JP2007306788A - 変換器を制御するための装置および方法、並びに、当該装置を備える電気変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】共通モード障害を減らすことができる装置および方法。
【解決手段】電力変換器の制御装置は、電力用半導体アーム（１０，１２，１３）のターンオンを制御する制御回路２０を備えている。制御回路は、１つのアームの可能なターンオフを決定するためのモジュールと、可能なターンオフの中からダブルスイッチングを可能にするターンオフを選択するためのモジュールとを備えている。ターンオフの選択により、他のアームのダブルスイッチングを可能にするターンオフにしたがって前記変換器のアームをＯＦＦすることができる。電気変換器はそのような制御装置を備えている。方法は、可能なターンオフの中からダブルスイッチングを可能にするターンオフを決定すること、および、ダブルスイッチングを可能にするターンオフにしたがって前記変換器のアームをＯＦＦするためのターンオフを選択することを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力用半導体アームのターンオンを制御するための制御手段を備える電力変換器の制御装置であって、
前記電力変換器が、
− 第１のプラス電圧ラインと、第２のマイナス電圧ラインと、第３の中間電圧ラインとを備えるＤＣ電源と、
− 前記プラス、マイナスまたは中間電圧ラインと少なくとも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つの電力用半導体アームを有する変換手段と、
を備え、
前記制御手段が前記アームの制御信号の変調信号を供給するための処理手段を備えている制御装置に関する。

また、本発明は、そのような制御装置を備える電気変換器に関する。

また、本発明は、１つのそのような変換器を制御するための方法に関する。

既知の変換器制御装置は、コンシューマ負荷に対して電力を供給する出力電圧を供給するために電力用半導体スイッチングアームを制御する。変換器が図１に示されるような３レベル型である場合、変換器のアームは、プラス電圧Ｖ１ラインＬ１、マイナス電圧Ｖ２ラインＬ２および中間電圧Ｖ０ラインＬ０の間に接続される。中間電圧ラインＬ０は、ラインＬ１とライン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，Ｃ２の共有点に接続される。図１の図において、第１のアーム１０は４つの半導体を備えており、各半導体は、第１のダイオードを介して中間電圧Ｖ０を受ける第１の共有点とプラス電圧Ｖ１ラインＬ１との間、第１の共有点と第１の出力Ｓ１０との間、第１のダイオードとは逆の態様で接続された第２のダイオードを介して中間電圧Ｖ０を受ける第２の共有点と第１の出力との間、第２の共有点とマイナス電圧Ｖ２ラインＬ２との間にそれぞれ接続されている。２つの他のアーム１１，１２はそれぞれ、各出力Ｓ１１，Ｓ１２でコンシューマ負荷または電力システムのための電圧または電流を供給するために、４つの電力用半導体と２つのダイオードとを同じ態様で備えている。制御回路２０は、アームの半導体のＯＮまたはＯＦＦを制御する。

また、変換器は、一般に、電源システムからＡＣ電圧を受けるとともにラインＬ１，Ｌ２によってＤＣ電圧または電流を供給するＡＣ−ＤＣ整流器３０も備えている。

特に、変換器が電気モータ３１に給電するために可変速度駆動で使用される場合、ＯＮおよびＯＦＦされる電力用半導体によって引き起こされる急激な電圧変動は、モータの給電ライン、より一般的には負荷の給電ラインを流れる共通モード電流を発生させる。そのような共通モード電流は、多くの場合、電気設備のグランドを介して変換器の入力と出力との間でループする。既知の態様において、このタイプの電流は、変換器からのアップライン及び／又はダウンラインに取り付けられた電磁フィルタ３２，３３によって減衰されなければならない電磁波障害を生成する。

図２は、アームの制御信号を供給するための制御回路２０の処理ユニット７の一部のブロック図の一例を示している。この回路では、パルス幅変調を行なえるようにする三角形の高周波キャリア信号による交差位相変調のために変調信号が使用される。したがって、各変換器の位相コマンドまたはアームコマンドが変調信号によって変調される。変換器が中間電圧を伴う３レベル変換器である場合には、変調チャンネルを分け合う（doubled up）ことができる。

