JP2020014275A - コンバータ装置、制御切り替え方法及びプログラム - Google Patents
コンバータ装置、制御切り替え方法及びプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020014275A JP2020014275A JP2018133126A JP2018133126A JP2020014275A JP 2020014275 A JP2020014275 A JP 2020014275A JP 2018133126 A JP2018133126 A JP 2018133126A JP 2018133126 A JP2018133126 A JP 2018133126A JP 2020014275 A JP2020014275 A JP 2020014275A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control signal
- current
- current value
- synchronous rectification
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
特許文献1には、関連する技術として、同期整流制御を行うことで交流電力から直流電力への変換効率を向上させるとともに、PAM(Pulse Amplitude Modulation)制御を行うことで入力電流の歪み率を低減させる技術が記載されている。
特許文献2には、関連する技術として、同期整流制御に関する技術が記載されている。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるモータ駆動装置について説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置1の構成を示す図である。モータ駆動装置1は、図1に示すように、コンバータ装置2、インバータ装置3、を備える。
コンバータ装置2の第1端子は、交流電源4の第1端子に接続される。コンバータ装置2の第2端子は、交流電源4の第2端子に接続される。コンバータ装置2の第3端子は、インバータ装置3の第1端子に接続される。コンバータ装置2の第4端子は、インバータ装置3の第2端子に接続される。インバータ装置3の第3端子は、モータ5の第1端子に接続される。インバータ装置3の第4端子は、モータ5の第2端子に接続される。インバータ装置3の第5端子は、モータ5の第3端子に接続される。モータ駆動装置1は、交流電源4からの交流電力をコンバータ装置2によって直流電力に変換し、その直流電力をインバータ装置3によって三相交流電力に変換してモータ5に出力する装置である。
モータ5は、インバータ装置3から供給される三相交流電力に応じて回転する。モータ5は、例えば、空気調和機に用いられる圧縮機モータである。
コンバータ装置2は、負荷が小さい場合、交流電源4から供給される入力電流が所定の電流値以下である場合にその入力電流が流れると予想した期間の少なくとも一部を含む一定の第1期間にスイッチング素子214または215に電流を流し、入力電流が所定の電流値と超える場合にその入力電流の流れる第2期間と、その第2期間の直前及び直後の少なくとも一方へ延びた期間との総和である第3期間において、スイッチング素子214または215に電流を流すこと(すなわち、同期整流制御を行うこと)により、交流電源4からの交流電力を効率よく直流電力に変換する装置である。コンバータ装置2は、その直流電力をインバータ装置3に出力する。
また、コンバータ装置2は、負荷が大きい場合、同期整流制御とともにPAM制御を行い、さらに、電源電圧と電圧指令(すなわち、スイッチング素子の制御信号)との位相差を調整する装置である。コンバータ装置2が電源電圧と電圧指令との位相差を調整することで、PAM制御を行う場合の入力電流の変化に伴う電源電圧の位相の変化を低減することができ、その結果、交流電力から直流電力への変換効率や入力電流の歪み率の特性を向上させることができる。
そして、コンバータ装置2は、同期整流制御の状態から同期整流制御とともにPAM制御を行う状態に切り替えるときに、同期整流制御を一旦停止する装置である。こうすることで、コンバータ装置2がPAM制御に必要な制御信号を確定するときに、PAM制御の制御信号にとって外乱となり得る同期整流制御を行うための制御信号は存在しない。その結果、コンバータ装置2は、同期整流制御を行うための制御信号が存在するときにPAM制御の制御信号を生成する場合に比べ、入力電流の歪み特性をより改善することのできるPAM制御の制御信号を生成することができる。
なお、ダイオード212a、コンデンサ212b、抵抗212cから成る回路を第1回路212と呼ぶ。また、ダイオード213a、コンデンサ213b、抵抗213cから成る回路を第2回路213と呼ぶ。
整流回路21の第1端子は、コンバータ装置2の第1端子に接続される。整流回路21の第2端子は、コンバータ装置2の第2端子に接続される。整流回路21の第3端子は、コンバータ装置2の第3端子に接続される。整流回路21の第4端子は、コンバータ装置2の第4端子に接続される。
ブリッジ回路200は、コンバータ制御部24による制御に基づいて、交流電力を直流電力に整流する。スイッチング素子214、215それぞれは、例えば、スーパージャンクションMOSFET(Metal−Oxide Semiconductor Field−Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等である。図1は、スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETである場合の例を示している。スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETである場合、スイッチング素子214、215それぞれにおいて、第1端子はドレインであり、第2端子はソースであり、第3端子はゲートである。スイッチング素子214は、図1に示すように、トランジスタ部214a、ソース−ドレイン間の寄生ダイオード214bを有する。また、スイッチング素子215は、図1に示すように、トランジスタ部215a、ソース−ドレイン間の寄生ダイオード215bを有する。
