JP2015106945A - 電流形電力変換装置 - Google Patents

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【課題】コモンモード電圧の振幅を低減しつつ、電流リップルの周波数変化を抑制できる電流形電力変換装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る電流形電力変換装置は、第１の駆動信号が同一出力相の複数のスイッチング素子をオンにする短絡モードを実行する駆動信号である場合、相電圧の絶対値が最小である出力相に対して短絡モードを実行する第２の駆動信号を生成し、第１の駆動信号を第２の駆動信号に切り換える。【選択図】図４

Description

開示の実施形態は、電流形電力変換装置に関する。
従来、電流指令に基づいてスイッチング素子を駆動する電流形電力変換装置が知られている。かかる従来の電流形電力変換装置では、コモンモード電圧の振幅が大きいため、電波受信機器に影響を与える電磁妨害波を発生するおそれがある。そこで、本出願人は、搬送波信号のボトム値以上および／またはピーク値以下になるように複数の線間電流指令を増減することで、コモンモード電圧の振幅を低減する技術を提案している（特許文献１参照）。
特開２０１３−１８３５６５号公報
しかしながら、特許文献１に記載の電流形電力変換装置では、線間電流指令の増減方法が切り替わることによってゼロベクトルの出力周期が切り替わり、電流リップルの周波数成分が大きく変化してしまうおそれがある。例えば、特許文献１の図２８に示す状態から図３０に示す状態に切り替わると、ゼロベクトルの出力周期が２倍になり、電流リップルの周波数成分が大きく変化してしまう。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、コモンモード電圧の振幅を低減しつつ、電流リップルの周波数変化を抑制できる電流形電力変換装置を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る電流形電力変換装置は、インバータ部と、駆動制御部と、を備える。前記インバータ部は、直流電流源の正極と負極との間に、直列接続した複数のスイッチング素子を出力相毎に有する。前記駆動制御部は、異なる出力相の前記スイッチング素子をオンにして出力相間に電流を供給する出力モードと、同一出力相の前記複数のスイッチング素子をオンにする短絡モードとにより、線間電流指令に応じた前記インバータ部の制御を行う。前記駆動制御部は、電流指令補正部、信号生成部および切換部とを備える。前記電流指令補正部は、異なる出力相間に対する複数の線間電流指令の全てが搬送波信号のボトム値以上またはピーク値以下になるように前記複数の線間電流指令を前記搬送波信号に対して増加または減少させる。前記信号生成部は、前記複数の線間電流指令の全てが前記搬送波信号により小さい状態である場合と大きい状態である場合とで前記短絡モードの対象となる出力相が異なるように、前記複数のスイッチング素子をそれぞれ駆動するための第１の駆動信号を生成する。前記切換部は、前記第１の駆動信号が前記短絡モードを実行する駆動信号である場合に、相電圧の絶対値が最小である出力相に対して前記短絡モードを実行する第２の駆動信号を生成し、前記第１の駆動信号を前記第２の駆動信号に切り換える。
実施形態の一態様によれば、コモンモード電圧の振幅を低減しつつ、電流リップルの周波数変化を抑制できる電流形電力変換装置を提供することができる。
図１は、実施形態に係る電流形電力変換装置の構成を示す図である。 図２は、相電流指令と線間電流指令との関係を示す図である。 図３は、空間ベクトル変調法を説明するための図である。 図４は、駆動信号発生部の構成例を示す図である。 図５は、駆動信号発生部によるスイッチ駆動信号の生成の流れを示すフローチャートである。 図６は、電流指令補正器の構成例を示す図である。 図７は、判定テーブルの一例を示す図である。 図８は、線間電流指令と第１オフセット量と第２オフセット量との関係を説明するための図である。 図９Ａは、線間電流指令と補正線間電流指令との関係を示す図である。 図９Ｂは、線間電流指令と補正線間電流指令との関係を示す図である。 図１０は、比較器の構成例を示す図である。 図１１は、極性判定器の構成例を示す図である。 図１２は、信号生成器の構成例を示す図である。 図１３は、ロジック回路部の構成例を示す図である。 図１４は、ロジック回路部の構成例を示す図である。 図１５は、ゼロベクトル切換器の構成例を示す図である。 図１６は、線間電流指令、搬送波信号および第１のスイッチ駆動信号の関係を示す図である。 図１７は、線間電流指令、搬送波信号および第１のスイッチ駆動信号の関係を示す図である。 図１８は、線間電流指令、搬送波信号および第１のスイッチ駆動信号の関係を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電流形電力変換装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
［１．電流形電力変換装置］
図１は、実施形態に係る電流形電力変換装置の構成を示す図である。図１に示すように、実施形態に係る電流形電力変換装置１は、電流形インバータ部１０と、電流形インバータ部１０を制御する駆動制御部２０とを備える。
［１．１．電流形インバータ部１０］
電流形インバータ部１０は、直流電流源２から供給される直流電力を交流電力へ変換して負荷のＵ相、Ｖ相およびＷ相へ出力する。負荷として、例えば、電動機などがある。なお、図１に示す例では、直流電流源２を電流形インバータ部１０外に設けているが、直流電流源２を電流形インバータ部１０内に設けてもよい。
電流形インバータ部１０は、６つのスイッチング素子１１ａ〜１１ｆと、６つの整流素子１２ａ〜１２ｆと、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆを駆動する６つの駆動回路１３ａ〜１３ｆとを備える。なお、以下において、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆをスイッチング素子１１と総称する場合がある。また、整流素子１２ａ〜１２ｆを整流素子１２と総称する場合がある。
かかる電流形インバータ部１０では、直流電流源２の正極と負極との間に、２つのスイッチング素子１１が直列接続されたブリッジ回路が３つ並列接続され、各スイッチング素子１１に逆流防止用の整流素子１２が直列に接続される。直列接続されたスイッチング素子１１ａ、１１ｂ間にはＵ相端子Ｔｕが接続される。直列接続されたスイッチング素子１１ｃ、１１ｄ間にはＶ相端子Ｔｖが接続される。直列接続されたスイッチング素子１１ｅ、１１ｆ間にはＷ相端子Ｔｗが接続される。
スイッチング素子１１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）など、スイッチ駆動信号によってオン／オフされるスイッチング素子である。なお、整流素子１２およびスイッチング素子１１に代えて、逆阻止形ＩＧＢＴを用いることも可能である。
駆動回路１３ａ〜１３ｆは、駆動制御部２０から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎに応じたスイッチ駆動信号を生成してスイッチング素子１１ａ〜１１ｆをオン／オフする。
［１．２．駆動制御部２０］
駆動制御部２０は、駆動回路１３ａ〜１３ｆにそれぞれ入力するスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎを生成する。かかる駆動制御部２０は、電圧検出部２１と、電流指令発生部２２と、駆動信号発生部２３とを備える。
電圧検出部２１は、出力相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相の瞬時電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ（以下、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと記載する）を検出し、駆動信号発生部２３へ出力する。
