JP2007060759A

JP2007060759A - 電力変換システムの電圧検出装置

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Publication number: JP2007060759A
Application number: JP2005240887A
Authority: JP
Inventors: Hisae Kikuchi; 寿江菊地; Hidehiko Sugimoto; 英彦杉本
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP4725242B2

Abstract

【課題】ＰＷＭインバータなどのＰＷＭ制御を行う電力変換システムに好適な電圧検出装置を提供する。
【解決手段】電圧検出装置３０には分圧回路３１と、スイッチ３２と、基準電圧生成回路３３と、切替スイッチ３４と、減算回路３５と、積分回路３６と、比較回路３７と、レベル検出手段３８と、同期信号発生回路３９と、シーケンス制御回路４０と、基準電圧入力時間計測カウンタ４１とを備え、ＰＷＭインバータ１０ａの入力直流電圧の変動およびインバータ回路１１の通電電流による電圧降下の変動を考慮ししつ、１搬送波周期の電圧平均値を高精度に得ることができる。また、レベル検出手段３８が動作している区間では分圧回路３１からの分圧電圧から基準電圧生成回路３３からの基準電圧を減算した値が積分回路３６に入力される二重積分形ＡＤ変換方法としていることから、１搬送波周期が終了時の積分回路３７の電圧上昇を低く抑えることができ、従って、１搬送波周期経過後に積分回路３６の出力が零電圧に至る迄の時間も僅かにすることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、自己消弧形半導体素子を直列接続して上，下アームを形成し、この上アームの一端を直流電源の陽極側に接続し、下アームの一端を前記直流電源の陰極側及び基準電位としての零電圧に接続し、ＰＷＭ制御に基づく信号波（電圧指令値）と搬送波との交点で前記上，下アームそれぞれをオンオフさせることにより、所望の出力電圧を前記上，下アームの中間接続点から得る電力変換システムの電圧検出装置に関する。

図１６は、下記特許文献１の回路構成を含むこの種の電力変換システムとしてのＰＷＭインバータの電圧検出装置の回路構成図である。

このＰＷＭインバータ１０には、ＩＧＢＴなどの自己消弧形半導体素子とダイオードの逆並列回路それぞれを直列接続した上，下アームからなるインバータ回路１１と、このインバータ回路１１の上，下アームの両端に直流電圧Ｅｄｃを供給する整流電源などからなる直流電源１２と、ＰＷＭ制御に基づいて前記上，下アームそれぞれをオンオフさせるため信号波（電圧指令値）を生成する電圧指令値生成手段１３と、このときの搬送波としての三角波を発生する三角波発生手段１４と、この電圧指令値と三角波との比較演算結果に基づいて前記ＩＧＢＴそれぞれへの駆動信号を生成する比較回路１５とを備えている。

また、ＰＷＭインバータ１０の出力電圧として、前記上，下アームの中間接続点の電圧を検出する電圧検出装置２０は、該中間接続点の電圧レベルの変化を検出するホトカプラ回路２１と、このホトカプラ回路２１の出力により例えば前記上アームがオンしている期間を計測するカウンタ回路２２とから構成され、この計測値（検出値）を前記搬送波の１周期間の前記出力電圧の平均値として出力している。
特開平２−１１４８９０号公報

図１６に示した従来の電圧検出装置２０では、上述の如く、前記上アームがオンしている期間の計測値と前記搬送波の１周期とから前記出力電圧のデューティー比を導出することができる。

しかしながら、インバータ回路１１の前記上アームがオンしている期間での直流電源１２が出力している直流電圧Ｅｄｃの変動および前記上，下アームそれぞれの通電電流による電圧降下の変動が電圧検出装置２０での検出誤差になるという問題点があった。

