JP2015201954A - Power conversion device - Google Patents
Power conversion device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015201954A JP2015201954A JP2014079286A JP2014079286A JP2015201954A JP 2015201954 A JP2015201954 A JP 2015201954A JP 2014079286 A JP2014079286 A JP 2014079286A JP 2014079286 A JP2014079286 A JP 2014079286A JP 2015201954 A JP2015201954 A JP 2015201954A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conversion circuit
- power
- zero vector
- matrix converter
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device.
高周波の正弦波電圧をマトリックスコンバータに入力して、入力された電圧をPDM制御のパルスとして扱うことで、所望の周波数の三相交流電圧を出力するマトリックスコンバータが開示されている(非特許文献1)。 A matrix converter is disclosed that outputs a three-phase AC voltage having a desired frequency by inputting a high-frequency sine wave voltage to a matrix converter and treating the input voltage as a PDM control pulse (Non-patent Document 1). ).
しかしながら、上記の非特許文献で開示するPDM制御法を、直流電源の出力から交流に変換し(1次変換)、さらに交流に変換して(2次変換)、交流を出力するような電力変換回路に適用した場合には、三相交流マトリックスコンバータの出力側に接続されたリアクトルの電流によって還流電流が発生する。そして、この還流電流が1次変換の回路部分にも流れることで電力変換回路の損失が大きくなる、という問題があった。 However, the PDM control method disclosed in the above non-patent document is converted from the output of the DC power source to AC (primary conversion), further converted to AC (secondary conversion), and power conversion that outputs AC When applied to a circuit, a return current is generated by the current of the reactor connected to the output side of the three-phase AC matrix converter. And there was a problem that the loss of a power converter circuit became large because this return current also flows into the circuit part of primary conversion.
本発明が解決しようとする課題は、回路内の還流電流を抑制し損失を小さくする電力変換装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a power converter that suppresses the return current in the circuit and reduces the loss.
本発明は、直流電源から入力される電力を変換して交流電力を出力する第1変換回路と、第1変換回路に電気的に接続されて交流電力を三相交流電力に変換し、出力側に接続されるリアクトルに三相交流電力を出力する第2変換回路と、第1変換回路及び第2変換回路を制御するコントローラとを備え、第2変換回路から前記出力側に電圧を出力しない第2ゼロベクトル期間を、第1変換回路から電圧を出力しない第1ゼロベクトル期間に合わせるよう、双方向スイッチング素子を制御する、ことによって上記課題を解決する。 The present invention includes a first conversion circuit that converts electric power input from a DC power source and outputs AC power, and is electrically connected to the first conversion circuit to convert AC power into three-phase AC power. A second conversion circuit that outputs three-phase AC power to a reactor connected to the first converter, and a controller that controls the first conversion circuit and the second conversion circuit, and outputs no voltage from the second conversion circuit to the output side. The above-described problem is solved by controlling the bidirectional switching element so that the two zero vector period is matched with the first zero vector period in which no voltage is output from the first conversion circuit.
本発明は、双方スイッチング素子のスイッチング動作により、リアクトルで発生する誘電電流を第1変換回路に流さないように、第2変換回路の電流経路を形成するので、変換回路内の還流電流を抑制し、損失を小さくすることができる。 According to the present invention, the current path of the second conversion circuit is formed so that the dielectric current generated in the reactor does not flow to the first conversion circuit by the switching operation of the both switching elements, so that the return current in the conversion circuit is suppressed. , Loss can be reduced.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の概略図である。本例の電力変換装置は、直流電源から入力される直流電力を交流に変換し、変換された交流電力を出力するための装置である。例えば、蓄電池などの直流電源の電力を、家屋の外部から宅内配線を介して家屋内の負荷に供給するための装置である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a power converter according to an embodiment of the present invention. The power conversion apparatus of this example is an apparatus for converting DC power input from a DC power source into AC and outputting the converted AC power. For example, it is a device for supplying electric power from a DC power source such as a storage battery to a load in the house from outside the house via a home wiring.
