JP2019022408A - Three-level chopper and control circuit of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3レベルチョッパの出力電圧を分担する二個のコンデンサの電圧を均等化する技術に関する。 The present invention relates to a technique for equalizing the voltages of two capacitors that share the output voltage of a three-level chopper.
図4は、特許文献1に記載された直流電源システムの主回路構成図である。
この直流電源システムは、半導体スイッチング素子(以下、単にスイッチング素子という)の動作により、直流電源電圧を昇圧して中性点を持つ直流電圧に変換するものであり、いわゆる3レベルチョッパによって構成されている。
FIG. 4 is a main circuit configuration diagram of the DC power supply system described in
This DC power supply system boosts a DC power supply voltage and converts it into a DC voltage having a neutral point by operation of a semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as a switching element), and is constituted by a so-called three-level chopper. Yes.
この3レベルチョッパは、直流電源BATと、その正負極間にリアクトルL1,L2を介して接続されたスイッチング素子S1,S2の直列回路と、この直列回路の両端にスイッチング素子S3,S4をそれぞれ介して互いに直列に接続されたコンデンサC1,C2とを備え、コンデンサC1,C2の直列回路の両端に負荷LDが接続されている。
なお、D1〜D4はスイッチング素子S1〜S4にそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード、Pは正側端子、Nは負側端子であり、Mはスイッチング素子S1,S2の直列接続点に接続されたコンデンサC1,C2の直列接続点(中性点)である。
The three-level chopper includes a DC power source BAT, a series circuit of switching elements S 1 and S 2 connected between the positive and negative electrodes via reactors L 1 and L 2 , and a switching element S 3 at both ends of the series circuit. , S 4, and capacitors C 1 and C 2 connected in series with each other, and a load LD is connected to both ends of the series circuit of the capacitors C 1 and C 2 .
D 1 to D 4 are free-wheeling diodes connected in reverse parallel to the switching elements S 1 to S 4 , P is a positive terminal, N is a negative terminal, and M is the switching elements S 1 and S 2 . This is a series connection point (neutral point) of the capacitors C 1 and C 2 connected to the series connection point.
以下、この回路の動作を簡単に説明する。
まず、スイッチング素子S1,S2を共にオンするとリアクトルL1,L2にエネルギーが蓄積される。次に、スイッチング素子S1をオンしたままでスイッチング素子S2をオフすると、リアクトルL1,L2の蓄積エネルギーによりスイッチング素子S1と還流ダイオードD4とを介してコンデンサC2が充電される。次いで、スイッチング素子S1をオフしてスイッチング素子S2をオンすると、リアクトルL1,L2の蓄積エネルギーにより還流ダイオードD3とスイッチング素子S2とを介してコンデンサC1が充電される。
The operation of this circuit will be briefly described below.
First, when both switching elements S 1 and S 2 are turned on, energy is accumulated in reactors L 1 and L 2 . Next, to turn off the switching element S 2 remains turned on the switching element S 1, the capacitor C 2 is charged via a switching element S 1 and the freewheeling diode D 4 by stored energy of the reactor L 1, L 2 . Then, when turning on the switching element S 2 turns off the switching element S 1, the capacitor C 1 is charged through the stored energy of the
上記の動作を繰り返すことにより、端子P,N間の出力電圧Vpnは直流電源電圧Vbatよりも高い電圧に昇圧される。ここで、出力電圧Vpnは3つのレベル(Vdcp、Vdcn、及び、Vdcp+Vdcn)をとり得るため、3レベルチョッパと呼ばれている。 By repeating the above operation, the output voltage V pn between the terminals P and N is boosted to a voltage higher than the DC power supply voltage V bat . Here, since the output voltage V pn can take three levels (V dcp , V dcn , and V dcp + V dcn ), it is called a three-level chopper.
この種の3レベルチョッパにおいて、スイッチング素子の故障や回路定数のばらつき等に起因して、出力側の二個のコンデンサの電圧に偏りが生じると、スイッチング素子やコンデンサが過電圧によって破壊されることがある。
このため、特許文献1では、図5の制御回路を用いて電圧Vdcp,Vdcnを等しくする制御を行っている。
In this type of three-level chopper, if the voltage of the two capacitors on the output side is biased due to a failure of the switching element or variations in circuit constants, the switching element or the capacitor may be destroyed by overvoltage. is there.
For this reason, in
図5は、スイッチング素子S1〜S4を駆動するための制御回路を示している。
図5において、コンデンサC1,C2の電圧Vdcp,Vdcnが直流電圧指令値(出力電圧指令値)Vpn *の1/2とそれぞれ等しくなるように電圧調節器AVR1,AVR2が動作し、これらの出力が切替スイッチSW1,SW2を介して同一構成のPWM回路PWMA,PWMBに加えられている。
FIG. 5 shows a control circuit for driving the switching elements S 1 to S 4 .
In FIG. 5, the voltage regulators AVR 1 and AVR 2 are set so that the voltages V dcp and V dcn of the capacitors C 1 and C 2 are respectively equal to ½ of the DC voltage command value (output voltage command value) V pn *. In operation, these outputs are applied to PWM circuits PWM A and PWM B having the same configuration via changeover switches SW 1 and SW 2 .
PWM回路PWMA,PWMBは、コンパレータCmp、タイマTM1,TM2、論理回路11〜15、立下り検出回路16,17、DQフリップフロップ18を備え、DQフリップフロップ18の出力が、それぞれの入力側の切替スイッチSW1,SW2に対する切替信号1,2となる。
パルス出力判定回路PJは、電圧検出値Vdcp,Vdcnの大小関係に応じて、PWM回路PWMA,PWMBの出力信号S1’〜S4’をスイッチング素子S1〜S4の駆動信号(ゲート信号)として選択し、出力する。
The PWM circuits PWM A and PWM B each include a comparator Cmp, timers TM 1 and TM 2 ,
The pulse output determination circuit PJ uses the output signals S 1 ′ to S 4 ′ of the PWM circuits PWM A and PWM B as drive signals for the switching elements S 1 to S 4 according to the magnitude relationship between the voltage detection values V dcp and V dcn. Select (gate signal) and output.
上記制御回路では、図6(a),(b)に示すように、電圧検出値Vdcp,Vdcnの大小関係に応じてスイッチング素子S1,S2のオン時間を調節している。具体的には、電圧が低い方のコンデンサの充電量を多くするように、当該コンデンサに直列接続されたスイッチング素子のオン時間を長くして図4の電流Ichを増減させ、電圧Vdcp,Vdcnを均等化する制御を行っている。
なお、スイッチング素子S3,S4は、コンデンサC1,C2のエネルギーを直流電源側に回生して電圧Vdcp,Vdcnを所定値に維持するように機能するものである。
In the control circuit, as shown in FIGS. 6A and 6B , the ON times of the switching elements S 1 and S 2 are adjusted according to the magnitude relation between the voltage detection values V dcp and V dcn . Specifically, in order to increase the charge amount of the capacitor having the lower voltage, the on-time of the switching element connected in series with the capacitor is increased to increase / decrease the current I ch in FIG. 4, and the voltage V dcp , Control to equalize V dcn is performed.
