JP2018046600A - Modulation method and circuit using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数トランスの二次巻線を直列接続し、この直列回路に整流平滑回路を接続する構成のマルチレベルコンバータに用いる変調方法、及び、この変調方法を用いた回路に関するものである。 The present invention relates to a modulation method used in a multilevel converter having a configuration in which secondary windings of a plurality of transformers are connected in series and a rectifying / smoothing circuit is connected to the series circuit, and a circuit using the modulation method.
カスケードマルチセル型力率改善コンバータの負荷として用いられるマルチレベルDC/DCコンバータが特許文献1で開示されている。図4にこの方式の回路図を示す。10はカスケードマルチセル型力率改善コンバータであり、二つの回路ブロック13の入力が直列接続され、この直列回路に交流電源11とチョーク12の直列回路が接続されている。回路ブロック13の中ではダイオード21、ダイオード22、MOSFET31、MOSFET32がブリッジ接続されており、このブリッジの直流出力にコンデンサ41が接続されている。
A multilevel DC / DC converter used as a load of a cascade multicell type power factor correction converter is disclosed in
図4のカスケードマルチセル型力率改善コンバータ10以外はマルチレベルDC/DCコンバータである。MOSFET33、MOSFET34、MOSFET35、MOSFET36がブリッジ接続されてトランス駆動手段14を構成している。二つのトランス駆動手段14の直流入力はカスケードマルチセル型力率改善コンバータ10の出力にそれぞれ接続されており、交流出力にはトランス15とトランス16の一次巻線が接続されている。トランス15の二次巻線とトランス16の二次巻線は直列接続され、この直列回路がダイオード23、ダイオード24、ダイオード25、ダイオード26からなる整流回路に接続され、この整流回路の出力にチョーク17、コンデンサ42からなる平滑回路が接続されている。平滑回路の出力には負荷18が接続されている。
A multi-level DC / DC converter other than the cascade multi-cell power
このマルチレベルDC/DCコンバータはトランス駆動手段14によってトランス15,16の一次巻線にパルス電圧が印加され、その電圧が巻数比変換されたうえで二次巻線の直列回路によって加算されることでマルチレベル変換を可能にしている。
このような原理で動作しているため、このコンバータにはいくつかのバリエーションが考えられる。図4では電位の異なる二つの入力電源が各トランス駆動手段に接続されているが、図5の様に共通の直流電源19に接続されていても構わない。また図6の様に、二つのトランス駆動手段14の入力にコンデンサ43、44を接続し、これらを直列接続して、その直列回路を直流電源19に接続しても構わない。
In this multi-level DC / DC converter, a pulse voltage is applied to the primary windings of the
Because of this principle of operation, there are several possible variations for this converter. In FIG. 4, two input power sources having different potentials are connected to each transformer driving means, but they may be connected to a common
またトランス駆動手段は2個に限定されているわけではなく、2個以上の任意の数にすることができる。 Further, the number of transformer driving means is not limited to two, but any number of two or more can be used.
なお、これまでの説明ではスイッチ素子としてMOSFETを使う例を挙げたが、IGBTと逆並列ダイオードの並列回路を使っても、全く同様の効果を奏する。 In the above description, an example in which a MOSFET is used as a switching element has been described. However, using a parallel circuit of an IGBT and an antiparallel diode has exactly the same effect.
しかしながら特許文献1には二次巻線の直列回路に現れる電圧をマルチレベルにできると書かれているが、その具体的な変調方法については記されていない。したがって各トランス駆動手段が出力する電圧をどのように変調すればよいかわからない問題があった。
However,
本発明はトランスの二次巻線を直列接続するタイプのマルチレベルコンバータにおいて、具体的な変調方法を開示するものである。 The present invention discloses a specific modulation method in a multilevel converter of the type in which the secondary windings of a transformer are connected in series.
