JP2007143229A - Inverter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータの構成に関し、特に電力損失を低減するための手段に関する。
本発明は、インバータにおける電力損失の低減と、インバータの主回路の構成の小形化に大いに有用なものである。
The present invention relates to an inverter configuration, and more particularly to a means for reducing power loss.
The present invention is very useful for reducing power loss in an inverter and miniaturizing the configuration of the main circuit of the inverter.
例えばユニポーラ型の半導体などから形成される双方向性のスイッチング素子では、そのon状態の際に、正負両方向に電流を流すことができる。この様な半導体スイッチング素子には、接合型素子の場合のような一定の比較的大きなon電圧は存在せず、その導通時電圧降下量(on電圧)は、比較的小さなon抵抗と電流との積で決まる。 For example, in a bidirectional switching element formed of a unipolar semiconductor or the like, a current can flow in both positive and negative directions in the on state. In such a semiconductor switching element, there is no constant relatively large on voltage as in the case of a junction type element, and the voltage drop during conduction (on voltage) is a relatively small on resistance and current. Determined by product.
一方、同じ半導体素材を用いた素子であってもフライホイールダイオードの場合には、これらは一般に、ショットキー接合型、PN接合型、またはPIN接合型の何れかのダイオードであるため、それを流れる電流とon電圧との関係は概ね指数関数的になっている。そして、この指数関数的な特性は、第1次近似としては電流の大小によらず一定のon電圧があるものと見ても概ね差し支えない。
これに対し、上記の様な双方向性の半導体スイッチング素子の場合には、素子が基本的に抵抗変調型になっているため、これらのスイッチング素子には、上記の接合型素子のような一定のon電圧は存在せず、したがって上記の様に、その導通時電圧降下(on電圧)はon抵抗と電流との積で決まるのである。
On the other hand, even in the case of flywheel diodes even if the elements are made of the same semiconductor material, these are generally Schottky junction type, PN junction type, or PIN junction type diodes, and therefore flow through them. The relationship between current and on-voltage is approximately exponential. This exponential characteristic can be generally regarded as having a constant on voltage regardless of the magnitude of the current as a first order approximation.
On the other hand, in the case of the bidirectional semiconductor switching element as described above, since the element is basically of a resistance modulation type, the switching element has a constant value as in the above junction type element. Therefore, the on-voltage drop (on voltage) is determined by the product of the on-resistance and the current, as described above.
このため、負荷から直流電源に向って流れる電流(以下、これを「回生的電流」と言う)が双方向性スイッチング素子に流れる割合を多くすることにより、回生的電流がon電圧の高いフライホイールダイオードばかりに流れる場合よりも、電力損失を大幅に低減させることができる。
このように、双方向性スイッチング素子で構成されたインバータには、基本的に回生的電流に起因する電力損失が小さいという特長が見られる。
As described above, an inverter composed of bidirectional switching elements has a feature that power loss due to regenerative current is basically small.
しかしながら、電源短絡状態に起因するシュートスルー電流の発生を防止するために設けられるデッドタイムの期間中においては、高電位側と低電位側の両方のスイッチング素子が同時にoff状態になるため、上記の回生的電流はスイッチング素子の側には分流できなくなる。即ち、デッドタイムの期間中においては、回生的電流は専らon電圧の高いフライホイールダイオードに流れるので、この時には、やはり上記と同様に、回生的電流によるon損失の問題が現われる。 However, during the dead time period provided to prevent the occurrence of the shoot-through current due to the power supply short-circuit state, the switching elements on both the high potential side and the low potential side are simultaneously in the off state. The regenerative current cannot be shunted to the switching element side. That is, during the dead time period, the regenerative current flows exclusively through the flywheel diode having a high on voltage, and at this time, the problem of on loss due to the regenerative current also appears.
また、フライホイールダイオードに、上記の回生的電流を流すと、フライホイールダイオードへの印加電圧が順方向から逆方向に反転してから短い時間の間に、逆向きの電流(即ち、周知の逆方向リカバリ電流)が流れる。このフライホイールダイオードに流れる逆方向リカバリ電流は、対を成す他方の半導体スイッチング素子を通じた電源短絡状態を一時的に誘発するため、これによって、大きなスイッチング損失が発生する。
そして、この時、フライホイールダイオードに流れる回生的電流が大きいほど逆方向リカバリ電流も大きくなる。したがって、デッドタイムの短い時間内といえどもフライホイールダイオードに流れる回生的電流が大きいと、それに応じて逆方向リカバリ電流も大きくなるため、無視できない電力損失増加につながる。
In addition, when the above regenerative current is applied to the flywheel diode, the reverse current (that is, the known reverse current) is applied for a short time after the voltage applied to the flywheel diode is reversed from the forward direction to the reverse direction. Direction recovery current) flows. Since the reverse recovery current flowing through the flywheel diode temporarily induces a power supply short-circuit state through the other semiconductor switching element in the pair, this causes a large switching loss.
At this time, the reverse recovery current increases as the regenerative current flowing through the flywheel diode increases. Therefore, even if the dead time is short, if the regenerative current flowing through the flywheel diode is large, the reverse recovery current also increases accordingly, which leads to an increase in power loss that cannot be ignored.
また、最近ではインバータに対する高温動作性が強く求められるようになってきており、例えば、GaN結晶を使った半導体スイッチング素子やGaN結晶を使ったダイオードをインバータの主回路に用いる場合などを考えると、現行の120℃前後を大きく上回る高温環境でも動作可能なインバータが想定され得る時代になりつつある。しかしながら、この様な高温指向の回路構成に従うと、フライホイールダイオードに例えばSiなどから成る接合型ダイオードを採用していた従来の回路構成に比べて、フライホイールダイオードのon電圧が著しく高くなってしまう。このため、回生的電流に伴う上記のon損失の問題は、今後ますます深刻な問題に発展する恐れがある。 Recently, high-temperature operability for inverters has been strongly demanded. For example, when a semiconductor switching element using a GaN crystal or a diode using a GaN crystal is used for the main circuit of the inverter, An era in which an inverter that can operate in a high-temperature environment that greatly exceeds the current temperature of about 120 ° C. can be assumed. However, according to such a high-temperature-oriented circuit configuration, the on-voltage of the flywheel diode becomes significantly higher than the conventional circuit configuration in which a junction diode made of, for example, Si is used for the flywheel diode. . For this reason, the above-mentioned on-loss problem associated with regenerative current may develop into a more serious problem in the future.
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、双方向性の半導体スイッチング素子を有するインバータにおいて、電力損失を更に低減させることである。
また、本発明のその他の目的は、インバータの小形化と低コスト化である。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to further reduce power loss in an inverter having a bidirectional semiconductor switching element.
