbunden.
  • Die Einschalt-Verzögerungsschaltungen 31a bis 34a geben die Gatesignale ST1 bis ST4 an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 bis T4 aus, auf der Grundlage der Leitungssteuerbefehle SP und SN, wie bei den oben beschriebenen Einschalt-Verzögerungsschaltungen 31 bis 34.
  • Die Einschalt-Verzögerungsschaltung 33 und die Ausschalt- Verzögerungsschaltung 35a geben das Gatesignal ST5 an das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 aus, auf der Grundlage des Leitungssteuerbefehls SP, dessen Vorzeichen durch die Inversionsschaltung 3P invertiert wurde.
  • Die Einschalt-Verzögerungsschaltung 32 und die Aus- Verzögerungsschaltung 36a geben das Gatesignal STG an das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 aus, auf der Grundlage des Leitungssteuerbefehls SN, dessen Vorzeichen durch die Inversionsschaltung 3N invertiert wurde.
  • Die jeweiligen Gatesignale ST1 bis ST6, die aus der Gatesteuerschaltung 3a ausgegeben werden, werden durch die Gateansteuerschaltung 4 zu Einschalt-Gatepulsen bzw. Gateeinschaltpulsen PT1 bis PT6, und werden dann den Gates der jeweiligen Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 bis T6 zugeführt.
  • Nun wird der Betrieb der Gatesteuerschaltung 3a gemäß der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf ein in Fig. 5 gezeigtes Zeitdiagramm, und mit Hilfe von Fig. 1 beschrieben.
  • Zunächst, zum Zeitpunkt von t1, wenn SP Null wird, wird ST1 zu Null, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T1 wird ausgeschaltet.
  • Danach, zum Zeitpunkt t2, nachdem die Totzeit Id seit dem Zeitpunkt t1 abgelaufen bzw. vergangen ist, wird ST5 durch die Einschalt-Verzögerungsschaltung 33 zu Eins, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 wird eingeschaltet.
  • Andererseits, zu einem Zeitpunkt t2', der durch die Einschalt- Verzögerungsschaltung 33a gegenüber dem Zeitpunkt t1 um die zweite Totzeit Td2 (im folgenden einfach als "Totzeit" bezeichnet) verzögert ist, wird ST3 zu Eins, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 wird eingeschaltet.
  • Da in diesem Beispiel die Totzeiten Td und Td2 die Beziehung Td2 > Td erfüllen, geht der Einschaltzeit t2 des Selbstzündungsunterbrechungselement T5 der Einschaltzeit t2' des Selbstzündungsunterbrechungselements T3 voran.
  • Daher, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout negativ ist, wenn das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 zum Zeitpunkt t2 einschaltet, kommmutiert der Ausgangsstrom auf das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 aus der Diode D1, aufgrund der Kommmutierungsschleife L1, wodurch es möglich ist die Kommmutierungsinduktivität zu verringern.
  • Danach, wenn das Selbstzündungskommmutierungselement T3 zum Zeitpunkt t2' einschaltet, fließt der Ausgangsstrom Iout verteilt in einen Pfad, welcher durch das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 und die Klemmdiode D6 in der angegebenen Reihenfolge läuft.
  • Dann, zum Zeitpunkt t3, wenn SN zu Eins wird, wird ST2 zu Null, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 wird ausgeschaltet.
  • In dieser Situation, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout positiv ist, kommmutiert der verteilte Strom, welcher durch die Klemmdiode D5 und das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 in der angegebenen Reihenfolge läuft, auf den verteilten Pfad, welcher durch das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 und die Diode D3 in der angegebenen Reihenfolge läuft.
  • Danach, zum Zeitpunkt t4', der durch die Ausschaltverzögerungsschaltung 36a um die erste Totzeit (im folgenden einfach als "Totzeit" bezeichnet) Td1 gegenüber dem Zeitpunkt t3 verzögert ist, wird ST6 zu Null, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 schaltet aus.
  • Daher, da der Ausgangsstrom durch die Kommmutierungsschleife L4 auf die Diode D4 kommmutiert, kann die Kommmutierungsinduktivität verringert werden.
  • Danach, zum Zeitpunkt t4, nachdem durch die Ausschaltverzögerungsschaltung 34a die Totzeit Td2 seit dem Zeitpunkt t3 verstrichen ist, wird ST4 zu Eins, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T4 wird eingeschaltet.
  • In diesem Beispiel, wenn die Totzeiten Id, Td1 und Td2 eine Beziehung erfüllen, welche im folgenden Ausdruck (1) angegeben wird, entspricht ein Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt t4' und dem Zeitpunkt t4 der Totzeit Td.

    Td2 - Td1 = Td (1)
  • Dann, zum Zeitpunkt t5, wenn SN zu Null wird, wird ST4 zu Null, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T4 schaltet aus.
  • Danach, zum Zeitpunkt t6, nachdem durch die Einschaltverzögerungsschaltung 32 die Totzeit Id seit dem Zeitpunkt t5 gestrichen ist, wird ST6 zu Eins, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 wird eingeschaltet.
  • Zu diesem Zeitpunkt, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout positiv ist, wird der Strom aufgrund der Kommmutierungsschleife L4 aus der Diode D4 auf das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 kommmutiert, und somit kann die Kommmutierungsinduktivität verringert werden.
  • Danach, zum Zeitpunkt t4, nachdem durch die Einschaltverzögerungsschaltung 32a die Totzeit Td2 seit dem Zeitpunkt t5 verstrichen ist, wird ST2 zu Eins, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 wird eingeschaltet.
  • Als Ergebnis wird der Ausgangsstrom Iout auf einen Pfad verteilt, welcher durch die Klemmdiode D5 und das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 in der angegebenen Reihenfolge läuft, von dem Pfad, welcher durch das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 und die Diode D3 in der angegebenen Reihenfolge läuft.