The switching elements S 3 and S 4 function to regenerate the energy of the capacitors C 1 and C 2 to the DC power supply side and maintain the voltages V dcp and V dcn at predetermined values.
特許文献1に記載された技術において、スイッチング素子S1,S2のオン時間が長くなり過ぎると素子の温度が設計値以上になり、結果的に、スイッチング素子の破壊を防止するための保護動作が働いて装置の運転が停止してしまう場合がある。
そこで、本発明の解決課題は、出力側の直列コンデンサの電圧を均等化しつつ、スイッチング素子の過熱を防止して安定的に運転を継続可能とした3レベルチョッパ及びその制御回路を提供することにある。
In the technique described in
Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a three-level chopper and a control circuit for the three-level chopper that can stably operate while preventing overheating of the switching element while equalizing the voltage of the series capacitor on the output side. is there.
上記課題を解決するため、請求項1に係る3レベルチョッパは、
直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続され、前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパであって、
前記第1のコンデンサの電圧、前記第2のコンデンサの電圧を所定値に一致させるための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス補正量を生成するバランス補正量生成部と、
前記電圧指令と前記バランス補正量とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧、前記第1,第2のスイッチング素子の温度及び温度閾値に応じて、前記バランス補正量を調整するバランス補正量調整部と、を備え、
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子の温度が温度閾値未満である期間は、両方のスイッチング素子に対するバランス補正量を所定値に保ち、前記一方のスイッチング素子の温度が温度閾値以上である期間は、当該スイッチング素子に対するバランス補正量を0にすると共に他方のスイッチング素子に対するバランス補正量を前記所定値に保つことを特徴とする。
In order to solve the above problem, a three-level chopper according to
The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via each, and the series connection point of the first and second switching elements and the series connection point of the first and second capacitors are connected, A three-level chopper in which a load is connected to both ends of a series circuit of first and second capacitors,
A voltage command generator for generating a voltage command for matching the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor to a predetermined value;
A balance correction amount generator for generating a balance correction amount for equalizing the voltages of the first and second capacitors;
Means for generating a drive signal for turning on and off the first and second switching elements based on the voltage command and the balance correction amount;
A balance correction amount adjusting unit that adjusts the balance correction amount according to the voltage of the first and second capacitors, the temperature of the first and second switching elements, and the temperature threshold,
The balance correction amount adjustment unit
During the period when the temperature of one of the first and second switching elements is less than the temperature threshold, the balance correction amount for both the switching elements is maintained at a predetermined value, and the temperature of the one switching element is the temperature threshold. During the above period, the balance correction amount for the switching element is set to 0, and the balance correction amount for the other switching element is maintained at the predetermined value.
請求項2に係る3レベルチョッパは、
直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続され、前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパであって、
前記第1のコンデンサの電圧、前記第2のコンデンサの電圧を所定値に一致させるための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス補正量を生成するバランス補正量生成部と、
前記電圧指令と前記バランス補正量とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧、前記第1,第2のスイッチング素子の温度及び温度閾値に応じて、前記バランス補正量を調整するバランス補正量調整部と、を備え、
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子の温度が温度閾値未満である期間は、両方のスイッチング素子に対するバランス補正量を所定値に保ち、前記一方のスイッチング素子の温度が温度閾値以上である期間は、当該スイッチング素子に対するバランス補正量を0に向けて徐々に変化させると共に他方のスイッチング素子に対するバランス補正量を前記所定値に保つことを特徴とする。
A three-level chopper according to
The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via each, and the series connection point of the first and second switching elements and the series connection point of the first and second capacitors are connected, A three-level chopper in which a load is connected to both ends of a series circuit of first and second capacitors,
A voltage command generator for generating a voltage command for matching the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor to a predetermined value;
A balance correction amount generator for generating a balance correction amount for equalizing the voltages of the first and second capacitors in accordance with the voltages of the first and second capacitors;
Means for generating a drive signal for turning on and off the first and second switching elements based on the voltage command and the balance correction amount;
A balance correction amount adjusting unit that adjusts the balance correction amount according to the voltage of the first and second capacitors, the temperature of the first and second switching elements, and the temperature threshold,
The balance correction amount adjustment unit
During the period when the temperature of one of the first and second switching elements is less than the temperature threshold, the balance correction amount for both the switching elements is maintained at a predetermined value, and the temperature of the one switching element is the temperature threshold. During the period described above, the balance correction amount for the switching element is gradually changed toward 0, and the balance correction amount for the other switching element is maintained at the predetermined value.
請求項3に係る3レベルチョッパは、請求項1または2に記載した3レベルチョッパにおいて、前記バランス補正量調整部は、前記第1,第2のコンデンサの電圧の差分の絶対値が電圧差分閾値未満である時に前記第1,第2のスイッチング素子に対するバランス補正量を0にすることを特徴とする。 A three-level chopper according to a third aspect is the three-level chopper according to the first or second aspect, wherein the balance correction amount adjusting unit is configured such that an absolute value of a voltage difference between the first and second capacitors is a voltage difference threshold value. The balance correction amount for the first and second switching elements is set to 0 when the value is less than 0.
請求項4に係る3レベルチョッパは、請求項1〜3の何れか1項に記載した3レベルチョッパにおいて、前記直流電源の電圧を昇圧して前記負荷に供給することを特徴とする。 A three-level chopper according to a fourth aspect is the three-level chopper according to any one of the first to third aspects, wherein the voltage of the DC power supply is boosted and supplied to the load.
請求項5に係る3レベルチョッパは、請求項1〜4の何れか1項に記載した3レベルチョッパにおいて、前記第1のダイオードに第3のスイッチング素子を逆並列に接続し、かつ、前記第2のダイオードに第4のスイッチング素子を逆並列に接続したことを特徴とする。 A three-level chopper according to a fifth aspect is the three-level chopper according to any one of the first to fourth aspects, wherein a third switching element is connected in antiparallel to the first diode, and The fourth switching element is connected in antiparallel to the two diodes.
請求項6に係る3レベルチョッパは、請求項5に記載した3レベルチョッパにおいて、前記第3,第4のスイッチング素子をオンさせて前記第1,第2のコンデンサのエネルギーを前記直流電源に回生することを特徴とする。 A three-level chopper according to a sixth aspect is the three-level chopper according to the fifth aspect, wherein the third and fourth switching elements are turned on to regenerate the energy of the first and second capacitors to the DC power source. It is characterized by doing.