Another object of the present invention is to reduce the size and cost of the inverter.
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第1の手段は、開閉制御対象となる被制御電流路にON状態において双方向に電流を流すことが可能な双方向性の半導体スイッチング素子を有し、その被制御電流路が直列に接続された1対の半導体スイッチング素子が各相毎に具備されたインバータにおいて、各半導体スイッチング素子に対してそれぞれ並列に接続されたフライホイールダイオードと、上記の1対の半導体スイッチング素子の接続点の電圧を各相毎に測定する中点電圧測定手段と、各相の電流の向きを検出する電流検出手段と、上記の1対の半導体スイッチング素子が両方同時にOFF状態となるデッドタイムの長さを各相毎に、上記の電流の向き及び上記の電圧に基づいて適応制御するデッドタイム管理手段とを設け、このデッドタイム管理手段において、上記の1対の一方の半導体スイッチング素子をON状態からOFF状態に切り替えるためのOFF指令信号を出力した時点からの上記の電圧の上昇または降下が、所定の閾値(>0)を超える変位量を示した時点で、その1対の他方の半導体スイッチング素子をOFF状態からON状態に切り替えるためのON指令信号を出力することである。
In order to solve the above problems, the following means are effective.
That is, the first means of the present invention has a bidirectional semiconductor switching element capable of flowing a current bidirectionally in a controlled current path to be controlled for opening and closing, and the controlled current path In the inverter provided with a pair of semiconductor switching elements connected in series for each phase, a flywheel diode connected in parallel to each semiconductor switching element, and the pair of semiconductor switching elements A midpoint voltage measuring means for measuring the voltage at the connection point for each phase, a current detecting means for detecting the current direction of each phase, and a dead time when both the pair of semiconductor switching elements are simultaneously turned off. A dead time management means for adaptively controlling the length for each phase based on the direction of the current and the voltage described above is provided. The amount of displacement in which the increase or decrease in the voltage from when the OFF command signal for switching one pair of the semiconductor switching elements from the ON state to the OFF state is output exceeds a predetermined threshold (> 0). At the time shown, it is to output an ON command signal for switching the pair of other semiconductor switching elements from the OFF state to the ON state.
ただし、上記の相は、何相設けても良い。本発明は、単相または任意相数の複相インバータに適用することができる。また、上記の電流検出手段は、各相の電流の向きが検出可能な手段であればよく、必ずしも電流値を正確に求める手段である必要はない。
また、用いる直流電源の直流電圧は任意でよい。例えばGaNなどのワイドバンドギャップの半導体を用いて構成された高耐圧で、on抵抗の低い半導体スイッチング素子を使用すれば、本発明に基づいて、数百ボルト程度以上の比較的高い電源電圧のインバータを製造することも十分に可能である。
However, any number of the above phases may be provided. The present invention can be applied to a single-phase or multi-phase inverter having any number of phases. Further, the current detection means may be any means that can detect the direction of the current of each phase, and does not necessarily need to be a means for accurately obtaining the current value.
Further, the DC voltage of the DC power source to be used may be arbitrary. For example, an inverter with a relatively high power supply voltage of about several hundred volts or more is used according to the present invention by using a semiconductor switching element having a high breakdown voltage and a low on-resistance constructed using a wide band gap semiconductor such as GaN. It is also possible to produce
また、本発明の第2の手段は、上記の第1の手段のデッドタイム管理手段において、使用する直流電源電圧の1割以上2割以下の値に、上記の変位量が至った時点で、上記のON指令信号を出力すべきと判定する第1の電圧昇降判定手段を設けることである。
ただし、この閾値は、用いる半導体スイッチング素子の特性や負荷の特性や電源電圧や或いはインバータの相数などに応じて、最適化することができる。
Also, the second means of the present invention is the dead time management means of the first means, when the displacement amount reaches a value not less than 10% and not more than 20% of the DC power supply voltage used. A first voltage increase / decrease determination means for determining that the above-described ON command signal should be output is provided.
However, this threshold value can be optimized according to the characteristics of the semiconductor switching element to be used, the characteristics of the load, the power supply voltage, the number of phases of the inverter, or the like.
また、本発明の第3の手段は、上記の第1又は第2の手段のデッドタイム管理手段において、半導体スイッチング素子の導通時の電圧降下量(>0)とフライホイールダイオードのon電圧との平均値に上記の変位量が至った時点で、上記のON指令信号を出力すべきと判定する第2の電圧昇降判定手段を設けることである。
ただし、上記の平均値は必ずしも正確に求める必要はなく、真の値に対して±30%程度の誤差を伴っていても良い。この閾値は、用いる半導体スイッチング素子の特性や負荷の特性や電源電圧や或いはインバータの相数などに応じて、最適化することができる。
According to a third means of the present invention, in the dead time management means of the first or second means, the voltage drop amount (> 0) when the semiconductor switching element is conductive and the on-voltage of the flywheel diode It is to provide a second voltage increase / decrease determining means for determining that the ON command signal should be output when the displacement amount reaches the average value.
However, the above average value does not necessarily have to be obtained accurately, and may include an error of about ± 30% with respect to the true value. This threshold value can be optimized according to the characteristics of the semiconductor switching element to be used, the characteristics of the load, the power supply voltage, the number of phases of the inverter, or the like.
また、本発明の第4の手段は、上記の第1乃至第3の何れか1つの手段のデッドタイム管理手段において、デッドタイムの長さの上限値を規定するための期間計量手段を設けることである。
この様な期間計量手段は、例えばコンピュータのタイマや、或いはコンピュータのダイナミックステップカウンタなどを用いて構成することができる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
According to a fourth means of the present invention, in the dead time management means of any one of the first to third means, a period measuring means for defining an upper limit value of the dead time length is provided. It is.
Such period measuring means can be configured using, for example, a computer timer or a computer dynamic step counter.
By the above means of the present invention, the above-mentioned problem can be effectively or rationally solved.
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第1の手段によれば、上記のデッドタイム管理手段の適応制御に基づいて、デッドタイムの期間内であっても、従来構成においては専らフライホイールダイオードを流れていた回生的電流の少なくとも一部を半導体スイッチング素子に流すことができる。また、最良の場合には、デッドタイムの期間内であっても、回生的電流の全てを半導体スイッチング素子に流すことができる。
The effects obtained by the above-described means of the present invention are as follows.
That is, according to the first means of the present invention, based on the adaptive control of the above dead time management means, even within the dead time period, in the conventional configuration, the regenerative regenerative power flowed exclusively through the flywheel diode. At least a part of the current can be passed through the semiconductor switching element. In the best case, all of the regenerative current can be passed through the semiconductor switching element even within the dead time period.