入力電流特定部22は、検出した入力電流の電流値をコンバータ制御部24に与える。
例えば、コンバータ制御部24は、図2に示すように、スイッチング素子214についてPAM制御を行い、スイッチング素子215について同期整流制御を行う場合と、スイッチング素子214について同期整流を行い、スイッチング素子215についてPAM制御を行う場合とを、交流電源4の出力する電源電圧の半周期ごとに切り替える。なお、コンバータ制御部24が行うPAM制御は、入力電流に応じてPAM制御信号を生成するPWM(Pulse Width Modulation)生成技術を用いればよい。
コンバータ制御部24は、コンバータ装置2に対する負荷(すなわち、後段のインバータ装置3)の大小に応じて、PAM制御を停止するか否かを判定する。具体的には、コンバータ制御部24は、負荷の大小を判定するために予め定めた第1電流しきい値と、入力電流とを比較する。第1電流しきい値は、同期整流制御を行うための制御信号の期間を予め定めた一定の期間(後述する第1期間)とするか、入力電流が流れる期間に応じた期間(後述する第3期間)とするかを判定するための基準となる電流値であり、電流の瞬時値と比較される。そして、コンバータ制御部24は、入力電流がその第1電流しきい値よりも大きい場合に負荷が大きいと判定する。また、コンバータ制御部24は、入力電流がその第1電流しきい値以下である場合に負荷が小さいと判定する。なお、その第1電流しきい値は、入力電流の歪み率が許容範囲となるように、実験やシミュレーションなどに基づいて予め決定すればよい。そして、負荷が大きく大きな入力電流が流れる場合には入力電流の歪み率が高くなる(すなわち、悪くなる)という観点から、コンバータ制御部24は、負荷が大きいと判定した場合、同期整流に加えてPAM制御を行い、負荷が小さいと判定した場合、PAM制御を停止して同期整流のみを行う。
また、例えば、スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETであり、交流電源4の第1端子の電位が第2端子の電位よりも低く、スイッチング素子214がオン状態かつスイッチング素子215がオフ状態である場合、交流電源4の第2端子から第2回路213、コンデンサ216、トランジスタ部214a、リアクタ211、交流電源4の第1端子へと電流が流れて、コンデンサ216が充電される。
このように、スイッチング素子214、215を用いて同期整流制御を行うことで、スイッチング素子を用いないダイオードから成るブリッジ回路に比べて、ダイオードによる順方向電圧の分だけ交流電力から直流電力への変換効率をよくすることができる。
記憶部244は、コンバータ制御部24が行う種々の処理に必要な情報を記憶する。例えば、記憶部244は、電解コンデンサの端子間の電圧値から入力電流の実効値(負荷電流の一例)に変換するための変換テーブルを予め記憶する。また、例えば、記憶部244は、図4に示すデータテーブルTBL1を記憶する。データテーブルTBL1は、入力電流の実効値と、その実効値の場合の電源電圧の位相を基準とした電圧指令(すなわち、スイッチング素子の制御信号)の位相の調整量との対応関係を示すデータテーブルである。このデータテーブルTBL1は、例えば、過去の入力電流の歪み率及び交流電力から直流電力への変換効率がよい場合の入力電流の実効値と、その実効値の場合の電源電圧の位相に対する電圧指令の位相の調整量との対応関係を予め記憶部244に記憶したものであってよい。また、データテーブルTBL1は、例えば、過去の入力電流の歪み率及び交流電力から直流電力への変換効率の一方を優先してその優先した特性がよい場合の入力電流の実効値と、その実効値の場合の電源電圧の位相に対する電圧指令の位相の調整量との対応関係を予め記憶部244に記憶したものであってよい。
基準特定部241は、基準となるタイミングを特定する。例えば、基準特定部241は、ゼロクロス検出部23からゼロクロス信号を取得する。基準特定部241は、取得したゼロクロス信号の示す基準のタイミングを特定する。基準特定部241は、特定した基準のタイミングを制御信号生成部243に出力する。
例えば、制御信号生成部243は、位相θの基準からの位相に応じて、入力電流取得部242から取得した入力電流の電流値の積算値を二乗平均して、入力電流の実効値を算出する。
また、例えば、入力電流特定部22が電流センサ(例えば、カレントトランス)を備える場合には、入力電流は、カレントトランスを介して、ブリッジ回路200で全波整流され、コンデンサ216を充電する。制御信号生成部243は、このコンデンサ216によって平滑された状態の電圧レベルを読み取る。そして、制御信号生成部243は、読み取った電圧値をその電圧値に一対一で関連付けられた電流値に変換することで、入力電流の実効値を算出すればよい。なお、電圧値から電流値へ変換する場合には、電圧値と電流値との対応関係を示す変換テーブルを予め作成して記憶部244に記憶させ、制御信号生成部243が、その変換テーブルを用いて読み取った電圧値を電流の実効値に変換すればよい。
制御信号生成部243は、電源電圧の位相を基準に(すなわち、ゼロクロス点を基準に)特定した位相の調整量だけ位相を調整する。
そして、制御信号生成部243は、位相を調整した制御信号をスイッチング素子214、215それぞれに出力する。
例えば、制御信号生成部243は、入力電流の電流値がゼロである場合のノイズを入力電流として誤検出しないように、ノイズよりも大きい値の第1電流しきい値(例えば、図5に示す第1電流しきい値3アンペア)を予め設定する。制御信号生成部243は、入力電流特定部22から入力電流の電流値を取得する度に、取得した入力電流の電流値とその第1電流しきい値とを比較する。