電流指令発生部２２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各出力相に対応する相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*と、３つの異なる出力相間（ＵＷ相、ＶＵ相、ＷＶ相）に対応する線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*とを並行して出力する。相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*と、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*との関係は、例えば、下記式（１）〜（３）によって表わされる。
Figure 2015106945
図２は、相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*と線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*との関係を示す図である。図２では、各電流指令の１周期が電気角６０度毎に領域Ａ〜Ｆの６つの領域に分けて示されている。領域Ａは相電流指令Ｉｕ*が正側ピーク値を包含する領域、領域Ｂは相電流指令Ｉｗ*が負側ピーク値を包含する領域、領域Ｃは相電流指令Ｉｖ*が正側ピーク値を包含する領域である。また、領域Ｄは相電流指令Ｉｕ*が負側ピーク値を包含する領域、領域Ｅは相電流指令Ｉｗ*が正側ピーク値を包含する領域、領域Ｆは相電流指令Ｉｖ*が負側ピーク値を包含する領域である。
駆動信号発生部２３は、図１に示すように、電流指令発生部２２から線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*および相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*を取得し、さらに、電圧検出部２１から相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを取得する。駆動信号発生部２３は、取得したこれらの情報に基づいて、空間ベクトル変調法を用いてスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎを生成する。
図３は、空間ベクトル変調法を説明するための図である。図３には、空間ベクトル変調における９つの電流ベクトルＩｕｖ、Ｉｕｗ、Ｉｖｗ、Ｉｖｕ、Ｉｗｕ、Ｉｗｖ、Ｉｕｕ、Ｉｖｖ、Ｉｗｗが示される。駆動信号発生部２３は、これらの電流ベクトルに応じたスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎを出力する。以下、便宜上、電流ベクトルに応じたスイッチ駆動信号を出力することを、電流ベクトルを出力すると記載する場合がある。
９つの電流ベクトルのうち、電流ベクトルＩｕｖ、Ｉｕｗ、Ｉｖｗ、Ｉｖｕ、Ｉｗｕ、Ｉｗｖは、異なる出力相間を流れる電流に対応する電流ベクトルである。また、電流ベクトルＩｕｕ、Ｉｖｖ、Ｉｗｗは、それぞれ一つの出力相に対応する電流ベクトルであり、大きさがゼロの電流ベクトルである。以下、異なる相間を流れる電流に対応する電流ベクトルを「有効ベクトル」と記載し、一つの出力相に対応する大きさがゼロの電流ベクトルを「ゼロベクトル」と記載する場合がある。
駆動信号発生部２３は、相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*の位相状態が領域Ａ〜Ｆ（図２参照）のうちどの領域の状態であるかを判定する。そして、駆動信号発生部２３は、判定した領域において隣接する２つの有効ベクトルとこれら有効ベクトルに隣接するゼロベクトルとを出力する。この出力状態は図３における電流指令ベクトルＩout_rで表現される。駆動信号発生部２３は、電流指令ベクトルＩout_rで表現される電流を出力するために、ゼロベクトルと２つの有効ベクトルを出力する時間を調整する。
図３に示すベクトルＩａは、電流指令ベクトルＩout_rのＩｕｗベクトル方向成分を表わし、ベクトルＩｂは、電流指令ベクトルＩout_rのＩｕｖベクトル方向成分を表わす。図３に示す電流指令ベクトルＩout_rは、図２に示すｔ１時点の電流指令ベクトルＩout_rである。電流ベクトルＩｕｗ、Ｉｖｗ、Ｉｖｕ、Ｉｗｕ、Ｉｗｖ、Ｉｕｖの大きさを直流電流源２の電流値と等しいとすると図３に示すベクトルＩａおよびＩｂの大きさは、図２に示すスカラ量ＩａおよびＩｂと一致する。
駆動信号発生部２３においては、電流指令ベクトルＩout_rを生成するために、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）手法が用いられる。例えば、ＰＷＭの制御周期をＴ、直流電流源２の電流値をＩＬ、２つの有効ベクトルのうち一方を出力する時間をＴａとし、他方を出力する時間をＴｂとした場合、Ｔａ、Ｔｂは、例えば、下記式（４）、（５）で決定される。
Figure 2015106945
駆動信号発生部２３は、制御周期Ｔにおいて、一方の有効ベクトルを時間Ｔａ、他方の有効ベクトルを時間Ｔｂだけ出力し、制御周期Ｔの残り時間Ｔｃ（＝Ｔ−Ｔａ−Ｔｂ）はゼロベクトルを出力する。
例えば、図２に示すｔ１時点の電流指令ベクトルＩout_rの場合、駆動信号発生部２３は、電流ベクトルＩｕｗを時間Ｔａ、電流ベクトルＩｕｖを時間Ｔｂだけ出力し、制御残り時間Ｔｃはゼロベクトルを出力する。
駆動信号発生部２３は、電流指令ベクトルＩout_rを形成するゼロベクトルとして、コモンモード電圧の振幅が最も低くなるゼロベクトルを選択可能に構成される。これにより、電流形電力変換装置１が発生するコモンモード電圧の振幅を低減することができる。以下、コモンモード電圧の振幅の低減について具体的に説明する。
電流形インバータ部１０において、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆを全てオフにすると、直流電流源２から負荷への電流が遮断される。直流電流源２は大きなインダクタンスを備えていることから、直流電流源２の電流を遮断した場合には、過電圧の発生を招くことになる。
そこで、駆動信号発生部２３は、有効ベクトルを出力する出力モードに加え、ゼロベクトルを出力する短絡モードを有しており、これにより、直流電流源２の電流通路を確保し、過電圧の発生を防止している。
短絡モードは、出力モードに比べ、絶対値として大きなコモンモード電圧を発生する。したがって、電流形電力変換装置において、コモンモード電圧を低減するためには、短絡モードにおけるコモンモード電圧を低減することが有効である。かかる短絡モードでは、ゼロベクトルを出力する相がＵ相、Ｖ相およびＷ相のいずれであっても、電流形インバータ部１０の出力電流には影響がない。そこで、電流形電力変換装置１では、ゼロベクトルを出力する相として、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうち相電圧の絶対値が小さい相を選択する。
具体的には、駆動信号発生部２３は、電圧検出部２１から入力される相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、相電圧の絶対値が最小の相を判定し、かかる最小の相に対応するゼロベクトルを選択する。これにより、短絡モードにおけるコモンモード電圧を低減することができ、短絡モードから出力モードに移る際のコモンモード電圧の変動を抑えることができる。
また、駆動信号発生部２３は、ゼロベクトルの出力周期が大きく変動しないように、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎを生成する。これにより、電流リップルの周波数変化を抑制できる。
また、駆動信号発生部２３は、電流形インバータ部１０から出力する電圧（以下、出力電圧と記載する場合がある）に応じて、ゼロベクトルの選択処理を変えることができる。例えば、駆動信号発生部２３は、出力電圧の振幅が相対的に大きければ、相電圧の絶対値が最も小さい相に対応するゼロベクトルを選択し、そうでなければ、空間ベクトル法で予め決定されるゼロベクトルを選択する。
以下においては、出力電圧の振幅に応じてゼロベクトルの選択処理を変えるものとして説明するが、出力電圧の振幅にかかわらず、相電圧の絶対値が最も小さい相に対応するゼロベクトルを選択することもできる。
［２．駆動信号発生部２３］
以下、駆動信号発生部２３についてさらに具体的に説明する。図４は、駆動信号発生部２３の構成例を示す図である。
