JP2006238694A - コンバータを制御するための装置および方法とそのような装置の１つを備えた電気的なコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】中間電圧の改善された調節およびコンバータレッグの向上した制御を可能にするコンバータを制御するための装置および方法を提供することであり、また、そのような装置の１つを備えたコンバータを提供することである。
【解決手段】電力コンバータの制御装置は、半導体レッグのターンオンを制御する制御装置（６）を備える。コンバータは、３レベルのＤＣ電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ０）を有する電源線路（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ０）を備え、その電源線路は、フィルタリングキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）を備える。制御装置は、前記レッグの制御信号の変調信号を供給する。制御装置（６）は、中間電圧（ΔＶ０）の電圧変動を総合制御成分（ＣＧ）によって調節するための調節回路（２０）を備える。総合制御成分（ＣＧ）は、変調信号と、ＤＣ電圧を示す信号と、電流（Ｉ１２３）を示す信号とに基づいて決定され、中間電圧（ΔＶ０）を調節するのを助ける。方法は、総合制御成分（ＣＧ）によって電圧変動調節を処理する。
【選択図】図８

Description

本発明は、パワー半導体レッグのターンオンを制御する制御手段を備えた電力コンバータの制御装置に関し、前記電力コンバータは、
第１の正電圧線路、第２の負電圧線路、および、前記第１の線路および前記第２の線路に接続されたフィルタリングキャパシタの共通点に接続された第３の中間電圧線路を備えたＤＣ電源と、
前記正電圧線路、前記負電圧線路、または、前記中間電圧線路と少なくとも１つの出力電圧を供給するための出力との間に接続された少なくとも３つのレッグを有する変換手段と、
変換手段の前記レッグのターンオンを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記レッグの制御信号の変調信号を提供するための処理手段を備える。

また、本発明は、そのような制御装置を備えた電力コンバータに関する。

さらに、本発明は、そのようなコンバータを制御するための方法に関する。

既知のコンバータ制御装置は、負荷に供給する出力電圧を供給するために、パワー半導体を備えた転流レッグ（commutation legs）を制御する。コンバータが、図１に示されるような３レベル型のものであれば、コンバータのレッグは、正の電圧Ｖ１の線路Ｌ１、負の電圧Ｖ２の線路Ｌ２、および、中間電圧Ｖ０の線路Ｌ０と、出力Ｓ１２３との間に接続される。中間電圧線路Ｌ０は、線路Ｌ１と線路Ｌ２との間に直列に接続された２つのＤＣ電圧フィルタリングキャパシタＣ１およびＣ２の共通点に接続される。図１のブロック図においては、第１のレッグ２０は、正の電圧Ｖ１の線路Ｌ１と第１のダイオードＤ２０Ａを介して中間電圧Ｖ０を受け取る第１の共通点との間、第１の共通点と第１の出力Ｓ１２３との間、第１の出力とダイオードＤ２０Ａに対して逆方向に接続された第２のダイオードＤ２０Ｂを介して中間電圧Ｖ０を受け取る第２の共通点との間、および、第２の共通点と負の電圧Ｖ２の線路Ｌ２との間にそれぞれ接続された半導体２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを備える。その他のレッグ２１および２２が、同様に接続され、それらのレッグ２１および２２は、それぞれ、半導体２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、および、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、第１のダイオードＤ２１ＡおよびＤ２２Ａ、および、第２のダイオードＤ２１ＢおよびＤ２１Ｂを備える。制御回路６は、出力Ｓ１２３上の負荷または電力システムに印加される電圧を供給するために、レッグの半導体のターンオンまたはターンオフを命令する。測定手段８は、出力の電気的な量、例えば、電流信号および／または電圧信号を示す測定信号ＩＳおよびＶＳを供給する。また、中間点の電圧が、制御回路によって制御される場合、測定手段８は、前記電圧の値またはキャパシタブリッジＣ１およびＣ２に流れる電流の値を供給する。コンバータは、３レベルコンバータであるので、半導体は、ハーフアーム（half-arms）によって制御される。例えば、ハーフアーム対２０Ａ−２０Ｂ、２１Ａ−２１Ｂ、および、２２Ａ−２２Ｂは、正または中間の電圧を供給し、ハーフアーム対２０Ｃ−２０Ｄ、２１Ｃ−２１Ｄ、および、２２Ｃ−２２Ｄは、負または中間の電圧を供給する。