特許文献1で開示されているトランスの二次巻線を直列接続するタイプのマルチレベルコンバータは、二次巻線の直列回路に現れる電圧をマルチレベルにすることができるが、その具体的な変調方法についての記述がない。
The multi-level converter of the type in which the secondary windings of the transformer disclosed in
本発明の第一の変調方法はトランス駆動手段の数が偶数である場合に適用され、
偶数個のトランスと、
前記トランスの各々の一次巻線に正電圧、負電圧、ゼロ電圧を与えるトランス駆動手段と、
前記トランスの全ての二次巻線を直列接続し、前記直列回路に接続された整流平滑回路と、
を有する回路の変調方法であって、
全ての前記トランス駆動手段が最大正電圧デューティと最大負電圧デューティを出力し、かつ同相である状態を変調度が最も大きい状態とし、
前記トランス駆動手段の正電圧および負電圧のデューティを第一の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第一の手順とし、
前記第一の手順でデューティを減らした前記トランス駆動手段の位相を前記第一の設定値まで進ませることを、前記変調度を下げるための第二の手順とし、
前記トランス駆動手段が出力する正電圧および負電圧のデューティを第二の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第三の手順とし、
前記第一の手順から前記第三の手順を前記トランス駆動手段に順次適用することを特徴とする。
The first modulation method of the present invention is applied when the number of transformer driving means is an even number,
An even number of transformers,
Transformer driving means for applying a positive voltage, a negative voltage, and a zero voltage to each primary winding of the transformer;
All secondary windings of the transformer are connected in series, and a rectifying and smoothing circuit connected to the series circuit;
A circuit modulation method comprising:
All the transformer drive means output the maximum positive voltage duty and the maximum negative voltage duty, and the state that is in phase is the state where the modulation degree is the largest,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage of the transformer driving means to a first set value is a first procedure for reducing the modulation degree,
Advancing the phase of the transformer driving means whose duty is reduced in the first procedure to the first set value is a second procedure for reducing the modulation degree,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage output by the transformer driving means to a second set value is a third procedure for reducing the modulation degree,
The first procedure to the third procedure are sequentially applied to the transformer driving means.
本発明の第二の変調方法はトランス駆動手段の数が奇数である場合に適用され、
奇数個のトランスと、
前記トランスの各々の一次巻線に正電圧、負電圧、ゼロ電圧を与えるトランス駆動手段と、
前記トランスの全ての二次巻線を直列接続し、前記直列回路に接続された整流平滑回路と、
を有する回路の変調方法であって、
全ての前記トランス駆動手段が最大正電圧デューティと最大負電圧デューティを出力し、かつ同相である状態を変調度が最も大きい状態とし、
前記トランス駆動手段の正電圧および負電圧のデューティを第一の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第一の手順とし、
前記第一の手順でデューティを減らした前記トランス駆動手段の位相を前記第一の設定値まで進ませることを、前記変調度を下げるための第二の手順とし、
前記トランス駆動手段が出力する正電圧および負電圧のデューティを第二の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第三の手順とし、
前記トランス駆動手段が出力する正電圧および負電圧のデューティを第三の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第四の手順とし、
前記トランス駆動手段が出力する正電圧および負電圧のデューティを、最大デューティまで増やすことを、前記変調度を下げるための第五の手順とし、
前記トランス駆動手段を3個と残りの偶数個に分け、
前記残りの偶数個の前記トランス駆動手段が存在する場合は、前記第一の手順から前記第三の手順を前記残りの偶数個の前記トランス駆動手段に順次適用し、
前記3個の前記トランス駆動手段のうちの任意の一つに対して、前記第一の手順と前記第二の手順を適用し、
前記3個の前記トランス駆動手段の残りの二つのうちの任意の一つに対して、前記第三の手順を適用し、
前記3個の前記トランス駆動手段の残りの一つに対して、前記第四の手順を適用し、
前記3個の前記トランス駆動手段のうち前記第一の手順と前記第二の手順を適用した前記トランス駆動手段に前記第五の手順を適用することを特徴とする。
The second modulation method of the present invention is applied when the number of transformer driving means is an odd number,
An odd number of transformers,
Transformer driving means for applying a positive voltage, a negative voltage, and a zero voltage to each primary winding of the transformer;
All secondary windings of the transformer are connected in series, and a rectifying and smoothing circuit connected to the series circuit;
A circuit modulation method comprising:
All the transformer drive means output the maximum positive voltage duty and the maximum negative voltage duty, and the state that is in phase is the state where the modulation degree is the largest,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage of the transformer driving means to a first set value is a first procedure for reducing the modulation degree,
Advancing the phase of the transformer driving means whose duty is reduced in the first procedure to the first set value is a second procedure for reducing the modulation degree,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage output by the transformer driving means to a second set value is a third procedure for reducing the modulation degree,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage output by the transformer driving means to a third set value is a fourth procedure for reducing the modulation degree,
Increasing the duty of positive voltage and negative voltage output by the transformer driving means to the maximum duty is a fifth procedure for reducing the modulation degree,
The transformer driving means is divided into three and the remaining even number,
When the remaining even number of the transformer driving means are present, the third procedure from the first procedure is sequentially applied to the remaining even number of the transformer driving means,
Applying the first procedure and the second procedure to any one of the three transformer driving means,
Applying the third procedure to any one of the remaining two of the three transformer driving means;
Applying the fourth procedure to the remaining one of the three transformer driving means;
The fifth procedure is applied to the transformer driving unit to which the first procedure and the second procedure are applied among the three transformer driving units.