図４に示すように、駆動信号発生部２３は、電流指令補正器３１と、搬送波信号発生器３２と、比較器３３と、極性判定器３４と、信号生成器３５と、ゼロベクトル切換器３６と、６つのオフディレイ回路３７ａ〜３７ｆとを備える。以下において、オフディレイ回路３７ａ〜３７ｆをオフディレイ回路３７と総称する場合がある。なお、電流指令補正器３１は、電流指令補正部の一例に相当し、信号生成器３５は、信号生成部の一例に相当し、ゼロベクトル切換器３６は、切換部の一例に相当する。
［２．１．駆動信号発生部２３による処理］
図５は、駆動信号発生部２３によるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎの生成の流れを示すフローチャートである。駆動信号発生部２３の電流指令補正器３１は、図５に示すように、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、出力電圧の振幅が第１の所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
電流指令補正器３１は、出力電圧の振幅が第１の所定値以上であると判定すると（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*を増加または減少させる電流指令補正処理を行う（ステップＳ１１）。
かかる電流指令補正処理により、搬送波信号Ｖｃのボトム値以上またはピーク値以下になる線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*が電流指令補正器３１から比較器３３へ出力される。これにより、ゼロベクトルの出力周期を搬送波信号Ｖｃの周期と同様の周期にすることができ、電流リップルの周波数変化を抑制できる。
なお、出力電圧の振幅が第１の所定値以上ではない場合、電流指令補正器３１は、電流指令補正処理を停止し、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*をそのまま出力する。なお、以下においては、説明の便宜上、電流指令補正器３１から出力される線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*を補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**と記載する。
ステップＳ１０において、出力電圧の振幅が第１の所定値以上ではないと判定した場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、または、ステップＳ１１の処理が終了した場合、比較器３３は、比較処理を行う（ステップＳ１２）。かかる比較処理において、比較器３３は、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**と搬送波信号Ｖｃとを比較してＰＷＭパルス信号Ｓｕｗ、Ｓｖｕ、Ｓｗｖを生成する。
また、極性判定器３４は、極性判定処理を行う（ステップＳ１３）。かかる極性判定処理において、極性判定器３４は、相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*の極性を判定し、相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*の極性に応じた相電流極性信号Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄをそれぞれ生成する。
ステップＳ１２、Ｓ１３の処理が終了すると、信号生成器３５は、第１のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ*、Ｓｕｎ*、Ｓｖｐ*、Ｓｖｎ*、Ｓｗｐ*、Ｓｗｎ*を生成する信号生成処理を行う（ステップＳ１４）。なお、以下において、第１のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ*、Ｓｕｎ*、Ｓｖｐ*、Ｓｖｎ*、Ｓｗｐ*、Ｓｗｎ*を、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*と総称する場合がある。
かかる信号生成処理において、信号生成器３５は、ＰＷＭパルス信号Ｓｕｗ、Ｓｖｕ、Ｓｗｖと、相電流極性信号Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄに基づいて、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を生成する。信号生成器３５は、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**の全てが搬送波信号Ｖｃより小さい状態である場合と大きい状態である場合とで短絡モードの対象となる出力相が異なるように第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を生成する。
また、ゼロベクトル切換器３６は、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、出力電圧の振幅が第２の所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。ゼロベクトル切換器３６は、出力電圧の振幅が第２の所定値以上であると判定すると（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、ゼロベクトル切換処理を行う（ステップＳ１６）。
かかるゼロベクトル切換処理において、ゼロベクトル切換器３６は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が短絡モードを実行する駆動信号である場合、第２のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ**、Ｓｕｎ**、Ｓｖｐ**、Ｓｖｎ**、Ｓｗｐ**、Ｓｗｎ**を生成する。なお、以下において、第２のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ**、Ｓｕｎ**、Ｓｖｐ**、Ｓｖｎ**、Ｓｗｐ**、Ｓｗｎ**を第２のスイッチ駆動信号Ｓ**と総称する場合がある。
第２のスイッチ駆動信号Ｓ**は、相電圧の絶対値が最小である出力相に対して短絡モードを実行する。ゼロベクトル切換器３６は、信号生成器３５から出力される第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を第２のスイッチ駆動信号Ｓ**に切り換えて、オフディレイ回路３７を介して第２のスイッチ駆動信号Ｓ**を電流形インバータ部１０へ出力する。
一方、ゼロベクトル切換器３６は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が短絡モードを実行する駆動信号でない場合、信号生成器３５から出力される第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を電流形インバータ部１０へオフディレイ回路３７を介して出力する。また、ステップＳ１５において出力電圧の振幅が第２の所定値以上ではないと判定した場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）も、ゼロベクトル切換器３６は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を電流形インバータ部１０へオフディレイ回路３７を介して出力する。
このように、駆動信号発生部２３は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が短絡モードを実行する駆動信号である場合に、相電圧の絶対値が最小である出力相に対して短絡モードを実行する第２のスイッチ駆動信号Ｓ**を電流形インバータ部１０へ出力する。これにより、相電圧の絶対値が最小である出力相に対して短絡モードが実行されることから、コモンモード電圧の振幅を低減することができる。
以下、電流指令補正器３１、搬送波信号発生器３２、比較器３３、極性判定器３４、信号生成器３５、ゼロベクトル切換器３６およびオフディレイ回路３７について具体的に説明する。なお、駆動信号発生部２３の各部位は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現される。
また、駆動信号発生部２３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含むこともできる。この場合、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、電流指令補正器３１、搬送波信号発生器３２、比較器３３、極性判定器３４、信号生成器３５、ゼロベクトル切換器３６およびオフディレイ回路３７として機能する。
［２．２．電流指令補正器３１］
電流指令補正器３１は、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*を、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて増加または減少させ、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**を生成する。電流指令補正器３１は、電流指令発生部２２から線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*を取得し、電圧検出部２１から相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを取得する。また、電流指令補正器３１は、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、出力電圧の振幅が第１の所定値よりも低いと判定した場合、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*を補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**として比較器３３へ出力する。
図６は、電流指令補正器３１の構成例を示す図である。図６に示す電流指令補正器３１は、領域判定器４１と、ゼロベクトル判定器４２と、大小判定器４３と、最大判定器４４と、最小判定器４５と、減算器４６と、加算器４７、５２〜５４と、切換器４８と、乗算器４９〜５１とを備える。なお、大小判定器４３が出力振幅判定部の一例に相当する。
領域判定器４１は、領域Ａ〜領域Ｆ（図２参照）のうち、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*の位相状態に対応する領域を判定する。領域判定器４１は、かかる領域の判定を線間電流指令Ｉｕｗ*の位相に基づいて判定する。なお、領域判定器４１における領域の判定は、線間電流指令Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*および相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*のうちいずれかの指令の位相や電流指令ベクトルＩｏｕｔ＿ｒの位相θＩｏｕｔ（図３参照）に基づいて行うこともできる。
ゼロベクトル判定器４２は、内部に設定された判定テーブルに基づき、領域判定器４１によって判定された領域に対応する２つのゼロベクトルを判定し、判定結果を大小判定器４３へ通知する。ゼロベクトル判定器４２は、２つのゼロベクトルとして第１ゼロベクトルおよび第２ゼロベクトルを判定する。
第１ゼロベクトルおよび第２ゼロベクトルは、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*により設定される短絡モードの対象候補となるゼロベクトルである。具体的には、第１ゼロベクトルは、後述する搬送波信号Ｖｃが全ての補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**よりも小さい状態である場合に選択されるゼロベクトルである。また、第２ゼロベクトルは、搬送波信号Ｖｃが全ての線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**よりも大きい状態である場合に選択されるゼロベクトルである。
図７は、判定テーブルの一例を示す図である。ゼロベクトル判定器４２は、例えば、領域判定器４１によって判定された領域が領域Ａである場合、図７に示す判定テーブルに基づき、第１ゼロベクトルは電流ベクトルＩｖｖであり、第２ゼロベクトルは電流ベクトルＩｗｗであると判定する。なお、ここでは判定テーブルを用いてゼロベクトルを判定する例を説明したが、例えば、ロジック回路などによって、ゼロベクトルを判定してもよい。
大小判定器４３は、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づく判定結果Ｋａを切換器４８および乗算器４９〜５１へ出力する。大小判定器４３は、相電圧の振幅が第１の所定値未満である場合、判定結果Ｋａとして「０」を出力する。なお、相電圧の振幅は、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗのうち少なくともいずれか一つに基づいて検出する。
一方、大小判定器４３は、相電圧の振幅が第１の所定値以上である場合、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗのうち、第１ゼロベクトルおよび第２ゼロベクトルに対応する相の相電圧検出値の大きさの大小関係を判定する。大小判定器４３は、第１ゼロベクトルに対応する相電圧検出値の大きさが第２ゼロベクトルに対応する相電圧検出値の大きさ未満である場合、判定結果Ｋａとして「＋１」を出力し、そうでない場合には、判定結果Ｋａとして「−１」を出力する。
例えば、第１ゼロベクトルが電流ベクトルＩｖｖで、第２ゼロベクトルが電流ベクトルＩｗｗである場合、第１ゼロベクトルに対応する相はＶ相で、第２ゼロベクトルに対応する相はＷ相である。この場合、大小判定器４３は、相電圧検出値Ｖｖの大きさが相電圧検出値Ｖｗの大きさ未満であれば、判定結果Ｋａとして「＋１」を出力し、そうでない場合には、判定結果Ｋａとして「−１」を出力する。
最大判定器４４は、電流指令発生部２２から入力される線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*のうち値が最大の線間電流指令（以下、最大線間電流指令と記載する）を選択して出力する。例えば、領域Ａでは、図２に示すように、最大線間電流指令は線間電流指令Ｉｕｗ*であり、最大判定器４４は、線間電流指令Ｉｕｗ*を最大線間電流指令として選択して出力する。
減算器４６は、最大判定器４４から出力される最大線間電流指令を電流値Ｉｄｃ／２から減算して第１オフセット量ΔＩｓ１を生成する。減算器４６は、かかる第１オフセット量ΔＩｓ１を切換器４８へ出力する。なお、電流値Ｉｄｃ／２は、直流電流源２の電流値Ｉｄｃを１／２にした値である。
最小判定器４５は、電流指令発生部２２から入力される線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*のうち値が最小の線間電流指令（以下、最小線間電流指令と記載する）を選択して出力する。例えば、領域Ａでは、図２に示すように、最小線間電流指令は線間電流指令Ｉｖｕ*であり、最小判定器４５は、線間電流指令Ｉｖｕ*を最小線間電流指令として選択して出力する。
加算器４７は、最小判定器４５から出力される最小線間電流指令に、電流値Ｉｄｃ／２を加算して第２オフセット量ΔＩｓ２を生成する。加算器４７は、かかる第２オフセット量ΔＩｓ２を切換器４８へ出力する。
図８は、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*と、第１オフセット量ΔＩｓ１と、第２オフセット量ΔＩｓ２との関係を説明するための図である。線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*が図８に示す状態である場合、最大線間電流指令は線間電流指令Ｉｕｗ*である。
したがって、第１オフセット量ΔＩｓ１は、電流値Ｉｄｃ／２から線間電流指令Ｉｕｗ*を減算した値である。また、最小線間電流指令は線間電流指令Ｉｖｕ*である。したがって、第２オフセット量ΔＩｓ２は、線間電流指令Ｉｖｕ*に電流値Ｉｄｃ／２を加算した値である。
図６に戻って、電流指令補正器３１の構成についての説明を続ける。切換器４８は、大小判定器４３から入力される判定結果Ｋａに基づいて、第１オフセット量ΔＩｓ１および第２オフセット量ΔＩｓ２のうち一方を選択する。切換器４８は、選択したオフセット量をオフセット量ΔＩｓとして乗算器４９〜５１へ出力する。