請求項7に係る3レベルチョッパの制御回路は、
直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続されて前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパの制御回路であって、
前記第1のコンデンサの電圧、前記第2のコンデンサの電圧を所定値に一致させるための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス補正量を生成するバランス補正量生成部と、
前記電圧指令と前記バランス補正量とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧、前記第1,第2のスイッチング素子の温度及び温度閾値に応じて、前記バランス補正量を調整するバランス補正量調整部と、を備え、
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子の温度が温度閾値未満である期間は、両方のスイッチング素子に対するバランス補正量を所定値に保ち、前記一方のスイッチング素子の温度が温度閾値以上である期間は、当該スイッチング素子に対するバランス補正量を0にすると共に他方のスイッチング素子に対するバランス補正量を前記所定値に保つことを特徴とする。
The control circuit of the three-level chopper according to claim 7 is:
The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via each, and the series connection point of the first and second switching elements and the series connection point of the first and second capacitors are connected to each other. A control circuit of a three-level chopper in which a load is connected to both ends of a series circuit of first and second capacitors,
A voltage command generator for generating a voltage command for matching the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor to a predetermined value;
A balance correction amount generator for generating a balance correction amount for equalizing the voltages of the first and second capacitors in accordance with the voltages of the first and second capacitors;
Means for generating a drive signal for turning on and off the first and second switching elements based on the voltage command and the balance correction amount;
A balance correction amount adjusting unit that adjusts the balance correction amount according to the voltage of the first and second capacitors, the temperature of the first and second switching elements, and the temperature threshold,
The balance correction amount adjustment unit
During the period when the temperature of one of the first and second switching elements is less than the temperature threshold, the balance correction amount for both the switching elements is maintained at a predetermined value, and the temperature of the one switching element is the temperature threshold. During the above period, the balance correction amount for the switching element is set to 0, and the balance correction amount for the other switching element is maintained at the predetermined value.
請求項8に係る3レベルチョッパの制御回路は、
直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続されて前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパの制御回路であって、
前記第1のコンデンサの電圧、前記第2のコンデンサの電圧を所定値に一致させるための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス補正量を生成するバランス補正量生成部と、
前記電圧指令と前記バランス補正量とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧、前記第1,第2のスイッチング素子の温度及び温度閾値に応じて、前記バランス補正量を調整するバランス補正量調整部と、を備え、
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子の温度が温度閾値未満である期間は、両方のスイッチング素子に対するバランス補正量を所定値に保ち、前記一方のスイッチング素子の温度が温度閾値以上である期間は、当該スイッチング素子に対するバランス補正量を0に向けて徐々に変化させると共に他方のスイッチング素子に対するバランス補正量を前記所定値に保つことを特徴とする。
The control circuit of the three-level chopper according to claim 8 is:
The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via each, and the series connection point of the first and second switching elements and the series connection point of the first and second capacitors are connected to each other. A control circuit of a three-level chopper in which a load is connected to both ends of a series circuit of first and second capacitors,
A voltage command generator for generating a voltage command for matching the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor to a predetermined value;
A balance correction amount generator for generating a balance correction amount for equalizing the voltages of the first and second capacitors in accordance with the voltages of the first and second capacitors;
Means for generating a drive signal for turning on and off the first and second switching elements based on the voltage command and the balance correction amount;
A balance correction amount adjusting unit that adjusts the balance correction amount according to the voltage of the first and second capacitors, the temperature of the first and second switching elements, and the temperature threshold,
The balance correction amount adjustment unit
During the period when the temperature of one of the first and second switching elements is less than the temperature threshold, the balance correction amount for both the switching elements is maintained at a predetermined value, and the temperature of the one switching element is the temperature threshold. During the period described above, the balance correction amount for the switching element is gradually changed toward 0, and the balance correction amount for the other switching element is maintained at the predetermined value.
本発明によれば、スイッチング素子のオン時間を必要以上に長くせずに、過熱による破壊を防止しつつ直列コンデンサの電圧を均等にして装置の安定した運転を継続することができる。 According to the present invention, the on-time of the switching element is not increased more than necessary, and the stable operation of the apparatus can be continued by equalizing the series capacitor voltage while preventing destruction due to overheating.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る制御回路の構成図である。この制御回路は、前述した図4の3レベルチョッパを対象としてスイッチング素子S1〜S4の駆動信号を生成するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a control circuit according to the first embodiment of the present invention. This control circuit generates drive signals for the switching elements S 1 to S 4 for the above-described three-level chopper of FIG.
図1において、PWM指令生成部100は、直流電圧指令値Vpn *及び直流電圧検出値Vpnと直流電流検出値(図4のバッテリーBATから流入する電流の検出値)Ichとに基づいて、上記VpnをVpn *に制御するためのPWM指令(電圧指令)を生成する。
このPWM指令は、加減算器101,102により、後述するローパスフィルタ211,213の出力であるバランス補正量とそれぞれ加減算され、PWM回路PWM1,PWM2に入力される。PWM回路PWM1,PWM2では、入力された各指令とキャリア1,2とをそれぞれ比較することにより、図4のスイッチング素子S1,S3用、及び、スイッチング素子S2,S4用の駆動信号を生成する。
In FIG. 1, the PWM
This PWM command is added / subtracted by the adder /
バランス補正量調整部200Aは、PWM指令にそれぞれ加減算するバランス補正量を、バランス補正量生成部300の出力または「0」に制御する。このバランス補正量調整部200Aの構成及び機能については後述する。
バランス補正量生成部300は、コンデンサC1,C2の電圧検出値Vdcp,Vdcnを等しくするためのバランス補正量を生成し、バランス補正量調整部200Aに出力する。
The balance correction amount adjustment unit 200A controls the balance correction amount to be added to or subtracted from the PWM command to the output of the balance correction
The balance correction
次に、バランス補正量調整部200Aについて詳細に説明する。
このバランス補正量調整部200Aは、コンデンサC1,C2の電圧検出値Vdcp,Vdcn、スイッチング素子S1,S2の温度検出値T1,T2及び温度閾値T1t,T2tに基づいて、バランス補正量生成部300から出力されたバランス補正量または「0」を切り替えて出力する機能を備えている。
Next, the balance correction amount adjustment unit 200A will be described in detail.
