JP2016101044A - Control method for 5-level power converter and 5-level power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、 高圧大容量向け5レベル電力変換装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling a five-level power converter for high voltage and large capacity.
図1に特許文献1で示された三相5レベル電力変換装置の回路構成,図2にその単相分のみの回路構成を示す。図1,図2に示すように、三相5レベル電力変換装置は、直流電圧源DCC1,DCC2とフライングキャパシタFC1,FC2と、第1〜第10スイッチングデバイスSW1〜SW10を備える。図1では、フライングキャパシタFC1,FC2をU相,V相,W相で共通化している。
FIG. 1 shows a circuit configuration of the three-phase five-level power conversion device disclosed in
図2において入力部の電位をそれぞれP,FCp+,FCp−,NP,FCn+,FCn−,Nとし、出力端子をOとする。(P)−(NP),(NP)−(N)端子間電圧は2Eであり、(FCp+)−(FCp−),(FCn+)−(FCn−)の端子間電圧はEである。特許文献1で示されたスイッチングパターンを表1に示す。なお、表1において、0/SWの行の1〜S2は、第1〜第10スイッチングデバイスと、第1,第2共通スイッチを示し、0/SWの列の+2E〜−2Eは直流電圧源DCC1とDCC2の共通接続点NPと出力端子間の電圧を示す。
In FIG. 2, the potentials of the input sections are P, FCp +, FCp−, NP, FCn +, FCn−, N, and the output terminal is O. The voltage between the terminals (P)-(NP), (NP)-(N) is 2E, and the voltage between the terminals of (FCp +)-(FCp-), (FCn +)-(FCn-) is E. The switching pattern shown in
ただし、表1中の1はスイッチングデバイスのゲートオン状態、0はゲートオフ状態を示す。○で囲んだ箇所がスイッチング遷移箇所である。 In Table 1, 1 indicates the gate-on state of the switching device, and 0 indicates the gate-off state. The part surrounded by ○ is the switching transition part.
特許文献1では、5レベルのスイッチングパターンを示している。しかしながら、特許文献1では、各々の出力電圧レベルに遷移する際にスイッチング(0→1または1→0への変換)を行うスイッチングデバイスが多い。出力電圧を+Oに選択するスイッチングパターンではゲートオン状態、ゲートオフ状態となっているスイッチングデバイスが正負対称でないため、出力電圧が+Oから−Eに遷移する場合、スイッチング回数が特に多い。スイッチング回数の増加は、スイッチング損失の増加につながる。このことは、電力変換装置の効率低下や冷却機能の増大、すなわち装置の大型化や高コスト化につながるため好ましくない。
また、スイッチングデバイスの特性やゲート駆動回路の特性のばらつきによって、直流短絡が発生する恐れがある。一般的に直流短絡を防止するため、ゲートオン信号にデッドタイムを設けるが、特許文献1はデッドタイムについて示唆していない。
In addition, a DC short circuit may occur due to variations in switching device characteristics and gate drive circuit characteristics. In general, in order to prevent a DC short-circuit, a dead time is provided in the gate-on signal, but
表1の場合、スイッチングパターン+2Eから+Eへ遷移する場合、デッドタイムを設けずにスイッチングデバイスSW1とSW4が同時にオンする期間が発生すると、直流短絡が発生する。同様に、スイッチングパターン−Eから−2Eへ遷移する場合、デッドタイムを設けずにスイッチングデバイスSW7とSW8が同時にオンする期間が発生すると、直流短絡が発生する。 In the case of Table 1, when the switching pattern + 2E transitions to + E, a DC short circuit occurs when a period in which the switching devices SW1 and SW4 are simultaneously turned on occurs without providing a dead time. Similarly, when the switching pattern -E transitions from -E to -2E, a DC short circuit occurs when a period in which the switching devices SW7 and SW8 are simultaneously turned on without a dead time is generated.
直流短絡の発生によって、スイッチングデバイスに過電流が流れ、装置の信頼性が低下する。そのため、デッドタイムを設けることが望ましい。 Due to the occurrence of a DC short circuit, an overcurrent flows through the switching device, reducing the reliability of the device. Therefore, it is desirable to provide a dead time.