具体的には、切換器４８は、大小判定器４３から入力される判定結果Ｋａが「＋１」である場合、第１オフセット量ΔＩｓ１を乗算器４９〜５１へ出力する。一方、切換器４８は、大小判定器４３から入力される判定結果Ｋａが「−１」である場合、第２オフセット量ΔＩｓ２を乗算器４９〜５１へ出力する。
乗算器４９〜５１は、切換器４８から入力されるオフセット量ΔＩｓと、大小判定器４３から入力される判定結果Ｋａとを乗算し、かかる乗算結果Ｋｂ（＝Ｋａ×ΔＩｓ）を加算器５２〜５４へ出力する。例えば、乗算器４９〜５１は、大小判定器４３から判定結果Ｋａとして「＋１」が入力される場合、第１オフセット量ΔＩｓ１と同値の乗算結果Ｋｂ（＝ΔＩｓ１）を出力する。
一方、乗算器４９〜５１は、大小判定器４３から判定結果Ｋａとして「−１」が入力される場合、第２オフセット量ΔＩｓ２の正負（極性）を反転させた乗算結果Ｋｂ（＝−ΔＩｓ２）を出力する。また、乗算器４９〜５１は、大小判定器４３から判定結果Ｋａとして「０」が入力される場合、ゼロ値の乗算結果Ｋｂを出力する。
加算器５２〜５４は、電流指令発生部２２から入力される線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*に対して、乗算器４９〜５１から出力される乗算結果Ｋｂを加算し、加算結果を補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**として比較器３３へ出力する。具体的には、加算器５２は、線間電流指令Ｉｕｗ*に対して、乗算器４９から出力される乗算結果Ｋｂを加算して補正線間電流指令Ｉｕｗ**を生成し、比較器３３へ出力する。
また、加算器５３は、線間電流指令Ｉｖｕ*に対して、乗算器５０から出力される乗算結果Ｋｂを加算して補正線間電流指令Ｉｖｕ**を生成し、比較器３３へ出力する。また、加算器５４は、線間電流指令Ｉｗｖ*に対して、乗算器５１から出力される乗算結果Ｋｂを加算して補正線間電流指令Ｉｗｖ**を生成し、比較器３３へ出力する。
図９Ａおよび図９Ｂは、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*と、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**との関係を示す図である。大小判定器４３における判定結果Ｋａが「＋１」である場合、図９Ａに示すように、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**は線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*に第１オフセット量ΔＩｓ１を加算した値である。このように、電流指令補正器３１は、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*のうち最大の値となる線間電流指令が搬送波信号Ｖｃのピーク値と一致するまで線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*を増加させて補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**を生成する。
また、大小判定器４３における判定結果Ｋａが「−１」である場合、図９Ｂに示すように、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**は線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*から第２オフセット量ΔＩｓ２を減算した値である。このように、電流指令補正器３１は、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*のうち最小の値となる線間電流指令が搬送波信号Ｖｃのボトム値と一致するまで線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*を減少させて補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**を生成する。
一方、相電圧の振幅が第１の所定値未満である場合、大小判定器４３における判定結果Ｋａは「０」であり、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**は線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*と同値である。
［２．３．搬送波信号発生器３２および比較器３３］
図４に戻って、駆動信号発生部２３の構成について説明を続ける。搬送波信号発生器３２は、搬送波信号Ｖｃを生成して、比較器３３へ出力する。比較器３３は、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**と搬送波信号Ｖｃとを比較してＰＷＭパルス信号Ｓｕｗ、Ｓｖｕ、Ｓｗｖを生成する。
比較器３３は、生成したＰＷＭパルス信号Ｓｕｗ、Ｓｖｕ、Ｓｗｖを信号生成器３５へ出力する。なお、ここでは、搬送波信号Ｖｃを三角波信号とするがこれに限定されず、例えば、のこぎり波であってもよい。
図１０は、比較器３３の構成例を示す図である。図１０に示すように、比較器３３は、比較器６１〜６３を備える。比較器６１は、補正線間電流指令Ｉｕｗ**が搬送波信号Ｖｃの値以上でＨｉｇｈ、補正線間電流指令Ｉｕｗ**が搬送波信号Ｖｃの値未満でＬｏｗのＰＷＭパルス信号Ｓｕｗを出力する。
また、比較器６２は、補正線間電流指令Ｉｖｕ**が搬送波信号Ｖｃの値以上でＨｉｇｈ、補正線間電流指令Ｉｖｕ**が搬送波信号Ｖｃの値未満でＬｏｗのＰＷＭパルス信号Ｓｖｕを出力する。また、比較器６３は、補正線間電流指令Ｉｗｖ**が搬送波信号Ｖｃの値以上でＨｉｇｈ、補正線間電流指令Ｉｗｖ**が搬送波信号Ｖｃの値未満でＬｏｗのＰＷＭパルス信号Ｓｗｖを出力する。
［２．４．極性判定器３４］
図４に戻って、駆動信号発生部２３の構成について説明を続ける。極性判定器３４は、相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*の極性を判定し、相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*の極性に応じた相電流極性信号Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄをそれぞれ生成する。そして、極性判定器３４は、相電流極性信号Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄを信号生成器３５へ出力する。
図１１は、極性判定器３４の構成例を示す図である。図１１に示すように、極性判定器３４は、３つの比較器６４〜６６を備え、各比較器６４〜６６によって相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*とゼロ電圧Ｖ０とを比較する。
比較器６４は、相電流指令Ｉｕ*がゼロ電圧Ｖ０以上でＨｉｇｈ、相電流指令Ｉｕ*がゼロ電圧Ｖ０未満でＬｏｗの相電流極性信号Ｉｕｄを出力する。比較器６５は、相電流指令Ｉｖ*がゼロ電圧Ｖ０以上でＨｉｇｈ、相電流指令Ｉｖ*がゼロ電圧Ｖ０未満でＬｏｗの相電流極性信号Ｉｖｄを出力する。比較器６６は、相電流指令Ｉｗ*がゼロ電圧Ｖ０以上でＨｉｇｈ、相電流指令Ｉｗ*がゼロ電圧Ｖ０未満でＬｏｗの相電流極性信号Ｉｗｄを出力する。
［２．５．信号生成器３５］
図４に戻って、駆動信号発生部２３の構成について説明を続ける。信号生成器３５は、ＰＷＭパルス信号Ｓｕｗ、Ｓｖｕ、Ｓｗｖと、相電流極性信号Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄに基づいて、第１のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ*、Ｓｕｎ*、Ｓｖｐ*、Ｓｖｎ*、Ｓｗｐ*、Ｓｗｎ*を生成する。
第１のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ*、Ｓｕｎ*は、それぞれ、Ｕ相のスイッチング素子１１ａ、１１ｂを駆動するための信号である。また、第１のスイッチ駆動信号Ｓｖｐ*、Ｓｖｎ*は、それぞれ、Ｖ相のスイッチング素子１１ｃ、１１ｄを駆動するための信号である。また、第１のスイッチ駆動信号Ｓｗｐ*、Ｓｗｎ*は、それぞれ、Ｗ相のスイッチング素子１１ｅ、１１ｆを駆動するための信号である。
