JP2006014497A - アクティブコンバータ及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自然転流によるダイオード整流モードによって平滑コンデンサ44,ブートストラップコンデンサ426を充電する。相電源1R,1Sを短絡することなくブートストラップコンデンサ426を充電し、かつ平滑コンデンサ44も充電される。平滑コンデンサ44の充電を、ブートストラップコンデンサ426を相電源1R,1Sと切り離しての充電し、その後に相電源1R,1Sとアクティブコンバータ4とを接続して平滑コンデンサ44の充電する場合と比較して、ブートストラップコンデンサ426に要求される静電容量を小さくすることができる。
【選択図】図2
Description
図1は本発明にかかる第1の実施の形態を説明する回路図である。多相(ここでは三相)電源1は各相電源1R,1S,1Tを有しており、これらは中性点Nにおいてスター結線されている。そして中性点Nとは反対側でそれぞれ入力線8R,8S,8Tに接続されている。入力線8R,8S,8Tにはそれぞれリアクタ3R,3S,3Tが設けられており、多相電源1はリアクタ3R,3S,3Tが構成するリアクタ群3を介してアクティブコンバータ4と接続されている。
図4は、スイッチ群5を導通させた状態において、ダイオード整流モードでR相のブートストラップコンデンサ426を充電可能な期間を説明するグラフである。電圧VR0,VS0,VT0,VN0は、いずれも平滑コンデンサ44の両端電圧、即ち正側電源出力端Pと負側電源出力端Hとの電位の中点を基準としており、それぞれ入力線8R,8S,8T,中性点Nにおいて平滑コンデンサ44によって印加される直流電位を示す。また電圧VRNは、中性点Nを基準とした場合に、入力線8Rにおいて平滑コンデンサ44によって与えられる直流電圧である。以後同様にして、電圧の標記において文字Vの添え字が大文字であれば、平滑コンデンサ44によって与えられる直流電圧であることを示す。多相電源1によって与えられる電圧の周期的変動によってハイアーム側ダイオードDr,Ds,Dtとローアーム側ダイオードDx,Dy,Dzが周期的に導通/非導通するため、これらの電圧も電源周波数に基づいて変動する。
第2の実施の形態における電圧VR0,VS0,VT0をみれば、中間相を除いてハイアーム側又はローアーム側が導通する事から、ダイオード整流モードに限らず、オン期間が120°幅の方形波となるように、ハイアーム側スイッチング素子41r,41s,41t及びローアーム側スイッチング素子41x,41y,41zをスイッチングさせてもよい。この際にはスイッチング態様S0,S7以外のスイッチング態様が採用される。
ハイアーム側スイッチング素子のオンは通電角の拡大には寄与しない。よってハイアーム側スイッチング素子をオフにしてブートストラップコンデンサ426を充電することができる。図7は本実施の形態にかかるスイッチング態様を示すグラフであり、第3の実施の形態に対し、スイッチング信号Sr,Ss,Stを全てローにして、ハイアーム側スイッチング素子41r,41s,41tをオフさせている。
上記の動作は限流回路を複数の入力線、例えば全ての入力線に設けても行うことができる。図11は図1の回路のうち、リアクタ群3よりも多相電源1側での変形を示す回路図である。全ての入力線8R,8S,8Tについてそれぞれ限流回路2R,2S,2Tが設けられており、また限流回路2R,2S,2Tにはそれぞれ並列に主スイッチ5R,5S,5Tが設けられている。
1R,1S,1T 各相電源
4 アクティブコンバータ
40R,40S,40T スイッチング回路
41r,41s,41t ハイアーム側スイッチング素子
41x,41y,41z ローアーム側スイッチング素子
42R,42S,42T スイッチング制御回路
421 ハイアーム側ドライバ素子
422 ローアーム側ドライバ素子
423 直流電源
424 ブートストラップ用ダイオード
426 ブートストラップコンデンサ
43 スイッチング信号生成回路
44 平滑コンデンサ
8R,8S,8T 入力線
Dr,Ds,Dt ハイアーム側ダイオード
Dx,Dy,Dz ローアーム側ダイオード
P 正側電源出力端
H 負側電源出力端
Sr,Ss,St,Sx,Sy,Sz スイッチング信号
Claims (12)
- 正側電源出力端(P)及び負側電源出力端(H)と、