図２において、モジュール２１は、変換器のレギュレーティングユニットからくる変調信号ＭＣ１を制御するために加えられるべき全体制御成分（general control component）ＯＭを決定する。全体制御成分ＯＭは、変換器のアームを連続的にＯＦＦするための過変調信号を含んでいることが好ましい。第１の演算子２２は、第１の三相変調信号ＭＣ１に対して前記全体制御成分ＯＭを加えることにより第１の三相変調信号ＭＣ１を変調する。このように変換された信号ＭＣ２も全体制御成分ＯＭを含んでいる。モジュール２３は、変調信号ＭＣ３を供給するために演算子２４によって信号ＭＣ２に対して加えられる基準電圧ＶＤを供給する。１または２つのモジュール２５は、演算子２２，２４によって修正された最初の変調信号を代表する変調信号ＭＣ３によって変調されるようになっている高周波信号を供給する。演算子２６は、アーム１０，１１，１２の制御信号ＣＶＰ，ＣＶＮを供給するために変調信号ＭＣ２と三角形の高周波信号Ｆ１とを組み合わせる。制御信号は、パルス幅変調形式であり、３つの電圧レベルで動作する。アームコマンドはバイナリＯＮ−ＯＦＦコマンドであることが好ましいため、コンディショニング回路２７は制御信号を整形する。基準信号ＶＤは、一般に、ＤＣ電圧、例えばラインＬ１，Ｌ２のＤＣ電圧または中間電圧の１／２を表わす。

レギュレーションサイクル毎の多数の電圧変動により作用する３次元ベクトル空間にしたがったレギュレーションに伴う３つの電圧レベルにおける電圧変動は、非常に大きな共通モード電圧および電流を変換器からの出力において生じさせる。共通モードフィルタを使用すると、製造コストが高くなり、製品の寸法が大型化するとともに、変換器の電力および効率の損失をもたらす。

本発明の目的は、共通モード障害を減らすことができる変換器を制御するための装置および方法を提供するとともに、１つのそのような装置を備える変換器を提供することである。

本発明に係る装置において、制御手段は、
− １つのアームの可能性のあるターンオフを決定するための第１の手段と、
− 前記可能性のあるターンオフからダブルスイッチングを可能にするターンオフを選択するようにターンオフを選択するための第１の手段と、
を備え、
ターンオフの選択により、他のアームにおけるダブルスイッチングを可能にするターンオフにしたがって前記変換器のアームをオフにすることができる。

好ましくは、前記制御手段は、中間電圧平衡に適したターンオフを選択するための第２の手段を備え、このターンオフの選択により、中間電圧平衡にしたがっても前記変換器の１つのアームをＯＦＦさせることができる。

好ましい実施形態において、前記制御手段は、
− 少なくとも２つのキャリア信号に反対の勾配を与えるようにキャリア信号を供給するための手段と、
− 電力アームまたは出力のターンオフ過変調を含む変調信号と、反対の勾配を有する前記キャリア信号とを受ける、キャリア信号を変調するための手段と、
を備えている。

好ましくは、前記制御手段は、変換器アームの制御に適用されるべきキャリア信号を選択するための手段を備える。

キャリア信号を選択するための前記手段は、制御ベクトル空間内の１つのベクトルにより指し示される１つの拡大三角形における回転方向にしたがってキャリア信号を選択することが好ましい。

キャリア信号を選択するための前記手段は、同時に切り換わる２つのアームの同じトランジスタ−ダイオードタイプまたはダイオード−トランジスタタイプの優先スイッチングにしたがってキャリア信号を選択することが有益である。

キャリア信号を選択するための前記手段は、同時に切り換わる２つのアームのダイオード−トランジスタ方向の優先スイッチングにしたがってキャリア信号を選択することが有益である。

好ましくは、キャリア信号は、非常に高速な変動または段差を伴う第１の部分と傾斜部を形成する勾配を有する第２の部分とを備える鋸歯形状の信号であり、相補的なダブルスイッチング方向が高速変動部分に基づいて決定される。

ベクトル空間で規定される或るベクトルに対応するレギュレーションサイクル中に、出力変動は２つ以下の電圧レベルを有することが有益である。

ベクトル空間で規定される或るベクトルに対応するレギュレーションサイクル中に、出力変動は２つ以下の電圧レベル変動を有することが有益である。

電気変換器は、
− 電力用半導体アームのターンオンを制御するための手段を備える制御装置と、
− 第１のプラス電圧ラインと、第２のマイナス電圧ラインと、第３の中間電圧ラインとを備えるＤＣ電源と、
− 前記プラス、マイナスまたは中間電圧ラインと少なくとも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つの電力用半導体アームを有する変換手段と、
を備え、
前記制御手段が前記アームの制御信号の変調信号を供給するための処理手段を備えており、
前述した少なくとも１つの制御装置と、出力導体ライン上の電流を測定し、且つ、電力出力またはアームをオフするためのターンオフを決定する手段に対して電流を表わす信号を供給するために前記制御装置に接続される手段とを備える。