制御信号生成部243は、比較結果に基づいて、入力電流の電流値が第1電流しきい値を超えている期間(例えば、図5に示す期間β1)を特定する。入力電流の電流値が第1電流しきい値を超えている期間β1の値(期間β1の始まりの位相と終わりの位相との位相差)ごとに、入力電流が流れ始めてから流れ終わるまでの期間(例えば、図5に示す期間β2)を特定するため、すなわち第2期間を特定するための位相の補正値であるθ1、θ2を関連付けて、例えば、記憶部244が予め記憶する。補正値θ1は、期間を直前へ延長する補正値である。補正値θ2は、期間を直後へ延長する補正値である。制御信号生成部243は、比較結果に基づいて、入力電流の電流値が第1電流しきい値を超えている期間β1があると判定した場合、その期間β1を直前へθ1延長し直後へθ2延長した期間β2に対して、さらに、直前及び直後の少なくとも一方へαだけ延長した期間(図5に示す例では、期間β2に対して、直前及び直後の両方にそれぞれαを延長した期間)である第3期間を、スイッチング素子をオン状態にする期間と特定する。また、制御信号生成部243は、比較結果に基づいて、入力電流の電流値が第1電流しきい値を超えている期間β1がないと判定した場合、一定の第1期間(例えば、図5に示す期間β3)を、スイッチング素子をオン状態にする期間と特定する。そして、制御信号生成部243は、特定した期間にスイッチング素子をオン状態にする信号を特定する。
制御信号生成部243は、特定した信号の位相を180度遅延させて、次の半周期(制御信号を適用する半周期の一例)の制御信号である第1制御信号としてスイッチング素子(スイッチング素子214または215)に出力する。また、制御信号生成部243は、位相0度から180度までの間にオン状態に制御されたスイッチング素子を次の半周期の間オフ状態にする第2制御信号を、その位相0度から180度までの間に特定する。そして、制御信号生成部243は、次の半周期に特定した第2制御信号を、第1制御信号を出力するスイッチング素子とは別のスイッチング素子(スイッチング素子215または214)に出力する。
なお、入力電流の検出された第2期間を含む第3期間への延長は、その半周期の期間の始まりが限界となる。また、入力電流の検出された第2期間を含む第3期間への延長は、その半周期の期間の終わりが限界となる。
制御信号生成部243は、第1期間特定部の一例、第2期間特定部の一例、第3期間特定部の一例、制御信号特定部の一例、制御信号出力部の一例、比較部の一例、位相調整部の一例、負荷電流特定部の一例、入力電流判定部の一例、第1特定部の一例、第2特定部の一例である。すなわち、制御信号生成部243は、図6に示すように、第1期間特定部、第2期間特定部、第3期間特定部、制御信号特定部、制御信号出力部、比較部、位相調整部、負荷電流特定部、負荷電流判定部、入力電流判定部、第1特定部、第2特定部を含む。
負荷電流判定部は、負荷電流の電流値が所定の電流値を超えているか否かを判定する。
制御信号特定部は、負荷電流判定部が負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、同期整流制御を停止させる同期整流制御停止信号を生成し、PAM制御を行うPAM制御信号を生成し、同期整流制御を行う同期整流制御信号を生成する。
制御信号出力部は、負荷電流判定部が負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、同期整流制御停止信号をスイッチング素子に出力して同期整流制御を停止させた後に、PAM制御信号をスイッチング素子に出力し、さらに同期整流制御信号をスイッチング素子に出力する。
制御信号出力部は、負荷電流判定部が負荷電流の電流値が所定の電流値以下であると判定した場合に、同期整流制御停止信号をスイッチング素子に出力して同期整流制御を停止させた後に、PAM制御停止信号をスイッチング素子に出力してPAM制御を停止させ、さらに同期整流制御信号をスイッチング素子に出力する。
第1期間特定部は、入力電流判定部が入力電流の電流値が所定の電流値以下であると判定した場合、交流電源4から出力される交流電圧の半周期について、電流値の入力電流が流れると予想した一定の期間である第1期間を特定する。
制御信号特定部は、第1期間に基づいて、スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定する。
第3期間特定部は、第1タイミングの直前または第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、第2期間との総和である第3期間を特定する。
制御信号特定部は、第1期間または第3期間に基づいて、スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定する。
また、比較部は、入力電流取得部242が取得した電流値と、データテーブルTBL1における電流値とを比較する。
第1特定部は、比較部による比較結果に基づいて、入力電流取得部242が取得した電流値に最も近い値の電流値を、データテーブルTBL1において特定する。
第2特定部は、第1特定部がデータテーブルTBL1において特定した電流値に対応付けられている位相の調整量を特定する。
位相調整部は、交流電圧の位相を基準に、第2特定部が特定した調整量だけ制御信号の位相を調整する。
制御信号出力部は、位相調整部が調整量だけ位相を調整した制御信号をスイッチング素子に出力する。
また、制御信号出力部は、同期整流制御を行う制御信号と、PAM制御を行う制御信号の出力先である2つのスイッチング素子を半周期ごとに切り替える。
IPM31は、インバータ制御部32による制御に基づいて、直流電力から三相交流電力を生成する。IPM31は、生成した三相交流電力をモータに供給する。IPM31は、例えば、6つのスイッチング素子から成るブリッジ回路である。
ここでは、図7〜9に示すコンバータ制御部24の処理フローについて説明する。なお、図7に示すコンバータ制御部24の処理フローは、コンバータ装置2が起動し、同期整流制御を行う場合の処理フローである。また、図8に示すコンバータ制御部24の処理フローは、コンバータ装置2が同期整流制御を行っている状態から同期整流制御に加えてPAM制御を行う状態へ切り替わる場合の処理フローである。また、図9に示すコンバータ制御部24の処理フローは、コンバータ装置2が同期整流制御とともにPAM制御を行っている状態から同期整流制御のみを行う状態に切り替わる場合の処理フローである。
まず、図7に示すコンバータ装置2が起動し、同期整流制御を行う場合のコンバータ制御部24の処理フローについて説明する。
制御信号生成部243は、対象とする半周期が終了していないと判定した場合(ステップS5cにおいてNO)、ステップS5aの処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、対象とする半周期が終了したと判定した場合(ステップS5cにおいてYES)、一定の第1期間(例えば、図4に示す期間β3)を、スイッチング素子をオン状態にする第1期間とし、その第1期間にスイッチング素子をオン状態にする第1制御信号を特定する(ステップS5d)。