以上示したようなことから、5レベル電力変換装置において、スイッチング損失を低減し、スイッチングデバイスの寿命の向上、電力変換装置の効率の向上、装置の小型化、コストの低減を図ることが課題となる。 As described above, in the five-level power converter, it is an object to reduce switching loss, improve the life of the switching device, improve the efficiency of the power converter, reduce the size of the device, and reduce the cost. Become.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直列接続された2個の直流電圧源のうち上段の直流電圧源の負極端に一端が接続された各相共通の第1共通スイッチと、直列接続された2個の直流電圧源のうち下段の直流電圧源の正極端に一端が接続された各相共通の第2共通スイッチと、第1共通スイッチの他端に一端が接続された各相共通の第1フライングキャパシタと、第2共通スイッチの他端に一端が接続された各相共通の第2フライングキャパシタと、前記上段の直流電圧源の正極端と第1共通スイッチの他端との間に順次直列接続された各相の第1スイッチングデバイス,第2スイッチングデバイス,第3スイッチングデバイスと、第1スイッチングデバイス,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第1フライングキャパシタの他端との間に介挿された各相の第4スイッチングデバイスと、第2共通スイッチの他端と下段の直流電圧源の負極端との間に順次直列接続された各相の第5スイッチングデバイス,第6スイッチングデバイス,第7スイッチングデバイスと、第6スイッチングデバイスと第7スイッチングデバイスの共通接続点と第2フライングキャパシタの他端との間に介挿された各相の第8スイッチングデバイスと、第2スイッチングデバイスと第3スイッチングデバイスの共通接続点に一端が接続された各相の第9スイッチングデバイスと、第5スイッチングデバイスと第6スイッチングデバイスの共通接続点に一端が接続された各相の第10スイッチングデバイスと、を備え、各相の第9スイッチングデバイスの他端と第10スイッチングデバイスの他端が接続された共通接続点を出力端子とした5レベル電力変換装置の制御方法であって、 上段の直流電圧源と下段の直流電圧源の共通接続点と出力端子間の電圧を、表2の2E、E、一E、−2Eの行におけるスイッチングパターンと、表3の±0aと±0bの行におけるスイッチングパターンのうち少なくとも一方のスイッチングパターンと、で制御することを特徴とする。
The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is that each of the two DC voltage sources connected in series has one end connected to the negative electrode end of the upper DC voltage source. A first common switch common to each phase, a second common switch common to each phase, one end of which is connected to the positive terminal of the lower DC voltage source among the two DC voltage sources connected in series, and a first common switch A common first flying capacitor having one end connected to the other end, a second flying capacitor common to each phase having one end connected to the other end of the second common switch, and a positive terminal of the upper DC voltage source A first switching device, a second switching device, and a third switching device of each phase sequentially connected in series between the first switching device and the other end of the first common switch, and a common connection point of the first switching device and the second switching device First A fourth switching device of each phase interposed between the other end of the flying capacitor and each phase sequentially connected in series between the other end of the second common switch and the negative end of the lower DC voltage source. The fifth switching device, the sixth switching device, the seventh switching device, and the eighth of each phase interposed between the common connection point of the sixth switching device and the seventh switching device and the other end of the second flying capacitor. One end is connected to the common connection point of the switching device, the ninth switching device of each phase whose one end is connected to the common connection point of the second switching device and the third switching device, and the fifth switching device and the sixth switching device. A tenth switching device of each phase, and the other end of the ninth switching device of each phase and the first A control method for a five-level power converter using an output terminal as a common connection point to which the other end of the switching device is connected, the voltage between the common connection point of the upper DC voltage source and the lower DC voltage source and the output terminal Is controlled by the switching pattern in the
ただし、表中の1はゲートオン状態、0はゲートオフ状態を示す
*はどちらでも可能であることを示す。
However, 1 in the table indicates a gate-on state and 0 indicates a gate-off state. * Indicates that either is possible.