方法は、
− 電力用半導体アームのターンオンを制御するための手段を備える制御装置と、
− 第１のプラス電圧ラインと、第２のマイナス電圧ラインと、第３の中間電圧ラインとを備えるＤＣ電源と、
− 前記プラス、マイナスまたは中間電圧ラインと少なくとも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つの電力用半導体アームを有する変換手段と、
を備える電力変換器を制御するための方法であって、
− 可能性のあるターンオフからダブルスイッチングを可能にするターンオフを決定する第１の決定と、
− ダブルスイッチングを可能にするターンオフにしたがって前記変換器のアームをオフにするためのターンオフを選択する第１の選択と、
を含む。

方法は、中間電圧平衡に適したターンオフを選択する第２の選択を含み、ターンオフの前記選択は、中間電圧平衡にしたがってオフにされるべきアームも選択することが有益である。

好ましくは、方法は、
− 少なくとも２つのキャリア信号に反対の勾配を与えるようにキャリア信号を供給し、
− 電力アームまたは出力のターンオフの過変調を含む変調信号により反対の勾配を有する前記キャリア信号を変調する、
ことを含む。

好ましい実施形態において、方法は、変換器アームの制御に適用されるべきキャリア信号の選択を含んでいる。

好ましくは、方法は、制御ベクトル空間の１つのベクトルにより指し示される１つの拡大三角形における回転方向にしたがってキャリア信号を選択するためのキャリア信号の選択を含む。

方法は、同時に切り換わる２つのアームの同じトランジスタ−ダイオードタイプまたはダイオード−トランジスタタイプの優先スイッチングにしたがってキャリア信号を選択するためのキャリア信号の選択を含むことが有益である。

好ましくは、方法は、非常に高速な第１の変動またはステップを伴う第１の部分と傾斜部を形成する勾配を有する第２の部分とを備える鋸歯形状の信号の供給を含み、相補的なダブルスイッチング方向が高速変動部分に基づいて決定される。

方法は、ベクトル空間で規定される或るベクトル（ＶＲ）に対応するレギュレーションサイクル中に、スイッチングアームコマンドが、２つ以下の電圧レベルまたは２つ以下の電圧レベル変動を有する出力変動を引き起こすことが有益である。

他の利点および特徴は、非限定的な単なる例として与えられ且つ添付図面に示される本発明の特定の実施形態の以下の説明から更に明確に明らかとなる。

電力変換器制御装置において、変換器アームは、ベクトル空間に規定されたレギュレーションモードにしたがって制御される。図３は、軸Ａ，ＢおよびＣを基準とした３アーム変換器のアームの制御を決定できるベクトル空間の図を表わしている。この場合、３つのアームに対して印加されるべき制御電圧のイメージである基準ベクトルＶＲは、ベクトル空間の１つの三角形４０を指し示している。ベクトル空間図のレギュレーション三角形４０の詳細が図４に示されている。三角形４０の頂点４１，４２および４３は、レギュレーションサイクル中の電力用半導体の状態または変換器出力の電圧状態に対応している。頂点の表記は、各出力の個々の状態と、変換器によって生成された換算ユニット（ｒｅｄｕｃｅｄ ｕｎｉｔ）の共通モード電圧に対応する前記出力の全体的な状態とに対応している。したがって、チョッピング期間に相当するレギュレーションサイクル中、変換器アームの出力は、ベクトルを取り囲むベクトル空間の三角形の頂点で規定される共通モード出力電圧に対応する設定値を連続的にとる。

従来の装置を用いると、１サイクル当たりの電圧変動の数および１サイクル当たりの電圧偏差または振幅は非常に高くなる可能性があり、それにより、共通モード電圧および電流が大きくなってしまう。例えば、図４に示される三角形４０において、換算ユニットの共通モード電圧に対応する出力の全体的な状態は、−２，−１，０，１，２の値をとることができるとともに、多数の変動および大きな振幅を形成する。