制御信号生成部243は、入力電流の電流値が第1電流しきい値以下でないと判定した場合(ステップS5gにおいてNO)、ステップS5fの処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、入力電流の電流値が第1電流しきい値以下であると判定した場合(ステップS5gにおいてYES)、そのときの位相を期間β1の終わりを示す位相と特定する(ステップS5h)。すなわち、制御信号生成部243は、期間β1の値を特定する。制御信号生成部243は、記憶部244において、特定した期間β1の値に関連付けられている位相の補正値θ1、θ2を特定する(ステップS5i)。制御信号生成部243は、期間β1を、直前へ位相θ1だけ延ばし、直後へ位相θ2だけ延ばす。すなわち、制御信号生成部243は、期間β2を特定する(ステップS5j)。制御信号生成部243は、期間β2を、直前と直後それぞれへ位相αだけ延ばし(ステップS5k)、その延ばした期間をスイッチング素子をオン状態にする第3期間とし、その第3期間にスイッチング素子をオン状態にする第1制御信号を特定する(ステップS5l)。
制御信号生成部243は、算出した入力電流の実効値が第2電流しきい値以下であると判定した場合(ステップS11においてNO)、ステップS1の処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、算出した入力電流の実効値が第2電流しきい値を超えていると判定した場合(ステップS11においてYES)、図8に示すコンバータ装置2が同期整流制御を行っている状態から同期整流制御に加えてPAM制御を行う状態へ切り替わる処理(ステップS21)へ続く。なお、図7に示す処理フローは、入力電流がゼロから徐々に増加する過渡状態における処理と入力電流がほぼ変化しない定常状態における処理の両方を含んでいる。しかしながら、制御信号生成部243が入力電流の実効値が第2電流しきい値を超えていると判定するのは、入力電流が大きく歪み特性を向上させる必要がある定常状態においてのみである。すなわち、コンバータ装置2が図7に示す処理フローの処理から図8に示す処理フローの処理に移行したときに同期整流制御に用いられる制御信号は、例えば、図10の(a)の部分に示すように、第3期間に対象のスイッチング素子をオン状態にする制御信号である。
次に、図8に示すコンバータ装置2が同期整流制御を行っている状態から同期整流制御に加えてPAM制御を行う状態へ切り替わる場合のコンバータ制御部24の処理フローについて説明する。
なお、上述したように、この時点で同期整流制御に用いられている制御信号は、対象のスイッチング素子を第3期間にオン状態にする制御信号である(例えば、図10の(a)の部分)。
制御信号生成部243は、初期信号(初期値)からデューティ比を徐々に大きくして、PAM制御に用いる制御信号を生成する(ステップS30)。なお、制御信号生成部243は、入力電流に応じてPAM制御信号を生成するPWM生成技術を用いてPAM制御を行えばよく、例えば、図10の(e)の部分に示すような制御信号を生成する。
制御信号生成部243は、入力電流の電流値がゼロである場合のノイズを入力電流として誤検出しないように、ノイズよりも大きい値の第1電流しきい値(例えば、図4に示す第1電流しきい値3アンペア)を予め設定する。制御信号生成部243は、位相0度を基準に半周期を1つの期間として、各半周期において、入力電流特定部22から入力電流の電流値を取得する度に、取得した入力電流の電流値とその第1電流しきい値とを比較する(ステップS31a)。制御信号生成部243は、入力電流の電流値が第1電流しきい値を超えているか否かを判定する(ステップS31b)。
制御信号生成部243は、対象とする半周期が終了していないと判定した場合(ステップS31cにおいてNO)、ステップS31aの処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、対象とする半周期が終了したと判定した場合(ステップS31cにおいてYES)、一定の第1期間(例えば、図4に示す期間β3)を、スイッチング素子をオン状態にする第1期間とし、その第1期間にスイッチング素子をオン状態にする第1制御信号を特定する(ステップS31d)。
制御信号生成部243は、入力電流の電流値が第1電流しきい値以下でないと判定した場合(ステップS31gにおいてNO)、ステップS31fの処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、入力電流の電流値が第1電流しきい値以下であると判定した場合(ステップS31gにおいてYES)、そのときの位相を期間β1の終わりを示す位相と特定する(ステップS31h)。すなわち、制御信号生成部243は、期間β1の値を特定する。制御信号生成部243は、記憶部244において、特定した期間β1の値に関連付けられている位相の補正値θ1、θ2を特定する(ステップS31i)。制御信号生成部243は、期間β1を、直前へ位相θ1だけ延ばし、直後へ位相θ2だけ延ばす。すなわち、制御信号生成部243は、期間β2を特定する(ステップS31j)。制御信号生成部243は、期間β2を、直前と直後それぞれへ位相αだけ延ばし(ステップS31k)、その延ばした期間をスイッチング素子をオン状態にする第3期間とし、その第3期間にスイッチング素子をオン状態にする第1制御信号を特定する(ステップS31l)。
制御信号生成部243は、算出した入力電流の実効値が第2電流しきい値を超えていると判定した場合(ステップS37においてYES)、ステップS21の処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、算出した入力電流の実効値が第2電流しきい値以下であると判定した場合(ステップS37においてNO)、図9に示すコンバータ装置2が同期整流制御とともにPAM制御を行っている状態から同期整流制御のみを行う状態に切り替わる処理(ステップS41)へ続く。
次に、図9に示すコンバータ装置2が同期整流制御とともにPAM制御を行っている状態から同期整流制御のみを行う状態に切り替わる場合のコンバータ制御部24の処理フローについて説明する。