図1に示すように、電力変換装置1は、バッテリ10と、整流回路20と、インバータ30と、トランス40と、マトリックスコンバータ50と、整流回路60と、コントローラ100とを備えている。なお、図1では図示を省略しているが、電力変換装置は、インバータ30への入出力を検出するためのセンサ、及び、マトリックスコンバータ50への入出力を検出するためのセンサを備えている。センサは、電流センサ及び電圧センサである。また図1において、一点鎖線で囲う回路は、スイッチング素子Sup、Svp、Swp、Sun、Svn、Swnの接続回路を表している。
As shown in FIG. 1, the
バッテリ10は、直流電源であって、複数の電池を接続することで構成されている。電力変換装置1は、車両等の移動体に搭載された電源を利用して電力を出力する場合には、バッテリ10は移動体に設けられる。また、バッテリ10は、車両に限らず、定置用の電力源でもよい。
The
整流回路20は、インバータ30のスイッチング動作により発生するノイズをバッテリ10に流さないための回路である。整流回路20は、コイル21とコンデンサ22とを備えており、バッテリ10とインバータ30との間に接続されている。コイル21は、バッテリ10の正極に配線を介して接続されている。コンデンサ22は、バッテリ10の正極及び負極にそれぞれ接続された配線の間に、接続されている。
The
インバータ30は、バッテリ10から入力される電力を交流に変換して、変換された交流電力をトランス40に出力する変換回路である。インバータ30はトランジスタTr1〜Tr4と、ダイオードD1〜D4とを備えており、整流回路20とトランス40との間に接続されている。
The
トランジスタTr1〜Tr4は、IGBT等により構成されている。トランジスタTr1及びトランジスタTr2の直列回路、及び、トランジスタTr3及びトランジスタTr4の直列回路は並列に接続されている。そして、トランジスタTr1とトランジスタTr2との接続点(中性点)が、トランス40の1次巻線の一端に接続され、トランジスタTr3とトランジスタTr4との接続点(中性点)が、トランス40の1次巻線の他端に接続されている。これにより、トランジスタTr1〜Tr4は、バッテリ10の正極及び負極間で、ブリッジ状に接続されている。
The transistors Tr 1 to Tr 4 are composed of IGBTs or the like. The series circuit of the transistor Tr 1 and the transistor Tr 2 and the series circuit of the transistor Tr 3 and the transistor Tr 4 are connected in parallel. The connection point between the transistor Tr 1 and the transistor Tr 2 (neutral) is connected to one end of the primary winding of the
ダイオードD1〜D4は還流用の素子であり、トランジスタTr1〜Tr4に対して、それぞれ並列に接続されている。ダイオードD1〜D4の向き(電流の導通方向)は、トランジスタTr1〜Tr4の向きとは逆向きに接続されている。トランジスタTr1〜Tr4は、コントローラ100から送信されるスイッチング信号に基づいて、オン、オフを切り替える。なお、図1では図示を省略しているが、トランジスタTr1〜Tr4とコントローラ100との間には、駆動回路が接続されており、駆動回路は、コントローラ100からスイッチング信号に応じて、トランジスタTr1〜Tr4のオン、オフを切り替えるためのゲートパルスを、トランジスタTr1〜Tr4に出力する。
The diodes D 1 to D 4 are elements for reflux, and are connected in parallel to the transistors Tr 1 to Tr 4 , respectively. The directions of the diodes D 1 to D 4 (current conduction direction) are connected in the opposite direction to the directions of the transistors Tr 1 to Tr 4 . The transistors Tr 1 to Tr 4 are switched on and off based on a switching signal transmitted from the
トランス40は、インバータ30から出力される交流電力の電圧を変えて、マトリックスコンバータ50の入力側に対して出力する回路である。トランス40はコイル(1次側トランス)41とコイル(二次側トランス)42とを備えており、インバータ30とマトリックスコンバータ50との間に接続されている。
The
マトリックスコンバータ50は、トランス40から出力される交流電力を三相交流電力に変換する変換回路である。マトリックスコンバータ50は、複数の双方向にスイッチング可能なスイッチング素子Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swnを備えている。マトリックスコンバータ50は、トランス40と整流回路60との間に接続されている。
The
