JP2011045214A - Inverter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter which prevents the thermal breakage of each switching element, without increasing the allowable power loss amount of each switching element. <P>SOLUTION: In the inverter 1, the product of power losses Ppu, Ppv, Ppw, Pnu, Pnv, and Pnw by the switching elements Spu, Spv, Spw, Snu, Snv, and Snw during a given period T and correction factors kpu, kpv, kpw, knu, knv, and knw reversely proportional to the allowable power loss amounts of the switching elements is determined as being allowable power loss levels P'pu, P'pv, P'pw, P'nu, P'nv and P'nw. A control unit 16 maintains the constant sum tz of a period t0 in which only all lower arm elements Snu, Snv, and Snw at each of phases U, V, and W turn on and a period t7 in which only all upper arm elements Spu, Spv and Spw at each of phases U, V, and W turn on, to adjust the ratio between the period t0 and t7 so that the largest among the allowable power loss levels P'pu, P'pv, P'pw, P'nu, P'nv and P'nw of the switching elements at each of the phases U, V and W becomes minimum during the period T. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、3相負荷への電力供給を制御するインバータ装置に関し、特に、電力供給を制御するスイッチ素子での電力損失を制御する技術に関する。   The present invention relates to an inverter device that controls power supply to a three-phase load, and more particularly to a technique for controlling power loss in a switch element that controls power supply.

3相負荷への電力供給を制御するインバータ装置では、3相負荷の各相毎に所定の直流電源に対して互いに直列接続された2個のスイッチ素子が設けられ、前記2個のスイッチ素子の間の電圧がそれぞれ、前記2個のスイッチ素子が対応する前記相に応じて3相負荷に印加される。その際、前記2個のスイッチ素子は、同時に両方がオンにされない。尚、各相毎の2個のスイッチ素子のうち、直流電源の陽極側に接続されたものは上アーム素子と呼ばれ、直流電源の陰極側に接続されたものは下アーム素子と呼ばれる。   In the inverter device for controlling the power supply to the three-phase load, two switch elements connected in series to a predetermined DC power source are provided for each phase of the three-phase load. A voltage between them is applied to a three-phase load depending on the phase to which the two switch elements correspond, respectively. At that time, both of the two switch elements are not simultaneously turned on. Of the two switching elements for each phase, one connected to the anode side of the DC power supply is called an upper arm element, and one connected to the cathode side of the DC power supply is called a lower arm element.

この様なインバータ装置の変調方式には、3相変調と2相変調とがある。3相変調では、3相全ての上アーム素子のみをオンにする期間と、3相全ての下アーム素子のみをオンにする期間とが存在し、いずれの期間においてもインバータ装置の3相出力同士が同電位であるという点で等価である変調方式である。また2相変調は、3相のうちの1相の各スイッチ素子のオンオフ状態を固定し、残りの2相の各スイッチ素子のオンオフを制御する変調方式である。   Such inverter device modulation methods include three-phase modulation and two-phase modulation. In the three-phase modulation, there are a period in which only the upper arm elements of all three phases are turned on, and a period in which only the lower arm elements of all three phases are turned on. Are equivalent in that they have the same potential. Also, the two-phase modulation is a modulation method in which the on / off state of each one-phase switch element of the three phases is fixed and the on / off states of the remaining two-phase switch elements are controlled.

この様な技術に関する先行技術文献として特許文献1がある。   Patent Document 1 is a prior art document relating to such a technique.

特開2007−74858号公報JP 2007-74858 A

この様な変調方式では、特定のスイッチ素子に電力損失(より詳細には導通損失、以下同様)が偏る場合がある。例えば、3相負荷の低周波動作では、特定のスイッチ素子でのみ、大きな電力損失が発生して熱破壊が起こる可能性がある。これを防止するには、スイッチ素子の電力損失許容量を増大する必要があり、コスト増になるという問題がある。   In such a modulation method, power loss (more specifically, conduction loss, and so on) may be biased to a specific switch element. For example, in low-frequency operation with a three-phase load, a large power loss may occur and thermal destruction may occur only with a specific switch element. In order to prevent this, it is necessary to increase the power loss tolerance of the switch element, which causes a problem of increased cost.

また3相負荷の低周波動作では、各スイッチ素子において、同じオンオフ状態が継続する期間が長くなる。そのため、電力損失の大きなスイッチ素子は、温度が上昇して熱破壊に至る可能性があるという問題がある。これに対し、3相負荷の高周波動作では、各スイッチ素子のオンオフ状態は短時間で周期的に変化するので、電力損失が分散し、特定のスイッチ素子でのみ、温度が上昇することは殆ど無い。   Further, in the low-frequency operation with a three-phase load, the period during which the same ON / OFF state continues in each switch element becomes longer. For this reason, a switch element with a large power loss has a problem that the temperature may rise to cause thermal destruction. On the other hand, in the high-frequency operation of the three-phase load, the on / off state of each switch element changes periodically in a short time, so that power loss is dispersed and the temperature hardly rises only with a specific switch element. .

またこの様なインバータ装置が例えば冷媒などを圧縮する圧縮機のモータの制御に使用された場合は、モータの低速回転では、圧縮機の負荷脈動により騒音および振動が発生するため、その負荷脈動に応じて電流を脈動させることで、騒音および振動を抑える制御が行われている。   Further, when such an inverter device is used for controlling a compressor motor that compresses refrigerant or the like, noise and vibration are generated due to the load pulsation of the compressor at a low speed rotation of the motor. Accordingly, control is performed to suppress noise and vibration by causing the current to pulsate.

しかしこの様な制御では、特定相の電流ピークが大きくなる。このため、特定相のスイッチ素子は、他の相のスイッチ素子と比べて電力損失が大きくなって温度が上昇し、熱破壊に至る可能性がある。これを防止するには、特定相のスイッチ素子の電力損失許容量を増大するか、または電流脈動を小さくする必要があるが、前者の場合はコスト増になるという問題があり、後者の場合は制振性が低下するという問題がある。   However, in such control, the current peak of a specific phase becomes large. For this reason, the switch element of a specific phase has a power loss larger than that of the switch element of the other phase, the temperature rises, and there is a possibility of thermal destruction. In order to prevent this, it is necessary to increase the power loss tolerance of the switching element of the specific phase or reduce the current pulsation, but there is a problem that the former increases the cost, and in the latter case There is a problem that the vibration control performance is lowered.

また各スイッチ素子の特性が異なる場合に、それらの特性の違いによるメリットが十分に発揮されていないという問題がある。例えば、各スイッチ素子の電力損失許容量が同じ場合において、各スイッチ素子の電力損失が電流の大きさに応じて変化する場合は、3相負荷に供給する電流の大きさに応じて、電力損失の小さいスイッチ素子のオン期間が長くなる様に、各スイッチ素子を制御する事が望ましい。また各スイッチ素子の電力損失許容量が異なる場合(例えば、各スイッチ素子が異なる構造のデバイス(MOSFET,IGBTなど)である場合、または各スイッチ素子が異なる材質(Si,SiC,GaNなど)のデバイスである場合、または各スイッチ素子がチップサイズの異なるデバイスである場合)においては、電力損失許容量に対する電力損失の割合が小さいスイッチ素子ほど、スイッチ素子のオン期間が長くなる様に、各スイッチ素子を制御する事が望ましい。これにより、各スイッチ素子の熱破壊を防止できる。   In addition, when the characteristics of each switch element are different, there is a problem that the merit due to the difference in the characteristics is not sufficiently exhibited. For example, when the power loss allowance of each switch element is the same, and the power loss of each switch element changes according to the magnitude of the current, the power loss depends on the magnitude of the current supplied to the three-phase load. It is desirable to control each switch element so that the ON period of the small switch element becomes long. Also, when each switch element has a different power loss tolerance (for example, each switch element has a different structure (MOSFET, IGBT, etc.), or each switch element has a different material (Si, SiC, GaN, etc.) Or when each switch element is a device with a different chip size), each switch element has a longer ON period of the switch element as the ratio of the power loss to the power loss tolerance becomes smaller. It is desirable to control Thereby, the thermal destruction of each switch element can be prevented.

この発明の課題は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、各スイッチ素子の電力損失許容量を増大する事無く、各スイッチ素子の熱破壊を防止できるインバータ装置を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above problems, and provides an inverter device capable of preventing thermal destruction of each switch element without increasing the allowable power loss of each switch element. There is to do.

上記課題を解決する為に、本発明の第1の態様は、負荷(10)を駆動制御するインバータ装置であって、所定の直流電源(12)の電力を所定の出力方式の電力に変換して前記負荷に供給する複数のスイッチ素子(Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snw)を有するインバータ回路(14)と、前記複数のスイッチ素子をオンオフ制御して前記負荷を駆動制御する制御回路(16)と、を備え、前記各スイッチ素子における一定周期(T)の電力損失(Ppu,Ppv,Ppw,Pnu,Pnv,Pnw)と、そのスイッチ素子の電力損失許容量に反比例する補正係数(kpu,kpv,kpw,knu,knv,knw)の積を電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw,P’nu,P’nv,P’nw)とし、前記制御回路(16)は、前記一定周期において、前記各スイッチ素子の前記電力損失許容度のうちの最大のものが最も小さくなる様に、前記各スイッチ素子をオンオフ制御するものである。   In order to solve the above-mentioned problem, a first aspect of the present invention is an inverter device for driving and controlling a load (10), which converts electric power of a predetermined DC power supply (12) into electric power of a predetermined output system. And an inverter circuit (14) having a plurality of switch elements (Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw) to be supplied to the load, and a control circuit for driving and controlling the load by controlling the plurality of switch elements. (16), and a correction factor (Ppu, Ppv, Ppw, Pnu, Pnv, Pnw) in each switching element and a correction coefficient (inversely proportional to the power loss tolerance of the switching element). The product of kpu, kpv, kpw, knu, knv, knw) is the power loss tolerance (P′pu, P′pv, P′pw, P′nu, P′nv, P′nw). Circuit (16) is in said predetermined period, it said as the largest ones of the power loss tolerance of each switch element is minimized, the is intended for turning on and off the respective switch elements.

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載のインバータ装置であって、前記インバータ回路(14)は、前記負荷の各相(U,V,W)毎に前記所定の直流電源(12)に対して互いに直列接続された2個の前記スイッチ素子(Spu,Snu;Spv,Snv;Spw,Snw)を有し、前記各相毎の前記各スイッチ素子の間の電圧をそれぞれ前記各相に印加し、前記2個のスイッチ素子のうち、前記所定の直流電源の陽極側に接続されたもの(Spu,Spv,Spw)を上アーム素子とし、前記所定の直流電源の陰極側に接続されたもの(Snu,Snv,Snw)を下アーム素子とし、前記制御回路(16)は、前記一定周期において、前記各相の前記各スイッチ素子の前記電力損失許容度のうちの最大のものが最も小さくなる様に、前記各相の全ての前記下アーム素子のみがオンになる第1期間(t0)と、前記各相の全ての前記上アーム素子のみがオンになる第2期間(t7)との和(tz)を一定に保って前記第1期間と前記第2期間との比を調整するものである。   A second aspect of the present invention is the inverter device according to the first aspect, wherein the inverter circuit (14) includes the predetermined DC power source (U, V, W) for each phase (U, V, W) of the load. 12) two switch elements (Spu, Snu; Spv, Snv; Spw, Snw) connected in series to each other, and the voltage between the switch elements for each phase is respectively Of the two switch elements applied to the phase and connected to the anode side of the predetermined DC power source (Spu, Spv, Spw) is used as the upper arm element and connected to the cathode side of the predetermined DC power source (Snu, Snv, Snw) is used as a lower arm element, and the control circuit (16) has a maximum one of the power loss tolerances of the switch elements of the phases in the fixed period. To be the smallest Sum (tz) of a first period (t0) in which only all the lower arm elements in each phase are turned on and a second period (t7) in which only all the upper arm elements in each phase are turned on Is kept constant, and the ratio between the first period and the second period is adjusted.

本発明の第3の態様は、第1または第2の態様に記載のインバータ装置であって、前記各スイッチ素子はそれぞれ、トランジスタ(T)と、前記トランジスタの主電極間に逆方向接続されたダイオード(D)とを有し、前記補正係数(kpu,kpv,kpw,knu,knv,knw)は、前記トランジスタに関する第1補正係数(kpu_t,kpv_t,kpw_t,knu_t,knv_t,knw_t)と前記ダイオードに関する第2補正係数(kpu_d,kpv_d,kpw_d,knu_d,knv_d,knw_d)とに分けられ、前記第1補正係数は、前記トランジスタの電力損失(Ppu_t,Ppv_t,Ppw_t,Pnu_t,Pnv_t,Pnw_t)に掛けられ、前記第2補正係数は、前記ダイオードの電力損失(Ppu_d,Ppv_d,Ppw_d,Pnu_d,Pnv_d,Pnw_d)に掛けられるものである。   A third aspect of the present invention is the inverter device according to the first or second aspect, wherein each of the switch elements is reversely connected between the transistor (T) and the main electrode of the transistor. The correction coefficient (kpu, kpv, kpw, knu, knv, knw) includes a first correction coefficient (kpu_t, kpv_t, kpw_t, knu_t, knv_t, knw_t) and the diode. And the second correction coefficient (kpu_d, kpv_d, kpw_d, knu_d, knv_d, knw_d), and the first correction coefficient is multiplied by the power loss (Ppu_t, Ppv_t, Ppw_t, Pnu_t, Pnv_t, Pnw_t) of the transistor. And the second correction factor is a power loss (Ppu_d, Ppv) of the diode. _d, Ppw_d, Pnu_d, Pnv_d, Pnw_d).

本発明の第4の態様は、第1または第2の態様に記載のインバータ装置であって、前記補正係数は、前記スイッチ素子の電力損失の絶対最大定格の逆数であるものである。   A fourth aspect of the present invention is the inverter device according to the first or second aspect, wherein the correction coefficient is a reciprocal of an absolute maximum rating of power loss of the switch element.