これらの場合、回生的電流のフライホイールダイオードに流れる分が少なくなる代わりに、その減少分の回生的電流が半導体スイッチング素子に流れるので、半導体スイッチング素子の回生的電流によるon損失が増加する。しかし、半導体スイッチング素子で発生するon損失の増加分は、フライホイールダイオードで発生していたon損失の削減分よりも大幅に小さいので、その結果、インバータの損失を大幅に低減できるようになる。また、適切なデッドタイムの設定により、電源短絡状態に起因するシュートスルー電流の発生も同時に効果的に防止することができる。 In these cases, instead of reducing the amount of regenerative current flowing through the flywheel diode, the reduced regenerative current flows through the semiconductor switching element, increasing the on-loss due to the regenerative current of the semiconductor switching element. However, the increase in the on loss generated in the semiconductor switching element is significantly smaller than the reduction in the on loss generated in the flywheel diode. As a result, the loss in the inverter can be greatly reduced. In addition, by setting an appropriate dead time, it is possible to effectively prevent the occurrence of a shoot-through current due to a power supply short-circuit state at the same time.
また、本発明の第1の手段によれば、フライホイールダイオードを流れる回生的電流が大幅に小さくなるので、フライホイールダイオードへの印加電圧が順方向から逆方向に反転した時にながれる逆方向リカバリ電流の発生も大幅に抑制することができる。このため、本発明の第1の手段によれば、フライホイールダイオードを流れる逆方向リカバリ電流に起因していたスイッチング損失も、確実に削減することができる。
また、本発明の第1の手段によれば、フライホイールダイオードを流れる電流の大幅な削減によって、フライホイールダイオード自体を小形にできるので、これによって、装置の小形化と低コスト化を促進することができる。
Further, according to the first means of the present invention, the regenerative current flowing through the flywheel diode is greatly reduced, so that the reverse recovery current that flows when the applied voltage to the flywheel diode is reversed from the forward direction to the reverse direction. Can also be greatly suppressed. For this reason, according to the 1st means of this invention, the switching loss resulting from the reverse direction recovery current which flows through a flywheel diode can also be reduced reliably.
In addition, according to the first means of the present invention, the flywheel diode itself can be reduced in size by greatly reducing the current flowing through the flywheel diode, thereby promoting the downsizing and cost reduction of the device. Can do.
また、上記のデッドタイムの長さの管理をより厳密に行えば、フライホイールダイオードを流れる電流をなくしたり、或いはフライホイールダイオード自体を省略したりすることも可能となる。しかし、上記の構成に従えば、各半導体スイッチング素子毎にフライホイールダイオードが具備されるので、その様な厳密な管理が必ずしも必要ではなくなる。このため、上記の構成に従えば、フライホイールダイオード自体を省略する場合に比べて、インバータの使用環境条件を拡げたり、或いは、デッドタイムの長さの判定に用いる電圧閾値等に係わるインバータの設計を更に容易にすることができる。 In addition, if the above-mentioned dead time is managed more strictly, it is possible to eliminate the current flowing through the flywheel diode or to omit the flywheel diode itself. However, according to the above configuration, since each flywheel diode is provided for each semiconductor switching element, such strict management is not necessarily required. For this reason, according to the above configuration, compared to the case where the flywheel diode itself is omitted, the inverter operating environment conditions are expanded, or the inverter design related to the voltage threshold value used for the determination of the dead time length, etc. Can be further facilitated.
また、デッドタイムを管理するに際しては、上記の1対の半導体スイッチング素子の両方のOFF状態がちょうど実現された時点で、それまでOFF状態であった方の半導体スイッチング素子に対してON指令信号が出力されることが望ましいが、本発明の第2または第3の手段に従えば、その様な望ましいタイミングで上記のON指令信号が出力される様に、対応する上記の各閾値をそれぞれ最適に設定することができる。
したがって、本発明の第2または第3の手段によれば、従来よりも電力損失が少なく効率の高いインバータを最適かつ確実に実現することができる。また、上記の閾値が最適化されることにより、半導体スイッチング素子に対する負担を軽減することができる。
When managing the dead time, when the OFF state of both the pair of semiconductor switching elements is just realized, an ON command signal is sent to the semiconductor switching element that has been in the OFF state so far. However, according to the second or third means of the present invention, each of the corresponding threshold values is optimized so that the ON command signal is output at such a desirable timing. Can be set.
Therefore, according to the second or third means of the present invention, it is possible to optimally and surely realize an inverter with less power loss and higher efficiency than conventional. Further, by optimizing the above threshold value, the burden on the semiconductor switching element can be reduced.
また、本発明の第4の手段によれば、ノイズなどによる測定誤差や誤検出があった場合にも、確実にデッドタイムを完了させることができる。 Further, according to the fourth means of the present invention, it is possible to reliably complete the dead time even when there is a measurement error or erroneous detection due to noise or the like.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
However, the embodiments of the present invention are not limited to the following examples.
