JP2015509699A - パワーブリッジを制御するための方法、並びに、対応する制御装置、パワーブリッジ、および、回転電気機械システム - Google Patents
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Abstract
Description
電気負荷の基準端子に対する第1の設定相電圧と、
上側および下側半導体スイッチのスイッチング損失を制御する第1または第2の端子のうちの一方に対するコモンモード電圧と、
にしたがって決定される設定デューティサイクルを伴うパルスを用いて相補的態様で上側および下側半導体スイッチを制御することから成るタイプのものである。
RC’0×RonH×Iph0 2+Pcomm=(1−RC’0)×RonL×Iph0 2
多相電気負荷と、
電圧源と、
この電気負荷の下流側で且つ電圧源の上流側で接続される前述した特徴を有するパワーブリッジと、
既に説明した制御装置と、
を備える本発明に係る回転電気機械システムから得られる。
システム1,2,3,4,5は、100Vの電圧Ubatを有するバッテリ2と、そのロータがブロックされる三相機械1とを備える。
RC1=0.60 RC2=0.45 RC3=0.45
これらは(接地端子B−に対して)以下の3つの設定相電圧をもたらす。
V1=60V V2=45V V3=45V
コモンモード電圧V0は、(V1+V2+V3)/3=50Vである。
V1−V2=15V V2−V3=0V V3−V1=−15V
であり、これらは以下の相強度を生み出す(任意のユニットにおいて)。
アームB1の上側MOSFET HS1における損失は、
通流損失:Pcond=RC1×Ron×Iph1 2
スイッチング損失:Pcomm=1/3×Ron×Iph1 2(簡略化による)。
Pcond+Pcomm=(RC1+1/3)×Ron×Iph1 2、すなわち、0.93×Ronである。
Pcond=(1−RC1)×Ron×Iph1 2、すなわち、0.40×Ronである。
(0.6+1/3)×Ron+0.40×Ron=4/3×Ronである。
限られた数の切り換え動作によって損失を減らすという方策は、相強度が最も大きいアーム、この場合にはアームB1をブロックすることを意味する。
RCop1=1 RCop2=0.85 RCop3=0.85
Vop1=100V Vop2=85V Vop3=85V
最適化コモンモード電圧は、Vop0=90Vである。
Vop1−Vop2=15V Vop2−Vop3=0V Vop3−Vop1=−15V
この場合、損失は通流損失のみである。これは、アームB1がもはや切り換わらないからである。したがって、全損失は、
Pcond=RCop1×Ron×Iph1 2、すなわち、Ronとなる。
RC’0×RonH×Iph0 2+Pcomm=(1−RC’0)×RonL×Iph0 2
となる。
従来技術において知られるパワーブリッジ3を制御するための方法を表す先の実施例1,2の場合と同じ方法で、この実施例は、100Vの電圧Ubatを有するバッテリ2と、そのロータがブロックされる三相機械1とを備えるシステム1,2,3,4,5に基づく。
RC1=0.60 RC2=0.45 RC3=0.45
これらは(接地端子B−に対して)以下の3つの設定相電圧をもたらす。
V1=60V V2=45V V3=45V
V1−V2=15V V2−V3=0V V3−V1=−15V
であり、これらは以下の相強度を生み出す(任意のユニットにおいて)。
Iph1=+1 Iph2=−1/2 Iph3=−1/2
(このアームにおける)スイッチング損失Pcomm=1/3×Ron×Iph0 2(この実施例では簡略化による)の第2の計算21;
以下の方程式、すなわち、
f(RC’0)=(2×RC’0−1)×Ron×Iph0 2=Pcomm=0
を満たす、
言い換えると、スイッチング損失Pcommの簡略化された式、すなわち、
(2×RC’0−1)×Ron×Iph0 2+1/3×Ron×Iph0 2=0、すなわち、RC’0=1/3
を使用することによる、釣り合わせ値RC’0の決定22。
ΔRC=RC’0=RC0=0.33−0.60=−0.27
RC’1=RC1+ΔRC=0.60−0.27=0.33
RC’2=RC2+ΔRC=0.45−0.27=0.18
RC’3=RC3+ΔRC=0.45−0.27=0.18
である。
V’1=33V V’2=18V V’3=18V
コモンモード電圧V0は、V’0=23Vとなる。
V’1−V’2=33V−18V=15V
V’2−V’3=18V−18V=0V
V’3−V’1=18V−33V=−15V
上側MOSFET HS1:RC’1×Ron×Iph0 2+1/3×Ron×Iph0 2、すなわち、2/3Ron
下側MOSFET LS1:(1−RC’1)×Ron×Iph0 2+(1−1/3)×Ron×Iph0 2、すなわち、2/3Ron
Claims (9)
