JP2011259621A - Power circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power circuit capable of attaining low loss and allowing miniaturization.SOLUTION: The power circuit, used for performing mutual conversion between a DC voltage and an AC voltage, comprises: a single-phase-part step-up/down inverter 1 for performing a step-up operation in a part of a plurality of sections segmented in accordance with magnitudes of the DC voltage and the AC voltage and performing a step-up/down operation in the remaining section(s); and a control circuit 2 for controlling the single-phase-part step-up/down inverter 1. The single-phase-part step-up/down inverter 1 includes: four switching elements 10, 12, 14, 16; two AC reactors 20, and 22; and a capacitor 30.

Description

本発明は、直流電圧と交流電圧の双方向の変換を行う電源回路に関する。   The present invention relates to a power supply circuit that performs bidirectional conversion between a DC voltage and an AC voltage.

従来から、昇降圧チョッパと単相インバータとを組み合わせて直流電圧と交流電圧との間の変換を行う電源回路が知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。図14は、従来の電源回路の構成を示す図である。図14に示す電源回路は、昇降圧チョッパ100と単相インバータ110とを備える。昇降圧チョッパ100は、DCリアクトル101とスイッチング素子102、103と平滑用コンデンサ104、105とを含んで構成されている。単相インバータ110は、スイッチング素子111、112、113、114と平滑用コンデンサ105とを含んで構成されている。また、単相インバータ110には、ACリアクトル115、116と平滑用コンデンサ117が接続されている。直流電圧Edcから交流電圧eacへの変換は、図15に示すように、昇降圧チョッパ100で直流電圧Edcを交流電圧eacのピーク値よりも高い電圧Vdcに一旦昇圧した後、単相インバータ110でこの電圧Vdcを交流電圧eacに変換する。 Conventionally, a power supply circuit that performs conversion between a DC voltage and an AC voltage by combining a buck-boost chopper and a single-phase inverter is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a conventional power supply circuit. The power supply circuit shown in FIG. 14 includes a step-up / step-down chopper 100 and a single-phase inverter 110. The step-up / down chopper 100 includes a DC reactor 101, switching elements 102 and 103, and smoothing capacitors 104 and 105. The single-phase inverter 110 includes switching elements 111, 112, 113, 114 and a smoothing capacitor 105. In addition, AC reactors 115 and 116 and a smoothing capacitor 117 are connected to the single-phase inverter 110. As shown in FIG. 15, the conversion from the DC voltage E dc to the AC voltage e ac is performed by once boosting the DC voltage E dc to a voltage V dc higher than the peak value of the AC voltage e ac by the step-up / down chopper 100. The single-phase inverter 110 converts this voltage V dc into an alternating voltage e ac .

特開2008−79439号公報JP 2008-79439 A 特開2006−158100号公報JP 2006-158100 A

ところで、図14に示す従来の電源回路では、直流電圧Edcを一旦これより高い電圧Vdcに変換しているため、この昇圧に伴う損失が大きいという問題があった。また、昇降圧チョッパ100と単相インバータ110という2つの回路が必要であり、しかも、昇降圧チョッパ100にはDCリアクトル101が含まれるため、装置の小型化が難しいという問題があった。 Incidentally, in the conventional power supply circuit shown in FIG. 14, the DC voltage E dc is once converted to a higher voltage V dc , so that there is a problem that the loss accompanying this boosting is large. In addition, two circuits of the step-up / step-down chopper 100 and the single-phase inverter 110 are required, and the step-up / step-down chopper 100 includes the DC reactor 101, so that there is a problem that it is difficult to reduce the size of the apparatus.

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、低損失で小型化が可能な電源回路を提供することにある。   The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a power supply circuit that can be reduced in size with low loss.

上述した課題を解決するために、本発明の電源回路は、直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行う電源回路であって、直流電圧と交流電圧の絶対値の比較における大小関係に対応して区分される電圧波形の複数の区間の中の、交流電圧が直流電圧より高い区間において直流電圧を交流電圧に昇圧する動作あるいは交流電圧を直流電圧に降圧する動作を行い、残りの区間において直流電圧を交流電圧に降圧する動作あるいは交流電圧を直流電圧に昇圧する動作を行う昇降圧インバータと、昇降圧インバータの制御を行う制御回路とを備えている。また、昇降圧インバータは、直流電圧が入出力される2つの直流端子と、交流電圧が入出力される2つの交流端子を有しており、一方の直流端子と2つの交流端子のそれぞれとの間に、第1のスイッチング素子とリアクトルの直列回路が接続され、他方の直流端子と2つの交流端子のそれぞれとの間に、第2のスイッチング素子が接続され、2つの交流端子の間にコンデンサが接続されている。   In order to solve the above-described problems, a power supply circuit according to the present invention is a power supply circuit that performs mutual conversion between a DC voltage and an AC voltage, and has a magnitude relationship in the comparison of the absolute values of the DC voltage and the AC voltage. Among the sections of the voltage waveform that are categorized correspondingly, perform the operation to boost the DC voltage to AC voltage or the operation to step down the AC voltage to DC voltage in the section where the AC voltage is higher than the DC voltage, and the remaining section Includes a step-up / step-down inverter that performs an operation of stepping down a DC voltage to an AC voltage or an step-up operation of an AC voltage to a DC voltage, and a control circuit that controls the step-up / step-down inverter. The step-up / step-down inverter has two DC terminals for inputting / outputting a DC voltage and two AC terminals for inputting / outputting an AC voltage, and one DC terminal and two AC terminals are connected to each other. A series circuit of a first switching element and a reactor is connected between them, a second switching element is connected between the other DC terminal and each of the two AC terminals, and a capacitor is connected between the two AC terminals. Is connected.

交流電圧のピーク値よりも高い直流電圧に一旦昇圧する必要がないため、変換時の損失を低減することができる。また、DCリアクトルが含まれない昇降圧インバータのみで直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行っているため、装置の小型化が可能となる。   Since it is not necessary to once boost the voltage to a DC voltage that is higher than the peak value of the AC voltage, loss during conversion can be reduced. Further, since the mutual conversion between the DC voltage and the AC voltage is performed only by the step-up / step-down inverter that does not include the DC reactor, the apparatus can be downsized.

また、上述した制御回路は、直流電圧よりも交流電圧の方が高いときに、一方の直列回路に含まれる第1のスイッチング素子をオンし、他方の直列回路に含まれる第1のスイッチング素子をオフした状態で、他の2つの第2のスイッチング素子を交互にオンオフ制御することにより、昇降圧インバータに、直流電圧を交流電圧に昇圧する動作あるいは交流電圧を直流電圧に降圧する動作を行わせている。また、上述した制御回路は、直流電圧よりも交流電圧の方が低いときに、一方の直列回路に含まれる第1のスイッチング素子をオンし、一方の第2のスイッチング素子をオフした状態で、他方の直列回路に含まれる第1のスイッチング素子と他方の第2のスイッチング素子とを交互にオンオフ制御することにより、昇降圧インバータに、直流電圧を交流電圧に降圧する動作あるいは交流電圧を直流電圧に昇圧する動作を行わせている。このように、オンオフ制御(PWM制御)するスイッチング素子を切り替えることにより、昇圧動作と降圧動作を1つの昇降圧インバータで行うことができる。   The control circuit described above turns on the first switching element included in one series circuit and the first switching element included in the other series circuit when the AC voltage is higher than the DC voltage. In the off state, the other two second switching elements are alternately turned on / off to cause the step-up / step-down inverter to perform an operation for increasing the DC voltage to an AC voltage or an operation for decreasing the AC voltage to a DC voltage. ing. Further, when the AC voltage is lower than the DC voltage, the control circuit described above turns on the first switching element included in one series circuit and turns off the second switching element. By alternately turning on and off the first switching element and the second switching element included in the other series circuit, the step-up / step-down inverter is operated to step down the DC voltage to the AC voltage or the AC voltage is converted to the DC voltage. The operation of boosting is performed. As described above, by switching the switching element to be turned on / off (PWM control), the step-up / step-down operation can be performed by one step-up / step-down inverter.