本発明の変調方法には、次の効果がある。 The modulation method of the present invention has the following effects.
本発明の変調方法によって、二次巻線の直列回路に現れる電圧をマルチレベルにすることができる。これに加えて変調度がゼロになっても各トランス一次巻線の実効値電圧がゼロにならないため無負荷でも励磁電流を確保でき、この励磁電流を使ってMOSFETをゼロ電圧スイッチングさせることができる。 By the modulation method of the present invention, the voltage appearing in the series circuit of the secondary winding can be made multilevel. In addition, even if the modulation factor becomes zero, the effective voltage of each transformer primary winding does not become zero, so an exciting current can be secured even without a load, and the MOSFET can be switched to zero voltage using this exciting current. .
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかである。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 The mode for carrying out the present invention will be apparent from the following description of the preferred embodiments when read with reference to the accompanying drawings. However, the drawings are for explanation only and do not limit the technical scope of the present invention.
トランス二次巻線直列回路の実効値電圧が最大になる状態を変調度1、最小になる状態を変調度0とする。変調度1は全てのトランス駆動手段が正電圧50%、負電圧50%を出力し、かつ同相である状態であり、変調度0はトランス二次巻線直列回路の電圧がゼロになる状態である。
A state in which the effective voltage of the transformer secondary winding series circuit is maximized is defined as a
もっとも簡単な変調方法は、各トランス駆動手段の正電圧および負電圧のデューティを50%から0%に順次下げていく事である。例としてトランスが2個の場合のトランス駆動手段出力電圧と二次巻線直列回路電圧を図7に示す。ここでは1番目のトランス駆動手段7−1のデューティを50%から25%、0%に下げ、次に2番目のトランス駆動手段7−2のデューティを50%から25%、0%に下げている。 The simplest modulation method is to sequentially decrease the duty of the positive voltage and the negative voltage of each transformer driving means from 50% to 0%. As an example, FIG. 7 shows the transformer drive means output voltage and the secondary winding series circuit voltage when there are two transformers. Here, the duty of the first transformer driving means 7-1 is lowered from 50% to 25% and 0%, and then the duty of the second transformer driving means 7-2 is lowered from 50% to 25% and 0%. Yes.
この方法の問題点は、デューティが0%になるとトランスの励磁電流がゼロになる事である。励磁電流にはデッドタイム期間中にMOSFETの出力容量を放電させてゼロ電圧スイッチングさせる作用があり、これによりスイッチング損失とスイッチングノイズが小さくなる。したがって励磁電流がゼロになると、これらの効果が失われる問題がある。実施例1と実施例2はこの問題を解決する。 The problem with this method is that the excitation current of the transformer becomes zero when the duty is 0%. The exciting current has the effect of discharging the output capacitance of the MOSFET during the dead time period to perform zero voltage switching, thereby reducing switching loss and switching noise. Therefore, when the exciting current becomes zero, there is a problem that these effects are lost. Embodiments 1 and 2 solve this problem.
(実施例1の構成)
本発明の変調方法の第一の実施例は、図1に示す様に補償器3の入力に目標電圧生成手段1の出力と出力電圧検出手段2の出力を接続し、変調手段4の入力に補償器3の出力を接続し、変調手段4の出力にデューティ設定手段5−1〜5−nの入力と位相シフト量設定手段6−1〜6−nの入力をトランスの数だけ接続し、各デューティ設定手段5−1〜5−nの出力と各位相シフト量設定手段6−1〜6−nの出力を各トランス駆動手段7−1〜7−nの入力に接続し、各トランス駆動手段7−1〜7−nの出力を各トランス8−1〜8−nに接続している。
実施例1ではトランス駆動手段の数が偶数であるとする。
(Configuration of Example 1)
In the first embodiment of the modulation method of the present invention, the output of the target voltage generating means 1 and the output of the output voltage detecting means 2 are connected to the input of the compensator 3 as shown in FIG. The output of the compensator 3 is connected, and the inputs of the duty setting means 5-1 to 5-n and the inputs of the phase shift amount setting means 6-1 to 6-n are connected to the output of the modulation means 4 by the number of transformers, The outputs of the duty setting means 5-1 to 5-n and the outputs of the phase shift amount setting means 6-1 to 6-n are connected to the inputs of the transformer driving means 7-1 to 7-n to drive each transformer. The outputs of the means 7-1 to 7-n are connected to the transformers 8-1 to 8-n.
In the first embodiment, it is assumed that the number of transformer driving means is an even number.
ここで図4のトランス駆動手段14は図1のトランス駆動手段7の一部であり、図1のトランス駆動手段7はこれ以外にMOSFETの駆動回路や駆動信号生成手段を含むものとする。 4 is a part of the transformer drive means 7 in FIG. 1, and the transformer drive means 7 in FIG. 1 includes a MOSFET drive circuit and drive signal generation means in addition to this.
(実施例1の動作)
このように構成された実施例1の変調方法において、補償器3とは位相補償をする手段であり、積分器やPI補償器、PID補償器などが使われる。アナログ回路の場合はオペアンプと抵抗、コンデンサを使って構成する誤差増幅回路が使われる。したがって補償器3の出力は変調度を表す信号となる。
(Operation of Example 1)
In the modulation method of the first embodiment configured as described above, the compensator 3 is a means for phase compensation, and an integrator, a PI compensator, a PID compensator, or the like is used. In the case of an analog circuit, an error amplifier circuit composed of an operational amplifier, a resistor, and a capacitor is used. Therefore, the output of the compensator 3 is a signal representing the modulation degree.
次にトランスが2個の場合における変調手段4の動作を、図2を使って説明する。この図は変調度を1から下げるときに1番目のトランス駆動手段7−1の出力と2番目のトランス駆動手段7−2の出力をどのように変化させていくのかを表したものである。図2の左上が変調度1であり、以下矢印に沿って変調度が下がっていき、右下が変調度0となる。
Next, the operation of the modulation means 4 when there are two transformers will be described with reference to FIG. This figure shows how the output of the first transformer driving means 7-1 and the output of the second transformer driving means 7-2 are changed when the modulation degree is lowered from 1. The upper left of FIG. 2 is the
変調度を1から下げるときはまず1番目のトランス駆動手段7−1のデューティを50%から所定のデューティまで下げていく。この所定のデューティを残存デューティと呼ぶことにする。図2は残存デューティを31.25%にした場合を表している。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、最大電圧を1として、1のデューティが減って1/2のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。 When the modulation degree is lowered from 1, first, the duty of the first transformer driving means 7-1 is lowered from 50% to a predetermined duty. This predetermined duty is called a remaining duty. FIG. 2 shows a case where the remaining duty is 31.25%. As a result of this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit assumes that the maximum voltage is 1, the duty of 1 decreases, the duty of 1/2 increases, and the effective voltage decreases.
1番目のトランス駆動手段7−1のデューティを残存デューティまで下げたら、次に1番目のトランス駆動手段7−1の位相を進ませる。進ませるのは残存デューティの分までである。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、1のデューティが減って0のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。 When the duty of the first transformer driving means 7-1 is lowered to the remaining duty, the phase of the first transformer driving means 7-1 is then advanced. Only the remaining duty is advanced. Due to this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit decreases the duty of 1 and increases the duty of 0, and the effective value voltage decreases.
1番目のトランス駆動手段7−1の位相を残存デューティまで進ませたら、次に2番目のトランス駆動手段7−2のデューティを下げていく。下げるのは残存デューティまでである。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、1/2のデューティが減って0のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。 After the phase of the first transformer driving means 7-1 is advanced to the remaining duty, the duty of the second transformer driving means 7-2 is then lowered. Only the remaining duty is reduced. Due to this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit decreases by ½ duty, increases by 0 duty, and decreases the effective value voltage.
2番目のトランス駆動手段7−2のデューティが残存デューティに達すると、1番目のトランス駆動手段7−1の出力と2番目のトランス駆動手段7−2の出力は逆相となって、トランス二次巻線直列回路の電圧がゼロになる。これが変調度0の状態である。 When the duty of the second transformer driving means 7-2 reaches the remaining duty, the output of the first transformer driving means 7-1 and the output of the second transformer driving means 7-2 are in opposite phases, and the transformer 2 The voltage of the next winding series circuit becomes zero. This is a state where the modulation degree is zero.
以上はトランスが2個の場合の説明だが、例えばトランスが4個の場合は続けて3番目のトランス駆動手段7−3と4番目のトランス駆動手段7−4に対して同じ変調方法を適用していけばよく、最終的に3番目のトランス駆動手段7−3の出力と4番目のトランス駆動手段7−4の出力が逆相となって、トランス二次巻線直列回路の電圧がゼロになる。
以上の考え方を拡張すると、図2で説明した変調方法をトランス2個のペアに対して順次適用すれば、トランスが偶数個の全ての場合に対応できることがわかる。
The above description is for the case where there are two transformers. For example, when there are four transformers, the same modulation method is applied to the third transformer driving means 7-3 and the fourth transformer driving means 7-4. Finally, the output of the third transformer driving means 7-3 and the output of the fourth transformer driving means 7-4 are out of phase, and the voltage of the transformer secondary winding series circuit becomes zero. Become.
When the above idea is expanded, it can be seen that if the modulation method described in FIG. 2 is sequentially applied to a pair of two transformers, it is possible to cope with all cases where there is an even number of transformers.
(実施例1の効果)
以上の作用により、本発明の変調方法の第一の実施例は、トランス二次巻線直列回路の電圧が最大となる変調度1の状態から、トランス二次巻線直列回路の電圧がゼロとなる変調度0の状態まで変調できる。しかも各トランスのデューティは最小値が残存デューティとなるので、全ての変調状態でトランスの励磁電流を一定値以上確保でき、MOSFETをゼロ電圧スイッチングさせることができる。
(Effect of Example 1)
With the above operation, the first embodiment of the modulation method according to the present invention is such that the voltage of the transformer secondary winding series circuit is zero from the
(実施例2の構成)
本発明の変調方法の第二の実施例の構成は、第一の実施例と同じく図1で表される。
ただし実施例2ではトランス駆動手段7の数が奇数であるとする。
(Configuration of Example 2)
The configuration of the second embodiment of the modulation method of the present invention is represented in FIG. 1 as in the first embodiment.
However, in the second embodiment, it is assumed that the number of transformer driving means 7 is an odd number.
(実施例2の動作)
実施例1ではトランス駆動手段7の数が偶数であり、2個のトランス駆動手段7に対する変調方法を順次適用すれば全体を変調できることを示した。
実施例2でもトランス駆動手段7を2個ずつペアにして、実施例1の変調方法を適用する。したがって最後に残った3個のトランス駆動手段を、励磁電流を確保しつつ変調度1から0まで変調できれば全体を変調できることになる。
そこで3個のトランス駆動手段に対する変調方法を次に説明する。
(Operation of Example 2)
In the first embodiment, the number of the transformer driving means 7 is an even number, and it is shown that the whole can be modulated by sequentially applying the modulation method for the two transformer driving means 7.
Also in the second embodiment, the transformer driving means 7 is paired by two, and the modulation method of the first embodiment is applied. Therefore, if the three remaining transformer driving means can be modulated from a modulation degree of 1 to 0 while securing an exciting current, the whole can be modulated.
Therefore, a modulation method for the three transformer driving means will be described next.