また、その一態様として、前記上段の直流電圧源と下段の直流電圧源の共通接続点と出力端子間の電圧を、表2の2E、E、一E、−2Eの行におけるスイッチングパターンと、表3の±0aと±0bの行におけるスイッチングパターンと、で制御することを特徴とする。
Further, as one aspect thereof, the voltage between the common connection point of the upper DC voltage source and the lower DC voltage source and the output terminal is represented by a switching pattern in
また、その一態様として、第1スイッチングデバイスのゲートオン信号と第2スイッチングデバイスのゲートオン信号間にデットタイムを設け、第7スイッチングデバイスのゲートオン信号と第8スイッチングデバイスのゲートオン信号間にデットタイムを設けたことを特徴とする。 As one aspect thereof, a dead time is provided between the gate-on signal of the first switching device and the gate-on signal of the second switching device, and a dead time is provided between the gate-on signal of the seventh switching device and the gate-on signal of the eighth switching device. It is characterized by that.
また、その一態様として、前記第1〜第10スイッチングデバイスの一部、または、全てを直列数2以上としたことを特徴とする。 Moreover, as one aspect thereof, a part or all of the first to tenth switching devices are set to have a series number of 2 or more.
また、他の態様として、前記第1〜第10スイッチングデバイスの一部、または、全部を並列数2以上としたことを特徴とする。
Another aspect is characterized in that a part or all of the first to tenth switching devices are
本発明によれば、5レベル電力変換装置において、スイッチング損失を低減し、スイッチングデバイスの寿命の向上、電力変換装置の効率の向上、装置の小型化、コストの低減を図ることが可能となる。 According to the present invention, in the five-level power conversion device, it is possible to reduce the switching loss, improve the life of the switching device, improve the efficiency of the power conversion device, reduce the size of the device, and reduce the cost.
本発明では、特許文献1で示された回路構成のスイッチングパターンに関するものであるため、主回路構成は図1,図2と同様である。図2で出力可能な電圧状態は5レベルであるが、スイッチングパターンは表1に示す5つに限定されない。なぜならば、出力電圧=0(すなわち、NP端子とO端子が同電位)を出力するスイッチングパターンは一意に決定されず複数存在する。すなわち、スイッチングパターンの選択はその思想により自由に設計できる。ここで本実施形態1,2におけるスイッチングパターン設計思想を下記に示す。
Since the present invention relates to the switching pattern of the circuit configuration disclosed in
[スイッチング回数を最小にする]、かつ、[出力電圧の正負でゲートオン/ゲートオフとなっているスイッチングデバイスを正負対称にする]。 [Minimize the number of switching times] and [Make switching devices that are gate-on / gate-off symmetric with respect to the output voltage positive / negative].
以下、本発明に係る5レベル電力変換装置の実施形態1,2を図1〜図3に基づいて詳述する。
[実施形態1]
まず、本実施形態1における5レベル電力変換装置の回路構成を図1,図2に基づいて説明する。
[Embodiment 1]
First, the circuit configuration of the five-level power converter according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
直列接続された2個の直流電圧源DCC1,DCC2のうち上段の直流電圧源DCC1の負極端に各相共通の第1共通スイッチS1の一端を接続する。また、直列接続された2個の直流電圧源DCC1,DCC2のうち下段の直流電圧源DCC2の正極端に各相共通の第2共通スイッチS2の一端を接続する。 One end of the first common switch S1 common to each phase is connected to the negative terminal of the upper DC voltage source DCC1 among the two DC voltage sources DCC1 and DCC2 connected in series. Also, one end of the second common switch S2 common to each phase is connected to the positive terminal of the lower DC voltage source DCC2 among the two DC voltage sources DCC1 and DCC2 connected in series.
第1共通スイッチS1の他端に各相共通の第1フライングキャパシタFC1の一端を接続し、第2共通スイッチS2の他端に各相共通の第2フライングキャパシタFC2の一端を接続する。 One end of the first flying capacitor FC1 common to each phase is connected to the other end of the first common switch S1, and one end of the second flying capacitor FC2 common to each phase is connected to the other end of the second common switch S2.