図１２は、信号生成器３５の構成例を示す図である。図１２に示すように、信号生成器３５は、ロジック回路部７１〜７６を備える。ロジック回路部７１〜７３の内部ロジックは、下記式（６）で表わされる。また、ロジック回路部７４〜７６の内部ロジックは、下記式（７）で表わされる。なお、下記の式（６）および式（７）において、「バー」の記号は、反転を意味する。
Figure 2015106945
ロジック回路部７１は、例えば、図１３に示す回路によって構成することができる。図１３は、ロジック回路部７１の構成例を示す図である。また、ロジック回路部７２、７３もロジック回路部７１と同様の回路によって構成することができる。図１３に示すロジック回路部７１では、ＮＯＴ回路と、ＡＮＤ回路と、ＯＲ回路とによって上記式（６）で表わされる内部ロジックが構成される。
ロジック回路部７４は、例えば、図１４に示す回路によって構成することができる。１４は、ロジック回路部７４の構成例を示す図である。また、ロジック回路部７５、７６もロジック回路部７４と同様の回路によって構成することができる。図１４に示すロジック回路部７４では、ＮＯＴ回路と、ＡＮＤ回路と、ＯＲ回路とによって上記式（７）で表わされる内部ロジックが構成される。
［２．６．ゼロベクトル切換器３６］
図４に戻って、駆動信号発生部２３の構成について説明を続ける。ゼロベクトル切換器３６は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が短絡モードを実行するスイッチ駆動信号である場合に、相電圧の絶対値が最小である出力相に対して短絡モードを実行する第２のスイッチ駆動信号Ｓ**を第１のスイッチ駆動信号Ｓ*に切り換えて出力する。一方、ゼロベクトル切換器３６は、信号生成器３５により生成される第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が短絡モードを実行するスイッチ駆動信号でない場合、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を出力する。
以下においては、説明の便宜上、ゼロベクトル切換器３６から出力されるスイッチ駆動信号をスイッチ駆動信号Ｓｕｐ１*、Ｓｕｎ１*、Ｓｖｐ１*、Ｓｖｎ１*、Ｓｗｐ１*、Ｓｗｎ１*と記載する。また、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ１*、Ｓｕｎ１*、Ｓｖｐ１*、Ｓｖｎ１*、Ｓｗｐ１*、Ｓｗｎ１*をスイッチ駆動信号Ｓｕｐ１と総称する場合がある。
図１５は、ゼロベクトル切換器３６の構成例を示す図である。ゼロベクトル切換器３６は、図１５に示すように、ゼロベクトル検出器８０と、相電圧判定器８１と、動作制御器８２と、ディレイ回路８３ａ〜８３ｆ（以下、ディレイ回路８３と総称する場合がある）と、スイッチ駆動信号切換器８４とを備える。
ゼロベクトル検出器８０は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が短絡モードを実行するスイッチ駆動信号か否かを判定する。かかるゼロベクトル検出器８０は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*がＵ相、Ｖ相およびＷ相のいずれかのゼロベクトルを実行する駆動信号の場合、Ｈｉｇｈレベルのゼロベクトル検出信号Ｚｄｅｔを出力する。一方、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のいずれのゼロベクトルも実行する駆動信号でない場合、ゼロベクトル検出器８０は、Ｌｏｗレベルのゼロベクトル検出信号Ｚｄｅｔを出力する。
具体的には、ゼロベクトル検出器８０は、ＡＮＤ回路１００〜１０２と、ＯＲ回路１０３とを備える。ＡＮＤ回路１００は、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ*、Ｓｕｎ*を入力し、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ*、Ｓｕｎ*が共にＨｉｇｈレベルの場合に、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。ＡＮＤ回路１０１は、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ*、Ｓｖｎ*を入力し、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ*、Ｓｖｎ*が共にＨｉｇｈレベルの場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力する。ＡＮＤ回路１０２は、スイッチ駆動信号Ｓｗｐ*、Ｓｗｎ*を入力し、スイッチ駆動信号Ｓｗｐ*、Ｓｗｎ*が共にＨｉｇｈレベルの場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力する。ＯＲ回路１０３は、ＡＮＤ回路１００〜１０２のいずれかからＨｉｇｈレベルの信号が出力されると、Ｈｉｇｈレベルのゼロベクトル検出信号Ｚｄｅｔを出力する。なお、ゼロベクトル検出器８０は、図１５に示す構成に限定されず、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が短絡モードを実行するスイッチ駆動信号か否かを判定することができればよい。
相電圧判定器８１は、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、出力電圧の振幅が第２の所定値未満であるか否かを判定する。相電圧判定器８１は、出力電圧の振幅が第２の所定値未満である場合、Ｌｏｗレベルの制御信号Ｃｏｎｔを動作制御器８２へ出力し、出力電圧の振幅が第２の所定値以上である場合、Ｈｉｇｈレベルの制御信号Ｃｏｎｔを動作制御器８２へ出力する。なお、相電圧判定器８１は、出力電圧の振幅が第２の所定値未満であるか否かの判定は、電流指令補正器３１の大小判定器４３の判定結果に基づいて行うこともできる。
また、相電圧判定器８１は、出力電圧の振幅が第２の所定値以上である場合、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、相電圧の絶対値が最小となる相を判定する。相電圧判定器８１は、ゼロベクトル指令Ｓｕｕ*、Ｓｖｖ*、Ｓｗｗ*のうち相電圧の絶対値が最小となる相に対応するゼロベクトル指令をＨｉｇｈレベルにして動作制御器８２へ出力する。
具体的には、相電圧判定器８１は、相電圧の絶対値が最小となる相がＵ相であると判定した場合、Ｈｉｇｈレベルのゼロベクトル指令Ｓｕｕ*を出力する。相電圧判定器８１は、相電圧の絶対値が最小となる相がＶ相であると判定した場合、Ｈｉｇｈレベルのゼロベクトル指令Ｓｖｖ*を出力する。相電圧判定器８１は、相電圧の絶対値が最小となる相がＷ相であると判定した場合、Ｈｉｇｈレベルのゼロベクトル指令Ｓｗｗ*を出力する。
動作制御器８２は、ゼロベクトル検出信号Ｚｄｅｔ、ゼロベクトル指令Ｓｕｕ*、Ｓｖｖ*、Ｓｗｗ*、制御信号Ｃｏｎｔおよびイネーブル信号Ｚｅｎｂに基づいて、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を第２のスイッチ駆動信号Ｓ**に切り換えるか否かを判定する。動作制御器８２は、ゼロベクトル検出信号Ｚｄｅｔ、イネーブル信号Ｚｅｎｂおよび制御信号ＣｏｎｔがＨｉｇｈレベルである場合に、ゼロベクトル指令Ｓｕｕ*、Ｓｖｖ*、Ｓｗｗ*をスイッチ駆動信号切換器８４へ出力する。イネーブル信号Ｚｅｎｂは、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*から第２のスイッチ駆動信号Ｓ**への切り換えの実行と停止を制御する所定の制御信号の一例であり、例えば、駆動制御部２０が備える設定部（不図示）が内部に設定されたパラメータに基づいて生成する。
具体的には、動作制御器８２は、ＡＮＤ回路１１０〜１１４と、ＮＯＴ回路１１５とを備える。ＡＮＤ回路１１０は、制御信号Ｃｏｎｔおよびイネーブル信号Ｚｅｎｂを入力し、制御信号Ｃｏｎｔおよびイネーブル信号Ｚｅｎｂが共にＨｉｇｈレベルの場合に、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。ＡＮＤ回路１１１は、ゼロベクトル検出信号ＺｄｅｔがＨｉｇｈレベルであり、かつ、ＡＮＤ回路１１０からの出力がＨｉｇｈレベルである場合に、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。