  • Dann, zum Zeitpunkt t7, wenn SP zu Eins wird, wird ST3 zu Null, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 wird ausgeschaltet.
  • In dieser Situation, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout negativ ist, wird der verteilte Strom, der in dem Pfad fließt, welcher durch das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 und die Klemmdiode D6 in der angegebenen Reihenfolge läuft, auf einen verteilten Pfad kommmutiert, welcher durch Diode D2 und das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 läuft.
  • Danach, zum Zeitpunkt t8', der durch die Ausschaltverzögerungsschaltung 35a um die Totzeit Td1 verzögert ist, wird ST5 zu Null, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 wird ausgeschaltet.
  • Daher, da der Ausgangsstrom durch die Kommmutierungsschleife L1 auf die Diode D1 kommmutiert, kann die Kommmutierungsinduktivität verringert werden.
  • Danach, zum Zeitpunkt t8, nachdem durch die Einschaltverzögerungsschaltung 31a die Totzeit Td2 seit dem Zeitpunkt t7 verstrichen ist, wird ST1 zu Eins, und das Selbstzündungsunterbrechungselement T1 schaltet ein.
  • Durch die oben erwähnte Gatesteuerung beginnt das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 leitfähig zu werden vor einem Zeitpunkt, zu dem das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 beginnt leitfähig zu werden, und endet den Zustand der Leitfähigkeit mit einer Verzögerung gegenüber einem Zeitpunkt, zu dem das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 den leitfähigen Zustand beendet.
  • Als Ergebnis kann der Kommmutierungsvorgang durch die Kommmutierungsschleifen L1 und L4 durchgeführt werden, wodurch die Kommmutierungsinduktivität weiter verringert wird.
    • DRITTE AUSFÜHRUNG
  • In der oben erwähnten zweiten Ausführung werden die Gatesignale ST1 bis ST6 nur auf der Grundlage der Leitungssteuerungsbefehle SP und SN erzeugt. Alternativ können die Gatesignale ST1 bis ST6 auf der Grundlage des erfassten Polaritätswerts des Ausgangsstroms Iout schaltend erzeugt werden.
  • Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches einen Dreipegelwechselrichter und eine Gatesteuervorrichtung zeigt, welche gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung einen erfassten Polaritätswert des Ausgangsstroms Iout verwenden.
  • In Fig. 6 werden gleiche Teile, wie sie bereits oben beschrieben wurden (siehe Fig. 1, 2 und 4) durch identische Bezugszeichen bezeichnet, oder durch Bezugszeichen mit einem angefügten "b", und es erfolgt keine erneute Beschreibung. Auch wird in diesem Beispiel zur Vereinfachung der Zeichnungen die Gateansteuerschaltung 4 in den Zeichnungen weggelassen.
  • In Fig. 6 gibt eine Gatesteuerschaltung 3b, welche mit der PWM-Schaltung 2 verbunden ist, die Gatebefehle ST1 bis ST6 an die Selbstzündungsunterbrechungselement T1 bis T6 auf der Grundlage der Leitungssteuerungsbefehle SP, SN und des Ausgangsstroms Iout aus.
  • In diesem Fall sind nicht nur die Leitungssteuerungsbefehle SP und SN, sondern auch die Strompolaritätssignale S6P, S6N und die Inversionssignale der jeweiligen Strompolaritätssignale S6P, S6N als Eingangssignal der Gatesteuerschaltung 3b hinzugefügt.
  • Die Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Stromdetektor, welcher den Ausgangsstrom Iout erfasst, 6P ist ein Positivpolaritätskomparator, welcher die positive Polarität des Ausgangsstroms Iout erfasst, 6N ist ein Negativpolaritätskomparator, welcher die negative Polarität des Ausgangsstroms Iout erfasst, 6P1 ist eine Inversionsschaltung, welche das Strompolaritätssignal S6P aus dem Positivpolaritätskomparator 6P invertiert, und 6N1 ist eine Inversionsschaltung, welche das Strompolaritätssignal S6N aus dem Negativpolaritätskomparator 6N invertiert.
  • Das Ausgangssignal des Stromdetektors 5 wird dem Positivpolaritätskomparator 6P und dem Negativpolaritätskomparator 6N eingegeben.
  • Die jeweiligen Strompolaritätssignale S6P und S6N aus dem Positivpolaritätskomparator 6P und dem Negativpolaritätskomparator 5N werden direkt an die Gatesteuerschaltung 3b gegeben, und Signale, welche sich aus der Inversion des Vorzeichens der jeweiligen Strompolaritätssignale S6P und S6N durch die jeweiligen Inversionsschaltungen 6SP1 und 6SN1 ergeben, werden an die Gatesteuerschaltung 3b gegeben.
  • Innerhalb der Gatesteuerschaltung 3b besteht jede der Auswahlschaltungen 3b1 bis 3b6 aus zwei Und-Schaltungen, die an der Eingangsseite parallel angeordnet sind, und einer Oder- Schaltung, welche die logische Addition der Ausgangssignale der jeweiligen Und-Schaltungen durchführt.
  • Die Gatesteuerschaltung 3b enthält zusätzlich zu dem Einschaltverzögerungsschaltungen 31 bis 34, 31a bis 34a und den Ausschaltverzögerungsschaltungen 35a, 36a die Auswahlschaltungen 3b1 bis 3b6.
  • In der Auswahlschaltung 3b1 erlaubt eine von zwei Und- Schaltungen das Hindurchlassen des Ausgangssignals aus der Einschaltverzögerungsschaltung 31a (Totzeit Td), ansprechend auf das negative Strompolaritätssignal S6N, und die andere Und- Schaltung erlaubt das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 31 (Totzeit Td), ansprechend auf den invertierten Wert des Strompolaritätssignals S6N.
