JP4649976B2 - PWM controller for power converter - Google Patents
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Description
この発明は、インバータ等の電力変換器を構成する半導体スイッチ素子をパルス幅変調(PWM)制御するPWM制御装置、特に出力電圧および電流の波形改善技術に関する。 The present invention relates to a PWM control device that performs pulse width modulation (PWM) control of a semiconductor switch element that constitutes a power converter such as an inverter, and more particularly to a technique for improving waveforms of output voltage and current.
図3に、例えば特許文献1に開示されているPWMインバータの例を示す。
図3において、1はインバータで、直流電源2とU相アーム(U相レグ)3およびV相アーム(V相レグ)4から構成される。U相レグ3は半導体スイッチ3a,3bと、これらに逆並列に接続されたダイオード3c,3dからなり、V相レグ4は半導体スイッチ4a,4bと、これらに逆並列に接続されたダイオード4c,4dからなっている。
FIG. 3 shows an example of a PWM inverter disclosed in Patent Document 1, for example.
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes an inverter, which includes a DC power source 2, a U-phase arm (U-phase leg) 3, and a V-phase arm (V-phase leg) 4. The
これらの半導体スイッチ3a,3b,4a,4bはそれぞれ、制御装置10から出力されるゲート信号GU,GX,GV,GYに基づきオン・オフ動作する。そして、このスイッチング動作により、リアクトル7およびコンデンサ8で構成されるフィルタを介して、負荷5に正弦波状の電圧を供給している。制御装置10は加算器11,変調波生成部12,ゲート信号生成部13および切替えスイッチ14等からなる。その動作について、以下に説明する。
These
加算器11および切替えスイッチ14は、上下アームの半導体スイッチ素子(3aと3bまたは4aと4b)がともにオフする期間、すなわちデッドタイムの影響により生じる出力電圧および電流の波形歪を補償するものである。切替えスイッチ14では、電流検出器6で検出した出力電流の検出値Ioutがしきい値+Ithよりも大きい場合(Iout>Ith)は、その補償量として+Vdtを選択し、検出値Ioutがしきい値−Ithよりも小さい場合(Iout<−Ith)は、その補償量として−Vdtを選択する。
The
そして、加算器11により、出力電圧指令Vout*に補償量を加算することで、デッドタイム補償を行なっている。また、切替えスイッチ14は、検出値Ioutがしきい値−Ith以上で、かつ+Ith以下の場合(−Ith≦Iout≦+Ith)は、その出力として“0”を選択し、デッドタイム補償を行なわないようにしている。変調波生成部12は、デッドタイム補償後の出力電圧指令Vout1*に基づき、U相およびV相の変調波PWMUおよびPWMVを出力し、ゲート信号生成部13は変調波PWMUまたはPWMVを三角波キャリアと比較することにより、デッドタイムを含んだ各半導体スイッチのゲート信号GU,GX,GV,GYを出力し、各半導体スイッチをオン・オフさせている。
The
PWM制御により、一般的に出力電流にリプルが生じる。この電流リプルの山または谷のタイミングは、U相またはV相のデッドタイム期間であるため、山または谷の電流値がゼロ付近にあると、デッドタイム期間中のU相またはV相の上下のダイオード(3c,3d,4c,4d)はともにオンせず、その出力電位が不定となる。その結果、出力電流のゼロクロス付近において、出力電圧および電流の波形に歪が生じるという問題がある。
したがって、この発明の課題は、出力電流のゼロクロス付近における出力電圧,電流波形歪を抑制することにある。
The PWM control generally causes a ripple in the output current. Since the peak or valley timing of this current ripple is the dead time period of the U phase or the V phase, if the current value of the peak or valley is near zero, the top and bottom of the U phase or V phase during the dead time period The diodes (3c, 3d, 4c, 4d) are not turned on, and their output potentials are indefinite. As a result, there is a problem that the output voltage and current waveforms are distorted near the zero cross of the output current.
Accordingly, an object of the present invention is to suppress output voltage and current waveform distortion in the vicinity of the zero cross of the output current.
このような課題を解決するため、この発明では、出力電流リプルの山または谷の電流値がゼロ付近にあると、出力電圧および電流の波形に歪が生じることから、出力電流のゼロクロス付近において電流リプルの振幅を増やし、出力電流リプルの山または谷の電流値がゼロ付近にならないようにすることを特徴とする。 In order to solve such a problem, in the present invention, if the current value of the peak or valley of the output current ripple is near zero, the output voltage and current waveforms are distorted. The ripple amplitude is increased so that the current value of the peak or valley of the output current ripple does not become near zero.
電流リプルの振幅を増やということは、例えば図2に示すように、三角波の山と谷で(または山ごと、谷ごとに)その極性の異なる値を出力電圧指令に加算し、加算後の出力電圧指令に基づき各相の変調波を生成することで可能である。
図2は出力電圧指令22が0Vの時の例を示し、三角波キャリア21の山と谷でその極性の異なる値を出力電圧指令22に加算すると、U相とV相の線間にパルス状の電圧(リプル振幅増加処理後波形:新たな出力電圧指令23)が正負交互に出力され、出力電流24の振幅が図示のように増加し、その平均電圧が出力電圧指令に一致して0Vとなる。
Increasing the amplitude of the current ripple means that, for example, as shown in FIG. 2, values having different polarities are added to the output voltage command at the peaks and valleys of the triangular wave (or for each peak and valley), This is possible by generating a modulated wave of each phase based on the output voltage command.