上段の直流電圧源DCC1の正極端と第1共通スイッチS1の他端との間に各相の第1スイッチングデバイスSWu1,第2スイッチングデバイスSWu2,第3スイッチングデバイスSWu3(SWu3a,SWu3b)が順次直列接続される。 The first switching device SWu1, the second switching device SWu2, and the third switching device SWu3 (SWu3a, SWu3b) of each phase are sequentially connected in series between the positive electrode end of the upper DC voltage source DCC1 and the other end of the first common switch S1. Connected.
第1スイッチングデバイスSWu1,第2スイッチングデバイスSWu2の共通接続点と第1フライングキャパシタFC1の他端との間に各相の第4スイッチングデバイスSWu4が介挿される。 A fourth switching device SWu4 of each phase is interposed between the common connection point of the first switching device SWu1 and the second switching device SWu2 and the other end of the first flying capacitor FC1.
第2共通スイッチS2の他端と下段の直流電圧源DCC2の負極端との間に第5スイッチングデバイスSWu5(SW5a,SW5b),第6スイッチングデバイスSWu6,第7スイッチングデバイスSWu7が順次直列接続される。 A fifth switching device SWu5 (SW5a, SW5b), a sixth switching device SWu6, and a seventh switching device SWu7 are sequentially connected in series between the other end of the second common switch S2 and the negative end of the lower DC voltage source DCC2. .
第6スイッチングデバイスSWu6と第7スイッチングデバイスSWu7の共通接続点と第2フライングキャパシタFC2の他端との間に各相の第8スイッチングデバイスSWu8が介挿される。 An eighth switching device SWu8 of each phase is interposed between a common connection point of the sixth switching device SWu6 and the seventh switching device SWu7 and the other end of the second flying capacitor FC2.
第2スイッチングデバイスSWu2と第3スイッチングデバイスSWu3の共通接続点に第9スイッチングデバイスSWu9(SW9a,SW9b)の一端が接続される。第5スイッチングデバイスSWu5と第6スイッチングデバイスSWu6の共通接続点に各相の第10スイッチングデバイスSW10(SW10a,SW10b)の一端が接続される。 One end of the ninth switching device SWu9 (SW9a, SW9b) is connected to a common connection point of the second switching device SWu2 and the third switching device SWu3. One end of each phase of the tenth switching device SW10 (SW10a, SW10b) is connected to a common connection point of the fifth switching device SWu5 and the sixth switching device SWu6.
そして、各相の第9スイッチングデバイスSWu9(SW9b)の他端と第10スイッチングデバイスSWu10(SW10b)の他端が接続された共通接続点を出力端子Oとする。なお、U相についてのみ説明したが、V相,W相についても同様に構成される。 The common connection point where the other end of the ninth switching device SWu9 (SW9b) of each phase and the other end of the tenth switching device SWu10 (SW10b) are connected is defined as an output terminal O. Although only the U phase has been described, the V phase and the W phase are similarly configured.
表2に電圧出力可能なスイッチングパターン一覧を示す。なお、0/SWの行に示す1〜S2と、0/SWの列に示す+2E〜−2Eは、表1と同様のものを示す。表1と比較して、出力電圧=0のスイッチングパターンに「±0」を設定した。また、電圧出力に影響しないスイッチングデバイスも存在したため、表中では*と表記した。表1では出力電圧の正負でゲートオン/ゲートオフとなるスイッチングデバイスが正負非対称であったが、表2のスイッチングパターンでは出力電圧の正負で、ゲートオン/ゲートオフとなるスイッチングデバイスが正負対称となる。 Table 2 shows a list of switching patterns that can output voltage. 1 to S2 shown in the 0 / SW row and + 2E to -2E shown in the 0 / SW column are the same as those in Table 1. Compared with Table 1, “± 0” was set in the switching pattern of the output voltage = 0. In addition, since there is a switching device that does not affect the voltage output, it is indicated by * in the table. In Table 1, the switching device that turns on / off the gate depending on whether the output voltage is positive or negative is asymmetrical. However, in the switching pattern of Table 2, the switching device that turns on / off the gate depending on the positive / negative of the output voltage.
ただし、表中の1はゲートオン状態、0はゲートオフ状態を示す
*はどちらでも可能であることを示す。
However, 1 in the table indicates a gate-on state and 0 indicates a gate-off state. * Indicates that either is possible.