  • In der Auswahlschaltung 3b2 erlaubt eine von zwei Und- Schaltungen das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 32a (Totzeit Td2), ansprechend auf das positive Strompolaritätssignal S6P, und die andere Und- Schaltung erlaubt das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 32 (Totzeit Td), ansprechend auf den invertierten Wert des Strompolaritätssignals S6P.
  • In der Auswahlschaltung 3b3 erlaubt eine von zweit Und- Schaltungen das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 33a (Totzeit Td2), ansprechend auf das negative Strompolaritätssignal S6N, und die andere Und- Schaltung erlaubt das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 33 (Totzeit Td), ansprechend auf dem invertierten Wert des Strompolaritätssignals S6N.
  • In der Auswahlschaltung 3b4 erlaubt eine von zwei Und- Schaltungen das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 34a (Totzeit Td2), ansprechend auf das positive Strompolaritätssignal S6P, und die andere Und- Schaltung erlaubt das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 34 (Totzeit Id), ansprechend auf dem invertierten Wert des Strompolaritätssignals S6P.
  • In der Auswahlschaltung 3b5 erlaubt eine von zwei Und- Schaltungen das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Reihenschaltung, die aus der Einschaltverzögerungsschaltung 33 (Totzeit Td) und der Ausschaltverzögerungsschaltung 35a (Totzeit Td1) besteht, ansprechend auf das negative Strompolaritätssignal S6N, und die andere Und-Schaltung erlaubt das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 33, ansprechend auf dem invertierten Wert des Strompolaritätssignals S6N.
  • In der Auswahlschaltung 3b6 erlaubt eine von zwei Und- Schaltungen das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Reihenschaltung, die aus der Einschaltverzögerungsschaltung 32 (Totzeit Td) und der Ausschaltverzögerungsschaltung 36a (Totzeit Td1) besteht, ansprechend auf dem das positive Strompolaritätssignal S6P, und die andere Und-Schaltung erlaubt das Hindurchlassen eines Ausgangssignals der Einschaltverzögerungsschaltung 32, ansprechend auf den invertierten Wert des Strompolaritätssignals S6P.
  • Wie oben beschrieben werden die jeweiligen Ausgangssignale der Einschaltverzögerungsschaltungen 31 bis 34, 31a bis 34a und der Ausschaltverzögerungsschaltung 35a, 36a in Übereinstimmung mit den Strompolaritätssignalen S6P, S6N aus dem Positivpolaritätskomparator 6P und dem Negativpolaritätskomparator 6N und den jeweiligen Ausgangssignalen der Inversionsschaltungen 6P1, 6N1 ausgewählt, und die Gatesignale ST1 bis ST6 werden durch die jeweiligen Auswahlschaltungen 3b1 bis 3b6 an die Gateansteuerschaltung 4 (siehe Fig. 2) gegeben.
  • Die jeweiligen Vergleichspegel des Positivpolaritätskomparators 6P und des Negativpolaritätskomparators 6N sind so eingestellt, dass sie vom Null-Pegel isoliert sind, um zu verhindern, dass die jeweiligen Strompolaritätssignale S6P und S6N aufgrund einer Schwankung des Ausgangsstroms Iout im wesentlichen gleichzeitig zu "1" (H-Pegel) werden.
  • In anderen Worten, wie innerhalb eines Blocks der Fig. 6 als charakteristische Signalform gezeigt, ist der Vergleichspegel Ip des Positivpolaritätskomparators 6P größer eingestellt als der Null-Pegel des Ausgangsstroms Iout, und der Vergleichspegel In des Negativpolaritätskomparators 6N ist kleiner eingestellt als der Null-Pegel des Ausgangsstroms Iout.
  • Zusätzlich, wie durch eine unterbrochene Linie im Block der Fig. 6 angegeben, ist im Vergleichsvorgang des Positivpolaritätskomparators 6P und des Negativpolaritätskomparators 6N eine Hysteresecharakteristik für den An-/Aus-Pegel des Vergleichsausgangs vorgesehen, so dass das auftreten von Pendeln sicher verhindert werden kann.
  • Im folgenden wird der Betrieb der Gatesteuerschaltung 3b unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme der Fig. 7 und 8 beschrieben.
  • Fig. 7 zeigt den Betrieb der Steuerschaltung 3b in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout des Wechselrichters 1 positiv ist, in dem das Gatessignal ST5 in Fig. 3 gezeigten Signalform entspricht, und das Gatesignal ST6 der in Fig. 5 gezeigten Signalform. In dieser Situation ist das Strompolaritätssignal S6P aus dem Positivpolaritätskomparator 6P gleich "1", und das Strompolaritätssignal S6N aus dem Negativpolaritätskomparator 6N gleich "0".
  • Fig. 8 zeigt den Betrieb der Gatesteuerschaltung 3b in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout des Wechselrichters 1 negativ ist, in dem das Gatesignal ST5 der in Fig. 5 gezeigten Signalform entspricht, und das Gatesignal ST6 der in Fig. 3 gezeigten Signalform. In dieser Situation ist das Strompolaritätssignal S6P aus dem Positivpolaritätskomparator 6P gleich "0", und das Strompolaritätssignal S6N aus dem Negativpolaritätskomparator 6N gleich "1".
  • Als erstes, wie in Fig. 7 gezeigt, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout des Wechselrichters 1 positiv ist, gilt S6P = 1 und S6N = 0, und der Auswahlbetrieb der jeweiligen Gatesignale ST1 bis ST6 durch die Auswahlschaltungen 3b1 bis 3b6 ist wie folgt.
