JP2013162538A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電力変換装置に関し、特に、直列接続された2つの平滑コンデンサにより構成された直流回路を含む電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device including a DC circuit constituted by two smoothing capacitors connected in series.
たとえば整流回路あるいはインバータ回路といった電力変換装置の中には、直列接続された2つの平滑コンデンサによって構成された直流回路を含むものがある。 For example, some power converters such as a rectifier circuit or an inverter circuit include a DC circuit constituted by two smoothing capacitors connected in series.
このような構成の電力変換装置では、2つの平滑コンデンサの接続点(直流中性点)に対して電流が入力および出力される。2つの平滑コンデンサの電圧のアンバランスを補償するために、さらに、チョッパ回路が設けられる。このような用途に用いられるチョッパ回路は、一般に、2つの平滑コンデンサにそれぞれ並列接続される2つの半導体スイッチ素子と、それら2つの半導体スイッチ素子にそれぞれ逆並列接続される2つのダイオードとを含む。2つの半導体スイッチ素子の接続点は、リアクトルを介して直流中性点に接続される。 In the power conversion device having such a configuration, current is input to and output from the connection point (DC neutral point) of the two smoothing capacitors. A chopper circuit is further provided to compensate for the voltage imbalance between the two smoothing capacitors. A chopper circuit used for such an application generally includes two semiconductor switch elements connected in parallel to two smoothing capacitors and two diodes connected in reverse parallel to the two semiconductor switch elements, respectively. The connection point of the two semiconductor switch elements is connected to a DC neutral point via a reactor.
たとえば特開20007−221903号公報(特許文献1)は、上記のチョッパを備えた電力変換装置において、2つの平滑コンデンサの電圧のアンバランスを補償するための方法を開示する。具体的には、一定のサンプリング間隔ごとに、チョッパ回路の電流指令値と、チョッパ回路の電流検出値とが比較される。電流指令値と電流検出値との差分が誤差電流として算出される。誤差電流の正負極性に基づいて、その極性を反転させるように、チョッパ回路を制御するためのPWM(パルス幅変調)信号が生成される。 For example, Japanese Patent Laying-Open No. 20007-1221903 (Patent Document 1) discloses a method for compensating for voltage imbalance between two smoothing capacitors in a power conversion device including the above-described chopper. Specifically, the current command value of the chopper circuit and the current detection value of the chopper circuit are compared at a certain sampling interval. A difference between the current command value and the current detection value is calculated as an error current. A PWM (pulse width modulation) signal for controlling the chopper circuit is generated so as to invert the polarity based on the positive / negative polarity of the error current.
上記のようにチョッパ回路を制御する場合には、2つのコンデンサの間でのエネルギーのやり取りのために、充電電流および放電電流が流れる。このエネルギーは、電圧アンバランスを解消するために用いられるだけでなく、リアクトル、半導体スイッチ等で消費される。リアクトル、半導体スイッチ等で消費されたエネルギーは損失となる。したがって、2つの平滑コンデンサの電圧のアンバランスを補償する場合には、リアクトル、半導体スイッチ等での損失をできるだけ小さくすることが望ましい。 When the chopper circuit is controlled as described above, a charging current and a discharging current flow for exchanging energy between the two capacitors. This energy is not only used to eliminate voltage imbalance, but is also consumed by reactors, semiconductor switches, and the like. The energy consumed by the reactor, semiconductor switch, etc. is lost. Therefore, in order to compensate for the voltage imbalance between the two smoothing capacitors, it is desirable to minimize the loss in the reactor, the semiconductor switch, and the like.
本発明の目的は、損失をできるだけ小さくしつつ、直列接続された2つの平滑コンデンサの間の電圧アンバランスを小さくすることが可能な電力変換装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the power converter device which can make voltage imbalance between two smoothing capacitors connected in series small, making loss as small as possible.