図3はトランス駆動手段が3個の場合に、変調度を1から下げるときに1番目のトランス駆動手段7−1、2番目のトランス駆動手段7−2、3番目のトランス駆動手段7−3の出力をどのように変化させていくのかを表したものである。図3の左上が変調度1であり、以下矢印に沿って変調度が下がっていき、右下が変調度0となる。
FIG. 3 shows that when there are three transformer driving means, the first transformer driving means 7-1, the second transformer driving means 7-2, and the third transformer driving means 7-3 when the modulation degree is lowered from 1. It shows how to change the output of. In FIG. 3, the upper left is the
変調度を1から下げるときはまず1番目のトランス駆動手段7−1のデューティを残存デューティまで下げていく。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、最大電圧を1として、1のデューティが減って2/3のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。 When the modulation degree is lowered from 1, first, the duty of the first transformer driving means 7-1 is lowered to the remaining duty. As a result of this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit is set so that the maximum voltage is 1, the duty of 1 is decreased, the duty of 2/3 is increased, and the effective voltage is decreased.
1番目のトランス駆動手段7−1のデューティを残存デューティまで下げたら、次に1番目のトランス駆動手段7−1の位相を進ませる。進ませるのは残存デューティまでである。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、1のデューティが減って1/3のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。 When the duty of the first transformer driving means 7-1 is lowered to the remaining duty, the phase of the first transformer driving means 7-1 is then advanced. Only the remaining duty is advanced. Due to this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit decreases by 1 duty, increases by 1/3 duty, and decreases effective voltage.
1番目のトランス駆動手段7−1の位相を残存デューティまで進ませたら、次に2番目のトランス駆動手段7−2のデューティを下げていく。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、2/3のデューティが減って1/3のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。 After the phase of the first transformer driving means 7-1 is advanced to the remaining duty, the duty of the second transformer driving means 7-2 is then lowered. Due to this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit decreases by 2/3, increases by 1/3, and decreases the effective voltage.
2番目のトランス駆動手段7−2のデューティが残存デューティに達すると、1番目のトランス駆動手段7−1の出力と2番目のトランス駆動手段7−2の出力は逆相となって、両者の和の電圧がゼロになる。ここまでは実施例1と同じ変調方法である。 When the duty of the second transformer driving means 7-2 reaches the remaining duty, the output of the first transformer driving means 7-1 and the output of the second transformer driving means 7-2 are in opposite phases, The sum voltage becomes zero. Up to this point, the modulation method is the same as in the first embodiment.
次に3番目のトランス駆動手段7−3のデューティを減らす。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、1/3のデューティが減って0のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。 Next, the duty of the third transformer driving means 7-3 is reduced. With this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit decreases by 1/3, increases by 0, and decreases the effective value voltage.
3番目のトランス駆動手段7−3のデューティを減らしていくと、やがて2番目のトランス駆動手段7−2と3番目のトランス駆動手段7−3の波形の和がデューティ50%の波形と同じになる。そこで、その和の電圧波形と逆相の1番目のトランス駆動手段7−1のデューティを増やす。この変調によりトランス二次巻線直列回路の電圧は、1/3のデューティが減って0のデューティが増え、実効値電圧が下がっていく。 As the duty of the third transformer driving means 7-3 is reduced, the sum of the waveforms of the second transformer driving means 7-2 and the third transformer driving means 7-3 eventually becomes the same as the waveform of 50% duty. Become. Therefore, the duty of the first transformer driving means 7-1 having a phase opposite to the sum voltage waveform is increased. With this modulation, the voltage of the transformer secondary winding series circuit decreases by 1/3, increases by 0, and decreases the effective value voltage.