FIG. 2 shows an example when the output voltage command 22 is 0V. When values having different polarities at the peaks and valleys of the triangular wave carrier 21 are added to the output voltage command 22, a pulse-like waveform is formed between the U-phase and V-phase lines. Voltage (waveform after ripple amplitude increase processing: new output voltage command 23) is output alternately, and the amplitude of the
以上のように、三角波の山と谷でその極性の異なる値を出力電圧指令に加算することにより、出力される平均電圧を出力電圧指令に維持しながら、出力電流リプルの振幅を増加させることが可能であり、出力電圧および出力電流の波形歪を抑制することができる。また、出力電流のゼロクロス付近でそのリプルの振幅を増やすことにより、キャリア一周期の間に電流リプルが正負交互に流れ、各相においてデッドタイム期間中の電流リプルの極性は交互に変化する。これにより、各相で1キャリアあたりにデッドタイム期間は二回存在するが、その影響は互いに打ち消しあい、デッドタイムによる波形歪は発生しない。 As described above, the amplitude of the output current ripple can be increased while maintaining the average voltage to be output in the output voltage command by adding values having different polarities at the peaks and valleys of the triangular wave to the output voltage command. This is possible, and waveform distortion of the output voltage and output current can be suppressed. Further, by increasing the amplitude of the ripple near the zero crossing of the output current, the current ripple flows alternately between positive and negative during one carrier cycle, and the polarity of the current ripple in the dead time period alternately changes in each phase. As a result, there are two dead time periods per carrier in each phase, but their influences cancel each other and waveform distortion due to dead time does not occur.
この発明によれば、出力電流のゼロクロス付近において、出力電流リプルの振幅を増加させることにより、各相のデッドタイム期間と出力電流が0Aとなるタイミングが一致することが防止され、出力電圧および出力電流の波形歪を抑制することができる。 According to the present invention, by increasing the amplitude of the output current ripple in the vicinity of the zero cross of the output current, it is possible to prevent the dead time period of each phase from coincident with the timing when the output current becomes 0 A, and the output voltage and output Current waveform distortion can be suppressed.
図1はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
図1からも明らかなように、図3に示すものに対し切替えスイッチ15および加算器16を付加した点が特徴である。その他は図3と同様なので、以下ではその相違点を主に説明する。
上記切替えスイッチ15および加算器16は、出力電流がゼロクロス付近にあるときに、出力電流のリプルを増加させるためのもので、切替えスイッチ15は出力電流検出値Ioutおよび三角波キャリアに基づき、以下のようにその出力を決定する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
As is apparent from FIG. 1, the
The
検出値Ioutがしきい値+Ithよりも大きい(Iout>+Ith)か、またはしきい値−Ithよりも小さい(Iout<−Ith)場合は、その出力として“0”を選択する。また、検出値Ioutがしきい値−Ith以上、かつ+Ith以下の場合(−Ith≦Iout≦+Ith)で、しかも三角波キャリアが下り期間のときは、その出力として+Vofsを選択し、上り期間のときはその出力として−Vofsを選択する。 When the detection value Iout is larger than the threshold value + Ith (Iout> + Ith) or smaller than the threshold value −Ith (Iout <−Ith), “0” is selected as the output. When the detection value Iout is not less than the threshold value −Ith and not more than + Ith (−Ith ≦ Iout ≦ + Ith), and the triangular wave carrier is in the down period, + Vofs is selected as the output thereof, and in the up period Selects -Vofs as its output.
加算器16は、デッドタイム補償後の出力電圧指令Vout1*と切替えスイッチ15の出力とを加算し、変調波生成部12に対して出力電圧指令(新たな出力電圧指令)Vout2*を出力する。
以上のように、出力電圧指令Vout2*を決定することにより、出力電流のゼロクロス付近において、出力電流リプルの振幅を増加させることができ(図2参照)、出力電圧および電流の波形歪を抑制することができる。
The
As described above, by determining the output voltage command Vout2 * , the amplitude of the output current ripple can be increased in the vicinity of the zero cross of the output current (see FIG. 2), and waveform distortion of the output voltage and current is suppressed. be able to.
1…インバータ、2…直流電源、3…U相アーム(U相レグ)、3a,3b,4a,4b…半導体スイッチ、3c,3d,4c,4d…ダイオード、4…V相アーム(V相レグ)、5…負荷、6…電流検出器、7…リアクトル、8…コンデンサ、10…制御装置、11,16…加算器、12…変調波生成部、13…ゲート信号生成部、14,15…切替えスイッチ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter, 2 ... DC power supply, 3 ... U-phase arm (U-phase leg), 3a, 3b, 4a, 4b ... Semiconductor switch, 3c, 3d, 4c, 4d ... Diode, 4 ... V-phase arm (V-phase leg) ) 5 ... Load, 6 ... Current detector, 7 ... Reactor, 8 ... Condenser, 10 ... Control device, 11, 16 ... Adder, 12 ... Modulated wave generator, 13 ... Gate signal generator, 14, 15 ... Changeover switch.
Claims (1)
前記電力変換器の出力電流検出値の絶対値が所定値も小さいときは、前記指令値に出力電流リプルの振幅を増加させるための前記三角波キャリアの山と谷で極性が反転する所定値を加算する加算手段を設け、その加算された値を新たな指令値として、PWM制御を行なうことを特徴とする電圧駆動型半導体素子の電圧ばらつき抑制方式。
An on / off signal based on a comparison result between a command value considering dead time compensation and a triangular wave carrier is given to the semiconductor switch constituting the power converter in accordance with the output current detection value of the power converter, and the pulse In a PWM controller for a power converter that performs width modulation (PWM),
When the absolute value of the output current detection value of the power converter is smaller than a predetermined value, a predetermined value whose polarity is inverted at the peak and valley of the triangular wave carrier for increasing the amplitude of the output current ripple is added to the command value. And a voltage variation suppression method for a voltage-driven semiconductor element, wherein PWM control is performed using the added value as a new command value.
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