スイッチング素子Supは双方向にスイッチング可能な素子とするために、MOSFETやIGBTなどのトランジスタTrup1及びトランジスタTrup2と、ダイオードDup1及びダイオードDup2を有している。トランジスタTrup1及びトランジスタTrup2は互いに逆方向で直列に接続され、ダイオードDup1及びダイオードDup2は互いに逆方向で直列に接続され、トランジスタTrup1及びダイオードDup1は互いに逆方向で並列に接続され、トランジスタTrup2及びダイオードDup2は互いに逆方向で並列に接続されている。他のスイッチング素子Sun、Svp、Svn、Swn、Swnも同様に、トランジスタTrun1、Trun2とダイオードDun1、Dun2のブリッジ回路、トランジスタTrvp1、Trvp2とダイオードDvp1、Dvp2のブリッジ回路、トランジスタTrvn1、Trvn2とダイオードDvn1、Dvn2のブリッジ回路、トランジスタTrwp1、Trwp2とダイオードDwp1、Dwp2のブリッジ回路、トランジスタTrwn1、Trwn2とダイオードDwn1、Dwn2のブリッジ回路により構成されている。 Switching element S up in order to switchable element bidirectionally, the transistor Tr up1 and the transistor Tr up2 such as a MOSFET or IGBT, and a diode D up1 and diode D up2. The transistor Tr up1 and the transistor Tr up2 are connected in series in opposite directions, the diode D up1 and the diode D up2 are connected in series in opposite directions, and the transistor Tr up1 and the diode D up1 are connected in parallel in the opposite direction. The transistor Tr up2 and the diode D up2 are connected in parallel in opposite directions. Other switching elements S un, S vp, S vn , S wn, S wn likewise, transistor Tr UN1, Tr UN2 and the diode D UN1, D bridge circuit UN2, transistor Tr vp1, Tr vp2 a diode D vp1, bridge circuit D vp2, transistor Tr vn1, bridge circuit Tr vn2 and diode D vn1, D vn2, transistor Tr wp1, Tr wp2 a diode D wp1, bridge circuit D wp2, transistor Tr wn1, Tr wn2 a diode D wn1 , D wn2 bridge circuit.
そして、2つのスイッチング素子Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swnを直列に接続した3対の回路が、トランス40のコイル42に対して並列接続されている。そして、三相の出力線が、一対に接続されたスイッチング素子Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn同士の接続点(中性点)にそれぞれ接続されている。これにより、各相で上アーム及び下アームに、双方向にスイッチング可能なスイッチング素子Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swnをそれぞれ接続した三相のマトリックスコンバータ50が構成されている。
Three pairs of circuits in which two switching elements S up , S un , S vp , S vn , S wp , S wn are connected in series are connected in parallel to the
整流回路60は、マトリックスコンバータ50から出力された三相交流電力を整流することで、負荷で使用される系統電力として出力するためのフィルタ回路である。整流回路60は、コイル61〜63と、コンデンサ64〜66を備えている。コイル61〜63は、マトリックスコンバータ50のu相、v相、w相にそれぞれ接続されている。コンデンサ64〜66は、u相とv相との間、v相とw相との間、w相とu相との間に、それぞれ接続されている。
The
送電網(Power Grid)70は、電力変換装置1の出力先となる配線網である。送電網70には負荷が接続されることで、当該負荷は電力変換装置1から電力を受ける。このとき、負荷は誘導性(リアクトル)成分をもっており、マトリックスコンバータ50の出力側は整流回路60を介してリアクトルに接続されることになる。
A
コントローラ100は、トランジスタTr1〜Tr4のオン、オフを切り替えることでインバータ30を制御し、またスイッチング素子Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swnのオン、オフを切り替えることでマトリックスコンバータ50を制御する。
The
次に、図2を用いてコントローラ100の構成を説明する。図2はコントローラ100のブロック図である。コントローラ100は、各種プログラムが格納されたROM(Read Only Memory)、プログラムを実行する動作回路としてのCPU等を有している。そして、コントローラ100は、インバータ30及びマトリックスコンバータ50の制御機能を発揮するための機能ブロックとして、インバータ制御部110と、マトリックスコンバータ制御部120とを有している。
Next, the configuration of the
インバータ制御部110は、センサを用いてバッテリ10の電圧を検出しつつ、インバータ30への入力電圧に対して、所定の交流電圧をインバータ30から出力するように、インバータ30を制御する。インバータ制御部110は、1次側スイッチング信号生成部111及びゼロベクトル信号生成部112を有している。
The
1次側スイッチング信号生成部111は、バッテリ10の電圧又は電流に対して、高周波の交流電圧をインバータ30から出力するための指令値を算出する。指令値を生成する際に、1次側スイッチング信号生成部111は、インバータ30の出力側に接続されているセンサを用いて、インバータ30の出力値をフィードバックさせつつ、PI制御により指令値を算出する。インバータ30から出力される交流電圧の周波数は、予め設定されており、マトリックスコンバータ50から出力される三相交流の周波数より高い。そして、1次側スイッチング信号生成部111は、算出した指令値と予め設定されているキャリアとを比較することで、インバータ30を制御するためのスイッチング信号(以下、1次側スイッチング信号とも称す。)を生成する。すなわち、1次側スイッチング信号生成部11は、PWM制御によりインバータ30を制御する。
The primary-side
1次側スイッチング信号生成部111は、1次側スイッチング信号を、駆動回路を介してトランジスタTr1〜Tr4に出力する。また、1次側スイッチング信号生成部111は、1次側スイッチング信号をゼロベクトル信号生成部112に出力する。
The primary side switching
ゼロベクトル信号生成部112は、1次側スイッチング信号生成部に基づいて、ゼロベクトル信号を生成する。ゼロベクトル信号は、インバータ30からコイル41に対して電圧を印加していないゼロベクトル期間(インバータ30の出力電圧がゼロの期間)を表す信号である。ゼロベクトル期間は、トランジスタTr1〜Tr4のオン、オフの状態で決まるため、ゼロベクトル信号生成部112は、トランジスタTr1〜Tr4のオン、オフの切り替えのタイミングを表す1次側スイッチング信号からゼロベクトル期間を特定する。そして、ゼロベクトル信号生成部112は、特定したゼロベクトル期間をハイレベルとしつつ、ゼロベクトル期間以外の期間をローレベルとしたゼロベクトル信号を生成する。ゼロベクトル信号生成部112は、ゼロベクトル信号を2次側スイッチング信号生成部122に出力する。
The zero vector
マトリックスコンバータ制御部120は、コイル42に印加された電圧に対して、所定の三相交流電圧をマトリックスコンバータ50から出力するための指令値を算出する。マトリックスコンバータ50への入力は高周波である。一方、マトリックスコンバータ50の出力は、送電網70に接続される家庭用負荷のための電力源となることを想定している点から低周波となる。すなわち、マトリックスコンバータの入力周波数は、出力周波数に比べて十分に大きい。そのため、マトリックスコンバータ制御部120は、PDM制御により、マトリックスコンバータ50を制御している。マトリックスコンバータ制御部120は、PDM制御信号生成部121と、2次側スイッチング信号生成部122を有している。
The matrix
マトリックスコンバータ制御部120によるPDM制御について、図3を用いて説明する。図3は、マトリックスコンバータ制御部120によるPDM制御を説明するための概念図であって、(a)はマトリックスコンバータ50に入力される入力電圧の時間特性を示し、(b)はPDM制御信号生成部121で生成されるPDM信号の時間特性を示し、(c)はマトリックスコンバータ50の出力電圧の特性を示すグラフである。
The PDM control by the matrix
マトリックスコンバータ50に入力される入力電圧は、図6(a)に示すように、高周波の正弦波電圧となる。マトリックスコンバータ制御部120は、マトリックスコンバータ50への入力電圧の半周期を、PDM制御の1パルスとして扱って、スイッチング素子S(スイッチング素子Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn)のオン、オフを切り替えているためのスイッチング信号を生成する。この1パルスに相当する時間幅は、マトリックスコンバータ50の出力の最小単位となり、PDM制御は、最小単位の出力パルスの数を調整することで、パルス密度及びパルスの正負で出力電圧の波形を形成している。
The input voltage input to the
PDM制御信号生成部121は、パルス密度と対応したデューティをもった矩形波のPDM制御信号を生成している。PDM制御信号のハイレベルの期間(オン期間)が、パルスの出力期間となる。2次側スイッチング信号生成部122は、PDM制御信号を用いてスイッチング素子Sのオン、オフを切り替えるための2次側スイッチング信号を生成して、各スイッチング素子Sに出力する。このとき、マトリックスコンバータ50への入力は単相交流であるため、入力電圧の正負が反転するときに、上下アームのスイッチング素子Sのオン、オフが反転されるように、2次側スイッチング信号生成部122は2次側スイッチング信号を生成する。そのため、マトリックスコンバータ制御部120は、インバータ30の制御信号(PWM制御信号)から、入力電圧の極性を判別し、負の場合には、上下アームのスイッチング信号を入れ替えるように、スイッチング素子Sを制御する。
The PDM control
また、入力電圧は正弦波であるため、図6(a)に示すように、半周期毎にゼロクロス点が表れる。そして、2次側スイッチング信号生成部122は、半周期毎のゼロクロス点に合わせて、スイッチング素子Sのオン、オフを切り替えている。これにより、スイッチング損失がほぼゼロなり、スイッチング素子Sで発生する損失が低減できる。
Since the input voltage is a sine wave, a zero cross point appears every half cycle as shown in FIG. Then, the secondary side switching
上記のようなPDM制御によって、マトリックスコンバータ50の出力電圧は図6(c)の点線に示すような、入力電圧の周波数よりも低い低周波の波形となる。すなわち、出力電圧の節の部分では、PDM制御信号のオン期間が短くなり、パルス密度は粗となる。一方、出力電圧の腹の部分では、PDM制御信号のオン期間が長くなり、パルス密度が密となる。これにより、コントローラ100は、マトリックスコンバータ50の入力電圧に対して、マトリックスコンバータ50から出力されるパルスの密度を調整することで、出力電圧を生成している。