なお、この時点で同期整流制御とともにPAM制御を行うのに用いられている制御信号は、例えば、図10の(g)の部分に示す制御信号である。
制御信号生成部243は、入力電流の電流値がゼロである場合のノイズを入力電流として誤検出しないように、ノイズよりも大きい値の第1電流しきい値(例えば、図4に示す第1電流しきい値3アンペア)を予め設定する。制御信号生成部243は、位相0度を基準に半周期を1つの期間として、各半周期において、入力電流特定部22から入力電流の電流値を取得する度に、取得した入力電流の電流値とその第1電流しきい値とを比較する(ステップS47a)。制御信号生成部243は、入力電流の電流値が第1電流しきい値を超えているか否かを判定する(ステップS47b)。
制御信号生成部243は、対象とする半周期が終了していないと判定した場合(ステップS47cにおいてNO)、ステップS47aの処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、対象とする半周期が終了したと判定した場合(ステップS47cにおいてYES)、一定の第1期間(例えば、図4に示す期間β3)を、スイッチング素子をオン状態にする第1期間とし、その第1期間にスイッチング素子をオン状態にする第1制御信号を特定する(ステップS47d)。
制御信号生成部243は、入力電流の電流値が第1電流しきい値以下でないと判定した場合(ステップS47gにおいてNO)、ステップS47fの処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、入力電流の電流値が第1電流しきい値以下であると判定した場合(ステップS47gにおいてYES)、そのときの位相を期間β1の終わりを示す位相と特定する(ステップS47h)。すなわち、制御信号生成部243は、期間β1の値を特定する。制御信号生成部243は、記憶部244において、特定した期間β1の値に関連付けられている位相の補正値θ1、θ2を特定する(ステップS47i)。制御信号生成部243は、期間β1を、直前へ位相θ1だけ延ばし、直後へ位相θ2だけ延ばす。すなわち、制御信号生成部243は、期間β2を特定する(ステップS47j)。制御信号生成部243は、期間β2を、直前と直後それぞれへ位相αだけ延ばし(ステップS47k)、その延ばした期間をスイッチング素子をオン状態にする第3期間とし、その第3期間にスイッチング素子をオン状態にする第1制御信号を特定する(ステップS47l)。
制御信号生成部243は、算出した入力電流の実効値が第2電流しきい値以下であると判定した場合(ステップS53においてNO)、ステップS1の処理に戻す。
また、制御信号生成部243は、算出した入力電流の実効値が第2電流しきい値を超えていると判定した場合(ステップS53においてYES)、図8に示すコンバータ装置2が同期整流制御を行っている状態から同期整流制御に加えてPAM制御を行う状態へ切り替わる処理(ステップS21)に戻す。
本発明の一実施形態において説明した同期整流制御は、図11に示す回路に適用することで、図12に示すように、正常に機能することを確認している。
また、本発明の一実施形態におけて説明した同期整流制御及びPAM制御は、図11に示す回路に適用することで、図13に示すように、正常に機能することを確認している。
本発明の一実施形態によるコンバータ装置2において、制御信号生成部243(負荷電流特定部の一例)は、コンバータ装置2の負荷に供給される負荷電流を特定する。制御信号生成部243(負荷電流判定部の一例)は、負荷電流の電流値が所定の電流値を超えているか否かを判定する。制御信号生成部243(制御信号特定部の一例)は、負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、同期整流制御を停止させる同期整流制御停止信号を生成し、PAM制御を行うPAM制御信号を生成し、同期整流制御を行う同期整流制御信号を生成する。制御信号生成部243(制御信号出力部の一例)は、負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、同期整流制御停止信号をスイッチング素子に出力して同期整流制御を停止させた後に、PAM制御信号をスイッチング素子に出力し、さらに同期整流制御信号を、スイッチング素子に出力する。
こうすることで、モータ駆動装置1のコンバータ装置2は、入力電流について同期整流制御を行う状態から同期整流制御及びPAM制御を行う状態へ切り替える場合に、同期整流制御に用いる制御信号を一旦停止して、PAM制御を行い、その後に同期整流制御に用いる制御信号を追加することで、PAM制御について外乱となる可能性のある同期整流の制御信号が存在しない状態でPAM制御を確実に行い、さらに同期整流制御を同時に行うことができる。
その結果、コンバータ装置2は、同期整流制御を行うための制御信号が存在するときにPAM制御の制御信号を生成する場合に比べ、入力電流の歪み特性をより改善することのできるPAM制御の制御信号を生成することができる。
こうすることで、モータ駆動装置1のコンバータ装置2は、入力電流について同期整流制御及びPAM制御を行う状態から同期整流制御を行う状態へ切り替える場合に、同期整流制御とPAM制御との間の干渉(すなわち、悪影響)を抑制することができる。
こうすることで、制御信号生成部243は、同期整流制御を行う状態と、同期整流制御及びPAM制御を行う状態とを頻繁に切り替えることを防止することができる。
また、第2期間に対して直前へ延長する期間αと直後へ延長する期間αとは異なる期間であってもよい。また、期間αは0(ゼロ)であってもよい。
また、本発明の別の実施形態では、制御信号生成部243は、過去の複数の半周期における入力電流の平均電流値に基づいて、制御信号を特定するものであってもよい。
図16は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ50は、図16に示すように、CPU60、メインメモリ70、ストレージ80、インターフェース90を備える。