本発明のある局面に係る電力変換装置は、正相、負相および中性相を有する3線直流の正相および負相の間に直列接続された第1および第2の半導体スイッチ素子と、第1および第2の半導体スイッチ素子にそれぞれ逆並列接続された第1および第2のダイオードと、正相と中性相との間に接続された第1のコンデンサと、中性相と負相との間に接続された第2のコンデンサと、中性相と、第1および第2の半導体スイッチ素子の接続点との間に接続されたリアクトルと、正相と負相とに接続されて、交流と直流との間で電力変換を行なう電力変換回路と、第1のコンデンサの第1の電圧および第2のコンデンサの第2の電圧を検出する電圧検出器と、検出された第1および第2の電圧に基づいて第1および第2の半導体スイッチ素子を制御する制御器とを備える。制御器は、第1の電圧が第2の電圧より大きい場合には第1の半導体スイッチ素子をスイッチングして第2の半導体スイッチ素子をオフにし、第2の電圧が第1の電圧より大きい場合には第2の半導体スイッチ素子をスイッチングして第1の半導体スイッチ素子をオフにする。 A power conversion device according to an aspect of the present invention includes first and second semiconductor switch elements connected in series between a positive phase and a negative phase of a three-wire DC having a positive phase, a negative phase, and a neutral phase, First and second diodes connected in reverse parallel to the first and second semiconductor switch elements, respectively, a first capacitor connected between the positive phase and the neutral phase, and a neutral phase and a negative phase Connected to the second capacitor connected between the first phase and the second phase, the neutral phase, the reactor connected between the connection points of the first and second semiconductor switch elements, and the positive phase and the negative phase. A power conversion circuit that performs power conversion between alternating current and direct current, a voltage detector that detects a first voltage of the first capacitor and a second voltage of the second capacitor, and the detected first and Control first and second semiconductor switch elements based on second voltage And a that controller. When the first voltage is greater than the second voltage, the controller switches the first semiconductor switch element to turn off the second semiconductor switch element, and the second voltage is greater than the first voltage. In this case, the second semiconductor switch element is switched to turn off the first semiconductor switch element.
本発明によれば、損失をできるだけ小さくしつつ、直列接続された2つの平滑コンデンサの間の電圧アンバランスを小さくすることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce voltage imbalance between two smoothing capacitors connected in series while minimizing loss.
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態による電力変換装置を示した回路図である。図1を参照して、電力変換装置101は、整流回路Aと、チョッパ回路Bと、インバータ回路Cと、平滑コンデンサ26,27とを備える。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a power converter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1,
整流回路Aは、3相交流電源1の交流を直流に変換する。3相交流電源1は、リアクトル5,6,7を介して整流回路Aに接続されている。チョッパ回路Bは、正負の平滑コンデンサ26,27の電圧アンバランスを抑制する。インバータ回路Cは、チョッパ回路Bからの直流を交流に変換する。
The rectifier circuit A converts the alternating current of the three-phase alternating
平滑コンデンサ26は、正側平滑コンデンサであり、その正極端子は3線直流の正相に対応する。平滑コンデンサ27は、負側平滑コンデンサであり、その負極端子は3線直流の負相に対応する。平滑コンデンサ26,27の接続点は3線直流の中性相に対応する。すなわち、平滑コンデンサ26は、3線直流の正相と中性相との間に接続され、平滑コンデンサ27は、3線直流の中性相と負相との間に接続される。
The
整流回路Aは、3つの相を有する。第1の相は、3線直流の正相と負相との間に直列接続されたIGBT10,11と、IGBT10,11にそれぞれ逆並列接続されたダイオード8,9とで構成される。第2の相は、3線直流の正相と負相との間に直列接続されたIGBT14,15と、IGBT14,15にそれぞれ逆並列接続されたダイオード12,13とで構成される。第3の相は、3線直流の正相と負相との間に直列接続されたIGBT18,19と、IGBT18,19にそれぞれ逆並列接続されたダイオード16,17とで構成される。