「±0」:2種類のスイッチングパターンがある。表3に、2種類のスイッチングパターン(±0a,±0b)を示す。なお、0/SWの行に示す1〜S2と、0/SWの列に示す+2E〜−2Eは、表1と同様のものを示す。 “± 0”: There are two types of switching patterns. Table 3 shows two types of switching patterns (± 0a, ± 0b). 1 to S2 shown in the 0 / SW row and + 2E to -2E shown in the 0 / SW column are the same as those in Table 1.
±0aは、図2において第3,第5スイッチングデバイスSW3a,SW3b、SW5a,SW5bをゲートオンさせたスイッチングパターンである。5レベル電力変換装置の出力電流Ioの極性が正(図2の矢印の方向)であれば、NP→S2→SW5a→SW5b→SW10a→SW10b→Oの経路で出力電流が流れ、端子Oは端子NPと同電位となる。出力電流Ioの極性が負(図2の矢印と逆方向)であれば、O→SW9b→SW9a→SW3a→SW3b→S1→NPの経路で出力電流が流れ、端子Oは端子NPと同電位となる。 ± 0a is a switching pattern in which the third and fifth switching devices SW3a, SW3b, SW5a, and SW5b are turned on in FIG. If the polarity of the output current Io of the five-level power converter is positive (in the direction of the arrow in FIG. 2), the output current flows through a route of NP → S2 → SW5a → SW5b → SW10a → SW10b → O. It has the same potential as NP. If the polarity of the output current Io is negative (in the direction opposite to the arrow in FIG. 2), the output current flows through the route of O → SW9b → SW9a → SW3a → SW3b → S1 → NP, and the terminal O has the same potential as the terminal NP. Become.
±0bは、スイッチングデバイスSW3a,SW3b,SW5a,SW5bをゲートオフさせたスイッチングパターンである。この場合、スイッチングデバイスSW3a,SW3b,SW5a,SW5bの逆並列ダイオードに出力電流Ioが流れる。5レベル電力変換装置の出力電流Ioの極性が正(図2の矢印の方向)であれば、NP→S1→SW3b→SW3a→SW9a→SW9b→Oの経路で出力電流が流れ、端子Oは端子NPと同電位となる。出力電流Ioの極性が負(図2の矢印と逆方向)であれば、O→SW10b→SW10a→SW5b→SW5a→S2→NPの経路で出力電流が流れ、端子Oは端子NPと同電位となる。 ± 0b is a switching pattern in which the switching devices SW3a, SW3b, SW5a, and SW5b are gated off. In this case, the output current Io flows through the antiparallel diodes of the switching devices SW3a, SW3b, SW5a, SW5b. If the polarity of the output current Io of the five-level power converter is positive (in the direction of the arrow in FIG. 2), the output current flows through the route of NP → S1 → SW3b → SW3a → SW9a → SW9b → O, and terminal O is the terminal It has the same potential as NP. If the polarity of the output current Io is negative (in the direction opposite to the arrow in FIG. 2), the output current flows through the route of O → SW10b → SW10a → SW5b → SW5a → S2 → NP, and the terminal O has the same potential as the terminal NP. Become.
このように、±0a、±0bのいずれのスイッチングパターンを選択して、も、端子Oは端子NPと同電位となり、零電圧を出力できる。 As described above, the terminal O has the same potential as the terminal NP and can output a zero voltage regardless of which of the switching patterns ± 0a and ± 0b is selected.
次に、±0bのスイッチングパターンを適用することによりスイッチングを行うスイッチングデバイス数が最小になることを表4に示す。なお、0/SWの行に示す1〜S2と、0/SWの列に示す+2E〜−2Eは、表1と同様のものを示す。また、表4の±0bでは、SW4=1,SW8=1とする。 Next, Table 4 shows that the number of switching devices that perform switching is minimized by applying a switching pattern of ± 0b. 1 to S2 shown in the 0 / SW row and + 2E to -2E shown in the 0 / SW column are the same as those in Table 1. Further, in ± 0b in Table 4, SW4 = 1 and SW8 = 1.