本発明の１つの実施形態に係る制御装置では、共通モード障害を減らすために出力の変動の数及び／又は振幅が減少される。

図５および図６は本発明の一実施形態に係る制御装置の部分図を示している。図５において、レギュレーション信号処理モジュール５０は、変換器のレギュレーションモジュールからくる３つの制御信号ＭＣ１Ａ，ＭＣ１Ｂ，ＭＣ１Ｃのベクトル空間におけるイメージである基準ベクトルＶＲ１のための可能性のある複数のターンオフを決定するための第１のモジュール５１を備えている。ターンオフは、３つのアームの変調に対して適用されるべき過変調信号によって行なわれることが好ましいが、他のターンオフ手段も使用できる。複数のターンオフにより、半導体アームをＯＦＦしてプラス電圧、マイナス電圧、中間電圧をとることができる。第１のターンオフ選択モジュール５２は、可能性のある複数のターンオフの中からダブルスイッチングを可能にする複数のターンオフを選択する。ターンオフ選択により、他のアームのダブルスイッチングを可能にする複数のターンオフにしたがって前記変換器のアームをＯＦＦすることができる。したがって、１つのアームがＯＦＦし且つ他の２つのアームが切り換わっている場合、これらのスイッチング方向は、対応する電圧変動となるように相補的である。電圧変動の選択された相補性は、共通モード電圧および電流を大きく減少させる。

ダブルスイッチングを可能にする少なくとも２つのターンオフの可能性がある場合には、第２のターンオフ選択モジュール５３が中間電圧平衡に適した１つ以上のターンオフを選択することが有益である。ターンオフ選択により、中間電圧平衡にしたがって前記変換器のアームをＯＦＦすることもできる。例えば、ターンオフ情報を運ぶ過変調信号ＦＴを変調信号に対して直接に加えることができ、或いは、全体制御成分ＯＭを介して加えることができる。図５において、全体制御成分ＯＭ ＦＴは、演算子５４を用いて変調信号に加えられるターンオフ信号による過変調も含んでいる。過変調は、フラットトップ型であること、すなわち、変調信号のフラットブロッキングによりアームのターンオフを命令することが好ましい。演算子５４の出力において、変調信号ＭＤＡ，ＭＤＢおよびＭＤＣは、共通モード電圧を減少させるために選択された過変調信号を含んでいる。

図６において、制御装置は、少なくとも２つのキャリア信号に反対の勾配Ｓ１およびＳ２を与えるようにキャリア信号を供給するモジュール６０および６１を備えている。

信号Ｓ１およびＳ２は、電力アームまたは出力ターンオフ過変調信号を含む変調信号ＭＤＡ、ＭＤＢおよびＭＤＣによって変調されるように、キャリア信号変調演算子６３および６４に対して直接に印加することができる。

好ましくは、制御装置は、変換器アーム制御に適用されるべきキャリア信号を選択するための選択モジュール６５を備えている。このモジュールは、反対の勾配を有する第１のキャリア信号Ｓ１およびＳ２を受けるとともに、信号の勾配の方向にしたがって修正（reconditioned）された反対の勾配と、スイッチングアームのプラスまたはマイナスの電圧とを有するキャリア信号に対応する信号Ｓ３〜Ｓ８を分配する。また、キャリア信号選択により、スイッチング方向、トランジスタ−ダイオードまたはダイオード−トランジスタにしたがってスイッチング不感時間を管理することもできる。同じタイプのスイッチング方向を有することにより、電圧変動の減少、したがって共通モード障害の減少が更に有効となる。

図７は、電力用半導体アームを制御するために図５および図６に係る制御装置を有する本発明に係る変換器を示している。電気変換器（同期変流機）は、
− 第１のプラス電圧Ｖ１ラインＬ１と、第２のマイナス電圧Ｖ２ラインＬ２と、第３の中間電圧Ｖ０ラインＬ０とを備えるＤＣ電源と、
− 前記プラス電圧ライン、マイナス電圧ラインまたは中間電圧ラインと少なくとも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つの電力用半導体アーム１０，１１，１２を有する変換手段と、
− 電力用半導体アーム１０，１１，１２のターンオンを制御する制御装置と、
を備えている。

各電力用半導体アームは、ダイオードＤ１０Ａ〜Ｄ１０Ｄ，Ｄ１１Ａ〜Ｄ１１ＤおよびＤ１２Ａ〜Ｄ１２Ｄとそれぞれ結合された４つのトランジスタＴ１０Ａ〜Ｔ１０Ｄ，Ｔ１１Ａ〜Ｔ１１Ｄ，Ｔ１２Ａ〜Ｔ１２Ｄを備えている。出力電圧および電流は、アームのトランジスタまたはダイオードのＯＮ状態またはＯＦＦ状態によって決まる。したがって、他のアームのスイッチング方向および過変調による出力のターンオフも、出力電流および変換器のレギュレーションユニットにより供給される変調信号にしたがって決定される。

