JP2017121132A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that converts DC power into AC power.
パワーエレクトロニクス分野において、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行うことにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が広く用いられている。PWM制御を行う電力変換装置は、半導体スイッチング素子のスイッチングを高速に行うため、出力電力に高周波のスイッチングノイズ(リンギング)が発生する。 In the power electronics field, power converters that convert DC power to AC power by performing PWM (Pulse Width Modulation) control are widely used. Since the power conversion device that performs PWM control performs switching of the semiconductor switching element at high speed, high-frequency switching noise (ringing) is generated in the output power.
そこで、スイッチングノイズを低減するために、電力変換装置の出力側に交流モータ及び発電機を接続して発電機からスイッチングノイズを含まない交流電力を出力し、該交流電力を増幅器によって増幅することで、スイッチングノイズを含まない交流電力を得る技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to reduce switching noise, an AC motor and a generator are connected to the output side of the power converter, and AC power not including switching noise is output from the generator, and the AC power is amplified by an amplifier. A technique for obtaining AC power that does not include switching noise is known (see, for example, Patent Document 1).
しかし、特許文献1に開示された電力変換装置では、電力変換装置の出力側に、交流モータ、発電機、及び増幅器を接続する必要があるため、コストが高くなり、装置全体の規模が大きくなるという問題があった。
However, in the power conversion device disclosed in
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、複雑な制御を行うことなくスイッチングノイズを低減させることが可能な電力変換装置を提供することにある。 The objective of this invention made | formed in view of this situation is providing the power converter device which can reduce switching noise, without performing complicated control.
上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、直流電力から変換した交流電力を負荷に供給する電力変換装置であって、スイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子のゲートに接続される複数のゲート抵抗器と、前記ゲート抵抗器をそれぞれ並列に接続させるか否かを切り換える切換器と、前記負荷に流れる負荷電流に相当する電流値を検出する電流検出器と、前記電流値が大きいほど前記複数のゲート抵抗器の合成抵抗が大きくなるように前記切換器の切り換えを決定する電流比較器と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a power conversion device according to the present invention is a power conversion device that supplies AC power converted from DC power to a load, and a plurality of switching elements that convert DC power into AC power by a switching operation. A plurality of gate resistors connected to the gate of the switching element, a switch for switching whether or not the gate resistors are connected in parallel, and a current value corresponding to a load current flowing through the load is detected. And a current comparator that determines switching of the switch so that a combined resistance of the plurality of gate resistors increases as the current value increases.
さらに、本発明に係る電力変換装置において、前記スイッチング素子の温度に相当する温度値を検出する温度検出器と、前記温度値が閾値を超える場合には、前記複数のゲート抵抗器の合成抵抗が前記電流比較器により決定された値よりも小さくなるように前記切換器の切り換えを再決定する切換調整器と、を更に備えることを特徴とする。 Furthermore, in the power conversion device according to the present invention, a temperature detector that detects a temperature value corresponding to the temperature of the switching element, and when the temperature value exceeds a threshold value, a combined resistance of the plurality of gate resistors is And a switching adjuster for re-determining switching of the switch so as to be smaller than a value determined by the current comparator.
本発明によれば、負荷電流の大きさに応じてスイッチング速度を調整することにより、複雑な制御を行うことなくスイッチングノイズを低減させることができるようになる。 According to the present invention, the switching noise can be reduced without performing complicated control by adjusting the switching speed according to the magnitude of the load current.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。電力変換装置1は、直流電源10により生成される直流電力を交流電力に変換する。変換する交流電力は単相でも三相でもよいが、本実施形態では3相交流電力に変換するものとして、以下説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a power conversion device according to the first embodiment of the present invention. The
図1に示す電力変換装置1は、PWM信号制御回路11と、電流検出器12と、アーム回路20(U相用アーム回路20−1、V相用アーム回路20−2、及びW相用アーム回路20−3)とを備え、直流電源10から入力された直流電力を交流電力に変換し、モータなどの負荷(図示せず)に供給する。
1 includes a PWM signal control circuit 11, a current detector 12, an arm circuit 20 (a U-phase arm circuit 20-1, a V-phase arm circuit 20-2, and a W-phase arm). Circuit 20-3), which converts DC power input from the
電流検出器12は、電力変換装置1に接続される負荷に流れる負荷電流に相当する値(以下、電流値という)を検出し、アーム回路20に出力する。ここで、電流値は、実際に負荷に流れる電流の値であってもよいし、実際に負荷に流れる電流の値と比例関係や相関関係がある値であってもよい。
The current detector 12 detects a value (hereinafter referred to as a current value) corresponding to a load current flowing through a load connected to the
各アーム回路20は、ゲート駆動回路21(上アーム用ゲート駆動回路21P、及び下アーム用ゲート駆動回路21N)と、ゲート抵抗器群22(上アーム用ゲート抵抗器群22P、及び下アーム用ゲート抵抗器群22N)と、切換器23(上アーム用切換器23P−1〜23P−x、及び下アーム用切換器23N−1〜23N−x)と、スイッチング素子24(上アーム用スイッチング素子24P、及び下アーム用スイッチング素子24N)と、電流比較器25とを備える。アーム回路20−2,20−3の構成はアーム回路20−1と同一であるので、図1ではアーム回路20−1のみ内部の構成を図示する。
Each arm circuit 20 includes a gate drive circuit 21 (upper arm
PWM信号制御回路11は、電流検出器12から入力された電流値に基づき、スイッチング素子24のオンオフ動作を制御するPWM信号を生成し、ゲート駆動回路21に出力する。
The PWM signal control circuit 11 generates a PWM signal for controlling the on / off operation of the switching element 24 based on the current value input from the current detector 12 and outputs the PWM signal to the
ゲート駆動回路21は、PWM信号制御回路11から入力されたPWM信号に基づいてスイッチング素子24のゲートに印加する電圧を生成し、ゲート抵抗器群22に出力する。
The
ゲート抵抗器群22は、複数のゲート抵抗器により構成され、各ゲート抵抗器の一方の端子はゲート駆動回路21に接続され、他方の端子はスイッチング素子24のゲート、又は切換器23に接続される。
The gate resistor group 22 includes a plurality of gate resistors. One terminal of each gate resistor is connected to the
スイッチング素子24は、例えばIGBTなどの電力用半導体素子である。スイッチング素子24P,24Nは、PWM制御により、一方がオンの時に他方がオフになるようにスイッチング動作を行い、該スイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する。
The switching element 24 is a power semiconductor element such as an IGBT. The
電流比較器25は、電流検出器12から入力された電流値と、予め設定された閾値とを比較する。閾値は複数設けてもよい。
The
スイッチング素子24のスイッチング速度が一定の場合、負荷電流が大きいほどスイッチングノイズが大きくなる。また、スイッチング素子24のゲート抵抗値が大きくなると、ゲートに流れるゲート電流が小さくなるため、スイッチング速度が減少し、その結果スイッチングノイズを低減することができる。そこで、電流比較器25は、電流検出器12から入力された電流値が大きいほど複数のゲート抵抗器群22の合成抵抗が大きくなるように、比較結果に応じて切換器23のオンオフの切り換えを決定し(すなわち、どの切換器23をゲート抵抗器群22に接続又は切断するかを決定し)、決定結果を示す切換情報を切換器23に出力する。
When the switching speed of the switching element 24 is constant, the switching noise increases as the load current increases. Further, when the gate resistance value of the switching element 24 is increased, the gate current flowing through the gate is decreased, so that the switching speed is reduced, and as a result, switching noise can be reduced. Therefore, the
切換器23は、ゲート抵抗器群22のうちの1以上のゲート抵抗にそれぞれ直列に接続され、電流比較器25から入力された切換情報に基づきオンオフし、ゲート抵抗器をそれぞれ並列に接続させるか否かを切り換える。切換器23がオンの場合、該切換器23に接続されたゲート抵抗器群22が、ゲート駆動回路21及びスイッチング素子24の間に並列接続される。並列接続されるゲート抵抗の数が多くなると、ゲート抵抗器群22の合成抵抗は小さくなる。一方、並列接続されるゲート抵抗器の数が少なくなると、ゲート抵抗器群22の合成抵抗は大きくなる。
The switching device 23 is connected in series to one or more gate resistors in the gate resistor group 22 and is turned on / off based on the switching information input from the
一般的に電力変換装置は、電流制御及び過電流保護の観点から出力電流を検出する必要があるため、電流検出器12を備えている。本発明に係る電力変換装置1は、従来の電力変換装置が備えている電流検出器12が検出する電流値を利用してスイッチング速度を制御する。したがって、上述したように切換器23及び電流比較器25を追加するのみで、容易にスイッチング速度を調整し、スイッチングノイズを低減することができる。
In general, a power conversion device includes a current detector 12 because it is necessary to detect an output current from the viewpoint of current control and overcurrent protection. The
(第2の実施形態)
つぎに、本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置2について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a power conversion device 2 according to a second embodiment of the present invention will be described.