例えば、上述のコンバータ制御部24、インバータ制御部32、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ50に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ80に記憶されている。CPU60は、プログラムをストレージ80から読み出してメインメモリ70に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU60は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ70に確保する。
2・・・コンバータ装置
3・・・インバータ装置
4・・・交流電源
5・・・モータ
21・・・整流回路
22・・・入力電流特定部
23・・・ゼロクロス検出部
24・・・コンバータ制御部
31・・・IPM
32・・・インバータ制御部
50・・・コンピュータ
60・・・CPU
70・・・メインメモリ
80・・・ストレージ
90・・・インターフェース
200・・・ブリッジ回路
211・・・リアクタ
212・・・第1回路
212a、213a・・・ダイオード
212b、213b、216・・・コンデンサ
212c、213c・・・抵抗
213・・・第2回路
214、215・・・スイッチング素子
214a、215a・・・トランジスタ部
214b、215b・・・ソース−ドレイン間の寄生ダイオード
241・・・基準特定部
242・・・入力電流取得部
243・・・制御信号生成部
244・・・記憶部
Claims (18)
- 負荷に供給される負荷電流を特定する負荷電流特定部と、
前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えているか否かを判定する負荷電流判定部と、
前記負荷電流判定部が前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、同期整流制御を停止させる同期整流制御停止信号を生成し、PAM制御を行うPAM制御信号を生成し、前記同期整流制御を行う同期整流制御信号を生成する制御信号特定部と、
前記負荷電流判定部が前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、前記同期整流制御停止信号をスイッチング素子に出力して前記同期整流制御を停止させた後に、前記PAM制御信号を前記スイッチング素子に出力し、さらに前記同期整流制御信号を前記スイッチング素子に出力する制御信号出力部と、
を備えるコンバータ装置。 - 前記制御信号特定部は、
前記負荷電流判定部が前記負荷電流の電流値が所定の電流値以下であると判定した場合に、前記同期整流制御を停止させる同期整流制御停止信号を生成し、前記PAM制御を停止させるPAM制御停止信号を生成し、前記同期整流制御を行う同期整流制御信号を生成し、
前記制御信号出力部は、
前記負荷電流判定部が前記負荷電流の電流値が所定の電流値以下であると判定した場合に、前記同期整流制御停止信号を前記スイッチング素子に出力して前記同期整流制御を停止させた後に、前記PAM制御停止信号を前記スイッチング素子に出力して前記PAM制御を停止させ、さらに前記同期整流制御信号を前記スイッチング素子に出力する、
請求項1に記載のコンバータ装置。 - 交流電源から入力される入力電流の電流値を取得する入力電流取得部と、
前記入力電流の電流値が所定の電流値以下であるか否かを判定する入力電流判定部と、
前記入力電流判定部が前記入力電流の電流値が所定の電流値以下であると判定した場合、前記交流電源から出力される交流電圧の半周期について、当該電流値の入力電流が流れると予想した一定の期間である第1期間を特定する第1期間特定部と、
を備え、
前記制御信号特定部は、
前記第1期間に基づいて、スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定する、
請求項1または請求項2に記載のコンバータ装置。 - 前記入力電流判定部が前記入力電流の電流値が所定の電流値を超えると判定した場合、前記入力電流の電流値に基づいて、前記交流電源から出力される交流電圧の半周期について、前記入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第2期間を特定する第2期間特定部と、
前記第1タイミングの直前または前記第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、前記第2期間との総和である第3期間を特定する第3期間特定部と、
を備え、
前記制御信号特定部は、
前記第1期間または前記第3期間に基づいて、スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定する、
請求項3に記載のコンバータ装置。 - 前記第3期間は、
前記半周期内にある、
請求項4に記載のコンバータ装置。 - 2つのスイッチング素子を有し、前記交流電源の出力する電力を整流するブリッジ回路と、
前記制御信号を適用する前記半周期において、前記2つのスイッチング素子の一方へ前記制御信号を出力する制御信号出力部と、
を備える請求項3から請求項5の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記入力電流の電流値は、
前記制御信号が適用される半周期より前の半周期における入力電流の電流値である、
請求項3から請求項6の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記入力電流の電流値は、
前記制御信号が適用される半周期の直前の半周期における入力電流の電流値である、
請求項7に記載のコンバータ装置。 - 前記入力電流の電流値は、
過去の複数の半周期における入力電流の電流値の平均値である、
請求項3から請求項6の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロス点に基づいて前記半周期の基準となるタイミングを特定する基準特定部と、
を備える請求項3から請求項9の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記入力電流に係る物理量に基づいて前記入力電流の電流値を特定する入力電流特定部、
を備え、
前記入力電流取得部は、
前記入力電流特定部が特定した前記電流値を取得する、