表4に示すように、出力電圧の正負でゲートオン/ゲートオフとなるスイッチングパターンが正負対称になっている。すなわち、出力電圧が+2Eのとき第1,第2,第8,第9スイッチングデバイスSW1,SW2,SW8,SW9a,SW9b,第1,第2共通スイッチS1,S2がゲートオンとなっているのに対し、出力電圧が−2Eのときはそのスイッチングデバイスと正負対称の第4,第6,第7,第10スイッチングデバイスSW4,SW6,SW7,SW10a,SW10b,第1,第2共通スイッチS1,S2がゲートオンとなっている。 As shown in Table 4, the switching pattern in which the gate is turned on / off when the output voltage is positive / negative is symmetrical. That is, when the output voltage is + 2E, the first, second, eighth, and ninth switching devices SW1, SW2, SW8, SW9a, SW9b, and the first and second common switches S1, S2 are turned on. When the output voltage is -2E, the fourth, sixth, seventh, and tenth switching devices SW4, SW6, SW7, SW10a, SW10b, and the first and second common switches S1 and S2 are symmetrical with the switching device. The gate is on.
また、出力電圧が+Eのとき第2,第4,第8,第9スイッチングデバイスSW2,SW4,SW8,SW9a,SW9b,第1,第2共通スイッチS1,S2がゲートオンとなっているのに対し、出力電圧−Eのときは、そのスイッチングデバイスと正負対称の第4,第6,第8,第10スイッチングデバイスSW4,SW6,SW8,SW10a,SW10b,第1,第2共通スイッチS1,S2がゲートオンとなっている。 On the other hand, when the output voltage is + E, the second, fourth, eighth and ninth switching devices SW2, SW4, SW8, SW9a and SW9b, and the first and second common switches S1 and S2 are turned on. When the output voltage is -E, the fourth, sixth, eighth, and tenth switching devices SW4, SW6, SW8, SW10a, SW10b, and the first and second common switches S1 and S2 are symmetric with respect to the switching device. The gate is on.
また、出力電圧が±0bのときも第4,第9スイッチングデバイスSW4,SW9a,SW9b,第1共通スイッチS1と、そのスイッチングデバイスと正負対称の第8,第10スイッチングデバイスSW8,SW10a,SW10b,第2共通スイッチS2がゲートオンとなっている。 Even when the output voltage is ± 0b, the fourth and ninth switching devices SW4, SW9a, SW9b, the first common switch S1, and the eighth and tenth switching devices SW8, SW10a, SW10b, which are symmetrical with the switching device, are provided. The second common switch S2 is turned on.
このように、出力電圧が±0bのときゲートオン/ゲートオフとなっているスイッチングデバイスが正負対称であるため、出力電圧が+Eへ遷移する際も−Eへ遷移する際もスイッチングするスイッチングデバイス数を低減することができる。 Thus, since the switching devices that are gate-on / gate-off when the output voltage is ± 0b are positive and negative symmetric, the number of switching devices that switch when the output voltage transitions to + E and −E is reduced. can do.
表4は表1に比べて○で囲まれた箇所が少なくなっている。 表4のスイッチングパターンの適用によって、表1の従来のスイッチングパターンと比べて、スイッチングを行うスイッチングデバイス数が低滅される。 Compared to Table 1, Table 4 has fewer places surrounded by circles. By applying the switching pattern in Table 4, the number of switching devices that perform switching is reduced as compared with the conventional switching pattern in Table 1.
以上示したように、本実施形態1によれば、出力電圧が各々のレベルに遷移する際、スイッチングを行うスイッチングデバイス数が低減するため、全体のスイッチング回数が減少し、スイッチングデバイスのスイッチング損失が低減する。また、スイッチングデバイスのスイッチング損失が低減するため、スイッチングデバイスの温度上昇が抑制され、スイッチングデバイスの寿命が延びる。 As described above, according to the first embodiment, when the output voltage transitions to each level, the number of switching devices that perform switching is reduced, so that the total number of switching is reduced, and the switching loss of the switching device is reduced. Reduce. Moreover, since the switching loss of a switching device reduces, the temperature rise of a switching device is suppressed and the lifetime of a switching device is extended.