この発明の目的は、上記問題点を解消した電力変換システムの電圧検出装置を提供することにある。

この第１の発明は、自己消弧形半導体素子を直列接続して上，下アームを形成し、この上アームの一端を直流電源の陽極側に接続し、下アームの一端を前記直流電源の陰極側及び基準電位としての零電圧に接続し、ＰＷＭ制御に基づく信号波（電圧指令値）と搬送波との交点で前記上，下アームそれぞれをオンオフさせることにより、所望の出力電圧を前記上，下アームの中間接続点から得る電力変換システムにおいて、
前記上，下アームの中間接続点の出力電圧に基づく値と前記零電圧の何れかを選択して出力する第１の切替スイッチと、前記上アームがオンしているときの前記中間接続点の出力電圧に基づく値に対応した基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、該基準電圧と前記零電圧の何れかを選択して出力する第２の切替スイッチと、第１の切替スイッチの出力値から第２の切替スイッチの出力値を減算して出力する減算回路と、減算回路の出力値を積分演算して出力する積分回路と、該積分演算値が前記零電圧に至ったことを検知して出力する比較回路と、前記中間接続点の出力電圧の変化から上アームがオンしてことを検出して出力するレベル検出手段と、前記搬送波の開始点毎に該開始点に基づく同期信号を発生する同期信号発生回路と、前記同期信号が発せられてからレベル検出手段が出力を発する迄の区間Ｔ１には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは前記零電圧を選択し、前記レベル検出手段が出力している区間Ｔ２及び該区間Ｔ２が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ３には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択し、前記次の同期信号が出力された後、前記比較回路が動作する迄の区間Ｔ４には、第１の切替スイッチでは前記零電圧を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択するためのシーケンス制御を行うシーケンス制御回路と、前記区間Ｔ２及び区間Ｔ４の合計経過時間を計測し、この計測値に基づく値を前記区間Ｔ１から区間Ｔ３迄の前記出力電圧の平均値として出力する基準電圧入力時間計測カウンタとを備えてなる電力変換システムの電圧検出装置を用いたことを特徴とする。

第２の発明は、前記電力変換システムにおいて、
前記上，下アームの中間接続点の出力電圧に基づく値と前記零電圧の何れかを選択して出力する第１の切替スイッチと、前記上アームがオンしているときの前記中間接続点の出力電圧に基づく値に対応した基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、該基準電圧と前記零電圧の何れかを選択して出力する第２の切替スイッチと、第１の切替スイッチの出力値から第２の切替スイッチの出力値を減算して出力する減算回路と、減算回路の出力値を積分演算して出力する積分回路と、該積分演算値が前記零電圧に至ったことを検知して出力する比較回路と、前記搬送波の開始点毎に該開始点に基づく同期信号を発生する同期信号発生回路と、該同期信号の１周期間をダウンカウントするダウンカウンタと、このダウンカウンタ値と前記電圧指令値との交点で出力する時間調整回路と、前記同期信号が発せられてから時間調整回路が出力を発する迄の区間Ｔ１には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは前記零電圧を選択し、前記区間Ｔ１が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ２には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択し、前記次の同期信号が出力された後、前記比較回路が動作する迄の区間Ｔ３には、第１の切替スイッチでは前記零電圧を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択するためのシーケンス制御を行うシーケンス制御回路と、前記区間Ｔ２から区間Ｔ３までの経過時間を計測し、この計測値に基づく値を前記区間Ｔ１から区間Ｔ２迄の前記出力電圧の平均値として出力する基準電圧入力時間計測カウンタとを備えてなる電力変換システムの電圧検出装置を用いたことを特徴とする。

第３の発明は、前記電力変換システムにおいて、
前記上，下アームの中間接続点の出力電圧に基づく値と前記零電圧の何れかを選択して出力する第１の切替スイッチと、前記上アームがオンしているときの前記中間接続点の出力電圧に基づく値に対応した基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、該基準電圧と前記零電圧の何れかを選択して出力する第２の切替スイッチと、第１の切替スイッチの出力値から第２の切替スイッチの出力値を減算して出力する減算回路と、減算回路の出力値を積分演算して出力する積分回路と、該積分演算値が前記零電圧に至ったことを検知して出力する比較回路と、前記中間接続点の出力電圧の変化から上アームがオンしてことを検出して出力するレベル検出手段と、前記搬送波の開始点毎に該開始点に基づく同期信号を発生する同期信号発生回路と、該同期信号が発せられてからレベル検出手段が出力する迄の計測時間に基づく時間が経過したときに出力する時間調整カウンタと、前記同期信号が発せられてから時間調整カウンタが出力を発する迄の区間Ｔ１には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは零電圧を選択し、前記区間Ｔ１が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ２には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択し、前記次の同期信号が出力された後、前記比較回路が動作する迄の区間Ｔ３には、第１の切替スイッチでは前記零電圧を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択するためのシーケンス制御を行うシーケンス制御回路と、前記区間Ｔ２から区間Ｔ３までの経過時間を計測し、この計測値に基づく値を前記区間Ｔ１から区間Ｔ２迄の前記出力電圧の平均値として出力する基準電圧入力時間計測カウンタとを備えてなる電力変換システムの電圧検出装置を用いたことを特徴とする。