従来技術の制御回路６においては、第１のチャンネルは、正電圧側のハーフアームを制御し、第２のチャンネルは、負電圧側のハーフアームを制御する。

図２は、レッグの制御信号を供給するための制御回路６の処理ユニット７の部分的な実施例を示す。この回路において、レギュレータ８は、とりわけ、ｄｑｏまたはαβｏ領域におけるＰａｒｋまたはＣｏｎｃｏｒｄｉａ変換によって、減少した設定値Ｃｄ、Ｃｑ、Ｃｏに基づいて３相変調信号を調節および供給することを可能にする。これらの既知の変換およびローテーションは、一般的には、ＰａｒｋマトリックスおよびＣｏｎｃｏｒｄｉａマトリックスとそれぞれ呼ばれるマトリックスによって計算される。レギュレータの出力におけるそれぞれの位相ごとの信号ＭＣ１は、好ましくは、実行されるべきパルス幅変調を可能にする三角高周波搬送信号の交差型変調に使用される。図２のブロック図においては、レギュレータ８は、第１の３相変調信号ＭＣ１を供給し、モジュール１１は、オペレータ１２によって、基準電圧Ｖ２を前記信号ＭＣ１に印加し、そして、１つまたは２つのモジュール１３は、オペレータ１２によって変更された変調信号ＭＣ２によって変調されるように設計された高周波信号を供給する。オペレータ１４は、変調信号ＭＣ２を、好ましくは三角高周波信号Ｆ１と合成し、パルス幅変調の形態でかつ３つの電圧レベルで動作するインバータレッグ２０、２１、２２の制御信号ＣＶＰおよびＣＶＮを供給する。レッグ制御は、好ましくは、２値のオン−オフ命令であるので、調整回路１６が、制御信号を整形する。基準信号Ｖ２は、一般的には、ＤＣ電圧、例えば、線路Ｌ１およびＬ２の電圧ＶＤＣの１／２または中間電圧の１／２を示す。

既知の制御装置は、キャパシタの共通点電圧をゆっくりと制御する。この種の制御は、中間電圧の許容範囲内にある電圧変動を保証するために、極めて大きな値を有するキャパシタを示唆する。また、この種の制御によれば、正および負の電圧は、パワー半導体の損失を補償するために、過剰に大きな値を有する。さらに、既知の装置の制御の種類は、損失を減少させることを可能にする過変調の使用と両立性がない。

本発明の目的は、中間電圧の改善された調節およびコンバータレッグの向上した制御を可能にするコンバータを制御する装置および方法を提供することであり、また、そのような装置の１つを備えたコンバータを提供することである。

本発明による制御装置においては、制御手段は、
総合制御成分を決定するための手段に連結された調節手段と、
前記正電圧線路、負電圧線路、および、中間電圧線路間の電圧を示す信号、あるいは、中間電圧の変動を示す信号を前記調節手段に供給するための電圧信号入力と、
コンバータレッグの出力電流を示す電流信号を前記調節手段に供給するための電流信号入力と、を備え、
前記総合制御成分を決定するための手段が、前記変調信号、電圧を示す前記信号、および、電流を示す前記信号に基づいて、総合制御成分を決定し、中間電圧を調節することを助ける。

好ましくは、前記調節手段は、変調信号と出力電流との積である第１の組み合わせを処理する第１の調節モジュールを備え、総合制御成分は、前記第１の組み合わせを示す信号および中間電圧の変動を示す信号に依存する。

有利なことには、前記調節手段は、変調信号の２乗と出力電流との積である第２の組み合わせを処理する第２の調節モジュールを備え、総合制御成分は、中間電圧の変動を示す信号に対する前記第２の組み合わせの差と前記第１の組み合わせとの商を示す信号に依存する。

有利なことには、前記調節手段は、前記第１の組み合わせの結果の符号を検出するためのモジュールを備え、総合制御成分は、前記符号を示す信号と中間電圧の変動を示す信号との積を示す信号に依存する。

好ましい実施形態においては、総合制御成分を決定するための手段は、過変調制御手段を備え、中間点電圧調節信号および過変調制御信号を備えた総合制御成分を供給する。

好ましくは、前記過変調制御信号は、信号優先順位を制御するための手段を備え、調節信号は、過変調信号に優る優先順位を与えられる。

好ましくは、前記過変調制御手段は、過変調中、正の線路の電圧に対応する第１の電圧値、負の線路の電圧に対応する第２の電圧値、または、中間点電圧に対応する第３の電圧値に基づいた電圧を供給するように、レッグの半導体を動作させる（position）。