By the PDM control as described above, the output voltage of the
ところで、マトリックスコンバータ50がPDM制御により制御される際、送電網70に接続されるリアクトルによって、還流電流が、PDM制御信号のオン期間にマトリックスコンバータ50内で流れて、トランス40を介してインバータ30にも流れることが問題となっていた。以下、還流電流が流れるときの回路の動作原理について、図4及び図5を用いて説明する。また還流電流が流れるときの回路動作を、比較例に係る回路動作として説明する。なお比較例に係る回路構成は、図1に示す回路と同様である。
By the way, when the
比較例に係るインバータ30及びマトリックスコンバータ50の回路動作を、3つの動作モードに分けた上で、還流電流について説明する。図4Aは第1モードでインバータ30及びマトリックスコンバータ50に流れる電流を説明するための回路図である。図4Bは第2モードで流れる電流を説明するための回路図であり、図4Cは第3モードで流れる電流を説明するための回路図である。図4A〜4Cに示す回路図では、図1に示した回路の一部を省略した上で図示している。
The circuit operation of the
第1モードでは、インバータ30は1次側トランスに電圧を出力し、マトリックスコンバータ50は送電網(リアクトル)70に電圧を出力している。
In the first mode, the
第1モードでは、図4Aに示すように、インバータ30の上アームのトランジスタTr1とインバータ30の下アームのトランジスタTr4がオンになり、他のトランジスタTr2、Tr3がオフになっている。また、マトリックスコンバータ50の上アームのスイッチング素子Supと下アームのスイッチング素子Svn、Swnがオンになり、他のスイッチング素子Sun、Svp、Swpはオフになっている。
In the first mode, as shown in FIG. 4A, the transistors Tr 4 of the lower arm of the arm transistor Tr 1 and the
第2モードでは、インバータ30は1次側トランスに電圧を出力せず、マトリックスコンバータ50は送電網(リアクトル)70に電圧を出力している。
In the second mode, the
第2モードでは、図4Bに示すように、インバータ30の上アームのトランジスタTr1がオンになり、他のトランジスタTr2、Tr3、Tr4がオフになっている。マトリックスコンバータ50のスイッチング素子の状態は、第1モードと同じである。
In the second mode, as shown in FIG. 4B, the transistor Tr 1 in the upper arm of the
第3モードでは、インバータ30は1次側トランスに電圧を出力せず、マトリックスコンバータ50は送電網(リアクトル)70に電圧を出力していない。
In the third mode, the
第3モードでは、図4Cに示すように、インバータ30のトランジスタの状態は、第2モードと同じである。また、マトリックスコンバータ50の下アームのスイッチング素子Svn、Swnがオンになり、上アームの全てのスイッチング素子Sup、Svp、Swp及び下アームのスイッチング素子Sunはオフになっている。
In the third mode, as shown in FIG. 4C, the state of the transistor of the
そして、PDM制御信号のオン期間に、第1モードと第2モードの状態が周期的に繰り返されることで、パルス密度を調整した出力電圧がマトリックスコンバータ50から送電網70に出力される。なお、PDM制御信号のオフ期間では、インバータ30は所定の周期のパルスを出力するように、トランジスタTr1〜Tr4を動作しているが、マトリックスコンバータ50は、電圧を出力しないように動作している。
Then, during the ON period of the PDM control signal, the state of the first mode and the second mode is periodically repeated, so that an output voltage whose pulse density is adjusted is output from the
このような比較例の制御において、インバータ30のゼロベクトル、1次側トランス電圧(V1)、1次側トランス電流(I1)、2次側トランス電圧(V1)、2次側トランス電流(I2)、及びマトリックスコンバータ50のゼロベクトルの時間的推移を表すと、図5の(a)〜(f)で表される。なお、図5(a)(f)について、INVゼロベクトルのレベル(1)は、インバータ30から1次側トランスに電圧を出力していないことを示し、MC(マトリックスコンバータ)ゼロベクトル(1)はマトリックスコンバータから送電網70に電圧を出力していないことを示す。また、図5において、モード1、モード2、及びモード3は、図4A〜Cに示した第1モード、第2モード、及び第3モードにそれぞれ対応する。
In the control of such a comparative example, the zero vector of the
モード2ではマトリックスコンバータ50は2次側トランスと送電網70との間で閉回路を形成するように、スイッチング素子Sが動作している。そのため、モード1で充電された送電網70のリアクトルが、モード2で放電されて、還流電流がマトリックスコンバータ50に流れる。図5(e)に示すように、モード2の状態で、2次側トランス電流が流れている。さらに、マトリックスコンバータ50の還流電流は、トランス40を介して、インバータ30にも還流する。そのため、図5(c)に示すように、モード2の状態で、1次側トランス電流が流れている。