  • Gewählt werden jeweils: der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 31 als Gatesignal ST1, der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 32a als Gatesignal ST2, der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 33 als Gatesignal ST3, der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 34a als Gatesignal ST4, der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 33 als Gatesignal ST5 und der Ausgang der Ausschaltverzögerungsschaltung 36a als Gatesignal ST6.
  • In diesem Beispiel, wenn der Ausgangsstrom Iout in der Nähe des Zeitpunkts t1 und in der Nähe des Zeitpunkts t7 positiv ist, ist die Diode D1 in einem nicht leitfähigen Zustand, so dass es unnötig ist, dass begonnen wird das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 vor dem Zeitpunkt leitfähig zu machen, zu dem begonnen wird, das Selbstzündungsunterbrechungselement T3 leitfähig zu machen, und beendet den leitfähigen Zustand mit einer Verzögerung gegenüber dem Leitfähigkeits-Endzeitpunkt des Selbstzündungsunterbrechungselement T3, wie oben beschrieben (siehe Fig. 5).
  • Daher, wenn in Fig. 7 die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T5 wie oben beschrieben (siehe Fig. 3) gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht werden, kann zum Beispiel eine Zeitperiode vom Zeitpunkt t1 vor der Einschaltzeit t2 des Selbstzündungsunterbrechungselements T3 auf die Totzeit Td verringert werden, wodurch es möglich wird, das Ansprechen der Gatesteuerung auf das Ausgangssignals der PWM-Schaltung zu verbessern.
  • Andererseits, wie in Fig. 8 gezeigt, in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom Iout des Wechselrichters 1 negativ ist, gilt S6P = 0 und S6N = 1 und der Auswahlbetrieb der entsprechenden Gatesignale ST1 bis ST6 durch die Auswahlschaltungen 3b1 bis 3b6 ist wie folgt.
  • Das bedeutet, dass jeweils gewählt werden: der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 31a als Gatesignal ST1, der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 32 als Gatesignal ST2, der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 33a als Gatesignal ST3, der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 34 als Gatesignal ST4, der Ausgang der Ausschaltverzögerungsschaltung 35a als Gatesignal ST5 und der Ausgang der Einschaltverzögerungsschaltung 32 als Gatesignal ST6.
  • In diesem Beispiel, wenn der Ausgangsstrom Iout des Wechselrichters 1 in der Nähe des Zeitpunkts t3 und in der Nähe des Zeitpunkts t5 negativ ist, ist die Diode D4 in einem nichtleitfähigen Zustand, so dass es unnötig ist, dass das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 beginnt leitfähig zu werden vor dem Zeitpunkt, zu dem das Selbstzündungsunterbrechungselement T2 beginnt leitfähig zu werden, und den leitfähigen Zustand mit einer Verzögerung gegenüber dem Leitfähigkeits-Endzeitpunkt des Selbstzündungsunterbrechungselement T2 beendet, wie oben beschrieben (siehe Fig. 5).
  • Daher, wenn in Fig. 8 die Selbstzündungsunterbrechungselemente T2 und T6 wie oben beschrieben (siehe Fig. 3) kontrolliert bzw. gesteuert gleichzeitig leitfähig gemacht werden, kann zum Beispiel eine Zeitperiode zwischen dem Zeitpunkt t5 und dem Zeitpunkt t6, zu dem die Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 und T6 einschalten, auf die Totzeit Td verringert werden, wodurch es möglich wird das Ansprechen der Gatesteuerung auf das Ausgangssignals der PWM-Schaltung 2 zu verbessern.
  • Wie oben beschrieben werden die Gatesignale ST5 und ST6 ansprechend auf die positiven und negativen Polaritäten des Ausgangsstroms Iout des Wechselrichters 1 geschaltet, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, um eine Verringerung der Periode zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 aufgrund der gleichzeitigen Leitfähigkeitssteuerung der Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T5 zu verwirklichen, oder eine Verringerung einer Periode zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 aufgrund der gleichzeitigen Leitfähigkeitssteuerung der Selbstzündungsunterbrechungselemente T2 und T6, wodurch es möglich wird, das Ansprechen der Gatesteuerung auf das Ausgangssignals der PWM-Schaltung 2 zu verbessern.
    • VIERTE AUSFÜHRUNG
  • In der oben erwähnten zweiten Ausführung werden die Ausgänge der Ausschaltverzögerungsschaltung 35a und 36a so wie sie sind der Gateansteuerschaltung 4 eingegeben, sie können jedoch auch über eine Exklusiv-Oder-Schaltung der Gateansteuerschaltung 4 eingegeben werden.
  • Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, welches eine Gatesteuervorrichtung eines Dreipegelwechselrichters zeigt, in der gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Exklusiv-Oder-Schaltung angeordnet ist.
  • In Fig. 9 werden gleiche Teile, die bereits oben beschrieben wurden (siehe Fig. 4), durch identische Bezugsziffern bezeichnet, oder indem der Bezugsziffer ein "c" angehängt ist, und auf eine erneute Beschreibung wird verzichtet.
  • In diesem Fall enthält die Gatesteuerschaltung 3c zusätzlich zur oben erwähnten Struktur (siehe Fig. 5) Exklusiv-Oder- Schaltungen 3c1 und 3c2, und die Exklusiv-Oder-Schaltung 3c1 führt die logische Exklusiv-Addition der jeweiligen Ausgangssignale der Einschaltverzögerungsschaltung 33a und der Ausschaltverzögerungsschaltung 35a durch, um das Gatesignal ST5 zu erzeugen, und die Exklusiv-Oder-Schaltung 3c2 führt die logische Exklusiv-Addition der jeweiligen Ausgangssignale der Einschaltverzögerungsschaltung 32a und Ausschaltverzögerungsschaltung 36a, durch um das Gatesignal ST6 zu erzeugen.
