JP2010213514A - Device for switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばマトリックスコンバータのように複数の電圧源を切り替えて負荷に接続することで負荷の入力電圧を自由に制御できるようにした装置に関するものである。 The present invention relates to a device that can freely control an input voltage of a load by switching a plurality of voltage sources and connecting to a load, such as a matrix converter.
マトリックスコンバータは、3相電圧源と3相負荷とを9つの双方向スイッチで接続した構成であり、その双方向スイッチを制御することで任意の電圧を3相負荷に印加することが可能なだけでなく、電力回生や3相電圧源に流れる電流を力率1の正弦波とすることも容易に実現できる電力変換装置である。 The matrix converter has a configuration in which a three-phase voltage source and a three-phase load are connected by nine bidirectional switches, and an arbitrary voltage can be applied to the three-phase load by controlling the bidirectional switches. In addition, the power conversion device can easily realize power regeneration and a current flowing through the three-phase voltage source as a sine wave having a power factor of 1.
マトリックスコンバータは双方向スイッチで負荷に接続する電圧源を切り替えることで負荷に印加する平均電圧を制御しているが、その切り替え(以下は転流と呼ぶ)時に、スイッチの動作遅れなどで切り替え対象の両電圧源を短絡したり負荷を開放しないようにするために、双方向スイッチを所定遅延時間だけ遅らせて順次オン・オフさせている。 The matrix converter controls the average voltage applied to the load by switching the voltage source connected to the load with a bidirectional switch, but when switching (hereinafter referred to as commutation), the switching target is due to the switch operating delay, etc. In order to prevent the two voltage sources from being short-circuited or to open the load, the bidirectional switch is sequentially turned on / off with a predetermined delay time.
図2は、その転流動作を説明するための回路図であり、2つの電圧源31と32と、それらにそれぞれ接続された双方向スイッチ(逆導通スイッチから成る双方向スイッチ)1と2と、それら双方向スイッチの他方に接続された負荷4と、負過電流ILの極性を検出する電流極性検出器5と、その電流極性検出器の出力と転流指令Sとを入力して双方向スイッチの制御信号を出力する電流転流信号生成器8で構成されている。逆導通スイッチから成る双方向スイッチ1は逆導通スイッチ11と12が逆方向に直列に接続された構成であり、逆導通スイッチ11と12をそれぞれ制御する2つの制御信号Ga1とGa2を入力している。逆導通スイッチから成る双方向スイッチ2も同様にその逆導通スイッチ21と22をそれぞれ制御する2つの制御信号Gb1とGb2を入力している。
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining the commutation operation. Two
図5は、図2の回路において、負荷4に接続する電圧源を電圧Vaの電圧源31から電圧Vbの電圧源32に切り替える際の転流シーケンスを表しており、電流転流信号生成器8で生成される各スイッチの制御信号の変化を表している。t1時点以前では転流信号S=Saで逆導通スイッチから成る双方向スイッチ1をオンとし、逆導通スイッチから成る双方向スイッチ2をオフとする状態となっているため、逆導通スイッチから成る双方向スイッチ1の逆導通スイッチ11と12のそれぞれの制御信号Ga1とGa2はともにオン状態であり、逆導通スイッチから成る双方向スイッチ2のそれら制御信号Gb1とGb2はともにオフ状態であり、負荷4の電圧VLは電圧源31の電圧Vaとなっている。t1時点で転流信号S=Sbと変化することで転流シーケンスが始まる。負過電流ILが正の場合は、図5の左側に示されるように、t1時点でまずGa1がオフとなり、デッドタイムtd経過後のt2時点でGb2がオンし、td経過後のt3時点でGa2がオフし、td経過後のt4時点でGb1がオンすることで転流完了となる。このようにデッドタイムtdを設けて順次オン・オフさせるのは、スイッチの動作遅れなどにより電圧源が短絡したり負荷が開放したりしないようにするためである。負荷の電圧が実際に切り替わるのはVa>Vbの場合にt3時点であり、Va<Vbの場合はt2時点となる。
FIG. 5 shows a commutation sequence when the voltage source connected to the
負荷電流ILが負の場合は、図5右側に示された転流シーケンスとなり、負荷の電圧が実際に切り替わるのはVa>Vbの場合にt2時点であり、Va<Vbの場合はt3時点となる。 When the load current IL is negative, the commutation sequence shown on the right side of FIG. 5 is performed, and the load voltage is actually switched at time t2 when Va> Vb, and at time t3 when Va <Vb. Become.
つまり、t2からt3までの間の負荷電圧は負荷電流の極性に依存して、IL>0の場合は高い方の電圧源電圧となり、IL<0の場合は低い方の電圧源電圧となる。 That is, depending on the polarity of the load current, the load voltage between t2 and t3 is a higher voltage source voltage when IL> 0, and a lower voltage source voltage when IL <0.
図3は、図2とは異なる方法による転流動作を説明するための回路図である。図2と異なる点は、電流極性検出器5の代わりに電圧源31の電圧Vaと電圧源32の電圧Vbとの大小関係を検知して出力する電圧比較器6となり、電流転流信号生成器8の代わりに電圧比較器6の出力と転流指令Sとを入力して双方向スイッチの制御信号を出力する電圧転流信号生成器7となっている点である。
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining a commutation operation by a method different from that in FIG. The difference from FIG. 2 is that instead of the current polarity detector 5, the voltage comparator 6 detects and outputs the magnitude relationship between the voltage Va of the
図6は、図3の回路において、負荷4に接続する電圧源を電圧Vaの電圧源31から電圧Vbの電圧源32に切り替える際の転流シーケンスを表しており、電圧転流信号生成器7で生成される各スイッチの制御信号の変化を表している。t1時点以前では転流信号S=Saで双方向スイッチ1をオンとし双方向スイッチ2をオフとする状態となっているため、双方向スイッチ1の逆導通スイッチ11と12のそれぞれの制御信号Ga1とGa2はともにオン状態であり、双方向スイッチ2のそれら制御信号Gb1とGb2はともにオフ状態であり、負荷4の電圧VLは電圧源31の電圧Vaとなっている。t1時点で転流信号S=Sbと変化することで転流シーケンスが始まる。Va>Vbの場合は、図6の左側に示されるように、t1時点でまずGb2がオンとなり、デッドタイムtd経過後のt2時点でGa2がオフし、td経過後のt3時点でGb1がオンし、td経過後のt4時点でGa1がオフすることで転流完了となる。このようにデッドタイムtdを設けて順次オン・オフさせるのは、スイッチの動作遅れなどにより電圧源が短絡したり負荷が開放したりしないようにするためである。負荷の電圧が実際に切り替わるのはIL>0の場合にt2時点であり、IL<0の場合はt3時点となる。
FIG. 6 shows a commutation sequence when the voltage source connected to the
Va<Vbの場合は、図6右側に示された転流シーケンスとなり、負荷の電圧が実際に切り替わるのはIL>0の場合にt3時点であり、IL<0の場合はt2時点となる。 When Va <Vb, the commutation sequence shown on the right side of FIG. 6 is performed, and the load voltage is actually switched at time t3 when IL> 0 and at time t2 when IL <0.
つまり、t2からt3までの間の負荷電圧は負荷電流の極性に依存して、IL<0の場合は高い方の電圧源電圧となり、IL>0の場合は低い方の電圧源電圧となる。 That is, depending on the polarity of the load current, the load voltage between t2 and t3 is a higher voltage source voltage when IL <0, and a lower voltage source voltage when IL> 0.
図2に示した負荷電流の極性に依存した電流転流信号生成器を使用した場合でも、図3に示した電源電圧の大小関係による電圧転流信号生成器を使用した場合でも、負荷電流の極性に応じて転流時のデッドタイムだけ負荷電圧が左右されることから、負荷電流の極性に応じて前もってデッドタイムによる負荷の電圧変動分を補正した転流信号Sを生成して、負荷に所望の電圧が印加されるようにする手法が提案されている。 Even when the current commutation signal generator depending on the polarity of the load current shown in FIG. 2 is used or when the voltage commutation signal generator based on the magnitude relation of the power supply voltage shown in FIG. Since the load voltage depends only on the dead time at the time of commutation according to the polarity, a commutation signal S in which the voltage fluctuation of the load due to the dead time is corrected in advance according to the polarity of the load current is generated, A technique for applying a desired voltage has been proposed.
解決しようとする問題点は、デッドタイムによる負荷電圧変動分を転流信号タイミングを修正することで補正できるが、その為には正確なデッドタイムを知る必要がある。しかし、実際のデッドタイムは信号を絶縁伝達するフォトカプラやスイッチング素子の動作遅延時間に応じて変化するため、正確に把握することは困難である。 The problem to be solved can be corrected by correcting the commutation signal timing for the load voltage fluctuation due to the dead time. For this purpose, it is necessary to know the accurate dead time. However, since the actual dead time changes according to the operation delay time of the photocoupler and the switching element that insulate and transmit the signal, it is difficult to accurately grasp the dead time.