The rectifier circuit A has three phases. The first phase includes
3相交流電源1の1つの相は、リアクトル5を介してIGBT10,11の接続点に接続される。3相交流電源1の他の1相は、リアクトル6を介してIGBT14,15の接続点に接続される。3相交流電源1の残りの1相は、リアクトル7を介してIGBT18,19の接続点に接続されている。さらに、3相交流電源1の各相と中性線Nとの間に、コンデンサ2,3,4がそれぞれ接続される。
One phase of the three-phase
チョッパ回路Bは、3線直流の正相と負相との間に直列接続されたIGBT20,21と、IGBT20,21にそれぞれ逆並列接続されたダイオード22,23と、リアクトル24とを含む。リアクトル24は、IGBT20,21の接続点と中性線Nとの間に接続される。中性線Nは、平滑コンデンサ26,27の接続点に接続される。したがってリアクトル24は、IGBT20,21の接続点と平滑コンデンサ26,27の接続点との間に接続される。
The chopper circuit B includes
インバータ回路Cは、整流回路Aと同様の構成を有する。すなわちインバータ回路Cは、3つの相を有する。第1の相は、3線直流の正相と負相との間に直列接続されたIGBT28,29と、IGBT28,29にそれぞれ逆並列接続されたダイオード30,31とで構成される。第2の相は、3線直流の正相と負相との間に直列接続されたIGBT32,33と、IGBT32,33にそれぞれ逆並列接続されたダイオード34,35とで構成される。第3の相は、3線直流の正相と負相との間に直列接続されたIGBT36,37と、IGBT36,37にそれぞれ逆並列接続されたダイオード38,39とで構成される。
The inverter circuit C has the same configuration as the rectifier circuit A. That is, the inverter circuit C has three phases. The first phase includes
IGBT28,29の接続点、IGBT32,33の接続点、およびIGBT36,37の接続点は、それぞれ、リアクトル42,41,40を介して三相4線式の負荷46に接続される。さらに負荷46の各相と中性線Nとの間に、コンデンサ43,44,45がそれぞれ接続される。
The connection points of
電力変換装置101は、さらに、電圧検出器47,48と制御器25とを備える。電圧検出器47は、平滑コンデンサ26の電圧VPを検出する。電圧検出器48は、平滑コンデンサ27の電圧VNを検出する。制御器25は、電圧検出器47,48でそれぞれ検出された電圧VP,VNに基づいてゲート制御信号GP,GNを生成する。制御器25は、チョッパ回路BのIGBT20,21に、生成したゲート制御信号GP,GNをそれぞれ送る。
The
制御器25は、さらに、整流回路Aおよびインバータ回路Cの各々に含まれるIGBTを制御するためのゲート制御信号を生成する。ただし、図が煩雑になるのを避けるために、図1には、整流回路Aおよびインバータ回路Cの各々に含まれるIGBTを制御するためのゲート制御信号は示されていない。整流回路Aおよびインバータ回路Cの制御方法としては、PWM制御など周知の方法を適用することができるので、以後の詳細な説明は繰り返さない。
図2は、本発明の比較例に対応するバランス制御方法を説明するための図である。(A)はIGBTの動作を説明するための図である。(B)はリアクトルに流れる電流の時間的な変化を説明するための波形図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining a balance control method corresponding to a comparative example of the present invention. (A) is a figure for demonstrating operation | movement of IGBT. (B) is a wave form diagram for demonstrating the temporal change of the electric current which flows into a reactor.
図2を参照して、制御器25Aは、電圧検出器47が検出した電圧VPおよび電圧検出器48が検出した電圧VNから、電圧VPと電圧VNとの間の電圧差を検出する。制御器25Aは、この電圧差に基づくPWM制御により、ゲート制御信号GP,GNを生成する。ゲート制御信号GP,GNにより、IGBT20,21の一方がオンのときに他方がオフとなるように、IGBT20,21がスイッチングされる。
Referring to FIG. 2,
正側のIGBT(IGBT20)のオン時には、電流は、平滑コンデンサ26の正極端子から出て、IGBT20およびリアクトル24を経由して平滑コンデンサ26の負極端子へと流れこむ。一方、負側のIGBT(IGBT21)のオン時には、電流は、平滑コンデンサ27の正極端子から出て、リアクトル24およびIGBT21を経由して平滑コンデンサ27の負極端子へと流れこむ。
When the positive-side IGBT (IGBT 20) is on, current flows from the positive terminal of the smoothing
電流ILは、リアクトル24に流れる電流を表わす。電流ILがIGBT20,21の接続点から平滑コンデンサ26,27の接続点へと流れる場合の電流ILの極性を正とする。正側のIGBT(IGBT20)のオン時には、正方向に電流ILが流れる。一方、負側のIGBT(IGBT21)のオン時には、負方向に電流ILが流れる。このため、図2(B)に示すように、電流ILの極性が時間的に変化する。ILDCは電流ILの時間平均値であり、電流ILの実効値に相当する。なお図2(B)ではILDCが負の値として示されているが、ILDCが正の値になる場合もある。
Current I L represents the current flowing through
本発明の実施の形態では、制御器25は、電圧VPと電圧VNとのうちの大きいほうに対応するIGBTをスイッチングさせて、他方のIGBTをオフにする。すなわちVP>VNの場合には、制御器25は、IGBT20をスイッチングさせてIGBT21をオフさせる。逆にVP<VNの場合には、制御器25は、IGBT20をオフさせてIGBT21をスイッチングさせる。これにより、平滑コンデンサ26,27の電圧がアンバランスであるときに発生する電流を小さくすることができる。したがって、損失を低減することができる。以下に、本発明の各々の実施の形態に係る制御器25の具体的な構成について説明する。
In the embodiment of the present invention,