第４の発明は、前記第１〜第３の発明の電力変換システムの電圧検出装置において、
前記同期信号発生回路に代えて、前記レベル検出手段の出力に基づいて同期信号を推定演算して出力する同期信号推定手段を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、所謂、二重積分形Ａ／Ｄ変換方法を用いることにより、前記電力変換システムを構成する直流電源の直流電圧の変動および上，下アームそれぞれの通電電流による電圧降下の変動を考慮ししつ、ＰＷＭ制御を行う際の１搬送波周期の電圧平均値を高精度に得ることができる。

図１は、この発明の第１の実施例を示す電力変換システムとしてのＰＷＭインバータの電圧検出装置の回路構成図であり、この図において、図１６に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、ＰＷＭインバータ１０ａが図１６に示したＰＷＭインバータ１０と異なる点は、直流電源１２の陰極側が基準電位としての零電圧に接続されていることである。

また、このＰＷＭインバータ１０ａの電圧検出装置３０にはインバータ回路１１を構成する上，下アームの中間接続点の電圧をこの電圧検出装置が動作するのに好適な所望の値に分圧して出力する分圧回路３１と、前記分圧電圧と零電圧の何れかを選択して出力する切替スイッチ３２と、前記上アームがオンしているときの前記分圧電圧（Ｖｄ）に対応した基準電圧（Ｖｒｅｆ、Ｖｄ≧Ｖｒｅｆ）を生成する基準電圧生成回路３３と、前記基準電圧と零電圧の何れかを選択して出力する切替スイッチ３４と、切替スイッチ３２の出力値から切替スイッチ３４の出力値を減算して出力する減算回路３５と、減算回路３５の出力値を積分演算して出力する積分回路３６と、前記積分演算値が零電圧に至ったことを検知して出力する比較回路３７と、前記分圧電圧の変化から前記上アームがオンしてことを検出して出力するために、図示の如く、しきい値電圧と比較回路とからなるレベル検出手段３８と、同期信号発生回路３９と、シーケンス制御回路４０と、基準電圧入力時間計測カウンタ４１とを備えている。

この電圧検出装置３０の動作を、図２〜図４を参照しつつ、以下に説明する。

図２は、ＰＷＭインバータ１０ａにおけるＰＷＭ制御および同期信号発生回路３９の動作を説明する波形図である。

すなわち、三角波発生手段１４が出力する三角波の搬送波（破線）と電圧指令値生成手段１３が出力する電圧指令値（一点鎖線）との比較演算を比較回路１５が行い、この比較演算結果に基づいて前記上アーム，下アームそれぞれへの駆動信号を出力することにより上，下アームの中間接続点からの出力電圧は図示の実線にようになる。このとき、上アームがオン、下アームがオフの状態では直流電源１２が出力する直流電圧Ｅｄｃから上アームでの電圧降下を引いた電圧レベルとなり、また、上アームがオフ、下アームがオンの状態では前記零電圧に下アームでの電圧降下を上乗せした電圧レベルとなる。

また、同期信号発生回路３９では、図示の如く、三角波発生手段１４が出力する三角波の開始点毎にパルス状の電圧を同期信号として出力する。

図３は、上述のＰＷＭ制御における前記上アームのオン期間が比較的短い状態（低デューティー比）での電圧検出装置３０の動作を説明する波形図である。

すなわち、シーケンス制御回路４０では、先ず、同期信号発生回路３９から同期信号が発せられてからレベル検出手段３８が出力を発する迄の区間Ｔ１には、切替スイッチ３２は分圧回路３１の分圧電圧を選択すると共に切替スイッチ３４は前記零電圧を選択する指令を送出し、次に、レベル検出手段３８が出力している区間Ｔ２及び該区間Ｔ２が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ３には、切替スイッチ３２は前記分圧電圧を選択すると共に切替スイッチ３４では基準電圧を選択する指令を送出し、次に、前記次の同期信号が出力された後、比較回路３７が動作する迄の区間Ｔ４には、切替スイッチ３２は前記零電圧を選択すると共に切替スイッチ３４は基準電圧を選択する指令を送出することにより、切替スイッチ３２，切替スイッチ３４，減算回路３５それぞれの出力電圧は図示のように変化し、従って、積分回路３６の出力も図示のように変化する。また、基準入力時間計測カウンタ４１ではシーケンス制御回路４０からの指令により前記区間Ｔ２及び区間Ｔ４の合計経過時間（ｔ１）を計測する。

このとき、前記時間（ｔ１）と搬送波の１周期（ｔ_CYCLE）と、前記上アームがオンしているときの前記分圧電圧（Ｖｄ）の電圧平均値（Ｖａｖｅ）との間には下記数１式の関係がある。
［数１］
Ｖａｖｅ・ｔ_CYCLE＝Ｖｒｅｆ・ｔ１
すなわち、Ｖａｖｅ＝Ｖｒｅｆ（ｔ１／ｔ_CYCLE）として求めることができる。

上述の如く、Ｖａｖｅを導出することにより、ＰＷＭインバータ１０ａを構成する直流電源１２が出力する直流電圧の変動およびインバータ回路１１の上，下アームそれぞれの通電電流による電圧降下の変動を考慮ししつ、ＰＷＭ制御を行う際の１搬送波周期の電圧平均値を高精度に得ることができる。また、レベル検出手段３８が動作している区間Ｔ２では分圧電圧（Ｖｄ）から基準電圧（Ｖｒｅｆ）を減算した値が積分回路３６に入力されていることから、区間Ｔ３が終了時の積分回路３７の電圧上昇を低く抑えることができ、従って、区間Ｔ４の時間、すなわち、１搬送波周期経過後に積分回路３６の出力が零電圧に至る迄の時間も僅かにすることができる。

図４は、上述のＰＷＭ制御における前記上アームのオン期間が比較的長い状態（高デューティー比）での電圧検出装置３０の動作を説明する波形図である。

このときの電圧検出装置３０の挙動は上述の図３で述べた挙動と同様であるので、ここではその説明を省略するが、このときにも、レベル検出手段３８が動作している区間Ｔ２では分圧電圧（Ｖｄ）から基準電圧（Ｖｒｅｆ）を減算した値が積分回路３６に入力されていることから、区間Ｔ３が終了時の積分回路３７の電圧上昇を低く抑えることができ、従って、区間Ｔ４の時間、すなわち、１搬送波周期経過後に積分回路３６の出力が零電圧に至る迄の時間も僅かにすることができる。

図５は、この発明の第２の実施例を示す電力変換システムとしてのＰＷＭインバータの電圧検出装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した電圧検出装置３０と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図５に示した電圧検出装置５０では、図１に示したレベル検出手段３８に代えてダウンカウンタ５１と時間調整回路５２とを備え、また、シーケンス制御回路４０に代えてシーケンス制御回路５３を備えている。

この電圧検出装置５０の動作を、図６〜図８を参照しつつ、以下に説明する。

図６は、ダウンカウンタ５１と時間調整回路５２の動作を説明する波形図である。

このダウンカウンタ５１は前記搬送波のピーク値（図２参照）に対応する値を初期値とし、次の同期信号が発せられる直前に零となるようにダウンカウントする。このとき、時間調整回路５２では前記カウンタ値（実線）とＰＷＭインバータ１０ａの電圧指令値生成手段１３からの電圧指令値（一点鎖線）との交点毎に図示の如くバルス状の電圧を出力する。従って、このパルス状の電圧が発生するタイミングは前記電圧指令値に対応したタイミングとなっている。

図７は、上述のＰＷＭ制御における前記上アームのオン期間が比較的短い状態（低デューティー比）での電圧検出装置５０の動作を説明する波形図である。

すなわち、シーケンス制御回路５３では、先ず、同期信号発生回路３９からの同期信号が発せられてから時間調整回路５２が出力を発する迄の区間Ｔ１には、切替スイッチ３２は分圧回路３１の分圧電圧を選択すると共に切替スイッチ３４は前記零電圧を選択する指令を送出し、前記区間Ｔ１が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ２には、切替スイッチ３２は前記分圧電圧を選択すると共に切替スイッチ３４は基準電圧を選択する指令を送出し、前記次の同期信号が出力された後、比較回路３７が動作する迄の区間Ｔ３には、切替スイッチ３２は前記零電圧を選択すると共に切替スイッチ３４は基準電圧を選択する指令を送出することにより、切替スイッチ３２，切替スイッチ３４，減算回路３５それぞれの出力電圧は図示のように変化し、従って、積分回路３６の出力も図示のように変化する。また、基準入力時間計測カウンタ４１ではシーケンス制御回路５３からの指令により前記区間Ｔ２から区間Ｔ３迄の合計経過時間（ｔ１）を計測する。