請求項1の発明によれば、単方向の電流をスイッチングできるスイッチング素子と該スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードとからなる逆導通スイッチを2個逆向きに直列接続して構成される複数の双方向スイッチと、該双方向スイッチのそれぞれの一方の端子にはそれぞれの電圧源が接続され、前記双方向スイッチのそれぞれの端子で該電圧源に接続されていない方は全て短絡され負荷に接続された構成であって、前記双方向スイッチの中で異なるスイッチング動作を行う2つの双方向スイッチをそれぞれ双方向スイッチAと双方向スイッチBとし、該双方向スイッチAに接続されている前記電圧源を電圧源Aとし、該双方向スイッチBに接続されている前記電圧源を電圧源Bとし、該負荷に流れる電流の極性を検出する電流極性検出器と、該電流極性検出器の出力を入力して前記電圧源Aと電圧源Bとが短絡することがなく前記負荷が前記電圧源Aと前記電圧源Bのどちらかに接続された状態を維持するように前記双方向スイッチAの2つのスイッチング素子を制御する信号と前記双方向スイッチBの2つのスイッチング素子を制御する信号とを生成して出力する電流転流信号生成器と、前記電圧源Aと前記電圧源Bの電圧の大小関係を検知する電圧比較器と、該電圧比較器の出力を入力して前記電圧源Aと前記電圧源Bとが短絡することがなく前記負荷が前記電圧源Aと前記電圧源Bのどちらかに接続された状態を維持するように前記双方向スイッチAの2つのスイッチング素子を制御する信号と前記双方向スイッチBの2つのスイッチング素子を制御する信号とを生成して出力する電圧転流信号生成器とからなる電源切替装置において、
該電流転流信号生成器の出力と該電圧転流信号生成器の出力とを所定時間内で同じ割合となるように選択して前記双方向スイッチAと前記双方向スイッチBとに出力する分担器を具備することを特徴とする電源切替装置である。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of reverse conducting switches each composed of two reverse conducting switches each composed of a switching element capable of switching a unidirectional current and a diode connected in reverse parallel to the switching element are connected in series in a reverse direction. A voltage source is connected to each terminal of the bidirectional switch and the bidirectional switch, and all the terminals of the bidirectional switch not connected to the voltage source are short-circuited and connected to the load. The two bidirectional switches that perform different switching operations in the bidirectional switch are defined as a bidirectional switch A and a bidirectional switch B, respectively, and the voltage source connected to the bidirectional switch A Is the voltage source A, the voltage source connected to the bidirectional switch B is the voltage source B, and the current polarity for detecting the polarity of the current flowing through the load A state in which the load is connected to either the voltage source A or the voltage source B without short-circuiting the voltage source A and the voltage source B by inputting the output of the output device and the current polarity detector A current commutation signal generator for generating and outputting a signal for controlling the two switching elements of the bidirectional switch A and a signal for controlling the two switching elements of the bidirectional switch B so as to maintain A voltage comparator that detects the magnitude relationship between the voltages of the voltage source A and the voltage source B, and an output of the voltage comparator are input so that the voltage source A and the voltage source B are not short-circuited. A signal for controlling the two switching elements of the bidirectional switch A and the two switching elements of the bidirectional switch B are controlled so as to maintain a state of being connected to either the voltage source A or the voltage source B. Signal In the power switching device comprising a voltage commutation signal generator to form an output,
Sharing the output of the current commutation signal generator and the output of the voltage commutation signal generator so as to have the same ratio within a predetermined time and outputting them to the bidirectional switch A and the bidirectional switch B It is a power supply switching device characterized by comprising a device.
請求項2の発明によれば、単方向の電流をスイッチングできて逆方向の電流は阻止する逆阻止スイッチを2個逆並列に接続して構成される双方向スイッチとした請求項1記載の電源切替装置である。
According to the invention of
すなわち、本発明は、前記問題点を解決するために、デッドタイムによる負荷電圧変動分を転流信号タイミングを修正することで補正するのではなく、電流転流信号生成器の出力と電圧転流信号生成器の出力とを所定時間内で同じ割合となるように選択して各双方向スイッチに出力する分担器を具備することを特徴とする。 That is, in order to solve the above problem, the present invention does not correct the load voltage fluctuation due to dead time by correcting the commutation signal timing, but the output of the current commutation signal generator and the voltage commutation. It is characterized by comprising a divider that selects the output of the signal generator to be the same ratio within a predetermined time and outputs it to each bidirectional switch.