また、スイッチングデバイスのスイッチング損失が減少するため、電力変換装置の効率の上昇を図ることができる。また、スイッチングデバイスのスイッチング損失が減少するため、電力変換装置の冷却機構を縮小でき、装置全体の小型化を図ることが可能となる。 Moreover, since the switching loss of a switching device reduces, the efficiency of a power converter device can be raised. In addition, since the switching loss of the switching device is reduced, the cooling mechanism of the power conversion device can be reduced, and the overall size of the device can be reduced.
さらに、装置全体を小型化できるため、コストを低減できる。 Furthermore, since the whole apparatus can be reduced in size, cost can be reduced.
[実施形態2]
図3は、スイッチングデバイスSW1とSW4のゲートオン信号を示すタイムチャートである。本実施形態2では、スイッチングデバイスのゲートオン信号に付与するデッドタイムの生成法について説明する。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a time chart showing gate-on signals of the switching devices SW1 and SW4. In the second embodiment, a method for generating a dead time to be added to a gate-on signal of a switching device will be described.
図3に示すように、ゲートオン信号のオフ状態→オン状態変化時にデッドタイムTdを付与すればよい。 As shown in FIG. 3, the dead time Td may be given when the gate-on signal changes from the OFF state to the ON state.
スイッチングデバイスSW1とSW4のゲートオン信号にデッドタイムTdを設けることにより、スイッチングデバイスSW1とSW4が同時にオン状態となることを確実に回避し、スイッチングデバイスSW1とSW4の同時オン状態がもたらすP→SW1→SW4→FCp+のループによる直流短絡発生を防止することができる。 By providing the dead time Td in the gate-on signals of the switching devices SW1 and SW4, it is possible to reliably avoid the switching devices SW1 and SW4 from being turned on at the same time, and to bring about the simultaneous on-state of the switching devices SW1 and SW4. It is possible to prevent a DC short circuit from occurring due to the SW4 → FCp + loop.
なお、本実施形態2では、第1,第4スイッチングデバイスSW1,SW4について説明したが、第7,第8スイッチングデバイスSW7とSW8についても同様である。 In the second embodiment, the first and fourth switching devices SW1 and SW4 have been described. The same applies to the seventh and eighth switching devices SW7 and SW8.
以上示したように、本実施形態2における5レベル電力変換装置によれば、
ゲートオン信号にデッドタイムTdを付加することにより、スイッチングデバイスやゲート駆動回路の特性にばらつきがあっても、直流短絡の発生を抑制できる。
As described above, according to the 5-level power conversion device of the second embodiment,
By adding the dead time Td to the gate-on signal, the occurrence of a DC short circuit can be suppressed even if the characteristics of the switching device and the gate drive circuit vary.
これにより、スイッチングデバイスの短絡による過電流を抑制でき、装置の安全な運転が可能になる。 Thereby, the overcurrent by the short circuit of a switching device can be suppressed, and the safe driving | operation of an apparatus is attained.
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
例えば、第1〜第10スイッチングデバイスSW1〜10の一部、または、全てを直列数2以上としても良く、並列数2以上としても良い。 For example, some or all of the first to tenth switching devices SW1 to SW10 may be set to two or more in series, or may be set to two or more in parallel.