前記正側電源出力端及び前記負側電源出力端の間に設けられ、多相電源(1)に対し、その各相(1R,1S,1T)に対応する複数の入力線(8R,8S,8T)を介して接続され、各相毎に対応して設けられた複数のスイッチング回路(40R,40S,40T)と、
前記スイッチング回路の動作を制御するスイッチング信号(Sr,Ss,St,Sx,Sy,Sz)を各相毎に出力するスイッチング信号生成回路(43)と、
前記正側電源出力端及び前記負側電源出力端の間に設けられた平滑コンデンサ(44)と
を備え、
前記スイッチング回路の各々は、
対応する相の前記入力線(8R;8S;8T)へと前記正側電源出力端から電流を流すか否かを制御するハイアーム側スイッチング素子(41r;41s;41t)と、
前記ハイアーム側スイッチング素子と並列に接続され、対応する相の前記入力線に接続されたアノードと、前記正側電源出力端に接続されたカソードとを有するハイアーム側ダイオード(Dr;Ds;Dt)と、
対応する相の前記入力線(8R;8S;8T)から前記負側電源出力端へと電流を流すか否かを制御するローアーム側スイッチング素子(41x;41y;41z)と、
前記ローアーム側スイッチング素子と並列に接続され、対応する相の前記入力線に接続されたカソードと、前記負側電源出力端に接続されたアノードとを有するローアーム側ダイオード(Dx;Dy;Dz)と、
前記スイッチング信号に基づいて前記ハイアーム側スイッチング素子及び前記ローアーム側スイッチング素子を駆動させるスイッチング制御回路(42R;42S;42T)と
を有し、
前記スイッチング制御回路の各々は、
対応する相の第1の前記スイッチング信号(Sx;Sy;Sz)に基づいて前記ローアーム側スイッチング素子を駆動するローアーム側ドライバ素子(422)と、
対応する相の第2の前記スイッチング信号(Sr;Ss;St)に基づいて前記ハイアーム側スイッチング素子を駆動するハイアーム側ドライバ素子(421)と、
対応する相の前記入力線(8R;8S;8T)に接続された一端と、他端とを有し、前記ハイアーム側ドライバ素子に電源を供給するブートストラップコンデンサ(426)と、
前記ブートストラップコンデンサの前記他端に接続されたカソードと、アノードとを有するブートストラップ用ダイオード(424)と、
前記ブートストラップ用ダイオードの前記アノードに接続された正極と、前記負側電源出力端に接続された負極とを有し、前記ローアーム側ドライバ素子に電源を供給する直流電源(423)と
を備える、アクティブコンバータ(4)。 - 最大値を採る相及び最小値を採る相についてのみ、前記ローアーム側スイッチング素子及び前記ハイアーム側スイッチング素子の少なくとも一方がオフし、他の相の前記ローアーム側スイッチング素子及び前記ハイアーム側スイッチング素子のいずれもがオフして前記ブートストラップコンデンサ(426)を充電する、請求項1記載のアクティブコンバータ(4)。
- 全ての相(R,S,T)において前記ハイアーム側スイッチング素子(41r;41s;41t)及び前記ローアーム側スイッチング素子(41x;41y;41z)が共にオフした状態で各相の前記ブートストラップコンデンサ(426)を充電する、請求項2記載のアクティブコンバータ(4)。
- 前記多相電源(1)は三相電源(1R,1S,1T)であって、
前記ハイアーム側スイッチング素子(41r;41s;41t)及び前記ローアーム側スイッチング素子(41x;41y;41z)をオン期間が120度以下でスイッチングさせることにより、各相の前記ブートストラップコンデンサ(426)を充電する、請求項2記載のアクティブコンバータ(4)。 - 全ての相の前記ハイアーム側スイッチング素子(41r;41s;41t)がオフした状態で各相の前記ブートストラップコンデンサ(426)を充電する、請求項4記載のアクティブコンバータ(4)。
- 前記方形波はパルス幅変調される、請求項4及び請求項5のいずれか一つに記載のアクティブコンバータ(4)。
- 前記複数の入力線(8R,8S,8T)の少なくとも一つには限流回路(2R,2S,2T)が設けられ、二つ以上メインスイッチ(5R,5S,5T)を更に備える、請求項1乃至請求項5のいずれか一つに記載のアクティブコンバータ(4)。
- アクティブコンバータ(4)は、
正側電源出力端(P)及び負側電源出力端(H)と、