本発明では、転流信号タイミングを修正することでデッドタイムによる負荷電圧変動分を補正しないので、その修正に必要な実際のデッドタイムを必要としないという利点がある。 In the present invention, since the load voltage fluctuation due to the dead time is not corrected by correcting the commutation signal timing, there is an advantage that the actual dead time required for the correction is not required.
以下、本発明の実施の形態について説明する。図2に示した電流転流信号生成器と図3に示した電圧転流信号生成器は、従来技術においてはどちらか一方のみしか必要としなかったが、本発明では両方を具備し、両方の出力を所定時間内で同じ割合となるように選択して出力する分担器を具備する。 Embodiments of the present invention will be described below. The current commutation signal generator shown in FIG. 2 and the voltage commutation signal generator shown in FIG. 3 were only required in the prior art, but the present invention includes both, There is provided a divider for selecting and outputting the output so as to have the same ratio within a predetermined time.
図1は、本発明の1実施例の回路図であって、電流極性検出器5と電流転流信号生成器8と電圧比較器6と電圧転流信号生成器7とを同時に具備し、電流転流信号生成器8の出力のスイッチング信号Ga1i、Ga2i、Gb1i、Gb2iと電圧転流信号生成器7とを同時に具備し、電流転流信号生成器8の出力のスイッチング信号Ga1v、Ga2v、Gb1v、Gb2vとを選択して双方向スイッチ1と2に出力する分担器9とで構成されている。
FIG. 1 is a circuit diagram of one embodiment of the present invention, which comprises a current polarity detector 5, a current
前述したように転流時のデッドタイム期間における負荷電圧は、電流転流信号生成器8の出力信号を用いた転流では、IL>0の場合は高い方の電圧源電圧となり、IL<0の場合は低い方の電圧源電圧となる。一方、電圧転流信号生成器7の出力信号を用いた転流では、転流時のデッドタイム期間における負荷電圧は、IL<0の場合は高い方の電圧源電圧となり、IL>0の場合は低い方の電圧源電圧となる。つまり、電流転流信号生成器8の場合と電圧転流信号生成器7の場合では完全に逆の特性となることから、分担器9により両者の信号を例えば交互に使用することで、負荷電圧の変動分をキャンセルすることが可能となる。分担器9は、完全に交互に選択する必要はなく、出力電流の極性や電源電圧の大小関係が変化せずに出力電圧変動の影響がないくらいの短い時間内において、両者の選択割合を等しくするようにすればよい。
As described above, the load voltage in the dead time period during commutation is the higher voltage source voltage when IL> 0 in the commutation using the output signal of the current
本発明は、図1に示された逆導通スイッチ11、12、21、22を用いた逆導通スイッチから成る双方向スイッチ1、2の代わりに、図4に示されている逆阻止スイッチ401、402を逆並列に接続した構成の双方向スイッチ(逆阻止スイッチから成る双方向スイッチ)40を用いた回路でも同様に適用できる。
The present invention is directed to a
正確に把握することは困難なデッドタイムを用いて転流信号を補正することなく完全にデッドタイム期間による負荷電圧変動を抑制することが可能となり、負荷電圧を正確に制御することができるようになり、より高精度な電力変換器を得ることができる。 It is possible to completely control the load voltage fluctuation due to the dead time period without correcting the commutation signal using the dead time which is difficult to grasp accurately, so that the load voltage can be controlled accurately. Thus, a more accurate power converter can be obtained.
1、2 逆導通スイッチから成る双方向スイッチ
31、32 電圧源
11、12、21、22 逆導通スイッチ
4 負荷
5 電流極性検出器
6 電圧比較器
7 電圧転流信号生成器
8 電流転流信号生成器
9 分担器
40 逆阻止スイッチから成る双方向スイッチ
401、402 逆阻止スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
The power supply switching device according to claim 1, wherein the switch is a bidirectional switch configured by connecting two reverse blocking switches that can switch a unidirectional current and block a reverse current.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009058866A JP2010213514A (en) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | Device for switching power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009058866A JP2010213514A (en) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | Device for switching power supply |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2010213514A true JP2010213514A (en) | 2010-09-24 |
Family
ID=42973081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009058866A Pending JP2010213514A (en) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | Device for switching power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010213514A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104201905A (en) * | 2014-08-30 | 2014-12-10 | 龚秋声 | Two-way AC chopper control circuit |
-
2009
- 2009-03-12 JP JP2009058866A patent/JP2010213514A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104201905A (en) * | 2014-08-30 | 2014-12-10 | 龚秋声 | Two-way AC chopper control circuit |
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