この時間（ｔ１）により、前記数１式を用いて前記Ｖａｖｅを導出することで、ＰＷＭインバータ１０ａを構成する直流電源１２が出力する直流電圧の変動およびインバータ回路１１の上，下アームそれぞれの通電電流による電圧降下の変動を考慮ししつ、ＰＷＭ制御を行う際の１搬送波周期の電圧平均値を高精度に得ることができる。また、時間調整回路５２が動作を開始した後の区間Ｔ２では、ほぼ基準電圧（Ｖｒｅｆ）の逆極性の電圧が積分回路３６に入力されていることから、区間Ｔ３の時間、すなわち、１搬送波周期経過後に積分回路３６の出力が零電圧に至る迄の時間も僅かにすることができる。さらに、電圧検出装置３０に比して、基準電圧入力時間計測カウンタ４１は１回の計測動作を行うだけで前記時間（ｔ１）を得ることができる。

図８は、上述のＰＷＭ制御における前記上アームのオン期間が比較的長い状態（高デューティー比）での電圧検出装置５０の動作を説明する波形図である。

このときの電圧検出装置５０の挙動は上述の図７で述べた挙動と同様であるので、ここではその説明を省略するが、このときには、時間調整回路５２が出力動作を開始した後の区間Ｔ２では分圧電圧（Ｖｄ）から基準電圧（Ｖｒｅｆ）を減算した値が積分回路３６に入力されていることから、区間Ｔ２が終了時の積分回路３７の電圧上昇を低く抑えることができ、従って、区間Ｔ３の時間、すなわち、１搬送波周期経過後に積分回路３６の出力が零電圧に至る迄の時間は僅かにすることができる。

なお、電圧検出装置５０に対する図７，図８の説明は、ＰＷＭ制御の際の搬送波が図２に示した対称三角波での挙動についてであるが、鋸歯状波などを用いることもできる。

図９は、この発明の第３の実施例を示す電力変換システムとしてのＰＷＭインバータの電圧検出装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した電圧検出装置３０と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図９に示した電圧検出装置６０では、図１に示した電圧検出装置３０の構成に時間調整カウンタ６１が付加され、また、シーケンス制御回路４０に代えてシーケンス制御回路６２を備えている。

この電圧検出装置６０の動作を、図１０〜図１２を参照しつつ、以下に説明する。

図１０は、時間調整カウンタ６１の動作を説明する波形図である。

この図においては、１搬送波周期の中間点に対して非対称な三角波の場合も考慮して図示のような鋸歯状の三角波を搬送波としている。

このとき、同期信号発生回路３９より同期信号が発せられたときから前記搬送波の谷に至る迄の時間をａとし、前記同期信号からレベル検出手段３８が出力する迄の時間ｔ０とすると、前記ａからｔ０を減算した値をｘとすると、ｘ／ａはレベル検出手段３８が動作している時間ｔ_PULSEと搬送波の１周期時間ｔ_CYCLEとの比率（ｔ_PULSE／ｔ_CYCLE）に対応しているので、下記数２式が得られる。
［数２］
ｔ_PULSE＝｛（ａ−ｔ0）／ａ｝・ｔ_CYCLE
また、前記ａはこの種のＰＷＭインバータにおいては既知数であり、前記基準電圧Ｖｒｅｆと分圧電圧Ｖｄとから、時間調整カウンタ６１では前記ｔ０を計測し、その後、前記同期信号が発せられてから下記数３式で得られるｔ_DELAY時間のタイミングでパルス状の電圧を出力する。
［数３］
ｔ_DELAY＝ｔ_CYCLE−ｔ_PULSE（Ｖｄ／Ｖｒｅｆ）
このＰＷＭインバータ１０ａでは、ＰＷＭ制御の際に対称三角波をその搬送波としていることから前記ａは０．５ｔ_CYCLEとなり、また、Ｖｄ≒Ｖｒｅｆと設定していることから、この条件を前記数３式に代入すると、ｔ_DELAY≒２ｔ０となることから、時間調整カウンタ６１では２ｔ０になった時点で出力するようにしている。

図１１は、上述のＰＷＭ制御における前記上アームのオン期間が比較的短い状態（低デューティー比）での電圧検出装置６０の動作を説明する波形図である。

すなわち、シーケンス制御回路６２では、先ず、同期信号発生回路３９からの同期信号が発せられてから時間調整カウンタ６１が図示の如く２ｔ０時間経過して出力を発する迄の区間Ｔ１には、切替スイッチ３２は分圧回路３１の分圧電圧を選択すると共に切替スイッチ３４は前記零電圧を選択する指令を送出し、前記区間Ｔ１が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ２には、切替スイッチ３２は前記分圧電圧を選択すると共に切替スイッチ３４は基準電圧を選択する指令を送出し、前記次の同期信号が出力された後、比較回路３７が動作する迄の区間Ｔ３には、切替スイッチ３２は前記零電圧を選択すると共に切替スイッチ３４は基準電圧を選択する指令を送出することにより、切替スイッチ３２，切替スイッチ３４，減算回路３５それぞれの出力電圧は図示のように変化し、従って、積分回路３６の出力も図示のように変化する。また、基準入力時間計測カウンタ４１ではシーケンス制御回路５３からの指令により前記区間Ｔ２から区間Ｔ３迄の合計経過時間（ｔ１）を計測する。