ＡＮＤ回路１１２〜１１４は、ＡＮＤ回路１１１からＨｉｇｈレベルの信号が出力された場合に、ゼロベクトル指令Ｓｕｕ*、Ｓｖｖ*、Ｓｗｗ*をそれぞれスイッチ駆動信号切換器８４へ出力する。一方、ＡＮＤ回路１１２〜１１４は、ＡＮＤ回路１１１からＬｏｗレベルの信号が出力された場合に、Ｌｏｗレベルの信号をスイッチ駆動信号切換器８４へ出力する。ＮＯＴ回路１１５は、ＡＮＤ回路１１１からＨｉｇｈレベルの信号が出力された場合に、Ｌｏｗレベルの信号を出力し、ＡＮＤ回路１１１からＬｏｗレベルの信号が出力された場合に、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。
ディレイ回路８３は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を遅延させてスイッチ駆動信号切換器８４へ出力する。具体的には、ディレイ回路８３ａはスイッチ駆動信号Ｓｕｐ*を遅延させ、ディレイ回路８３ｂはスイッチ駆動信号Ｓｖｐ*を遅延させ、ディレイ回路８３ｃはスイッチ駆動信号Ｓｗｐ*を遅延させる。また、ディレイ回路８３ｄはスイッチ駆動信号Ｓｕｎ*を遅延させ、ディレイ回路８３ｅはスイッチ駆動信号Ｓｖｎ*を遅延させ、ディレイ回路８３ｆはスイッチ駆動信号Ｓｗｎ*を遅延させる。
このように、ディレイ回路８３によって第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を遅延させることにより、ゼロベクトル検出器８０および動作制御器８２によって生じる遅延を相殺することができる。なお、ゼロベクトル検出器８０や動作制御器８２によって生じる遅延が問題にならない場合、ディレイ回路８３は設けなくてもよい。
スイッチ駆動信号切換器８４は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が短絡モードを実行する駆動信号である場合、相電圧の絶対値が最小である出力相に対して短絡モードを実行する第２のスイッチ駆動信号Ｓ**を第１のスイッチ駆動信号Ｓ*に代えて出力する。
具体的には、スイッチ駆動信号切換器８４は、ＡＮＤ回路１２０〜１２５と、ＯＲ回路１３０〜１３５とを備える。ＡＮＤ回路１２０〜１２５は、ＮＯＴ回路１１５からの出力信号とディレイ回路８３からの第１のスイッチ駆動信号Ｓ*とを入力する。かかるＡＮＤ回路１２０〜１２５は、ＮＯＴ回路１１５からＨｉｇｈレベルの信号が入力された場合、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を出力し、ＮＯＴ回路１１５からＬｏｗレベルの信号が入力された場合、Ｌｏｗレベルの信号を出力する。
ＯＲ回路１３０〜１３５は、ＡＮＤ回路１２０〜１２５からの出力信号と、動作制御器８２からの出力信号とに基づいて、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*または第２のスイッチ駆動信号Ｓ**を出力する。ＮＯＴ回路１１５からＨｉｇｈレベルの信号が入力される場合、ＡＮＤ回路１１２〜１１４からＬｏｗレベルの信号が出力されるため、ＯＲ回路１３０〜１３５は、第１のスイッチ駆動信号Ｓ*をスイッチ駆動信号Ｓ１*として出力する。一方、ＮＯＴ回路１１５からＬｏｗレベルの信号が入力される場合、ＡＮＤ回路１１２〜１１４からゼロベクトル指令Ｓｕｕ*、Ｓｖｖ*、Ｓｗｗ*が出力され、ＡＮＤ回路１２０〜１２５からＬｏｗレベルの信号が出力される。そのため、ＯＲ回路１３０〜１３５は、第２のスイッチ駆動信号Ｓ**をスイッチ駆動信号Ｓ１*として出力する。
［２．７．オフディレイ回路３７ａ〜３７ｆ］
図４に戻って、駆動信号発生部２３について説明を続ける。オフディレイ回路３７ａ〜３７ｆは、信号生成器３５から入力される第１スイッチ駆動信号Ｓ*または第２のスイッチ駆動信号Ｓ**を遅延させたスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎを生成する。オフディレイ回路３７ａ〜３７ｆは、生成したスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎを駆動回路１３ａ〜１３ｆへ出力する。
このように遅延させたスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎによって、スイッチング素子１１のターンオフを遅らせることができる。そのため、スイッチング素子１１のターンオン動作遅れなどに起因して、直流電流源２の出力が開放状態となることを抑制できる。
［２．７．駆動信号発生部２３の動作］
以上のように構成された駆動信号発生部２３の動作例について説明する。図１６〜図１８は、補正線間電流指令Ｉｕｗ**、Ｉｖｕ**、Ｉｗｖ**、搬送波信号Ｖｃおよび第１のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ*、Ｓｕｎ*、Ｓｖｐ*、Ｓｖｎ*、Ｓｗｐ*、Ｓｗｎ*の関係を示す図である。図２に示すｔ１時点の電流指令ベクトルＩｏｕｔ＿ｒの方向成分ＩａおよびＩｂは、それぞれ図１６〜図１８におけるベクトルＩａおよびベクトルＩｂの大きさとして表される。
出力電圧の振幅が第１の所定値未満の場合、電流指令補正器３１において線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*の補正が行われずにそのまま出力される。この場合、搬送波信号Ｖｃの１周期の間に出力される電流ベクトルの順番は、各領域Ａ〜Ｆにおいて下記のように表わされる。
Figure 2015106945
このように、各領域Ａ〜Ｆでは、それぞれ２つの有効ベクトルと２つのゼロベクトルとが搬送波信号Ｖｃの１周期の間に出力される。例えば、領域Ａにおいて、出力電圧の振幅が第１の所定値未満の場合、第１のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ*、Ｓｕｎ*、Ｓｖｐ*、Ｓｖｎ*、Ｓｗｐ*、Ｓｗｎ*は図１６に示すようになる。
一方、出力電圧の振幅が第１の所定値以上の場合、電流指令補正器３１において線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*の補正が行われる。この場合、各領域Ａ〜Ｆでは、それぞれ２つの有効ベクトルと１つのゼロベクトルとが搬送波信号Ｖｃの１周期の間に出力される。搬送波信号Ｖｃの１周期の間に出力される電流ベクトルの順番は、各領域Ａ〜Ｆにおいて下記のように表わされる。
Figure 2015106945
例えば、領域Ａにおいて、出力電圧の振幅が第１の所定値以上で、かつ、ゼロベクトルＩｖｖに対応する相電圧検出値Ｖｖの大きさがゼロベクトルＩｗｗに対応する相電圧検出値Ｖｗの大きさ未満であるとする。この場合、図１７に示すように、ゼロベクトルＩｖｖに対応する第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が信号生成器３５から搬送波信号Ｖｃの周期毎に出力される。この場合、ゼロベクトルＩｖｖが相電圧の絶対値が最小の相に対応するゼロベクトルに対応しなければ、ゼロベクトル切換器３６は、ゼロベクトル切換器３６によりゼロベクトルＩｕｕを実行する第２のスイッチ駆動信号Ｓ**に第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を切り換える。これにより、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルになって、ゼロベクトルＩｕｕが出力される一方、ゼロベクトルＩｖｖ、Ｉｗｗは出力されない。
また、領域Ａにおいて、出力電圧の振幅が第２の所定値以上で、かつ、ゼロベクトルＩｗｗに対応する相電圧検出値Ｖｗの大きさがゼロベクトルＩｖｖに対応する相電圧検出値Ｖｖの大きさ未満であるとする。この場合、図１８に示すように、ゼロベクトルＩｗｗに対応する第１のスイッチ駆動信号Ｓ*が信号生成器３５から搬送波信号Ｖｃの１周期毎に出力される。この場合、ゼロベクトルＩｗｗが相電圧の絶対値が最小の相に対応するゼロベクトルに対応しなければ、ゼロベクトル切換器３６は、ゼロベクトル切換器３６によりゼロベクトルＩｕｕを実行する第２のスイッチ駆動信号Ｓ**に第１のスイッチ駆動信号Ｓ*を切り換える。これにより、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルになって、ゼロベクトルＩｕｕが出力される一方、ゼロベクトルＩｖｖ、Ｉｗｗは出力されない。