また、上述した制御回路は、デューティ比が変更可能なPWM信号を生成するPWM信号生成部と、PWM信号生成部から出力されるPWM信号の論理を反転するインバータ回路とを備え、交互にオンオフ制御する2つのスイッチング素子の一方をPWM信号生成部の出力信号に基づいてオンオフ制御し、他方をインバータ回路の出力信号に基づいてオンオフ制御することが望ましい。これにより、1つのPWM信号を用いて2つのスイッチング素子を交互にオンオフすることができ、構成を簡略化することができる。   The control circuit described above includes a PWM signal generation unit that generates a PWM signal whose duty ratio can be changed, and an inverter circuit that inverts the logic of the PWM signal output from the PWM signal generation unit. It is desirable that one of the two switching elements is on / off controlled based on the output signal of the PWM signal generator, and the other is on / off controlled based on the output signal of the inverter circuit. As a result, two switching elements can be alternately turned on and off using one PWM signal, and the configuration can be simplified.

また、上述した制御回路は、変換先となる直流電圧あるいは交流電圧が電圧指令値として与えられたときに、この電圧指令値と実際の直流電圧あるいは交流電圧との差に基づいて、リアクトルに流す電流を示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、電流指令値に基づいて、リアクトルの両端電圧を示す電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、電圧指令値に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成部とを備えることが望ましい。これにより、変換後の電圧を電圧指令値として与えることで直流電圧と交流電圧の間のパワーフローを任意に制御することができる。   In addition, when the DC voltage or AC voltage to be converted is given as a voltage command value, the control circuit described above causes the reactor to flow based on the difference between the voltage command value and the actual DC voltage or AC voltage. A current command value generation unit that generates a current command value indicating current, a voltage command value generation unit that generates a voltage command value indicating a voltage across the reactor based on the current command value, and a PWM signal based on the voltage command value It is desirable to provide a PWM signal generation unit that generates Thus, the power flow between the DC voltage and the AC voltage can be arbitrarily controlled by giving the converted voltage as the voltage command value.

一実施形態の電源回路の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the power supply circuit of one Embodiment. 電源回路の入出力電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the input-output voltage waveform of a power supply circuit. 直流電圧を交流電圧に変換する場合の電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the voltage in the case of converting a DC voltage into an AC voltage. 正極性の直流電圧を降圧して交流電圧に変換する動作を行う場合のインバータの状態と制御回路との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state of an inverter, and a control circuit in the case of performing the operation | movement which step-downs and converts the positive direct current voltage into alternating current voltage. 図4に示すインバータの等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the inverter shown in FIG. 4. 正極性の直流電圧を昇圧して交流電圧に変換する動作を行う場合のインバータの状態と制御回路との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state of an inverter, and the control circuit in the case of performing the operation | movement which boosts positive polarity DC voltage and converts it into AC voltage. 図6に示すインバータの等価回路図である。FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the inverter shown in FIG. 6. 負極性の直流電圧を降圧して交流電圧に変換する動作を行う場合のインバータの状態と制御回路との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state of an inverter, and a control circuit in the case of performing the operation | movement which step-downs and converts negative DC voltage into AC voltage. 図8に示すインバータの等価回路図である。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the inverter shown in FIG. 8. 負極性の直流電圧を昇圧して交流電圧に変換する動作を行う場合のインバータの状態と制御回路との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state of an inverter, and a control circuit in the case of performing the operation | movement which boosts negative DC voltage and converts it into AC voltage. 図10に示すインバータの等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the inverter shown in FIG. 直流電圧を所望の交流電圧に変換する制御回路の詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the control circuit which converts a DC voltage into a desired AC voltage. 交流電圧を所望の直流電圧に変換する制御回路の詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the control circuit which converts an alternating voltage into a desired direct voltage. 従来の電源回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power supply circuit. 従来の電源回路の入出力電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the input-output voltage waveform of the conventional power supply circuit.

以下、本発明の電源回路を適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment to which a power supply circuit of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

図1は、一実施形態の電源回路の全体構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態の電源回路は、単相部分昇降圧インバータ(以後、単に「インバータ」と称する、)1と制御回路2とを備える。インバータ1は、4つのスイッチング素子10、12、14、16、2つのACリアクトル20、22、コンデンサ30を備えている。このインバータ1には、2つの直流端子a、bと2つの交流端子c、dを有する。一方の直流端子aと一方の交流端子cとの間にはスイッチング素子10とACリアクトル20の直列回路が接続されている。一方の直流端子aと他方の交流端子dとの間にはスイッチング素子14とACリアクトル22の直列回路が接続されている。これらのスイッチング素子10、14が第1のスイッチング素子に対応する。また、他方の直流端子bと一方の交流端子cとの間にはスイッチング素子12が接続されている。他方の直流端子bと他方の交流端子dとの間にはスイッチング素子16が接続されている。これらのスイッチング素子12、16が第2のスイッチング素子に対応する。2つの交流端子c、dの間にはコンデンサ30が接続されている。また、2つのACリアクトル20、22は、磁気的に結合されている。制御回路2は、インバータ1に含まれる4つのスイッチング素子10、12、14、16をオンオフ制御する。   FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a power supply circuit according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the power supply circuit of the present embodiment includes a single-phase partial buck-boost inverter (hereinafter simply referred to as “inverter”) 1 and a control circuit 2. The inverter 1 includes four switching elements 10, 12, 14, 16, two AC reactors 20, 22, and a capacitor 30. The inverter 1 has two DC terminals a and b and two AC terminals c and d. A series circuit of a switching element 10 and an AC reactor 20 is connected between one DC terminal a and one AC terminal c. A series circuit of a switching element 14 and an AC reactor 22 is connected between one DC terminal a and the other AC terminal d. These switching elements 10 and 14 correspond to a first switching element. A switching element 12 is connected between the other DC terminal b and one AC terminal c. A switching element 16 is connected between the other DC terminal b and the other AC terminal d. These switching elements 12 and 16 correspond to a second switching element. A capacitor 30 is connected between the two AC terminals c and d. The two AC reactors 20 and 22 are magnetically coupled. The control circuit 2 performs on / off control of the four switching elements 10, 12, 14, and 16 included in the inverter 1.

本実施形態の電源回路はこのような構成を有しており、次に、その概略的な動作について説明する。図2は、電源回路1の入出力電圧波形を示す図である。図2において、Edc、−Edcは、直流端子a、b間の電圧を、eacは交流端子c、d間の電圧をそれぞれ示している。本実施形態の電源回路では、例えば、直流電圧Edcを交流電圧eacに変換する場合に、直流電圧Edcを交流電圧eacのピーク値よりも高い電圧Vdcに一旦変換することなく直接交流電圧eacに変換している。同様に、交流電圧eacを直流電圧Edcに変換する場合も、交流電圧eacをそのピーク値よりも高い電圧Vdcに一旦変換することなく直接直流電圧Edcに変換している。なお、上記の電圧の高低は、直流電圧Edcと交流電圧eacのそれぞれの絶対値を比較した場合の大小関係を示している。 The power supply circuit of the present embodiment has such a configuration, and the schematic operation will be described next. FIG. 2 is a diagram showing input / output voltage waveforms of the power supply circuit 1. In FIG. 2, E dc and -E dc indicate the voltage between the DC terminals a and b, and e ac indicates the voltage between the AC terminals c and d, respectively. In the power supply circuit according to the present embodiment, for example, when the DC voltage E dc is converted to the AC voltage e ac , the DC voltage E dc is directly converted to the voltage V dc higher than the peak value of the AC voltage e ac without being once converted. Converted to AC voltage e ac . Similarly, when the AC voltage e ac is converted into the DC voltage E dc , the AC voltage e ac is directly converted into the DC voltage E dc without being once converted into the voltage V dc higher than the peak value. The level of the voltage indicates a magnitude relationship when the absolute values of the DC voltage E dc and the AC voltage e ac are compared.