この時間（ｔ１）により、前記数１式を用いて前記Ｖａｖｅを導出することで、ＰＷＭインバータ１０ａを構成する直流電源１２が出力する直流電圧の変動およびインバータ回路１１の上，下アームそれぞれの通電電流による電圧降下の変動を考慮ししつ、ＰＷＭ制御を行う際の１搬送波周期の電圧平均値を高精度に得ることができる。また、時間調整カウンタ６１が動作を開始した後の区間Ｔ２では、ほぼ基準電圧（Ｖｒｅｆ）の逆極性の電圧が積分回路３６に入力されていることから、区間Ｔ３の時間、すなわち、１搬送波周期経過後に積分回路３６の出力が零電圧に至る迄の時間も僅かにすることができる。また、電圧検出装置３０に比して、基準電圧入力時間計測カウンタ４１は１回の計測動作を行うだけで前記時間（ｔ１）を得ることができる。

図１２は、上述のＰＷＭ制御における前記上アームのオン期間が比較的長い状態（高デューティー比）での電圧検出装置６０の動作を説明する波形図である。

このときの電圧検出装置６０の挙動は上述の図１１で述べた挙動と同様であるので、ここではその説明を省略するが、このときには、時間調整回路カウンタ６１が出力動作を開始した後の区間Ｔ２では分圧電圧（Ｖｄ）から基準電圧（Ｖｒｅｆ）を減算した値が積分回路３６に入力されていることから、区間Ｔ２が終了時の積分回路３７の電圧上昇を低く抑えることができ、従って、区間Ｔ３の時間、すなわち、１搬送波周期経過後に積分回路３６の出力が零電圧に至る迄の時間は僅かにすることができる。

図１３は、この発明の第４の実施例を示す電力変換システムとしてのＰＷＭインバータの電圧検出装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した電圧検出装置３０と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１３に示した電圧検出装置３０ａでは、図１に示した同期信号発生回路３９に代えて同期信号推定手段４２を備えている。

この同期信号推定手段４２の動作を、図１４，図１５を参照しつつ、以下に説明する。

図１４は、同期信号推定手段４２の詳細回路構成図を示し、この同期信号推定手段４２にはレベル変化時間計測カウンタ４２ａと、記憶レジスタ４２ｂと、演算制御回路４２ｃと、同期信号生成カウンタ４２ｄとを備えている。

また図１５は、図１４に示した同期信号推定手段４２の動作を説明する波形図であり、先ず、電圧検出装置３０ａを起動させた後の時刻Ｔｓからレベル検出手段３８が動作を開始する迄の時間ｔ１をレベル変化時間計測カウンタ４２ａで計測し、この計測値を記憶レジスタ４２ｂに記憶させ、引き続いて前記時刻Ｔｓからレベル検出手段３８が動作を終了したとき迄の時間ｔ２をレベル変化時間計測カウンタ４２ａで計測し、この計測値を記憶レジスタ４２ｂに記憶させ、さらに引き続いて前記時刻Ｔｓからレベル検出手段３８が再度動作を開始する迄の時間ｔ３をレベル変化時間計測カウンタ４２ａで計測し、この計測値を記憶レジスタ４２ｂに記憶させ、引き続いて前記時刻Ｔｓからレベル検出手段３８が再度動作を終了したとき迄の時間ｔ４をレベル変化時間計測カウンタ４２ａで計測し、この計測値を記憶レジスタ４２ｂに記憶させる。

次に、前記時間ｔ４が取得できた時点で演算制御回路４２ｃでは前記時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４から前記搬送波の中間点に当たる時間ｔａ，ｔｂを下記数式により算出する。
［数４］
ｔａ＝（ｔ１＋ｔ２）／２
［数５］
ｔｂ＝（ｔ３＋ｔ４）／２
上記数式より１搬送波周期時間の推定値ｔ_CYCLE#はｔｂ−ｔａとなり、従って、その次の搬送波の開始時刻は、前記時刻Ｔｓから下記数式で示す時間ｔ５を経過した時点となる。
［数６］
ｔ５＝ｔ＋（１／２）ｔ_CYCLE#
すなわち、同期信号生成カウンタ４２ｄでは前記時間ｔ５より、推定値ｔ_CYCLE#毎に同期信号を出力する。