本発明の第5の態様は、第3の態様に記載のインバータ装置であって、前記第1補正係数は、前記トランジスタの電力損失の絶対最大定格の逆数であり、前記第2補正係数は、前記ダイオードの電力損失の絶対最大定格の逆数であるものである。   A fifth aspect of the present invention is the inverter device according to the third aspect, wherein the first correction coefficient is a reciprocal of an absolute maximum rating of the power loss of the transistor, and the second correction coefficient is It is the reciprocal of the absolute maximum rating of the power loss of the diode.

本発明の第6の態様は、第2〜第5の態様の何れかに記載のインバータ装置であって、前記制御回路(16)は、(a)前記第1期間(t0)がゼロである場合の全ての前記上アーム素子(Spu,Spv,Spw)の前記電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw)のうちの最大のものを与える第1の相(X)を前記各相(U,V,W)の中から特定すると共に、前記第1期間(t0)が前記和(tz)に等しい場合の全ての前記下アーム素子(Snu,Snv,Snw)の前記電力損失許容度(P’nu,P’nv,P’nw)のうちの最大のものを与える第2の相(Y)を前記各相の中から特定し(S1)、(b)前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と前記第2の相(Y)の前記下アーム素子(Sny)の前記電力損失許容度(P’ny)とが平衡状態になるときの前記第1期間(tb)および前記電力損失許容度(P’b)を求め(S2)、(c)前記第1期間(t0)が前記平衡状態になるときの前記第1期間(tb)に等しい場合の全ての前記スイッチ素子(Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snw)の前記電力損失許許容度(P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nw)の中から最大の電力損失許容度(P’m)を特定し(S3)、(d)前記平衡状態のときの前記電力損失許容度(P’b)と前記最大の電力損失許容度(P’m)とが等しい場合(S5)において、前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)がゼロ以上で前記和(tz)以下である場合(S3)は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)から求まる前記比に調整する(S8)ものである。   A sixth aspect of the present invention is the inverter device according to any one of the second to fifth aspects, wherein the control circuit (16) has (a) the first period (t0) is zero. A first phase (X) that gives the largest of the power loss tolerances (P′pu, P′pv, P′pw) of all the upper arm elements (Spu, Spv, Spw) The power of all the lower arm elements (Snu, Snv, Snw) when the phase is specified from the phases (U, V, W) and the first period (t0) is equal to the sum (tz) A second phase (Y) giving the maximum one of the loss tolerances (P′nu, P′nv, P′nw) is identified from the respective phases (S1), (b) the first Before the second phase (Y) and the power loss tolerance (P′px) of the upper arm element (Spx) of the phase (X) of The first period (tb) and the power loss tolerance (P′b) when the power loss tolerance (P′ny) of the lower arm element (Sny) is in an equilibrium state are obtained (S2), ( c) The power loss of all the switch elements (Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw) when the first period (t0) is equal to the first period (tb) when the equilibrium state is reached. The maximum power loss tolerance (P′m) is specified from the tolerances (P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P′nw) (S3), d) In the case where the power loss tolerance (P′b) in the equilibrium state and the maximum power loss tolerance (P′m) are equal (S5), the first period in the equilibrium state When (tb) is not less than zero and not more than the sum (tz) (S3), The ratio of the first period and (t0) second period (t7), adjusted to the ratio obtained from the first period of time of the equilibrium state (tb) (S8) is intended.

本発明の第7の態様は、第6の態様に記載のインバータ装置であって、前記制御回路(16)は、(e)前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)がゼロよりも小さいかまたは前記和よりも大きい場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記第1期間(t0)がゼロの場合の前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と、前記第1期間(t0)が前記和(tz)に等しい場合の前記第2の相(Y)の前記下アーム素子(Sny)の前記電力損失許容度(P’ny)とのうちの小さい方の当該第1期間から求まる前記比に調整する(S7)ものである。   According to a seventh aspect of the present invention, in the inverter device according to the sixth aspect, the control circuit (16) includes: (e) the first period (tb) in the equilibrium state is less than zero. When it is smaller or larger than the sum, the ratio between the first period (t0) and the second period (t7) is the same as the first phase when the first period (t0) is zero ( X) and the power loss tolerance (P′px) of the upper arm element (Spx) and the second phase (Y) when the first period (t0) is equal to the sum (tz). The lower arm element (Sny) is adjusted to the ratio obtained from the first period of the smaller one of the power loss tolerance (P′ny) (S7).

本発明の第8の態様は、第6の態様に記載のインバータ装置であって、前記制御回路(16)は、(f)前記平衡状態のときの前記電力損失許容度(P’b)と前記最大の電力損失許容度(P’m)とが等しくない場合において、前記最大の電力損失許容度(P’m)が前記各上アーム素子(Spu,Spv,Spw)の何れかの前記電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw)である場合は、前記最大の電力損失許容度に対応する相を前記第1の相(X)に設定して、前記(a)以降の処理を行い、他方、前記最大の電力損失許容度(P’m)が前記各下アーム素子(Snu,Snv,Snw)の何れかの前記電力損失許容度(P’nu,P’nv,P’nw)である場合は、前記最大の電力損失許容度に対応する相を前記第2の相(Y)に設定して、前記(b)以降の処理を行う(S6)ものである。   An eighth aspect of the present invention is the inverter device according to the sixth aspect, wherein the control circuit (16) includes (f) the power loss tolerance (P′b) in the equilibrium state. When the maximum power loss tolerance (P′m) is not equal, the maximum power loss tolerance (P′m) is the power of any one of the upper arm elements (Spu, Spv, Spw). In the case of the loss tolerance (P′pu, P′pv, P′pw), the phase corresponding to the maximum power loss tolerance is set to the first phase (X), and the (a) On the other hand, the maximum power loss tolerance (P′m) is the power loss tolerance (P′nu, P′nv) of any one of the lower arm elements (Snu, Snv, Snw). , P′nw), the phase corresponding to the maximum power loss tolerance is the second phase. Is set to Y), it performs the (b) subsequent processing (S6) is intended.

本発明の第9の態様は、第2〜第5の態様の何れかに記載のインバータ装置であって、前記各相(U,V,W)に流れる各電流(Iu,Iv,Iw)を検出する電流検出センサ(17u,17v,17w)を更に備え、前記制御回路(16)は、(a)前記各電流検出センサの検出結果に基づき、前記各相の中から、前記各相に流れる前記電流のうちの電流絶対値の最大のものが流れる第1の相(X)を特定し(U1)、(b)前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)と前記下アーム素子(Snx)の各々の前記電力損失許容度(P’px,P’nx)が平衡状態になるときの前記第1時間(tb)を求め、(c)前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)がゼロ以上で前記和(tz)以下である場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)から求まる前記比に調整する(U4)ものである。   A ninth aspect of the present invention is the inverter device according to any one of the second to fifth aspects, wherein each current (Iu, Iv, Iw) flowing in each phase (U, V, W) is supplied. Current control sensors (17u, 17v, 17w) for detection are further provided, and the control circuit (16) (a) flows from the respective phases to the respective phases based on the detection results of the respective current detection sensors. The first phase (X) through which the maximum current absolute value of the current flows is specified (U1), (b) the upper arm element (Spx) of the first phase (X) and the lower phase The first time (tb) when the power loss tolerance (P′px, P′nx) of each arm element (Snx) is in an equilibrium state is obtained, and (c) the first time in the equilibrium state is determined. When 1 hour (tb) is not less than zero and not more than the sum (tz), the first period (t0) The second period the ratio between (t7), adjusted to the ratio obtained from the first hour (tb) of the time of the equilibrium state (U4) is intended.

本発明の第10の態様は、第9の態様に記載のインバータ装置であって、(d)前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)がゼロよりも小さいかまたは前記和(tz)よりも大きい場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記第1期間(t0)がゼロの場合の前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と、前記第1期間(t0)が前記和に等しい場合の前記第1の相の前記下アーム素子(Snx)の前記電力損失許容度(P’nx)とのうちの小さい方の当該第1期間から求まる前記比に調整する(U5)ものである。   A tenth aspect of the present invention is the inverter device according to the ninth aspect, wherein (d) the first time (tb) in the equilibrium state is smaller than zero or the sum (tz). Is greater than the first phase (X) when the first period (t0) is zero, the ratio of the first period (t0) to the second period (t7). The power loss tolerance (P′px) of the arm element (Spx) and the power loss tolerance of the lower arm element (Snx) of the first phase when the first period (t0) is equal to the sum. It is adjusted (U5) to the ratio obtained from the first period, which is the smaller of the degrees (P′nx).

本発明の第11の態様は、第2〜第10の態様の何れかのインバータ装置であって、前記制御回路は、前記一定期間(T)毎に、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)の比を調整するものである。   An eleventh aspect of the present invention is the inverter device according to any one of the second to tenth aspects, wherein the control circuit performs the first period (t0) and the first period every the predetermined period (T). The ratio of two periods (t7) is adjusted.

本発明の第1の態様によれば、電力損失許容度の大きいスイッチ素子での電力損失を低減でき、スイッチ素子が熱破壊する事を防止できる。これにより、各スイッチ素子の電力損失許容量を増大させる事無く、各スイッチ素子の熱破壊を防止できる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to reduce power loss in a switch element having a large power loss tolerance, and to prevent the switch element from being thermally destroyed. Thereby, thermal destruction of each switch element can be prevented without increasing the power loss tolerance of each switch element.

本発明の第2の態様によれば、第1期間(t0)と第2期間(t7)との和(tz)を一定に保って第1期間と第2期間の比を調整するので、負荷(10)の制御に影響を与えること無く、各スイッチ素子の熱破壊を防止できる。   According to the second aspect of the present invention, the ratio between the first period and the second period is adjusted while keeping the sum (tz) of the first period (t0) and the second period (t7) constant. The thermal destruction of each switch element can be prevented without affecting the control of (10).

本発明の第3の態様によれば、トランジスタとダイオードの各々の電力損失許容度を個別に考慮できる。   According to the third aspect of the present invention, the power loss tolerance of each of the transistor and the diode can be considered individually.

本発明の第4および第5の態様によれば、既存の特性値である電力損失の絶対最大定格を利用して補正係数を簡単に設定できる。   According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the correction coefficient can be easily set using the absolute maximum rating of the power loss that is an existing characteristic value.

本発明の第6の態様によれば、簡単な手法で、各相の各スイッチ素子の電力損失許容度のうちの最大のものが最も小さくなる様に第1および第2期間の比を求める事ができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the ratio between the first and second periods is obtained by a simple method so that the maximum power loss tolerance of each switching element of each phase is minimized. Can do.

本発明の第7の態様によれば、平衡状態のときの第1期間がゼロよりも小さいかまたは第1および第2期間の和よりも大きい場合において、簡単な手法で、各相の各スイッチ素子の電力損失許容度のうちの最大のものが最も小さくなる様に第1および第2期間の比を求める事ができる。   According to the seventh aspect of the present invention, in the case where the first period in the equilibrium state is smaller than zero or larger than the sum of the first and second periods, each switch of each phase can be performed in a simple manner. The ratio between the first and second periods can be obtained so that the maximum of the power loss tolerance of the element is minimized.

本発明の第8の態様によれば、各相の各スイッチ素子の電力損失許容度のうちの最大のものを適切に特定できる。   According to the 8th aspect of this invention, the largest thing of the power loss tolerance of each switch element of each phase can be specified appropriately.

本発明の第9の態様によれば、各相に流れる電流のうちの電流絶対値の最大のものが流れる相のみに着目するので、第5の態様の場合と比べて計算量の少ない手法で、各相の各スイッチ素子の電力損失許容度のうちの最大のものが小さくなる様に第1および第2期間の比を求める事ができる。   According to the ninth aspect of the present invention, since attention is paid only to the phase in which the current having the maximum absolute value among the currents flowing in the respective phases flows, it is a method with a smaller amount of calculation than in the case of the fifth aspect. The ratio between the first and second periods can be obtained so that the maximum one of the power loss tolerances of the switching elements of each phase becomes smaller.

本発明の第10の態様によれば、平衡状態のときの第1期間がゼロよりも小さいかまたは第1および第2期間の和よりも大きい場合において、計算量の少ない手法で、各相の各スイッチ素子の電力損失許容度のうちの最大のものが小さくなる様に第1および第2期間の比を求める事ができる。   According to the tenth aspect of the present invention, in the case where the first period in the equilibrium state is smaller than zero or larger than the sum of the first and second periods, a method with a small amount of calculation is used. The ratio between the first and second periods can be obtained so that the maximum of the power loss tolerance of each switch element is reduced.

本発明の第11の態様によれば、一定周期毎に第1および第2期間の比を更新できる。   According to the eleventh aspect of the present invention, the ratio between the first and second periods can be updated at regular intervals.

第1実施形態に係るインバータ装置1の構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of an inverter device 1 according to a first embodiment. 各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwのオンオフ状態の組み合わせを示した図である。It is the figure which showed the combination of the on-off state of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw. 空間電圧ベクトル図Sを示した図である。It is the figure which showed space voltage vector diagram S. FIG. オンオフパターンP1の一例図である。It is an example figure of the on-off pattern P1. tbが0≦tb≦tzを満たす場合の各電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのグラフ化の一例図である。It is an example of graphing of each power loss tolerance P'pu, P'nu, P'pv, P'nv, P'pw, P'nw when tb satisfies 0≤tb≤tz. 第1実施形態に係るインバータ装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the inverter apparatus which concerns on 1st Embodiment. tbがtb>tzの場合の各電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのグラフ化の一例図である。It is an example figure of each power loss tolerance P'pu, P'nu, P'pv, P'nv, P'pw, P'nw when tb is tb> tz. t0=0およびtzの場合の各スイッチ素子の電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwの計算式を示したものである。The calculation formulas of the power loss tolerances P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P′nw of each switch element in the case of t0 = 0 and tz are shown. 第2実施形態に係るインバータ装置1Bの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the inverter apparatus 1B which concerns on 2nd Embodiment. デバイスDV1,DV2の各々の電流I−電圧Vの特性を示した図である。It is the figure which showed the characteristic of each current I-voltage V of device DV1, DV2. デバイスDV3,DV4の各々のオン抵抗R−デバイス温度Kの特性を示した図である。It is the figure which showed the characteristic of each on-resistance R-device temperature K of device DV3, DV4. 第2実施形態に係るインバータ装置1Bの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the inverter apparatus 1B which concerns on 2nd Embodiment.