In
還流電流は電力変換装置の損失となるため、本発明の電力変換装置は還流電流を流さないように、マトリックスコンバータ50のゼロベクトルの期間を、インバータ30のゼロベクトルの期間に合わせて、マトリックスコンバータ50を制御している。
Since the return current is a loss of the power converter, the power converter of the present invention matches the zero vector period of the
図2に戻り、2次側スイッチング信号生成部122は、ゼロベクトル信号生成部112から、インバータ30のゼロベクトル期間を表すゼロベクトル信号を取得し、PDM制御信号生成部121からPDM制御信号を取得する。2次側スイッチング信号生成部122は、PDM制御信号のオフ期間では、PDM制御信号に応じたスイッチング信号を、スイッチング素子Sに出力する。
Returning to FIG. 2, the secondary-side switching
また、2次側スイッチング信号生成部122は、PDM制御信号のオン期間では、ゼロベクトル信号のレベルに応じて、マトリックスコンバータ50の出力側から送電網70に電圧を出力する第1モード(図4Aを参照)と、マトリックスコンバータ50の出力側から送電網70に電圧を出力しない第3モード(図4Cを参照)とを切り替える。2次側スイッチング信号生成部122は、ゼロベクトル信号のレベルがローレベル(ゼロ)のときには、PDM制御信号に応じたスイッチング信号(ゲートパルス)を、スイッチング素子Sに出力する。
Further, the secondary side switching
マトリックスコンバータ制御部120は、PDM制御信号のオン期間で、かつ、インバータ30のゼロベクトル期間でない期間に、マトリックスコンバータ50の上アームのうち少なくとも1つのスイッチング素子Sup、Svp、Swpをオンにし、下アームのうち少なくとも1つのスイッチング素子Sun、Svn、Swnをオンにしている。これにより、コントローラ100はPDM制御でマトリックスコンバータ50を制御することができるため、スイッチング損失を低減できる。
The matrix
一方、2次側スイッチング信号生成部122は、ゼロベクトル信号のレベルがローレベル(ゼロ)のときには、マトリックスコンバータ50の上アームのスイッチング素子Sup、Svp、Swpを全てオフにして、マトリックスコンバータ50は送電網70に電圧を出力しない。
On the other hand, when the level of the zero vector signal is at a low level (zero), the secondary side switching
すなわち、マトリックスコンバータ制御部120は、PDM制御信号のオン期間であり、かつ、インバータ30のゼロベクトル期間である期間に、上アームのスイッチング素子Sup、Svp、Swpをオフにする。これにより、コントローラ100は、インバータ30のゼロベクトル期間とマトリックスコンバータ50のゼロベクトル期間とを合わせるように、スイッチング素子Sを制御できる。
That is, the matrix
上記の回路動作について、図6A、B及び図7を用いて説明する。図6Aは第1モードでインバータ30及びマトリックスコンバータ50に流れる電流を説明するための回路図である。図6Bは第3モードで流れる電流を説明するための回路図である。図6A、6Bに示す回路図では、図1に示した回路の一部を省略した上で図示している。
The above circuit operation will be described with reference to FIGS. 6A, 6B and 7. FIG. 6A is a circuit diagram for explaining a current flowing through
また図7(a)〜(f)は、本発明の電力変換装置1において、インバータ30のゼロベクトル、1次側トランス電圧(V1)、1次側トランス電流(I1)、2次側トランス電圧(V1)、2次側トランス電流(I2)、及びマトリックスコンバータ50の時間的推移を表すグラフである。また、図7において、モード1及びモード3は、図6A、6Bに示した第1モード及び第3モードにそれぞれ対応する。
7A to 7F show the zero vector, the primary transformer voltage (V 1 ), the primary transformer current (I 1 ), the secondary side of the
比較例において還流電流がインバータ30に流れていた期間(モード2の期間)で、本発明はモード3になるようにスイッチング素子Sを制御している。図6Bに示すように、モード3では、マトリックスコンバータ50の入力側が2次側トランスと遮断した状態となる。そのため、送電網70のリアクトルの放電により発生した電流は、マトリックスコンバータ50から2次側トランスに流れないため、還流電流がインバータ30に流れない。
In the comparative example, the switching element S is controlled so that the present invention is in the
すなわち、図7(f)に示すように、比較例で還流電流が流れた期間を、MCゼロベクトル期間とすることで、マトリックスコンバータ50からトランス40に流れる電流経路が無くなるため、1次側トランス及び2次側トランスの電流はゼロとなり(図7(c)、(e)を参照)、インバータ30の還流電流が無くなる。これにより、本発明は、インバータ30の還流電流を抑制しつつ、損失を小さくすることができる。