The balance correction amount adjusting unit 200A adjusts the voltage detection values V dcp and V dcn of the capacitors C 1 and C 2 , the temperature detection values T 1 and T 2 of the switching elements S 1 and S 2 , and the temperature threshold values T 1t and T 2t . Based on this, it has a function of switching and outputting the balance correction amount or “0” output from the balance correction
すなわち、スイッチング素子S1の温度検出値T1と温度閾値T1tとがコンパレータ203により比較され、その出力はアンド回路208に入力されている。また、電圧検出値Vdcp,Vdcnがコンパレータ204により比較され、その出力はアンド回路208に入力されると共に、否定回路207を介してアンド回路209に入力されている。
That is, the detected temperature value T 1 of the switching element S 1 and the temperature threshold value T 1t are compared by the
更に、電圧検出値Vdcp,Vdcnの差分が加減算器201により求められ、その絶対値が絶対値演算器202により演算される。絶対値演算器202の出力と電圧差分閾値ΔVtとはコンパレータ205により比較され、その出力はアンド回路208,209に入力されている。
また、スイッチング素子S2の温度検出値T2と温度閾値T2tとがコンパレータ206により比較され、その出力はアンド回路209に入力されている。
Further, the difference between the voltage detection values V dcp and V dcn is obtained by the adder /
Further, the detected temperature value T 2 of the switching element S 2 and the temperature threshold value T 2t is compared by the
アンド回路208の出力は、切替信号208Sとして切替スイッチ210に加えられ、アンド回路209の出力は、切替信号209Sとして切替スイッチ212に加えられている。
切替スイッチ210,212の入力端子T(True)にはそれぞれ「0」が入力され、入力端子F(False)には、前記バランス補正量生成部300により生成されたバランス補正量がそれぞれ入力されている。
The output of the AND
“0” is input to the input terminals T (True) of the changeover switches 210 and 212, respectively, and the balance correction amount generated by the balance correction
ここで、切替スイッチ210,212は、切替信号208S,209Sの論理が「H(High)」レベルである時に入力端子T側に接続され、「L(Low)」レベルである時に入力端子F側に接続される。
切替スイッチ210,212の出力は、それぞれ第1,第2のローパスフィルタ211,213を介して、加減算器101,102に図示の符号で入力されている。
Here, the changeover switches 210 and 212 are connected to the input terminal T side when the logic of the changeover signals 208S and 209S is “H (High)” level, and when the logic of the changeover signals 208S and 209S is “L (Low)” level. Connected to.
The outputs of the changeover switches 210 and 212 are input to the adder /
次に、コンデンサC1,C2の電圧検出値Vdcp,Vdcnの大小関係、及び、スイッチング素子S1,S2の温度検出値T1,T2に応じた第1実施形態の動作を、図3(a),(b)を参照しつつ説明する。 Next, the operation of the first embodiment according to the magnitude relationship between the voltage detection values V dcp and V dcn of the capacitors C 1 and C 2 and the temperature detection values T 1 and T 2 of the switching elements S 1 and S 2 will be described. This will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
(1)Vdcp>Vdcnであり、かつ、VdcpとVdcnとの差分の絶対値が電圧差分閾値ΔVtより小さい場合
この場合には、図4におけるコンデンサC1の電圧が加わるスイッチング素子S1を電圧Vdcpから保護する必要がある。
(1) When V dcp > V dcn and the absolute value of the difference between V dcp and V dcn is smaller than the voltage difference threshold ΔV t In this case, the switching element to which the voltage of the capacitor C 1 in FIG. 4 is applied S 1 needs to be protected from the voltage V dcp .
そのためには、コンデンサC2への充電量を多くして電圧Vdcnを高くするように、スイッチング素子S1のオン時間を長くするためのバランス補正量を、加減算器101を介してPWM指令に加算すれば良いが、本実施形態では、図3(a)に実線で示すごとく、スイッチング素子S1の温度検出値T1が閾値T1t以上になったらバランス補正量を0にする。
一方、コンデンサC1への充電量を少なくして電圧Vdcpの上昇を抑制するために、図3(a)に破線で示すごとく、スイッチング素子S2のオン時間を短くするためのバランス補正量は、スイッチング素子S1の温度に関わらず一定値とする。
For this purpose, a balance correction amount for increasing the on-time of the switching element S 1 is set to the PWM command via the adder /
Meanwhile, in order to suppress the increase of less to voltage V dcp the charge amount of the capacitor C 1, as indicated by broken line in FIG. 3 (a), balance correction for shortening the ON time of the switching element S 2 is a constant value regardless of the temperature of the switching element S 1.
図1の回路では、温度検出値T1が閾値T1tを超えない期間はアンド回路208から出力される切替信号208Sが「L」であるため、バランス補正量が切替スイッチ210の入力端子F及びローパスフィルタ211を介して加減算器101に入力される。また、T1がT1t以上になってコンパレータ203の出力が「H」になり、他のコンパレータ204,205の出力も「H」である場合には、切替信号208Sが「H」となり、ローパスフィルタ211の入力が0になってスイッチング素子S1に対するバランス補正量も0になる。
In the circuit of FIG. 1, since the
なお、スイッチング素子S2に対して一定値のバランス補正量を与えるバランス調整動作は、Vdcp>Vdcnの場合にはアンド回路209から出力される切替信号が「L」になり、バランス補正量が切替スイッチ212の入力端子F及びローパスフィルタ213を介して加減算器102に入力されることで実現される。
Incidentally, the balance adjustment operation to provide a balance correction amount of a predetermined value with respect to the switching element S 2, the switching signal output from the AND
上記の動作により、スイッチング素子S1の温度が高くなると、そのオン時間を変えずにスイッチング素子S2のオン時間のみを短くしてコンデンサC1の電圧Vdcpの上昇を抑制することができる。このため、スイッチング素子S1の損失を低減しつつ電圧Vdcp,Vdcnを均等化し、装置の運転を継続させることが可能になる。 The above operation, when the temperature of the switching element S 1 is increased, it is possible to suppress the increase in the voltage V dcp of the capacitor C 1 by shortening the ON time only the switching element S 2 without changing the on-time. For this reason, it is possible to equalize the voltages V dcp and V dcn while reducing the loss of the switching element S 1 and to continue the operation of the apparatus.
(2)Vdcp<Vdcnであり、かつ、VdcpとVdcnとの差分の絶対値が電圧差分閾値ΔVtより小さい場合
この場合には、コンデンサC2の電圧が加わるスイッチング素子S2を電圧Vdcnから保護する必要がある。
(2) When V dcp <V dcn and the absolute value of the difference between V dcp and V dcn is smaller than the voltage difference threshold ΔV t In this case, the switching element S 2 to which the voltage of the capacitor C 2 is applied It is necessary to protect against the voltage V dcn .