<第1実施形態>
この実施形態に係るインバータ装置1は、図1の様に、負荷(例えば3相負荷)10と、直流電源12と、直流電源12の直流電力を所定の出力方式の電力(例えば3相交流電力)に変換して3相負荷10の各相U,V,Wに供給するインバータ回路14と、インバータ回路14を制御する制御回路16とを備えている。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the inverter device 1 according to this embodiment includes a load (for example, a three-phase load) 10, a direct-current power source 12, and direct-current power of the direct-current power source 12 as predetermined output power (for example, three-phase alternating current power). ) And supplied to each phase U, V, W of the three-phase load 10, and a control circuit 16 that controls the inverter circuit 14.

3相負荷10は、例えば3相モータであり、その回転位置を検出する位置検出センサ(例えばホールセンサ)Hu,Hv,Hwを備えている。尚、この実施形態では、位置検出センサを用いて3相負荷10の回転位置を検出するが、位置検出センサを用いずに、電流または電圧などの検出値に基づき3相負荷10の回転位置を検出してもよい。   The three-phase load 10 is, for example, a three-phase motor, and includes position detection sensors (for example, hall sensors) Hu, Hv, and Hw that detect the rotational position thereof. In this embodiment, the rotational position of the three-phase load 10 is detected using the position detection sensor. However, the rotational position of the three-phase load 10 is determined based on the detected value such as current or voltage without using the position detection sensor. It may be detected.

直流電源12は、図1の様に、例えば、交流電源12aと、交流電源12aの交流電力を直流電力に変換する平滑回路12bとを備えている。   As shown in FIG. 1, the DC power source 12 includes, for example, an AC power source 12a and a smoothing circuit 12b that converts AC power of the AC power source 12a into DC power.

平滑回路12bは、ブリッジ整流回路を構成する4個のダイオードD1〜D4と、コイルLと、コンデンサCとを備えている。各ダイオードD1,D2は、陽極線12pと陰極線12nとの間において、互いの通電方向を陽極線12p側に向けて直列接続されている。各ダイオードD3,D4は、陽極線12pと陰極線12nとの間において、互いの通電方向を陽極線12p側に向けて直列接続されている。各ダイオードD1,D2の中間点と各ダイオードD3,D4の中間点との間には、交流電源12aが介装接続されている。コイルLは、陽極線12pにおける上記のブリッジ回路の後段に接続されている。コンデンサCは、コイルLの後段において、陽極線12pと陰極線12nとの間に介装接続されている。   The smoothing circuit 12b includes four diodes D1 to D4, a coil L, and a capacitor C that form a bridge rectifier circuit. Each of the diodes D1 and D2 is connected in series between the anode line 12p and the cathode line 12n so that the energization direction of each diode is toward the anode line 12p. Each of the diodes D3 and D4 is connected in series between the anode line 12p and the cathode line 12n so that the energization direction of each diode is toward the anode line 12p. An AC power supply 12a is interposed between the intermediate points of the diodes D1 and D2 and the intermediate points of the diodes D3 and D4. The coil L is connected to the subsequent stage of the bridge circuit in the anode wire 12p. The capacitor C is interposed between the anode line 12p and the cathode line 12n after the coil L.

インバータ回路14は、図1の様に、複数(ここでは6個)のスイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwを備えている。各スイッチ素子Spu,Snuは、陽極線12pと陰極線12nとの間において互いに直列接続されており、それらの間の電圧が3相負荷10のU相電極11uに印加されている。各スイッチ素子Spv,Snvは、陽極線12pと陰極12nとの間において互いに直列接続されており、それらの間の直流電圧が3相負荷10のV相電極11vに印加されている。各スイッチ素子Spw,Snwは、陽極線12pと陰極線12nとの間において直列接続されており、それらの間の電圧が3相負荷10のW相電極11wに印加されている。尚、陽極線12pに接続された各スイッチ素子Spu,Spv,Spwは上アーム素子と呼ばれ、陰極線12nに接続された各スイッチ素子Snu,Snv,Snwは下アーム素子と呼ばれる。   As shown in FIG. 1, the inverter circuit 14 includes a plurality (six in this case) of switch elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw. The switch elements Spu and Snu are connected in series between the anode line 12p and the cathode line 12n, and a voltage therebetween is applied to the U-phase electrode 11u of the three-phase load 10. The switch elements Spv and Snv are connected in series between the anode line 12p and the cathode 12n, and a DC voltage therebetween is applied to the V-phase electrode 11v of the three-phase load 10. The switch elements Spw and Snw are connected in series between the anode line 12p and the cathode line 12n, and a voltage therebetween is applied to the W-phase electrode 11w of the three-phase load 10. The switch elements Spu, Spv, Spw connected to the anode line 12p are called upper arm elements, and the switch elements Snu, Snv, Snw connected to the cathode line 12n are called lower arm elements.

各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwはそれぞれ、トランジスタTと、トランジスタTの主電極間に逆方向接続されたダイオードDとを備えている。各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの制御電極Gはそれぞれ、制御回路16に接続されている。スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwとしては、還流ダイオードを備えたIGBT等を使用する事ができる。   Each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw includes a transistor T and a diode D connected in the reverse direction between the main electrodes of the transistor T. The control electrodes G of the switch elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw are connected to the control circuit 16, respectively. As the switch elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw, an IGBT having a reflux diode can be used.

このインバータ回路14は、制御回路16により、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの制御電極Gに制御信号が印加されて、それら各スイッチ素子のオンオフ状態が制御される。その際、U相の各スイッチ素子Spu,Snuは、両方がともにオン状態にされることはない。同様に、V相の各スイッチ素子Spv,Snvも、両方がともにオン状態にされることはなく、W相の各スイッチ素子Spw,Snwも、両方がともにオン状態にされることはない。この様にして、直流電源12の直流電力が3相交流電力に変換されて、3相負荷10の各相U,V,Wの電極11u,11v,11wに電流が供給されて、3相負荷10が回転駆動される。   In the inverter circuit 14, a control signal is applied to the control electrodes G of the switch elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw by the control circuit 16, and the on / off state of each of the switch elements is controlled. At that time, the U-phase switch elements Spu and Snu are not both turned on. Similarly, both the V-phase switch elements Spv and Snv are not both turned on, and neither the W-phase switch elements Spw and Snw are both turned on. In this way, the DC power of the DC power source 12 is converted into three-phase AC power, and current is supplied to the electrodes 11u, 11v, 11w of the respective phases U, V, W of the three-phase load 10, and the three-phase load is supplied. 10 is rotationally driven.

尚、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwのオンオフ状態の組み合わせは、図2の様に、(0,0,0),(0,0,1),(0,1,0),(0,1,1),(1,0,0),(1,0,1),(1,1,0),(1,1,1)の8通りある。以後、これらのベクトルをそれぞれ同順にV0,V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7と表記する。これらのベクトルV0〜V7は電圧ベクトルと呼ばれ、特に各ベクトルV0,V7はゼロ電圧ベクトルと呼ばれる。尚、各括弧内の最左の”0”または”1”は、U相の各スイッチ素子Spu,Snuのオンオフ状態を示し、各括弧内の中央の”0”または”1”は、V相の各スイッチ素子Spv,Snvのオンオフ状態を示し、各括弧内の最右の”0”または”1”は、W相の各スイッチ素子Spw,Snwのオンオフ状態を示す。また”1”は、上アーム素子がオンされ、下アーム素子がオフされた状態を示し、”0”は、下アーム素子がオンされ、上アーム素子がオフされた状態を示す。   Note that the combinations of the on / off states of the switch elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw are (0, 0, 0), (0, 0, 1), (0, 1, 0), (0, 1, 1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0), (1, 1, 1). Hereinafter, these vectors are expressed as V0, V1, V2, V3, V4, V5, V6, and V7 in the same order. These vectors V0 to V7 are called voltage vectors. In particular, the vectors V0 and V7 are called zero voltage vectors. The leftmost “0” or “1” in each parenthesis indicates the on / off state of each U-phase switch element Spu, Snu, and “0” or “1” in the center in each parenthesis indicates the V-phase. The switch elements Spv and Snv are on / off states, and the rightmost “0” or “1” in each parenthesis indicates the on / off state of the W-phase switch elements Spw and Snw. “1” indicates a state in which the upper arm element is turned on and the lower arm element is turned off, and “0” indicates a state in which the lower arm element is turned on and the upper arm element is turned off.

尚、図3の様に、各電圧ベクトルV1〜V6をそれらの始点を中心点0に一致させそれらの終点を放射状に外側に向けて配置し、且つ各ゼロ電圧ベクトルV0,V7を中心点0に配置して構成された正6角形の図を空間電圧ベクトル図Sと呼ぶ。尚、空間電圧ベクトル図Sにおいて、各電圧ベクトルV1〜V6のうちの隣り合う2つと、各電圧ベクトルV0,V7とにより構成される正三角形の各領域をそれぞれ領域S1〜S6と呼ぶ。   As shown in FIG. 3, the voltage vectors V1 to V6 are arranged such that their start points coincide with the center point 0 and their end points are radially directed outward, and the zero voltage vectors V0 and V7 are located at the center point 0. A regular hexagonal diagram arranged and arranged in FIG. In the spatial voltage vector diagram S, each equilateral triangle region composed of two adjacent voltage vectors V1 to V6 and the voltage vectors V0 and V7 is referred to as regions S1 to S6, respectively.

制御回路16は、3相負荷10が所望の回転速度ωで回転駆動する様にインバータ回路14を制御する。制御回路16は、図1の様に、回転速度検出部16aと、回転速度指令値生成部16bと、電流指令値生成部16cと、電圧指令値生成部16dと、電圧指令ベクトル生成部16eと、オンオフパターン生成部16fと、ゼロ電圧ベクトル調整部16gと、制御信号生成部16hとを備えている。   The control circuit 16 controls the inverter circuit 14 so that the three-phase load 10 is rotationally driven at a desired rotational speed ω. As shown in FIG. 1, the control circuit 16 includes a rotation speed detection unit 16a, a rotation speed command value generation unit 16b, a current command value generation unit 16c, a voltage command value generation unit 16d, and a voltage command vector generation unit 16e. , An on / off pattern generation unit 16f, a zero voltage vector adjustment unit 16g, and a control signal generation unit 16h.

回転速度検出部16aは、各位置検出センサHu,Hv,Hwにより検出された3相負荷10の回転位置の時間変化に基づき3相モータ10の回転速度ωを検出し、それを電流指令値生成部16cに出力する。   The rotational speed detector 16a detects the rotational speed ω of the three-phase motor 10 based on the time change of the rotational position of the three-phase load 10 detected by the position detection sensors Hu, Hv, Hw, and generates a current command value. To the unit 16c.

回転速度指令値生成部16bは、3相モータ10を所望の回転速度ωで回転させるための回転速度指令値ω*を生成し、それを電流指令値生成部16cに出力する。   The rotation speed command value generation unit 16b generates a rotation speed command value ω * for rotating the three-phase motor 10 at a desired rotation speed ω, and outputs it to the current command value generation unit 16c.

電流指令値生成部16cは、回転速度検出部16aからの回転速度ωが、回転速度指令値生成部100jからの回転速度指令値ω*に近づく様に、電流指令値I*を生成する。具体的には、電流指令値生成部16cは、回転速度ωと回転速度指令値ω*との偏差を比例微分積分演算(PID演算)して電流指令値I*を生成し、それを電圧指令値生成部16dに出力する。   The current command value generation unit 16c generates a current command value I * so that the rotation speed ω from the rotation speed detection unit 16a approaches the rotation speed command value ω * from the rotation speed command value generation unit 100j. Specifically, the current command value generation unit 16c generates a current command value I * by performing a proportional differential integration operation (PID calculation) on a deviation between the rotation speed ω and the rotation speed command value ω *, and outputs the current command value I *. The value is output to the value generator 16d.

電圧指令値生成部16dは、電流指令値生成部16cからの電流指令値I*に基づき、各相U,V,Wに印加すべき電圧に応じた電圧指令値信号Vu*,Vv*,Vw*を生成し、それを電圧指令ベクトル生成部16eに出力する。   Based on the current command value I * from the current command value generation unit 16c, the voltage command value generation unit 16d is a voltage command value signal Vu *, Vv *, Vw corresponding to the voltage to be applied to each phase U, V, W. * Is generated and output to the voltage command vector generation unit 16e.

電圧指令ベクトル生成部16eは、電圧指令値信号Vu*,Vv*,Vw*から電圧指令ベクトルV*を生成し、それをオンオフパターン生成部16gに出力する。尚、電圧指令ベクトルV*は、図3の空間電圧ベクトル図Sの領域上で定義されるベクトルである。   The voltage command vector generation unit 16e generates a voltage command vector V * from the voltage command value signals Vu *, Vv *, Vw * and outputs it to the on / off pattern generation unit 16g. The voltage command vector V * is a vector defined on the region of the spatial voltage vector diagram S in FIG.