That is, as shown in FIG. 7 (f), by setting the period in which the return current flows in the comparative example as the MC zero vector period, the current path flowing from the
上記のように本発明は、マトリックスコンバータ50のゼロベクトル期間を、インバータ30のゼロベクトル期間に合わせるように、スイッチング素子Sを制御している。これにより、比較例のように還流電流の発生の原因となっていたモード2の制御期間が無くなるため、還流電流を防ぐことができる。その結果として、電力変換装置の変換効率を高めることができ、またトランス40の容量を削減できるためトランスの小型化を実現できる。
As described above, the present invention controls the switching element S so that the zero vector period of the
また本発明において、コントローラ100は、PDM制御信号とインバータ30のゼロベクトル信号に基づき、スイッチング素子Sを制御するためのスイッチング信号を生成している。これにより、インバータ30のスイッチング信号より、インバータ30のゼロベクトル信号を生成し、当該ゼロベクトル信号とPDM制御信号とのAND演算によってマトリックスコンバータ50のスイッチング信号を生成できるため、マトリックスコンバータ50のゼロベクトル期間とインバータのゼロベクトル期間との間の遅延を防ぐことができる。
In the present invention, the
上記インバータ30は本発明に係る第1変換回路に相当し、マトリックスコンバータ50が本発明に係る第2変換回路に相当する。
The
10…バッテリ
20…整流回路
21…コイル
22…コンデンサ
30…インバータ
Tr1〜Tr4…トランジスタ
D1〜D4…ダイオード
トランス
41、42…コイル
50…マトリックスコンバータ
Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn…スイッチング素子
60…整流回路
61、62、63…コイル
64、65、66…コンデンサ
70…送電網
100…コントローラ
110…インバータ制御部
111…1次側スイッチング信号生成部
112…ゼロベクトル信号生成部
120…マトリックスコンバータ制御部
121…PDM制御信号生成部
122…2次側スイッチング信号部
10 ...
Claims (3)
前記第1変換回路に電気的に接続されて、交流電力を三相交流電力に変換し、出力側に接続されるリアクトルに前記三相交流電力を出力する第2変換回路と、
前記第1変換回路及び前記第2変換回路を制御するコントローラとを備え、
前記第1変換回路は、
ブリッジ状に接続された複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の還流素子とを有し、
前記第2変換回路は、
各相で上アーム及び下アームにそれぞれ接続され、双方向にスイッチング可能な複数の双方向スイッチング素子を有し、
前記コントローラは、
前記第2変換回路から前記出力側に電圧を出力しない第2ゼロベクトル期間を、前記第1変換回路から電圧を出力しない第1ゼロベクトル期間に合わせて、前記双方向スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする電力変換装置。 A first conversion circuit that converts power input from a DC power source and outputs AC power;
A second conversion circuit that is electrically connected to the first conversion circuit, converts AC power into three-phase AC power, and outputs the three-phase AC power to a reactor connected to an output side;
A controller for controlling the first conversion circuit and the second conversion circuit;
The first conversion circuit includes:
A plurality of switching elements connected in a bridge shape;
A plurality of reflux elements respectively connected in parallel to the plurality of switching elements;
The second conversion circuit includes:
Each phase has a plurality of bidirectional switching elements connected to the upper arm and the lower arm, respectively, and capable of bidirectional switching,
The controller is
Controlling the bidirectional switching element in accordance with a second zero vector period during which no voltage is output from the second conversion circuit to the output side, and a first zero vector period during which no voltage is output from the first conversion circuit. A power conversion device.