図1に本実施例1のインバータ100の回路図を、また、図2にこのインバータ100の制御ブロック図を示す。このインバータ100の主回路101を構成する6つの半導体スイッチング素子SWUH,SWVH,SWWH,SWUL,SWVL,SWWLは、何れもGaN−HEMT(High Electron Mobility Transistor )即ち、GaN系の高電子移動度トランジスタ型のFET(電界効果トランジスタ)から構成されており、その被制御電流路が直列に接続された1対の半導体スイッチング素子が、3相モータ10の各相(U相、V相、W相)毎に具備されている。また、各半導体スイッチング素子SWUH,SWVH,SWWH,SWUL,SWVL,SWWLには、それぞれに並列に、フライホイールダイオードDUH,DVH,DWH,DUL,DVL,DWLが接続されている。
各相の各1対の半導体スイッチング素子の接続点のことを以下、中点と呼び、各相(U相、V相、W相)の各中点の電圧のことを以下、それぞれ中点電圧VMU,中点電圧VMV,中点電圧VMWと呼ぶ。インバータ100の出力、即ち、3相モータ10に流れる各相の電流IU ,IV ,IW は、これらの中点電圧の高低を切り替えるタイミングを操作することによって、制御することができる。
FIG. 1 shows a circuit diagram of the
The connection point of each pair of semiconductor switching elements in each phase is hereinafter referred to as a midpoint, and the voltage at each midpoint of each phase (U phase, V phase, W phase) is hereinafter referred to as a midpoint voltage. They are called V MU , midpoint voltage V MV , and midpoint voltage V MW . The output of the
なお、インバータ100と負荷(3相モータ10)との間には、ローパスフィルタを設けても良い。また、ここでは、インバータ100のPWM回路のチョッパ制御における矩形波の周波数は、凡そ数kHz〜数十kHz程度を想定し、また、負荷に通電すべき交流の周波数は、10〜240Hz程度を想定している。
A low-pass filter may be provided between the
各相中点電圧測定部102は、上記の中点電圧VMU,VMV,VMWをそれぞれ随時測定する。また、各相電流測定部103は、各相の電流IU ,IV ,IW をそれぞれ随時測定する。各相中点電圧高低指令信号発生部104は、PWM回路から構成されており、各相毎に、上記の中点電圧の指令値をそれぞれ出力する。以下、この指令値のことを高低指令信号Sと呼ぶ。
Each phase midpoint
デッドタイム管理部105は、本発明の請求項1のデッドタイム管理手段に相当する部分であり、上記の1対の半導体スイッチング素子が両方同時にOFF状態となるデッドタイムの長さを各相毎に、上記の電流IU ,IV ,IW の向き及び上記の中点電圧VMU,VMV,VMWに基づいて適応制御する。この部分は、ハードウェア(電気回路)で構成しても良いし、コンピュータ上で動作するソフトウェアで構成しても良い。
また、ゲートドライバ106は、デッドタイム管理部105が発行するコマンド(所定の指令信号)に従って、上記の各半導体スイッチング素子の個々のゲートをON状態またはOFF状態に制御する。
The dead
Further, the
以下、図3を用いて、上記のインバータ100におけるインバータでデッドタイム期間内の回生的電流のできるだけ多くを半導体スイッチング素子側に流す為に行なう半導体スイッチング素子のゲート制御の論理を示す。このゲート制御は、上記の高低指令信号Sによって与えられる各中点電圧の操作方向と、各相の負荷電流の方向(正,負)とで4つのケース(表1のケース1〜4)に分けてそれぞれ実行することができる。
Hereinafter, the logic of the gate control of the semiconductor switching element performed in order to flow as much of the regenerative current as possible within the dead time period to the semiconductor switching element side in the inverter in the
なお、表1では、インバータ100から負荷(3相モータ10)に向かう方向の電流を正の電流としている。また、以下のゲート制御の論理に関する記述は各相共通であるので、以下、本図3の第1相をU相と仮定して説明する。
(ケース1)
中点電圧操作方向 : 高⇒低
負荷電流 : 正
この場合の操作(ゲート制御)は、高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがON状態であったものを、低電位側の半導体スイッチング素子SWULがON状態になるように切り替える操作である。
(Case 1)
Midpoint voltage operation direction: High ⇒ Low
Load current: positive The operation (gate control) in this case is an operation to switch the semiconductor switching element SWUH on the high potential side to the ON state so that the semiconductor switching element SWUL on the low potential side is turned on. .
ここでは、先ず高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがOFF状態になるように、ゲートドライバ106を介してそのゲート電圧を操作し(:高電位側SWオフ操作a1)、同時に中点電圧VMUを測定する(:中点電圧低下判定b1)。いわゆるデッドタイムの期間内であっても中点電圧VMUの低下が始まれば、高電位側の半導体スイッチング素子SWUHのOFF状態への変化が完了したと見做すことが出来るので、その時点で低電位側の半導体スイッチング素子SWULがON状態になるように、ゲートドライバ106を介してそのゲート電圧を操作する(:低電位側SWオン操作e1)。
Here, first, the gate voltage is operated via the gate driver 106 (: high potential SW off operation a1) so that the high potential side semiconductor switching element SWUH is turned off, and at the same time, the midpoint voltage VMU is Measure (: midpoint voltage drop determination b1). If reduction of the so-called midpoint even within the dead time period the voltage V MU starts, since the change of the semiconductor switching devices SWUH the OFF state of the high potential side it can be regarded as complete, at which time The gate voltage is manipulated through the
この時の中点電圧VMUの低下幅の目安としては、電源電圧の約1〜2割程度に設定するのが適当である。こうすることにより、高電位側及び低電位側の半導体スイッチング素子の双方(SWUH,SWUL)が同時にOFF状態になる時間幅を短縮することができ、かつ、低電位側の半導体スイッチング素子SWULが導通した際には、負荷電流IU は低電位側の半導体スイッチング素子SWULを通して負荷(3相モータ10)に供給される。 At this time, it is appropriate to set the drop of the midpoint voltage VMU to about 10 to 20% of the power supply voltage. By doing this, it is possible to reduce the time width during which both the high potential side and low potential side semiconductor switching elements (SWUH, SWUL) are turned off simultaneously, and the low potential side semiconductor switching element SWUL is conductive. In this case, the load current I U is supplied to the load (three-phase motor 10) through the low potential side semiconductor switching element SWUL.
そして、この処理方式により、電源短絡状態に起因するシュートスルー電流の発生を防止しつつ、フライホイールダイオードのon電圧によるon損失の発生を抑制できる。また、フライホイールダイオードを通る回生的電流が大幅に削減されることにより、ダイオードの印加電圧が順方向から逆方向に反転した時にながれる逆方向リカバリ電流も大幅に少なくなるので、それに起因する電源短絡状態の発生が防止され、その分のスイッチング損失も抑制される。 And by this processing system, generation | occurrence | production of the on loss by the on voltage of a flywheel diode can be suppressed, preventing generation | occurrence | production of the shoot through current resulting from a power supply short circuit state. In addition, since the regenerative current passing through the flywheel diode is greatly reduced, the reverse recovery current that flows when the applied voltage of the diode is reversed from the forward direction to the reverse direction is greatly reduced. The occurrence of the state is prevented, and the switching loss corresponding to that is suppressed.
なお、図3中のデッドタイム期間計量c1,c2,c3,c4は、本発明の期間計量手段を構成するものであり、ノイズなどによる測定誤差や誤検出があった場合にも、この期間計量作用によって確実にデッドタイムを完了させることができる。図3中のOR判定d1,d2,d3,d4は、中点電圧判定処理(b1,b2,b3,b4)またはデッドタイム期間計量(c1,c2,c3,c4)の何れかからのタイミング判定結果を採用する論理演算処理または論理和回路からなる。ただし、一方を採用した時点で、他方は次回の当該プログラム起動時まで無視されるか、または次回の当該プログラム起動時まで動作しなくなる。 Note that dead time period measurements c1, c2, c3, and c4 in FIG. 3 constitute the period measurement means of the present invention, and even when there is a measurement error or erroneous detection due to noise or the like, this period measurement is performed. The dead time can be surely completed by the action. OR determinations d1, d2, d3, and d4 in FIG. 3 are timing determinations from either the midpoint voltage determination processing (b1, b2, b3, b4) or the dead time period measurement (c1, c2, c3, c4). It consists of logical operation processing or logical sum circuit that adopts the result. However, when one is adopted, the other is ignored until the next start of the program or does not operate until the next start of the program.