そのためには、コンデンサC1への充電量を多くして電圧Vdcpを高くするように、スイッチング素子S2のオン時間を長くするためのバランス補正量を、加減算器102を介してPWM指令に加算すれば良いが、本実施形態では、図3(b)に破線で示すごとく、スイッチング素子S2の温度検出値T2が閾値T2t以上になったらバランス補正量を0にする。
一方、コンデンサC2への充電量を少なくして電圧Vdcnの上昇を抑制するために、図3(b)に実線で示すごとく、スイッチング素子S1のオン時間を短くするためのバランス補正量は、スイッチング素子S2の温度に関わらず一定値とする。
For this purpose, a balance correction amount for increasing the on-time of the switching element S 2 is added to the PWM command via the adder /
Meanwhile, in order to suppress the increase of less to voltage V dcn the charge amount of the capacitor C 2, as shown by the solid line in FIG. 3 (b), balance correction for shortening the ON time of the switching element S 1 is a constant value regardless of the temperature of the switching element S 2.
図1の回路では、温度検出値T2が閾値T2tを超えない期間はアンド回路209から出力される切替信号209Sが「L」であるため、バランス補正量が切替スイッチ212の入力端子F及びローパスフィルタ213を介して加減算器102に入力される。また、温度検出値T2が閾値T2t以上になってコンパレータ206の出力が「H」になると共に、コンパレータ205及び否定回路207の出力も「H」である場合には、切替信号209Sが「H」となり、ローパスフィルタ213の入力が0になってスイッチング素子S2に対するバランス補正量も0になる。
In the circuit of FIG. 1, since the
なお、スイッチング素子S1に対して一定のバランス補正量を与えるバランス調整動作は、Vdcp<Vdcnの場合にはアンド回路208の出力が「L」になり、バランス補正量が切替スイッチ210の入力端子F及びローパスフィルタ211を介して加減算器101に入力されることで実現される。
In the balance adjustment operation for giving a constant balance correction amount to the switching element S 1 , when V dcp <V dcn , the output of the AND
上記の動作により、スイッチング素子S2の温度が高くなると、そのオン時間を変えずにスイッチング素子S1のオン時間のみを短くすることによってコンデンサC2の電圧Vdcnの上昇を抑制することができる。このため、スイッチング素子S2の損失を低減しつつ電圧Vdcp,Vdcnを均等化し、装置の運転を継続させることが可能になる。 The above operation, when the temperature of the switching element S 2 is high, can suppress an increase of the voltage V dcn of the capacitor C 2 by shortening the on time only the switching element S 1 without changing the on-time . For this reason, it is possible to equalize the voltages V dcp and V dcn while reducing the loss of the switching element S 2 and to continue the operation of the apparatus.
(3)VdcpとVdcnとの差分の絶対値が電圧差分閾値ΔVt以上である場合
この場合には、過電圧状態にある側のコンデンサやスイッチング素子が耐圧を超える恐れがあるため、スイッチング素子の温度に関わらず、電圧Vdcp,Vdcnを均等化する必要がある。
(3) When the absolute value of the difference between V dcp and V dcn is greater than or equal to the voltage difference threshold ΔV t In this case, the capacitor or switching element in the overvoltage state may exceed the withstand voltage. It is necessary to equalize the voltages V dcp and V dcn regardless of the temperature.
VdcpとVdcnとの差分の絶対値がΔVt以上であると、コンパレータ205の出力が「L」となり、アンド回路208,209から出力される切替信号208S,209Sも「L」となる。従って、切替スイッチ210,212は何れも入力端子F側に切り替わり、バランス補正量が切替スイッチ210,212及びローパスフィルタ211,213を介して加減算器101,102にそれぞれ入力されることにより、電圧Vdcp,Vdcnを均等化する制御が実行されることになる。
When the absolute value of the difference between V dcp and V dcn is greater than or equal to ΔV t , the output of the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。この第2実施形態は、スイッチング素子S1,S2の温度に応じて一方のスイッチング素子に対するバランス補正量を徐々に変化させるようにしたものである。
図2は、第2実施形態に係る制御回路の構成図であり、図1と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略し、以下では図1と異なる部分を中心に説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the balance correction amount for one switching element is gradually changed according to the temperature of the switching elements S 1 and S 2 .
FIG. 2 is a configuration diagram of a control circuit according to the second embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Hereinafter, parts different from those in FIG. .
図2に示すバランス補正量調整部200Bにおいて、コンパレータ204の出力信号はアンド回路214に入力されると共に、否定回路207を介してアンド回路215に入力されている。また、コンパレータ205の出力信号はアンド回路214,215に入力されている。
In the balance correction amount adjustment unit 200 </ b> B illustrated in FIG. 2, the output signal of the
スイッチング素子S1の温度検出値T1と閾値T1tとの差分が加減算器216により演算され、その差分とゲインG1とが乗算器217により乗算される。乗算器217の出力は、下限値が0であるリミッタ218を介して切替スイッチ219の入力端子Tに加えられ、他方の入力端子Fには0が設定されている。切替スイッチ219の出力は、バランス補正量生成部300からのバランス補正量と共に図示の符号で加減算器220に入力され、その出力はスイッチング素子S1側の加減算器101に加えられている。
The difference between the switching element S 1 of the detected temperature value T 1 and the threshold T 1t is calculated by
同様にして、スイッチング素子S2の温度検出値T2と閾値T2tとの差分が加減算器221により演算され、その差分とゲインG2とが乗算器222により乗算される。乗算器222の出力は、下限値が0であるリミッタ223を介して切替スイッチ224の入力端子Tに加えられ、他方の入力端子Fには0が設定されている。切替スイッチ224の出力は、バランス補正量生成部300からのバランス補正量と共に図示の符号で加減算器225に入力され、その出力はスイッチング素子S2側の加減算器102に加えられている。
なお、上記のゲインG1,G2は大きさが等しく、正負が逆になっている。
Similarly, the difference between the detected temperature value T 2 and the threshold T 2t of the switching element S 2 is calculated by the
Note that the gains G 1 and G 2 have the same magnitude and the opposite signs.
次いで、コンデンサC1,C2の電圧検出値Vdcp,Vdcnの大小関係、及び、スイッチング素子S1,S2の温度検出値T1,T2に応じた第2実施形態の動作を、図3(c),(d)を参照しつつ説明する。 Next, the operation of the second embodiment according to the magnitude relationship between the voltage detection values V dcp and V dcn of the capacitors C 1 and C 2 and the temperature detection values T 1 and T 2 of the switching elements S 1 and S 2 is as follows. This will be described with reference to FIGS. 3 (c) and 3 (d).
(1a)Vdcp>Vdcnであり、かつ、VdcpとVdcnとの差分の絶対値が電圧差分閾値ΔVtより小さい場合
この場合には、コンデンサC1の電圧が加わるスイッチング素子S1を電圧Vdcpから保護する必要がある。
(1a) When V dcp > V dcn and the absolute value of the difference between V dcp and V dcn is smaller than the voltage difference threshold ΔV t In this case, the switching element S 1 to which the voltage of the capacitor C 1 is applied It is necessary to protect from the voltage V dcp .