有利なことには、前記過変調制御手段は、過変調中、前記第１の正電圧を示す信号、前記第２の負電圧を示す信号、または、前記中間電圧を示す信号に最も近い変調信号に基づいて、レッグの半導体を動作させる。

有利なことには、前記過変調制御手段は、過変調中、調節信号によって変更された変調信号に基づいて、レッグの半導体を動作させ、前記変更された変調信号は、前記第１の正電圧を示す信号、前記第２の負電圧を示す信号、または、前記中間電圧を示す信号に最も近いものである。

好ましくは、過変調制御手段は、変調信号飽和リスクを制御するための手段を備える。

本発明による電気的なコンバータは、パワー半導体レッグのターンオンを制御する制御手段を有する制御装置と、
第１の正電圧線路、第２の負電圧線路、および、前記第１の線路および前記第２の線路に接続されたフィルタリングキャパシタの共通点に接続された第３の中間電圧線路を備えたＤＣ電源と、
前記正電圧線路、負電圧線路、および、中間電圧線路と少なくとも１つの出力電圧を供給するための出力との間に接続された少なくとも３つのレッグを有する変換手段と、
総合制御成分信号を備えた変調信号に基づいて、変換手段の前記レッグのターンオンを制御する制御手段と、
を備え、
上に規定されたような少なくとも１つの制御装置と、
総合制御成分を決定するための手段および中間電圧を調節する総合制御成分を決定するのに使用される調節手段に電流を示す信号を供給するために、出力導線に配置されかつ前記制御装置に接続された電流測定手段と、
を備える。

電力コンバータを制御するための方法は、
第１の正電圧線路、第２の負電圧線路、および、前記第１の線路および前記第２の線路に接続されたフィルタリングキャパシタの共通点に接続された第３の中間電圧線路を備えたＤＣ電源と、
前記正電圧線路、負電圧線路、および、中間電圧線路と少なくとも１つの出力電圧を供給するための出力との間に接続された少なくとも３つのレッグを有する変換手段と、
変換手段の前記レッグのターンオンを制御する制御手段と、
を備え、
本発明によれば、
変調信号と、中間線路および／または正電圧線路および負電圧線路の電圧または電圧変動を示す信号と、出力導体における電流を示す信号とに基づいて総合制御成分を決定することと、
総合制御成分によって中間線路の電圧変動を調節することとを備える。

好ましくは、総合制御成分は、さらに、過変調処理に基づいて決定される。

好ましくは、総合制御成分は、過変調に優る優先順位を与えられた中間電圧の調節によって決定される。

有利なことには、過変調処理は、３つのレベルで実行され、正電圧を示す信号、負電圧を示す信号、または、中間電圧を示す信号に最も近い変調信号の選択がなされる。

その他の利点および特徴が、限定的でない単なる例として与えられかつ添付の図面に示された本発明の特定の実施形態の以下の説明からより明確なものとなる。

本発明の実施形態による装置においては、制御回路は、前記レッグの制御信号の変調信号ＭＣ１、ＭＣ２を供給するための処理ユニットと、総合制御成分（general control component）ＣＧを決定するためのモジュールに付随する調節回路２０とを備える。制御回路は、前記正電圧線路、前記負電圧線路、および、前記中間電圧線路間の電圧Ｖ０を示す信号、または、中間電圧の変動ΔＶ０を示す信号を前記調節回路に供給するための電圧信号入力と、コンバータレッグの出力電流を示す電流信号ＩＳ１２３を調節回路２０に供給するための電流信号入力とを備える。

調節回路および総合制御成分を決定するためのモジュールは、中間電圧Ｖ０の調節を助けるために、前記変調信号ＭＣ１と、電圧Ｖ０およびΔＶ０を示す前記信号と、電流ＩＳ１２３を示す前記信号とに基づいて、総合制御成分ＣＧを決定する。

そのような装置のブロック図が、図３に示される。調節回路２０および総合制御成分ＣＧを決定するための回路を含むモジュールは、変調信号ＭＣ１、電圧Ｖ０またはΔＶ０を示す信号、および、電流ＩＳ１２３を示す信号を受け取る。回路２０は、総合制御成分ＣＧをオペレータ２１に供給し、変調信号ＭＣ１を変更する。そのようにして総合制御成分ＣＧによって変更された変調信号ＭＣ１１は、オペレータ１２に供給され、レッグの変調信号の処理が、続行される。