[実施の形態1]
図3は、実施の形態1に係る制御器の構成を説明する図である。図3を参照して、制御器25は、減算器50と、デューティ制御器51と、乗算器52と、デューティリミッタ53,54と、PWM信号発生器55,56とを備える。減算器50と、デューティ制御器51と、乗算器52と、デューティリミッタ53,54とはデューティ決定部を構成する。
[Embodiment 1]
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the controller according to the first embodiment. Referring to FIG. 3, the
減算器50は、電圧VPと電圧VNとの差分(VP−VN)を生成する。デューティ制御器51は、(VP−VN)に比例した値Vを決定する。なお、デューティ制御器51は、(VP−VN)の値そのものを出力してもよい。
The
乗算器52は、デューティ制御器51の出力値Vに(−1)を乗じる。(VP−VN)>0の場合、デューティ制御器51の出力値Vも正の値であるので、乗算器52の出力値(=−V)は負の値となる。逆に(VP−VN)<0の場合、デューティ制御器51の出力値Vは負の値であるので、乗算器52の出力値は正の値となる。
The
デューティリミッタ53は、デューティ制御器51の出力値Vに応じたデューティ比を決定する。ただし、デューティ比は一定値を超えないように制限される。同様に、デューティリミッタ54は、乗算器52の出力値(=−V)に応じたデューティ比を決定する。デューティ比は、一定値を超えないように制限される。なお、デューティリミッタ53,54において、「D」はデューティ比を示している。
The
デューティリミッタ53,54の各々の入力値が0または負の値の場合には、デューティリミッタ53,54の各々は、デューティ比として0を出力する。これにより、デューティリミッタ53から出力されるデューティ比Pbrefおよびデューティリミッタ54から出力されるデューティ比Nbrefは、いずれも正の値(ただし一定値を超えない)となる。
When the input value of each of the
PWM信号発生器55は、デューティ比Pbrefに基づいてゲート制御信号GPを発生させる。PWM信号発生器56は、デューティ比Nbrefに基づいてゲート制御信号GNを発生させる。
The
図4は、図3に示したPWM信号発生器55,56の構成例を示した図である。図4を参照して、PWM信号発生器55は、パルス源57と、変調部58,59とを備える。なお、PWM信号発生器56の構成は図4に示された構成と同じであるので以後の説明は繰り返さない。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the
パルス源57は、パルス(たとえば矩形パルス)を発生させる。パルスの周波数は特に限定されるものではない。また、パルス源57から発生したパルスのデューティ比は特に限定されない。
The
変調部58は、パルス源57から発生したパルスのデューティ比を、デューティ比Pbrefに従って変化させる。これにより変調部58は、ゲート制御信号GPを発生させる。変調部59は、パルス源57から発生したパルスのデューティ比を、デューティ比Nbrefに従って変化させる。これにより変調部59は、ゲート制御信号GNを発生させる。
The modulator 58 changes the duty ratio of the pulse generated from the
図5は、第1の実施の形態に係るバランス制御を説明するための第1の図である。(A)はIGBTの動作を説明するための図である。(B)はリアクトルに流れる電流の時間的な変化を説明するための波形図である。 FIG. 5 is a first diagram for explaining the balance control according to the first embodiment. (A) is a figure for demonstrating operation | movement of IGBT. (B) is a wave form diagram for demonstrating the temporal change of the electric current which flows into a reactor.
図3および図5を参照して、(VP−VN)>0の場合、すなわちVP>VNの場合には、デューティ比Pbrefが正の値であり、デューティ比Nbrefが0である。ゲート制御信号GPはデューティ比Pbrefに従ってオンオフするのに対し、ゲート制御信号GNは常にオフとなる。したがってIGBT20がスイッチングし、IGBT21はオフのままである。これにより平滑コンデンサ26が放電され、リアクトル24を介して平滑コンデンサ27が充電される。
3 and 5, when (V P −V N )> 0, that is, when V P > V N , duty ratio P bref is a positive value, and duty ratio N bref is 0. It is. Gate control signal G P whereas for off according duty ratio P bref, the gate control signal G N is always off. Therefore, the
IGBT20のオン時には、電流は、平滑コンデンサ26の正極端子から出て、IGBT20およびリアクトル24を経由して平滑コンデンサ26の負極端子へと流れこむ。リアクトル24を流れる電流ILは0から上昇する。
When the
IGBT20のオフ時には、IGBT21もオフしている。このため電流は、平滑コンデンサ27の負極端子から出て、ダイオード23およびリアクトル24を経由して平滑コンデンサ27の正極端子へと流れこむ。この場合、電流ILは低下して0になる。したがって、IGBT20のみがスイッチングする間、電流ILの極性は正となる。
When the
図6は、第1の実施の形態に係るバランス制御を説明するための第2の図である。(A)はIGBTの動作を説明するための図である。(B)はリアクトルに流れる電流の時間的な変化を説明するための波形図である。 FIG. 6 is a second diagram for explaining the balance control according to the first embodiment. (A) is a figure for demonstrating operation | movement of IGBT. (B) is a wave form diagram for demonstrating the temporal change of the electric current which flows into a reactor.