DCC1,DCC2…直流電圧源
S1,S2…共通スイッチ
SW1〜SW10…スイッチングデバイス
FC1,FC2…フライングキャパシタ
DCC1, DCC2 ... DC voltage source S1, S2 ... Common switch SW1-SW10 ... Switching device FC1, FC2 ... Flying capacitor
Claims (7)
直列接続された2個の直流電圧源のうち下段の直流電圧源の正極端に一端が接続された各相共通の第2共通スイッチと、
第1共通スイッチの他端に一端が接続された各相共通の第1フライングキャパシタと、
第2共通スイッチの他端に一端が接続された各相共通の第2フライングキャパシタと、
前記上段の直流電圧源の正極端と第1共通スイッチの他端との間に順次直列接続された各相の第1スイッチングデバイス,第2スイッチングデバイス,第3スイッチングデバイスと、
第1スイッチングデバイス,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第1フライングキャパシタの他端との間に介挿された各相の第4スイッチングデバイスと、
第2共通スイッチの他端と下段の直流電圧源の負極端との間に順次直列接続された各相の第5スイッチングデバイス,第6スイッチングデバイス,第7スイッチングデバイスと、
第6スイッチングデバイスと第7スイッチングデバイスの共通接続点と第2フライングキャパシタの他端との間に介挿された各相の第8スイッチングデバイスと、
第2スイッチングデバイスと第3スイッチングデバイスの共通接続点に一端が接続された各相の第9スイッチングデバイスと、
第5スイッチングデバイスと第6スイッチングデバイスの共通接続点に一端が接続された各相の第10スイッチングデバイスと、を備え、
各相の第9スイッチングデバイスの他端と第10スイッチングデバイスの他端が接続された共通接続点を出力端子とした5レベル電力変換装置の制御方法であって、
上段の直流電圧源と下段の直流電圧源の共通接続点と出力端子間の電圧を、
表2の2E、E、一E、−2Eの行におけるスイッチングパターンと、
表3の±0aと±0bの行におけるスイッチングパターンのうち少なくとも一方のスイッチングパターンと、
で制御することを特徴とする5レベル電力変換装置の制御方法。
*はどちらでも可能であることを示す。
A second common switch common to each phase, one end of which is connected to the positive terminal of the lower DC voltage source among the two DC voltage sources connected in series;
A first flying capacitor common to each phase with one end connected to the other end of the first common switch;
A second flying capacitor common to each phase with one end connected to the other end of the second common switch;
A first switching device, a second switching device, and a third switching device of each phase sequentially connected in series between the positive end of the upper DC voltage source and the other end of the first common switch;
A fourth switching device of each phase interposed between a common connection point of the first switching device and the second switching device and the other end of the first flying capacitor;
A fifth switching device, a sixth switching device, and a seventh switching device of each phase sequentially connected in series between the other end of the second common switch and the negative electrode end of the lower DC voltage source;
An eighth switching device of each phase interposed between a common connection point of the sixth switching device and the seventh switching device and the other end of the second flying capacitor;
A ninth switching device of each phase having one end connected to a common connection point of the second switching device and the third switching device;
A tenth switching device of each phase having one end connected to a common connection point of the fifth switching device and the sixth switching device,
A control method for a five-level power converter using an output terminal as a common connection point where the other end of the ninth switching device and the other end of the tenth switching device of each phase are connected,
The voltage between the common connection point of the upper DC voltage source and the lower DC voltage source and the output terminal
Switching patterns in rows 2E, E, 1E, -2E of Table 2,
At least one of the switching patterns in the rows of ± 0a and ± 0b in Table 3,
5. A control method for a five-level power conversion device, wherein
表2の2E、E、一E、−2Eの行におけるスイッチングパターンと、
表3の±0aと±0bの行におけるスイッチングパターンと、
で制御することを特徴とする請求項1記載の5レベル電力変換装置の制御方法。 The voltage between the common connection point of the upper DC voltage source and the lower DC voltage source and the output terminal,
Switching patterns in rows 2E, E, 1E, -2E of Table 2,
Switching patterns in the ± 0a and ± 0b rows of Table 3,
The control method for a five-level power converter according to claim 1, wherein
第7スイッチングデバイスのゲートオン信号と第8スイッチングデバイスのゲートオン信号間にデットタイムを設けたことを特徴とする請求項1または2記載の5レベル電力変換装置の制御方法。 Providing a dead time between the gate-on signal of the first switching device and the gate-on signal of the second switching device;
3. The control method for a 5-level power converter according to claim 1, wherein a dead time is provided between the gate-on signal of the seventh switching device and the gate-on signal of the eighth switching device.
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|---|---|---|---|---|
| TWI854619B (en) * | 2023-04-28 | 2024-09-01 | 台達電子工業股份有限公司 | Power converter and multi-level power conversion system |
| US12368390B2 (en) | 2023-04-28 | 2025-07-22 | Delta Electronics, Inc. | Power converter and multi-level power conversion system |
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