オンオフパターン生成部16gは、電圧指令ベクトルV*を用いて、空間ベクトル方式によって、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwのオンオフ状態を規定する一定期間T毎のオンオフパターンP1を生成する。より詳細には、オンオフパターン生成部16gは、空間ベクトル図S上で定義された電圧指令ベクトルV*を、各領域S1〜S6のうちの電圧指令ベクトルV*を含むものを構成する各電圧ベクトル(即ち電圧指令ベクトルV*を挟む2つの電圧ベクトルVi,Vj(i≠j且つi,j=1〜6)およびゼロ電圧ベクトルV0,V7)を用いて、式1の様に展開する(即ち式1を満たす様に、実数である各係数ai,aj,a0,a7を求める)。   The on / off pattern generation unit 16g uses the voltage command vector V * to generate an on / off pattern P1 for each fixed period T that defines the on / off state of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw by a space vector method. Generate. More specifically, the on / off pattern generation unit 16g uses the voltage command vectors V * defined on the space vector diagram S to include the voltage command vectors V * in the regions S1 to S6. (Ie, two voltage vectors Vi and Vj (i ≠ j and i, j = 1 to 6) and zero voltage vectors V0 and V7 sandwiching the voltage command vector V *) are expanded as shown in Equation 1 (ie, Each coefficient ai, aj, a0, a7 which is a real number is obtained so as to satisfy Expression 1.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

そしてオンオフパターン生成部16gは、各電圧ベクトルVi,Vj,V0,V7で規定される各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwのオンオフ状態の実施期間ti,tj,t0,t7をそれぞれti=ai・T,tj=aj・T,t0=a0・T,t7=a7・Tとして、各電圧ベクトルVi,Vj,V0,V7を所定の実施順序で並べたものをオンオフパターンP1とする。   Then, the on / off pattern generation unit 16g obtains the implementation periods ti, tj, t0, and t7 of the on / off states of the switch elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, and Snw defined by the voltage vectors Vi, Vj, V0, and V7. Ti = ai · T, tj = aj · T, t0 = a0 · T, t7 = a7 · T, and the voltage vectors Vi, Vj, V0, V7 arranged in a predetermined execution order are referred to as an on / off pattern P1. To do.

尚、上記の所定の実施順序として、例えば、各電圧ベクトルVi,Vj,V0,V7を、それら各電圧ベクトルの切り換わりの際にU,V,Wが1相ずつオンオフ動作する様に並べても良く、更にそれら各電圧ベクトルの実施順序が一周期Tの前半と後半とで対称的になる様に並べても良い。図4は、電圧指令ベクトルV*が領域S1内にある場合のオンオフパターンP1の一例である。このオンオフパターンP1では、領域S1を構成する各電圧ベクトルV0,V7,V4,V6が、V0,V4,V6,V7,V6,V4,V0の実施順序で一周期Tの前半と後半とで対称的に並べられており、それら各電圧ベクトルV0,V7,V4,V6,V7の実施期間t0,t4,t6,t7が、一周期Tの前半および後半でそれぞれt0/2,t4/2,t6/2,t7/2ずつ配分されている。   As the predetermined execution order, for example, the voltage vectors Vi, Vj, V0, and V7 may be arranged so that U, V, and W are turned on and off one phase at a time when the voltage vectors are switched. It is also possible to arrange the voltage vectors so that the execution order of these voltage vectors is symmetrical between the first half and the second half of one cycle T. FIG. 4 is an example of the on / off pattern P1 when the voltage command vector V * is in the region S1. In this on / off pattern P1, the voltage vectors V0, V7, V4, V6 constituting the region S1 are symmetric in the first half and the second half of one cycle T in the execution order of V0, V4, V6, V7, V6, V4, V0. The execution periods t0, t4, t6, and t7 of these voltage vectors V0, V7, V4, V6, and V7 are t0 / 2, t4 / 2, and t6, respectively, in the first half and the second half of one cycle T. / 2, t7 / 2 are allocated.

ゼロ電圧ベクトル調整部16gは、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度(即ち電力損失許容量に対する電力損失の割合)のうちの最大のものが最も小さくなる様に、オンオフパターン生成部16gで生成されるオンオフパターンP1を補正する。より詳細には、ゼロ電圧ベクトル調整部16gは、オンオフパターンP1に対して、各期間t0,t7の和を一定に保って各期間t0,t7の比を調整する。以下で、オンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整方法を、電圧指令ベクトルV*が領域S1内にある場合を例にして詳説する。   The zero voltage vector adjustment unit 16g is configured so that the maximum one of the power loss tolerances (that is, the ratio of the power loss to the power loss tolerance) of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw is the smallest. Further, the on / off pattern P1 generated by the on / off pattern generation unit 16g is corrected. More specifically, the zero voltage vector adjustment unit 16g adjusts the ratio of the periods t0 and t7 while keeping the sum of the periods t0 and t7 constant with respect to the on / off pattern P1. Hereinafter, a method for adjusting the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 will be described in detail by taking the case where the voltage command vector V * is in the region S1 as an example.

まずオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整方法の説明に必要な式を説明する。   First, equations necessary for explaining the method of adjusting the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 will be described.

<各スイッチ素子の一定期間T内での通電期間>
各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの一定期間(例えばキャリア周期)T内での通電期間tpu,tnu,tpv,tnv,tpw,tnwは、例えば領域S1では、式2の様に与えられる。
<Energization period within a fixed period T of each switch element>
The energization periods tpu, tnu, tpv, tnv, tpw, tnw within a certain period (for example, carrier period) T of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw are, for example, in the region S1, as shown in Expression 2 Given to.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

尚、式2より、各通電期間tpu,tpv,tpwは、期間t0の減少関数となり、各通電期間tnu,tnv,tnwは、期間t0の増加関数となる事が分かる。   It can be seen from Equation 2 that each energization period tpu, tpv, tpw is a decreasing function of the period t0, and each energization period tnu, tnv, tnw is an increasing function of the period t0.

<各スイッチ素子の電力損失>
各相U,V,Wにそれぞれ電流Iu,Iv,Iwが流れた場合の各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの瞬時電力fpu(Iu),fnu(Iu),fpv(Iv),fnv(Iv),fpw(Iw),fnw(Iw)はそれぞれ、式3の様に、そのトランジスタTの瞬時電力fpu_t(Iu),fpv_t(Iv),fpw_t(Iw)と、そのダイオードDの瞬時電力fpu_d(Iu),fpv_d(Iv),fpw_d(Iw)との和で与えられる。
<Power loss of each switch element>
Instantaneous powers fpu (Iu), fnu (Iu), fpv (Iv) of the switching elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw when currents Iu, Iv, Iw flow in the phases U, V, W, respectively. ), Fnv (Iv), fpw (Iw), and fnw (Iw) are respectively the instantaneous powers fpu_t (Iu), fpv_t (Iv), fpw_t (Iw) of the transistor T, and the diode D as shown in Equation 3. Of instantaneous powers fpu_d (Iu), fpv_d (Iv), and fpw_d (Iw).

Figure 2011045214
Figure 2011045214

例えば、U相の各スイッチ素子Spu,SnuのトランジスタTおよびダイオードDの各瞬時電力fpu_t(Iu),fpu_d(Iu),fnu_t(Iu),fnu_d(Iu)は、Iu>0の場合(即ちIuがインバータ回路14から3相負荷10へ流れる場合)は、式4の様に与えられ、Iu<0の場合(即ちIuが3相負荷10からインバータ回路14へ流れる場合)は、式5の様に与えられる。   For example, the instantaneous powers fpu_t (Iu), fpu_d (Iu), fnu_t (Iu), and fnu_d (Iu) of the transistors T and the diodes D of the U-phase switch elements Spu and Snu are respectively when Iu> 0 (ie, Iu Is supplied from the inverter circuit 14 to the three-phase load 10), and is given as shown in Equation 4, and when Iu <0 (that is, when Iu flows from the three-phase load 10 to the inverter circuit 14), as shown in Equation 5 Given to.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

具体的に、トランジスタTがIGBTで且つダイオードDがFRDである場合の各瞬時電力fpu_t(Iu),fpu_d(Iu),fnu_t(Iu),fnu_d(Iu)の一次近似は、式6の様に与えられ、2次近似は、式7の様に与えられる。   Specifically, when the transistor T is an IGBT and the diode D is an FRD, a linear approximation of each of the instantaneous powers fpu_t (Iu), fpu_d (Iu), fnu_t (Iu), and fnu_d (Iu) is as shown in Equation 6. The quadratic approximation is given as in Equation 7.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

尚、式6中のVceは、Iuが流れたときのトランジスタTのコレクタエミッタ間の電圧であり、Vfは、ダイオードDの順電圧である。また式7中のVce(0)は、Iu=0の場合のトランジスタTのコレクタエミッタ間の電圧であり、kceは、Iuが流れたときのトランジスタTのコレクタエミッタ間の電圧の傾きである。   In Equation 6, Vce is a voltage between the collector and emitter of the transistor T when Iu flows, and Vf is a forward voltage of the diode D. Vce (0) in Equation 7 is the voltage between the collector and emitter of the transistor T when Iu = 0, and kce is the slope of the voltage between the collector and emitter of the transistor T when Iu flows.

また具体的に、トランジスタTが同期整流MOSFETで且つダイオードDがFRDである場合の各瞬時電力fpu_t(Iu),fpu_d(Iu),fnu_t(Iu),fnu_d(Iu)の一次近似は、式8の様に与えられる。尚ここでは、FRDは、順電圧Vfの理想ダイオードとして近似している。尚、式8中のRonはトランジスタTのオン抵抗である。   More specifically, when the transistor T is a synchronous rectification MOSFET and the diode D is an FRD, a first-order approximation of each instantaneous power fpu_t (Iu), fpu_d (Iu), fnu_t (Iu), and fnu_d (Iu) Is given as Here, FRD is approximated as an ideal diode with forward voltage Vf. Note that Ron in Equation 8 is the on-resistance of the transistor T.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

尚、各相V,Wの場合の各瞬時電力fpv_t(Iv),fpv_d(Iv),fnv_t(Iv),fnv_d(Iv),fpw_t(Iw),fpw_d(Iw),fnw_t(Iw),fnw_d(Iw)は、U相の場合の各瞬時電力fpu_t(Iu),fpu_d(Iu),fnu_t(Iu),fnu_d(Iu)と同様に与えられるので、それらの具体的な記載は省略する。   It should be noted that the instantaneous powers fpv_t (Iv), fpv_d (Iv), fnv_t (Iv), fnv_d (Iv), fpw_t (Iw), fpw_d (Iw), fnw_t (Iw), fnw_d (for each phase V, W) Iw) is given in the same manner as the instantaneous powers fpu_t (Iu), fpu_d (Iu), fnu_t (Iu), and fnu_d (Iu) in the case of the U phase, and therefore their specific description is omitted.

尚、上記の瞬時電力の近似式(式6−式8)は、電流の変化に対する近似式であるが、トランジスタTおよびダイオードDの特性は、電流以外にはデバイス温度によっても変化するので、デバイス温度の変化を考慮して近似しても良い。   Note that the above approximate expression of the instantaneous power (Expression 6 to Expression 8) is an approximate expression for a change in current. However, since the characteristics of the transistor T and the diode D change depending on the device temperature in addition to the current, the device An approximation may be made in consideration of a change in temperature.

<各スイッチ素子の一定期間Tでの電力損失>
各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの一定期間Tでの電力損失Ppu,Pnu,Ppv,Pnv,Ppw,Pnwはそれぞれ、式9の様に、そのスイッチ素子の通電期間tpu,tnu,tpv,tnv,tpw,tnwと瞬時電力fpu(Iu),fnu(Iu),fpv(Iv),fnv(Iv),fpw(Iw),fnw(Iw)との積により与えられる。
<Power loss of each switch element over a certain period T>
The power loss Ppu, Pnu, Ppv, Pnv, Ppw, Pnw of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw in a fixed period T is expressed by the energization period tpu, It is given by the product of tnu, tpv, tnv, tpw, tnw and instantaneous powers fpu (Iu), fnu (Iu), fpv (Iv), fnv (Iv), fpw (Iw), fnw (Iw).

Figure 2011045214
Figure 2011045214

<各スイッチ素子の電力損失許容度>
各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwはそれぞれ、そのスイッチ素子の電力損失Ppu,Pnu,Ppv,Pnv,Ppw,Pnwにおけるそのスイッチ素子の電力損失許容量に対する割合を示す。従って、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwはそれぞれ、その電力損失許容度が高いほど熱破壊する可能性が高くなり、その電力損失許容度が低いほど熱破壊する可能性は低くなる。
<Power loss tolerance of each switch element>
The power loss tolerance P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P′nw of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw is the power of the switch element, respectively. The ratio of the loss Ppu, Pnu, Ppv, Pnv, Ppw, Pnw to the power loss tolerance of the switch element is shown. Therefore, each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw has a higher possibility of thermal destruction as its power loss tolerance is higher, and its possibility of thermal destruction as its power loss tolerance is lower. Lower.