この電圧検出装置３０ａの動作は先述の電圧検出装置３０と同様であるので、ここではその説明を省略する。

なお、同期信号推定手段４２はこの電圧検出装置３０ａが動作中に、適宜、上述の検出・演算を行うことにより推定誤差を補うことができる。また、先述の第２，第３の実施例回路においても、同期信号発生回路３９に代えて図１４に示した同期信号推定手段４２を備えることができる。

さらに上述の実施例では、各アームをＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路で構成した回路構成で説明をしたが、自己消弧形半導体素子とダイオードとを直列接続したものの逆並列回路、または逆阻止形半導体素子の逆並列回路を各アームに用いた電力変換システムにおいても、この発明の電圧検出装置を使用することが可能である。

この発明の第１の実施例を示す電圧検出装置の回路構成図図１に示した同期信号発生回路の動作波形図図１の動作を説明する波形図図１の動作を説明する波形図この発明の第２の実施例を示す電圧検出装置の回路構成図図５に示したダウンカウンタ，時間調整回路の動作波形図図５の動作を説明する波形図図５の動作を説明する波形図この発明の第３の実施例を示す電圧検出装置の回路構成図図９に示した時間調整カウンタの動作波形図図９の動作を説明する波形図図９の動作を説明する波形図この発明の第４の実施例を示す電圧検出装置の回路構成図図１３に示した同期信号推定手段の詳細回路構成図図１４の動作を説明する波形図従来例を示す電圧検出装置の回路構成図

符号の説明

１０，１０ａ…ＰＷＭインバータ、１１…直流電源、１２…インバータ回路、１３…電圧指令値生成手段、１４…三角波発生手段、１５…比較回路、２０…電圧検出装置、２１…ホトカプラ回路、２２…カウンタ回路、３０，３０ａ…電圧検出装置、３１…分圧回路、３２…切替スイッチ、３３…基準電圧生成回路、３４…切替スイッチ、３５…減算回路、３６…積分回路、３７…比較回路、３８…レベル検出手段、３９…同期信号発生回路、４０…シーケンス制御回路、４１…基準電圧入力時間計測カウンタ、４２…同期信号推定手段、５０…電圧検出装置、５１…ダウンカウンタ、５２…時間調整回路、５３…シーケンス制御回路、６０…電圧検出装置、６１…時間調整カウンタ、６２…シーケンス制御回路。