このように、駆動信号発生部２３は、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*の補正を行うことで、各領域Ａ〜Ｆにおいて搬送波信号Ｖｃの周期毎にゼロベクトルを出力する。これにより、課題であったゼロベクトルの出力周期の変化が抑制されるため、電流リップルの周波数成分が大きく変化することが抑制される。また、駆動信号発生部２３は、相電圧の絶対値が最小の相に対応するゼロベクトルのみを出力する。これにより、コモンモード電圧の振幅を低減することができ、短絡モードから出力モードに移る際のコモンモード電圧の変動を抑えることができる。
以上のように、電流形電力変換装置１は、線間電流指令Ｉｕｗ*、Ｉｖｕ*、Ｉｗｖ*の補正を行うことで、ゼロベクトルの出力周期の変化を抑制し、短絡モードにおいて、３つのゼロベクトルのうち相電圧の絶対値が最小の相に対応するゼロベクトルを選択する。そのため、電流リップルの周波数成分の変動を抑制しつつ、短絡モード時におけるコモンモード電圧の振幅を低減することができ、短絡モードから出力モードに移る際のコモンモード電圧の変動を抑えることができる。
また、電流形電力変換装置１の信号生成器３５は、２つのゼロベクトルのうち対応する相電圧検出値の絶対値の大きさが小さいゼロベクトルが出力されるように線間電流指令を補正する。これにより、ゼロベクトルと有効ベクトルとの切り換えの際に、オン／オフ制御するスイッチング素子１１の数を抑制することができる。例えば、相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*の位相状態が領域Ａ（図２、図３参照）にあり、Ｖｗ＜Ｖｖであるとする。この場合、ゼロベクトルと有効ベクトルとの切り換えは、Ｉｗｗ→Ｉｕｗ、または、Ｉｕｗ→Ｉｗｗであることから、２つのスイッチング素子１１ａ、１１ｅのオン／オフが切り換えられる。そのため、例えば、Ｉｖｖ→Ｉｕｗ、または、Ｉｕｗ→Ｉｖｖとなる場合に比べて、オン／オフ制御するスイッチング素子１１の数を抑制することができる。
なお、上述においては、線間電流指令を直接補正することで、短絡モード時におけるコモンモード電圧の振幅を低減することとしたが、搬送波信号Ｖｃに対して線間電流指令を補正すればよく、搬送波信号Ｖｃを増減する補正であってもよい。
また、上述においては、出力電圧の振幅が所定値以上か否かで、領域毎に規定された２つのゼロベクトルを使用する処理と、相電圧の絶対値が最小となる相に対応する１つのゼロベクトルを使用する処理とを切り換えるようにした。このように処理を切り換えるのは、出力電圧の振幅が小さい場合には、コモンモード電圧も小さいためである。しかし、第１および第２の所定値を零にすることで出力電圧の振幅の大きさにかかわらず、相電圧の絶対値が最小となる相に対応する１つのゼロベクトルを使用する処理を行うこともできる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１ 電流形電力変換装置
１０ 電流形インバータ部
１１ａ〜１１ｆ スイッチング素子
１２ａ〜１２ｆ 整流素子
１３ａ〜１３ｆ 駆動回路
２０ 駆動制御部
２１ 電圧検出部
２２ 電流指令発生部
２３ 駆動信号発生部
３１ 電流指令補正器
３２ 搬送波信号発生器
３３、６１〜６６ 比較器
３４ 極性判定器
３５ 信号生成器
３６ ゼロベクトル切換器
３７ａ〜３７ｆ オフディレイ回路
４１ 領域判定器
４２ ゼロベクトル判定器
４３ 大小判定器
４４ 最大判定器
４５ 最小判定器
４６ 減算器
４７、５２〜５４ 加算器
４８ 切換器
４９〜５１ 乗算器
７１〜７６ ロジック回路部
８０ ゼロベクトル検出器
８１ 相電圧判定器
８２ 動作制御器
８３ａ〜８３ｆ ディレイ回路
８４ スイッチ駆動信号切換器

Claims (7)

  1. 直流電流源の正極と負極との間に、直列接続した複数のスイッチング素子を出力相毎に有するインバータ部と、
    異なる出力相の前記スイッチング素子をオンにして出力相間に電流を供給する出力モードと、同一出力相の前記複数のスイッチング素子をオンにする短絡モードとにより、線間電流指令に応じた前記インバータ部の制御を行う駆動制御部と、を備え、
    前記駆動制御部は、
    異なる出力相間に対する複数の線間電流指令の全てが搬送波信号のボトム値以上またはピーク値以下になるように前記複数の線間電流指令を前記搬送波信号に対して増加または減少させる電流指令補正部と、
    前記複数の線間電流指令の全てが前記搬送波信号より小さい状態である場合と大きい状態である場合とで前記短絡モードの対象となる出力相が異なるように、前記複数のスイッチング素子をそれぞれ駆動するための第１の駆動信号を生成する信号生成部と、
    前記第１の駆動信号が前記短絡モードを実行する駆動信号である場合に、相電圧の絶対値が最小である出力相に対して前記短絡モードを実行する第２の駆動信号を生成し、前記第１の駆動信号を前記第２の駆動信号に切り換える切換部と、を備える
    ことを特徴とする電流形電力変換装置。
  2. 前記電流指令補正部は、
    全ての前記線間電流指令よりも前記搬送波信号が小さい状態である場合に前記短絡モードの対象となる出力相が、前記短絡モードの対象候補である２つの出力相のうち相電圧が最も小さい出力相である場合に、前記複数の線間電流指令のうち最大の値となる線間電流指令が前記搬送波信号のピーク値と一致するまで前記複数の線間電流指令を増加させる
    ことを特徴とする請求項１に記載の電流形電力変換装置。
  3. 前記電流指令補正部は、
    全ての前記線間電流指令よりも前記搬送波信号が大きい状態である場合に前記短絡モードの対象となる出力相が、前記短絡モードの対象候補である２つの出力相のうち相電圧が最も小さい出力相である場合に、前記複数の線間電流指令のうち最小の値となる線間電流指令が前記搬送波信号のボトム値と一致するまで前記複数の線間電流指令を減少させる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の電流形電力変換装置。
  4. 前記駆動制御部は、
    出力相毎の電圧を検出する電圧検出部を備え、
    前記切換部は、
    前記電圧検出部によって検出された電圧に基づき、絶対値が最小の相電圧に対応する出力相を判定し、当該判定結果に基づいて前記第２の駆動信号を生成する
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電流形電力変換装置。
  5. 前記駆動制御部は、
    前記出力相の電圧振幅が第１の所定値以上であるか否かを判定する出力振幅判定部を備え、
    前記電流指令補正部は、
    前記出力振幅判定部によって判定された前記電圧振幅が第１の所定値以上である場合に、前記複数の線間電流指令の増加または減少を実行し、前記出力振幅判定部によって判定された前記電圧振幅が第１の所定値未満である場合に、前記複数の線間電流指令の増加または減少を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電流形電力変換装置。
  6. 前記切換部は、
    前記出力振幅判定部によって判定された前記電圧振幅が第２の所定値以上である場合に、前記第１の駆動信号から前記第２の駆動信号への切り換えを実行し、前記出力振幅判定部によって判定された前記電圧振幅が第２の所定値未満である場合に、前記第１の駆動信号から前記第２の駆動信号への切り換えを停止する
    ことを特徴とする請求項５に記載の電流形電力変換装置。
  7. 前記切換部は、
    所定の制御信号が入力された場合に、前記第１の駆動信号から前記第２の駆動信号への切り換えを実行し、所定の制御信号の入力が停止された場合に、前記第１の駆動信号から前記第２の駆動信号への切り換えを停止する
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の電流形電力変換装置。

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