制御回路６７は、前記アームの制御信号の変調信号を供給するための処理ユニットを備えるとともに、過変調信号を決定するためのモジュールも備えている。変換器のレギュレーションユニットからくる制御変調信号ＭＣ１は、アームの電力出力のターンオフを実行する過変調を決定するために使用される。出力導体ライン上に配置された電流測定回路６８は、電流を表わす信号を供給するために前記制御装置に接続されている。これらの信号ＩＳは、半導体アームに印加されるべき反対の勾配を有するキャリア信号を規定するために使用される。

図８Ａ〜図８Ｃは電力用半導体アームにおける電圧信号を示している。図８Ａにおいて、曲線７０は、プラスラインと出力との間に接続されたスイッチまたはトランジスタ、例えばＴ１０ＡまたはＴ１０Ｂのターンオフスイッチングを示している。図８Ｂにおいて、曲線７１は、マイナスラインと出力との間に接続されたスイッチまたはトランジスタ、例えばＴ１０ＣまたはＴ１０Ｄのターンオンスイッチングを示している。２つのスイッチングに対応する時間ｔ１と時間ｔ２との間には不感時間ＤＴが存在する。図８Ｃにおいて、曲線７２および７４は、アームの出力での異なる電圧変動時間を示している。出力電圧変動は、曲線７２または７３により示されるスイッチＴ１０ＡまたはＴ１０Ｂのターンオフ時あるいは曲線７４により示されるスイッチＴ１０ＣまたはＴ１０Ｄのターンオン時に起こり得る。この時、変動は、スイッチＴ１０ＡまたはＴ１０Ｂが最初にダイオードをＯＮにするか或いはトランジスタをＯＮにするかどうかによって、また、これらを流れる電流の符号によって決まる。

図８Ｃにおいて、曲線７２，７３は、スイッチングがトランジスタ−ダイオード方向で行なわれる場合の出力における異なる電圧変動を示している。これらの変動は出力電流値に依存している。曲線７４は、時間ｔ２の後にダイオード−トランジスタ方向でスイッチングが行なわれる場合の出力における電圧変動を示している。この変動はトランジスタスイッチング制御に依存している。

図９は反対の勾配Ｓ１およびＳ２を有するキャリア信号の例を示している。この図において、キャリア信号は、非常に高速の変動またはステップを伴う第１の部分８０と傾斜部を形成する勾配８２を有する第２の部分８１とを備える鋸歯の形状を成す信号であり、相補的なダブルスイッチング方向が高速変動部分に基づいて決定されることが好ましい。例えば、時間ｔ４において、信号Ｓ１は高い値から低い値へと急速に移行し、一方、信号Ｓ２は低い値から高い値へと移行する。

有利なことに、共通モード電圧変動の良好な減衰のため、キャリア信号選択モジュール６５は、不感時間に起因するタイムラグを有さないように同時に切り換わる２つのアームの同じタイプのトランジスタ−ダイオードまたはダイオード−トランジスタのいずれかの優先スイッチングにしたがってキャリア信号を選択する。好ましくは、選択が可能である場合、選択モジュール６５は、同時に切り換わる２つのアームのダイオード−トランジスタ方向での優先スイッチングにしたがってキャリア信号を選択する。

変換器アーム変調信号と共に使用されるように、キャリア信号は、出力電圧の振幅およびそれぞれＣＶ１，ＣＶ０，ＣＶ２の値をもつＤＣ供給電圧Ｖ１，Ｖ０，Ｖ２の振幅にしたがって標準化され或いは較正されることが好ましい。したがって、図１０において、時間ｔ５では、信号Ｓ１が値ＣＶ０から値ＣＶ２へと急速に移行し、信号Ｓ２が値ＣＶ２から値ＣＶ０へと急速に移行する。図１０において、変調信号ＭＤＢおよびＭＤＣは、変換器アームに命令するために、キャリア信号と交差する。この図では、変調信号ＭＤＡは、この場合にはそれがアームをＯＦＦするようには示されておらず、スイッチングに関与していない。

図１１は、３つの電圧レベルを有する変換器を制御するための本発明に係る制御装置に適用できるキャリア信号を示している。この図において、２つの鋸歯状のキャリア信号曲線Ｓ３およびＳ４は、全体的にプラス電圧ＣＶ０およびＣＶ１で作用する電力用半導体コマンドのために較正され、また、２つの鋸歯状のキャリア信号曲線Ｓ７およびＳ８は、全体的にマイナス電圧ＣＶ２およびＣＶ０で作用する電力用半導体コマンドのために較正される。変調信号ＭＤＡは値がＣＶ１の過変調によってブロックされ、また、キャリア信号は変調信号と交差しない。マイナス部分では、変調信号ＭＤＢおよびＭＤＣがキャリア信号Ｓ７およびＳ８のそれぞれと交差する。キャリア信号の高速変動が起こる瞬間に、相補的態様で変換器出力スイッチングが行なわれ、障害、特に共通モード障害が大きく制限される。