このように、コンバータは、出力導線上に配置されかつ前記制御回路に接続された電流ＩＳ１２３を測定するための装置を備え、電流を示す信号を、総合制御成分ＣＧを決定するためのモジュールと、中間電圧ΔＶ０を調節する総合制御成分を決定するのに使用される調節回路２０とに供給する。

図４〜図７は、コンバータレッグの動作および中間電圧変動の調節をモデル化した図を示す。共通電圧点Ｖ０における電流Ｉ０は、レッグ２０、２１、２２を提供する２つの電圧線路ＩＬ１およびＩＬ２の電流の和である。出力電圧ＶＳ１、ＶＳ２、ＶＳ３は、共通点Ｖ０を基準にしたものである。それの出力電流ＩＳ１、ＩＳ２、および、ＩＳ３は、変調信号によって制御される出力電圧の符号に基づいた正の電流または負の電流の和を構成する電流ＩＬ１およびＩＬ２によって供給される。図５には、１つのレッグを備えた単一区画が示され、図６には、それをモデル化した等価回路が示されている。

このように、例としての第１の式（１）においては、共通点Ｉ０における電流は、量Ｐおよび量Ｅの関数として表現することができ、それらの量Ｐおよび量Ｅは、それぞれ、コンバータの出力における瞬間電力およびコンバータの入力におけるＤＣ線路電圧に対応する。この電流値は、変調信号ＭＣ１と変調信号の符号によって制御される出力電流値との第１の積和と、総合制御成分ＣＧと変調信号の符号によって制御される出力電流の和との積からなる第２の和とに依存する。

ここで、ＭＣ１_ｋ＞０の場合には、Ｓｎｇ_ｋ＝１であり、
ＭＣ１_ｋ＜０の場合には、Ｓｎｇ_ｋ＝０である。

このモデル化は、電圧Ｖ０を制御するための逆関数で使用されてもよい。なぜなら、Ｉ０における電流変動を減少させることは、同様に、電圧変動ΔＶ０を減少させることを意味するからである。この種のモデル化は、積モジュール３０を備えた図７に示される回路１００によって表現され、積モジュール３０は、成分ＣＧと、変調信号の成分ＣＧと式のＩｘに対応する出力電流ＩＳ１２３とに依存する第１の組み合わせ３１の結果とを受け取る。第２の組み合わせ３２は、変調信号および出力電流ＩＳ１２３の成分ＣＧを受け取る。積モジュール３０の結果および第２の組み合わせの結果は、和オペレータ３３に与えられ、そして、フィルタ３４に与えられる。このモデル化は、システムが非因果的かつ再帰的なものであることを示す。このモデルに関して定義された補正器は、ダイナミックな動作モードにおける不安定性のリスクをもたらし得る。

本発明の好ましい実施形態においては、別の近似モデル化１０１が、ダイナミックな動作モードにおける良好な安定性を可能にする。このモデル化は、以下に記載される式によって表現することができる。

このモデル化は、絶対値の積和に基づくものである。それは、とりわけ、初期システムを因果的かつ非再帰的なものにすることになる。初期システムのこの近似によって定義される補正部は、正確に維持されるべき共通点の中間電圧Ｖ０の調節を動的に制御するのを可能にする。

図８は、本発明の第１の実施形態による制御装置の調節回路２０のブロック図を示す。ブロック図において、補正回路または平衡回路４０は、測定された中間電圧変動ΔＶ０ｍの信号を調整し、そのような信号ΔＶ０ｆを供給する。信号ΔＶ０ｆ、変調信号ＭＣ１、および、電流信号ＩｘまたはＩＳ１２３が、調節回路２０に供給される。

調節回路２０は、変調信号ＭＣ１と出力電流ＩＳ１２３との積である第１の組み合わせを処理する第１の調節モジュール４１を備え、総合制御成分は、前記第１の組み合わせを示す信号４３と、中間電圧変動ΔＶ０、ΔＶ０ｍ、または、ΔＶ０ｆを示す信号とに依存する。