図2は、第2の実施形態に係る電力変換装置2の構成例を示すブロック図である。第2の実施形態においては、各アーム回路20は、ゲート駆動回路21(上アーム用ゲート駆動回路21P、及び下アーム用ゲート駆動回路21N)と、ゲート抵抗器群22(上アーム用ゲート抵抗器群22P、及び下アーム用ゲート抵抗器群22N)と、切換器23(上アーム用切換器23P−1〜23P−x、及び下アーム用切換器23N−1〜23N−x)と、スイッチング素子24(上アーム用スイッチング素子24P、及び下アーム用スイッチング素子24N)と、電流比較器25と、温度検出器26と、切換調整器27と、を備える。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the power conversion device 2 according to the second embodiment. In the second embodiment, each arm circuit 20 includes a gate drive circuit 21 (upper arm
第2の実施形態に係る電力変換装置2は、第1の実施形態に係る電力変換装置1と比較して、温度検出器26、及び切換調整器27を更に備える点が相違する。その他の構成については第1の実施形態と同一であるため、同一の参照番号を付して説明を省略する。
The power conversion device 2 according to the second embodiment is different from the
温度検出器26は、スイッチング素子24のベース付近に取り付けられ、スイッチング素子24の温度に相当する値(以下、温度値という)を検出し、切換調整器27に出力する。ここで、温度値は、実際の温度であってもよいし、実際の温度と比例関係や相関関係がある値であってもよい。温度検出器26は、例えばサーミスタなどのセンサである。温度検出器をスイッチング素子24の温度保護のために使用していたり、スイッチング素子24が備えていたりする場合には、それを用いてもよい。
The
切換調整器27は、温度検出器26から入力された温度値があらかじめ設定された閾値を超える場合には、ゲート抵抗器群22の合成抵抗が電流比較器25により決定された値よりも小さくなるように、切換器23のオンオフの切り換えを再決定する(すなわち、電流比較器25で決定されたオフとする切換器23の数を減少させる)。
When the temperature value input from the
切換器23によって、ゲート抵抗器群22のうち1以上のゲート信号を切り離してスイッチング素子24のスイッチング速度を遅くした場合には、スイッチング素子24のスイッチング損失は増加し、温度が上昇する。しかし、本発明に係る電力変換装置2では、スイッチング素子24の温度を監視し、上述したように切換調整器27を追加しているため、スイッチング速度を調整してスイッチングノイズを低減しつつ、スイッチング損失が過度に増加することを防止することができる。 When one or more gate signals in the gate resistor group 22 are disconnected by the switch 23 to reduce the switching speed of the switching element 24, the switching loss of the switching element 24 increases and the temperature rises. However, in the power conversion device 2 according to the present invention, since the temperature of the switching element 24 is monitored and the switching regulator 27 is added as described above, the switching speed is adjusted to reduce the switching noise while switching. It is possible to prevent the loss from increasing excessively.
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。 Although the above embodiment has been described as a representative example, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. For example, a plurality of constituent blocks described in the embodiments can be combined into one, or one constituent block can be divided.
1 電力変換装置
10 直流電源
11 PWM信号制御回路
12 電流検出器
20 アーム回路
21 ゲート駆動回路
22 ゲート抵抗器群
23 切換器
24 スイッチング素子
25 電流比較器
26 温度検出器
27 切換調整器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
スイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する複数のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のゲートに接続される複数のゲート抵抗器と、
前記ゲート抵抗器をそれぞれ並列に接続させるか否かを切り換える切換器と、
前記負荷に流れる負荷電流に相当する電流値を検出する電流検出器と、
前記電流値が大きいほど前記複数のゲート抵抗器の合成抵抗が大きくなるように前記切換器の切り換えを決定する電流比較器と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that supplies alternating current power converted from direct current power to a load,
A plurality of switching elements that convert DC power into AC power by switching operation;
A plurality of gate resistors connected to the gate of the switching element;
A switch for switching whether or not to connect the gate resistors in parallel, and
A current detector for detecting a current value corresponding to a load current flowing through the load;
A current comparator that determines switching of the switch so that a combined resistance of the plurality of gate resistors increases as the current value increases;
A power conversion device comprising:
前記温度値が閾値を超える場合には、前記複数のゲート抵抗器の合成抵抗が前記電流比較器により決定された値よりも小さくなるように前記切換器の切り換えを再決定する切換調整器と、
を更に備えることを特徴とする、請求項1に記載の電力変換装置。
A temperature detector for detecting a temperature value corresponding to the temperature of the switching element;
A switching regulator for redetermining switching of the switch so that the combined resistance of the plurality of gate resistors is less than the value determined by the current comparator if the temperature value exceeds a threshold;
The power converter according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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WO2021090679A1 (en) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 株式会社デンソー | Electric power conversion device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11234104A (en) * | 1998-02-10 | 1999-08-27 | Toshiba Corp | Semiconductor module and inverter device |
JP2002119044A (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-19 | Fuji Electric Co Ltd | Gate driving circuit for power semiconductor device |
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2015
- 2015-12-28 JP JP2015256857A patent/JP2017121132A/en active Pending
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