1番目のトランス駆動手段7−1のデューティが最大値に達すると、トランス二次巻線直列回路の電圧がゼロになり、変調度が0になる。変調度1から0までの範囲で1番目のトランス駆動手段7−1から3番目のトランス駆動手段7−3のデューティはゼロになることがなく、励磁電流がゼロになる事はない。
When the duty of the first transformer driving means 7-1 reaches the maximum value, the voltage of the transformer secondary winding series circuit becomes zero and the modulation degree becomes zero. The duty of the first transformer driving means 7-1 to the third transformer driving means 7-3 does not become zero in the range of the
(実施例2の効果)
以上の作用により、本発明の変調方法の第二の実施例は、トランス二次巻線直列回路の電圧が最大となる変調度1の状態から、トランス二次巻線直列回路の電圧がゼロとなる変調度0の状態まで変調できる。しかも各トランスのデューティはゼロにならないので、全ての変調状態でトランスの励磁電流を一定値以上確保でき、MOSFETをゼロ電圧スイッチングさせることができる。
(Effect of Example 2)
As a result of the above operation, the second embodiment of the modulation method of the present invention is such that the voltage of the transformer secondary winding series circuit is zero from the
本発明の変調方法を適用する回路として図4、図5、図6を挙げたが、これ以外に図8の回路に適用することもできる。図4、図5、図6ではトランス駆動手段とトランス一次巻線が直接接続されており、各トランス駆動手段の出力電圧が巻数比変換された電圧の和が二次巻線直列回路に現れる。
図8ではトランス駆動手段とトランス一次巻線の間に共振回路20が挿入されているので、この関係は成り立たない。しかしながらトランス駆動手段14の出力電圧が高くなれば、共振回路20に印加される電圧が高くなって、より多くの電力が共振回路を通過する。したがって変調度を上げれば出力電力が増えるという関係は変わらない。この事から本発明の変調方法を図8の回路に適用することが可能である。図8では共振回路を一次側に挿入したが、二次側、例えば、二次巻線の直列回路と整流平滑回路の間に、挿入しても同じ効果を奏する。
ゼロ電圧スイッチングを実現できる負荷範囲を広げるために、図4の回路においてトランス駆動手段14とトランス一次巻線の間にチョークを挿入する回路も一般に知られているが、同様の理由により、その場合でも本発明の変調方法を適用することが可能である。
Although FIGS. 4, 5, and 6 are given as the circuits to which the modulation method of the present invention is applied, other circuits can be applied to the circuit of FIG. 4, 5, and 6, the transformer driving means and the transformer primary winding are directly connected, and the sum of voltages obtained by converting the output voltage of each transformer driving means to the turns ratio appears in the secondary winding series circuit.
In FIG. 8, since the
In order to widen the load range in which zero voltage switching can be realized, a circuit in which a choke is inserted between the transformer driving means 14 and the transformer primary winding in the circuit of FIG. 4 is also generally known. However, the modulation method of the present invention can be applied.
本発明は複数トランスの二次巻線を直列接続し、この直列回路に整流平滑回路を接続する構成のマルチレベルコンバータに適用できる変調方法であり、全ての変調度でトランスの励磁電流を確保できることから、MOSFETのゼロ電圧スイッチングを実現でき、スイッチング損失、スイッチングノイズを低減できるため産業上の利用可能性が高い。 The present invention is a modulation method applicable to a multi-level converter having a configuration in which secondary windings of a plurality of transformers are connected in series and a rectifying / smoothing circuit is connected to the series circuit. Therefore, the zero voltage switching of the MOSFET can be realized and the switching loss and switching noise can be reduced, so that the industrial applicability is high.
1 目標電圧生成手段
2 出力電圧検出手段
3 補償器
4 変調手段
5(5−1〜5−n) デューティ設定手段
6(6−1〜6−n) 位相シフト量設定手段
7(7−1〜7−n) トランス駆動手段
8(8−1〜8−n) トランス
10 カスケードマルチセル型力率改善コンバータ
11 交流電源
12 チョーク
13 回路ブロック
14 トランス駆動手段
15、16 トランス
17 チョーク
18 負荷
21〜26 ダイオード
31〜36 MOSFET
41〜44 コンデンサ
DESCRIPTION OF
41-44 capacitors
Claims (7)
前記トランスの各々の一次巻線に正電圧、負電圧、ゼロ電圧を与えるトランス駆動手段と、
前記トランスの全ての二次巻線を直列接続し、前記直列回路に接続された整流平滑回路と、
を有する回路の変調方法であって、
全ての前記トランス駆動手段が最大正電圧デューティと最大負電圧デューティを出力し、かつ同相である状態を変調度が最も大きい状態とし、
前記トランス駆動手段の正電圧および負電圧のデューティを第一の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第一の手順とし、
前記第一の手順でデューティを減らした前記トランス駆動手段の位相を前記第一の設定値まで進ませることを、前記変調度を下げるための第二の手順とし、
前記トランス駆動手段が出力する正電圧および負電圧のデューティを第二の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第三の手順とし、
前記第一の手順から前記第三の手順を前記トランス駆動手段に順次適用する変調方法。 An even number of transformers,
Transformer driving means for applying a positive voltage, a negative voltage, and a zero voltage to each primary winding of the transformer;
All secondary windings of the transformer are connected in series, and a rectifying and smoothing circuit connected to the series circuit;
A circuit modulation method comprising:
All the transformer drive means output the maximum positive voltage duty and the maximum negative voltage duty, and the state that is in phase is the state where the modulation degree is the largest,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage of the transformer driving means to a first set value is a first procedure for reducing the modulation degree,
Advancing the phase of the transformer driving means whose duty is reduced in the first procedure to the first set value is a second procedure for reducing the modulation degree,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage output by the transformer driving means to a second set value is a third procedure for reducing the modulation degree,
A modulation method of sequentially applying the third procedure to the transformer driving unit from the first procedure.