調節回路２０は、好ましくは、２乗された変調信号ＭＣ１と出力電流ＩＳ１２３との積である第２の組み合わせを処理する第２の調節モジュール４２を備え、前記処理を示す信号４４を供給する。オペレータ４５は、電圧変動信号ΔＶ０、ΔＶ０ｍ、または、ΔＶ０ｆと信号４４との差をとり、オペレータ４６は、オペレータ４５の結果と信号４３との商をとる。したがって、総合制御成分ＣＧは、中間電圧の変動を示す信号と比較された前記第２の組み合わせの差と前記第１の組み合わせとの間の商を示す信号に依存することになる。フィルタリングモジュールは、総合制御成分出力信号をフィルタリングすることによって、システムの機能を改善する。

図９の実施形態においては、回路４０は、調整された信号ΔＶ０ｍまたはΔＶ０ｆを、調節回路２０の出力に配置されかつ回路１００に接続されたオペレータ４５に供給する。変更された回路２０は、オペレータ４２によって供給される信号をそれがオペレータ４６に供給される前に反転させるオペレータ４８を備える。オペレータ４５は、モジュール４６の出力信号を示す信号と回路４０の出力信号を示す信号とに基づいた総合制御成分ＣＧを供給する。また、補正回路または平衡回路４０は、調節回路２０内に組み込まれてもよい。

図１０は、本発明の第２の実施形態による制御装置の調節モジュールの別の実施形態を示す。調節回路２０は、変調信号ＭＣ１と出力電流ＩＳ１２３との積である組み合わせを実行する調節モジュール５１の結果の符号を検出する検出モジュール５０を備える。オペレータ５３は、電圧変動信号ΔＶ０、ΔＶ０ｍ、または、ΔＶ０ｆとモジュール５０によって供給される信号との積をとる。総合制御成分は、前記符号を示す信号と中間電圧の変動を示す信号との積を示す信号に依存する。

図１１のブロック図においては、本発明の実施形態による装置は、飽和オーバーシュートリスク制御回路２００を備える。この回路は、それぞれの変調信号ＭＣ１Ａ、ＭＣ１Ｂ、および、ＭＣ１Ｃごとにオーバーシュートのリスクを検査しかつオーバーシュートの発生を制限するための制限モジュール２０１、２０２、および、２０３を備える。図１２は、変調信号ＭＣ１の例として、例えば、信号ＭＣ１Ａ、ＭＣ１Ｂ、および、ＭＣ１Ｃを示す。図１３において、調節のための総合制御成分ＣＧは、すべての信号ＭＣ１Ａ、ＭＣ１Ｂ、ＭＣ１Ｃに適用され、図３の信号ＭＣ１１を示す信号ＭＣ１１Ａ、ＭＣ１１Ｂ、および、ＭＣ１１Ｃを供給する。

特定の実施形態においては、中間電圧変動の調節を目的とした総合制御成分ＣＧは、さらに、電力損失を減少させるために、並びに、電圧線路Ｖ１およびＶ２の電圧を減少させるために、過変調信号を備え、過変調は、あらかじめ設定された時間だけパワー半導体を強制的にターンオンするように存在する。

この場合、総合制御成分ＣＧの決定には、過変調ＯＭを制御する回路を使用し、それにより中間点電圧Ｖ０、ΔＶ０、および、過変調制御信号ＯＭ調節信号を備えた総合制御成分を供給する。

図１４において、第１のユニット５０は、第１の総合制御成分ＣＧ１を供給することによって、共通点中間電圧変動ΔＶ０を調節し、次に、第２のユニット５１が、過変調ＯＭを総合成分信号に加算し、中間電圧変動ΔＶ０および過変調ＯＭの調節を備えた制御成分信号ＣＧ２を供給する。

とりわけ、ユニット５１において、制御回路は、信号優先順位を制御するモジュール５２を備え、調節信号は、過変調信号に優る優先順位を与えられる。例えば、調節と過変調との間に両立性がない場合、優先順位は、調節に与えられる。

過変調制御ユニット５１は、過変調中、正の線路電圧Ｖ１に対応する第１の電圧値、負の線路電圧Ｖ２に対応する第２の電圧値、または、中間点値Ｖ０に対応する第３の電圧値に基づいて電圧を供給するように、レッグの半導体を動作させる（positions）。

好ましくは、前記過変調制御ユニット５１は、過変調中、前記第１の正電圧Ｖ１を示す信号、前記第２の負電圧Ｖ２を示す信号、または、前記中間電圧Ｖ０を示す信号に最も近い変調信号に基づいて、レッグの半導体を動作させる（positions）。

有利なことには、前記過変調制御ユニット５１は、過変調中、調節信号によって変更された変調信号に基づいて、レッグの半導体を動作させ、前記変更された変調信号は、前記第１の正電圧Ｖ１を示す信号、前記第２の負電圧Ｖ２を示す信号、または、前記中間電圧Ｖ０を示す信号に最も近いものである。

例えば、モジュール５２によって制御される選択モジュール５３および５４は、モジュール５５または５６によって総合制御成分に与えられる過変調値ＯＭ１またはＯＭ２あるいは無過変調を選択する。

前記過変調制御ユニット５１は、変調信号飽和リスクを制御するモジュールを備える。図１５は、飽和制限処理回路６０を示す。第１のモジュール６１は、総合制御成分ＣＧ２と設定値との差を決定する。モジュール６２は、変調信号ＭＣ１に基づいて、飽和制限値ＬＩＭＳを決定する。次に、モジュール６３は、制限信号に基づいて、飽和リスクを処理する。

図１６には、変調信号ＭＣ１Ａ、ＭＣ１Ｂ、ＭＣ１Ｃの位置が、示されており、総合制御成分信号ＣＧ１は、中間電圧変動の調節に依存し、並びに、総合制御成分信号ＣＧ２は、前記調節および過変調に依存する。この図面においては、過変調は、位置６５において、正の最大値を変調信号ＭＣ１Ａに与える。

図１７は、本発明の実施形態による方法のフローチャートを示す。

この方法は、信号測定ステップまたは信号収集ステップ７０を備える。次に、ステップ７１において、総合制御成分ＣＧの決定が、変調信号ＭＣ１と、中間線路の電圧Ｖ０または電圧変動ΔＶ０および／または正電圧線路の電圧Ｖ１および負電圧線路の電圧Ｖ２を示す信号と、出力導線ＩＳ１２３における電流を示す信号とに基づいて、実行される。ステップ７２において、中間線路電圧変動の調節が、総合制御成分ＣＧによって実行される。

ステップ７３は、処理されるべき総合制御成分に過変調ＯＭを適用するのを可能にする。したがって、総合制御成分は、過変調処理に基づいても決定される。ステップ７４において、総合制御成分は、中間電圧の調節に与えられた過変調に優る優先順位によって決定される。

好ましくは、ステップ７５において、総合制御成分の処理が、３つのレベルで実行され、正電圧を示す信号、負電圧を示す信号、または、中間電圧を示す信号に最も近い変調信号の選択がなされる。ステップ７６は、飽和リスクを処理し、次に、ステップ７７は、総合制御成分を変調信号に適用する。

本実施形態による変換装置は、とりわけ、インバータ、無停電電源装置、可変速度駆動装置、単方向または双方向の電力変換装置、または、周波数変換装置であってもよい。

本発明は、とりわけ、３つかまたは４つのレッグを備えた３つのＤＣ電圧レベルを備えた３相コンバータに適用されるが、異なる数のレッグおよび／または位相を有するその他のコンバータに適用されてもよい。

これらのコンバータの半導体は、有利なことには、ＩＧＢＴと呼ばれる絶縁ゲートバイポーラトランジスタであるが、その他の種類の半導体が使用されてもよい。レッグは、使用される電圧、電流、または、電力に基づいて、直列および／または並列に接続されたいくつかの半導体を備えてもよい。例えば、入力電圧および出力電圧は、低電圧電力システムに使用するために、数十ボルトから千ボルトまでの範囲に存在してもよく、あるいは、とりわけ、中間電圧／高電圧の用途に使用するために、数千ボルトの電圧を有してもよい。入力電流または出力電流は、数アンペアから千アンペア以上の範囲に存在してもよい。