  • Nun wird der Betrieb der Gatesteuerschaltung 3c gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung, welche in Fig. 9 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf ein Zeitdiagramm der Fig. 10 beschrieben.
  • In Fig. 10 unterscheiden sich nur die Signalformen der jeweiligen Gatesignale ST5 und ST6 von den oben beschriebenen (siehe Fig. 5).
  • In Fig. 10, da das Gatesignal ST5, welches aus der Exklusiv- Oder-Schaltung 3c1 ausgegeben wird, die logische Exklusiv- Addition des Gatesignals ST3, das aus der Einschaltverzögerungsschaltung 33a ausgegeben wird, und des Ausgangssignals der Ausschaltverzögerungsschaltung 35a (das in Fig. 5 gezeigte Gatesignal ST5) ist, wird das Gatesignal ST5 zu "1" in einer zeitlichen Periode zwischen der Zeit t2 und der Zeit t2', und in einer Periode zwischen der Zeit t7 und der Zeit t8', um dadurch das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 einzuschalten.
  • Ebenso, da das Gatesignal ST6, das aus der Exklusiv-Oder- Schaltung 3c2 ausgegeben wird, die logische Exklusiv-Addition des Gatesignals ST2, das aus der Einschaltverzögerungsschaltung 32a ausgegeben wird, und des Ausgangssignals der Ausschaltverzögerungsschaltung 36a (das in Fig. 5 gezeigte Gatesignal ST6) ist, wird das Gatesignal ST6 zu "1" in einer Zeitperiode zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4', und in einer Periode zwischen dem Zeitpunkt t6 und dem Zeitpunkt t6', um dadurch das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 einzuschalten.
  • Wie in Fig. 10 gezeigt, werden die Selbstzündungsunterbrechungselemente T5 und T6 gesteuert bzw. kontrolliert leitfähig gemacht, wodurch es möglich ist einen Induktivitätsverringerungseffekt zum Kommmutationszeitpunkt zu erreichen, wie oben beschrieben, und zusätzlich die Verringerung der Zeit während welcher die Einschaltgatepulse PT5 und PT6 auftreten, und die Verringerung des Energieverbrauchs der Gateansteuerschaltung 4.
    • FÜNFTE AUSFÜHRUNG
  • Der oben beschriebenen vierten Ausführung wurden nur die Exklusiv-Oder-Schaltungen 3c1 und 3c2 hinzugefügt, man kann jedoch auch weitere logische Schaltungen hinzufügen, um die Zuweisung der Spannung an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 und T2 (oder T3 und T4) in dem Fall zu vereinigen, in dem die Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 und T2 (oder T3 und T4) den Einschaltgatepuls PT5 (oder PT6) an das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 (oder T6) während der Ausschaltgateperiode gleichzeitig geben.
  • Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, welches eine Gatesteuervorrichtung eines Dreipegelwechselrichters zeigt, der mit einer Logikschaltung zur Vereinigung der Spannungszuweisung gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
  • In Fig. 11 werden Teile, welche gleich sind wie die oben beschriebenen (siehe Fig. 9) durch identische Bezugszeichen bezeichnet, oder indem der Bezugsziffer ein "d" hinzugefügt ist, und es erfolgt keine erneute ausführliche Beschreibung.
  • In diesem Fall enthält die Gatesteuerschaltung 3d Inversionsschaltungen 3d1, 3d2 Und-Schaltungen 3d3, 3d4 und Oder-Schaltungen 3d5, 3d6, zusätzlich zur oben erwähnten Struktur (siehe Fig. 9).
  • Die Inversionsschaltungen 3d1 und 3d2 invertieren die jeweiligen Ausgangssignale der Einschaltverzögerungsschaltung 32a bzw. der Einschaltverzögerungsschaltung 33a, und geben dann die invertierten Ausgangssignale den Und-Schaltungen 3d3 bzw. 3d4 ein.
  • Die Und-Schaltung 3d3 bestimmt das logische Produkt der jeweiligen Ausgangssignale der Ausschaltverzögerungsschaltung 35a und der Inversionsschaltungen 3d1, und gibt das logische Produkt der Oder-Schaltung 3d5 ein.
  • Die Und-Schaltung 3d4 bestimmt das logische Produkt der jeweiligen Ausgangssignale der Ausschaltverzögerungsschaltung 36a und der Inversionsschaltung 3d2, und gibt das logische Produkt der Oder-Schaltung 3d6 ein.
  • Die Oder-Schaltung 3d5 bestimmt die logische Addition der jeweiligen Ausgangssignale der Exklusiv-Oder-Schaltung 3c1 und der Und-Schaltung 3d3, um das Gatesignal ST5 zu erzeugen.
  • Die Oder-Schaltung 3d6 bestimmt die logische Addition der jeweiligen Ausgangssignale der Exklusiv-Oder-Schaltung 3c2 und der Und-Schaltung 3d4, um das Gatesignal ST6 zu erzeugen.
  • Nun wird der Betrieb der Gatesteuerschaltung 3d gemäß der in Fig. 11 gezeigten fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf das in Fig. 12 gezeigte Zeitdiagramm beschrieben.
  • In Fig. 12 unterscheiden sich nur die Signalformen der jeweiligen Gatesignale ST5 und ST6 von den oben beschriebenen (siehe Fig. 5 und 10).
  • In diesem Fall, da die Ausgangssignalform der Und-Schaltung 3d3 das logische Produkt des Ausgangssignals (das in Fig. 5 gezeigte Gatesignal ST5) der Ausschaltverzögerungsschaltung 35a und des Inversionssignals des Ausgangssignals (das Gatesignal ST2) der Einschaltverzögerungsschaltung 32a ist, wird die Ausgangssignalform zu "1" in einer Zeitperiode zwischen dem Zeitpunkt t3 und Zeitpunkt t6'.
  • Ebenso, da das Gatesignal ST5, das aus der Oder-Schaltung 3d5 ausgegeben wird, die logische Addition des Ausgangssignals (das in Fig. 10 gezeigte Gatesignal ST5) der Exklusiv-Oder- Schaltung 3c1 und des Ausgangssignals der Und-Schaltung 3d3 ist, nimmt das Gatesignal ST5 eine in Fig. 12 gezeigte Signalform an.
  • Andererseits, da die Ausgangssignalform der Und-Schaltung 3d4 das logische Produkt des Ausgangssignals (das in Fig. 5 gezeigte Gatesignal ST6) der Ausschaltverzögerungsschaltung 36a und des Inversionssignals des Ausgangssignals (das Gatesignal ST3) der Einschaltverzögerungsschaltung 33a ist, wird die Ausgangssignalform zu "1" in einer Zeitperiode bis zum Zeitpunkt t2' und einer Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t7.
  • Ebenso, da das Gatesignal ST6, das aus der Oder-Schaltung 3d6 ausgegeben wird, die logische Addition des Ausgangssignals (das in Fig. 10 gezeigte Gatesignal ST6) der Exklusiv-Oder- Schaltung 3c2 und des Ausgangssignals der Und-Schaltung 3d4 ist, nimmt das Gatesignal ST6 die in Fig. 12 gezeigte Signalform an.
  • Als Ergebnis, in dem Fall, in dem der Einschaltgatepuls PT5 an das Selbstzündungsunterbrechungselement T5 gegeben wird, während gleichzeitig die Selbstzündungsunterbrechungselemente T1 und T2 sich in einer Gateausschaltperiode befinden, kann die Spannungszuweisung der Selbstzündungsunterbrechungselemente 71 und T2 unabhängig von dem Kommmutierungsvorgang vereinigt werden.
  • Genauso, in dem Fall, in dem der Gateeinschaltpuls PT6 an das Selbstzündungsunterbrechungselement T6 gegeben wird, während sich gleichzeitig die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T4 in einer Gateausschaltperiode befinden, kann die Spannungszuweisung an die Selbstzündungsunterbrechungselemente T3 und T4 unabhängig von Kommmutierungsvorgang vereinigt werden.
  • Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungen der Erfindung erfolgte zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und dient nicht dazu, die Erfindung auf die genau beschriebene Form zu beschränken, und Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre und der praktischen Umsetzung der Erfindung sind möglich. Die Ausführungen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung zu erklären, und ihre praktische Umsetzung ermöglicht es einem Fachmann, die Erfindung in zahlreichen Ausführungen und mit zahlreichen Modifikationen anzuwenden, wie für die bestimmte Anwendung beabsichtigt. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente bestimmt werde.

Claims (10)

1. Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter (1), umfassend:
erste bis dritte Gleichspannungsanschlüsse, welche erste bis dritte Potentialpegel (P(+), C(0), N(-)) haben;
erste bis vierte Selbstzündungsunterbrechungselemente (T1-T4), die zwischen dem ersten und dritten Gleichspannungsanschluss in Reihe geschaltet sind;
erste und zweite Klemmdioden (D6, D6), die rückwärts parallel zwischen einem Knoten der ersten und zweiten Selbstzündungsunterbrechungselemente (T1, T2) und einem Knoten der dritten und vierten Selbstzündungsunterbrechungselemente (T3, T4) angeschlossen sind;
fünfte und sechste Selbstzündungsunterbrechungselemente (T5, T6), die rückwärts parallel zwischen den jeweiligen beiden Anschlüssen der ersten und zweiten Klemmdioden (D5, D6) angeschlossen sind, wobei ein Knoten der ersten und zweiten Klemmdioden (D5, D6) mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss verbunden ist;
eine Pulsbreitmodulationsschaltung (2), welche einen ersten Leitfähigkeitssteuerungsbefehl (SB) bezüglich des ersten und dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T1, T3) und einen zweiten Leitfähigkeitssteuerungsbefehl (SN) bezüglich des zweiten und vierten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2, T4) erzeugt; und
eine Gatesteuerschaltung (3; 3a-3d), welche auf der Grundlage des ersten und zweiten Leitfähigkeitssteuerungsbefehls (SP, SN) Gatesignale (ST1-ST4) bezüglich der Gates der ersten bis sechsten Selbstzündungsunterbrechungselemente (T1-T6) erzeugt,
wobei die Gatesteuerschaltung (3) umfasst:
erste und zweite Inversioneschaltungen (3P, 3N), welche jeweils den ersten bzw. den zweiten Leitfähigkeitssteuerbefehl (SP, SN) invertieren; und
eine Verzögerungsschaltungsgruppe, welche die Gatesignale (ST1-ST4) auf der Grundlage der ersten und zweiten Leitfähigkeitssteuerbefehle (SP, SN) und der invertierten ersten und zweiten Leitfähigkeitssteuerbefehle erzeugt, und
wobei die dritten und fünften Selbstzündungsunterbrechungselemente (T3, T5) gleichzeitig leitfähig gemacht werden, und die zweiten und sechsten Selbstzündungsunterbrechungselemente (T2, T6) gleichzeitig leitfähig gemacht werden.
2. Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter (1) nach Anspruch 1, wobei die Verzögerungsschaltungsgruppe umfasst:
erste bis vierte Einschaltverzögerungsschaltungen (31a-34a), welche erste bis vierte Gatesignale (ST1-ST4) bezüglich der ersten bis vierten Selbstzündungsunterbrechungselemente (T1-T4) erzeugen;
eine erste Reihenschaltung, welche eine fünfte Einschaltverzögerungsschaltung (33) und eine erste Ausschaltverzögerungsschaltung (35a) enthält, welche ein fünftes Gatesignal (ST5) bezüglich des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) erzeugt; und
eine zweite Reihenschaltung, welche eine sechste Einschaltverzögerungsschaltung (32) und eine zweite Ausschaltverzögerungsschaltung (36a) enthält, welche ein sechstes Gatesignal (ST6) bezüglich des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) erzeugt,
wobei eine erste Totzeit (Td1) der ersten und zweiten Ausschaltverzögerungsschaltungen (35a, 36a) kürzer eingestellt ist als die Totzeit der fünften und sechsten Einschaltverzögerungsschaltungen (33, 32),
eine zweite Totzeit (Td2) der ersten bis vierten Einschaltverzögerungsschaltungen (31a-34a) länger eingestellt ist als die Totzeit (Td) der fünften und sechsten Einschaltverzögerungsschaltungen (33, 32),
das fünfte Selbstzündungsunterbrechungselement (T5) den leitfähigen Zustand vor einem Zeitpunkt beginnt, zu dem der leitfähige Zustand des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) beginnt, und den leitfähigen Zustand mit einer Verzögerung bezüglich eines Zeitpunkts beendet, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) endet, und
das sechste Selbstzündungsunterbrechungselement (T6) den leitfähigen Zustand vor einem Zeitpunkt beginnt, zu dem der leitfähige Zustand des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) beginnt, und den leitfähigen Zustand mit einer Verzögerung bezüglich eines Zeitpunkts beendet, zu dem der leitfähige Zustand des zweite Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) endet.
3. Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter (1) nach Anspruch 2, ferner umfassend:
einen Positivpolaritätskomparator (6P) und einen Negativpolaritätskomparator (6N), welche ein Strompolaritätssignal (S6P, S6N) entsprechend der Polarität des Ausgangsstroms des Dreipegelwechselrichters (1) erzeugen; und
dritte und vierte Inversionsschaltungen (6P1, 6N1), welche die jeweiligen Strompolaritätssignale aus dem Positivpolaritätskomparator (6P) bzw. dem Negativpolaritätskomparator (6N) invertieren,
wobei die Gatesteuerschaltung (3b) erste bis sechste Auswahlschaltungen (3b1-3b6) enthält, welche schaltend die Gatesignale gemäß der jeweiligen Strompolaritätssignale und der jeweiligen Ausgangssignale der dritten und vierten Inversionsschaltungen (6P1, 6N1) auswählen,
in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom positiv ist, das dritte und fünfte Selbstzündungsunterbrechungselement (T3, T6) gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht werden, und
in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom negativ ist, das zweite und sechste Selbstzündungsunterbrechungselement (T2, T6) gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht werden.
4. Gatesteuersteuervorrichtung für eine Dreipegelwechselrichter (1) nach Anspruch 2, wobei die Gateschaltung (3c) umfasst:
eine erste Exklusiv-Oder-Schaltung (3c1), welche eine logische Exklusiv-Addition des Ausgangssignals der dritten Einschaltverzögerung (33a) und des Ausgangssignals der ersten Reihenschaltung durchführt, um das Gatesignal (ST5) bezüglich des Gates des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) zu erzeugen; und
eine zweite Exklusiv-Oder-Schaltung (3c2), welche eine logische Exklusiv-Addition des Ausgangssignals der zweiten Einschaltverzögerungsschaltung (32a) und des Ausgangssignals der zweiten Reihenschaltung durchführt, um das Gatesignal (ST6) bezüglich des Gates des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) zu erzeugen,
wobei begonnen wird, das fünfte Selbstzündungsunterbrechungselement (T5) vor einem Zeitpunkt leitfähig zu machen, zu dem begonnen wird das dritte Selbstzündungsunterbrechungselement (T3) leitfähig zu machen, ein nicht-leitfähiger Zustand während der leitfähigen Periode des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) gehalten wird, und durch die erste Totzeit (Td1) seit dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) endet, leitfähig gemacht wird, und
begonnen wird, das sechste Selbstzündungsunterbrechungselement (T6) vor einem Zeitpunkt leitfähig zu machen, zu dem begonnen wird das zweite Selbstzündungsunterbrechungselement (T2) leitfähig zu machen, ein nicht-leitfähiger Zustand während der leitfähigen Periode des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) gehalten wird, und durch die erste Totzeit (Td1) seit dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselement (T2) endet, leitfähig gemacht wird.
5. Gatesteuervorrichtung für einen Dreipegelwechselrichter (1) nach Anspruch 2, wobei die Gatesteuerschaltung (3d) umfasst:
eine fünfte und sechste Inversionsschaltung (3d1, 3d2), welche die Ausgangssignale der zweiten bzw. dritten Einschaltverzögerungsschaltung (32a, 33a) invertieren;
eine erste Und-Schaltung (3d3), welche das logische Produkt des Ausgangssignals der ersten Reihenschaltung und des Ausgangssignals der fünften Inversionsschaltung (3d1) bestimmt;
eine erste Oder-Schaltung (3d5), welche die logische Addition des Ausgangssignals der ersten Exklusiv-Oder- Schaltung (3c1) und des Ausgangssignals der ersten Und- Schaltung (3d3) ausführt, um das Gatesignal (ST5) bezüglich des Gates des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) zu erzeugen;
eine zweite Und-Schaltung (3d4), welche das logische Produkt des Ausgangs der zweiten Reihenschaltung und des Ausgangssignals der sechsten Inversionsschaltung (3d2) bestimmt; und
eine zweite Oder-Schaltung (3d6), welche die logische Addition des Ausgangssignals der zweiten Exklusiv-Oder- Schaltung (3c2) und des Ausgangssignals der zweiten Und- Schaltung (3d4) ausführt, um das Gatesignal (ST6) bezüglich des Gates des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) zu erzeugen,
wobei begonnen wird, das fünfte Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) vor einem Zeitpunkt leitfähig zu machen, zu dem das dritte Selbstzündungsunterbrechungselement (T3) beginnt leitfähig zu werden, ein nicht-leitfähiger Zustand außer für eine zeitliche Periode gehalten wird, während welcher das erste und zweite Selbstzündungsunterbrechungselement (T1, T2) gleichzeitig nicht-leitfähig gemacht sind, und leitfähig gemacht wird durch die erste Totzeit (Td1) seit dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) endet, und
begonnen wird, das sechste Selbstzündungsunterbrechungselement (T6) vor einem Zeitpunkt leitfähig zu machen, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) beginnt, ein nicht-leitfähiger Zustand außer für eine Zeitperiöde gehalten wird, während welcher das dritte und vierte Selbstzündungsunterbrechungselement (T3, T4) gleichzeitig nicht-leitfähig gemacht sind, und leitfähig gemacht wird durch die erste Totzeit (Td1) seit dem Zeitpunkt, zu dem die Leitfähigkeit des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) endet.
6. Gatesteuerverfahren für einen Dreipegelwechselrichter (1) der umfasst: erste bis dritte Gleichspannungsanschlüsse, welche erste bis dritte Potentialpegel (P(+), C(0), N(-)) haben; erste bis vierte Selbstzündungsunterbrechungselemente (T1-T4), die in Reihe geschaltet sind zwischen dem ersten und dritten Gleichspannungsanschluss; erste und zweite Klemmdioden (D5, D6), die rückwärts parallel geschaltet sind zwischen einem Knoten der ersten und zweiten Selbstzündungsunterbrechungselemente (T1, T2) und einem Knoten der dritten und vierten Selbstzündungsunterbrechungselemente (T3, T4); und fünfte und sechste Selbstzündungsunterbrechungselemente (T5, T6), die rückwärts parallel geschaltet sind zwischen den jeweiligen beiden Anschlüssen der ersten bzw. zweiten Klemmdioden (D5, D6), wobei ein Knoten der ersten und zweiten Klemmdioden (D5, D6) mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss verbunden ist, wobei das Verfahren den Schritt umfasst:
das dritte und fünfte Selbstzündungsunterbrechungselement (T3, T5) werden gleichzeitig leitfähig gemacht, und das zweite und sechste Selbstzündungsunterbrechungselement (T2, T6) werden gleichzeitig leitfähig gemacht.
7. Gatesteuerverfahren für einen Dreipegelwechselrichter (1) nach Anspruch 6, ferner umfassend die Schritte:
Beginnen mit dem leitfähigen Zustand des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) vor einem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) beginnt, und Beenden des leitfähigen Zustands des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) mit einer Verzögerung bezüglich des Zeitpunkts, zu dem der leitfähige Zustand des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) endet; und
Beginnen des leitfähigen Zustands des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) vor einem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) beginnt, und Beenden der Leitfähigkeit des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) mit einer Verzögerung bezüglich des Zeitpunkts, zu dem der leitfähige Zustand des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) endet.
8. Gatesteuerverfahren für einen Dreipegelwechselrichter (1) nach Anspruch 7, wobei in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom des Dreipegelwechselrichters (1) positiv ist, das dritte und fünfte Selbstzündungsunterbrechungselement (T3, T5) gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht werden, und
wobei in dem Fall, in dem der Ausgangsstrom negativ ist, das zweite und sechste Selbstzündungsunterbrechungselement (T2, T6) gleichzeitig kontrolliert leitfähig gemacht werden.
9. Gatesteuerverfahren für einen Dreipegelwechselrichter (1) nach Anspruch 7, ferner umfassend die Schritte:
Beginnen mit dem leitfähigen Zustand des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) vor einem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) beginnt; Halten von dessen nicht-leitfähigem Zustand während der leitfähigen Periode des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3); und Leitfähigmachen des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) durch eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) endet; und
Beginnen des leitfähigen Zustands des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) vor einem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) beginnt; Halten von dessen nicht-leitfähigem Zustand während der leitfähigen Periode des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2); und Leitfähigmachen des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) durch eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) endet.
10. Gatesteuerverfahren für einen Dreipegelwechselrichter (1) nach Anspruch 7, ferner umfassend die Schritte: Beginnen mit dem leitfähigen Zustand des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) vor einem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) beginnt; Halten von dessen nicht-leitfähigem Zustand, außer für eine Zeitperiode, während welcher das erste und zweite Selbstzündungsunterbrechungselement (T1, T2) gleichzeitig nicht-leitfähig gemacht sind; und Leitfähigmachen des fünften Selbstzündungsunterbrechungselements (T5) durch eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des dritten Selbstzündungsunterbrechungselements (T3) endet; und
Beginnen des leitfähigen Zustands des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) vor einem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) beginnt; Halten von dessen nicht-leitfähigem Zustand, außer für eine Zeitperiode, während welcher das dritte und vierte Selbstzündungsunterbrechungselement (T3, T4) gleichzeitig nicht-leitfähig gemacht sind; und Leitfähigmachen des sechsten Selbstzündungsunterbrechungselements (T6) durch eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Zeitpunkt, zu dem der leitfähige Zustand des zweiten Selbstzündungsunterbrechungselements (T2) endet.
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