請求項3から請求項10の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記入力電流の電流値と、当該電流値の場合の前記交流電源から出力される交流電圧の位相を基準とした、スイッチング素子の制御信号の位相の調整量との対応関係を示すデータテーブルを記憶する記憶部と、
前記入力電流取得部が取得した前記電流値と、前記データテーブルにおける前記電流値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記入力電流取得部が取得した前記電流値に最も近い値の電流値を、前記データテーブルにおいて特定する第1特定部と、
前記第1特定部が前記データテーブルにおいて特定した電流値に対応付けられている前記位相の調整量を特定する第2特定部と、
前記交流電圧の位相を基準に、前記第2特定部が特定した前記調整量だけ前記制御信号の位相を調整する位相調整部と、
前記位相調整部が前記調整量だけ位相を調整した前記制御信号を前記スイッチング素子に出力する制御信号出力部と、
を備える請求項3に記載のコンバータ装置。 - 前記電流値は、実効値である、
請求項12に記載のコンバータ装置。 - 前記電流値は、瞬時値である、
請求項12に記載のコンバータ装置。 - 2つのスイッチング素子を有し、前記交流電源の出力する電力を整流するブリッジ回路、
を備え、
前記制御信号出力部は、
前記2つのスイッチング素子の一方へ同期整流制御を行う前記制御信号を出力し、前記2つのスイッチング素子の他方へPAM制御を行う前記制御信号を出力する、
請求項12から請求項14の何れか一項に記載のコンバータ装置。 - 前記制御信号出力部は、
前記同期整流制御を行う前記制御信号と、前記PAM制御を行う前記制御信号の出力先前記2つのスイッチング素子を半周期ごとに切り替える、
請求項15に記載のコンバータ装置。 - 負荷に供給される負荷電流を特定することと、
前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えているか否かを判定することと、
前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、同期整流制御を停止させる同期整流制御停止信号を生成することと、
PAM制御を行うPAM制御信号を生成することと、
前記同期整流制御を行う同期整流制御信号を生成することと、
前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、前記同期整流制御停止信号をスイッチング素子に出力して前記同期整流制御を停止させた後に、前記PAM制御信号を前記スイッチング素子に出力し、さらに前記同期整流制御信号を前記スイッチング素子に出力することと、
を含む制御切り替え方法。 - コンピュータに、
負荷に供給される負荷電流を特定することと、
前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えているか否かを判定することと、
前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、同期整流制御を停止させる同期整流制御停止信号を生成することと、
PAM制御を行うPAM制御信号を生成することと、
前記同期整流制御を行う同期整流制御信号を生成することと、
前記負荷電流の電流値が所定の電流値を超えていると判定した場合に、前記同期整流制御停止信号をスイッチング素子に出力して前記同期整流制御を停止させた後に、前記PAM制御信号を前記スイッチング素子に出力し、さらに前記同期整流制御信号を前記スイッチング素子に出力することと、
を実行させるプログラム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018133126A JP7136613B2 (ja) | 2018-07-13 | 2018-07-13 | コンバータ装置、制御切り替え方法及びプログラム |
PCT/JP2019/021408 WO2020012814A1 (ja) | 2018-07-13 | 2019-05-29 | コンバータ装置、制御切り替え方法及びプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018133126A JP7136613B2 (ja) | 2018-07-13 | 2018-07-13 | コンバータ装置、制御切り替え方法及びプログラム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020014275A true JP2020014275A (ja) | 2020-01-23 |
JP7136613B2 JP7136613B2 (ja) | 2022-09-13 |
Family
ID=69142320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018133126A Active JP7136613B2 (ja) | 2018-07-13 | 2018-07-13 | コンバータ装置、制御切り替え方法及びプログラム |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7136613B2 (ja) |
WO (1) | WO2020012814A1 (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002017087A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-18 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | スイッチング電源 |
JP2003061347A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-28 | Tdk Corp | スイッチング電源装置 |
WO2009075366A1 (ja) * | 2007-12-11 | 2009-06-18 | Tokyo Institute Of Technology | ソフトスイッチング電力変換装置 |
JP2010252451A (ja) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 電力変換装置のスイッチング素子駆動回路 |