(ケース2)
中点電圧操作方向 : 高⇒低
負荷電流 : 負
この場合の操作(ゲート制御)も、高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがON状態であったものを、低電位側の半導体スイッチング素子SWULがON状態になるように切り替える操作である。
(Case 2)
Midpoint voltage operation direction: High ⇒ Low
Load current: negative The operation (gate control) in this case is also an operation for switching the semiconductor switching element SWUH on the high potential side to the ON state so that the semiconductor switching element SWUL on the low potential side is turned on. .
ここでは、先ず高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがOFF状態になるようにゲート電圧を操作し(:高電位側SWオフ操作a2)、同時に中点電圧VMUを測定する(:中点電圧上昇判定b2)。この場合には負荷電流が負なので高電位側の半導体スイッチング素子SWUHに回生的電流が流れていた。そして、この回生的電流が流れていた状態から高電位側の半導体スイッチング素子SWUHをOFF状態にするので、これがOFF状態にされた時点から中点電圧VMUが上昇し始める。それ故、いわゆるデッドタイムの期間内であっても中点電圧VMUの上昇が始まれば高電位側の半導体スイッチング素子SWUHのOFF状態への変化が完了したと見做すことが出来る。そして、その上昇が検出された時に、低電位側の半導体スイッチング素子SWULがON状態になるようにゲート電圧を操作する(:低電位側SWオン操作e2)。 Here, first semiconductor switching devices SWUH high potential side operates the gate voltage so that the OFF state (: high potential side SW off operation a2), to measure the midpoint voltage V MU simultaneously (: midpoint voltage rise Decision b2). In this case, since the load current is negative, a regenerative current flows through the semiconductor switching element SWUH on the high potential side. Since the semiconductor switching devices SWUH the high potential side from the state regenerative manner was flowing in the OFF state, which is the midpoint voltage V MU from the time it is in the OFF state starts to rise. Therefore, it can be regarded as the change to the OFF state of the high potential side of the semiconductor switching devices SWUH is completed if elevated even midpoint voltage V MU be within the period of the so-called dead time Hajimare. When the rise is detected, the gate voltage is manipulated so that the low-potential side semiconductor switching element SWUL is turned on (low-potential side SW-on operation e2).
この時の中点電圧VMUの上昇幅の目安としては、半導体スイッチング素子SWUHの導通時の電圧降下量(>0)とフライホイールダイオードDUHのon電圧との平均値程度に設定するのが適当である。こうすることにより、高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがOFF状態になった後、短時間内に低電位側の半導体スイッチング素子SWULを導通させることができ、その結果、回生的電流(負の負荷電流)が、低電位側の半導体スイッチング素子SWULを通して、円滑に流れ続けることが出来る。 As a guideline the rise of the middle point voltage V MU at this time the voltage drop during conduction of the semiconductor switching devices SWUH (> 0) and appropriate to set the average value of about between on voltage of the flywheel diode DUH It is. By doing so, the semiconductor switching element SWUL on the low potential side can be conducted in a short time after the semiconductor switching element SWUH on the high potential side is turned off. As a result, a regenerative current (negative load) Current) can continue to flow smoothly through the semiconductor switching element SWUL on the low potential side.
そして、この処理方式により、電源短絡状態に起因するシュートスルー電流の発生を防止しつつ、フライホイールダイオードのon電圧によるon損失の発生を抑制できる。また、フライホイールダイオードを通る回生的電流が大幅に削減されることにより、ダイオードの印加電圧が順方向から逆方向に反転した時に流れる逆方向リカバリ電流も大幅に少なくなるので、それに起因する電源短絡状態の発生が防止され、その分のスイッチング損失も抑制される。 And by this processing system, generation | occurrence | production of the on loss by the on voltage of a flywheel diode can be suppressed, preventing generation | occurrence | production of the shoot through current resulting from a power supply short circuit state. In addition, since the regenerative current passing through the flywheel diode is greatly reduced, the reverse recovery current that flows when the applied voltage of the diode is reversed from the forward direction to the reverse direction is also greatly reduced. The occurrence of the state is prevented, and the switching loss corresponding to that is suppressed.
(ケース3)
中点電圧操作方向 : 低⇒高
負荷電流 : 正
この場合の操作(ゲート制御)は、低電位側の半導体スイッチング素子SWULがON状態であったものを、高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがON状態になるように切り替える操作である。
(Case 3)
Midpoint voltage operation direction: Low ⇒ High
Load current: positive In this case, the operation (gate control) is an operation for switching the semiconductor switching element SWUL on the low potential side to the ON state so that the semiconductor switching element SWUH on the high potential side is turned on. .
ここでは、先ず低電位側の半導体スイッチング素子SWULがOFF状態になるようにゲート電圧を操作し(:低電位側SWオフ操作a3)、同時に中点電圧VMUを測定する(:中点電圧下降判定b3)。この場合には負荷電流IU が正なので低電位側の半導体スイッチング素子SWULに回生的電流(IU )が流れていた。回生的電流が流れていた状態から低電位側の半導体スイッチング素子SWULをOFF状態にするので、中点電圧VMUが下降する。このため、いわゆるデッドタイムの期間内であっても中点電圧VMUの下降が始まれば低電位側の半導体スイッチング素子SWULのOFF状態への変化が完了したと見做すことが出来る。そこで、この中点電圧VMUの下降が始まった時点で、高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがON状態になるように、ゲートドライバ106を介してゲート電圧を操作する(:高電位側SWオン操作e3)。 Here, first low-potential-side semiconductor switching element SWUL operates the gate voltage so that the OFF state (: low potential side SW off operation a3), to measure the midpoint voltage V MU simultaneously (: midpoint voltage falling Determination b3). In this case, since the load current I U is positive, a regenerative current (I U ) flows through the semiconductor switching element SWUL on the low potential side. Since the state where the regenerative manner was flowing in the semiconductor switching element SWUL OFF state of the low potential side, the midpoint voltage V MU is lowered. Therefore, can be regarded as the change to the OFF state of the low potential side of the semiconductor switching element SWUL is completed if a so-called dead time of the midpoint voltage V MU even within a period of lowered Hajimare. Therefore, when the falling began the midpoint voltage V MU, as semiconductor switching devices SWUH the high potential side is turned ON to operate the gate voltage via a gate driver 106 (: high potential side SW ON Operation e3).