別の技術用語においては、コンバータのレッグは、アームまたはブランチと呼ばれることもある。

既知の形態のコンバータを示す図である。 既知の形態のコンバータの制御回路を示すブロック図である。 本発明の実施形態による制御装置を示す図である。 本発明の実施形態による装置をモデル化した図である。 本発明の実施形態による装置をモデル化した図である。 本発明の実施形態による装置をモデル化した図である。 本発明の実施形態による装置をモデル化した図である。 本発明の第１の実施形態による制御装置の調節モジュールを示す図である。 本発明の第１の実施形態による制御装置の調節モジュールを示す図である。 本発明の第２の実施形態による制御装置の調節モジュールを示す図である。 本発明の実施形態による制御装置の飽和処理モジュールを示す図である。 本発明の実施形態による装置の調節が適用され得る変調信号を示す。 総合制御成分による本発明の実施形態に従った装置の調節が適用され得る変調信号を示す。 本発明の実施形態による制御装置の調節モジュールの図であり、過変調処理が、中間電圧の調節に付加されている。 制限および飽和リスク処理モジュールの図である。 総合制御成分による本発明の実施形態に従った装置の調節および過変調が適用される変調信号を示す。 本発明の実施形態による方法のフローチャートである。

符号の説明

２０ 調節回路
３３ 和オペレータ
３４ フィルター
４０ 平衡回路
４１ 第１の調節モジュール
４２ 第２の調節モジュール
４３、４４ 信号
４５ オペレータ
４６ オペレータ
４７ フィルタリングモジュール
１００ 回路

Claims (15)