前記第1変換回路の前記スイッチング素子を駆動させる第1スイッチング信号、及び、前記第1ゼロベクトル期間を示す第1ゼロベクトル信号を生成し、
パルスの密度により前記第2変換回路を制御するPDM制御用のパルス信号及び前記第1ゼロベクトル信号に基づき、前記双方向スイッチング素子を駆動させる第2スイッチング信号を生成する
ことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The controller is
Generating a first switching signal for driving the switching element of the first conversion circuit, and a first zero vector signal indicating the first zero vector period;
The second switching signal for driving the bidirectional switching element is generated based on a pulse signal for PDM control for controlling the second conversion circuit based on a pulse density and the first zero vector signal. 1. The power conversion device according to 1.
前記パルス信号のオン期間であり、かつ、前記第1ゼロベクトル期間である期間に、前記上アームの前記双方向スイッチング素子を全てオフにし、
前記パルス信号のオン期間であり、かつ、前記第1ゼロベクトル期間ではない期間に、前記上アームの少なくとも一つの前記双方向スイッチング素子及び前記下アームの少なくとも一つの前記双方向スイッチング素子をオンにさせる信号である
ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 The second switching signal is:
All the bidirectional switching elements of the upper arm are turned off in a period that is an on period of the pulse signal and that is the first zero vector period,
At least one of the bidirectional switching elements of the upper arm and at least one of the bidirectional switching elements of the lower arm are turned on during a period when the pulse signal is on and not the first zero vector period. The power converter according to claim 2, wherein the power converter is a signal to be transmitted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014079286A JP2015201954A (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Power conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014079286A JP2015201954A (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Power conversion device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015201954A true JP2015201954A (en) | 2015-11-12 |
Family
ID=54552787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014079286A Pending JP2015201954A (en) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Power conversion device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015201954A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019068657A (en) * | 2017-10-03 | 2019-04-25 | Mywayプラス株式会社 | Control arrangement of power conversion equipment |
-
2014
- 2014-04-08 JP JP2014079286A patent/JP2015201954A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019068657A (en) * | 2017-10-03 | 2019-04-25 | Mywayプラス株式会社 | Control arrangement of power conversion equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6919061B2 (en) | Conversion circuits, control methods, and power devices | |
JP6206502B2 (en) | Power conversion device and power conversion method | |
JP6319824B2 (en) | Multi-level inverter device and method of operation | |
JP6706811B2 (en) | Snubber circuit and power conversion system using the same | |
US10581342B2 (en) | Three-level two-stage decoupled active NPC converter | |
KR101596340B1 (en) | Parallel operation power supply apparatus | |
JP6671045B2 (en) | Power conversion system | |
JP6334336B2 (en) | Power converter | |
US8787055B2 (en) | Inverter device | |
JP4873317B2 (en) | Inverter device | |
US11290024B2 (en) | Power supply control device, power conversion system, and power supply control method | |
JP5169017B2 (en) | Power converter | |
EP3291435A1 (en) | An active neutral point clamped converter with silicon carbide mos-fet output switches | |
JP5169018B2 (en) | Power converter | |
US10848072B2 (en) | Power supply control device, power conversion system, and power supply control method | |
JP2015201954A (en) | Power conversion device | |
JP6136720B2 (en) | Switching control device | |
KR20130088606A (en) | Apparatus for controlling three-level inverter, and power supplying device and motor driver having the three-level inverter | |
JP2014054152A (en) | Power conversion device and power control device | |
CN106817042B (en) | DC-AC converter and control method thereof | |
US20240178739A1 (en) | Control apparatus for an arcp inverter | |
KR20210025164A (en) | System for solar inverter including bootstrap circuit | |
JP2012139083A (en) | Power supply device | |
JP2011062005A (en) | Power conversion apparatus | |
JP2019161906A (en) | Wireless power transmission system |