中点電圧VMUの低下幅の目安としては、半導体スイッチング素子SWULの導通時の電圧降下量(>0)とフライホイールダイオードDULのon電圧との平均値程度に設定するのが適当である。こうすることにより、低電位側の半導体スイッチング素子SWULがOFF状態になってから短い時間内に高電位側の半導体スイッチング素子SWUHが導通し、負荷電流IU は高電位側の半導体スイッチング素子SWUHを通して負荷に対して円滑に供給される。 As a guideline for the range of decrease of the midpoint voltage V MU, it is appropriate to set the average value of about between on voltage of the semiconductor switching element voltage drop during conduction of SWUL (> 0) and the flywheel diode DUL. Thereby, the low-potential side semiconductor switching element SWUL conducts the high potential side of the semiconductor switching devices SWUH within a short time from when the OFF state, the load current I U, through the semiconductor switching devices SWUH the high potential side Smoothly supplied to the load.
そして、この処理方式により、電源短絡状態に起因するシュートスルー電流の発生を防止しつつ、フライホイールダイオードのon電圧によるon損失の発生を抑制できる。また、フライホイールダイオードを通る回生的電流が大幅に削減されることにより、ダイオードの印加電圧が順方向から逆方向に反転した時にながれる逆方向リカバリ電流も大幅に少なくなるので、それに起因する電源短絡状態の発生が防止され、その分のスイッチング損失も抑制される。 And by this processing system, generation | occurrence | production of the on loss by the on voltage of a flywheel diode can be suppressed, preventing generation | occurrence | production of the shoot through current resulting from a power supply short circuit state. In addition, since the regenerative current passing through the flywheel diode is greatly reduced, the reverse recovery current that flows when the applied voltage of the diode is reversed from the forward direction to the reverse direction is also greatly reduced. The occurrence of the state is prevented, and the switching loss corresponding to that is suppressed.
(ケース4)
中点電圧操作方向 : 低⇒高
負荷電流 : 負
この場合の操作(ゲート制御)も、低電位側の半導体スイッチング素子SWULがON状態であったものを、高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがON状態になるように切り替える操作である。
(Case 4)
Midpoint voltage operation direction: Low ⇒ High
Load current: negative The operation (gate control) in this case is also an operation for switching the semiconductor switching element SWUL on the low potential side so that the semiconductor switching element SWUH on the high potential side is turned on. .
ここでは、先ず低電位側の半導体スイッチング素子SWULがOFF状態になるようにゲート電圧を操作し(:低電位側SWオフ操作a4)、同時に中点電圧VMUを測定する(:中点電圧上昇判定b4)。いわゆるデッドタイムの期間内であっても中点電圧VMUの上昇が始まれば 低電位側の半導体スイッチング素子SWULのOFF状態への変化が完了したと見做すことが出来るので、その時、高電位側の半導体スイッチング素子SWUHがON状態になるように、ゲートドライバ106を介してゲート電圧を操作する(:高電位側SWオン操作e4)。
Here, first low-potential-side semiconductor switching element SWUL operates the gate voltage so that the OFF state (: low potential side SW off operation a4), to measure a midpoint voltage V MU simultaneously (: midpoint voltage rise Determination b4). Since it can be regarded as a change to the low potential side of the semiconductor switching element SWUL OFF state is completed if rises the midpoint voltage V MU be within the period of the so-called dead time starts, at that time, a high potential The gate voltage is manipulated via the
中点電圧VMUの上昇の目安としては、電源電圧の約1〜2割程度に設定するのが適当である。こうすることにより、低電位側の半導体スイッチング素子SWULがOFF状態になってから短時間内に高電位側の半導体スイッチング素子SWUHが導通し、回生的電流IU は高電位側の半導体スイッチング素子SWUHを通して、円滑に流れ続けることが出来る。 As a guideline for the rise of the midpoint voltage VMU , it is appropriate to set it to about 10 to 20% of the power supply voltage. Thereby, the low-potential side semiconductor switching element SWUL is rendered conductive semiconductor switching device SWUH of the high-potential-side in a short time from when the OFF state, the regenerative amperometric I U semiconductor switching element having a high potential side SWUH It can continue to flow smoothly through.
そして、この処理方式により、電源短絡状態に起因するシュートスルー電流の発生を防止しつつ、フライホイールダイオードのon電圧によるon損失の発生を抑制できる。また、フライホイールダイオードを通る回生的電流が大幅に削減されることにより、ダイオードの印加電圧が順方向から逆方向に反転した時にながれる逆方向リカバリ電流も大幅に少なくなるので、それに起因する電源短絡状態の発生が防止され、その分のスイッチング損失も抑制される。 And by this processing system, generation | occurrence | production of the on loss by the on voltage of a flywheel diode can be suppressed, preventing generation | occurrence | production of the shoot through current resulting from a power supply short circuit state. In addition, since the regenerative current passing through the flywheel diode is greatly reduced, the reverse recovery current that flows when the applied voltage of the diode is reversed from the forward direction to the reverse direction is also greatly reduced. The occurrence of the state is prevented, and the switching loss corresponding to that is suppressed.
以上のゲート制御の論理(ゲート操作)を具体的に実行するための制御手順を図4に例示する。なお、以上のゲート制御の論理に関する記述は各相共通であるので、以下でも、図3の第1相をU相と仮定して説明する。
図4のプログラム200は、図3のデッドタイム管理部105の第1相分の処理を実行するためのものである。ここでは、前述の高低指令信号Sを以下の2ビットの信号で定義する。
(高低指令信号S)
S = 00 : 高⇒低(SWUHがON状態であったものを、
SWULがON状態になるように切り替える操作指令)
S = 10 : 低⇒高(SWULがON状態であったものを、
SWUHがON状態になるように切り替える操作指令)
FIG. 4 illustrates a control procedure for concretely executing the above gate control logic (gate operation). Since the above description regarding the logic of gate control is common to each phase, the following description will be made assuming that the first phase in FIG. 3 is the U phase.
The
(High / Low command signal S)
S = 00: High ⇒ Low (The SWUH is in the ON state.