各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwはそれぞれ、式10a〜式10fの各々の右辺第1式の様に、そのスイッチ素子の電力損失Ppu(=fpu(Iu)×tpu),Pnu(=fnu(Iu)×tnu),Ppv(=fpv(Iv)×tpv),Pnv(=fnv(Iv)×tnv),Ppw(=fpw(Iw)×tpw),Pnw(=fnw(Iw)×tnw)に、そのスイッチ素子の電力損失許容量に反比例する補正係数kpu,knu,kpv,knv,kpw,knwを組み込む(例えば掛ける)ことで、与えられる。なお電力損失許容量は、スイッチ素子の接合温度を許容温度以下とする事が可能な電力損失の最大値であり、スイッチ素子の構造(例えばIGBTやMOSFET)、材質(例えばSiやSiCやGaN)、チップサイズ、冷却機構(例えばヒートスプレッダやヒートシンク)、外気温などにより変化する。   The power loss tolerances P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, and P′nw of the switch elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, and Snw are respectively expressed by Equations 10a to 10f. As shown in the first equation on the right side of each, the power loss Ppu (= fpu (Iu) × tpu), Pnu (= fnu (Iu) × tnu), Ppv (= fpv (Iv) × tpv), Pnv (= fnv (Iv) × tnv), Ppw (= fpw (Iw) × tpw), Pnw (= fnw (Iw) × tnw) and correction coefficients kpu and knu that are inversely proportional to the power loss tolerance of the switch element , Kpv, knv, kpw, knw are incorporated (eg multiplied). The power loss tolerance is the maximum value of power loss at which the junction temperature of the switch element can be kept below the allowable temperature. The switch element structure (eg, IGBT or MOSFET) and material (eg, Si, SiC, or GaN) , Changes depending on chip size, cooling mechanism (for example, heat spreader or heat sink), outside air temperature, and the like.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

ここで、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの瞬時電力許容度f’pu,f’nu,f’pv,f’nv,f’pw,f’nwをそれぞれ、そのスイッチ素子の瞬時電力fpu,fnu,fpv,fnv,fpw,fnwと補正係数kpu,knu,kpv,knv,kpw,knwとの積として定義すると、式10a〜式10fの各々の右辺第1式は、右辺第2式となる。   Here, the instantaneous power tolerances f′pu, f′nu, f′pv, f′nv, f′pw, f′nw of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw When defined as the product of the instantaneous power fpu, fnu, fpv, fnv, fpw, fnw of the element and the correction coefficients kpu, knu, kpv, knv, kpw, knw, the first expression on the right side of each of the expressions 10a to 10f is This is the second equation on the right side.

またスイッチ素子Spuの補正係数kpuを、そのスイッチ素子SpuのトランジスタTに関する補正係数kpu_tとダイオードDに関する補正係数kpu_dとに分けて考える場合は、スイッチ素子Spuの瞬時電力許容度f’puは、そのスイッチ素子SpuのトランジスタTの瞬時電力fpu_tと補正係数kpu_tとの積と、そのスイッチ素子SpuのダイオードDの瞬時電力fpu_dと補正係数kpu_dとの積との和で与えられる(即ちf’pu=fpu_t×kpu_t+fpu_d×kpu_d)。同様に他のスイッチ素子Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの瞬時電力許容度f’nu,f’pv,f’nv,f’pw,f’nwもそれぞれ、そのスイッチ素子のトランジスタTの瞬時電力fnu_t,fpv_t,fnv_t,fpw_t,fnw_tと補正係数knu_t,kpv_t,knv_t,kpw_t,knw_tとの積と、そのスイッチ素子のダイオードDの瞬時電力fnu_d,fpv_d,fnv_d,fpw_d,fnw_dと補正係数knu_d,kpv_d,knv_d,kpw_d,knw_dとの積との和で与えられる。よってこの場合は、式10a〜式10fの各々の右辺第2式は、右辺第3式となる。   When the correction coefficient kpu of the switch element Spu is considered as being divided into the correction coefficient kpu_t for the transistor T of the switch element Spu and the correction coefficient kpu_d for the diode D, the instantaneous power tolerance f′pu of the switch element Spu is It is given by the sum of the product of the instantaneous power fpu_t of the transistor T of the switch element Spu and the correction coefficient kpu_t and the product of the instantaneous power fpu_d of the diode D of the switch element Spu and the correction coefficient kpu_d (that is, f′pu = fpu_t * Kpu_t + fpu_d * kpu_d). Similarly, the instantaneous power tolerances f′nu, f′pv, f′nv, f′pw, and f′nw of other switch elements Snu, Spv, Snv, Spw, and Snw are also instantaneous for the transistor T of the switch element. The product of the powers fnu_t, fpv_t, fnv_t, fpw_t, fnw_t and the correction coefficients knu_t, kpv_t, knv_t, kpw_t, knw_t, and the instantaneous powers fnu_d, fpv_d, fw_d, fw_d, fw_d, fwk It is given by the sum of the product of kpv_d, knv_d, kpw_d, and knw_d. Therefore, in this case, the second expression on the right side of each of Expressions 10a to 10f becomes the third expression on the right side.

この様に、補正係数kpu,knu,kpv,knv,kpw,knwをトランジスタTに関する補正係数kpu_t,knu_t,kpv_t,knv_t,kpw_t,knw_tとダイオードDに関する補正係数kpu_d,knu_d,kpv_d,knv_d,kpw_d,knw_dとに分けた場合は、トランジスタTとダイオードDの各々の電力損失許容度を個別に考慮できる。   In this way, the correction coefficients kpu, knu, kpv, knv, kpw, knw are used as the correction coefficients kpu_t, knu_t, kpv_t, knv_t, kpw_t, knw_t and the correction coefficients kpu_d, knu_d, kp_d, kv_d, kv_d, dp When divided into knw_d, the power loss tolerance of each of the transistor T and the diode D can be considered individually.

尚、スイッチ素子Spuの電力損失Ppuには、スイッチ素子Spuが導通する事で生じる導通損tpu×fpuと、スイッチ素子Spuがスイッチングする事で生じるスイッチング損Epuとがある。上記の説明では、電力損失Ppuは、導通損tpu×fpuのみを想定している。スイッチ素子Spuのスイッチング損Epuに関する電力損失許容度は、スイッチ素子Spuの通電損tpu×fpuに関する電力損失許容度P’puにおいて、導通損tpu×fpuをスイッチ素子Spuのスイッチング損Epuに置換し、且つ導通損tpu×fpu_tをスイッチ素子SpuのトランジスタTのスイッチング損Epu_tに置換し、且つ導通損tpu×fpu_dをスイッチ素子SpuのダイオードDのスイッチング損Epu_dに置換すれば良い。導通損とスイッチング損の両方を想定した場合のスイッチ素子Spuの電力損失許容度P’puは、式11の様に与えれる。   The power loss Ppu of the switch element Spu includes a conduction loss tpu × fpu that is generated when the switch element Spu is conductive and a switching loss Epu that is generated when the switch element Spu is switched. In the above description, only the conduction loss tpu × fpu is assumed as the power loss Ppu. The power loss tolerance relating to the switching loss Epu of the switch element Spu is obtained by replacing the conduction loss tpu × fpu with the switching loss Epu of the switch element Spu in the power loss tolerance P′pu relating to the conduction loss tpu × fpu of the switch element Spu. In addition, the conduction loss tpu × fpu_t may be replaced with the switching loss Epu_t of the transistor T of the switch element Spu, and the conduction loss tpu × fpu_d may be replaced with the switching loss Epu_d of the diode D of the switch element Spu. The power loss tolerance P′pu of the switch element Spu when both the conduction loss and the switching loss are assumed is given by Equation 11.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

導通損とスイッチング損の両方を想定した場合の他のスイッチ素子Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwも同様に与えられるので、それらの具体的な記載は省略する。   The power loss tolerances P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P′nw of other switch elements Snu, Spv, Snv, Spw, Snw when both conduction loss and switching loss are assumed Since they are given in the same manner, their specific description is omitted.

尚、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの補正係数kpu,knu,kpv,knv,kpw,knwはそれぞれ、そのスイッチ素子の電力損失許容量に反比例する値に設定される。同様にトランジスタTの補正係数kpu_t,knu_t,kpv_t,knv_t,kpw_t,knw_tもそれぞれ、そのトランジスタTの電力損失許容量に反比例する値に設定され、ダイオードDの補正係数kpu_d,knu_d,kpv_d,knv_d,kpw_d,knw_dもそれぞれ、そのダイオードDの電力損失許容量に反比例する値に設定される。補正係数kpu,knu,kpv,knv,kpw,knwは、例えば、1/(電力損失の絶対最大定格)または1/(コレクタ損失の絶対最大定格)または(接合部・ケース間の熱抵抗)または1/(接合温度の絶対最大定格−ケース温度の最大値)または(接合部・ケース間の熱抵抗)/(接合温度の絶対最大定格−ケース温度の最大値)または(冷却機構の熱抵抗)に設定されても良い。   The correction coefficients kpu, knu, kpv, knv, kpw, and knw of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, and Snw are set to values that are inversely proportional to the allowable power loss of the switch element. Similarly, the correction coefficients kpu_t, knu_t, kpv_t, knv_t, kpw_t, and knw_t of the transistor T are also set to values that are inversely proportional to the allowable power loss of the transistor T, and the correction coefficients kpu_d, knu_d, kpv_d, knv_d, kpw_d and knw_d are also set to values that are inversely proportional to the allowable power loss of the diode D. The correction factors kpu, knu, kpv, knv, kpw, knw are, for example, 1 / (absolute maximum rating of power loss) or 1 / (absolute maximum rating of collector loss) or (thermal resistance between junction and case) or 1 / (Absolute maximum rating of junction temperature-maximum value of case temperature) or (Thermal resistance between junction and case) / (Absolute maximum rating of junction temperature-Maximum value of case temperature) or (Thermal resistance of cooling mechanism) May be set.

この様に各補正係数として、電力損失の絶対最大定格、接合部・ケース間の熱抵抗、接合温度の絶対最大定格などの既存の特性値を使用する場合は、簡単に補正係数を設定できる。   In this way, when existing characteristic values such as the absolute maximum rating of power loss, the thermal resistance between the junction and the case, and the absolute maximum rating of the junction temperature are used as each correction factor, the correction factor can be easily set.

尚、各スイッチ素子の配置を考慮して補正係数を異ならせてもよい。例えば、冷却機構(例えば、ヒートスプレッダやヒートシンク)上にスイッチ素子を複数個並べると、中央のスイッチ素子は他のスイッチ素子よりも冷却され難く、他のスイッチング素子からの熱流束によりケース温度の最大値や見かけ上の熱抵抗が増加する。そのため、中央のスイッチ素子の補正係数を他のスイッチ素子の補正係数よりも大きく設定してもよい。例えば、冷却機構上に配置した際の各スイッチ素子のケース温度の最大値に反比例するように補正係数を設定したり、各スイッチ素子の配置を考慮した見かけ上の熱抵抗に比例するように補正係数を設定してもよい。また例えば冷却風の風上側の方が冷え易い(即ち見かけ上の熱抵抗が低い)ので、冷却風の風上側のスイッチ素子ほど、補正係数を小さく設定してもよい。これにより温度が上昇しやすいスイッチ素子での電力損失を低減でき、スイッチ素子が熱破壊する事を防止できる。   Note that the correction coefficient may be varied in consideration of the arrangement of each switch element. For example, when a plurality of switching elements are arranged on a cooling mechanism (for example, a heat spreader or a heat sink), the central switching element is less likely to be cooled than the other switching elements, and the maximum case temperature due to the heat flux from the other switching elements. And apparent thermal resistance increases. Therefore, the correction coefficient of the central switch element may be set larger than the correction coefficients of the other switch elements. For example, the correction coefficient is set to be inversely proportional to the maximum case temperature of each switch element when placed on the cooling mechanism, or it is corrected to be proportional to the apparent thermal resistance considering the placement of each switch element. A coefficient may be set. Further, for example, since the cooling wind is more easily cooled (that is, the apparent thermal resistance is lower), the correction coefficient may be set smaller for the switching element on the cooling wind. As a result, it is possible to reduce power loss in the switch element that easily rises in temperature and prevent the switch element from being thermally destroyed.

尚、式10a〜式10fから、各通電期間tpu,tpv,tpwは期間t0の減少関数であるので、電力損失許容度P’pu,P’pv,P’pwも期間t0の減少関数である事が分かる。また各通電期間tnu,tnv,tnwは期間t0の増加関数であるので、各電力損失許容度P’nu,P’nv,P’nwも期間t0の増加関数である事が分かる。図5は、各電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwを、期間t0の関数と見なして、0≦t0≦tz(tz:所定の定数(例えばtz=T−ti−tj=t0+t7))の範囲でグラフ化したものである。   Since the energization periods tpu, tpv, tpw are decreasing functions of the period t0 from the expressions 10a to 10f, the power loss tolerances P′pu, P′pv, P′pw are also decreasing functions of the period t0. I understand that. Further, since each energization period tnu, tnv, tnw is an increasing function of the period t0, it can be seen that each power loss tolerance P'nu, P'nv, P'nw is also an increasing function of the period t0. FIG. 5 shows that each power loss tolerance P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, and P′nw is a function of the period t0, and 0 ≦ t0 ≦ tz (tz: This is a graph in a range of a predetermined constant (for example, tz = T−ti−tj = t0 + t7).

<異なる2つのスイッチ素子の電力損失許容度の平衡条件>
X相の上アーム素子Spxの電力損失許容度P’pxとY相の下アーム素子Snyの電力損失P’nyとが平衡条件となるときの期間t0と電力損失許容度P’pxとを計算すると、式12の様になる。尚、X相とY相は各相U,V,Wのうちの1相である。X相とY相は異なる相でも良いし、同じ相でも良い。
<Equilibrium condition for power loss tolerance of two different switch elements>
Calculation of the period t0 and the power loss tolerance P′px when the power loss tolerance P′px of the X-phase upper arm element Spx and the power loss P′ny of the Y-phase lower arm element Sny are in an equilibrium condition Then, it becomes like Formula 12. The X phase and the Y phase are one of the phases U, V, and W. The X phase and the Y phase may be different phases or the same phase.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

またX相の上アーム素子Spxの電力損失許容度P’pxとY相の上アーム素子Spyの電力損失P’pyとが平衡条件となるときの期間t0と電力損失許容度P’pxとを計算すると、式13の様になる。尚、X相は各相U,V,Wのうちの1相であり、Y相はその残りの2相のうちの1相である。   In addition, the period t0 and the power loss tolerance P′px when the power loss tolerance P′px of the X-phase upper arm element Spx and the power loss P′py of the Y-phase upper arm element Spy are in an equilibrium condition are expressed as follows. When calculated, Equation 13 is obtained. The X phase is one of the phases U, V, and W, and the Y phase is one of the remaining two phases.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

またX相の下アーム素子Snxの電力損失許容度P’nxとY相の下アーム素子Snyの電力損失P’nyとが平衡条件となるときの期間t0と電力損失許容度P’nxとを計算すると、式14の様になる。尚、X相は各相U,V,Wのうちの1相であり、Y相はその残りの2相のうちの1相である。   In addition, the period t0 and the power loss tolerance P′nx when the power loss tolerance P′nx of the lower arm element Snx of the X phase and the power loss P′ny of the lower arm element Sny of the Y phase are in an equilibrium condition are obtained. When calculated, Equation 14 is obtained. The X phase is one of the phases U, V, and W, and the Y phase is one of the remaining two phases.

Figure 2011045214
Figure 2011045214

<オンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整方法>
このオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整方法では、オンオフパターンP1において、期間t0が、各期間t0,t7の和tz(=t0+t7)が一定に保たれた状態で、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものが最も小さくなる様な期間t0(このt0をtaと呼ぶ)に調整される。換言すれば、オンオフパターンP1の期間t0が、0≦ta≦tzを満たすtaに調整される。例えば図5では、オンオフパターンP1の期間t0は点Aでのtaに調整される。以下、図6に基づき詳説する。
<Adjustment method of ratio of each period t0, t7 of on-off pattern P1>
In the method for adjusting the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1, in the on / off pattern P1, each switch element is maintained in a state where the period t0 is the sum tz (= t0 + t7) of the periods t0 and t7. Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw power loss tolerance P'pu, P'nu, P'pv, P'nv, P'pw, P'nw so that the largest one is the smallest Period t0 (this t0 is called ta). In other words, the period t0 of the on / off pattern P1 is adjusted to ta that satisfies 0 ≦ ta ≦ tz. For example, in FIG. 5, the period t0 of the on / off pattern P1 is adjusted to ta at the point A. Hereinafter, a detailed description will be given based on FIG.

まずステップS1で、t0=0における全ての上アーム素子Spu,Spv,Spwの電力損失許容度P’pu,P’pv,P’pwのうちの最大のものを与える相Xが、各相U,V,Wの中から特定される。図5では、t0=0では電力損失許容度P’puが最大であるので、X相=U相となる。同様にt0=tzにおける全ての下アーム素子Snu,Snv,Snwの電力損失許容度P’nu,P’nv,P’nwのうちの最大のものを与える相Yが、各相U,V,Wの中から特定される。図5では、t0=tzでは電力損失許容度P’nvが最大であるので、Y相=V相となる。   First, in step S1, a phase X that gives the maximum power loss tolerance P′pu, P′pv, P′pw of all upper arm elements Spu, Spv, Spw at t0 = 0 is obtained for each phase U , V, W. In FIG. 5, since the power loss tolerance P′pu is the maximum at t0 = 0, X phase = U phase. Similarly, the phase Y that gives the maximum one of the power loss tolerances P′nu, P′nv, P′nw of all the lower arm elements Snu, Snv, Snw at t0 = tz is the respective phase U, V, It is specified from W. In FIG. 5, since the power loss tolerance P′nv is maximum at t0 = tz, Y phase = V phase.

そしてステップS2で、ステップS1で求めた各相X,Yに対し、式12に基づき、X相上アーム素子Spxの電力損失許容度P’pxとY相下アーム素子Snyの電力損失許容度P’nyとが平衡状態になるときの期間t0(このt0をtbと呼ぶ)および電力損失許容度P’px(=P’ny、この’pxをP’bと呼ぶ)が求められる。図5では、点Bでの電力損失許容度P’および期間t0がそれぞれP’bおよびtbである。   In step S2, the power loss tolerance P′px of the X-phase upper arm element Spx and the power loss tolerance P of the Y-phase lower arm element Sny are obtained based on Expression 12 for each phase X and Y obtained in step S1. A period t0 (this t0 is called tb) and a power loss tolerance P'px (= P'ny, this 'px is called P'b) when' ny is in an equilibrium state are obtained. In FIG. 5, the power loss tolerance P ′ and the period t0 at the point B are P′b and tb, respectively.

そしてステップS3で、ステップS2で求められたtbが0≦tb≦tzを満たすか否かが判定される。その判定の結果、tbが0≦tb≦tzを満たす場合は、処理がステップS4に進められ、他方、tbが0≦tb≦tzを満たさない場合(即ちtb<0またはtb>tzを満たす場合)は、処理がステップS7に進められる。図5では、tbが0≦tb≦tzを満たすので、処理がステップS4に進められる。   In step S3, it is determined whether or not tb obtained in step S2 satisfies 0 ≦ tb ≦ tz. As a result of the determination, when tb satisfies 0 ≦ tb ≦ tz, the process proceeds to step S4. On the other hand, when tb does not satisfy 0 ≦ tb ≦ tz (that is, when tb <0 or tb> tz is satisfied). ), The process proceeds to step S7. In FIG. 5, since tb satisfies 0 ≦ tb ≦ tz, the process proceeds to step S4.

ステップS7では、t0=0でのX相上アーム素子Spxの電力損失許容度P’pxとt0=tzでのY相下アーム素子Snyの電力損失許容度P’nyとのうちの小さい方のt0がtaであると決定される。例えば図7の場合は、t0=0でのP’pu(=P’px)よりもt0=tzでのP’nv(=P’ny)の方が小さいので、ta=tzであると決定される。そしてオンオフパターンP1の期間t0がta(=tz)に調整される(即ち、各区間t0,t7の和tzが一定に保たれた状態で各期間t0,t7の比がt0:t7=ta:tz−taに調整される)。この様にしてオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比が調整される。   In step S7, the smaller one of the power loss tolerance P′px of the X-phase upper arm element Spx at t0 = 0 and the power loss tolerance P′ny of the Y-phase lower arm element Sny at t0 = tz. It is determined that t0 is ta. For example, in the case of FIG. 7, it is determined that ta = tz because P′nv (= P′ny) at t0 = tz is smaller than P′pu (= P′px) at t0 = 0. Is done. Then, the period t0 of the on / off pattern P1 is adjusted to ta (= tz) (that is, the ratio of the periods t0 and t7 is t0: t7 = ta: with the sum tz of the sections t0 and t7 kept constant). adjusted to tz-ta). In this manner, the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 is adjusted.

尚、図8は、t0=0およびt0=tzでの各上アーム素子Spu,Spv,Spwおよび各下アーム素子の電力損失P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwの一覧表である。   FIG. 8 shows the power loss P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P ′ of each upper arm element Spu, Spv, Spw and each lower arm element at t0 = 0 and t0 = tz. It is a list of pw and P'nw.

他方、ステップS4では、t0=tbでの全ての電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwが計算され、それらの中の最大のもの(これをP’mと呼ぶ)が特定される。図5では、t0=tbでのP’nwがP’mとなる。そして処理がステップS5に進められる。   On the other hand, in step S4, all power loss tolerances P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P′nw at t0 = tb are calculated, and the maximum of them is calculated. A thing (this is called P'm) is specified. In FIG. 5, P′nw at t0 = tb is P′m. Then, the process proceeds to step S5.

ステップS5では、ステップS2で求められたP’bおよびステップS4で特定されたP’mに対し、P’m=P’bが成立するか否かが判定される。その判定の結果、P’m=P’bが成立する場合は、ステップS8で、ステップS2で求められたtbはtaであると決定され、オンオフパターンP1の期間t0がtaに調整される(即ち、各区間t0,t7の和tzが一定に保たれた状態で各期間t0,t7の比がt0:t7=ta:tz−taに調整される)。この様にしてオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比が調整される。他方、その判定の結果、P’m=P’bが成立しない場合は、tbはtaでないと決定され、処理がステップS6に進められる。図5では、P’m=P’bが成立しないので、処理がステップS6に進められる。   In step S5, it is determined whether P′m = P′b is satisfied with respect to P′b obtained in step S2 and P′m specified in step S4. If P′m = P′b is satisfied as a result of the determination, in step S8, tb obtained in step S2 is determined to be ta, and the period t0 of the on / off pattern P1 is adjusted to ta ( That is, the ratio of the periods t0 and t7 is adjusted to t0: t7 = ta: tz−ta while the sum tz of the sections t0 and t7 is kept constant. In this manner, the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 is adjusted. On the other hand, if P′m = P′b does not hold as a result of the determination, it is determined that tb is not ta, and the process proceeds to step S6. In FIG. 5, since P′m = P′b is not established, the process proceeds to step S6.

ステップS6では、ステップS4で特定されたP’mが、各上アーム素子Spu,Spv,Spwの電力損失許容度P’pu,P’pv,P’pwの何れかであるかそれとも各下アーム素子Snu,Snv,Snwの電力損失許容度P’nu,P’nv,P’nwの何れかであるかが判定される。その判定の結果、P’mが各上アーム素子Spu,Spv,Spwの電圧損失許容度P’pu,P’pv,P’pwの何れかである場合は、P’mに対応する相がX相に設定される。他方、P’mが各下アーム素子Snu,Snv,Snwの電力損失許容度P’nu,P’nv,P’nwの何れかである場合は、P’mに対応する相がY相に設定される。図5では、P’mは下アーム素子Snvの電力損失許容度P’nvであるので、P’mに対応するV相がY相に設定される。そして処理がステップS2に戻される。この様にしてオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比が調整される。   In step S6, P′m specified in step S4 is one of the power loss tolerances P′pu, P′pv, P′pw of each upper arm element Spu, Spv, Spw, or each lower arm. It is determined whether any of the power loss tolerances P′nu, P′nv, P′nw of the elements Snu, Snv, Snw. As a result of the determination, if P′m is one of the voltage loss tolerances P′pu, P′pv, P′pw of each upper arm element Spu, Spv, Spw, the phase corresponding to P′m Set to X phase. On the other hand, when P′m is one of the power loss tolerances P′nu, P′nv, P′nw of each lower arm element Snu, Snv, Snw, the phase corresponding to P′m is the Y phase. Is set. In FIG. 5, since P′m is the power loss tolerance P′nv of the lower arm element Snv, the V phase corresponding to P′m is set to the Y phase. Then, the process returns to step S2. In this manner, the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 is adjusted.

尚、オンオフパターンP1は、0<ta<tzの場合は、3相負荷10を3相変調させるオンオフパターンとなり、ta=0またはtzの場合は、3相負荷10を2相変調させるオンオフパターンとなる。   The on / off pattern P1 is an on / off pattern for three-phase modulation of the three-phase load 10 when 0 <ta <tz, and an on / off pattern for two-phase modulation of the three-phase load 10 when ta = 0 or tz. Become.

尚、制御回路16は、一定周期T毎にステップS1〜S8の処理を行うことで、一定周期T毎に、オンオフパターンP1を生成すると共に各期間t0,t7の比を調整する。これにより一定周期T毎に各期間t0,t7の比が更新される。   In addition, the control circuit 16 generates the on / off pattern P1 and adjusts the ratio of each period t0 and t7 for every fixed period T by performing the process of steps S1-S8 for every fixed period T. Thereby, the ratio of each period t0, t7 is updated for every fixed period T.

制御信号生成部16hは、ゼロ電圧ベクトル調整部16gにより調整されたオンオフパターンP1に基づき、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwのオンオフ動作を制御する制御信号を生成して、それら各スイッチ素子の制御電極Gに印加する。これにより、それら各スイッチ素子は、オンオフパターンP1に従ってオンオフ動作され、その結果、それら各スイッチ素子の電力損失許容量度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものが最も小さくなる様に、3相負荷10が回転速度ωで回転駆動される。   Based on the on / off pattern P1 adjusted by the zero voltage vector adjustment unit 16g, the control signal generation unit 16h generates a control signal for controlling the on / off operation of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw, The voltage is applied to the control electrode G of each switch element. As a result, the switch elements are turned on / off according to the on / off pattern P1, and as a result, the power loss tolerances P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P of the respective switch elements. The three-phase load 10 is rotationally driven at the rotational speed ω so that the largest one of 'nw becomes the smallest.

このインバータ装置1では、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwを構成する各デバイスの種類に、デバイス構造は異なる(即ち電力損失は異なる)が電力損失許容量は同じである2種類のデバイスDV1,DV2が混在する場合は、ゼロ電圧ベクトル調整部16gによるオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整により、それら2種類のデバイスDV1,DV2のうちの電力損失の小さい方のオン期間が長くなる様に(即ちデバイスDV1,DV2の発熱量(=デバイス温度)が均衡する様に)調整される。例えば各デバイスDV1,DV2がそれぞれ図10の様な電圧V−電流Iの特性を有する場合は、電流Iが点Cでの電流Icよりも小さい範囲Q1では、デバイスDV1の方がデバイスDV2よりも電力損失が小さくなるので、デバイスDV1のオン期間が長くなる様に調整される。他方、電流Iが電流Icよりも大きい範囲Q2では、デバイスDV2の方がデバイスDV1よりも電力損失が小さくなるので、デバイスDV2のオン期間が長くなる様に調整される。尚、点Cは、各デバイスDV1,DV2の当該特性の平衡点である。   In this inverter device 1, the device structure is different (that is, the power loss is different) according to the type of each device constituting each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw, but the power loss allowable amount is the same 2 When the types of devices DV1 and DV2 are mixed, by adjusting the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 by the zero voltage vector adjustment unit 16g, the smaller of the two types of devices DV1 and DV2 Is adjusted so that the ON period of the device becomes longer (that is, the heat generation amount (= device temperature) of the devices DV1 and DV2 is balanced). For example, when the devices DV1 and DV2 have the characteristics of voltage V-current I as shown in FIG. 10, in the range Q1 where the current I is smaller than the current Ic at the point C, the device DV1 is more than the device DV2. Since the power loss is reduced, the device DV1 is adjusted to have a longer on-period. On the other hand, in the range Q2 where the current I is larger than the current Ic, the device DV2 has a power loss smaller than that of the device DV1, so that the ON period of the device DV2 is adjusted to be longer. The point C is an equilibrium point of the characteristics of the devices DV1 and DV2.

また各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwを構成する各デバイスの種類に、電力損失は同じであるがデバイス材質は異なる(即ち許容温度は異なる)2種類のデバイスDV1,DV2が混在する場合は、ゼロ電圧ベクトル調整部16gによるオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整により、それら2種類のデバイスDV1,DV2のうち、許容温度の大きい方のオン期間が長くなる様に調整される。例えばデバイスDV1のデバイス材料がSiで、デバイスDV2のデバイス材料がSiCである場合は、SiCの方が許容温度が大きいので、デバイスDV2のオン期間が長くなる調整される。   In addition, there are two types of devices DV1 and DV2 that have the same power loss but different device materials (that is, different allowable temperatures) for each type of device constituting each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw. In the case of coexistence, by adjusting the ratio of the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 by the zero voltage vector adjustment unit 16g, the on period with the larger allowable temperature of the two types of devices DV1 and DV2 becomes longer. Adjusted to For example, when the device material of the device DV1 is Si and the device material of the device DV2 is SiC, since SiC has a higher allowable temperature, the ON period of the device DV2 is adjusted to be longer.

また各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwを構成する各デバイスの種類に、温度特性の異なる2種類のデバイスDV1,DV2が混在する場合は、ゼロ電圧ベクトル調整部16gによるオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整により、その調整時の温度に応じて、それら2種類のデバイスDV3,DV4のうちの電力損失が小さい方のオン期間が長くなる様に調整される。尚この場合は、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの瞬時電力fpu_t(Iu),fpu_d(Iu),fnu_t(Iu),fnu_d(Iu),fpv_t(Iv),fpv_d(Iv),fnv_t(Iv),fnv_d(Iv),fpw_t(Iw),fpw_d(Iw),fnw_t(Iw),fnw_d(Iw)は、そのスイッチ素子のデバイス温度を考慮して計算される必要がある。例えば図11の様に各デバイスDV3,DV4のデバイス温度K−オン抵抗Ronの特性を有する場合は、温度Kが点Dでの温度Kdよりも低い範囲Q3では、デバイスDV4の方がデバイスDV3よりもオン抵抗Ronが小さい(即ち電力損失が小さい)ので、デバイスDV4のオン期間が長くなる様に調整される。他方、温度Kが温度Kdよりも高い範囲Q4では、デバイスDV3の方がデバイスDV4よりもオン抵抗Rが小さい(即ち電力損失が小さい)ので、デバイスDV3のオン期間が長くなる調整される。尚、点Dは、各デバイスDV1,DV2の当該特性の平衡点である。   In addition, when two types of devices DV1 and DV2 having different temperature characteristics are mixed in the types of devices constituting each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw, an on / off pattern by the zero voltage vector adjustment unit 16g By adjusting the ratio of the periods t0 and t7 of P1, the ON period with the smaller power loss of the two types of devices DV3 and DV4 is adjusted to be longer according to the temperature at the time of adjustment. In this case, the instantaneous powers fpu_t (Iu), fpu_d (Iu), fnu_t (Iu), fnu_d (Iu), fpv_t (Iv), fpv_d (Iv) of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw. ), Fnv_t (Iv), fnv_d (Iv), fpw_t (Iw), fpw_d (Iw), fnw_t (Iw), and fnw_d (Iw) need to be calculated in consideration of the device temperature of the switch element. For example, as shown in FIG. 11, when the devices DV3 and DV4 have the characteristics of device temperature K-on resistance Ron, in the range Q3 where the temperature K is lower than the temperature Kd at the point D, the device DV4 is more than the device DV3. Since the on-resistance Ron is small (that is, the power loss is small), the on-period of the device DV4 is adjusted to be long. On the other hand, in the range Q4 where the temperature K is higher than the temperature Kd, since the device DV3 has a smaller on-resistance R than the device DV4 (that is, the power loss is small), the on-period of the device DV3 is adjusted to be longer. The point D is an equilibrium point of the characteristics of the devices DV1 and DV2.

以上の様に構成されたインバータ装置1によれば、電力損失許容度の大きいスイッチ素子での電力損失を低減でき、スイッチ素子が熱破壊する事を防止できる。これにより、各スイッチ素子の電力損失許容量を増大させる事無く、各スイッチ素子の熱破壊を防止できる。   According to the inverter device 1 configured as described above, power loss in a switch element having a large power loss tolerance can be reduced, and the switch element can be prevented from being thermally destroyed. Thereby, thermal destruction of each switch element can be prevented without increasing the power loss tolerance of each switch element.

また一定周期Tにおいて、各相U,V,Wの各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’pv,P’pw,P’nu,P’nv,P’nwのうちの最大のものが最も小さくなる様に、各期間t0,t7の和tzを一定に保って各期間t0,t7の比を調整するので、負荷10の制御に影響を与えること無く、各スイッチ素子の熱破壊を防止できる。   Further, in a certain period T, the power loss tolerances P′pu, P′pv, P′pw, P′nu, P of each switching element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw of each phase U, V, W The ratio of the periods t0 and t7 is adjusted while keeping the sum tz of the periods t0 and t7 constant so that the largest one of 'nv and P'nw becomes the smallest. The thermal destruction of each switch element can be prevented without giving

また上述のオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整方法を使用するので、簡単な手法で、各相U,V,Wの中の各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものが最も小さくなる様に各期間t0,t7の比を求める事ができる。   Further, since the above-described method for adjusting the ratio of the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 is used, the switching elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, The ratio of each period t0, t7 is calculated so that the maximum one of Snw power loss tolerances P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P′nw is minimized. I can do things.

またステップS1→S2→S3→S7の流れでオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整が行われる場合は、tbが0≦tb≦tzを満たさない場合(即ちtb<0またはtb>tzを満たす場合)において、簡単な手法で、各相U,V,Wの各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものが最も小さくなる様に各期間t0,t7の比を求める事ができる。   When the ratio of the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 is adjusted in the flow of steps S1, S2, S3, and S7, when tb does not satisfy 0 ≦ tb ≦ tz (that is, tb <0 or tb> In the case of satisfying tz), the power loss tolerances P′pu, P′nu, P′pv of the switching elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw of the respective phases U, V, W are obtained by a simple method. , P′nv, P′pw, P′nw, the ratio between the periods t0 and t7 can be obtained so that the largest one becomes the smallest.

またステップS5でP’m=P’bの場合は、ステップS6でX相またはY相が変更されるので、各相U,V,Wの各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものを適切に特定できる。   If P′m = P′b in step S5, the X phase or the Y phase is changed in step S6, so that the switching elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, It is possible to appropriately specify the maximum one of the Snw power loss tolerances P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, and P′nw.

<第2実施形態>
この実施形態は、第1実施形態のオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整方法の変形例である。この実施形態に係るインバータ回路1Bは、図9の様に、第1実施形態において、各相U,V,Wに流れる電流Iu,Iv,Iwを検出する電流検出センサ17u,17v,17wを更に備えたものである。尚、この実施形態の各構成要素のうち、第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
Second Embodiment
This embodiment is a modification of the method for adjusting the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 of the first embodiment. As shown in FIG. 9, the inverter circuit 1B according to this embodiment further includes current detection sensors 17u, 17v, and 17w that detect currents Iu, Iv, and Iw flowing through the phases U, V, and W in the first embodiment. It is provided. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment among each component of this embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

この実施形態のゼロ電圧ベクトル調整部16gBは、図12に従って、オンオフパターンP1の各期間t0,t7の比を調整する。   The zero voltage vector adjustment unit 16gB of this embodiment adjusts the ratio of the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 according to FIG.

ステップU1で、例えば一定周期Tの開始時に、ゼロ電圧ベクトル調整部16gBにより、各電流検出センサ17u,17v,17wの検出結果に基づき、各相U,V,Wの中から、それら各相に流れる電流Iu,Iv,Iwのうちの電流絶対値の最大のものが流れる相(それをX相とする)が特定される。   In step U1, for example, at the start of a fixed period T, the zero voltage vector adjustment unit 16gB applies each of the phases U, V, and W to each phase based on the detection results of the current detection sensors 17u, 17v, and 17w. The phase in which the maximum current absolute value among the flowing currents Iu, Iv, and Iw flows (referred to as X phase) is specified.

そしてステップU2で、ゼロ電圧ベクトル調整部16gBにより、その特定されたX相の上アーム素子Spxと下アーム素子Snxの各々の電力損失許容度P’px,P’nxが平衡状態になる様な期間t0(このt0をtbと呼ぶ)が求められる。   In step U2, the zero voltage vector adjuster 16gB causes the power loss tolerances P′px and P′nx of the identified upper-phase element Spx and lower-arm element Snx of the specified X phase to be in an equilibrium state. A period t0 (this t0 is called tb) is obtained.

そしてステップU3で、ゼロ電圧ベクトル調整部16gBにより、その求められたtbが0≦tb≦tzを満たすか否かが判定される。その判定の結果、tbが0≦tb≦tzを満たす場合は、ステップU4で、ゼロ電圧ベクトル調整部16gBにより、tbがta(即ち各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものが最も小さくなる様な期間t0)であると決定される。そしてゼロ電圧ベクトル調整部16gBにより、オンオフパターンP1の期間t0がそのtaに調整される(即ち、各区間t0,t7の和tzが一定に保たれた状態で各期間t0,t7の比がt0:t7=ta:tz−taに調整される)。   In step U3, the zero voltage vector adjustment unit 16gB determines whether or not the obtained tb satisfies 0 ≦ tb ≦ tz. If tb satisfies 0 ≦ tb ≦ tz as a result of the determination, in step U4, tb is set to ta (ie, power of each switch element Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw) by the zero voltage vector adjustment unit 16gB. It is determined that the loss tolerance P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P′nw is a period t0) in which the maximum one is the smallest. Then, the period t0 of the on / off pattern P1 is adjusted to the ta by the zero voltage vector adjustment unit 16gB (that is, the ratio of the periods t0 and t7 is t0 while the sum tz of the sections t0 and t7 is kept constant). : T7 = ta: adjusted to tz-ta).

他方、ステップU3での判定の結果、tbが0≦tb≦tzを満たさない場合(即ちtb<0またはtb>tzを満たす場合)は、ステップU5で、ゼロ電圧ベクトル調整部16gBにより、t0=0でのP’pxとt0=tzでのP’nxとのうちの小さい方のt0がtaであると決定される。そしてゼロ電圧ベクトル調整部16gBにより、オンオフパターンP1の期間t0がtaに調整される。   On the other hand, if tb does not satisfy 0 ≦ tb ≦ tz as a result of the determination in step U3 (that is, if tb <0 or tb> tz is satisfied), in step U5, the zero voltage vector adjustment unit 16gB causes t0 = The smaller t0 of P'px at 0 and P'nx at t0 = tz is determined to be ta. Then, the period t0 of the on / off pattern P1 is adjusted to ta by the zero voltage vector adjustment unit 16gB.

以上の様に構成されたインバータ装置1Bによれば、各相U,V,Wに流れる電流のうちの電流絶対値の最大のものが流れる相Xのみに着目するので、第1実施形態の場合と比べて計算量の少ない手法で、各相U,V,Wの各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものが小さくなる様に各期間t0,t7の比を求める事ができる。   According to the inverter device 1B configured as described above, since only the phase X in which the maximum current absolute value among the currents flowing in the phases U, V, and W flows is focused, the case of the first embodiment As compared with the above, the power loss tolerances P′pu, P′nu, P′pv, P of the switching elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw of the respective phases U, V, W are obtained by a method having a small calculation amount. The ratio of each period t0, t7 can be obtained so that the maximum of 'nv, P'pw, P'nw becomes smaller.

またステップU1→U2→U3→U5の流れでオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比が調整される場合は、tbが0≦tb≦tzを満たさない場合(即ちtb<0またはtb>tzを満たす場合)において、計算量の少ない手法で、各相U,V,Wの各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものが小さくなる様に各期間t0,t7の比を求める事ができる。   When the ratio between the periods t0 and t7 of the on / off pattern P1 is adjusted in the flow of steps U1 → U2 → U3 → U5, tb does not satisfy 0 ≦ tb ≦ tz (that is, tb <0 or tb> tz). In a case where the power loss tolerance P′pu, P′nu, P ′ of the switching elements Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw of each phase U, V, W The ratio between the periods t0 and t7 can be obtained so that the maximum of pv, P′nv, P′pw, and P′nw becomes smaller.

1,1B インバータ装置
10 3相負荷
11u,11v,11w 各相U,V,Wの電極
12 直流電源
12a 交流電源
12b 平滑回路
14 インバータ回路
16 制御回路
17u,17v,17w 電流検出センサ
Hu,Hv,Hw 位置検出センサ
Iu,Iv,Iw 各相U,V,Wに流れる電流
I* 電流指令値
P1 オンオフパターン
P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nw 電力損失許容度
Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snw スイッチ素子
t0〜t7,ti,tj V0〜V7,Vi,Vjの実施期間
U,V,W 3相負荷の各相
Vu*,Vv*,Vw* 電圧指令値
V* 電圧指令ベクトル
V0〜V7 電圧ベクトル
ω 回転速度
ω* 回転速度指令値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1B Inverter apparatus 10 Three-phase load 11u, 11v, 11w Electrode of each phase U, V, W 12 DC power supply 12a AC power supply 12b Smoothing circuit 14 Inverter circuit 16 Control circuit 17u, 17v, 17w Current detection sensor Hu, Hv, Hw Position detection sensor Iu, Iv, Iw Current flowing in each phase U, V, W
I * Current command value P1 ON / OFF pattern P'pu, P'nu, P'pv, P'nv, P'pw, P'nw Power loss tolerance Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw Switch element t0 t7, ti, tj Implementation period of V0 to V7, Vi, Vj U, V, W Each phase of 3-phase load Vu *, Vv *, Vw * Voltage command value V * Voltage command vector V0 to V7 Voltage vector ω Rotational speed ω * rotational speed command value

Claims (11)

負荷(10)を駆動制御するインバータ装置であって、
所定の直流電源(12)の電力を所定の出力方式の電力に変換して前記負荷に供給する複数のスイッチ素子(Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snw)を有するインバータ回路(14)と、
前記複数のスイッチ素子をオンオフ制御して前記負荷を駆動制御する制御回路(16)と、
を備え、
前記各スイッチ素子における一定周期(T)の電力損失(Ppu,Ppv,Ppw,Pnu,Pnv,Pnw)と、そのスイッチ素子の電力損失許容量に反比例する補正係数(kpu,kpv,kpw,knu,knv,knw)の積を電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw,P’nu,P’nv,P’nw)とし、
前記制御回路(16)は、前記一定周期において、前記各スイッチ素子の前記電力損失許容度のうちの最大のものが最も小さくなる様に、前記各スイッチ素子をオンオフ制御することを特徴とするインバータ装置。
An inverter device for driving and controlling a load (10),
An inverter circuit (14) having a plurality of switch elements (Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw) for converting electric power of a predetermined DC power source (12) into electric power of a predetermined output system and supplying the electric power to the load; ,
A control circuit (16) for driving and controlling the load by controlling on / off of the plurality of switch elements;
With
The power loss (Ppu, Ppv, Ppw, Pnu, Pnv, Pnw) in each switching element (T), and the correction coefficient (kpu, kpv, kpw, knu, inversely proportional to the power loss tolerance of the switching element) knv, knw) is a power loss tolerance (P′pu, P′pv, P′pw, P′nu, P′nv, P′nw),
The inverter characterized in that the control circuit (16) performs on / off control of each switch element so that a maximum one of the power loss tolerances of the switch elements becomes the smallest in the fixed period. apparatus.
請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記インバータ回路(14)は、前記負荷の各相(U,V,W)毎に前記所定の直流電源(12)に対して互いに直列接続された2個の前記スイッチ素子(Spu,Snu;Spv,Snv;Spw,Snw)を有し、前記各相毎の前記各スイッチ素子の間の電圧をそれぞれ前記各相に印加し、
前記2個のスイッチ素子のうち、前記所定の直流電源の陽極側に接続されたもの(Spu,Spv,Spw)を上アーム素子とし、前記所定の直流電源の陰極側に接続されたもの(Snu,Snv,Snw)を下アーム素子とし、
前記制御回路(16)は、前記一定周期において、前記各相の前記各スイッチ素子の前記電力損失許容度のうちの最大のものが最も小さくなる様に、前記各相の全ての前記下アーム素子のみがオンになる第1期間(t0)と、前記各相の全ての前記上アーム素子のみがオンになる第2期間(t7)との和(tz)を一定に保って前記第1期間と前記第2期間との比を調整することを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to claim 1,
The inverter circuit (14) includes two switch elements (Spu, Snu; Spv) connected in series to the predetermined DC power source (12) for each phase (U, V, W) of the load. , Snv; Spw, Snw), and a voltage between the switch elements for each phase is applied to each phase,
Of the two switch elements, an element connected to the anode side of the predetermined DC power source (Spu, Spv, Spw) is used as an upper arm element, and an element connected to the cathode side of the predetermined DC power source (Snu) , Snv, Snw) as the lower arm element,
The control circuit (16) includes all the lower arm elements of the respective phases so that the maximum one of the power loss tolerances of the respective switch elements of the respective phases becomes the smallest in the certain period. The first period (t0) in which only the first arm is turned on and the second period (t7) in which only all the upper arm elements of each phase are turned on are kept constant (tz) An inverter device, wherein a ratio with the second period is adjusted.
請求項1または2に記載のインバータ装置であって、
前記各スイッチ素子はそれぞれ、トランジスタ(T)と、前記トランジスタの主電極間に逆方向接続されたダイオード(D)とを有し、
前記補正係数(kpu,kpv,kpw,knu,knv,knw)は、前記トランジスタに関する第1補正係数(kpu_t,kpv_t,kpw_t,knu_t,knv_t,knw_t)と前記ダイオードに関する第2補正係数(kpu_d,kpv_d,kpw_d,knu_d,knv_d,knw_d)とに分けられ、
前記第1補正係数は、前記トランジスタの電力損失(Ppu_t,Ppv_t,Ppw_t,Pnu_t,Pnv_t,Pnw_t)に掛けられ、
前記第2補正係数は、前記ダイオードの電力損失(Ppu_d,Ppv_d,Ppw_d,Pnu_d,Pnv_d,Pnw_d)に掛けられることを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to claim 1 or 2,
Each of the switch elements includes a transistor (T) and a diode (D) connected in a reverse direction between the main electrodes of the transistor,
The correction coefficients (kpu, kpv, kpw, knu, knv, knw) are a first correction coefficient (kpu_t, kpv_t, kpw_t, knu_t, knv_t, knw_t) for the transistor and a second correction coefficient (kpu_d, kpv_d) for the diode. , Kpw_d, knu_d, knv_d, knw_d),
The first correction coefficient is multiplied by the power loss (Ppu_t, Ppv_t, Ppw_t, Pnu_t, Pnv_t, Pnw_t) of the transistor,
The inverter device, wherein the second correction coefficient is multiplied by a power loss (Ppu_d, Ppv_d, Ppw_d, Pnu_d, Pnv_d, Pnw_d) of the diode.
請求項1または2に記載のインバータ装置であって、
前記補正係数は、前記スイッチ素子の電力損失の絶対最大定格の逆数であることを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to claim 1 or 2,
The inverter device, wherein the correction coefficient is a reciprocal of an absolute maximum rating of power loss of the switch element.
請求項3に記載のインバータ装置であって、
前記第1補正係数は、前記トランジスタの電力損失の絶対最大定格の逆数であり、
前記第2補正係数は、前記ダイオードの電力損失の絶対最大定格の逆数であることを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to claim 3,
The first correction factor is the reciprocal of the absolute maximum rating of the power loss of the transistor,
The inverter device, wherein the second correction coefficient is a reciprocal of an absolute maximum rating of power loss of the diode.
請求項2〜5の何れかに記載のインバータ装置であって、
前記制御回路(16)は、
(a)前記第1期間(t0)がゼロである場合の全ての前記上アーム素子(Spu,Spv,Spw)の前記電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw)のうちの最大のものを与える第1の相(X)を前記各相(U,V,W)の中から特定すると共に、前記第1期間(t0)が前記和(tz)に等しい場合の全ての前記下アーム素子(Snu,Snv,Snw)の前記電力損失許容度(P’nu,P’nv,P’nw)のうちの最大のものを与える第2の相(Y)を前記各相の中から特定し(S1)、
(b)前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と前記第2の相(Y)の前記下アーム素子(Sny)の前記電力損失許容度(P’ny)とが平衡状態になるときの前記第1期間(tb)および前記電力損失許容度(P’b)を求め(S2)、
(c)前記第1期間(t0)が前記平衡状態になるときの前記第1期間(tb)に等しい場合の全ての前記スイッチ素子(Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snw)の前記電力損失許許容度(P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nw)の中から最大の電力損失許容度(P’m)を特定し(S3)、
(d)前記平衡状態のときの前記電力損失許容度(P’b)と前記最大の電力損失許容度(P’m)とが等しい場合(S5)において、前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)がゼロ以上で前記和(tz)以下である場合(S3)は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)から求まる前記比に調整する(S8)ことを特徴とするインバータ装置。
An inverter device according to any one of claims 2 to 5,
The control circuit (16)
(A) Of the power loss tolerances (P′pu, P′pv, P′pw) of all the upper arm elements (Spu, Spv, Spw) when the first period (t0) is zero A first phase (X) that gives the largest of all of the phases (U, V, W), and the first period (t0) is equal to the sum (tz) A second phase (Y) that gives the maximum one of the power loss tolerances (P′nu, P′nv, P′nw) of the lower arm elements (Snu, Snv, Snw) Identify from the inside (S1),
(B) The power loss tolerance (P′px) of the upper arm element (Spx) of the first phase (X) and the power of the lower arm element (Sny) of the second phase (Y) Obtaining the first period (tb) and the power loss tolerance (P′b) when the loss tolerance (P′ny) is in an equilibrium state (S2);
(C) The power of all the switch elements (Spu, Snu, Spv, Snv, Spw, Snw) when the first period (t0) is equal to the first period (tb) when the equilibrium state is established The maximum power loss tolerance (P′m) is identified from the loss tolerance (P′pu, P′nu, P′pv, P′nv, P′pw, P′nw) (S3),
(D) When the power loss tolerance (P′b) in the equilibrium state is equal to the maximum power loss tolerance (P′m) (S5), the first in the equilibrium state When the period (tb) is greater than or equal to zero and less than or equal to the sum (tz) (S3), the ratio between the first period (t0) and the second period (t7) is equal to the ratio in the equilibrium state. The inverter device is adjusted to the ratio obtained from the first period (tb) (S8).
請求項6に記載のインバータ装置であって、
前記制御回路(16)は、
(e)前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)がゼロよりも小さいかまたは前記和よりも大きい場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記第1期間(t0)がゼロの場合の前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と、前記第1期間(t0)が前記和(tz)に等しい場合の前記第2の相(Y)の前記下アーム素子(Sny)の前記電力損失許容度(P’ny)とのうちの小さい方の当該第1期間から求まる前記比に調整する(S7)ことを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to claim 6,
The control circuit (16)
(E) When the first period (tb) in the equilibrium state is smaller than zero or larger than the sum, the ratio between the first period (t0) and the second period (t7) The power loss tolerance (P′px) of the upper arm element (Spx) of the first phase (X) when the first period (t0) is zero, and the first period (t0) Is obtained from the smaller first time period of the power loss tolerance (P′ny) of the lower arm element (Sny) of the second phase (Y) in the case where is equal to the sum (tz). The inverter device is adjusted to the ratio (S7).
請求項6に記載のインバータ装置であって、
前記制御回路(16)は、
(f)前記平衡状態のときの前記電力損失許容度(P’b)と前記最大の電力損失許容度(P’m)とが等しくない場合において、前記最大の電力損失許容度(P’m)が前記各上アーム素子(Spu,Spv,Spw)の何れかの前記電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw)である場合は、前記最大の電力損失許容度に対応する相を前記第1の相(X)に設定して、前記(a)以降の処理を行い、他方、前記最大の電力損失許容度(P’m)が前記各下アーム素子(Snu,Snv,Snw)の何れかの前記電力損失許容度(P’nu,P’nv,P’nw)である場合は、前記最大の電力損失許容度に対応する相を前記第2の相(Y)に設定して、前記(b)以降の処理を行う(S6)ことを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to claim 6,
The control circuit (16)
(F) In the case where the power loss tolerance (P′b) in the equilibrium state and the maximum power loss tolerance (P′m) are not equal, the maximum power loss tolerance (P′m) ) Is the power loss tolerance (P′pu, P′pv, P′pw) of any one of the upper arm elements (Spu, Spv, Spw), it corresponds to the maximum power loss tolerance. The phase to be set is set to the first phase (X), and the processing after (a) is performed. On the other hand, the maximum power loss tolerance (P′m) is set to each of the lower arm elements (Snu, Snv). , Snw) if the power loss tolerance (P′nu, P′nv, P′nw) is selected, the phase corresponding to the maximum power loss tolerance is the second phase (Y). The inverter apparatus is characterized in that the processing after (b) is performed (S6).
請求項2〜5の何れかに記載のインバータ装置であって、
前記各相(U,V,W)に流れる各電流(Iu,Iv,Iw)を検出する電流検出センサ(17u,17v,17w)を更に備え、
前記制御回路(16)は、
(a)前記各電流検出センサの検出結果に基づき、前記各相の中から、前記各相に流れる前記電流のうちの電流絶対値の最大のものが流れる第1の相(X)を特定し(U1)、
(b)前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)と前記下アーム素子(Snx)の各々の前記電力損失許容度(P’px,P’nx)が平衡状態になるときの前記第1時間(tb)を求め、
(c)前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)がゼロ以上で前記和(tz)以下である場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)から求まる前記比に調整する(U4)ことを特徴とするインバータ装置。
An inverter device according to any one of claims 2 to 5,
A current detection sensor (17u, 17v, 17w) for detecting each current (Iu, Iv, Iw) flowing in each phase (U, V, W);
The control circuit (16)
(A) Based on the detection result of each current detection sensor, the first phase (X) in which the maximum current absolute value among the currents flowing in each phase flows is identified from among the phases. (U1),
(B) When the power loss tolerance (P′px, P′nx) of each of the upper arm element (Spx) and the lower arm element (Snx) of the first phase (X) is in an equilibrium state The first time (tb) of
(C) When the first time (tb) in the equilibrium state is not less than zero and not more than the sum (tz), the ratio between the first period (t0) and the second period (t7) Is adjusted to the ratio obtained from the first time (tb) in the equilibrium state (U4).
請求項9に記載のインバータ装置であって、
(d)前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)がゼロよりも小さいかまたは前記和(tz)よりも大きい場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記第1期間(t0)がゼロの場合の前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と、前記第1期間(t0)が前記和に等しい場合の前記第1の相の前記下アーム素子(Snx)の前記電力損失許容度(P’nx)とのうちの小さい方の当該第1期間から求まる前記比に調整する(U5)ことを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to claim 9,
(D) When the first time (tb) in the equilibrium state is smaller than zero or larger than the sum (tz), the first period (t0), the second period (t7), The power loss tolerance (P′px) of the upper arm element (Spx) of the first phase (X) when the first period (t0) is zero, and the first period The ratio obtained from the first period of the smaller one of the power loss tolerance (P′nx) of the lower arm element (Snx) of the first phase when (t0) is equal to the sum. An inverter device characterized by adjusting (U5).
請求項2〜10の何れかのインバータ装置であって、
前記制御回路は、
前記一定期間(T)毎に、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)の比を調整することを特徴とするインバータ装置。
The inverter device according to any one of claims 2 to 10,
The control circuit includes:
An inverter device, wherein a ratio between the first period (t0) and the second period (t7) is adjusted every fixed period (T).
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