そのためには、コンデンサC2への充電量を多くして電圧Vdcnを高くするように、スイッチング素子S1のオン時間を長くするためのバランス補正量を、加減算器101を介してPWM指令に加算すれば良いが、本実施形態では、図3(c)に実線で示すごとく、スイッチング素子S1の温度検出値T1が閾値T1tより小さい期間はバランス補正量を一定とし、閾値T1t以上の期間では温度検出値T1が高くなるにつれてバランス補正量を直線的に減少させ、最終的に0にする。
一方、コンデンサC1への充電量を少なくして電圧Vdcpの上昇を抑制するために、図3(c)に破線で示すごとく、スイッチング素子S2のオン時間を短くするためのバランス補正量は、スイッチング素子S1の温度に関わらず一定値とする。
For this purpose, a balance correction amount for increasing the on-time of the switching element S 1 is set to the PWM command via the adder /
Meanwhile, in order to suppress the increase of less to voltage V dcp the charge amount of the capacitor C 1, as indicated by broken line in FIG. 3 (c), balance correction for shortening the ON time of the switching element S 2 is a constant value regardless of the temperature of the switching element S 1.
図2の回路では、温度検出値T1が閾値T1tより小さい期間はリミッタ218の出力が0に制限されるため、切替スイッチ219の入力端子Tを介して加減算器220に入力される信号は0である。ここで、切替スイッチ219は、アンド回路214から出力される切替信号214Sにより入力端子T側に切り替わっている。
よって、バランス補正量生成部300により生成されたバランス補正量は、調整されることなく加減算器101に入力される。
In the circuit of FIG. 2, since the output of the
Therefore, the balance correction amount generated by the balance correction
しかし、温度検出値T1が閾値T1t以上になると、その上昇分に応じて温度偏差が増加し、乗算器217によるゲインG1との乗算結果も増加するので、リミッタ218及び切替スイッチ219を介して加減算器220に入力される調整量も次第に増加する。これにより、加減算器220から出力されて加減算器101に入力されるバランス補正量は、図3(c)の実線のように変化する。
However, when the temperature detection value T 1 becomes equal to or greater than the threshold value T 1t , the temperature deviation increases according to the increase, and the multiplication result of the gain G 1 by the
なお、スイッチング素子S2に対して一定のバランス補正量を与えるバランス調整動作は、Vdcp>Vdcnの場合にはアンド回路215から出力される切替信号215Sが「L」になって切替スイッチ224には0が入力されるので、バランス補正量がそのまま加減算器225を介して加減算器102に入力されることで実現される。
The balance adjustment operation for giving a constant balance correction amount to the switching element S 2 is performed when the
上記の動作により、スイッチング素子S1のオン時間を変えずにスイッチング素子S2のオン時間のみを短くすることで、電圧Vdcpの上昇を抑制することができる。このため、スイッチング素子S1の損失を低減しつつ電圧Vdcp,Vdcnを均等化し、装置の運転を継続させることが可能になる。 The above operation, by shortening the on time only the switching element S 2 without changing the on-time of the switching element S 1, it is possible to suppress the increase in the voltage V dcp. For this reason, it is possible to equalize the voltages V dcp and V dcn while reducing the loss of the switching element S 1 and to continue the operation of the apparatus.
(2a)Vdcp<Vdcnであり、かつ、VdcpとVdcnとの差分の絶対値が電圧差分閾値ΔVtより小さい場合
この場合には、コンデンサC2の電圧が加わるスイッチング素子S2を電圧Vdcnから保護する必要がある。
(2a) When V dcp <V dcn and the absolute value of the difference between V dcp and V dcn is smaller than the voltage difference threshold ΔV t In this case, the switching element S 2 to which the voltage of the capacitor C 2 is applied It is necessary to protect against the voltage V dcn .
そのためには、コンデンサC1への充電量を多くして電圧Vdcpを高くするように、スイッチング素子S2のオン時間を長くするためのバランス補正量を、加減算器102を介してPWM指令に加算すれば良いが、本実施形態では、図3(d)に破線で示すごとく、スイッチング素子S2の温度検出値T2が閾値T2tより小さい期間はバランス補正量を一定とし、閾値T2t以上の期間では温度検出値T2が高くなるにつれてバランス補正量を直線的に増加させ(負方向に減少させ)、最終的に0にする。
一方、コンデンサC2への充電量を少なくして電圧Vdcnの上昇を抑制するために、スイッチング素子S1のオン時間を短くするためのバランス補正量は、スイッチング素子S2の温度に関わらず一定値とする。
For this purpose, a balance correction amount for increasing the on-time of the switching element S 2 is added to the PWM command via the adder /
Meanwhile, in order to suppress the increase of less to voltage V dcn the charge amount of the capacitor C 2, balance correction for shortening the ON time of the switching element S 1, regardless of the temperature of the switching element S 2 Set to a constant value.
図2の回路では、温度検出値T2が閾値T2tより小さい期間はリミッタ223の出力が0に制限されるため、切替スイッチ224の入力端子Tを介して加減算器225に入力される信号は0である。なお、切替スイッチ224は、アンド回路215から出力される切替信号215Sにより入力端子T側に切り替わっている。
よって、バランス補正量生成部300により生成されたバランス補正量は、調整されることなく加減算器102に入力される。
In the circuit of FIG. 2, since the output of the
Therefore, the balance correction amount generated by the balance correction
しかし、温度検出値T2が閾値T2t以上になると、その上昇分に応じて温度偏差が増加し、乗算器222によるゲインG2との乗算結果も増加するので、リミッタ222及び切替スイッチ224を介して加減算器225に入力される調整量も徐々に増加する。これにより、加減算器225から出力されて加減算器102に入力されるバランス補正量は、図3(d)の破線のように変化する。
However, if the temperature detection value T 2 is equal to or greater than the threshold T 2t, the temperature deviation increases with the rise, so also increases the multiplication result between the gain G 2 by
なお、スイッチング素子S1に対して一定のバランス補正量を与えるバランス調整動作は、Vdcp<Vdcnの場合にはアンド回路214から出力される切替信号214Sが「L」になって切替スイッチ219には0が入力されるので、バランス補正量がそのまま加減算器220を介して加減算器101に入力されることで実現される。
Note that in the balance adjustment operation for giving a constant balance correction amount to the switching element S 1 , the
上記の動作により、スイッチング素子S2のオン時間を変えずにスイッチング素子S1のオン時間のみを短くすることで、電圧Vdcnの上昇を抑制することができる。このため、スイッチング素子S2の損失を低減しつつ電圧Vdcp,Vdcnを均等化し、装置の運転を継続させることが可能になる。 The above operation, by shortening the on time only the switching element S 1 without changing the on-time of the switching element S 2, it is possible to suppress the increase in the voltage V dcn. For this reason, it is possible to equalize the voltages V dcp and V dcn while reducing the loss of the switching element S 2 and to continue the operation of the apparatus.
(3a)VdcpとVdcnとの差分の絶対値が電圧差分閾値ΔVt以上である場合
この場合には、過電圧状態にある側のコンデンサやスイッチング素子が耐圧を超える恐れがあるため、スイッチング素子の温度に関わらず、電圧Vdcp,Vdcnを均等化する必要がある。
(3a) When the absolute value of the difference between V dcp and V dcn is greater than or equal to the voltage difference threshold ΔV t In this case, the capacitor or switching element in the overvoltage state may exceed the withstand voltage. It is necessary to equalize the voltages V dcp and V dcn regardless of the temperature.
VdcpとVdcnとの差分の絶対値がΔVt以上であると、コンパレータ205の出力が「L」となり、アンド回路214,215から出力される切替信号214S,215Sも「L」となる。従って、切替スイッチ210,212は何れも入力端子F側に切り替わって加減算器220,225に入力される調整量は0になる。
よって、バランス調整量はそのまま切替スイッチ210,212を介して加減算器101,102にそれぞれ入力されることにより、電圧Vdcp,Vdcnを均等化する制御が実行される。
When the absolute value of the difference between V dcp and V dcn is equal to or greater than ΔV t , the output of the
Thus, by balancing the amount of which is directly input to the adder-
以上説明したように、第1実施形態、第2実施形態においては、従来技術のように出力側のコンデンサC1,C2をそれぞれ充電するスイッチング素子S2,S1のオン時間を長くして電圧を均等化する方法によらないため、スイッチング素子が設計値以上に過熱される恐れがなく、スイッチング素子の破壊を防止する共にコンデンサC1,C2の電圧Vdcp,Vdcnを均等にして装置の安定した運転を継続することができる。 As described above, in the first embodiment and the second embodiment, the on-time of the switching elements S 2 and S 1 for charging the capacitors C 1 and C 2 on the output side is increased as in the prior art. Since the voltage equalization method is not used, the switching element is not likely to be overheated beyond the design value, and the switching elements are prevented from being destroyed and the voltages V dcp and V dcn of the capacitors C 1 and C 2 are equalized. Stable operation of the device can be continued.
なお、図4におけるスイッチング素子S3,S4をオンさせればコンデンサC1,C2のエネルギーを直流電源BATに回生することが可能であるが、本発明は、スイッチング素子S3,S4を備えていない3レベルチョッパにも適用することができる。
Incidentally, it is possible to regenerate by turning on the
また、第1実施形態、第2実施形態においては、スイッチング素子S1,S2の温度検出値T1,T2を用いてバランス補正量の切替条件を判定したが、スイッチング素子S1,S2の温度検出値T1,T2に代えて、各スイッチング素子の温度推定値を用いても良い。スイッチング素子の温度は、例えば、スイッチング素子の印加電圧、通流電流、通流時間及び周囲温度を用いて推定することができる。 In the first embodiment and the second embodiment, the switching condition of the balance correction amount is determined using the temperature detection values T 1 and T 2 of the switching elements S 1 and S 2 , but the switching elements S 1 and S 2 are used. 2 instead of the detected temperature value T 1, T 2, may be used estimated temperature of each switching element. The temperature of the switching element can be estimated using, for example, the applied voltage, the flowing current, the flowing time, and the ambient temperature of the switching element.
本発明に係る3レベルチョッパは、例えば無停電電源装置や太陽光発電システム等に利用可能である。 The three-level chopper according to the present invention can be used for an uninterruptible power supply, a solar power generation system, and the like.
BAT:直流電源
S1〜S4:スイッチング素子
D1〜D4:還流ダイオード
L1,L2:リアクトル
C1,C2:コンデンサ
LD:負荷
P:正側端子
N:負側端子
M:中性点
PWM1,PWM2:PWM回路
100:PWM指令生成部
101,102:加減算器
200A,200B:バランス補正量調整部
201,216,220,221,225:加減算器
202:絶対値演算器
203〜206:コンパレータ
207:否定回路
208,209,214,215:アンド回路
208S,209S,214S,215S:切替信号
210,212,219,224:切替スイッチ
211,213:ローパスフィルタ
217,222:乗算器
218,223:リミッタ
300:バランス補正量生成部
BAT: DC power supply S 1 to S 4 : switching elements D 1 to D 4 : freewheeling diodes L 1 and L 2 : reactors C 1 and C 2 : capacitor LD: load P: positive terminal N: negative terminal M: medium Sexual points PWM 1 , PWM 2 : PWM circuit 100:
Claims (8)
前記第1のコンデンサの電圧、前記第2のコンデンサの電圧を所定値に一致させるための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス補正量を生成するバランス補正量生成部と、
前記電圧指令と前記バランス補正量とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧、前記第1,第2のスイッチング素子の温度及び温度閾値に応じて、前記バランス補正量を調整するバランス補正量調整部と、を備え、
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子の温度が温度閾値未満である期間は、両方のスイッチング素子に対するバランス補正量を所定値に保ち、前記一方のスイッチング素子の温度が温度閾値以上である期間は、当該スイッチング素子に対するバランス補正量を0にすると共に他方のスイッチング素子に対するバランス補正量を前記所定値に保つことを特徴とする3レベルチョッパ。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via each, and the series connection point of the first and second switching elements and the series connection point of the first and second capacitors are connected, A three-level chopper in which a load is connected to both ends of a series circuit of first and second capacitors,
A voltage command generator for generating a voltage command for matching the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor to a predetermined value;
A balance correction amount generator for generating a balance correction amount for equalizing the voltages of the first and second capacitors;
Means for generating a drive signal for turning on and off the first and second switching elements based on the voltage command and the balance correction amount;
A balance correction amount adjusting unit that adjusts the balance correction amount according to the voltage of the first and second capacitors, the temperature of the first and second switching elements, and the temperature threshold,
The balance correction amount adjustment unit
During the period when the temperature of one of the first and second switching elements is less than the temperature threshold, the balance correction amount for both the switching elements is maintained at a predetermined value, and the temperature of the one switching element is the temperature threshold. The three-level chopper characterized in that the balance correction amount for the switching element is set to 0 and the balance correction amount for the other switching element is maintained at the predetermined value during the above period.