前記正側電源出力端及び前記負側電源出力端の間に設けられ、多相電源(1)に対し、その各相(1R,1S,1T)に対応する複数の入力線(8R,8S,8T)を介して接続され、各相毎に対応して設けられた複数のスイッチング回路(40R,40S,40T)と、
前記スイッチング回路の動作を制御するスイッチング信号(Sr,Ss,St,Sx,Sy,Sz)を各相毎に出力するスイッチング信号生成回路(43)と、
前記正側電源出力端及び前記負側電源出力端の間に設けられた平滑コンデンサ(44)と
を備え、
前記スイッチング回路の各々は、
対応する相の前記入力線(8R;8S;8T)へと前記正側電源出力端から電流を流すか否かを制御するハイアーム側スイッチング素子(41r;41s;41t)と、
前記ハイアーム側スイッチング素子と並列に接続され、対応する相の前記入力線に接続されたアノードと、前記正側電源出力端に接続されたカソードとを有するハイアーム側ダイオード(Dr;Ds;Dt)と、
対応する相の前記入力線(8R;8S;8T)から前記負側電源出力端へと電流を流すか否かを制御するローアーム側スイッチング素子(41x;41y;41z)と、
前記ローアーム側スイッチング素子と並列に接続され、対応する相の前記入力線に接続されたカソードと、前記負側電源出力端に接続されたアノードとを有するローアーム側ダイオード(Dx;Dy;Dz)と、
前記スイッチング信号に基づいて前記ハイアーム側スイッチング素子及び前記ローアーム側スイッチング素子を駆動させるスイッチング制御回路(42R;42S;42T)と
を有し、
前記スイッチング制御回路の各々は、
対応する相の第1の前記スイッチング信号(Sr;Ss;St)に基づいて前記ハイアーム側スイッチング素子を駆動するハイアーム側ドライバ素子(421)と、
対応する相の前記入力線(8R;8S;8T)に接続された一端と、他端とを有し、前記ハイアーム側ドライバ素子に電源を供給するブートストラップコンデンサ(426)と、
前記ブートストラップコンデンサの前記他端に接続されたカソードと、アノードとを有するブートストラップ用ダイオード(424)と、
前記ブートストラップ用ダイオードの前記アノードに接続された正極と、前記負側電源出力端に接続された負極とを有する直流電源(423)と
を備え、
前記複数の入力線(8R,8S,8T)の少なくとも一つには、主スイッチ(5R,5S,5T)と限流回路(2R,2S,2T)との並列接続が介挿され、
(a)前記主スイッチをオフにし、前記限流回路を介して前記アクティブコンバータと前記多相電源との間に電流を流し、前記平滑コンデンサを充電するステップと、
(b)前記ステップ(a)の後、前記主スイッチをオンにするステップと
を備え、
上記ステップ(a),(b)のいずれにおいても、最大値を採る相及び最小値を採る相についてのみ、前記ローアーム側スイッチング素子及び前記ハイアーム側スイッチング素子の少なくとも一方がオフし、他の相の前記ローアーム側スイッチング素子及び前記ハイアーム側スイッチング素子のいずれもがオフする、アクティブコンバータの制御方法。 - 前記ステップ(b)においては、全ての相(R,S,T)において前記ハイアーム側スイッチング素子(41r;41s;41t)及び前記ローアーム側スイッチング素子(41x;41y;41z)が共にオフした状態で各相の前記ブートストラップコンデンサ(426)を充電する、
請求項8記載のアクティブコンバータの制御方法。 - 前記多相電源(1)は三相電源(1R,1S,1T)であって、
前記ステップ(b)においては、前記ハイアーム側スイッチング素子(41r;41s;41t)及び前記ローアーム側スイッチング素子(41x;41y;41z)をオン期間が120度以下でスイッチングさせることにより、各相の前記ブートストラップコンデンサ(426)を充電する、請求項8記載のアクティブコンバータの制御方法。 - 前記ステップ(b)においては、全ての相の前記ハイアーム側スイッチング素子(41r;41s;41t)がオフした状態で各相の前記ブートストラップコンデンサ(426)を充電する、請求項10記載のアクティブコンバータの制御方法。
- 前記方形波はパルス幅変調される、請求項10及び請求項11のいずれか一つに記載のアクティブコンバータの制御方法。
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