- 複数のアーム(B1,B2,Bi,Bn)を備えるパワーブリッジ(3)を制御するための方法であって、前記各アームは、共通電圧源(2)の第1および第2の端子(B+,B−)と並列に接続されるようになっている上側および下側半導体スイッチ(4)を直列に備え、前記アーム(B1,B2,Bi,Bn)のそれぞれの少なくとも1つの中間点は、電気負荷(1)の少なくとも1つの相にそれぞれ接続されるようになっており、前記方法は、前記電気負荷(1)の基準端子に対する第1の設定相電圧(V1,V2,Vi,Vn)と、前記上側および下側半導体スイッチ(4)のスイッチング損失(21)を制御する前記第1または第2の端子(B+,B−)のうちの一方に対するコモンモード電圧(V0)とにしたがって決定される設定デューティサイクル(RC1,RC2,RCi,RCn)を伴うパルスを用いて相補的態様で前記上側および下側半導体スイッチ(4)を制御することから成るタイプのものである、方法において、前記コモンモード電圧(V0)は、前記上側および下側半導体スイッチ(4)間で前記スイッチング損失(21)および通流損失(19)の釣り合わせ(13)を得るように決定され、前記釣り合わせ(13)は、前記設定デューティサイクル(RC1,RC2,RCi,RCn)を変調する電気的な周波数が所定の閾値に等しいあるいは所定の閾値よりも低いときにだけ実施されることを特徴とする方法。
- 前記コモンモード電圧(V0)は、前記電気的な周波数が前記所定の閾値よりも高いときに前記スイッチング損失(21)を最小限に抑えるように決定されることを特徴とする請求項1に記載のパワーブリッジ(3)を制御するための方法。
- 前記釣り合わせ(13)は、以下の方程式を実質的に検証するように釣り合わせデューティサイクル(RC1,RC2,RCi,RCn)を選択する(15,22)ことによって得られ、
RC’0×RonH×Iph0 2+Pcomm=(1−RC’0)×RonL×Iph0 2
ここで、RonHおよびRonLはそれぞれ、前記上側および下側半導体スイッチ(4)の通流抵抗(20)であり、Pcommは前記スイッチング損失(21)を表し、Iphiは、前記相内で循環する相強度を表し、その場合、前記釣り合わせデューティサイクル(RC’1,RC’2,RC’i,RC’n)が第1の釣り合わせ相電圧をもたらして、第2の釣り合わせ相電圧と比べた前記第1の釣り合わせ相電圧の電流差が前記第1の設定相電圧(V1,V2,Vi,Vn)と第2の設定相電圧(V1,V2,Vi,Vn)との間の初期の差と同一であるという制限内で前記釣り合わせデューティサイクルが選択されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパワーブリッジ(3)を制御するための方法。 - 前記釣り合わせ(13)は、前記相強度(Iphi)が前記アーム(B1,B2,Bi,Bn)の中で最も大きい(14,18)基準アームにおいてのみ行われることを特徴とする請求項3に記載のパワーブリッジ(3)を制御するための方法。
- 前記釣り合わせ(13)は、前記アーム(B1,B2,Bi,Bn)のそれぞれに対応する前記設定デューティサイクル(RC1,RC2,RCi,RCn)を、設定デューティサイクル(RC1,RC2,RCi,RCn)の基準値(RC0)と前記基準アームで決定された(16,24)釣り合わせデューティサイクル(RC’1,RC’2,RC’i,RC’n)の釣り合わせ値(RC’0)との間のデューティサイクルの差(ΔRC)だけ変える(12,26)ことによって得られることを特徴とする請求項4に記載のパワーブリッジ(3)を制御するための方法。
- 電気負荷(1)に接続されるようになっており且つ請求項1から5のいずれか一項に記載の方法の実施に適したパワーブリッジ(3)を制御するための装置(5)であって、前記方法を表す制御論理を備え、または、前記方法を表す命令を備えるコンピュータメモリを備えることを特徴とする装置(5)。
- それぞれが上側および下側半導体スイッチ(4)を直列に備える複数のアーム(B1,B2,Bi,Bn)を備える、請求項6に記載の制御装置(5)によって制御され得るパワーブリッジ(3)であって、前記上側および下側半導体スイッチ(4)がそれぞれ並列を成す半導体スイッチング素子(7)とフリーホイールダイオード(6)とから成ること特徴とするパワーブリッジ(3)。
- 前記フリーホイールダイオード(6)がMOSFETタイプのトランジスタの真性ダイオードであることを特徴とする請求項7に記載のパワーブリッジ(3)。
- 多相電気負荷(1)と、
電圧源(2)と、
前記電気負荷(1)の下流側で且つ前記電圧源(2)の上流側で接続される請求項7または請求項8のいずれかに記載のパワーブリッジ(3)と、
請求項6に記載の制御装置(5)と、
を備える回転電気機械システム。
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