Operation command to switch SWUL to ON state)
S = 10: Low ⇒ High (If SWUL was in the ON state,
Operation command to switch SWUH to ON state)
プログラム200は、これらの切り替え操作が必要になった時点で、前述の各相中点電圧高低指令信号発生部104から起動される。その時、まず、最初のステップ210では、U相における現在の電流IU を各相電流測定部103から入力する。次に、ステップ220では、その電流IU の向きを判定し、IU <0ならばステップ225へ、そうでなければステップ230へ処理を移す。
The
ステップ225では、以下の様に定義される論理和演算用の2ビットのマスクパターンmpと、上記の高低指令信号Sとの論理和を各ビット対応に演算して、その結果を変数Kに格納する。この変数Kは、プログラム200の作業領域の一つとして使用する2ビットの変数である。
(マスクパターン)
mp : 01
この結果、表1に示した様に変数Kには、上記のケース1〜4の各場合毎に、次の内容が格納される。そして、以上の処理(ステップ210〜225)によって、図3のケース分け部1050を実現することができる。
(1)ケース1の場合 : K=0
(2)ケース2の場合 : K=1
(3)ケース3の場合 : K=2
(4)ケース4の場合 : K=3
In
(Mask pattern)
mp: 01
As a result, as shown in Table 1, the variable K stores the following contents for each of the
(1) Case 1: K = 0
(2) Case 2: K = 1
(3) Case 3: K = 2
(4) Case 4: K = 3
ステップ230では、各相中点電圧測定部102から中点電圧VMUを入力し、次のステップ235では、その値を変数V0 に退避する。ステップ240では、タイマーから現在時刻tを読み取りその値を変数T0 に退避する。これらの退避処理(ステップ230〜240)は、デッドタイム期間の開始時点におけるその初期状態を記憶しておくためのものであり、これらの退避処理によって、図3の「初期状態保存」i1,i2,i3,i4の各制御処理を同時に実現することができる。
In
次に、ステップ245では、以下の表2に示す内容に従って、指令AU(K)を実行する。この指令AU(K)(0≦K≦3)は、所定の記憶領域上に配列の形式で記憶されているもので、そこには、上記の変数Kに対応する所定の各処理を示す各指令コード(格納コード)がそれぞれ保持されている。これにより、例えば、K=0の場合には、指令コードAU(0)が選択されて、半導体スイッチング素子SWUHをOFF状態にする操作が、ゲートドライバ106を介して実行される。
なお、この処理は、図3の「オフ操作」a1,a2,a3,a4の各制御処理に相当している。
This process corresponds to each control process of “OFF operation” a1, a2, a3, a4 in FIG.
次に、ステップ250では、各相中点電圧測定部102から中点電圧VMUを入力する。そして、ステップ255では、次式(1)に示す判定処理1を行い、この関係が成り立てばステップ265へ、そうでなければステップ260へ処理を移す。
(判定処理1)
|VMU−V0 |>D(K) …(1)
ただし、ここで、閾値D(K)は、所定の記憶領域に配列の形式で以下の様に定義しておくものとする。
(配列D(K)の定義)
D(0)=α (αは、電源電圧の15%の値)
D(1)=β (βは、SWUHの導通時の電圧降下量(>0)と
DUHのon電圧との平均値)
D(2)=β
D(3)=α
なお、この処理(ステップ250〜255)は、図3の中点電圧に関する判定処理b1,b2,b3,b4に相当している。言い換えれば、この様な配列の定義によって、本発明の第1の電圧昇降判定手段と第2の電圧昇降判定手段とが、ステップ255によって同時に実現されている。
Next, in
(Judgment process 1)
| V MU −V 0 |> D (K) (1)
Here, the threshold value D (K) is defined as follows in the form of an array in a predetermined storage area.
(Definition of array D (K))
D (0) = α (α is a value of 15% of the power supply voltage)
D (1) = β (β is a voltage drop amount (> 0) when SWUH is conducted)
(Average value with DUH on voltage)
D (2) = β
D (3) = α
This process (
次に、ステップ260では、次式(2)に示す判定処理2を行い、この関係が成り立てばステップ265へ、そうでなければステップ250へ処理を移す。
(判定処理2)
t−T0 >ΔT …(2)
ただし、ここで、ΔTはデッドタイムの長さの上限値を規定する閾値であり、例えば約3μ〜5μsec程度で良い。また、例えば上記の閾値D(K)などと同様にして、各ケース毎にそれぞれ個別に定義しても良い。
なお、本発明の期間計量手段に相当する図3のデッドタイム期間計量c1,c2,c3,c4は、上記のステップ240とステップ260によって構成されており、デッドタイムの長さの上限値を規定する図3のOR判定d1,d2,d3,d4は、ステップ255とステップ260との組み合わせによって実現されている。
Next, in
(Judgment process 2)
t−T 0 > ΔT (2)
Here, ΔT is a threshold value that defines an upper limit value of the length of the dead time, and may be about 3 μm to 5 μsec, for example. Further, for example, each case may be individually defined in the same manner as the threshold value D (K) described above.
The dead time period measurement c1, c2, c3, c4 in FIG. 3 corresponding to the period measurement means of the present invention is composed of the above-mentioned
最後に、ステップ265では、上記の表2に示す内容に従って、指令BU(K)を実行する。この指令BU(K)(0≦K≦3)は、所定の記憶領域上に配列の形式で記憶されているもので、そこには、上記の変数Kに対応する所定の各処理を示す各指令コード(格納コード)がそれぞれ保持されている。これにより、例えば、K=0の場合には、指令コードBU(0)が選択されて、半導体スイッチング素子SWULをON状態にする操作が、ゲートドライバ106を介して実行される。
なお、この処理は、図3のオフ操作e1,e2,e3,e4に相当している。
Finally, in
This process corresponds to the off operations e1, e2, e3, and e4 in FIG.
以上の制御手順に従えば、前述のゲート制御の論理(ゲート操作)を具体的に実行することができる。また、以上の制御手順は各相共通であるので、その他の相についても上記の第1相(U相)と同様に制御することができる。そして、これらの制御により、電源短絡状態に起因するシュートスルー電流の発生を防止しつつ、フライホイールダイオードのon電圧によるon損失の発生を抑制できる。また、フライホイールダイオードを通る回生的電流が大幅に削減されることにより、ダイオードの印加電圧が順方向から逆方向に反転した時にながれる逆方向リカバリ電流も大幅に少なくなるので、それに起因する電源短絡状態の発生が防止され、その分のスイッチング損失も抑制される。 According to the above control procedure, the above-described logic (gate operation) of gate control can be specifically executed. Further, since the above control procedure is common to each phase, the other phases can be controlled in the same manner as the first phase (U phase). And by these controls, generation | occurrence | production of on loss by the on voltage of a flywheel diode can be suppressed, preventing generation | occurrence | production of the shoot through current resulting from a power supply short circuit state. In addition, since the regenerative current passing through the flywheel diode is greatly reduced, the reverse recovery current that flows when the applied voltage of the diode is reversed from the forward direction to the reverse direction is also greatly reduced. The occurrence of the state is prevented, and the switching loss corresponding to that is suppressed.