前記第1のコンデンサの電圧、前記第2のコンデンサの電圧を所定値に一致させるための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス補正量を生成するバランス補正量生成部と、
前記電圧指令と前記バランス補正量とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧、前記第1,第2のスイッチング素子の温度及び温度閾値に応じて、前記バランス補正量を調整するバランス補正量調整部と、を備え、
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子の温度が温度閾値未満である期間は、両方のスイッチング素子に対するバランス補正量を所定値に保ち、前記一方のスイッチング素子の温度が温度閾値以上である期間は、当該スイッチング素子に対するバランス補正量を0に向けて徐々に変化させると共に他方のスイッチング素子に対するバランス補正量を前記所定値に保つことを特徴とする3レベルチョッパ。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via each, and the series connection point of the first and second switching elements and the series connection point of the first and second capacitors are connected, A three-level chopper in which a load is connected to both ends of a series circuit of first and second capacitors,
A voltage command generator for generating a voltage command for matching the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor to a predetermined value;
A balance correction amount generator for generating a balance correction amount for equalizing the voltages of the first and second capacitors in accordance with the voltages of the first and second capacitors;
Means for generating a drive signal for turning on and off the first and second switching elements based on the voltage command and the balance correction amount;
A balance correction amount adjusting unit that adjusts the balance correction amount according to the voltage of the first and second capacitors, the temperature of the first and second switching elements, and the temperature threshold,
The balance correction amount adjustment unit
During the period when the temperature of one of the first and second switching elements is less than the temperature threshold, the balance correction amount for both the switching elements is maintained at a predetermined value, and the temperature of the one switching element is the temperature threshold. During the period described above, the three-level chopper is characterized in that the balance correction amount for the switching element is gradually changed toward 0 and the balance correction amount for the other switching element is maintained at the predetermined value.
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のコンデンサの電圧の差分の絶対値が電圧差分閾値未満である時に前記第1,第2のスイッチング素子に対するバランス補正量を0にすることを特徴とする3レベルチョッパ。 In the three-level chopper according to claim 1 or 2,
The balance correction amount adjustment unit
A three-level chopper, wherein a balance correction amount for the first and second switching elements is set to 0 when an absolute value of a voltage difference between the first and second capacitors is less than a voltage difference threshold value.
前記直流電源の電圧を昇圧して前記負荷に供給することを特徴とする3レベルチョッパ。 In the three-level chopper according to any one of claims 1 to 3,
A three-level chopper, wherein the voltage of the DC power supply is boosted and supplied to the load.
前記第1のダイオードに第3のスイッチング素子を逆並列に接続し、かつ、前記第2のダイオードに第4のスイッチング素子を逆並列に接続したことを特徴とする3レベルチョッパ。 In the 3 level chopper described in any one of Claims 1-4,
3. A three-level chopper, wherein a third switching element is connected in antiparallel to the first diode, and a fourth switching element is connected in antiparallel to the second diode.
前記第3,第4のスイッチング素子をオンさせて前記第1,第2のコンデンサのエネルギーを前記直流電源に回生することを特徴とする3レベルチョッパ。 The three-level chopper according to claim 5,
A three-level chopper, wherein the third and fourth switching elements are turned on to regenerate the energy of the first and second capacitors to the DC power source.
前記第1のコンデンサの電圧、前記第2のコンデンサの電圧を所定値に一致させるための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス補正量を生成するバランス補正量生成部と、
前記電圧指令と前記バランス補正量とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧、前記第1,第2のスイッチング素子の温度及び温度閾値に応じて、前記バランス補正量を調整するバランス補正量調整部と、を備え、
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子の温度が温度閾値未満である期間は、両方のスイッチング素子に対するバランス補正量を所定値に保ち、前記一方のスイッチング素子の温度が温度閾値以上である期間は、当該スイッチング素子に対するバランス補正量を0にすると共に他方のスイッチング素子に対するバランス補正量を前記所定値に保つことを特徴とする、3レベルチョッパの制御回路。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via each, and the series connection point of the first and second switching elements and the series connection point of the first and second capacitors are connected to each other. A control circuit of a three-level chopper in which a load is connected to both ends of a series circuit of first and second capacitors,
A voltage command generator for generating a voltage command for matching the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor to a predetermined value;
A balance correction amount generator for generating a balance correction amount for equalizing the voltages of the first and second capacitors in accordance with the voltages of the first and second capacitors;
Means for generating a drive signal for turning on and off the first and second switching elements based on the voltage command and the balance correction amount;
A balance correction amount adjusting unit that adjusts the balance correction amount according to the voltage of the first and second capacitors, the temperature of the first and second switching elements, and the temperature threshold,
The balance correction amount adjustment unit
During the period when the temperature of one of the first and second switching elements is less than the temperature threshold, the balance correction amount for both the switching elements is maintained at a predetermined value, and the temperature of the one switching element is the temperature threshold. During the above period, the balance correction amount for the switching element is set to 0, and the balance correction amount for the other switching element is maintained at the predetermined value.
前記第1のコンデンサの電圧、前記第2のコンデンサの電圧を所定値に一致させるための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス補正量を生成するバランス補正量生成部と、
前記電圧指令と前記バランス補正量とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧、前記第1,第2のスイッチング素子の温度及び温度閾値に応じて、前記バランス補正量を調整するバランス補正量調整部と、を備え、
前記バランス補正量調整部は、
前記第1,第2のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子の温度が温度閾値未満である期間は、両方のスイッチング素子に対するバランス補正量を所定値に保ち、前記一方のスイッチング素子の温度が温度閾値以上である期間は、当該スイッチング素子に対するバランス補正量を0に向けて徐々に変化させると共に他方のスイッチング素子に対するバランス補正量を前記所定値に保つことを特徴とする、3レベルチョッパの制御回路。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via each, and the series connection point of the first and second switching elements and the series connection point of the first and second capacitors are connected to each other. A control circuit of a three-level chopper in which a load is connected to both ends of a series circuit of first and second capacitors,
A voltage command generator for generating a voltage command for matching the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor to a predetermined value;
A balance correction amount generator for generating a balance correction amount for equalizing the voltages of the first and second capacitors in accordance with the voltages of the first and second capacitors;
Means for generating a drive signal for turning on and off the first and second switching elements based on the voltage command and the balance correction amount;
A balance correction amount adjusting unit that adjusts the balance correction amount according to the voltage of the first and second capacitors, the temperature of the first and second switching elements, and the temperature threshold,
The balance correction amount adjustment unit
During the period when the temperature of one of the first and second switching elements is less than the temperature threshold, the balance correction amount for both the switching elements is maintained at a predetermined value, and the temperature of the one switching element is the temperature threshold. During the above period, the balance correction amount for the switching element is gradually changed toward 0 and the balance correction amount for the other switching element is maintained at the predetermined value.
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JP2013005649A (en) * | 2011-06-20 | 2013-01-07 | Fuji Electric Co Ltd | Dc power supply system |
WO2016157469A1 (en) * | 2015-04-01 | 2016-10-06 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Uninterruptible power supply device, and uninterruptible power supply system using same |
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