本発明の一実施形態に係る制御モジュール信号の処理装置において変調の選択の可能性を高めるとともに制御の更なる自由度を得るためには、拡大された変調三角形で変調を行なえることが好ましい。図１２において、キャリア信号選択モジュールは、制御ベクトル空間内のベクトルＶＲによって指し示される拡大三角形８５における回転方向にしたがってキャリア信号を選択する。この拡大三角形は、第１の最初の三角形における第１の頂点８６と、第１の三角形に隣接する第２の最初の三角形における第２の頂点８７と、第１の三角形および第２の三角形に共通の第３の頂点８８とを有している。この新たな拡大三角形において、回転方向は使用されるキャリア信号の選択を示している。

反対の勾配を有するキャリア信号およびターンオン信号の選択特性により、ベクトル空間で規定された１つのベクトルに対応するレギュレーションサイクル中に、多くても２つの電圧レベルを有する出力変動及び／又は多くても２つの電圧レベル変動を伴う出力変動を可能とする。

図１３は、本発明の一実施形態に係る制御方法のフローチャートを示している。フローチャートの初めに参照符号１００で示されるレギュレーションサイクル中においては、２つの段階により、ターンオフのタイプおよび電力用半導体制御命令を決定することができる。第１の段階１０１は、３つの電圧レベルを有する変換器構造においてＯＦＦにされるべきアームおよび前記アームのターンオフ位置を決定する。ターンオフは、過変調信号を介して変調信号に適用されることが好ましい。過変調信号は、他のレギュレーション信号も運ぶ全体制御成分によって伝えられることが有益である。第２のレギュレーション段階１０２は、制御命令を得るためにキャリア信号を選択すると同時に、切り換わる変換器アームの電力用半導体のスイッチング特性を最適化する。

図１３の実施形態において、ステップ１０３は、変換器アームをＯＦＦさせることができる可能性のある複数のターンオフを決定し、ステップ１０４は、可能性のある複数のターンオフの中からダブルスイッチングを可能にする複数のターンオフを選択する第１の選択を行なう。これらの２つのステップ１０３および１０４は、可能性のある複数のターンオフの中からダブルスイッチングを可能にする複数のターンオフを決定して直接に選択する１つのステップに組み合わせることができるのが好ましい。その結果、過変調の選択により、ダブルスイッチングを可能にする過変調にしたがって前記変換器のアームをＯＦＦにすることができる。

また、ステップ１０５は、レギュレーションを行なうために中間電圧平衡に適したターンオフの第２の選択を行なう。つまり、この選択では、ステップ１０５により決定される中間電圧平衡にしたがってオフされるべきアームが選択される。ステップ１０６では、オフされるべきアームの選択が過変調信号に関連付けられる。

図１３のフローチャートは、少なくとも２つのキャリア信号に反対の勾配を与えるようにキャリア信号を供給するとともに、反対の勾配をもつ前記キャリア信号を変調信号によって変調するためのステップ１０７を含んでいる。

ステップ１０８は、変換器アームの制御に適用されるべき反対の勾配をもつ複数のキャリア信号を選択する。特定のサイクルにおいては、キャリア信号の選択により、制御ベクトル空間の１つのベクトルＶＲによって指し示される拡大三角形における回転方向にしたがってキャリア信号を選択できる。

好ましくは、キャリア信号選択ステップ１０９は、同時に切り換わる２つのアームの同じタイプ、即ち、トランジスタ−ダイオードまたはダイオード−トランジスタのいずれかの優先スイッチングにしたがってキャリア信号を選択する。ステップ１１０は、これが可能である場合、ダイオード−トランジスタ方向を選択するのが有益である。

この好ましい実施形態において、方法は、非常に高速な変動またはステップを伴う第１の部分と、傾斜部を形成する勾配を有する第２の部分とを備える鋸歯の形状を成す信号の供給を含んでおり、その場合、相補的なダブルスイッチングの方向は高速変動部分に基づいて決定される。したがって、制御ベクトル空間で規定される１つのベクトルに対応するレギュレーションサイクル中に、スイッチングアームコマンドは、多くても２つの電圧レベルを有し或いは多くても２つの電圧レベル変動を有する出力変動を引き起こす。