また、インバータの主要構成となる双方向性の半導体スイッチング素子として、ワイドバンドギャップ半導体により構成された高耐圧でon抵抗の低い半導体スイッチング素子を用いれば、数百ボルト程度以上の比較的高い電源電圧のインバータを低損失で実現することも可能となる。また、出力の相数は、主回路101の構成に応じて任意に増減させることもできる。また、先にも言及した様に、これらの制御処理は、勿論ハードウェアで実現しても良い。
Moreover, if a semiconductor switching element having a high breakdown voltage and a low on-resistance composed of a wide band gap semiconductor is used as a bidirectional semiconductor switching element which is a main component of the inverter, a relatively high power supply voltage of about several hundred volts or more. The inverter can be realized with low loss. Further, the number of output phases can be arbitrarily increased or decreased according to the configuration of the
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
(変形例1)
例えば、上記の実施例1では、主回路に用いる各半導体スイッチング素子には、浮遊ダイオードが寄生していないが、用いる半導体スイッチング素子には、故意に設けられる通常のフライホイールダイオードと略同等の作用を奏する浮遊ダイオードが寄生していても良い。
[Other variations]
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other modifications as exemplified below may be made. Even with such modifications and applications, the effects of the present invention can be obtained based on the functions of the present invention.
(Modification 1)
For example, in the first embodiment, each semiconductor switching element used in the main circuit has no parasitic diode, but the semiconductor switching element used has substantially the same function as an intentionally provided normal flywheel diode. Floating diodes that perform the following may be parasitic.
図5に本変形例1のインバータ200の回路図を示す。このインバータ200は、本発明を上記の実施例1と同様にして、2相交流出力のインバータを構成したものであるが、その半導体スイッチング素子SWDHには、意図せずとも元々浮遊ダイオードDDHが寄生している。そして、この浮遊ダイオードDDHが、このインバータ200においては結果として、実施例1のインバータ100におけるフライホイールダイオードDUHと略同等の作用を奏する。また、その他の浮遊ダイオードDDL,DQH,DQLについても同様の作用を奏する。
例えばこの様な半導体スイッチング素子を使用したインバータにおいても、本発明に基づいて上記の実施例1と略同等の作用・効果を得ることができる。
FIG. 5 shows a circuit diagram of the
For example, even in an inverter using such a semiconductor switching element, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as in the first embodiment based on the present invention.
本発明のインバータでは、その主回路用として双方向性の半導体スイッチング素子を用いるが、本発明の損失低減技術は、電源電圧の高低に関わらず有効な技術である。即ち、本発明は、数十ボルト程度の比較的低い電源電圧のインバータのみに限定的に適用すべきものではなく、本発明は、そうした低い電源電圧のインバータから数百ボルト程度以上の比較的高い電源電圧のインバータの損失低減にも好適である。 In the inverter of the present invention, a bidirectional semiconductor switching element is used for the main circuit, but the loss reduction technique of the present invention is an effective technique regardless of the level of the power supply voltage. That is, the present invention should not be limited to an inverter having a relatively low power supply voltage of about several tens of volts, and the present invention can be applied to a relatively high power supply of about several hundred volts or more from such a low power supply voltage inverter. It is also suitable for reducing the loss of voltage inverters.
100 : インバータ
101 : 主回路
102 : 各相中点電圧測定部
103 : 各相電流測定部
104 : 各相中点電圧高低指令信号発生部
105 : デッドタイム管理部
106 : ゲートドライバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Inverter 101: Main circuit 102: Each phase midpoint voltage measurement part 103: Each phase current measurement part 104: Each phase midpoint voltage high / low command signal generation part 105: Dead time management part 106: Gate driver
Claims (4)
各前記半導体スイッチング素子に対してそれぞれ並列に接続されたフライホイールダイオードと、
前記1対の前記半導体スイッチング素子の接続点の電圧を各相毎に測定する中点電圧測定手段と、
各相の電流の向きを検出する電流検出手段と、
前記1対の前記半導体スイッチング素子が両方同時にOFF状態となるデッドタイムの長さを各相毎に、前記電流の向き及び前記電圧に基づいて適応制御するデッドタイム管理手段と
を有し、
前記デッドタイム管理手段は、
前記1対の一方の前記半導体スイッチング素子をON状態からOFF状態に切り替えるためのOFF指令信号を出力した時点からの前記電圧の上昇または降下が、所定の閾値(>0)を超える変位量を示した時点で、前記1対の他方の前記半導体スイッチング素子をOFF状態からON状態に切り替えるためのON指令信号を出力する
ことを特徴とするインバータ。 A pair of semiconductors having a bidirectional semiconductor switching element capable of flowing a current bidirectionally in an ON state in a controlled current path to be controlled for opening and closing, wherein the controlled current paths are connected in series In an inverter provided with a switching element for each phase,
Flywheel diodes connected in parallel to each of the semiconductor switching elements;
A midpoint voltage measuring means for measuring a voltage at a connection point of the pair of semiconductor switching elements for each phase;
Current detection means for detecting the current direction of each phase;
Dead time management means for adaptively controlling, based on the direction of the current and the voltage, for each phase, the length of the dead time in which both of the pair of semiconductor switching elements are simultaneously turned off,
The dead time management means includes
The increase or decrease in the voltage from the time when the OFF command signal for switching the pair of one of the semiconductor switching elements from the ON state to the OFF state is output indicates a displacement amount exceeding a predetermined threshold (> 0). An inverter that outputs an ON command signal for switching the pair of other semiconductor switching elements from an OFF state to an ON state.
前記変位量が、使用する直流電源電圧の1割以上2割以下の値に至った時点で、前記ON指令信号を出力すべきと判定する
第1の電圧昇降判定手段を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のインバータ。 The dead time management means includes
1st voltage raising / lowering determination means which determines that the said ON command signal should be output when the said displacement amount reaches the value of 10 to 20% of the direct-current power supply voltage to be used, It is characterized by the above-mentioned. The inverter according to claim 1.
前記変位量が、前記半導体スイッチング素子の導通時の電圧降下量と前記フライホイールダイオードのon電圧との平均値に至った時点で、前記ON指令信号を出力すべきと判定する
第2の電圧昇降判定手段を有する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインバータ。 The dead time management means includes
A second voltage increase / decrease that determines that the ON command signal should be output when the amount of displacement reaches an average value of the amount of voltage drop when the semiconductor switching element is conductive and the on-voltage of the flywheel diode. The inverter according to claim 1, further comprising a determination unit.
前記デッドタイムの長さの上限値を規定するための期間計量手段を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のインバータ。 The dead time management means includes
The inverter according to any one of claims 1 to 3, further comprising period measuring means for defining an upper limit value of the length of the dead time.
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