図3は、直流電圧Edcを交流電圧eacに変換する場合の電圧の関係を示す図である。図3において、Aは正極性の直流電圧Edcを降圧して交流電圧eacに変換する区間を、Bは正極性の直流電圧Edcを昇圧して交流電圧eacに変換する区間を、Cは負極性の直流電圧−Edcを降圧して交流電圧eacに変換する区間を、Dは負極性の直流電圧−Edcを昇圧して交流電圧eacに変換する区間をそれぞれ示している。以下では、これらの各区間に対応する動作を説明する。なお、図3では、直流電圧Edcを交流電圧eacに変換する場合を示したが、反対に交流電圧eacを直流電圧Edcに変換する場合についても同様であり、同じ4つの区間に分けて考えることができる。但し、この場合には昇圧と降圧の関係が反対になる。 FIG. 3 is a diagram illustrating a voltage relationship when the DC voltage E dc is converted into the AC voltage e ac . In FIG. 3, A is a section in which the positive direct current voltage E dc is stepped down and converted into an alternating voltage e ac , and B is a section in which the positive direct current voltage E dc is stepped up and converted into an alternating current voltage e ac . C represents a section in which the negative DC voltage −E dc is stepped down and converted into an AC voltage e ac , and D represents a section in which the negative DC voltage −E dc is stepped up and converted into an AC voltage e ac. Yes. Below, the operation | movement corresponding to these each area | region is demonstrated. In FIG. 3, the case for converting a DC voltage E dc to ac voltage e ac, and the same when for converting an AC voltage e ac opposite to the DC voltage E dc, the same four sections Can be considered separately. However, in this case, the relationship between step-up and step-down is reversed.

(1)正極性の直流電圧Edcを降圧して交流電圧eacに変換する動作(区間A)
図4は、正極性の直流電圧Edcを降圧して交流電圧eacに変換する動作を行う場合のインバータ1の状態と制御回路2との関係を示す図である。図4に示すインバータ1では、スイッチング素子10が区間Aの間オンされ、スイッチング素子12がオフされるとともに、スイッチング素子14、16が互いのオンオフタイミングが反転するようにオンオフ制御(PWM制御)される。
(1) Operation of stepping down positive DC voltage E dc and converting it to AC voltage e ac (section A)
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the state of the inverter 1 and the control circuit 2 when performing an operation of stepping down the positive DC voltage E dc and converting it to the AC voltage e ac . In the inverter 1 shown in FIG. 4, the switching element 10 is turned on during the section A, the switching element 12 is turned off, and the switching elements 14 and 16 are on / off controlled (PWM control) so that the on / off timing of each other is reversed. The

このオンオフ制御を行う駆動信号は、制御回路2に備わった三角波発生回路50、電圧比較器52、インバータ回路54で生成される。三角波発生回路50は、下限値が0V、上限値が1Vの三角波信号を発生する。電圧比較器52は、マイナス入力端子に三角波発生回路50から出力される三角波信号vTRが入力され、プラス入力端子に変調率0〜1の指令値を示す0〜1Vの変調率指令値信号αBU *が入力され、これら2つの信号の電圧の大小に応じてハイ/ローレベルとなる駆動信号(PWM信号)を出力する。スイッチング素子16は、この駆動信号に応じて、具体的にはこの駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。一方、スイッチング素子14は、この駆動信号をインバータ回路54によって反転した反転駆動信号に応じて、具体的にはこの反転駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。 The drive signal for performing the on / off control is generated by the triangular wave generation circuit 50, the voltage comparator 52, and the inverter circuit 54 provided in the control circuit 2. The triangular wave generation circuit 50 generates a triangular wave signal having a lower limit value of 0V and an upper limit value of 1V. In the voltage comparator 52, the triangular wave signal v TR output from the triangular wave generating circuit 50 is input to the negative input terminal, and the modulation rate command value signal α of 0 to 1V indicating the command value of the modulation rate 0 to 1 is input to the positive input terminal. BU * is input, and a drive signal (PWM signal) that becomes a high / low level according to the magnitude of the voltage of these two signals is output. The switching element 16 is turned on when the drive signal is at a high level, and turned off when the drive signal is at a low level. On the other hand, the switching element 14 is turned on when the drive signal is inverted by the inverter circuit 54, specifically, when the inverted drive signal is at a high level, and turned off when the drive signal is at a low level.

図5は、図4に示すインバータ1の等価回路図である。図5に示す等価回路図では、2つのACリアクトル20、22が1つになってACリアクトル20’で表されている。図5に示す等価回路図からも明らかなように、上述したインバータ1は、降圧インバータとして動作し、変調率指令値信号αBU *が1Vに近いほど(変調率が1に近いほど)、交流端子c、d間の電圧は直流電圧Edcに近い値となる。反対に、変調率指令値信号αBU *が0Vに近いほど(変調率が0に近いほど)、交流端子c、d間の電圧は0Vに近い値となる。このようにして、図3に示す区間Aに対応する正極性の降圧動作が行われる。 FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of inverter 1 shown in FIG. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 5, two AC reactors 20 and 22 are combined into one and represented by an AC reactor 20 ′. As is apparent from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 5, the inverter 1 described above operates as a step-down inverter, and the AC is closer to 1 V (the modulation factor is closer to 1) as the modulation rate command value signal α BU * is closer to 1 V. The voltage between the terminals c and d becomes a value close to the DC voltage E dc . On the other hand, the closer the modulation rate command value signal α BU * is to 0V (the closer the modulation rate is to 0), the closer the voltage between the AC terminals c and d is to a value close to 0V. In this way, the positive voltage step-down operation corresponding to the section A shown in FIG. 3 is performed.

(2)正極性の直流電圧Edcを昇圧して交流電圧eacに変換する動作(区間B)
図6は、正極性の直流電圧Edcを昇圧して交流電圧eacに変換する動作を行う場合のインバータ1の状態と制御回路2との関係を示す図である。図6に示すインバータ1では、スイッチング素子10が区間Bの間オンされ、スイッチング素子14がオフされるとともに、スイッチング素子12、16が互いのオンオフタイミングが反転するようにオンオフ制御(PWM制御)される。
(2) Operation for boosting and converting positive DC voltage E dc to AC voltage e ac (section B)
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the state of the inverter 1 and the control circuit 2 when performing an operation of boosting the positive DC voltage E dc and converting it to the AC voltage e ac . In the inverter 1 shown in FIG. 6, the switching element 10 is turned on during the section B, the switching element 14 is turned off, and the switching elements 12 and 16 are on / off controlled (PWM control) so that the on / off timing of each other is reversed. The

このオンオフ制御を行う駆動信号は、制御回路2に備わった三角波発生回路50、電圧比較器52、インバータ回路54で生成される。電圧比較器52は、マイナス入力端子に三角波発生回路50から出力される三角波信号vTRが入力され、プラス入力端子に変調率0〜1の指令値を示す0〜1Vの変調率指令値信号αBO *が入力され、これら2つの信号の電圧の大小に応じてハイ/ローレベルとなる駆動信号(PWM信号)を出力する。スイッチング素子12は、この駆動信号に応じて、具体的にはこの駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。一方、スイッチング素子16は、この駆動信号をインバータ回路54によって反転した反転駆動信号に応じて、具体的にはこの反転駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。 The drive signal for performing the on / off control is generated by the triangular wave generation circuit 50, the voltage comparator 52, and the inverter circuit 54 provided in the control circuit 2. In the voltage comparator 52, the triangular wave signal v TR output from the triangular wave generating circuit 50 is input to the negative input terminal, and the modulation rate command value signal α of 0 to 1V indicating the command value of the modulation rate 0 to 1 is input to the positive input terminal. BO * is input, and a drive signal (PWM signal) that becomes high / low level according to the magnitude of the voltage of these two signals is output. Specifically, the switching element 12 is turned on when the drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level. On the other hand, the switching element 16 is turned on when the drive signal is inverted by the inverter circuit 54, specifically when the inverted drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level.

図7は、図6に示すインバータ1の等価回路図である。図7に示す等価回路図では、2つのACリアクトル20、22が1つになってACリアクトル20’で表されている。図7に示す等価回路図からも明らかなように、上述したインバータ1は、昇圧インバータとして動作し、変調率指令値信号αBO *が0Vに近いほど(変調率が0に近いほど)、交流端子c、d間の電圧は直流電圧Edcに近い値となる。反対に、変調率指令値信号αBU *が1Vに近いほど(変調率が1に近いほど)、交流端子c、d間の電圧は直流電圧Edcよりも高い値となる。このようにして、図3に示す区間Bに対応する正極性の昇圧動作が行われる。 FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the inverter 1 shown in FIG. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 7, two AC reactors 20 and 22 are combined into one and represented by an AC reactor 20 ′. As is clear from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 7, the inverter 1 described above operates as a booster inverter, and the closer the modulation rate command value signal α BO * is to 0 V (the modulation rate is closer to 0), the AC The voltage between the terminals c and d becomes a value close to the DC voltage E dc . On the contrary, the closer the modulation rate command value signal α BU * is to 1 V (the closer the modulation rate is to 1), the higher the voltage between the AC terminals c and d is higher than the DC voltage E dc . In this way, the positive voltage boosting operation corresponding to the section B shown in FIG. 3 is performed.

(3)負極性の直流電圧−Edcを降圧して交流電圧eacに変換する動作(区間C)
図8は、負極性の直流電圧−Edcを降圧して交流電圧eacに変換する動作を行う場合のインバータ1の状態と制御回路2との関係を示す図である。図8に示すインバータ1では、スイッチング素子14が区間Cの間オンされ、スイッチング素子16がオフされるとともに、スイッチング素子10、12が互いのオンオフタイミングが反転するようにオンオフ制御(PWM制御)される。
(3) Operation for stepping down negative DC voltage -E dc and converting it to AC voltage e ac (section C)
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between the state of the inverter 1 and the control circuit 2 when performing an operation of stepping down the negative DC voltage −E dc and converting it to the AC voltage e ac . In the inverter 1 shown in FIG. 8, the switching element 14 is turned on during the section C, the switching element 16 is turned off, and the switching elements 10 and 12 are on / off controlled (PWM control) so that the on / off timing of each other is reversed. The

このオンオフ制御を行う駆動信号は、制御回路2に備わった三角波発生回路50、電圧比較器52、インバータ回路54で生成される。電圧比較器52は、マイナス入力端子に三角波発生回路50から出力される三角波信号vTRが入力され、プラス入力端子に変調率0〜1の指令値を示す0〜1Vの変調率指令値信号αBU *が入力され、これら2つの信号の電圧の大小に応じてハイ/ローレベルとなる駆動信号(PWM信号)を出力する。スイッチング素子12は、この駆動信号に応じて、具体的にはこの駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。一方、スイッチング素子10は、この駆動信号をインバータ回路56によって反転した反転駆動信号に応じて、具体的にはこの反転駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。 The drive signal for performing the on / off control is generated by the triangular wave generation circuit 50, the voltage comparator 52, and the inverter circuit 54 provided in the control circuit 2. In the voltage comparator 52, the triangular wave signal v TR output from the triangular wave generating circuit 50 is input to the negative input terminal, and the modulation rate command value signal α of 0 to 1V indicating the command value of the modulation rate 0 to 1 is input to the positive input terminal. BU * is input, and a drive signal (PWM signal) that becomes a high / low level according to the magnitude of the voltage of these two signals is output. Specifically, the switching element 12 is turned on when the drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level. On the other hand, the switching element 10 is turned on when the drive signal is inverted by the inverter circuit 56, specifically when the inverted drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level.

図9は、図8に示すインバータ1の等価回路図である。図9に示す等価回路図では、2つのACリアクトル20、22が1つになってACリアクトル22’で表されている。図9に示す等価回路図からも明らかなように、上述したインバータ1は、降圧インバータとして動作し、変調率指令値信号αBU *が1Vに近いほど(変調率が1に近いほど)、交流端子c、d間の電圧は直流電圧Edcの極性を反転した電圧−Edcに近い値となる。反対に、変調率指令値信号αBU *が0Vに近いほど(変調率が0に近いほど)、交流端子c、d間の電圧は極性が直流電圧Edcとは反対であって0Vに近い値となる。このようにして、図3に示す区間Cに対応する負極性の降圧動作が行われる。 FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of inverter 1 shown in FIG. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 9, two AC reactors 20 and 22 are combined into one and represented by an AC reactor 22 ′. As apparent from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 9, the inverter 1 described above operates as a step-down inverter, and the AC becomes closer to 1 V (modulation rate is closer to 1) as the modulation rate command value signal α BU * is closer to 1 V. The voltage between the terminals c and d becomes a value close to the voltage −E dc obtained by inverting the polarity of the DC voltage E dc . Conversely, the closer the modulation rate command value signal α BU * is to 0V (the closer the modulation rate is to 0), the voltage between the AC terminals c and d is opposite to the DC voltage E dc and is close to 0V. Value. In this way, the negative voltage step-down operation corresponding to the section C shown in FIG. 3 is performed.

(4)負極性の直流電圧−Edcを昇圧して交流電圧eacに変換する動作(区間D)
図10は、負極性の直流電圧−Edcを昇圧して交流電圧eacに変換する動作を行う場合のインバータ1の状態と制御回路2との関係を示す図である。図10に示すインバータ1では、スイッチング素子14が区間Dの間オンされ、スイッチング素子10がオフされるとともに、スイッチング素子12、16が互いのオンオフタイミングが反転するようにオンオフ制御(PWM制御)される。
(4) Operation for boosting and converting negative DC voltage -E dc to AC voltage e ac (section D)
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between the state of the inverter 1 and the control circuit 2 when performing an operation of boosting the negative DC voltage −E dc and converting it to the AC voltage e ac . In the inverter 1 shown in FIG. 10, the switching element 14 is turned on during the section D, the switching element 10 is turned off, and the switching elements 12 and 16 are on / off controlled (PWM control) so that the on / off timing of each other is reversed. The

このオンオフ制御を行う駆動信号は、制御回路2に備わった三角波発生回路50、電圧比較器52、インバータ回路54で生成される。電圧比較器52は、マイナス入力端子に三角波発生回路50から出力される三角波信号vTRが入力され、プラス入力端子に変調率0〜1の指令値を示す0〜1Vの変調率指令値信号αBO *が入力され、これら2つの信号の電圧の大小に応じてハイ/ローレベルとなる駆動信号を出力する。スイッチング素子16は、この駆動信号に応じて、具体的にはこの駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。一方、スイッチング素子12は、この駆動信号をインバータ回路55によって反転した反転駆動信号に応じて、具体的にはこの反転駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。 The drive signal for performing the on / off control is generated by the triangular wave generation circuit 50, the voltage comparator 52, and the inverter circuit 54 provided in the control circuit 2. In the voltage comparator 52, the triangular wave signal v TR output from the triangular wave generating circuit 50 is input to the negative input terminal, and the modulation rate command value signal α of 0 to 1V indicating the command value of the modulation rate 0 to 1 is input to the positive input terminal. BO * is input, and a drive signal that becomes high / low level is output according to the magnitude of the voltage of these two signals. The switching element 16 is turned on when the drive signal is at a high level, and turned off when the drive signal is at a low level. On the other hand, the switching element 12 is turned on when the drive signal is inverted by the inverter circuit 55, specifically when the inverted drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level.

図11は、図10に示すインバータ1の等価回路図である。図11に示す等価回路図では、2つのACリアクトル20、22が1つになってACリアクトル22’で表されている。図11に示す等価回路図からも明らかなように、上述したインバータ1は、昇圧インバータとして動作し、変調率指令値信号αBO *が1Vに近いほど(変調率が1に近いほど)、交流端子c、d間の電圧は直流電圧Edcの極性を反転した電圧Edcに近い値となる。反対に、変調率指令値信号αBO *が0Vに近いほど(変調率が0に近いほど)、交流端子c、d間の電圧は極性が直流電圧Edcとは反対であって絶対値が電圧Edcより高い値となる。このようにして、図3に示す区間Dに対応する負極性の昇圧動作が行われる。 FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of inverter 1 shown in FIG. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 11, two AC reactors 20 and 22 are combined into one and represented by an AC reactor 22 ′. As is clear from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 11, the inverter 1 described above operates as a step-up inverter, and as the modulation factor command value signal α BO * is closer to 1V (the modulation factor is closer to 1), the alternating current is increased. The voltage between the terminals c and d becomes a value close to the voltage E dc obtained by inverting the polarity of the DC voltage E dc . Conversely, the closer the modulation rate command value signal α BO * is to 0 V (the closer the modulation rate is to 0), the voltage between the AC terminals c and d is opposite in polarity to the DC voltage E dc and has an absolute value. The value is higher than the voltage E dc . In this manner, the negative boost operation corresponding to the section D shown in FIG. 3 is performed.

このようにして、インバータ1に含まれるスイッチング素子10〜16のそれぞれのオンオフ制御を制御回路2によって行うことにより、直流電圧Edcに対して部分的な昇圧動作あるいは降圧動作を行い、直流電圧Edcを一旦高い電圧に昇圧することなく直接交流電圧eacに変換することができる。なお、反対に交流電圧eacを直流電圧Edcに変換する場合も基本的に同じであり、インバータ1に含まれるスイッチング素子10〜16のそれぞれのオンオフ制御を制御回路2によって行うことにより、交流電圧eacに対して部分的な昇圧動作あるいは降圧動作を行うことにより、交流電圧eacを一旦高い電圧に昇圧することなく直接直流電圧Edcに変換することができる。 In this way, by performing the respective on-off control of the switching elements 10 to 16 included in the inverter 1 by the control circuit 2 performs a partial boost operation or step-down operation with respect to the DC voltage E dc, dc voltage E It is possible to directly convert dc to AC voltage e ac without once boosting dc to a high voltage. On the contrary, the case where the AC voltage e ac is converted to the DC voltage E dc is basically the same, and the control circuit 2 performs on / off control of each of the switching elements 10 to 16 included in the inverter 1. by performing a partial boost operation or step-down operation with respect to the voltage e ac, it can be converted directly into a DC voltage E dc without boosting once high voltage AC voltage e ac.

次に、制御回路2において行われる詳細な制御動作について説明する。図12は、直流端子a、bに印加された直流電圧Edcを所望の交流電圧eacに変換する制御回路2の詳細な構成を示す図である。なお、図12に示す構成では、制御回路2による制御を実施する際に必要な電流検出部32、33、電圧検出部34、36がインバータ1に追加されている。電流検出部32は、ACリアクトル20に流れるリアクトル電流iLPを検出する。電流検出部33は、ACリアクトル22に流れるリアクトル電流iLNを検出する。電圧検出部34は、直流端子a、b間の電圧Edcを検出する。電圧検出部36は、交流端子c、d間の電圧vacを検出する。なお、電圧検出部34は、直流電圧Edcを交流電圧eacに変換する動作では使用されないが、交流電圧eacを直流電圧Edcに変換する動作(後述する)で必要になるため、図12のインバータ1には含ませてある。 Next, a detailed control operation performed in the control circuit 2 will be described. FIG. 12 is a diagram showing a detailed configuration of the control circuit 2 that converts the DC voltage E dc applied to the DC terminals a and b into a desired AC voltage e ac . In the configuration shown in FIG. 12, current detection units 32 and 33 and voltage detection units 34 and 36 necessary for performing control by the control circuit 2 are added to the inverter 1. The current detection unit 32 detects the reactor current i LP flowing through the AC reactor 20. The current detection unit 33 detects a reactor current i LN flowing through the AC reactor 22. The voltage detector 34 detects the voltage E dc between the DC terminals a and b. The voltage detector 36 detects the voltage vac between the AC terminals c and d. The voltage detection unit 34 is not used in the operation of converting the DC voltage E dc into the AC voltage e ac , but is necessary for the operation (described later) of converting the AC voltage e ac into the DC voltage E dc . 12 inverters 1 are included.

図12に示すように、制御回路2は、電流指令値生成部70、加算器80、82、比例積分調節器86、変調率指令信号演算部88、三角波発生回路50、電圧比較器52、インバータ回路54、SWドライバ90を含んで構成されている。電流指令値生成部70は、加算器72、比例積分調節器74を含んで構成されている。変調率指令信号演算部88、三角波発生回路50、電圧比較器52がPWM信号生成部に、比例積分調節器86が電圧指令値生成部にそれぞれ対応する。   As shown in FIG. 12, the control circuit 2 includes a current command value generation unit 70, adders 80 and 82, a proportional integration controller 86, a modulation factor command signal calculation unit 88, a triangular wave generation circuit 50, a voltage comparator 52, an inverter. The circuit 54 and the SW driver 90 are included. The current command value generation unit 70 includes an adder 72 and a proportional integration adjuster 74. The modulation factor command signal calculation unit 88, the triangular wave generation circuit 50, and the voltage comparator 52 correspond to the PWM signal generation unit, and the proportional integration controller 86 corresponds to the voltage command value generation unit.

上述したように、図1等に示したインバータ1を動作させる場合には、降圧時には変調率指令値信号αBU *を指定し、昇圧時には変調率指令値信号αBO *を指定する必要がある。そこで、まず、図5あるいは図7に示した等価回路を用いて電圧方程式を求めることにより、ACリアクトル20’の両端電圧vLと変調率指令値信号との関係を導出する。 As described above, when the inverter 1 shown in FIG. 1 or the like is operated, it is necessary to specify the modulation rate command value signal α BU * at the time of step-down and to specify the modulation rate command value signal α BO * at the time of step-up. . Therefore, first, by obtaining a voltage equation using the equivalent circuit shown in FIG. 5 or FIG. 7, the relationship between the both-ends voltage v L of the AC reactor 20 ′ and the modulation factor command value signal is derived.

図5に示した降圧時の等価回路図を用いて電圧方程式を求まると、以下のようになる。   Using the equivalent circuit diagram during step-down shown in FIG. 5, the voltage equation is obtained as follows.

αBU *dc=vL+|eac| ・・・(1)
ここで、vLはACリアクトル20’の両端電圧である。なお、図9に示した等価回路も基本的に同じ構成を有しており、電圧方程式も(1)式と同じになる。(1)式を変形すると、以下のようになる。
α BU * E dc = v L + | e ac | (1)
Here, v L is the voltage across the AC reactor 20 ′. Note that the equivalent circuit shown in FIG. 9 also has basically the same configuration, and the voltage equation is the same as the equation (1). When the equation (1) is modified, it becomes as follows.

L=αBU *dc−|eac| ・・・(2)
また、図7に示した昇圧時の等価回路を用いて電圧方程式を求めると、以下のようになる。
v L = α BU * E dc − | e ac | (2)
Further, when the voltage equation is obtained using the equivalent circuit at the time of boosting shown in FIG. 7, it is as follows.

dc+vL=(1−αBO *)|eac| ・・・(3)
なお、図11に示した等価回路も基本的に同じ構成を有しており、電圧方程式も(3)式と同じになる。(3)式を変形すると、以下のようになる。
E dc + v L = (1−α BO * ) | e ac | (3)
Note that the equivalent circuit shown in FIG. 11 also has basically the same configuration, and the voltage equation is the same as the equation (3). When the expression (3) is modified, it becomes as follows.

L=(1−αBO *)|eac|−Edc ・・・(4)
ところで、ACリアクトル20’のインダクタンスをLac、ACリアクトル20’に流れる電流をiLとすると、vLとiLとの間には、以下の関係がある。
v L = (1−α BO * ) | e ac | −E dc (4)
Meanwhile, 'Lac inductance, AC reactor 20' AC reactor 20 and the current flowing in the i L, between the v L and i L, the following relationship.

L=Lac(diL/dt) ・・・(5)
上述したように、変調率指令値信号αBU *あるいはαBO *を用いてvLを連続的に制御することができるとともに、iLを線形制御できることがわかる。図12に示す制御回路2において、加算器80よりも後段の構成は、iLを与えることにより、vLを取得し、さらにαBU *あるいはαBO *を取得するためのものである。
v L = Lac (di L / dt) (5)
As described above, it can be seen that v L can be continuously controlled using the modulation factor command value signal α BU * or α BO * , and i L can be linearly controlled. In the control circuit 2 shown in FIG. 12, the configuration subsequent to the adder 80 is to obtain v L and further to obtain α BU * or α BO * by giving i L.

すなわち、加算器80は、一方の入力端に入力される電流指令値iL *(後述する)から実際に電流検出部32、33によって検出された電流iL(電流検出部32によって検出された電流iLPと、電流検出部33によって検出された電流iLNとを加算器82で合成することにより電流iLが得られる)を減算した電流値(差分値)を比例積分調節器86に入力する。比例積分調節器86は、入力される電流値を流すために必要なACリアクトル20’の両端電圧の指令値である電圧指令値vL *を比例積分制御によって求めて出力する。変調率指令信号演算部88は、降圧時には(2)式を用いて、昇圧時には(4)式を用いて変調率指令値信号αBU *あるいはαBO *を演算して出力する。これらの変調率指令値信号は電圧比較器52のプラス入力端子に入力される。SWドライバ90は、電圧比較器52の出力信号(PWM信号)が直接入力されているとともに、この出力信号の論理を反転した信号が入力されており、これら2種類のPWM信号を含む4種類の駆動信号S1、S2、S3、S4のそれぞれをインバータ1のスイッチング素子10、12、14、16に入力する。これら4種類の駆動信号S1、S2、S3、S4の内容は、図3に示した4種類の区間A〜Dのそれぞれに対応して切り替えられる。 That is, the adder 80 detects the current i L (detected by the current detection unit 32) actually detected by the current detection units 32 and 33 from the current command value i L * (described later) input to one input terminal. a current i LP, the input current value obtained by subtracting the current i L is obtained) by synthesizing the adder 82 and the current i LN detected by the current detecting section 33 (difference value) to the proportional integral controller 86 To do. The proportional-plus-integral controller 86 obtains and outputs a voltage command value v L * , which is a command value of the voltage across the AC reactor 20 ′ necessary for flowing the input current value, by proportional-integral control. The modulation factor command signal calculation unit 88 calculates and outputs the modulation factor command value signal α BU * or α BO * using equation (2) at the time of step-down and equation (4) at the time of step-up. These modulation factor command value signals are input to the positive input terminal of the voltage comparator 52. The SW driver 90 is directly inputted with the output signal (PWM signal) of the voltage comparator 52 and is inputted with a signal obtained by inverting the logic of the output signal, and includes four kinds of signals including these two kinds of PWM signals. The drive signals S1, S2, S3, and S4 are input to the switching elements 10, 12, 14, and 16 of the inverter 1, respectively. The contents of these four types of drive signals S1, S2, S3, S4 are switched corresponding to each of the four types of sections A to D shown in FIG.

区間A(正極性、降圧時)については、図4に示す各スイッチング素子の制御を行うために、以下の内容の駆動信号が用いられる。
・スイッチング素子10に入力される駆動信号S1:ハイレベルの信号
・スイッチング素子12に入力される駆動信号S2:ローレベルの信号
・スイッチング素子14に入力される駆動信号S3:インバータ回路54の出力信号
・スイッチング素子16に入力される駆動信号S4:電圧比較器52の出力信号。
For the section A (positive polarity, at the time of step-down), the following drive signals are used to control each switching element shown in FIG.
Driving signal S1 input to the switching element 10: High level signal Driving signal S2 input to the switching element 12 Low level signal Driving signal S3 input to the switching element 14 Output signal of the inverter circuit 54 Drive signal S4 input to the switching element 16: output signal of the voltage comparator 52.

区間B(正極性、昇圧時)については、図6に示す各スイッチング素子の制御を行うために、以下の内容の駆動信号が用いられる。
・スイッチング素子10に入力される駆動信号S1:ハイレベルの信号
・スイッチング素子12に入力される駆動信号S2:電圧比較器52の出力信号
・スイッチング素子14に入力される駆動信号S3:ローレベルの信号
・スイッチング素子16に入力される駆動信号S4:インバータ回路54の出力信号。
For section B (positive polarity, during boosting), the following drive signals are used to control each switching element shown in FIG.
Drive signal S1 input to switching element 10: High level signal Drive signal S2 input to switching element 12: Output signal of voltage comparator 52 Drive signal S3 input to switching element 14: Low level Drive signal S4 input to signal / switching element 16: output signal of inverter circuit 54.

区間C(負極性、降圧時)については、図8に示す各スイッチング素子の制御を行うために、以下の内容の駆動信号が用いられる。
・スイッチング素子10に入力される駆動信号S1:インバータ回路54の出力信号
・スイッチング素子12に入力される駆動信号S2:電圧比較器52の出力信号
・スイッチング素子14に入力される駆動信号S3:ハイレベルの信号
・スイッチング素子16に入力される駆動信号S4:ローレベルの信号。
For the section C (negative polarity, step-down), the following drive signals are used to control each switching element shown in FIG.
Drive signal S1 input to switching element 10: Output signal of inverter circuit 54 Drive signal S2 input to switching element 12: Output signal of voltage comparator 52 Drive signal S3 input to switching element 14: High Level signal / Drive signal S4 input to the switching element 16: Low level signal.

区間D(負極性、昇圧時)については、図10に示す各スイッチング素子の制御を行うために、以下の内容の駆動信号が用いられる。
・スイッチング素子10に入力される駆動信号S1:ローレベルの信号
・スイッチング素子12に入力される駆動信号S2:インバータ回路54の出力信号
・スイッチング素子14に入力される駆動信号S3:ハイレベルの信号
・スイッチング素子16に入力される駆動信号S4:電圧比較器52の出力信号。
For the section D (negative polarity, during boosting), the following drive signals are used to control the switching elements shown in FIG.
Driving signal S1 input to switching element 10: Low level signal Driving signal S2 input to switching element 12: Output signal of inverter circuit 54 Driving signal S3 input to switching element 14: High level signal Drive signal S4 input to the switching element 16: output signal of the voltage comparator 52.

次に、電流指令値iL *の生成について説明する。上述したように、電流指令値iL *を加算器80の一方の入力端に入力することにより、インバータ1を制御することができるが、直流端子a、bに印加された直流電圧Edcを所望の交流電圧eacに変換する際に必要な電流指令値iL *は、電流指令値生成部70によって生成される。電流指令値生成部70では、加算器72の一方の入力端に所望の交流電圧eacに対応する電圧指令値vac *(=Emsin(ωt))が入力され、他方の入力端に交流端子c、d間の実際の電圧vacが入力され、これらの差分に相当する電圧指定値が比例積分調節器74に入力される。比例積分調節器74は、入力された電圧指令値に対応する電流指令値iL *を比例積分制御によって求めて出力する。生成された電流指令値iL *は、加算器80に入力される。このようにして、変換後の出力電圧を指令値vac *として入力することにより、確実に図2に示した直流電圧Edcから交流電圧eacへの変換を行うことができる。 Next, generation of the current command value i L * will be described. As described above, the inverter 1 can be controlled by inputting the current command value i L * to one input terminal of the adder 80, but the DC voltage E dc applied to the DC terminals a and b can be changed. The current command value i L * necessary for conversion to the desired AC voltage e ac is generated by the current command value generation unit 70. In the current command value generation unit 70, a voltage command value v ac * (= E m sin (ωt)) corresponding to a desired AC voltage e ac is input to one input terminal of the adder 72, and the other input terminal. The actual voltage vac between the AC terminals c and d is input, and a voltage designation value corresponding to the difference between these is input to the proportional-plus-integral controller 74. The proportional-integral controller 74 obtains and outputs a current command value i L * corresponding to the input voltage command value by proportional-integral control. The generated current command value i L * is input to the adder 80. In this way, by inputting the converted output voltage as the command value v ac * , it is possible to reliably convert the DC voltage E dc shown in FIG. 2 to the AC voltage e ac .

図13は、交流端子c、dに印加された交流電圧eacを所望の直流電圧Edcに変換する制御回路2の詳細な構成を示す図である。図13に示す制御回路2は、図12に示した制御回路2に対して、電流指令値生成部70を電流指令値生成部60に置き換えた構成を有している。電流指令値生成部60は、加算器62、比例積分調節器64、乗算器66を含んで構成されている。交流端子c、dに印加された交流電圧eacを所望の直流電圧Edcに変換する際に必要な電流指令値iL *は、この電流指令値生成部60によって生成される。 FIG. 13 is a diagram illustrating a detailed configuration of the control circuit 2 that converts the AC voltage e ac applied to the AC terminals c and d into a desired DC voltage E dc . The control circuit 2 shown in FIG. 13 has a configuration in which the current command value generation unit 70 is replaced with a current command value generation unit 60 with respect to the control circuit 2 shown in FIG. The current command value generation unit 60 includes an adder 62, a proportional integration adjuster 64, and a multiplier 66. The current command value i L * necessary for converting the AC voltage e ac applied to the AC terminals c and d into the desired DC voltage E dc is generated by the current command value generation unit 60.

電流指令値生成部60では、加算器62の一方の入力端に所望の直流電圧Edcに対応する電圧指令値Edc *が入力され、他方の入力端に電圧検出部34によって検出された直流端子a、b間の実際の電圧Edcが入力され、これらの差分に相当する電圧指定値が比例積分調節器64に入力される。比例積分調節器64は、入力された電圧指令値に対応する電流指令値iL *の振幅値|iL *|を比例積分制御によって求めて出力する。乗算器66は、比例積分調節器64から出力される振幅値|iL *|と、電圧検出部36によって検出された交流端子c、d間の実際の電圧vac(交流電圧eacに同期して周波数および位相が同じである正弦波信号)とを乗算することにより電流指令値iL *を生成する。生成された電流指令値iL *は、加算器80に入力される。このようにして、変換後の出力電圧を指令値Edc *として入力することにより、確実に図2に示した交流電圧eacから直流電圧Edcへの変換を行うことができる。 In the current command value generation unit 60, the voltage command value E dc * corresponding to the desired DC voltage E dc is input to one input terminal of the adder 62, and the direct current detected by the voltage detection unit 34 is input to the other input terminal. The actual voltage E dc between the terminals a and b is input, and a voltage designation value corresponding to the difference between these is input to the proportional-plus-integral regulator 64. The proportional-plus-integral controller 64 obtains and outputs the amplitude value | i L * | of the current command value i L * corresponding to the input voltage command value by proportional-integral control. The multiplier 66 is synchronized with the amplitude value | i L * | output from the proportional-plus-integral regulator 64 and the actual voltage v ac (the AC voltage e ac between the AC terminals c and d detected by the voltage detector 36. Current command value i L * is generated by multiplying the signal by a sine wave signal having the same frequency and phase. The generated current command value i L * is input to the adder 80. In this way, by inputting the converted output voltage as the command value E dc * , the conversion from the AC voltage e ac shown in FIG. 2 to the DC voltage E dc can be reliably performed.

このように、本実施形態の電源回路では、交流電圧(絶対値)のピーク値よりも高い直流電圧(絶対値)に一旦昇圧する必要がないため、変換時の損失を低減することができる。また、DCリアクトルが含まれないインバータ1のみで直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行っているため、装置の小型化が可能となる。また、オンオフ制御(PWM制御)するスイッチング素子10〜16を切り替えることにより、昇圧動作と降圧動作を1つの昇降圧インバータ1で行うことができる。さらに、変換後の電圧を電圧指令値として与えることで直流電圧と交流電圧の間のパワーフローを任意に制御することが可能となる。   As described above, in the power supply circuit according to the present embodiment, it is not necessary to once increase the voltage to a DC voltage (absolute value) higher than the peak value of the AC voltage (absolute value), and therefore loss during conversion can be reduced. Further, since the mutual conversion between the DC voltage and the AC voltage is performed only by the inverter 1 that does not include the DC reactor, the apparatus can be reduced in size. Further, the step-up / step-down inverter 1 can perform the step-up operation and the step-down operation by switching the switching elements 10 to 16 that perform on / off control (PWM control). Furthermore, it is possible to arbitrarily control the power flow between the DC voltage and the AC voltage by giving the converted voltage as a voltage command value.

なお、上述した実施形態では、図12に示した構成を用いた直流電圧Edcから交流電圧eacへの変換動作と、図13に示した構成を用いた交流電圧eacから直流電圧Edcへの変換動作とを別々に説明したが、インバータ1によって双方向の変換動作を行うために、制御回路2は、図12に示す構成と図13に示す構成の両方を備えて備えている。 In the embodiment described above, the conversion to the AC voltage e ac from the DC voltage E dc using the configuration shown in FIG. 12, DC from the AC voltage e ac using the configuration shown in FIG. 13 voltage E dc However, in order to perform the bidirectional conversion operation by the inverter 1, the control circuit 2 includes both the configuration shown in FIG. 12 and the configuration shown in FIG.

本発明によれば、交流電圧のピーク値よりも高い直流電圧に一旦昇圧する必要がないため、変換時の損失を低減することができる。また、DCリアクトルが含まれないインバータ1のみで直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行っているため、装置の小型化が可能となる。   According to the present invention, since it is not necessary to step up to a DC voltage that is higher than the peak value of the AC voltage, loss during conversion can be reduced. Further, since the mutual conversion between the DC voltage and the AC voltage is performed only by the inverter 1 that does not include the DC reactor, the apparatus can be reduced in size.

1 単相部分昇降圧インバータ
2 制御回路
10、12、14、16 スイッチング素子
20、22 ACリアクトル
30 コンデンサ
32、33 電流検出部
34、36 電圧検出部
50 三角波発生回路
52 電圧比較器
54 インバータ回路
60、70 電流指令値生成部
62 加算器
64、74、86 比例積分調節器
66 乗算器
68 正弦波信号生成部
72、80、82 加算器
88 変調率指令信号演算部
90 SWドライバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single phase partial buck-boost inverter 2 Control circuit 10, 12, 14, 16 Switching element 20, 22 AC reactor 30 Capacitor 32, 33 Current detection part 34, 36 Voltage detection part 50 Triangular wave generation circuit 52 Voltage comparator 54 Inverter circuit 60 , 70 Current command value generation unit 62 Adder 64, 74, 86 Proportional integral controller 66 Multiplier 68 Sine wave signal generation unit 72, 80, 82 Adder 88 Modulation rate command signal calculation unit 90 SW driver

Claims (5)

直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行う電源回路であって、
前記直流電圧と前記交流電圧の絶対値の比較における大小関係に対応して区分される電圧波形の複数の区間の中の、前記交流電圧が前記直流電圧より高い区間において前記直流電圧を前記交流電圧に昇圧する動作あるいは前記交流電圧を前記直流電圧に降圧する動作を行い、残りの区間において前記直流電圧を前記交流電圧に降圧する動作あるいは前記交流電圧を前記直流電圧に昇圧する動作を行う昇降圧インバータと、
前記昇降圧インバータの制御を行う制御回路と、を備え、
前記昇降圧インバータは、前記直流電圧が入出力される2つの直流端子と、前記交流電圧が入出力される2つの交流端子を有しており、
一方の前記直流端子と2つの前記交流端子のそれぞれとの間に、第1のスイッチング素子とリアクトルの直列回路が接続され、
他方の前記直流端子と2つの前記交流端子のそれぞれとの間に、第2のスイッチング素子が接続され、
2つの前記交流端子の間にコンデンサが接続されていることを特徴とする電源回路。
A power supply circuit that performs mutual conversion between DC voltage and AC voltage,
Among the plurality of sections of the voltage waveform divided in accordance with the magnitude relationship in the absolute value comparison of the direct current voltage and the alternating current voltage, the direct current voltage is converted into the alternating current voltage in a section where the alternating current voltage is higher than the direct current voltage. A step-up / step-down operation that performs an operation of stepping up the AC voltage or stepping down the AC voltage to the DC voltage, and performing an operation of stepping down the DC voltage to the AC voltage or an operation of boosting the AC voltage to the DC voltage in the remaining section. An inverter;
A control circuit for controlling the step-up / down inverter,
The step-up / down inverter has two DC terminals for inputting / outputting the DC voltage and two AC terminals for inputting / outputting the AC voltage,
A series circuit of a first switching element and a reactor is connected between the one DC terminal and each of the two AC terminals,
A second switching element is connected between the other DC terminal and each of the two AC terminals,
A power supply circuit, wherein a capacitor is connected between the two AC terminals.
請求項1において、
前記制御回路は、前記直流電圧よりも前記交流電圧の方が高いときに、一方の前記直列回路に含まれる前記第1のスイッチング素子をオンし、他方の前記直列回路に含まれる前記第1のスイッチング素子をオフした状態で、他の2つの前記第2のスイッチング素子を交互にオンオフ制御することにより、前記昇降圧インバータに、前記直流電圧を前記交流電圧に昇圧する動作あるいは前記交流電圧を前記直流電圧に降圧する動作を行わせることを特徴とする電源回路。
In claim 1,
The control circuit turns on the first switching element included in one of the series circuits when the AC voltage is higher than the DC voltage, and the first circuit included in the other series circuit. In the state where the switching element is turned off, the other two second switching elements are alternately turned on / off, whereby the step-up / step-down inverter is operated to boost the DC voltage to the AC voltage or the AC voltage is A power supply circuit characterized by causing an operation to step down to a DC voltage.
請求項1または2において、
前記制御回路は、前記直流電圧よりも前記交流電圧の方が低いときに、一方の前記直列回路に含まれる前記第1のスイッチング素子をオンし、一方の前記第2のスイッチング素子をオフした状態で、他方の前記直列回路に含まれる前記第1のスイッチング素子と他方の前記第2のスイッチング素子とを交互にオンオフ制御することにより、前記昇降圧インバータに、前記直流電圧を前記交流電圧に降圧する動作あるいは前記交流電圧を前記直流電圧に昇圧する動作を行わせることを特徴とする電源回路。
In claim 1 or 2,
When the AC voltage is lower than the DC voltage, the control circuit turns on the first switching element included in one of the series circuits and turns off the second switching element. Thus, by alternately turning on and off the first switching element and the other second switching element included in the other series circuit, the DC voltage is stepped down to the AC voltage by the buck-boost inverter. A power supply circuit that performs an operation to increase the AC voltage to the DC voltage.
請求項2または3において、
前記制御回路は、デューティ比が変更可能なPWM信号を生成するPWM信号生成部と、前記PWM信号生成部から出力されるPWM信号の論理を反転するインバータ回路とを備え、交互にオンオフ制御する2つのスイッチング素子の一方を前記PWM信号生成部の出力信号に基づいてオンオフ制御し、他方を前記インバータ回路の出力信号に基づいてオンオフ制御することを特徴とする電源回路。
In claim 2 or 3,
The control circuit includes a PWM signal generation unit that generates a PWM signal whose duty ratio can be changed, and an inverter circuit that inverts the logic of the PWM signal output from the PWM signal generation unit, and performs on / off control alternately 2 One of the two switching elements is on / off controlled based on the output signal of the PWM signal generator, and the other is on / off controlled based on the output signal of the inverter circuit.
請求項4において、
前記制御回路は、
変換先となる前記直流電圧あるいは前記交流電圧が電圧指令値として与えられたときに、この電圧指令値と実際の前記直流電圧あるいは前記交流電圧との差に基づいて、前記リアクトルに流す電流を示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、
前記電流指令値に基づいて、前記リアクトルの両端電圧を示す電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、
前記電圧指令値に基づいて前記PWM信号を生成する前記PWM信号生成部と、
を備えることを特徴とする電源回路。
In claim 4,
The control circuit includes:
When the DC voltage or the AC voltage to be converted is given as a voltage command value, the current flowing through the reactor is indicated based on the difference between the voltage command value and the actual DC voltage or the AC voltage. A current command value generator for generating a current command value;
Based on the current command value, a voltage command value generation unit that generates a voltage command value indicating a voltage across the reactor, and
The PWM signal generator for generating the PWM signal based on the voltage command value;
A power supply circuit comprising:
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