好ましい実施形態に係る変換装置は、変速ドライバであることが好ましいが、特にインバータ、無停電電源装置、一方向または二方向電力変換器、または、周波数変換器であっても良い。

本発明は、特に、３つ又は４つのアームを有する３つのＤＣ電圧レベルを持つ三相変換器に適用されるが、異なる数のアーム及び／又は相を有する他の変換器も関与し得る。

制御手段の機能は、アナログ電子回路、デジタル電子回路、及び／又は、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサで実施されるプログラム形式の電子回路により達成することができる。

これらの変換器の電力用半導体は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ことが有益であるが、他のタイプの半導体も使用できる。アームは、使用される電圧、電流または電力に応じて直列に及び／又は並列に接続される幾つかの半導体を備えることができる。例えば、入力電圧または出力電圧は、低電圧電力システム用途においては数十ボルト〜１千ボルトであっても良く、特に中間電圧用途においては数千ボルトの電圧を有する。入力電流または出力電流は数アンペア〜１千アンペアを越えても良い。

他の技術用語では、変換器のアームをレッグまたはブランチと名付けることができる。

本発明を適用できる変換器の図を示している。 既知のタイプの変換器の制御回路のブロック図を示している。 ３アーム変換器のアームの制御を決定するベクトル空間の図を示している。 図３のベクトル空間の図のレギュレーション三角形の詳細を示している。 本発明の一実施形態に係る制御装置の図を示している。 本発明の一実施形態に係る制御装置の図を示している。 電力用半導体アームを制御するために図５および図６に係る制御装置を有する本発明に係る変換器を示している。 電力用半導体アームにおける電圧信号を示している。 反対の勾配を有するキャリア信号を示している。 反対の勾配を有するキャリア信号を示している。 ３つの電圧レベルを有する変換器を制御するために本発明に係る制御装置に適用できるキャリア信号を示している。 本発明の一実施形態に係る制御装置で使用される拡大三角形におけるレギュレーションを示している。 本発明の一実施形態に係る制御方法を示している。

Claims (19)