1. パワー半導体レッグ（２０、２１、２２）のターンオンを制御する制御手段（６）を備えた電力コンバータの制御装置であって、
   前記電力コンバータは、
   正電圧（Ｖ１）の第１の線路（Ｌ１）、負電圧（Ｖ２）の第２の線路（Ｌ２）、並びに、前記第１の線路および前記第２の線路に接続されたフィルタリングキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）の共通点に接続された中間電圧（Ｖ０）の第３の線路（Ｌ０）を備えたＤＣ電源と、
   前記正電圧線路、負電圧線路、または、中間電圧線路（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ０）と少なくとも１つの出力電圧を供給するための出力との間に接続された少なくとも３つのレッグ（２０、２１、２２）を有する変換手段（２）と、
   変換手段（２）の前記レッグ（２０、２１、２２）のターンオンを制御する制御手段（６）とを備え、
   前記制御手段は、前記レッグの制御信号の変調信号（ＭＣ１、ＭＣ１Ａ、ＭＣ１Ｂ、ＭＣ１Ｃ、ＭＣ２）を供給するための処理手段（７）を備え、
   前記制御手段は、
   総合制御成分（ＣＧ）を決定するための手段に結合された調節手段（２０）と、
   前記正電圧線路、負電圧線路、および、中間電圧線路間の電圧を示す信号、あるいは、前記中間電圧の変動を示す信号（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ０、ΔＶ０）を前記調節手段に供給するための電圧信号入力と、
   前記コンバータレッグの出力電流（ＩＳ１２３、Ｉｘ）を示す電流信号を前記調節手段に供給するための電流信号入力とを備え、
   前記総合制御成分を決定するための手段は、中間電圧（ΔＶ０）を調節することを援助するために、前記変調信号、電圧を示す前記信号、および、電流を示す前記信号に基づいて、総合制御成分（ＣＧ、ＣＧ１、ＣＧ２、ＣＧ３）を決定することを特徴とする制御装置。
2. 前記調節手段は、変調信号（ＭＣ１）と出力電流（ＩＳ１２３、Ｉｘ）との積である第１の組み合わせを処理する第１の調節モジュール（４１、５１）を備え、前記総合制御成分（ＣＧ）は、前記第１の組み合わせを示す信号および中間電圧の変動を示す信号（ΔＶ０、ΔＶ０ｍ、ΔＶ０ｆ）に依存することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記調節手段は、変調信号（ＭＣ１）の２乗と出力電流（Ｉｘ、ＩＳ１２３）との積である第２の組み合わせを処理する第２の調節モジュール（４２）を備え、前記総合制御成分（ＣＧ）は、中間電圧の変動を示す信号（ΔＶ０、ΔＶ０ｍ、ΔＶ０ｆ）に対する前記第２の組み合わせの差と前記第１の組み合わせとの商を示す信号に依存することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記調節手段は、前記第１の組み合わせの結果の符号を検出するためのモジュール（５０）を備え、前記総合制御成分（ＣＧ）は、前記符号を示す信号と中間電圧の変動を示す信号（ΔＶ０、ΔＶ０ｍ、ΔＶ０ｆ）との積を示す信号に依存することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
5. 前記総合制御成分（ＣＧ）を決定するための手段は、中間点電圧調節信号および過変調制御信号を備えた総合制御成分を供給するために、過変調（ＯＭ）を制御するための手段（５１〜５５）を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記過変調制御信号（５１〜５５）は、信号優先順位を制御するための手段（５２）を備え、調節信号は、過変調信号に優る優先順位を与えられることを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
7. 前記過変調制御手段（５１〜５５）は、過変調中、正の線路の電圧（Ｖ１）に対応する第１の電圧値、負の線路の電圧（Ｖ２）に対応する第２の電圧値、または、中間点電圧（Ｖ０）に対応する第３の電圧値に基づいた電圧を供給するように、前記レッグの半導体を動作させる、請求項５または請求項６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 前記過変調制御手段は、過変調中、前記第１の正電圧（Ｖ１）を示す信号、前記第２の負電圧（Ｖ２）を示す信号、または、前記中間電圧（Ｖ０）を示す信号に最も近い変調信号（ＭＣ１Ａ、ＭＣ１Ｂ、ＭＣ１Ｃ）に基づいて、前記レッグの半導体を動作させる、請求項７に記載の制御装置。
9. 前記過変調制御手段は、過変調中、調節信号によって変更された変調信号に基づいて、前記レッグの半導体を動作させ、前記変更された変調信号は、前記第１の正電圧（Ｖ１）を示す信号、前記第２の負電圧（Ｖ２）を示す信号、または、前記中間電圧（Ｖ０）を示す信号に最も近いものである、請求項８に記載の制御装置。
10. 前記過変調制御手段は、前記変調信号（ＭＣ１）の飽和リスクを制御するための手段（６１）を備えた、請求項８または請求項９のいずれか一項に記載の制御装置。
11. パワー半導体レッグ（２０、２１、２２）のターンオンを制御する制御手段（６）を有する制御装置と、
    正電圧（Ｖ１）の第１の線路（Ｌ１）、負電圧（Ｖ２）の第２の線路（Ｌ２）、および、前記第１の線路および前記第２の線路に接続されたフィルタリングキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）の共通点に接続された中間電圧（Ｖ０）の第３の線路（Ｌ０）を備えたＤＣ電源と、
    前記正電圧線路、負電圧線路、および、中間電圧線路（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ０）と少なくとも１つの出力電圧を供給するための出力との間に接続された少なくとも３つのレッグ（２０、２１、２２）を有する変換手段（２）と、
    総合制御成分信号を備えた変調信号に基づいて、前記変換手段（２）の前記レッグ（２０、２１、２２）のターンオンを制御する制御手段（６）と、を備えた電気的コンバータであって、
    前記コンバータは、
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの制御装置と、
    前記総合制御成分（ＣＧ）を決定するための手段および前記中間電圧（ΔＶ０）を調節する前記総合制御成分の決定に使用される調節手段（２０）に電流（ＩＳ１２３、Ｉｘ）を示す信号を供給するために、出力導線に配置されかつ前記制御装置に接続された電流測定手段（７）とを備えたことを特徴とするコンバータ。
12. 第１の正電圧（Ｖ１）線路、第２の負電圧（Ｖ２）線路、および、前記第１の線路および前記第２の線路に接続されたフィルタリングキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）の共通点に接続された第３の中間電圧（Ｖ０）線路を備えたＤＣ電源と、
    前記正電圧線路、負電圧線路、および、中間電圧線路（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ０）と少なくとも１つの出力電圧を供給するための出力との間に接続された少なくとも３つのレッグ（２０、２０、２２）を有する変換手段（２）と、
    前記変換手段の前記レッグのターンオンを制御する制御手段（６）と、を備えた電力コンバータを制御する方法であって、
    前記方法は、
    変調信号と、前記中間線路および／または正電圧線路および負電圧線路の電圧または電圧変動を示す信号と、出力導線における電流を示す信号とに基づいて総合制御成分を決定すること（７１）と、
    前記総合制御成分によって前記中間線路の前記電圧変動を制御すること（７２）と、
    を具備した方法。
13. 前記総合制御成分は、さらに、過変調処理に基づいて決定されること（７３）を特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記総合制御成分は、過変調に優る優先順位を与えられた前記中間電圧の調節によって決定される（７４）ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 過変調処理（７５）が、３つのレベルで実行され、正電圧を示す信号、負電圧を示す信号、または、中間電圧を示す信号に最も近い変調信号の選択がなされることを特徴とする請求項１３または請求項１４のいずれか一項に記載の方法。

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