前記トランスの各々の一次巻線に正電圧、負電圧、ゼロ電圧を与えるトランス駆動手段と、
前記トランスの全ての二次巻線を直列接続し、前記直列回路に接続された整流平滑回路と、
を有する回路の変調方法であって、
全ての前記トランス駆動手段が最大正電圧デューティと最大負電圧デューティを出力し、かつ同相である状態を変調度が最も大きい状態とし、
前記トランス駆動手段の正電圧および負電圧のデューティを第一の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第一の手順とし、
前記第一の手順でデューティを減らした前記トランス駆動手段の位相を前記第一の設定値まで進ませることを、前記変調度を下げるための第二の手順とし、
前記トランス駆動手段が出力する正電圧および負電圧のデューティを第二の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第三の手順とし、
前記トランス駆動手段が出力する正電圧および負電圧のデューティを第三の設定値まで減らすことを、前記変調度を下げるための第四の手順とし、
前記トランス駆動手段が出力する正電圧および負電圧のデューティを、最大デューティまで増やすことを、前記変調度を下げるための第五の手順とし、
前記トランス駆動手段を3個と残りの偶数個に分け、
前記残りの偶数個の前記トランス駆動手段が存在する場合は、前記第一の手順から前記第三の手順を前記残りの偶数個の前記トランス駆動手段に順次適用し、
前記3個の前記トランス駆動手段のうちの任意の一つに対して、前記第一の手順と前記第二の手順を適用し、
前記3個の前記トランス駆動手段の残りの二つのうちの任意の一つに対して、前記第三の手順を適用し、
前記3個の前記トランス駆動手段の残りの一つに対して、前記第四の手順を適用し、
前記3個の前記トランス駆動手段のうち前記第一の手順と前記第二の手順を適用した前記トランス駆動手段に前記第五の手順を適用する変調方法。 An odd number of transformers,
Transformer driving means for applying a positive voltage, a negative voltage, and a zero voltage to each primary winding of the transformer;
All secondary windings of the transformer are connected in series, and a rectifying and smoothing circuit connected to the series circuit;
A circuit modulation method comprising:
All the transformer drive means output the maximum positive voltage duty and the maximum negative voltage duty, and the state that is in phase is the state where the modulation degree is the largest,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage of the transformer driving means to a first set value is a first procedure for reducing the modulation degree,
Advancing the phase of the transformer driving means whose duty is reduced in the first procedure to the first set value is a second procedure for reducing the modulation degree,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage output by the transformer driving means to a second set value is a third procedure for reducing the modulation degree,
Reducing the duty of the positive voltage and negative voltage output by the transformer driving means to a third set value is a fourth procedure for reducing the modulation degree,
Increasing the duty of positive voltage and negative voltage output by the transformer driving means to the maximum duty is a fifth procedure for reducing the modulation degree,
The transformer driving means is divided into three and the remaining even number,
When the remaining even number of the transformer driving means are present, the third procedure from the first procedure is sequentially applied to the remaining even number of the transformer driving means,
Applying the first procedure and the second procedure to any one of the three transformer driving means,
Applying the third procedure to any one of the remaining two of the three transformer driving means;
Applying the fourth procedure to the remaining one of the three transformer driving means;
A modulation method in which the fifth procedure is applied to the transformer driving unit to which the first procedure and the second procedure are applied among the three transformer driving units.
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