1. 電力用半導体アーム（１０，１２，１３）のターンオンを制御するための制御手段（２０）を備える電力変換器の制御装置であって、
   前記電力変換器は、
   − 第１のプラス電圧（Ｖ１）ライン（Ｌ１）と、第２のマイナス電圧（Ｖ２）ライン（Ｌ２）と、第３の中間電圧（Ｖ０）ライン（Ｌ０）とを備えるＤＣ電源と、
   − 前記プラス、マイナスまたは中間電圧ライン（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つの電力用半導体アーム（１０，１２，１３）を有する変換手段（１）と、
   を備え、
   前記制御手段が前記アームの制御信号の変調信号を供給するための処理手段（７）を備えており、
   前記制御手段は、
   − １つのアームの可能性のあるターンオフを決定するための第１の手段（５１）と、
   − 前記可能性のあるターンオフからダブルスイッチングを可能にするターンオフを選択するようにターンオフを選択するための第１の手段（５２）と、
   を備え、
   ターンオフの選択により、他のアームにおけるダブルスイッチングを可能にするターンオフにしたがって前記変換器のアームをオフにすることができることを特徴とする、制御装置。
2. 前記制御手段は、中間電圧（Ｖ０）平衡に適したターンオフを選択するための第２の手段（５３）を備え、このターンオフの選択により、前記中間電圧平衡にしたがっても前記変換器の１つのアームをオフさせることができることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御手段は、
   − 少なくとも２つのキャリア信号（Ｓ１，Ｓ２）に反対の勾配を与えるようにキャリア信号を供給するための手段（６０，６１）と、
   − 電力アームまたは出力のターンオフ過変調を含む変調信号（ＭＤＡ，ＭＤＢ，ＭＤＣ）と、反対の勾配を有する前記キャリア信号とを受ける、キャリア信号を変調するための手段（６３，６４）と、
   を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記制御手段は、変換器アームの制御に適用されるべきキャリア信号（Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８）を選択するための手段（６５）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の制御装置。
5. キャリア信号を選択するための前記手段（６５）は、制御ベクトル空間内の１つのベクトル（ＶＲ）により指し示される１つの拡大三角形における回転方向（８９，９０）にしたがって前記キャリア信号を選択することを特徴とする、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記キャリア信号を選択するための前記手段（６５）は、同時に切り換わる２つのアームの同じトランジスタ−ダイオードタイプまたはダイオード−トランジスタタイプの優先スイッチングにしたがって前記キャリア信号を選択することを特徴とする、請求項４または５に記載の制御装置。
7. 前記キャリア信号を選択するための前記手段（６５）は、同時に切り換わる２つのアームのダイオード−トランジスタ方向の優先スイッチングにしたがって前記キャリア信号を選択することを特徴とする、請求項６に記載の制御装置。
8. 前記キャリア信号（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８）は、非常に高速な変動またはステッピングを伴う第１の部分（８０）と傾斜部を形成する勾配を有する第２の部分（８２）とを備える鋸歯形状の信号であり、前記相補的なダブルスイッチング方向が高速変動部分に基づいて決定されることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の制御装置。
9. ベクトル空間で規定される或るベクトル（ＶＲ）に対応するレギュレーションサイクル中に、前記出力変動は２つ以下の電圧レベルを有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置。
10. ベクトル空間で規定される或るベクトル（ＶＲ）に対応するレギュレーションサイクル中に、出力変動が２つ以下の電圧レベル変動を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の制御装置。
11. − 電力用半導体アーム（１０，１１，１２）のターンオンを制御するための手段（６７）を備える制御装置と、
    − 第１のプラス電圧（Ｖ１）ライン（Ｌ１）と、第２のマイナス電圧（Ｖ２）ライン（Ｌ２）と、第３の中間電圧（Ｖ０）ライン（Ｌ０）とを備えるＤＣ電源と、
    − 前記プラス、マイナスまたは中間電圧ライン（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つの電力用半導体アーム（１０，１１，１２）を有する変換手段（１）と、
    を備え、
    前記制御手段が前記アームの制御信号の変調信号を供給するための処理手段（７）を備えており、
    請求項１から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、出力導体ライン上の電流を測定し、且つ、電力出力またはアームをオフにするためのターンオフを決定する手段に対して電流（Ｉｓ）を表わす信号を供給するために前記制御装置に接続される手段（６８）とを備えることを特徴とする、電気変換器。
12. − 電力用半導体アーム（１０，１１，１２）のターンオンを制御するための手段（７６）を備える制御装置と、
    − 第１のプラス電圧（Ｖ１）ライン（Ｌ１）と、第２のマイナス電圧（Ｖ２）ライン（Ｌ２）と、第３の中間電圧（Ｖ０）ライン（Ｌ０）とを備えるＤＣ電源と、
    − 前記プラス、マイナスまたは中間電圧ライン（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つの電力用半導体アーム（１０，１１，１２）を有する変換手段（１）と、
    を備え、
    − 可能性のあるターンオフからダブルスイッチングを可能にするターンオフを決定する第１の決定（１０３）と、
    − ダブルスイッチングを可能にする前記ターンオフにしたがって前記変換器のアームをオフにするためのターンオフを選択する第１の選択（１０４）と、
    を含むことを特徴とする、制御方法。
13. 中間電圧平衡に適したターンオフを選択する第２の選択（１０５）を含み、ターンオフの前記選択は、中間電圧平衡にしたがってオフにされるべきアームも選択することを特徴とする、請求項１２に記載の制御方法。
14. − 少なくとも２つのキャリア信号に反対の勾配を与えるようにキャリア信号を供給し（１０７）、
    − 電力アームまたは出力のターンオフの過変調を含む変調信号により反対の勾配を有する前記キャリア信号を変調する（１０７）、
    ことを含むことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の制御方法。
15. 変換器アームの制御に適用されるべきキャリア信号の選択（１０８）を含むことを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の制御方法。
16. 制御ベクトル空間の或るベクトル（ＶＲ）により指し示される１つの拡大三角形（８５）における回転方向（８９，９０）にしたがってキャリア信号を選択するためのキャリア信号の選択を含むことを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の制御方法。
17. 同時に切り換わる２つのアームの同じトランジスタ−ダイオードタイプまたはダイオード−トランジスタタイプの優先スイッチングにしたがってキャリア信号を選択するためのキャリア信号の選択（１０９）を含むことを特徴とする、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の制御方法。
18. 非常に高速な変動またはステップを伴う第１の部分（８０）と傾斜部を形成する勾配を有する第２の部分（８２）とを備える鋸歯形状の信号の供給（１０２）を含み、前記相補的なダブルスイッチング方向が高速変動部分に基づいて決定されることを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の制御方法。
19. ベクトル空間で規定される或るベクトル（ＶＲ）に対応するレギュレーションサイクル中に、スイッチングアームコマンドが、２つ以下の電圧レベルまたは２つ以下の電圧レベル変動を有する出力変動を引き起こすことを含むことを特徴とする、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の制御方法。

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