Claims

自己消弧形半導体素子を直列接続して上，下アームを形成し、この上アームの一端を直流電源の陽極側に接続し、下アームの一端を前記直流電源の陰極側及び基準電位としての零電圧に接続し、ＰＷＭ制御に基づく信号波（電圧指令値）と搬送波との交点で前記上，下アームそれぞれをオンオフさせることにより、所望の出力電圧を前記上，下アームの中間接続点から得る電力変換システムにおいて、
前記上，下アームの中間接続点の出力電圧に基づく値と前記零電圧の何れかを選択して出力する第１の切替スイッチと、前記上アームがオンしているときの前記中間接続点の出力電圧に基づく値に対応した基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、該基準電圧と前記零電圧の何れかを選択して出力する第２の切替スイッチと、第１の切替スイッチの出力値から第２の切替スイッチの出力値を減算して出力する減算回路と、減算回路の出力値を積分演算して出力する積分回路と、該積分演算値が前記零電圧に至ったことを検知して出力する比較回路と、前記中間接続点の出力電圧の変化から上アームがオンしてことを検出して出力するレベル検出手段と、前記搬送波の開始点毎に該開始点に基づく同期信号を発生する同期信号発生回路と、
前記同期信号が発せられてからレベル検出手段が出力を発する迄の区間Ｔ１には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは前記零電圧を選択し、前記レベル検出手段が出力している区間Ｔ２及び該区間Ｔ２が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ３には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択し、前記次の同期信号が出力された後、前記比較回路が動作する迄の区間Ｔ４には、第１の切替スイッチでは前記零電圧を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択するためのシーケンス制御を行うシーケンス制御回路と、
前記区間Ｔ２及び区間Ｔ４の合計経過時間を計測し、この計測値に基づく値を前記区間Ｔ１から区間Ｔ３迄の前記出力電圧の平均値として出力する基準電圧入力時間計測カウンタとを備えたことを特徴とする電力変換システムの電圧検出装置。
自己消弧形半導体素子を直列接続して上，下アームを形成し、この上アームの一端を直流電源の陽極側に接続し、下アームの一端を前記直流電源の陰極側及び基準電位としての零電圧に接続し、ＰＷＭ制御に基づく信号波（電圧指令値）と搬送波との交点で前記上，下アームそれぞれをオンオフさせることにより、所望の出力電圧を前記上，下アームの中間接続点から得る電力変換システムにおいて、
前記上，下アームの中間接続点の出力電圧に基づく値と前記零電圧の何れかを選択して出力する第１の切替スイッチと、前記上アームがオンしているときの前記中間接続点の出力電圧に基づく値に対応した基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、該基準電圧と前記零電圧の何れかを選択して出力する第２の切替スイッチと、第１の切替スイッチの出力値から第２の切替スイッチの出力値を減算して出力する減算回路と、減算回路の出力値を積分演算して出力する積分回路と、該積分演算値が前記零電圧に至ったことを検知して出力する比較回路と、前記搬送波の開始点毎に該開始点に基づく同期信号を発生する同期信号発生回路と、該同期信号の１周期間をダウンカウントするダウンカウンタと、このダウンカウンタ値と前記電圧指令値との交点で出力する時間調整回路と、
前記同期信号が発せられてから時間調整回路が出力を発する迄の区間Ｔ１には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは前記零電圧を選択し、前記区間Ｔ１が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ２には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択し、前記次の同期信号が出力された後、前記比較回路が動作する迄の区間Ｔ３には、第１の切替スイッチでは前記零電圧を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択するためのシーケンス制御を行うシーケンス制御回路と、
前記区間Ｔ２から区間Ｔ３までの経過時間を計測し、この計測値に基づく値を前記区間Ｔ１から区間Ｔ２迄の前記出力電圧の平均値として出力する基準電圧入力時間計測カウンタとを備えたことを特徴とする電力変換システムの電圧検出装置。
自己消弧形半導体素子を直列接続して上，下アームを形成し、この上アームの一端を直流電源の陽極側に接続し、下アームの一端を前記直流電源の陰極側及び基準電位としての零電圧に接続し、ＰＷＭ制御に基づく信号波（電圧指令値）と搬送波との交点で前記上，下アームそれぞれをオンオフさせることにより、所望の出力電圧を前記上，下アームの中間接続点から得る電力変換システムにおいて、
前記上，下アームの中間接続点の出力電圧に基づく値と前記零電圧の何れかを選択して出力する第１の切替スイッチと、前記上アームがオンしているときの前記中間接続点の出力電圧に基づく値に対応した基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、該基準電圧と前記零電圧の何れかを選択して出力する第２の切替スイッチと、第１の切替スイッチの出力値から第２の切替スイッチの出力値を減算して出力する減算回路と、減算回路の出力値を積分演算して出力する積分回路と、該積分演算値が前記零電圧に至ったことを検知して出力する比較回路と、前記の中間接続点の出力電圧の変化から上アームがオンしてことを検出して出力するレベル検出手段と、前記搬送波の開始点毎に該開始点に基づく同期信号を発生する同期信号発生回路と、該同期信号が発せられてからレベル検出手段が出力する迄の計測時間に基づく時間が経過したときに出力する時間調整カウンタと、
前記同期信号が発せられてから時間調整カウンタが出力を発する迄の区間Ｔ１には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは前記零電圧を選択し、前記区間Ｔ１が終了した後、次の同期信号が発せられる迄の区間Ｔ２には、第１の切替スイッチでは前記中間接続点に基づく値を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択し、前記次の同期信号が出力された後、前記比較回路が動作する迄の区間Ｔ３には、第１の切替スイッチでは前記零電圧を選択すると共に第２の切替スイッチでは基準電圧を選択するためのシーケンス制御を行うシーケンス制御回路と、
前記区間Ｔ２から区間Ｔ３までの経過時間を計測し、この計測値に基づく値を前記区間Ｔ１から区間Ｔ２迄の前記出力電圧の平均値として出力する基準電圧入力時間計測カウンタとを備えたことを特徴とする電力変換システムの電圧検出装置。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の電力変換システムの電圧検出装置において、
前記同期信号発生回路に代えて、前記レベル検出手段の出力に基づいて同期信号を推定演算して出力する同期信号推定手段を備えたことを特徴とする電力変換システムの電圧検出装置。