図3および図6を参照して、(VP−VN)<0の場合、すなわちVP<VNの場合には、デューティ比Pbrefが0であり、デューティ比Nbrefが正の値である。ゲート制御信号GPは常にオフとなるのに対し、ゲート制御信号GNはデューティ比Nbrefに従ってオンオフする。したがってIGBT20がオフのままであり、IGBT21がスイッチングする。これにより平滑コンデンサ27が放電され、リアクトル24を介して平滑コンデンサ26が充電される。
Referring to FIGS. 3 and 6, when (V P −V N ) <0, that is, when V P <V N , duty ratio P bref is 0 and duty ratio N bref is a positive value. It is. Gate control signal G P whereas always turned off, the gate control signal G N is off according to the duty ratio N bref. Therefore, the
IGBT21のオン時には、電流は、平滑コンデンサ27の正極端子から出て、リアクトル24およびIGBT21を経由して平滑コンデンサ27の負極端子へと流れこむ。リアクトル24を流れる電流ILの絶対値が増加し、電流ILは0から負方向へと変化する。
When the
IGBT21のオフ時には、IGBT20もオフしている。このため電流は、平滑コンデンサ26の負極端子から出て、リアクトル24およびダイオード22を経由して平滑コンデンサ26の正極端子へと流れこむ。この場合、電流ILの絶対値が減少し、電流ILは負の値から0へと変化する。したがって、IGBT21のみがスイッチングする間、電流ILの極性は負となる。
When the
図5および図6に示されるように、平滑コンデンサ26の電圧が平滑コンデンサ27の電圧よりも大きいとき、制御器25はIGBT20をスイッチングさせる。逆に、平滑コンデンサ27の電圧が平滑コンデンサ26の電圧よりも大きいとき、制御器25はIGBT21をスイッチングさせる。これにより、平滑コンデンサ26,27の電圧アンバランスを抑制することができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, when the voltage of the smoothing
さらに図2に示した制御では、電圧VPおよび電圧VNの大小関係に関わらず、IGBT20,21の両方をスイッチングさせる。これにより、リアクトル24には電流ILが正方向および負方向に流れる。
Further control shown in FIG. 2, regardless of the magnitude relationship between the voltage V P and the voltage V N, thereby switching both IGBT20,21. As a result, the current I L flows through the
一方、第1の実施の形態によれば、VP>VNの場合には、リアクトル24には電流ILが正方向にしか流れず、VP<VNの場合には、リアクトル24には電流ILが負方向にしか流れない。このため、リアクトル24での損失を低減することができる。
On the other hand, according to the first embodiment, when V P > V N , the current I L flows through the
さらに、図2に示した場合には、IGBT20,21の一方がオンである間に、電流ILが正から負(または負から正)へと変化する。このため、オンしているIGBTに流れる電流の変化量が大きくなる。したがって、IGBTの損失が大きくなる。これに対して第1の実施の形態によれば、電流ILは0と正の値との間、あるいは0と負の値との間で変化する。このため電流ILの変化量は、図2に示した変化量よりも小さい。したがってオンしているIGBTに流れる電流の変化量も小さくなるので、IGBTの損失を低減することができる。
Further, in the case shown in FIG. 2, the current I L changes from positive to negative (or from negative to positive) while one of the
このように第1の実施の形態によれば、リアクトルおよびIGBTの損失を低減することができる。これによりリアクトルおよびIGBTの小型化を図ることができるので、電力変換装置の小型化および軽量化を図ることができる。 Thus, according to 1st Embodiment, the loss of a reactor and IGBT can be reduced. Thereby, since a reactor and IGBT can be reduced in size, a power converter can be reduced in size and weight.
[実施の形態2]
図7は、実施の形態2に係る制御器の構成を説明する図である。図7を参照して、制御器25は、電圧比較器61,62と、PWM信号発生器55,56とを備える。電圧比較器61,62はデューティ決定部を構成する。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the controller according to the second embodiment. Referring to FIG. 7,
電圧比較器61は、電圧VPと電圧VNとを比較する。VP>VNの場合、電圧比較器61は、デューティ比(duty)を一定値Dに設定する。VP≦VNの場合、電圧比較器61は、デューティ比を0に設定する。電圧比較器61によって決定されたデューティ比は、デューティ比Pbrefとして電圧比較器61から出力される。
The
同じく電圧比較器62は、電圧VPと電圧VNとを比較する。VN>VPの場合、電圧比較器62は、デューティ比(duty)を一定値Dに設定する。VN≦VPの場合、電圧比較器62は、デューティ比を0に設定する。電圧比較器62によって決定されたデューティ比は、デューティ比Nbrefとして電圧比較器62から出力される。
Similarly, the
PWM信号発生器55,56の構成については、図3および図4に示した構成と同じである。VP>VNの場合、Pbref=D、Nbref=0である。したがって、ゲート制御信号GPはデューティ比Pbrefに従ってオンオフするのに対し、ゲート制御信号GNは常にオフとなる。すなわちIGBT20がスイッチングし、IGBT21はオフのままである。逆にVP<VNの場合、Pbref=0,Nbref=Dである。したがってゲート制御信号GPは常にオフとなるのに対し、ゲート制御信号GNはデューティ比Nbrefに従ってオンオフする。すなわちIGBT20はオフのままであり、IGBT21がスイッチングする。