JP2016171680A (ja) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー(ホンコン)リミテッド | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機、並びに電力変換方法 |
JP2017112776A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 三菱重工業株式会社 | コンバータ装置、駆動制御装置、モータ、およびコンプレッサ |
-
2018
- 2018-07-13 JP JP2018133126A patent/JP7136613B2/ja active Active
-
2019
- 2019-05-29 WO PCT/JP2019/021408 patent/WO2020012814A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002017087A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-18 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | スイッチング電源 |
JP2003061347A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-28 | Tdk Corp | スイッチング電源装置 |
WO2009075366A1 (ja) * | 2007-12-11 | 2009-06-18 | Tokyo Institute Of Technology | ソフトスイッチング電力変換装置 |
JP2010252451A (ja) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 電力変換装置のスイッチング素子駆動回路 |
JP2016171680A (ja) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー(ホンコン)リミテッド | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機、並びに電力変換方法 |
JP2017112776A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 三菱重工業株式会社 | コンバータ装置、駆動制御装置、モータ、およびコンプレッサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020012814A1 (ja) | 2020-01-16 |
JP7136613B2 (ja) | 2022-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2021002983A (ja) | 半導体装置 | |
JP2015208109A (ja) | 直流電源装置およびそれを用いた空気調和機 | |
CN108604867B (zh) | 电力变换装置 | |
JP6543872B2 (ja) | 制御装置、制御方法及びプログラム | |
WO2010038841A1 (ja) | 三相整流装置 | |
WO2020012787A1 (ja) | コンバータ装置、制御信号特定方法及びプログラム | |
JP6016720B2 (ja) | 電力変換装置および電力変換方法 | |
WO2020012814A1 (ja) | コンバータ装置、制御切り替え方法及びプログラム | |
JP7080121B2 (ja) | コンバータ装置、制御信号特定方法及びプログラム | |
JP6587134B2 (ja) | コンバータ、モータ駆動装置、異常検出方法及びプログラム | |
JP7080120B2 (ja) | コンバータ装置、制御信号生成方法及びプログラム | |
JP6358508B2 (ja) | 不平衡補正装置、不平衡補正方法及びプログラム | |
JP2009273242A (ja) | 直流電源装置およびそれを備えた空気調和機 | |
CN106716811B (zh) | 整流电路的电流推定电路、ac-dc转换器、电力控制装置、电流推定方法及记录介质 | |
JP6066898B2 (ja) | 電力変換装置、および電力変換方法 | |
JP2001095256A (ja) | 電源回路 | |
JP2009033814A (ja) | 直流電源装置 | |
JP2022159808A (ja) | コンバータ制御装置、コンバータシステム、制御方法及びプログラム | |
JP2020022213A (ja) | 直流電源装置 | |
JP2023135387A (ja) | 電力変換装置 | |
TW202337123A (zh) | 電力轉換系統 | |
JP2016032307A (ja) | 電力変換装置およびその制御方法 | |
JP2020174426A (ja) | 制御装置、モータシステム、制御方法及びプログラム | |
JP2019122060A (ja) | 三相倍電圧整流回路、空気調和機及び空気調和機による制御方法 | |
JP2019087125A (ja) | アクティブフィルタ、制御方法及びプログラム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20210706 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220517 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220719 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220809 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220901 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7136613 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |