DE112014001204T5 - Leistungsmodul - Google Patents

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control
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Satoshi Azuma
Shuta Ishikawa
Teruaki Tanaka
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Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Ein Leistungsmodul (1) ist mit einer Energie-Umwandlungseinheit (30) mit N Schaltelement-Paaren (31, 32, 33) und einer Steuerungsschaltung (10) versehen. Die Steuerungsschaltung (10) empfängt N Befehlssignale (Uin, Vin, Win), welche jeweils zu den N Schaltelement-Paaren (31, 32, 33) korrespondieren, und ein gemeinsames Freigabesignal (EN). Die Steuerungsschaltung (10) ist zu folgendem konfiguriert: Wenn das Freigabesignal (EN) negiert wird: Ausführen einer „Alles-aus”-Steuerung, bei welcher alle Schaltelemente ausgeschaltet werden, welche die Energie-Umwandlungseinheit (30) bilden; und wenn das Freigabesignal (EN) geltend gemacht wird: Ausführen einer normalen Steuerung, einer Totzeit-Additionssteuerung und einer Totzeit-Kompensationssteuerung für jedes der Schaltelement-Paare pro Zeitraum eines korrespondierenden Befehlssignals.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, und sie wird entsprechend für ein Leistungsmodul verwendet, welches z. B. eine DC-AC-Umwandlungsfunktion oder eine AC-DC-Umwandlungsfunktion aufweist.
  • Stand der Technik
  • Bei einem Leistungsmodul (IPM: Intelligent Power Module/intelligentes Leistungsmodul), das für einen Wechselrichter und einen Umrichter verwendet wird, ist es wünschenswert, die Anzahl von Eingangssignalen zur Miniaturisierung zu verringern.
  • Bei einem Dreiphasen-PWM-Wechselrichter (Dreiphasen-Pulsweitenmodulations-Wechselrichter), der in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift JP 2001-327 171 A (PTD 1) offenbart ist, werden drei PWM-Signale für eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase und ein Ausschaltsignal zum Ausschalten aller Leistungselemente eingegeben. Eine Signal-Erzeugungsschaltung, die darin vorgesehen ist, erzeugt drei phaseninvertierte PWM-Inversionssignale auf der Basis von drei PWM-Signalen.
  • Das Schalten der sechs Leistungselemente wird von diesen PWM-Signalen und PWM-Inversionssignalen gesteuert. Ferner ist der Wechselrichter in diesem Dokument mit einer Schaltung zum Erzeugen einer Totzeit versehen, so dass der Einschaltzeitraum eines eingegebenen PWM-Signals und der Einschaltzeitraum eines PWM-Inversionssignals, das zu dem PWM-Signal korrespondiert, einander nicht überlappen.
  • Literaturverzeichnis
  • Patentdokument
    • PTD 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2001-327 171 A
    • PTD 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 10-304 675 A .
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wenn eine Totzeit bei einem PWM-Signal vorgesehen ist, dann kann dies eine Abweichung von einer Ausgangs-Stromwellenform verursachen, welche ursprünglich durch eine Steuerung erhalten werden sollte. Eine Totzeit-Kompensationstechnik zum Kompensieren einer Verzerrung einer Ausgangsspannungs-Wellenform infolge dieser Totzeit ist herkömmlich bekannt (siehe z. B. die japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 10-304 675 A (PTD 2)). Die oben beschriebene japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2001-327 171 A (PTD 1) offenbart jedoch insbesondere nicht, wie die Funktion zur Totzeit-Kompensation in einem Leistungsmodul umzusetzen ist.
  • Es ist daher die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsmodul anzugeben, das dazu imstande ist, die Anzahl von Eingangssignalen zu verringern und eine Verzerrung der Ausgangsspannung infolge der Addition einer Totzeit zu kompensieren.
  • Lösung des Problems
  • Ein Leistungsmodul gemäß einer Ausführungsform weist eine Energie-Umwandlungseinheit und eine Steuerungsschaltung auf. Die Energie-Umwandlungseinheit weist N Schaltelement-Paare auf, die jeweils aus ersten und zweiten Schalelementen gebildet sind, die in Reihe geschaltet sind, sowie eine Mehrzahl von Dioden, die jeweils invers-parallel zu jedem der ersten und zweiten Schaltelemente geschaltet sind. Die Steuerungsschaltung empfängt N Befehlssignale, welche jeweils zu den N Schaltelement-Paaren korrespondieren, und ein gemeinsames Freigabesignal.
  • Die Steuerungsschaltung ist wie folgt konfiguriert: Wenn das Freigabesignal negiert wird, dann führt sie eine vollständige Ausschaltsteuerung („Alles-aus”-Steuerung) aus, bei welcher alle ersten und zweiten Schaltelemente ausgeschaltet werden. Wenn das Freigabesignal geltend gemacht wird, dann führt sie eine normale Steuerung, eine Totzeit-Additionssteuerung und eine Totzeit-Kompensationssteuerung für jedes der Schaltelement-Paare aus, und zwar für den Zeitraum eines korrespondierenden Befehlssignals.
  • Unter der Totzeit-Additionssteuerung schaltet die Steuerungsschaltung die ersten und zweiten Schaltelemente während einer vorbestimmten Totzeit aus. Nach der Totzeit-Additionssteuerung führt die Steuerungsschaltung die normale Steuerung aus, bei welcher sie das eine von erstem und zweiten Schaltelement einschaltet und das andere ausschaltet, und zwar gemäß dem Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals.
  • Wenn der Logikwert eines korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird, dann wechselt die Steuerungsschaltung von der Ausführung der normalen Steuerung zur Ausführung der Totzeit-Additionssteuerung oder zur Ausführung der Totzeit-Kompensationssteuerung, bei welcher der Zustand der letzten normalen Steuerung aufrechterhalten wird, und zwar in Abhängigkeit der Änderungsrichtung des Logikwerts und der Polarität eines Laststroms, der von einem Verbindungsknoten der ersten und zweiten Schaltelemente ausgegeben wird. Nach der Totzeit-Kompensationssteuerung führt die Steuerungsschaltung die Totzeit-Additionssteuerung aus.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Bei dem Leistungsmodul der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Anzahl von Eingangssignalen verringert werden, und eine Verzerrung der Ausgangsspannung infolge der Addition einer Totzeit kann kompensiert werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
  • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das die detaillierte Konfiguration einer Energie-Umwandlungseinheit gemäß 1 darstellt.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer detaillierten Konfiguration einer Logikschaltung gemäß 1 darstellt.
  • 4 ist ein Zeitablauf-Diagramm, das den Betrieb einer U-Phasen-Steuerungseinheit gemäß 3 zeigt, und zwar für den Fall, dass der U-Phasen-Laststrom positiv ist.
  • 5 ist ein Zeitablauf-Diagramm, das den Betrieb einer U-Phasen-Steuerungseinheit gemäß 3 zeigt, und zwar für den Fall, dass der U-Phasen-Laststrom negativ ist.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Logikschaltungseinheit in einem Leistungsmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 7 stellt im Tabellenformat einen Ausgabebetrieb einer jeden Steuerungseinheit gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal und der Richtung eines Laststroms in dem Leistungsmodul der zweiten Ausführungsform dar.
  • 8 ist ein Zustandsübergangs-Diagramm, das den Betrieb einer jeden Steuerungseinheit in dem Leistungsmodul gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 9 stellt das Verhältnis zwischen dem Laststrom und einem Totzeit-Kompensationswert in dem Leistungsmodul gemäß der zweiten Ausführungsform dar.
  • 10 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Problems in dem Leistungsmodul der zweiten Ausführungsform.
  • 11 stellt im Tabellenformat einen Ausgabebetrieb einer jeden Steuerungseinheit gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal und der Richtung eines Laststroms in dem Leistungsmodul der dritten Ausführungsform dar.
  • 12 ist ein Zustandsübergangs-Diagramm, das den Betrieb einer jeden Steuerungseinheit in dem Leistungsmodul gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
  • 13 stellt das Verhältnis zwischen dem Laststrom und einem Totzeit-Kompensationswert in dem Leistungsmodul gemäß der dritten Ausführungsform dar.
  • 14 stellt im Tabellenformat einen Ausgabebetrieb einer jeden Steuerungseinheit gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal und der Richtung eines Laststroms in dem Leistungsmodul einer vierten Ausführungsform dar.
  • 15 ist ein Zustandsübergangs-Diagramm, das den Betrieb einer jeden Steuerungseinheit in dem Leistungsmodul gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.
  • 16 stellt das Verhältnis zwischen dem Laststrom und einem Totzeit-Kompensationswert in dem Leistungsmodul gemäß der vierten Ausführungsform dar.
  • 17 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Logikschaltungseinheit in einem Leistungsmodul gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
  • 18 ist ein Zeitablauf-Diagramm, das den Betrieb einer Eingangs-Freigabeeinrichtung gemäß 17 zeigt (für den Fall, dass der Anstieg eines Befehlssignals später stattfindet als der Anstieg eines Freigabesignals).
  • 19 ist ein Zeitablauf-Diagramm, das den Betrieb einer Eingangs-Freigabeeinrichtung gemäß 17 zeigt (für den Fall, dass der Anstieg eines Befehlssignal früher stattfindet als der Anstieg eines Freigabesignals).
  • 20 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Eingangs-Freigabeeinrichtung gemäß 17 darstellt.
  • 21 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
  • 22 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt.
  • 23 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß einer achten Ausführungsform darstellt.
  • 24 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Beispiels eines Verfahrens, in welchem das Leistungsmodul gemäß 23 verwendet wird.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • In den folgenden Absätzen wird jede Ausführungsform detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Es sei angemerkt, dass den gleichen oder einander entsprechenden Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind. Deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Erste Ausführungsform
  • Gesamte Konfiguration des Leistungsmoduls
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. 1 stellt den Fall eines Dreiphasen-Wechselrichters als ein Beispiel des Leistungsmoduls dar.
  • Unter Bezugnahme auf 1 gilt Folgendes: Ein Leistungsmodul 1 weist eine Energie-Umwandlungseinheit 30, eine Logikschaltungseinheit 10 (auch als eine Steuerungsschaltung-Einheit bezeichnet), eine Isolierschaltungseinheit 20, eine Treiberschaltungseinheit 21 und eine Stromdetektionseinheit 22 auf.
  • Ferner weist das Leistungsmodul 1 Anschlüsse auf (auch als Uin-Anschluss, Vin-Anschluss und Win-Anschluss bezeichnet), welchen ein U-Phasen-Befehlssignal Uin, ein V-Phasen-Befehlssignal Vin bzw. ein W-Phasen-Befehlssignal Win von außen zugeführt werden, sowie einen Anschluss (auch als EN-Anschluss bezeichnet), welchem ein „Allesaus”-Signal ALLOFF (auch als Freigabesignal EN bezeichnet) von außen zugeführt wird.
  • Das Leistungsmodul 1 weist ferner Folgendes auf: einen Energiezuführungs-Anschluss HV auf der Hochpotentialseite; einen Energiezuführungs-Anschluss LV auf der Niedrigpotentialseite; sowie Ausgangsanschlüsse Uout, Vout, Wout, jeweils zum Ausgeben eines U-Phasen-Laststroms IU, eines V-Phasen-Laststroms IV bzw. eines W-Phasen Laststroms IW.
  • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das die detaillierte Konfiguration der Energie-Umwandlungseinheit gemäß 1 darstellt. Eine Energie-Umwandlungseinheit 30 wandelt eine Gleichspannung, die von den Energiezuführungs-Anschlüssen HV, LV zugeführt wird, in Dreiphasen-Wechselspannungen um.
  • Unter Bezugnahme auf 2 gilt Folgendes: Die Energie-Umwandlungseinheit 30 weist Schaltelement-Paare 31, 32, 33 auf, die jeweils zueinander parallelgeschaltet sind, und eine Mehrzahl von Dioden, die einzeln invers-parallel zu den Schaltelementen geschaltet sind, welche jeweils ein Schaltelement-Paar bilden. Hierbei bedeutet inversparallel, dass die Diode parallel in Rückwärtsrichtung zu dem entsprechenden Schaltelement geschaltet ist. Mit anderen Worten: Die Kathode der Diode ist mit der Hochpotentialseite verbunden, und die Anode der Diode ist mit der Niedrigpotentialseite verbunden.
  • Insbesondere weist ein Schaltelement-Paar 31 ein erstes Schaltelement 31P (auch als Schaltelement auf der Hochpotential-Seite oder als Schaltelement auf der Seite des oberen Zweigs bezeichnet) sowie ein zweites Schaltelement 31N auf (auch als Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite oder als Schaltelement auf der Seite des unteren Zweigs bezeichnet), welche in Reihe zwischen Energiezuführungs-Anschlüssen HV, LV angeschlossen sind. Der U-Phasen-Laststrom IU wird von einem Verbindungsknoten NU der Schaltelemente 31P, 31N ausgegeben. Steuerungssignale UP, UN werden jeweils den Steuerungselektroden der Schaltelemente 31P, 31N zugeführt.
  • Schaltelemente 31P, 31N werden entsprechend den Logikwerten der Steuerungssignale UP, UN ein- bzw. ausgeschaltet. Ferner sind Dioden 34P, 34N jeweils zu den Schaltelementen 31P, 31N invers-parallel geschaltet. Ein Rückfluss-Strom fließt zu der Diode, wenn sich das zugehörige Schaltelement im Ausschaltzustand befindet.
  • Auf ähnliche Weise weist ein Schaltelement-Paar 32 Schaltelemente 32P, 32N auf, die in Reihe zwischen die Energiezuführungs-Anschlüsse HV, LV geschaltet sind. Ein V-Phasen-Laststrom IV wird von einem Verbindungsknoten NV der Schaltelemente 32P, 32N ausgegeben. Steuerungssignale VP, VN werden jeweils den Steuerungselektroden der Schaltelemente 32P, 32N zugeführt. Dioden 35P, 35N sind jeweils zu den Schaltelementen 32P, 32N invers-parallel geschaltet.
  • Auf ähnliche Weise weist ein Schaltelement-Paar 33 Schaltelemente 33P, 33N auf, die in Reihe zwischen die Energiezuführungs-Anschlüsse HV, LV geschaltet sind. Der W-Phasen-Laststrom IW wird von einem Verbindungsknoten NW der Schaltelemente 33P, 33N ausgegeben. Steuerungssignale WP, WN werden jeweils den Steuerungselektroden der Schaltelemente 33P, 33N zugeführt. Dioden 36P, 36N sind jeweils zu den Schaltelementen 33P, 33N invers-parallel geschaltet.
  • Jedes Schaltelement wird eingeschaltet, wenn ein zugehöriges Steuerungssignal geltend gemacht (zugeteilt) wird, und es wird ausgeschaltet, wenn das zugehörige Steuerungssignal negiert wird. In 2 ist als Beispiel ein Bipolar-Transistor vom NPN-Typ für jedes der Schaltelemente gezeigt. Anstelle dessen kann es jedoch auch ein Leistungs-MOS-Transistor (Metalloxid-Halbleiter), ein IGBT (Bipolar-Transistor mit isoliertem Gate) oder dergleichen sein.
  • Was die Polaritäten des oben beschriebenen Laststroms betrifft, gilt in dieser Beschreibung Folgendes: Die Stromrichtung beim Herausfließen aus der Energie-Umwandlungseinheit 30 ist positiv, und die Stromrichtung beim Hineinfließen in die Energie-Umwandlungseinheit 30 ist negativ.
  • Wiederum bezugnehmend auf 1 gilt Folgendes: Die Logikschaltungseinheit 10 erzeugt Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, VN zum Steuern des Schaltens eines jeden Schaltelements gemäß Befehlssignalen Uin, Vin, Win der jeweiligen Phasen, einen Freigabesignal EN sowie den Polaritäten der Lastströme IU, IV, IW. Die detaillierte Konfiguration und der Betrieb der Logikschaltungseinheit 10 wird später unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschrieben.
  • Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN, die von der Logikschaltungseinheit 10 ausgegeben werden, gehen durch die Isolierschaltungseinheit 20 für eine Trennung von Eingang und Ausgang, und sie werden danach von der Treiberschaltungseinheit 21 verstärkt. Die verstärkten Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN werden jeweils den Steuerungselektroden der Schaltelemente 31P, 31N, 32P, 32N, 33P, 33N zugeführt.
  • Eine Stromdetektionseinheit 22 ist vorgesehen, um Informationen inklusive der Polarität eines jeden Laststroms zu detektieren. Sie weist Folgendes auf: einen Detektor 22U zum Detektieren des U-Phasen-Laststroms UI; einen Detektor 22V zum Detektieren des V-Phasen-Laststroms IV sowie einen Detektor 22W zum Detektieren des W-Phasen-Laststroms IW. Da die Gesamtsumme der Lastströme für die drei Phasen 0 wird, und zwar gemäß dem Kirchhoff'schen Knotenpunktsatz, können Detektoren für irgendeine der zwei Phasen unter den drei Phasen vorgesehen werden, und der Laststrom für die verbeibende eine Phase kann auf der Basis der detektierten Lastströme für zwei Phasen berechnet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Stromdetektionseinheit 22 außerhalb des Leistungsmoduls 1 vorgesehen werden kann, und Informationen betreffend die Lastströme IU, IV, IW für die drei Phasen (oder Lastströme für zwei von diesen Phasen) können von Stromdetektionseinheiten 22 erhalten werden, die außerhalb vorgesehen sind.
  • Konfiguration der Logikschaltungseinheit
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer detaillierten Konfiguration einer Logikschaltungseinheit 10 gemäß 1 darstellt. Unter Bezugnahme auf 3 gilt Folgendes: Eine Logikschaltungseinheit 10A weist eine Signalverteilungs-Schalteinheit 11, eine „Alles-aus”-Schalteinheit 12, eine Schalteinheit 13 zur Totzeit-(Td-)Kompensation und eine Schalteinheit 14 zur Totzeit-(Td-)Addition auf.
  • Die Signalverteilungs-Schalteinheit 11 erzeugt Steuerungssignale UP, VP, WP für N (N = 3) Schaltelemente auf der Hochpotential-Seite, die jeweils mit N (N = 3) Befehlssignalen Uin, Vin, Win synchronisiert sind (mit anderen Worten: die jeweils die gleiche Phase wie das korrespondierende Befehlssignal haben), und Steuerungssignale UN, VN, WN für Schaltelemente auf der Niedrigpotential-Seite, die erhalten werden, indem die Phasen von N (N = 3) Befehlssignalen Uin, Vin, Win invertiert werden. Es sei angemerkt, dass – entgegen dem Fall der vorliegenden Ausführungsform – die Steuerungssignale UP, VP, VN auch Signale sein können, die erhalten werden, indem Befehlssignale Uin, Vin, Win invertiert werden, und Steuerungssignale UN, VN, WN können Signale sein, die mit Befehlssignalen Uin, Vin, Win synchronisiert sind.
  • Die „Alles-aus”-Schalteinheit 12 negiert alle Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN, die von der Signalverteilungs-Schalteinheit 11 erzeugt wurden, und zwar ungeachtet der Logikwerte der Befehlssignale Uin, Vin, Win, wenn ein „Alles-aus”-Signal geltend gemacht wird (mit anderen Worten: wenn das Freigabesignal EN negiert wird). Demzufolge werden alle Schaltelemente 31P, 31N, 32P, 32N, 33P, 33N, die die Energie-Umwandlungseinheit 30 gemäß 1 bilden, ausgeschaltet.
  • Die Schalteinheit 14 zur Totzeit-Addition verzögert das Umschalten von der Negierung zur Geltendmachung (Assertion) um eine vorbestimmte Totzeit Td für jedes Steuerungssignal UP, UN, VP, VN, WP, WN, das von der Signalverteilungs-Schalteinheit 11 erzeugt wird. Infolgedessen tritt für jede von U-Phase, V-Phase und W-Phase ein Totzeitraum auf, in welchem sowohl das Schaltelement auf der Hochpotential-Seite, als auch das Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite ausgeschaltet sind, und zwar wenn die Logikwerte umgeschaltet werden. Demgemäß kann ein Kurzschlusszustand (ein Zustand, in welchem sowohl das Schaltelement auf der Hochpotential-Seite, als auch das Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite eingeschaltet sind), welcher infolge einer Signalverzögerung auftritt, sicher verhindert werden.
  • Es sei angemerkt, dass ein eingestellter Wert für die Totzeit Td von außen für den Leistungsmodul vorgegeben werden kann, oder er kann durch ein Register vorgegeben werden, das in dem Leistungsmodul vorgesehen ist. Ein Wert der Totzeit Td wird z. B. auf 1 μs eingestellt, um den Kurzschlusszustand sicher zu verhindern.
  • Da das Vorsehen der Totzeit den Assertionszeitraum eines jeden Steuerungssignals verkürzen kann, verglichen mit dem Assertionszeitraum des Befehlssignals, tritt eine Verzerrung in der Ausgangsspannung der Energie-Umwandlungseinheit 30 auf. Eine Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation ist vorgesehen, um die Verzerrung in der Ausgangsspannung zu unterbinden.
  • Wenn der Logikwert des U-Phasen-Befehlssignals umgeschaltet wird, dann verlängert die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation den Assertionszeitraum eines der U-Phasen-Steuerungssignale UP, UN, die von der Signalverteilungs-Schalteinheit 11 erzeugt werden, und sie verlängert den Negierungszeitraum der anderen U-Phasen-Steuerungssignale UP, UN gemäß der Richtung der Veränderung und der Polarität des U-Phasen-Laststroms IU. Demzufolge wird das Timing zum Umschalten eines jeden der Steuerungssignale UP, UN bei jedem von Ansteigen und Abfallen in dem U-Phasen-Befehlssignal verzögert.
  • Genauer gesagt: Die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation verlängert den Assertionszeitraum des U-Phasen-Steuerungssignals UP, das dem Schaltelement 31P auf der Hochpotential-Seite zugeführt wird, wenn der U-Phasen-Laststrom IU positiv ist, und sie verlängert den Assertionszeitraum des U-Phasen-Steuerungssignals UN, das dem Schaltelement 31N auf der Niedrigpotential-Seite zugeführt wird, wenn der U-Phasen-Laststrom IU negativ ist. Der Verlängerungszeitraum ist gleich dem Totzeitraum. Es sei angemerkt, dass die Wirkung der Totzeit-Kompensation sogar dann weitgehend erzielt werden kann, wenn der Verlängerungszeitraum so eingestellt ist, dass er geringfügig kürzer als der Totzeitraum ist.
  • Die Fälle der V-Phase und der W-Phase sind ebenfalls ähnlich zu dem Fall der U-Phase. Genauer gesagt: Die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation verlängert den Assertionszeitraum des V-Phasen-Steuerungssignals VP auf der Hochpotentialseite, wenn der V-Phasen-Laststrom IV positiv ist, und sie verlängert den Assertionszeitraum des V-Phasen-Steuerungssignals VN auf der Niedrigpotentialseite, wenn der V-Phasen-Laststrom IV negativ ist.
  • Die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation verlängert den Assertionszeitraum des W-Phasen-Steuerungssignals WP auf der Hochpotentialseite, wenn der W-Phasen-Laststrom IW positiv ist, und sie verlängert den Assertionszeitraum des W-Phasen-Steuerungssignals WN auf der Niedrigpotentialseite, wenn der W-Phasen-Laststrom IW negativ ist. Der detailliertere Betrieb der Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation wird später unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.
  • Die Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN, die durch die „Alles-aus”-Schalteinheit 12, die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation und die Schalteinheit 14 zur Totzeit-Addition hindurchgeleitet wurden, werden von der Logikschaltungseinheit 10 gemäß 1 ausgegeben. In 3 ist die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation in einer vorderen Stufe der Schalteinheit 14 zur Totzeit-Addition angeordnet. Die Reihenfolge kann jedoch auch umgekehrt sein.
  • In 3 ist die „Alles-aus”-Schalteinheit 12 in einer hinteren Stufe der Signalverteilungs-Schalteinheit 11 angeordnet. Die „Alles-aus”-Schalteinheit 12 kann jedoch auch in einer hinteren Stufe der Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation angeordnet sein, oder sie kann in einer hinteren Stufe der Schalteinheit 14 zur Totzeit-Addition angeordnet sein.
  • Da die Signalverarbeitung für jede von der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase unabhängig ist, kann die Konfiguration der Logikschaltungseinheit 10A als eine Konfiguration betrachtet werden, die eine U-Phasen-Steuerungseinheit 15U, eine V-Phasen-Steuerungseinheit 15V und eine eine W-Phasen-Steuerungseinheit 15W aufweist. In diesem Fall erzeugt die U-Phasen-Steuerungseinheit 15U dann U-Phasen-Steuerungssignale UP, UN, und zwar auf der Basis des U-Phasen-Befehlssignals Uin, des Freigabesignals EN und Informationen hinsichtlich der Polarität des U-Phasen-Laststroms IU. Die V-Phasen-Steuerungseinheit 15V erzeugt V-Phasen-Steuerungssignale VP, VN, und zwar auf der Basis des V-Phasen-Befehlssignals Vin, des Freigabesignals EN und Informationen hinsichtlich der Polarität des V-Phasen-Laststroms IV. Die W-Phasen-Steuerungseinheit 15W erzeugt W-Phasen-Steuerungssignale WP, WN, und zwar auf der Basis des W-Phasen-Befehlssignals Win, des Freigabesignals EN und Informationen hinsichtlich der Polarität des W-Phasen-Laststroms IW.
  • Betrieb der Logikschaltungseinheit
  • Nachstehend wird der Betrieb der Logikschaltungseinheit 10A gemäß 3 und insbesondere der Betrieb der Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation und der Schalteinheit 14 zur Totzeit-Addition unter besonderer Bezugnahme auf die Zeitablauf-Diagramme gemäß 4 und 5 beschrieben. In den 4 und 5 ist eine Signalverarbeitung der U-Phase (der Betrieb der U-Phasen-Steuerungseinheit 15U gemäß 3) dargestellt. Sie trifft jedoch auf ähnliche Weise auf die Fälle der V-Phase und der W-Phase zu.
  • (1) Der Fall, in welchem der U-Phasen-Laststrom IU positiv ist
  • 4 ist ein Zeitablauf-Diagramm, das den Betrieb der U-Phasen-Steuerungseinheit gemäß 3 zeigt, und zwar für den Fall, dass der U-Phasen-Laststrom positiv ist. In 4 ist der Betrieb für den Fall, dass die Totzeit-Kompensation nicht durchgeführt wird, und für den Fall, dass die Totzeit-Kompensation durchgeführt ist, im Vergleich dargestellt.
  • (1-1) Der Fall, in welchem die Totzeit-Kompensation nicht durchgeführt wird
  • Vor dem Zeitpunkt t1 ist das Befehlssignal Uin auf einem L-Pegel. Zu diesem Zeitpunkt ist das Steuerungssignal UP, das dem Schaltelement 31P auf der Hochpotential-Seite gemäß 2 zugeführt wird, auf dem L-Pegel (Negierung), und das Steuerungssignal UN, das dem Schaltelement 31N auf der Niedrigpotential-Seite zugeführt wird, ist auf dem H-Pegel (Assertion/Geltendmachung). Demzufolge ist das Schaltelement 31P ausgeschaltet, und das Schaltelement 31N ist eingeschaltet.
  • Wenn das Befehlssignal Uin zum Zeitpunkt t1 vom L-Pegel auf den H-Pegel geschaltet wird, dann ändert sich das Steuerungssignal UN unmittelbar auf den L-Pegel (Negierung), aber das Steuerungssignal UP ändert sich auf den H-Pegel (Assertion/Geltendmachung) nach dem Zeitpunkt t2. Während der Totzeit Td vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 wird die Totzeit-Additionssteuerung durchgeführt, bei welcher beide Schaltelemente 31P, 31N ausgeschaltet werden.
  • Vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t4 hält das Steuerungssignal UP den H-Pegel aufrecht (Assertion/Geltendmachung), und das Steuerungssignal UN hält den L-Pegel aufrecht (Negierung), und zwar in Antwort auf das Befehlssignal Uin auf dem H-Pegel. Demzufolge wird die normale Steuerung durchgeführt, bei welcher das Schaltelement 31P auf der Hochpotential-Seite eingeschaltet ist und das Schaltelement 31N auf der Niedrigpotential-Seite ausgeschaltet ist.
  • Wenn das Befehlssignal Uin zum Zeitpunkt t4 vom H-Pegel auf den L-Pegel geschaltet wird, dann ändert sich das Steuerungssignal UP unmittelbar auf den L-Pegel (Negierung), aber das Steuerungssignal UN ändert sich auf den H-Pegel (Assertion/Geltendmachung) nach dem Zeitpunkt t5. Während der Totzeit Td vom Zeitpunkt t4 zum Zeitpunkt t5 wird die Totzeit-Additionssteuerung durchgeführt, bei welcher beide Schaltelemente 31P, 31N ausgeschaltet werden.
  • Vom Zeitpunkt t5 zum Zeitpunkt t7 hält das Steuerungssignal UP den L-Pegel aufrecht (Negierung), und das Steuerungssignal UN hält den H-Pegel aufrecht (Assertion/Geltendmachung), und zwar in Antwort auf das Befehlssignal Uin auf dem L-Pegel. Demzufolge wird die normale Steuerung durchgeführt, bei welcher das Schaltelement 31P auf der Hochpotential-Seite ausgeschaltet ist und das Schaltelement 31N auf der Niedrigpotential-Seite eingeschaltet ist.
  • Wenn das Befehlssignal Uin zum Zeitpunkt t7 vom L-Pegel wieder auf den H-Pegel geschaltet wird, dann ändert sich das Steuerungssignal UN unmittelbar auf den L-Pegel (Negierung), aber das Steuerungssignal UP ändert sich auf den H-Pegel (Assertion/Geltendmachung) nach dem Zeitpunkt t8. Während der Totzeit Td vom Zeitpunkt t7 zum Zeitpunkt t8 wird die Totzeit-Additionssteuerung durchgeführt, bei welcher beide Schaltelemente 31P, 31N ausgeschaltet werden.
  • Nachfolgend wird die Veränderung der Ausgangsspannung eines U-Phasen-Ausgangsanschlusses Uout der Energie-Umwandlungseinheit 30 gemäß 2 beschrieben (mit anderen Worten: Ein Potential des Verbindungsknotens NU des Schaltelement-Paars 31). Hierbei wird ein Potential Ed/2 an den Energiezuführungs-Anschluss HV auf der Hochpotentialseite von 2 angelegt, und ein Potential von –Ed/2 wird an den Energiezuführungs-Anschluss LV auf der Niedrigpotentialseite angelegt.
  • Vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t4 und nach dem Zeitpunkt t8 ist das Schaltelement 31P auf der Hochpotential-Seite gemäß 2 im Einschaltzustand, und das Schaltelement 31N auf der Niedrigpotential-Seite ist im Ausschaltzustand. Daher ist die U-Phasen-Ausgangsspannung gleich Ed/2. Vor dem Zeitpunkt t1 und vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t7 ist das Schaltelement 31P auf der Hochpotential-Seite gemäß 2 im Ausschaltzustand, und das Schaltelement 31N auf der Niedrigpotential-Seite ist im Einschaltzustand. Daher ist die U-Phasen-Ausgangsspannung gleich –Ed/2.
  • Da wiederum der Laststrom IU während des Totzeitraums (vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2, vom Zeitpunkt t4 zum Zeitpunkt t5 und vom Zeitpunkt t7 zum Zeitpunkt t8) positiv ist, ist die Diode 34N auf der Niedrigpotential-Seite von 2 leitend. Demzufolge ist die U-Phasen-Ausgangsspannung gleich –Ed/2. Im Vergleich mit dem U-Phasen-Befehlssignal Uin wird die Zeit, in welcher sich die U-Phasen-Ausgangsspannung auf dem hohen Pegel befindet, um die Totzeit verringert, und die Zeit, in welcher sich die U-Phasen-Ausgangsspannung auf dem niedrigen Pegel befindet, wird um die Totzeit pro Zeitraum des Befehlssignals Uin verlängert, und folglich tritt eine Verzerrung in der Ausgangsspannung auf.
  • (1-2) Der Fall, in welchem die Totzeit-Kompensation durchgeführt wird
  • Wenn der Laststrom IU positiv ist, dann verlängert die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation die Einschaltzeit des Schaltelements 31P auf der Hochpotential-Seite gemäß 2 um die Totzeit. Genauer gesagt: Wenn das U-Phasen-Befehlssignal Uin abfällt (Zeitpunkt t4), dann verzögert die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation das Abfallen des Steuerungssignals UP auf der Hochpotential-Seite bis zum Zeitpunkt t5 (damit einhergehend wird der Negierungszeitraum des Steuerungssignals UN auf der Niedrigpotential-Seite ebenfalls verlängert).
  • Mit anderen Worten: Von der Zeit t4 bis zur Zeit t5, in welcher die Totzeit-Kompensationssteuerung durchgeführt wird, werden die Logikwerte der Steuerungssignale UN, UP for die letzte normale Steuerung (von der Zeit t2 bis zur Zeit t4) aufrechterhalten. Die Aufrechterhaltungszeit zum Aufrechterhalten der Logikwerte ist gleich der Totzeit Td. Nach Beendigung der Totzeit-Kompensationssteuerung (Zeitpunkt t5) wird zur Totzeit-Additionssteuerung (vom Zeitpunkt t5 zum Zeitpunkt t6) gewechselt. Die Steuerung in den anderen Zeitbereichen ist die gleiche wie diejenige für den Fall, dass die Totzeit-Kompensation nicht durchgeführt wird. Daher wird die Beschreibung nicht wiederholt.
  • (2) Der Fall, in welchem der U-Phasen-Laststrom IU negativ ist
  • 5 ist ein Zeitablauf-Diagramm, das den Betrieb der U-Phasen-Steuerungseinheit gemäß 3 zeigt, und zwar für den Fall, dass der U-Phasen-Laststrom negativ ist. In 5 ist der Betrieb für den Fall, dass die Totzeit-Kompensation nicht durchgeführt wird, und für den Fall, dass die Totzeit-Kompensation durchgeführt ist, im Vergleich dargestellt.
  • (2-1) Der Fall, in welchem die Totzeit-Kompensation nicht durchgeführt wird
  • Die Wellenformen der Steuerungssignale UP, UN für den Fall, dass die Totzeit-Kompensation nicht durchgeführt wird, ist die gleiche wie für den in 4 gezeigten Fall, wo der Laststrom IU negativ ist. Daher wird die Beschreibung nicht wiederholt.
  • Andererseits gilt, was die U-Phasen-Ausgangsspannung betrifft, Folgendes: Die Wellenform während des Totzeitraums (vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2, vom Zeitpunkt t4 zum Zeitpunkt t5 sowie vom Zeitpunkt t7 zum Zeitpunkt t8) ist verschieden von der Wellenform im Fall von 4. Im Fall von 5 ist die Diode 34P gemäß 2 während des Totzeitraums leitend, da der Laststrom IU negativ ist. Demzufolge ist die U-Phasen-Ausgangsspannung gleich Ed/2.
  • Im Vergleich mit dem U-Phasen-Befehlssignal Uin nimmt die Zeit, mit der U-Phasen-Ausgangsspannung auf dem hohen Pegel um die Totzeit zu, und die Zeit mit der U-Phasen-Ausgangsspannung auf dem niedrigen Pegel nimmt um die Totzeit pro einem Zeitraum ab, so dass eine Verzerrung in der Ausgangsspannung auftritt.
  • (2-2) Der Fall, in welchem die Totzeit-Kompensation durchgeführt wird
  • Wenn der Laststrom IU negativ ist, dann verlängert die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation die Einschaltzeit des Schaltelements 31N auf der Niedrigpotential-Seite gemäß 2 um die Totzeit. Genauer gesagt: Wenn das U-Phasen-Befehlssignal Uin ansteigt (Zeitpunkte t1, t7), dann verzögert die Schalteinheit 13 zur Totzeit-Kompensation das Abfallen des Steuerungssignals UN auf der Niedrigpotential-Seite bis zu den Zeitpunkten t2, t8 (damit einhergehend wird der Negierungszeitraum des Steuerungssignals UP auf der Hochpotential-Seite ebenfalls verlängert). Mit anderen Worten: Von der Zeit t1 bis zur Zeit t2 und von der Zeit t7 bis zur Zeit t8, in welchen die Totzeit-Kompensationssteuerung durchgeführt wird, werden die Logikwerte der Steuerungssignale UN, UP während der letzten normalen Steuerung (vor der Zeit t1 und von der Zeit t5 bis zur Zeit t7) aufrechterhalten.
  • Die Aufrechterhaltungszeit zum Aufrechterhalten der Logikwerte ist gleich der Totzeit Td. Nach Beendigung der Totzeit-Kompensationssteuerung (Zeitpunkte t2, t8) wird zur Totzeit-Additionssteuerung (vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 und vom Zeitpunkt t8 zum Zeitpunkt t9) gewechselt. Die Steuerung in dem anderen Zeitbereich ist die gleiche wie diejenige für den Fall, dass die Totzeit-Kompensation nicht durchgeführt wird.
  • Wirkung
  • Bei dem Leistungsmodul der oben beschriebenen Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, die Anzahl von Eingangssignalen verringert werden, und die Verzerrung der Ausgangsspannung infolge der Addition einer Totzeit kann kompensiert werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Logikschaltungseinheit in einem Leistungsmodul gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 6 gilt Folgendes: Eine Logikschaltungseinheit 10B weist N (N = 3) Steuerungseinheiten (eine U-Phasen-Steuerungseinheit 15U, eine V-Phasen-Steuerungseinheit 15V und eine W-Phasen-Steuerungseinheit 15W) auf, die jeweils zu den N (N = 3) Schaltelement-Paaren 31, 32, 33 gemäß 2 korrespondieren.
  • Bei der zweiten Ausführungsform sind diese Steuerungseinheiten 15U, 15V, 15W als Zustandsautomaten konfiguriert. Mit anderen Worten: Jede Steuerungseinheit hat vier interne Zustände, schaltet zwischen den internen Zuständen um, und zwar gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal (Uin, Vin, Win), einem gemeinsamen Freigabesignal EN und den Polaritäten des korrespondierenden Laststroms (IU, IV, IW), und sie gibt ein Steuerungssignal an ein korrespondierendes Schaltelement-Paar (31, 32, 33) gemäß den inneren Zuständen aus. Jede Steuerungseinheit führt die normale Steuerung, die Totzeit-Kompensationssteuerung, die Totzeit-Additionssteuerung und die „Alles-aus”-Steuerung aus, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und zwar jeweils in den vier internen Zuständen.
  • 7 stellt im Tabellenformat Ausgabevorgänge einer jeden Steuerungseinheit gemäß korrespondierenden Befehlssignalen und den Richtungen der Lastströme in dem Leistungsmodul der zweiten Ausführungsform dar.
  • (1) Der Fall, in welchem das Freigabesignal zugeteilt (geltend gemacht) ist (EIN)
  • Wenn eine ansteigende Flanke (T) eines korrespondierenden Befehlssignals vorliegt (mit anderen Worten: Ein korrespondierendes Befehlssignal wechselt von einem niedrigen Potential (N) auf ein hohes Potential (P)), und wenn der korrespondierende Laststrom positiv ist, dann führt jede Steuerungseinheit die Totzeit-(Td-)-Additionssteuerung durch.
  • Wenn eine ansteigende Flanke (T) eines korrespondierenden Befehlssignals vorliegt und der korrespondierende Laststrom negativ ist, dann führt jede Steuerungseinheit die Totzeit-Kompensationssteuerung durch, wobei der Einschaltzustand eines Schaltelements auf der Niedrigpotential-Seite (N-Seite) verlängert wird (und gleichzeitig der Ausschaltzustand des Schaltelements auf der Hochpotential-Seite (P-Seite) verlängert wird). Nach der Totzeit-Kompensationssteuerung wird zur Totzeit-Additionssteuerung umgeschaltet.
  • Wenn eine abfallende Flanke (↓) eines korrespondierenden Befehlssignals vorliegt (mit anderen Worten: Ein korrespondierendes Befehlssignal wechselt von einem hohen Potential (P) auf ein niedriges Potential (N)) und der korrespondierende Laststrom positiv ist, dann führt jede Steuerungseinheit die Totzeit-Kompensationssteuerung durch, wobei der Einschaltzustand eines Schaltelements auf der Hochpotential-Seite (P-Seite) verlängert wird (und gleichzeitig der Ausschaltzustand des Schaltelements auf der Niedrigpotential-Seite (N-Seite) verlängert wird). Nach der Totzeit-Kompensationssteuerung wird zur Totzeit-Additionssteuerung umgeschaltet.
  • Wenn die abfallende Flanke (↓) eines korrespondierenden Befehlssignals vorliegt und der Laststrom negativ ist, dann führt jede Steuerungseinheit die Totzeit-Additionssteuerung durch.
  • Nach der Totzeit-Additionssteuerung führt jede Steuerungseinheit die normale Steuerung durch, bei welcher eines von korrespondierendem Schaltelement auf der Hochpotential-Seite und Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite eingeschaltet wird und das jeweils andere ausgeschaltet wird, und zwar gemäß dem Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals. Die Richtung des korrespondierenden Laststroms (die Polarität) beeinflusst nicht die Ausgabe einer jeden Steuerungseinheit (sie ist in 7 mit „*” angegeben).
  • (2) Der Fall, in welchem das Freigabesignal negiert ist (AUS)
  • Jede Steuerungseinheit führt die „Alles-aus”-Steuerung durch, bei welcher alle korrespondierenden Schaltelement ungeachtet des Logikwerts des korrespondierenden Befehlssignals und der Polarität des korrespondierenden Laststroms ausgeschaltet werden (dies ist in 7 mit „*” angegeben).
  • 8 ist ein Zustandsübergangs-Diagramm, das die Vorgänge einer jeden Steuerungseinheit in dem Leistungsmodul gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. In 8 bezeichnet „&” eine UND-Verknüpfung, und „|” bezeichnet eine ODER-Verknüpfung.
  • Unter Bezugnahme auf 8 hat jede Steuerungseinheit vier interne Zustände ST1, ST2, ST3, SA. Es sei angemerkt, dass die internen Zustände ST1, ST2, ST3 gemeinsam als ein interner Zustand SB in 8 beschrieben werden. Wenn das Freigabesignal EN negiert wird (EN = 0), dann wird jede Steuerungseinheit in den internen Zustand SA gebracht, und sie führt die „Alles-aus”-Steuerung durch, bei welcher alle Schaltelemente ausgeschaltet werden.
  • Wenn das Freigabesignal EN zugeteilt ist (geltend gemacht ist, EN = 1), dann verschiebt jede Steuerungseinheit die internen Zustände ST1, ST2, ST3 pro einem Zeitraum des korrespondierenden Befehlssignals (um genau zu sein: Es gibt einen Fall, in welchem in der Reihenfolge der internen Zustände ST1, ST3, ST1 pro halbem Zeitraum verschoben wird, und es gibt einen Fall, in welchem in der Reihenfolge der internen Zustände ST1, ST2, ST3, ST1 pro halbem Zeitraum verschoben wird).
  • Im internen Zustand ST3 führt jede Steuerungseinheit die Totzeit-Additionssteuerung durch, bei welcher beide der zugehörigen Schaltelemente auf der Hochpotential-Seite und auf der Niedrigpotential-Seite ausgeschaltet werden. Wenn eine vorbestimmte Totzeit Td verstrichen ist, dann wird von dem internen Zustand ST3 in den internen Zustand ST1 gewechselt.
  • Im internen Zustand ST1 führt jede Steuerungseinheit die normale Steuerung durch, bei welcher eines von Schaltelement auf der Hochpotential-Seite und Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite eingeschaltet wird und das jeweils andere ausgeschaltet wird, und zwar gemäß dem Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals.
  • Wenn der Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird, wird gemäß der Richtung der Veränderung des Logikwerts und der Polaritäten der korrespondierenden Lastströme von dem internen Zustand ST1, in welchem die normale Steuerung durchgeführt wird, in den internen Zustand ST3 umgeschaltet, in welchem die Totzeit-Additionssteuerung durchgeführt wird, oder in den internen Zustand ST2 umgeschaltet, in welchem die Totzeit-Kompensationssteuerung durchgeführt wird, bei welcher der Zustand der letzten normalen Steuerung aufrechterhalten wird.
  • Genauer gesagt: Wenn die folgende erste Bedingung oder zweite Bedingung erfüllt ist, dann wechselt jede Steuerungseinheit von dem internen Zustand ST1 in den internen Zustand ST2, und wenn weder die erste Bedingung, noch die zweite Bedingung erfüllt ist, dann wechselt jede Steuerungseinheit von dem internen Zustand ST1 in den internen Zustand ST3. Die erste Bedingung ist der Fall, in welchem sich das Schaltelement auf der Hochpotential-Seite im Einschaltzustand befindet und der korrespondierende Laststrom positiv ist, und zwar in der letzten normalen Steuerung (interner Zustand ST1).
  • Mit anderen Worten: Die erste Bedingung ist der Fall, in welchem die abfallende Flanke (↓) des korrespondierenden Befehlssignals vorliegt und der korrespondierende Laststrom positiv ist. Die zweite Bedingung ist der Fall, in welchem sich das Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite im Einschaltzustand befindet und der korrespondierende Laststrom negativ ist, und zwar in der letzten normalen Steuerung. Mit anderen Worten: Die zweite Bedingung ist der Fall, in welchem die ansteigende Flanke (↑) des korrespondierenden Befehlssignals vorliegt und der korrespondierende Laststrom negativ ist.
  • Im internen Zustand ST2 wird, wenn die Aufrechterhaltungszeit zum Aufrechterhalten des Zustands des Schaltelements in der letzten normalen Steuerung verstrichen ist, in den internen Zustand ST3 umgeschaltet. Für den Fall der zweiten Ausführungsform ist die Aufrechterhaltungszeit so eingestellt, dass sie gleich dem Zeitraum der Totzeit Td ist. Es sei angemerkt, dass die Wirkung der vorliegenden Erfindung grundsätzlich sogar dann erhalten werden kann, wenn die oben beschriebene Aufrechterhaltungszeit so eingestellt ist, dass sie geringfügig kürzer ist als der Zeitraum der Totzeit Td.
  • 9 stellt das Verhältnis zwischen dem Laststrom und dem Totzeit-Kompensationswert in dem Leistungsmodul gemäß der zweiten Ausführungsform dar. In 9 ist der Laststrom auf der horizontalen Achse abgebildet, und der Totzeit-Kompensationswert ist auf der vertikalen Achse abgebildet. Hierbei bezeichnet der Totzeit-Kompensationswert die Länge des Zeitraums, in welchem die Totzeit-Kompensationssteuerung durchgeführt wird (die vorgenannte Aufrechterhaltungszeit oder Verlängerungszeit).
  • Außerdem ist die Verlängerungszeit des Einschaltzustands des Schaltelements auf der Hochpotential-Seite mit positiven Werten bezeichnet, und die Verlängerungszeit des Einschaltzustands des Schaltelements auf der Niedrigpotential-Seite ist mit negativen Werten bezeichnet. Wie in 9 gezeigt, ist in jedem der Fälle von Schaltelementen auf der Hochpotential-Seite und auf der Niedrigpotential-Seite die Verlängerungszeit der Einschaltzeit gleich dem Zeitraum der Totzeit Td.
  • Bei dem Leistungsmodul der zweiten Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, die Anzahl von Eingangssignalen verringert werden, und die Verzerrung der Ausgangsspannung infolge der Addition einer Totzeit zu dem Steuerungssignal kann kompensiert werden, und zwar ähnlich wie in dem Fall der ersten Ausführungsform. Da die Logikschaltungseinheit 10B als Zustandsautomat ausgebildet ist, kann ferner der Bereich der Logikschaltungseinheit weiter als im Falle der ersten Ausführungsform verringert werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 10 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Problems des Leistungsmoduls der zweiten Ausführungsform. In 10 ist, für den Fall dass das Steuerungssignal ein PWM-Signal (Pulsweitenmodulationssignal) ist, ein Beispiel der Ausgangs-Stromwellenform (der Laststrom-Wellenform) von der Energie-Umwandlungseinheit schematisch dargestellt. Da jedes Schaltelement, wie in 10 gezeigt, für den Fall der PWM-Steuerung wiederholt auf einer Trägerfrequenz ein- und ausgeschaltet wird, überlappen sich feine Vibrationen mit der Stromwellenform.
  • In 10 gilt an den Punkten eines Stroms I1 und eines Stroms I2 Folgendes: Da der Modus vorliegt, in welchem die derzeitige Ausgangsspannung unmittelbar mit der Veränderung des Befehlssignals Uin verändert werden kann, wäre die Totzeit-Kompensation nicht notwendig. In diesem Fall führt die Implementierung einer unnötigen Totzeit-Kompensation ein dahingehendes Problem, dass die Ausgangsstrom-Wellenform verzerrt wird.
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, führt bei dem Leistungsmodul der dritten Ausführungsform jede Steuerungseinheit die Totzeit-Kompensationssteuerung nicht aus, wenn der Absolutwert eines korrespondierenden Laststroms kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert (dies wird als „tote Zone” bezeichnet). Nachstehend wird dies detailliert unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 beschrieben.
  • 11 stellt im Tabellenformat Ausgabevorgänge einer jeden Steuerungseinheit gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal und der Richtung eines Laststroms in dem Leistungsmodul gemäß der dritten Ausführungsform dar. Der Unterschied von der in 7 gezeigten Tabelle ist, dass die tote Zone vorgesehen ist. Wenn in 11 der Absolutwert eines korrespondierenden Laststroms kleiner ist als ein Schwellenwert (tote Zone), dann führt jede Steuerungseinheit die Totzeit-Additionssteuerung durch, ohne die Totzeit-Kompensationssteuerung auszuführen, und zwar ungeachtet der Richtung der Veränderung des Logikwerts des korrespondierenden Befehlssignals und der Polarität des Laststroms. Andere Punkte der 11 sind die gleichen wie diejenigen für den Fall von 7. Daher wird die Beschreibung nicht wiederholt.
  • 12 ist ein Zustandsübergangs-Diagramm, das die Vorgänge einer jeden Steuerungseinheit in dem Leistungsmodul gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Das Zustandsübergangs-Diagramm gemäß 12 unterscheidet sich von dem Zustandsübergangs-Diagramm gemäß 8 durch die Bedingung zum Wechseln von dem internen Zustand ST1 in den internen Zustand ST2 oder ST3.
  • Wenn in 12 die folgende erste Bedingung oder zweite Bedingung erfüllt ist, dann wechselt jede Steuerungseinheit von dem internen Zustand ST1 in den internen Zustand ST2, und wenn weder die erste Bedingung, noch die zweite Bedingung erfüllt ist, dann wechselt jede Steuerungseinheit von dem internen Zustand ST1 in den internen Zustand ST3. Die erste Bedingung ist der Fall, dass sich das Schaltelement auf der Hochpotential-Seite im Einschaltzustand befindet (die abfallende Flanke (↓) des korrespondierenden Befehlssignals) und dass der korrespondierende Laststrom positiv ist und größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert in der letzten normalen Steuerung ist.
  • Die zweite Bedingung ist der Fall, dass sich das Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite im Einschaltzustand befindet (die ansteigende Flanke (↑) des korrespondierenden Befehlssignals) und dass der korrespondierende Laststrom negativ ist und größer als oder gleich dem Schwellenwert in der letzten normalen Steuerung ist. Andere Punkte in der 12 sind die gleichen wie diejenigen für den Fall von 8. Daher wird die Beschreibung nicht wiederholt.
  • 13 stellt das Verhältnis zwischen dem Laststrom und einem Totzeit-Kompensationswert in dem Leistungsmodul gemäß der dritten Ausführungsform dar. Unter Bezugnahme auf 13 gilt für das Leistungsmodul der dritten Ausführungsform Folgendes: Wenn der Absolutwert des Laststroms kleiner ist als ein Schwellenwert x, dann wird der Totzeit-Kompensationswert 0 (die Totzeit-Kompensationssteuerung wird nicht durchgeführt). Demzufolge kann die Verzerrung der Ausgangsspannung der Energie-Umwandlungseinheit werter verringert werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Bei dem Leistungsmodul der vierten Ausführung wird zum Lösen des Problems, das ähnlich zu dem Fall der dritten Ausführungsform ist, der Zeitraum der Ausführung der Totzeit-Kompensationssteuerung (die vorher erwähnte Aufrechterhaltungszeit oder Verlängerungszeit) so eingestellt, dass er variabel ist. Nachstehend wird dies insbesondere unter Bezugnahme auf die 14 bis 16 beschrieben.
  • 14 ist ein Diagramm, das im Tabellenformat einen Ausgabebetrieb einer jeden Steuerungseinheit gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal und der Richtung eines Laststroms in dem Leistungsmodul der vierten Ausführungsform darstellt. Der Unterschied von der in 7 gezeigten Tabelle ist, dass die tote Zone vorgesehen ist.
  • Genauer gesagt: Für den Fall, dass die ansteigende Flanke (↑) des korrespondierenden Befehlssignals vorgesehen ist und dass der korrespondierende Laststrom negativ ist und einen Absolutwert hat, der kleiner als ein Schwellenwert ist (tote Zone), wird in 14 die Aufrechterhaltungszeit (die Verlängerungszeit) zum Aufrechterhalten des Zustands der letzten normalen Steuerung der Totzeit-Kompensationssteuerung verkürzt.
  • Die Aufrechterhaltungszeit wird so eingestellt, dass sie proportional zum Absolutwert des korrespondierenden Laststroms ist. Wenn die ansteigende Flanke (↑) des korrespondierenden Befehlssignals vorliegt und der korrespondierende Laststrom negativ ist und einen Absolutwert aufweist, der größer als oder gleich groß wie der Schwellenwert ist, dann wird die Aufrechterhaltungszeit in der Totzeit-Kompensationssteuerung so eingestellt, dass sie gleich dem Zeitraum der Totzeit Td ist.
  • Für den Fall, dass ferner die abfallende Flanke (↓) des korrespondierenden Befehlssignals vorgesehen ist und dass der korrespondierende Laststrom positiv ist und einen Absolutwert hat, der kleiner als ein Schwellenwert ist (tote Zone), wird in 14 die Aufrechterhaltungszeit (die Verlängerungszeit) zum Aufrechterhalten des Zustands der letzten normalen Steuerung der Totzeit-Kompensationssteuerung verkürzt. Die Aufrechterhaltungszeit wird so eingestellt, dass sie proportional zum Absolutwert des korrespondierenden Laststroms ist.
  • Wenn die abfallende Flanke (↓) des korrespondierenden Befehlssignals vorliegt und der korrespondierende Laststrom positiv ist und einen Absolutwert aufweist, der größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist, dann wird die Aufrechterhaltungszeit in der Totzeit-Kompensationssteuerung so eingestellt, dass sie gleich dem Zeitraum der Totzeit Td ist. Andere Punkte in der 11 sind die gleichen wie diejenigen für den Fall, der in 7 gezeigt ist. Daher wird die Beschreibung nicht wiederholt.
  • 15 ist ein Zustandsübergangs-Diagramm, das die Vorgänge einer jeden Steuerungseinheit in dem Leistungsmodul gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Es unterscheidet sich von dem Zustandsübergangs-Diagramm gemäß 8 durch die Bedingungen zum Wechseln vom internen Zustand ST2 zum internen Zustand ST3. Für den Fall, dass der Absolutwert des korrespondierenden Laststroms größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist, wechselt in 15 der interne Zustand vom internen Zustand ST2 zu dem internen Zustand ST3, wenn die Aufrechterhaltungszeit (die Verlängerungszeit) Te verstrichen ist, die so eingestellt ist, dass sie gleich der Totzeit Td ist.
  • Für den Fall, dass der Absolutwert des korrespondierenden Laststroms kleiner als der Schwellenwert ist, wechselt der interne Zustand vom internen Zustand ST2 zu dem internen Zustand ST3, wenn die Aufrechterhaltungszeit (die Verlängerungszeit) Te verstrichen ist, die so eingestellt ist, dass sie kleiner als die Totzeit Td ist. Die Aufrechterhaltungszeit Te wird so eingestellt, dass sie proportional zum Absolutwert des korrespondierenden Laststroms ist. Andere Punkte in der 15 sind die gleichen wie im Fall von 8. Daher wird die Beschreibung nicht wiederholt.
  • 16 stellt das Verhältnis zwischen dem Laststrom und einem Totzeit-Kompensationswert in dem Leistungsmodul gemäß der vierten Ausführungsform dar. Unter Bezugnahme auf 16 gilt für das Leistungsmodul der vierten Ausführungsform Folgendes: Wenn der Absolutwert des Laststroms kleiner ist als der Schwellenwert x, dann wird der Totzeit-Kompensationswert proportional zu dem Laststrom verändert. Im Ergebnis kann die Verzerrung der Ausgangsspannung der Energie-Umwandlungseinheit weiter verringert werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Konfiguration der Logikschaltungseinheit
  • 17 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Logikschaltungseinheit in einem Leistungsmodul gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
  • Unter Bezugnahme auf 17 gilt Folgendes: Eine Logikschaltungseinheit 10C weist N (N = 3) Steuerungseinheiten 15U, 15V, 15W auf, die jeweils zu den N (N = 3) Schaltelement-Paaren 31, 32, 33 gemäß 2 korrespondieren, sowie N (N = 3) Eingangs-Freigabeeinrichtungen 41U, 41V, 41W (auch als „Verzögerungseinrichtungen” bezeichnet), die jeweils zu den Schaltelement-Paaren 31, 32, 33 korrespondieren.
  • Jede Eingangs-Freigabeeinrichtung (41U, 41V, 41W) empfängt ein korrespondierendes Befehlssignal (Uin, Vin, Win: gemeinsam als Gi bezeichnet) und ein „Alles-aus”-Signal ALLOFF (ein Freigabesignal ENi), und sie verzögert den Zeitpunkt, zu welchem das „Alles-aus”-Signal ALLOFF negiert wird (das Freigabesignal ENi geltend gemacht wird), und zwar bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals Gi umgeschaltet wird. Es sei angemerkt, dass Störungsfilter 42U, 42V, 42W in der vorderen Stufe der Eingangs-Freigabeeinrichtungen 41U, 41V bzw. 41W vorgesehen sein können.
  • Jede Steuerungseinheit (15U, 15V, 15W) kann eine jegliche Konfiguration der in den ersten bis vierten Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen haben, und sie erzeugt ein Steuerungssignal auf der Hochpotential-Seite und ein Steuerungssignal auf der Niedrigpotential-Seite, das an ein korrespondierendes Schaltelement-Paar gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal G ausgegeben werden soll, ein Freigabesignal EN, das von einer korrespondierenden Eingangs-Freigabeeinrichtung (41U, 41V, 41W) verzögert wird, und die Polarität Idir [1:0] eines korrespondierenden Laststroms.
  • Wie in 17 gezeigt, werden ferner die Richtung Idir [1:0] eines korrespondierenden Laststroms, ein Timing-Signal TS zur Verwendung als Taktsignal und ein Einstellwert Td [5:0] einer Totzeit jeder Steuerungseinheit (15U, 15V, 15W) zugeführt. Das Timing-Signal TS wird ebenfalls jeder Eingangs-Freigabeeinrichtung (41U, 41V, 41) zugeführt. Für jede von U-Phase, V-Phase und W-Phase ist die Logikschaltungseinheit (40U, 40V, 40W) aus einem Störungsfilter, einer Eingangs-Freigabeeinrichtung und einer Steuerungseinheit gebildet.
  • Betrieb der Logikschaltungseinheit
  • In den nachfolgenden Absätzen wird der Betrieb der Logikschaltungseinheit 10C gemäß 17 beschrieben. Da der Betrieb der Logikschaltungseinheit für jede Phase (40U, 40V, 40W) ähnlich ist, erfolgt die Beschreibung in den folgenden Absätzen, ohne die Phase besonders zu spezifizieren.
  • 18 ist ein Zeitablauf-Diagramm, das den Betrieb der Eingangs-Freigabeeinrichtung gemäß 17 zeigt (für den Fall, dass der Anstieg des Befehlssignals später stattfindet als der Anstieg des Freigabesignals). In 18 sind der Fall, in welchem die Eingangs-Freigabeeinrichtung vorgesehen ist, und der Fall, in welchem die Eingangs-Freigabeeinrichtung nicht vorgesehen ist, im Vergleich dargestellt.
  • Unter Bezugnahme auf 18 gilt Folgendes: Das Eingangs-Freigabesignal ENi wird zum Zeitpunkt t1 geltend gemacht, und der Logikwert eines korrespondierenden Eingangs-Befehlssignals Gi wird zum Zeitpunkt t2 nach dem Zeitpunkt t1 umgeschaltet. Für den Fall, dass die Eingangs-Freigabeeinrichtung nicht vorgesehen ist, wird ein Steuerungssignal auf der Niedrigpotential-Seite zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 geltend gemacht. Daher wird ein nicht beabsichtigtes und unpassendes Steuerungssignal einem korrespondierenden Schaltelement-Paar zugeführt.
  • Für den Fall wiederum, dass die Eingangs-Freigabeeinrichtung vorgesehen ist, wird der Zeitpunkt, zu welchem das Ausgangs-Freigabesignal ENo geltend gemacht wird, bis zum Zeitpunkt t2 verzögert, zu welchem der Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird. Da eine Eingabe in Bezug auf die korrespondierende Steuerungseinheit in dem Zustand erfolgt, in welchem der Zeitpunkt, zu welchem das Freigabesignal ENo geltend gemacht wird, und der Zeitpunkt, zu welchem der Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals Go übereinstimmen, treten die obigen Nachteile demzufolge nicht auf.
  • Ferner kann auch ein Verfahren verwendet werden, bei welchem das Eingangs-Freigabesignal ENi im Voraus in dem Zustand geltend gemacht wird, wo die Logikwerte der Befehlssignale Uin, Vin, Win „0” sind und danach die Befehlssignale Uin, Vin, Win zu einem jeglichen Zeitpunkt auf einen gewünschten Logikwert umgeschaltet werden.
  • 19 ist ein Zeitablauf-Diagramm, das den Betrieb der Eingangs-Freigabeeinrichtung gemäß 17 zeigt (den Fall, in welchem der Anstieg des korrespondierenden Befehlssignals früher stattfindet als der Anstieg des Freigabesignals).
  • Unter Bezugnahme auf 19 gilt Folgendes: Der Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals wird zum Zeitpunkt t1 umgeschaltet, und das Freigabesignal Eni wird zum Zeitpunkt t2 geltend gemacht, der später als der Zeitpunkt t1 ist. Wenn die Eingangs-Freigabeeinrichtung nicht vorgesehen ist, dann wird die Einschaltzeit als die gewünschte Pulsweite (das Fehlen eines Befehls) zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 verringert.
  • Für den Fall, dass die Eingangs-Freigabeeinrichtung vorgesehen ist, gilt wiederum Folgendes: Da der Zeitpunkt, zu welchem das Ausgangs-Freigabesignal ENo geltend gemacht wird, bis zum Zeitpunkt t3 verzögert wird, zu welchem der Logikwert des korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird, treten die oben beschriebenen Nachteile nicht auf.
  • 20 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der Eingangs-Freigabeeinrichtung gemäß 17 zeigt. Unter Bezugnahme auf 20 gilt Folgendes: Die Eingangs-Freigabeeinrichtung 41 weist D-Flipflopschaltungen 51, 52, einen Selektor 53, UND-Gatter 54, 55 und ein Exklusiv-ODER-Gatter (ein XOR-Gatter) 56 auf.
  • Das Freigabesignal ENi wird dem Selektor 53 und dem UND-Gatter 54 zugeführt. Das korrespondierende Befehlssignal Gi wird der D-Flipflopschaltung 51 und dem XOR-Gatter 56 zugeführt. Das XOR-Gatter 56 gibt eine Exklusiv-ODER-Verknüpfung zwischen dem korrespondierenden Befehlssignal Gi und dem Ausgang der D-Flipflopschaltung 51 an das UND-Gatter 54 aus. Das UND-Gatter 54 gibt das Ergebnis einer UND-Verknüpfung zwischen dem Freigabesignal ENi und dem Ausgang des XOR-Gatters 56 an den Selektor 53 aus. Der Selektor 53 wählt das Freigabesignal ENi für den Fall aus, dass der Ausgang der D-Flipflopschaltung 52 den Wert „1” hat, und er wählt den Ausgang des UND-Gatters 54 für den Fall aus, dass der Ausgang der D-Flipflopschaltung 52 den Wert „0” hat.
  • Der Selektor 53 gibt das Selektionsergebnis an die D-Flipflopschaltung 52 aus. Der Ausgang der D-Flipflopschaltung 52 wird als ein Freigabesignal ENo an eine Steuerungseinheit in der hinteren Stufe ausgegeben und an das UND-Gatter 55 ausgegeben. Das UND-Gatter 55 gibt das Ergebnis einer UND-Verknüpfung zwischen dem Ausgang der Flipflopschaltung 51 und dem Ausgang der Flipflopschaltung 52 als ein Befehlssignal Go an die Steuerungseinheit in der hinteren Stufe aus.
  • Mit einer Eingangs-Freigabeeinrichtung 41, die die oben beschriebene Konfiguration hat, sind das ausgegebene Freigabesignal ENo und das Befehlssignal Go „0”, während das eingegebene Freigabesignal ENi „0” ist. Wenn das eingegebene Freigabesignal ENi „1” wird und das eingegebene Befehlssignal Gi „1” wird, dann nimmt der interne Zustand der D-Flipflopschaltung 52 den Wert „1” an, und demzufolge wird das ausgegebene Freigabesignal „1”. Demgemäß wird das eingegebene Befehlssignal Gi als das Befehlssignal Go an die Steuerungseinheit in der letzteren Stufe ausgegeben.
  • Sechste Ausführungsform
  • Ein Leistungsmodul 2 gemäß der sechsten Ausführungsform kann direkt Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN empfangen, um jeweils das Einschalten und Ausschalten von 2 × N (N = 3) Schaltelementen 31P, 31N, 32P, 32N, 33P, 32N zu steuern, die die Energie-Umwandlungseinheit 30 gemäß 2 bilden, und zwar von einem Ort außerhalb von dem Leistungsmodul 2. Demgemäß gilt im hinsichtlich einer Eingangsschnittstelle Folgendes: Das Leistungsmodul 2 ist für den Fall von 2 × N Eingängen (Rückwärtskompatibilität) und für den Fall von N + 1 Eingängen verwendbar, welche die verringerte Anzahl von Eingangssignalen aufweisen.
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird der Modus, in welchem direkt die Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN der Schaltelemente von außen eingegeben werden, als der erste Betriebsmodus bezeichnet. Der Modus, in welchem die Befehlssignale Uin, Vin, Win und das Freigabesignal EN eingegeben werden und der in der ersten bis fünften Ausführungsform beschrieben ist, wird als der zweite Betriebsmodus bezeichnet.
  • 21 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Leistungsmoduls gemäß der sechsten Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 21 gilt Folgendes: Das Leistungsmodul 2 weist eine Logikschaltungseinheit 10, eine Treiberschaltungseinheit 21, eine Energie-Umwandlungseinheit 30 und eine Auswahlschaltungseinheit 60 auf. Ferner weist das Leistungsmodul 2 Folgendes auf: 2 × N (N = 3) Steuerungssignal-Anschlüsse (auch bezeichnet als UPin-Anschluss, UNin-Anschluss, VPin-Anschluss, VNin-Anschluss, WPin-Anschluss und WNin-Anschluss), welchen jeweils Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN während des ersten Betriebsmodus zugeführt werden, einen Anschluss (EN-Anschluss) zum Empfangen des „Alles-aus”-Signals ALLOFF und einen Modussignal-Anschluss zum Empfangen eines Modussignals INPUTSEL zum Einstellen des Betriebsmodus.
  • Die Konfiguration der Logikschaltungseinheit 10 kann jegliche Konfiguration von Logikschaltungseinheiten 10A, 10B, 10C sein, die in den 3, 6, 17 beschrieben sind, und dergleichen. Die Konfiguration der Treiberschaltungseinheit 21 ist ähnlich zu derjenigen, die in 1 beschrieben ist, und die Konfiguration der Energie-Umwandlungseinheit 30 ist ähnlich zu derjenigen, die in 2 beschrieben ist.
  • Obwohl in 21 nicht dargestellt, können die Isolierschaltungseinheit 20 und die Stromdetektionseinheit 22 in dem Leistungsmodul 2 vorgesehen sein, wie in 1 gezeigt.
  • Die Auswahlschaltungseinheit 60 wählt entweder Steuerungssignale aus, die direkt von dem UPin-Anschluss, dem UNin-Anschluss, dem VPin-Anschluss, dem VNin-Anschluss, dem WPin-Anschluss und dem WNin-Anschluss eingegeben werden, oder sie wählt Steuerungssignale aus, die von der Logikschaltungseinheit 10 ausgegeben werden, und zwar in Abhängigkeit des Logikpegels (H oder L) des Modussignals INPUTSEL. Die ausgewählten Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN werden der Energie-Umwandlungseinheit 30 durch die Treiberschaltungseinheit 21 zugeführt.
  • In dem Fall von 21 werden im zweiten Betriebsmodus die Befehlssignale Uin, Vin, Win jeweils von dem UPin-Anschluss, dem VPin-Anschluss bzw. dem WPin-Anschluss eingegeben. Allgemeiner ausgedrückt: Jegliche N Anschlüsse unter 2 × N (N = 3) Steuerungssignal-Anschlüssen können als Anschlüsse ausgewählt werden, welchen N Befehlssignale Uin, Vin, Win zugeführt werden.
  • Siebte Ausführungsform
  • 22 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß der siebten Ausführungsform darstellt. Das Leistungsmodul 3 gemäß 22 unterscheidet sich dahingehend von dem Leistungsmodul 2 gemäß 21, dass ein EN-Anschluss, welchem das „Alles-aus”-Signal ALLOFF zugeführt wird, nicht vorgesehen ist. Für den Fall von 22 wird das „Alles-aus”-Signal ALLOFF von dem WNin-Anschluss eingegeben. Allgemeiner ausgedrückt: Jegliche N + 1 Anschlüsse unter 2 × N (N = 3) Steuerungssignal-Anschlüssen können als Anschlüsse ausgewählt werden, welchen N Befehlssignale Uin, Vin, Win und das „Alles-aus”-Signal ALLOFF zugeführt werden.
  • Da die weiteren Aspekte gemäß 22 die gleichen wie diejenigen gemäß 21 sind, sind gleichen oder einander entsprechenden Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Achte Ausführungsform
  • 23 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß der achten Ausführungsform darstellt. Das Leistungsmodul 4 gemäß 23 unterscheidet sich dahingehend von dem Leistungsmodul 2 gemäß 21, dass es ferner eine „Alles-aus”-Schaltung 62 aufweist.
  • Die „Alles-aus”-Schaltung 62 empfängt ein „Alles-aus”-Signal ALLOFF (ein Freigabesignal EN), das von außen zugeführt wird. Wenn das Freigabesignal EN während des ersten Betriebsmodus negiert wird, dann negiert die „Alles-aus”-Schaltung 62 alle Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN, die direkt von 2 × N (N = 3) Steuerungssignal-Anschlüssen zugeführt werden, um alle Schaltelemente auszuschalten, die die Energie-Umwandlungseinheit 30 bilden.
  • 24 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Beispiels eines Verwendungs-Verfahrens des Leistungsmoduls gemäß 23. In 24(A) ist zum Vergleich ein Beispiel eines herkömmlichen Leistungsmoduls 67 gezeigt, welchem alle Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN für die dreiphasige Energie-Umwandlungseinheit von außen zugeführt werden. In 24(B) ist ein Beispiel gezeigt, welches der Fall ist, bei welchem das Leistungsmodul 4 gemäß der achten Ausführungsform im ersten Betriebsmodus verwendet wird.
  • Unter Bezugnahme auf 24(A) gilt Folgendes: Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN, die aus einer Benutzer-Steuerung 65 ausgegeben werden, werden jeweils den Steuerungssignal-Anschlüssen zugeführt, die in dem Leistungsmodul 67 vorgesehen sind, und zwar durch eine Abschalt-Schaltung 66. Das Leistungsmodul 67 ist mit einem Fehlersignal-Ausgangsanschluss 63 versehen, und ein ausgegebenes Fehlersignal wird einer Abschalt-Schaltung 66 durch ein ODER-Gatter 64 mit anderen Steuerungssignalen, wie z. B. einem Abnorm-Haltsignal zugeführt. Die Abschalt-Schaltung 66 negiert alle Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN, die dem Leistungsmodul 67 zugeführt werden, wenn der Ausgang des ODER-Gatters 64 geltend gemacht wird.
  • Unter Bezugnahme auf 24(B) gilt Folgendes: Für den Fall des Leistungsmoduls 4 der achten Ausführungsform kann die Ausgabe des ODER-Gatters 64 einem Eingangsanschluss (EN-Anschluss) für das „Alles-aus”-Signal ALLOFF zugeführt werden, der im Leistungsmodul 4 vorgesehen ist. Wenn der Ausgang des ODER-Gatters 64 geltend gemacht wird, dann negiert die „Alles-aus”-Schaltung 62 gemäß 23, die innerhalb des Leistungsmoduls 4 vorgesehen ist, alle Steuerungssignale UP, UN, VP, VN, WP, WN. Daher ist es nicht nötig, eine Abschalt-Schaltung 66 außerhalb des Leistungsmoduls vorzusehen, so dass die Systemkonfiguration vereinfacht werden kann.
  • Modifiziertes Beispiel
  • Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Dreiphasen-Wechselrichter als ein Beispiel beschrieben. Die oben beschriebene Technik kann jedoch auch für den Fall eines Einphasen-Wechselrichters (N = 2) verwendet werden, und für den Fall eines Umrichters, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.
  • Es sei angemerkt, dass die hier offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele darstellen und nicht einschränkend verstanden werden sollen. Daher ist der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die obige Beschreibung beschränkt, sondern vielmehr durch die Formulierung der beigefügten Patentansprüche. Ferner sind jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung mit umfasst, die äquivalent zu den Formulierungen der Ansprüche sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 2, 3, 4
    Leistungsmodul
    10
    Logikschaltungseinheit
    11
    Signalverteilungs-Schalteinheit
    12
    „Alles-aus”-Schalteinheit
    13
    Schalteinheit zur Totzeit-Kompensation
    14
    Schalteinheit zur Totzeit-Addition
    15U, 15V, 15W
    Steuerungseinheit
    20
    Isolierschaltungseinheit
    21
    Treiberschaltungseinheit
    22
    Stromdetektionseinheit
    30
    Energie-Umwandlungseinheit
    31, 32, 33
    Schaltelement-Paar
    31P, 31N
    Schaltelement
    32P, 32N
    Schaltelement
    33P, 33N
    Schaltelement
    34P, 34N
    Diode
    35P, 35N
    Diode
    36P, 36N
    Diode
    41, 41U
    Eingangs-Freigabeeinrichtung
    41V, 41W
    Eingangs-Freigabeeinrichtung
    60
    Auswahlschaltungseinheit
    62
    Alles-aus”-Schaltung
    HV, LV
    Energiezuführungs-Anschluss
    IU, IV, IW
    Laststrom
    SA, ST1
    interner Zustan
    ST2, ST3
    interner Zustand
    UP, UN
    Steuerungssignal
    VP, VN
    Steuerungssignal
    WP, WN
    Steuerungssignal
    Uin, Vin, Win
    Befehlssignal
    ALLOFF
    „Alles-aus”-Signal
    EN
    Freigabesignal
    INPUTSEL
    Modussignal.

Claims (13)

  1. Leistungsmodul, das Folgendes aufweist: eine Energie-Umwandlungseinheit, die Folgendes aufweist: N Schaltelement-Paare, die jeweils aus ersten und zweiten Schaltelementen gebildet sind, welche in Reihe geschaltet sind; und eine Mehrzahl von Dioden, die jeweils invers-parallel zu jedem der ersten und zweiten Schaltelemente geschaltet sind; und eine Steuerungsschaltung, welche Folgendes empfängt: N Befehlssignale, die jeweils zu den N Schaltelement-Paaren korrespondieren; und ein gemeinsames Freigabesignal, wobei die Steuerungsschaltung zu Folgendem konfiguriert ist: wenn das Freigabesignal negiert wird: Ausführen einer „Alles-aus”-Steuerung, bei welcher alle ersten und zweiten Schaltelemente ausgeschaltet werden; wenn das Freigabesignal geltend gemacht wird: Ausführen einer normalen Steuerung, einer Totzeit-Additionssteuerung und einer Totzeit-Kompensationssteuerung für jedes der Schaltelement-Paare pro Zeitraum eines korrespondierenden Befehlssignals; unter der Totzeit-Additionssteuerung: Ausschalten der ersten und zweiten Schaltelemente während einer vorbestimmten Totzeit; nach der Totzeit-Additionssteuerung: Ausführen einer normalen Steuerung, bei welcher eines der ersten und zweiten Schaltelemente eingeschaltet wird und das andere ausgeschaltet wird, und zwar gemäß dem Logikwert eines korrespondierenden Befehlssignals; wenn der Logikwert eines korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird: Wechseln von der Ausführung der normalen Steuerung zur Ausführung der Totzeit-Additionssteuerung oder zur Ausführung der Totzeit-Kompensationssteuerung, bei welcher der Zustand der letzten normalen Steuerung aufrechterhalten wird, und zwar in Abhängigkeit der Richtung einer Änderung des Logikwerts und der Polarität eines Laststroms, der von einem Verbindungsknoten der ersten und zweiten Schaltelemente ausgegeben wird; und nach der Totzeit-Kompensationssteuerung: Ausführen der Totzeit-Additionssteuerung.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung N Steuerungseinheiten aufweist, die jeweils zu den N Schaltelement-Paaren korrespondieren, wobei jede Steuerungseinheit erste bis vierte Zustände als interne Zustände aufweist, zwischen jedem der inneren Zustände wechselt, und zwar gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal, dem Freigabesignal und der Polarität des Laststroms, der von einem korrespondierenden Schaltelement-Paar ausgegeben wird, und das Einschalten und Ausschalten der korrespondierenden ersten und zweiten Schaltelemente gemäß der internen Zustände steuert, und wobei jede der Steuerungseinheiten die normale Steuerung, die Totzeit-Kompensationssteuerung, die Totzeit-Additionssteuerung bzw. die „Alles-aus”-Steuerung in den ersten bis vierten Zuständen ausführt.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung Folgendes aufweist: eine Signalverteilungs-Schaltung, welche N erste Steuerungssignale erzeugt, die jeweils mit den N Befehlssignalen synchronisiert sind, und N zweite Steuerungssignale, die invertierte Phasen der N Befehlssignale aufweisen; eine Totzeit-Kompensationsschaltung, welche die Totzeit-Kompensationssteuerung durchführt, indem sie das Umschalten eines Logikwerts eines jeden von ersten und zweiten Steuerungssignalen zu dem Zeitunkt von einem von Ansteigen und Abfallen eines korrespondierenden Befehlssignals verzögert, und zwar auf der Basis der Richtung einer Veränderung zu dem Zeitpunkt des Umschaltens des Logikwerts des korrespondierenden Befehlssignals und der Polarität des Laststroms; eine Totzeit-Additionsschaltung, welche die Totzeit-Additionssteuerung durchführt, indem sie den Zeitpunkt des Umschaltens eines jeden von N ersten und zweiten Steuerungssignalen von Negierung auf Geltendmachung während der Totzeit verzögert; und eine „Alles-aus”-Schaltung, welche die „Alles-aus”-Steuerung durchführt, indem sie alle ersten und zweiten Steuerungssignale negiert, wenn das Freigabesignal negiert wird, und wobei, nachdem sie durch die „Alles-aus”-Schaltung, die Totzeit-Kompensationsschaltung und die Totzeit-Additionsschaltung gegangen sind, jedes der ersten Steuerungssignale dem korrespondierenden ersten Schaltelement zugeführt wird und jedes der zweiten Steuerungssignale dem korrespondierenden zweiten Schaltelement zugeführt wird.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung zu Folgendem konfiguriert ist: Wechseln von der normalen Steuerung zur Totzeit-Kompensationssteuerung für den Fall, dass der Logikwert eines korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird und eine erste Bedingung oder eine zweite Bedingung erfüllt ist; und Wechseln von der normalen Steuerung zur Totzeit-Additionssteuerung für den Fall, dass der Logikwert eines korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird und weder die erste Bedingung, noch die zweite Bedingung erfüllt ist, wobei die erste Bedingung ein Fall ist, in welchem ein Schaltelement auf der Hochpotential-Seite unter den ersten und zweiten Schaltelementen im Einschaltzustand ist und der Laststrom in der letzten normalen Steuerung positiv ist, und wobei die zweite Bedingung ein Fall ist, in welchem sich das Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite im Einschaltzustand befindet und der Laststrom in der letzten normalen Steuerung negativ ist.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 4, wobei ein Aufrechterhaltungszeitraum zum Aufrechterhalten des Zustands der letzten normalen Steuerung in der Totzeit-Kompensationssteuerung gleich der Totzeit ist.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 4, wobei für den Fall, dass der Absolutwert des korrespondierenden Laststroms größer als oder gleich groß wie ein vorbestimmter Schwellenwert ist, ein Aufrechterhaltungszeitraum zum Aufrechterhalten des Zustands der letzten normalen Steuerung in der Totzeit-Kompensationssteuerung gleich der Totzeit ist, und wobei für den Fall, dass der Absolutwert des korrespondierenden Laststroms kleiner ist als der Schwellenwert, der Aufrechterhaltungszeitraum kürzer ist als die Totzeit und sich proportional zu dem Absolutwert des korrespondierenden Laststroms verändert.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung zu Folgendem konfiguriert ist: Wechseln von der normalen Steuerung zur Totzeit-Kompensationssteuerung für den Fall, dass der Logikwert eines korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird und eine erste Bedingung oder eine zweite Bedingung erfüllt ist; und Wechseln von der normalen Steuerung zur Totzeit-Additionssteuerung für den Fall, dass der Logikwert eines korrespondierenden Befehlssignals umgeschaltet wird und weder die erste Bedingung, noch die zweite Bedingung erfüllt ist, wobei die erste Bedingung ein Fall ist, in welchem ein Schaltelement auf der Hochpotential-Seite unter den ersten und zweiten Schaltelementen im Einschaltzustand ist und der Laststrom positiv und größer als oder gleich groß wie ein vorbestimmter Schwellenwert in der letzten normalen Steuerung ist, wobei die zweite Bedingung ein Fall ist, in welchem sich das Schaltelement auf der Niedrigpotential-Seite im Einschaltzustand befindet und der Laststrom negativ und größer als oder gleich groß wie der Schwellenwert in der letzten normalen Steuerung ist, und wobei ein Aufrechterhaltungszeitraum zum Aufrechterhalten des Zustands der letzten normalen Steuerung in der Totzeit-Kompensationssteuerung gleich der Totzeit ist.
  8. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung Folgendes aufweist: N Steuerungseinheiten, die jeweils zu den N Schaltelement-Paaren korrespondieren; und N Verzögerungseinrichtungen, die jeweils zu den N Schaltelement-Paaren korrespondieren, wobei jede der Verzögerungseinrichtungen ein korrespondierendes Befehlssignal und das Freigabesignal empfängt und den Zeitpunkt zum Geltendmachen des Freigabesignals bis zu einem Zeitpunkt verzögert, bei welchem der Logikwert eines korrespondierenden Befehlssignals umschaltet, und wobei jede der Steuerungseinheiten das Einschalten und das Ausschalten der ersten und zweiten Schaltelemente gemäß einem korrespondierenden Befehlssignal, dem von einer korrespondierenden Verzögerungseinrichtung verzögerten Freigabesignal und der Polarität des korrespondierenden Laststroms steuert.
  9. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Schaltelemente, die jedes der Schaltelement-Paare bilden, eingeschaltet und ausgeschaltet werden, und zwar gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Steuerungssignalen für jedes der Schaltelement-Paare, wobei das Leistungsmodul Folgendes als Betriebsmodi aufweist: einen ersten Betriebsmodus, bei welchem direkt von außen die N ersten Steuerungssignale und die N zweiten Steuerungssignale empfangen werden, die der Energie-Umwandlungseinheit zugeführt werden; und einen zweiten Betriebsmodus, bei welchem von außen die N Befehlssignale und das Freigabesignal empfangen werden und N erste Steuerungssignale und N zweite Steuerungssignale mittels der Steuerungsschaltung erzeugt werden, wobei das Leistungsmodul ferner Folgendes aufweist: 2 × N Steuerungssignal-Anschlüsse, welche von außen die N ersten Steuerungssignale und die N zweiten Steuerungssignale empfangen, und zwar zur Zeit des ersten Betriebsmodus; einen Freigabesignal-Anschluss, welcher das Freigabesignal empfängt; einen Modussignal-Anschluss, welcher ein Modussignal zum Einstellen des Betriebsmodus empfängt; und eine Auswahlschaltung, welche entweder die Signale auswählt, die von den 2 × N Steuerungssignal-Anschlüssen zugeführt werden, oder 2 × N Signale, die von der Steuerungsschaltung erzeugt werden, und zwar in Abhängigkeit des Modussignals, und welche die ausgewählten Signale an die Energie-Umwandlungseinheit ausgibt; und wobei während des zweiten Betriebsmodus die N Befehlssignale der Steuerungsschaltung durch vorbestimmte N Anschlüsse unter den 2 × N Steuerungssignal-Anschlüssen zugeführt werden.
  10. Leistungsmodul nach Anspruch 9, welches ferner Folgendes aufweist: eine „Alles-aus”-Schaltung, welche alle ersten und zweiten Schaltelemente ausschaltet, welche die Energie-Umwandlungseinheit bilden, indem sie alle Signale negiert, welche von den 2 × N Steuerungssignal-Anschlüssen zugeführt werden, wenn das Freigabesignal während des ersten Betriebsmodus negiert wird.
  11. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Schaltelemente, die jedes der Schaltelement-Paare bilden, eingeschaltet oder ausgeschaltet werden, und zwar gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Steuerungssignalen für jedes der Schaltelement-Paare, wobei das Leistungsmodul Folgendes als Betriebsmodi aufweist: einen ersten Betriebsmodus, bei welchem direkt von außen die N ersten Steuerungssignale und die N zweiten Steuerungssignale empfangen werden, die der Energie-Umwandlungseinheit zugeführt werden; und einen zweiten Betriebsmodus, bei welchem von außen die N Befehlssignale und das Freigabesignal empfangen werden und N erste Steuerungssignale und N zweite Steuerungssignale mittels der Steuerungsschaltung erzeugt werden, wobei das Leistungsmodul ferner Folgendes aufweist: 2 × N Steuerungssignal-Anschlüsse, welche von außen die N ersten Steuerungssignale und die N zweiten Steuerungssignale empfangen, und zwar während des ersten Betriebszustands; einen Modussignal-Anschluss, welcher ein Modussignal zum Einstellen des Betriebsmodus empfängt; und eine Auswahlschaltung, welche entweder die Signale auswählt, die von den 2 × N Steuerungssignal-Anschlüssen zugeführt werden, oder 2 × N Signale, die von der Steuerungsschaltung erzeugt werden, und zwar in Abhängigkeit des Modussignals, und welche die ausgewählten Signale an die Energie-Umwandlungseinheit ausgibt; und wobei während des zweiten Betriebsmodus die N Befehlssignale und das Freigabesignal der Steuerungsschaltung durch vorbestimmte N + 1 Anschlüsse unter den 2 × N Steuerungssignal-Anschlüssen zugeführt werden.
  12. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Schaltelemente, die jedes der Schaltelement-Paare bilden, eingeschaltet und ausgeschaltet werden, und zwar gemäß den jeweiligen ersten und zweiten Steuerungssignalen für jedes der Schaltelement-Paare, wobei das Leistungsmodul ferner N + 1 Signal-Eingangsanschlüsse zum Empfangen, von außen, der N Befehlssignale und des Freigabesignals aufweist, und wobei die Steuerungsschaltung N die ersten Steuerungssignale und die N zweiten Steuerungssignale auf der Basis der N Befehlssignale und des Freigabesignals erzeugt.
  13. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, welches ferner Folgendes aufweist: N oder N – 1 Stromdetektoren, welche individuell die Lastströme detektieren, die von den N Schaltelement-Paaren ausgegeben werden, oder Lastströme detektieren, die von N – 1 Schaltelement-Paaren mit Ausnahme eines optionalen Schaltelement-Paars ausgegeben werden, um Informationen zu erhalten, welche die Polarität eines jeden Laststroms beinhalten.
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