The configuration of the
このように実施の形態2によれば、実施の形態1に係る制御と同じ制御を実現できる。したがって実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 Thus, according to the second embodiment, the same control as the control according to the first embodiment can be realized. Therefore, according to the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[実施の形態3]
図8は、実施の形態3に係る制御器の構成を説明する図である。図3および図8を参照して、実施の形態3において、制御器25は、デューティリミッタ53,54に代えてデューティリミッタ53A,54Aを含む。この点で実施の形態3に係る制御器は、実施の形態1に係る制御器と異なる。なお、図8に示した構成の他の部分は、図3の対応する部分と同様である。減算器50と、デューティ制御器51と、乗算器52と、デューティリミッタ53A,54Aとはデューティ決定部を構成する。
[Embodiment 3]
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the controller according to the third embodiment. 3 and 8, in the third embodiment,
デューティリミッタ53Aは、デューティ制御器51の出力値V、言い換えれば(VP−VN)に対する不感帯を有する点でデューティリミッタ53と異なる。すなわち、デューティ制御器51の出力値Vが0より大きく、ある正の所定値以下である場合には、デューティリミッタ53Aから出力されるデューティ比Pbrefは0である。デューティリミッタ53Aの他の点については、デューティリミッタ53と同じである。したがってデューティ制御器51の出力値Vが負の場合にもデューティ比Pbrefは0である。
The
デューティリミッタ54Aは、乗算器52の出力値(−V)に対する不感帯を有する点でデューティリミッタ54と異なる。すなわち、乗算器52の出力値(−V)が0より大きく、ある正の所定値以下である場合には、デューティリミッタ54Aから出力されるデューティ比Nbrefは0である。デューティリミッタ54Aの他の点については、デューティリミッタ54と同じである。したがって乗算器52の出力値(−V)が負の場合(Vが正の場合)にもデューティ比Nbrefは0である。
The
実施の形態1では、電圧VPと電圧VNとが等しくならない間、IGBT20,21のいずれか一方がスイッチングする。しかしながら実施の形態3によれば、(VP−VN)の絶対値が所定値以下である場合、ゲート制御信号GP,GNの両方がオフとなる。したがって電圧VPと電圧VNとが等しくなくても、(VP−VN)の絶対値が所定値以下であればIGBT20,21の両方がオフする。これにより実施の形態3では、IGBT20,21の両方がオフする時間を長くすることができるので、実施の形態1よりもチョッパ回路Bの損失(たとえばリアクトルの損失、IGBTの損失等)を低減することができる。
In the first embodiment, either of the
[実施の形態4]
図9は、実施の形態4に係る制御器の構成を説明する図である。図7および図9を参照して、実施の形態4において、制御器25は、電圧比較器61,62に代えて電圧比較器61A,62Aを含む。この点で実施の形態4に係る制御器は、実施の形態2に係る制御器と異なる。なお、図9に示した構成の他の部分は、図7の対応する部分と同様である。電圧比較器61A,62Aはデューティ決定部を構成する。
[Embodiment 4]
FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the controller according to the fourth embodiment. 7 and 9, in the fourth embodiment,
電圧比較器61Aは、(VP−VN)に対する不感帯を有する点で電圧比較器61と異なる。VP>VN+ΔVである場合には、電圧比較器61Aは、デューティ比(duty)を一定値Dに設定する。VP≦VN+ΔVである場合には、電圧比較器61Aは、デューティ比を0に設定する。電圧比較器61Aによって決定されたデューティ比は、デューティ比Pbrefとして電圧比較器61Aから出力される。
The
電圧比較器62Aは、(VP−VN)に対する不感帯を有する点で電圧比較器62と異なる。VN>VP+ΔVである場合には、電圧比較器62Aは、デューティ比(duty)を一定値Dに設定する。VN≦VP+ΔVである場合には、電圧比較器62Aは、デューティ比を0に設定する。電圧比較器62Aによって決定されたデューティ比は、デューティ比Nbrefとして電圧比較器62Aから出力される。
The
実施の形態4によれば、−ΔV≦(VP−VN)≦ΔVであるときには、デューティ比PbrefおよびNbrefが0となる。このためゲート制御信号GP,GNがオフになるのでIGBT20,21がオフする。したがって実施の形態4では、IGBT20,21の両方がオフする時間を長くすることができるので、実施の形態2よりもチョッパ回路Bの損失(たとえばリアクトルの損失、IGBTの損失等)を低減することができる。
According to the fourth embodiment, when −ΔV ≦ (V P −V N ) ≦ ΔV, the duty ratios P bref and N bref are 0. For this reason, since the gate control signals G P and G N are turned off, the
なお、上記の各実施の形態では、半導体スイッチ素子としてIGBTを示した。ただし半導体スイッチ素子はIGBTに限定されるものではなく、たとえばMOSFET等でもよい。 In each of the above embodiments, an IGBT is shown as the semiconductor switch element. However, the semiconductor switch element is not limited to the IGBT, and may be a MOSFET, for example.
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 交流電源、2〜4,43〜45 コンデンサ、5〜7,24,40〜42 リアクトル、8,9,12,13,16,17,22,23,30,31,34,35,38,39 ダイオード、10,11,14,15,18〜21,28,29,32,33,36,37 IGBT、25,25A 制御器、26,27 平滑コンデンサ、46 負荷、47,48 電圧検出器、50 減算器、51 デューティ制御器、52 乗算器、53,54,53A,54A デューティリミッタ、55,56 PWM信号発生器、57 パルス源、58,59 変調部、61,62,61A,62A 電圧比較器、101 電力変換装置、A 整流回路、B チョッパ回路、C インバータ回路、N 中性線。 1 AC power source, 2 to 4, 43 to 45 capacitor, 5 to 7, 24, 40 to 42 reactor, 8, 9, 12, 13, 16, 17, 22, 23, 30, 31, 31, 34, 35, 38, 39 diode, 10, 11, 14, 15, 18 to 21, 28, 29, 32, 33, 36, 37 IGBT, 25, 25A controller, 26, 27 smoothing capacitor, 46 load, 47, 48 voltage detector, 50 Subtractor, 51 Duty controller, 52 Multiplier, 53, 54, 53A, 54A Duty limiter, 55, 56 PWM signal generator, 57 Pulse source, 58, 59 Modulator, 61, 62, 61A, 62A Voltage comparison , 101 power converter, A rectifier circuit, B chopper circuit, C inverter circuit, N neutral wire.
Claims (5)
正相、負相および中性相を有する3線直流の前記正相および前記負相の間に直列接続された第1および第2の半導体スイッチ素子と、
前記第1および第2の半導体スイッチ素子にそれぞれ逆並列接続された第1および第2のダイオードと、
前記正相と前記中性相との間に接続された第1のコンデンサと、
前記中性相と前記負相との間に接続された第2のコンデンサと、
前記中性相と、前記第1および第2の半導体スイッチ素子の接続点との間に接続されたリアクトルと、
前記正相と前記負相とに接続されて、交流と直流との間で電力変換を行なう電力変換回路と、
前記第1のコンデンサの第1の電圧および前記第2のコンデンサの第2の電圧を検出する電圧検出器と、
検出された第1および第2の電圧に基づいて前記第1および第2の半導体スイッチ素子を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記第1の電圧が前記第2の電圧より大きい場合には前記第1の半導体スイッチ素子をスイッチングして前記第2の半導体スイッチ素子をオフにし、前記第2の電圧が前記第1の電圧より大きい場合には前記第2の半導体スイッチ素子をスイッチングして前記第1の半導体スイッチ素子をオフにする、電力変換装置。 A power converter,
First and second semiconductor switching elements connected in series between the positive phase and the negative phase of a three-wire direct current having a positive phase, a negative phase and a neutral phase;
First and second diodes connected in antiparallel to the first and second semiconductor switch elements, respectively;
A first capacitor connected between the positive phase and the neutral phase;
A second capacitor connected between the neutral phase and the negative phase;
A reactor connected between the neutral phase and a connection point of the first and second semiconductor switch elements;
A power conversion circuit connected to the positive phase and the negative phase to perform power conversion between alternating current and direct current;
A voltage detector for detecting a first voltage of the first capacitor and a second voltage of the second capacitor;
A controller for controlling the first and second semiconductor switch elements based on the detected first and second voltages,
The controller switches the first semiconductor switch element to turn off the second semiconductor switch element when the first voltage is greater than the second voltage, and the second voltage is A power conversion device that switches the second semiconductor switch element to turn off the first semiconductor switch element when the voltage is higher than the first voltage.
前記第1の半導体スイッチ素子を制御するための第1の制御信号の第1のデューティ比と、前記第2の半導体スイッチ素子を制御するための第2の制御信号の第2のデューティ比とを決定するデューティ決定部を含み、
前記デューティ決定部は、前記第1の電圧が前記第2の電圧より大きい場合には、前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差に応じた前記第1のデューティ比を設定するとともに前記第2のデューティ比を0に設定し、
前記デューティ決定部は、前記第2の電圧が前記第1の電圧より大きい場合には、前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差に応じた前記第2のデューティ比を設定するとともに前記第1のデューティ比を0に設定する、請求項1に記載の電力変換装置。 The controller is
A first duty ratio of a first control signal for controlling the first semiconductor switch element and a second duty ratio of a second control signal for controlling the second semiconductor switch element Including a duty determining unit for determining,
When the first voltage is greater than the second voltage, the duty determination unit sets the first duty ratio according to a voltage difference between the first voltage and the second voltage. And setting the second duty ratio to 0,
When the second voltage is greater than the first voltage, the duty determination unit sets the second duty ratio according to a voltage difference between the first voltage and the second voltage. The power conversion device according to claim 1, wherein the first duty ratio is set to 0 while being set.
前記第1の半導体スイッチ素子を制御するための第1の制御信号の第1のデューティ比と、前記第2の半導体スイッチ素子を制御するための第2の制御信号の第2のデューティ比とを決定するデューティ決定部を含み、
前記デューティ決定部は、前記第1の電圧が前記第2の電圧より大きい場合には、前記第1のデューティ比を0と異なる所定値に設定するとともに前記第2のデューティ比を0に設定し、
前記デューティ決定部は、前記第2の電圧が前記第1の電圧より大きい場合には、前記第2のデューティ比を0と異なる値に設定するとともに前記第1のデューティ比を0に設定する、請求項1に記載の電力変換装置。 The controller is
A first duty ratio of a first control signal for controlling the first semiconductor switch element and a second duty ratio of a second control signal for controlling the second semiconductor switch element Including a duty determining unit for determining,
The duty determination unit sets the first duty ratio to a predetermined value different from 0 and sets the second duty ratio to 0 when the first voltage is greater than the second voltage. ,
The duty determination unit sets the second duty ratio to a value different from 0 and sets the first duty ratio to 0 when the second voltage is larger than the first voltage. The power conversion device according to claim 1.
前記第1の半導体スイッチ素子を制御するための第1の制御信号の第1のデューティ比と、前記第2の半導体スイッチ素子を制御するための第2の制御信号の第2のデューティ比とを決定するデューティ決定部を含み、
前記デューティ決定部は、前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差が、0を挟む所定の範囲内である場合には、前記第1および第2のデューティ比をともに0に設定すし、
前記デューティ決定部は、前記第1の電圧が前記第2の電圧より大きく、かつ前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差が前記所定の範囲外である場合には、前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差に応じた前記第1のデューティ比を設定するとともに前記第2のデューティ比を0に設定し、
前記デューティ決定部は、前記第2の電圧が前記第1の電圧より大きく、かつ前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差が前記所定の範囲外である場合には、前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差に応じた前記第2のデューティ比を設定するとともに前記第1のデューティ比を0に設定する、請求項1に記載の電力変換装置。 The controller is
A first duty ratio of a first control signal for controlling the first semiconductor switch element and a second duty ratio of a second control signal for controlling the second semiconductor switch element Including a duty determining unit for determining,
When the voltage difference between the first voltage and the second voltage is within a predetermined range across 0, the duty determination unit sets both the first and second duty ratios to 0. Set to
When the first voltage is larger than the second voltage and the voltage difference between the first voltage and the second voltage is outside the predetermined range, the duty determination unit Setting the first duty ratio according to a voltage difference between the first voltage and the second voltage and setting the second duty ratio to 0;
When the second voltage is larger than the first voltage and the voltage difference between the first voltage and the second voltage is outside the predetermined range, the duty determination unit 2. The power conversion according to claim 1, wherein the second duty ratio is set according to a voltage difference between the first voltage and the second voltage, and the first duty ratio is set to 0. 3. apparatus.
前記第1の半導体スイッチ素子を制御するための第1の制御信号の第1のデューティ比と、前記第2の半導体スイッチ素子を制御するための第2の制御信号の第2のデューティ比とを決定するデューティ決定部を含み、
前記デューティ決定部は、前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差が、0を挟む所定の範囲内である場合には、前記第1および第2のデューティ比をともに0に設定すし、
前記デューティ決定部は、前記第1の電圧が前記第2の電圧より大きく、かつ前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差が前記所定の範囲外である場合には、前記第1のデューティ比を0と異なる所定値に設定するとともに前記第2のデューティ比を0に設定し、
前記デューティ決定部は、前記第2の電圧が前記第1の電圧より大きく、かつ前記第1の電圧と前記第2の電圧との間の電圧差が前記所定の範囲外である場合には、前記第2のデューティ比を0と異なる値に設定するとともに前記第1のデューティ比を0に設定する、請求項1に記載の電力変換装置。 The controller is
A first duty ratio of a first control signal for controlling the first semiconductor switch element and a second duty ratio of a second control signal for controlling the second semiconductor switch element Including a duty determining unit for determining,
When the voltage difference between the first voltage and the second voltage is within a predetermined range across 0, the duty determination unit sets both the first and second duty ratios to 0. Set to
When the first voltage is larger than the second voltage and the voltage difference between the first voltage and the second voltage is outside the predetermined range, the duty determination unit Setting the first duty ratio to a predetermined value different from 0 and setting the second duty ratio to 0;
When the second voltage is larger than the first voltage and the voltage difference between the first voltage and the second voltage is outside the predetermined range, the duty determination unit The power converter according to claim 1, wherein the second duty ratio is set to a value different from 0 and the first duty ratio is set to 0.
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JP2001197757A (en) * | 2000-01-11 | 2001-07-19 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter |
JP2007221903A (en) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | Power conversion device |
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