JP5310000B2 - Power converter - Google Patents

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本発明は、絶縁形直流-直流電力変換装置における変圧器の偏磁に対する保護技術に係り、特に過電流検出によりインバータのゲートを強制的にオフする際の偏磁の発生を防ぐことのできる電力変換装置に関する。   The present invention relates to a technology for protecting a transformer from magnetism in an insulated DC-DC power converter, and in particular, electric power that can prevent the occurrence of magnetism when forcibly turning off an inverter gate by overcurrent detection. The present invention relates to a conversion device.

図11に従来の電力変換装置の回路を示す。図11において、電力変換装置51は、直流電圧を印加する直流電圧入力端子19、この直流電圧入力端子19を介して供給される入力電流を平滑する入力側平滑コンデンサ1、半導体スイッチング素子2,3の直列接続回路、半導体スイッチング素子4,5の直列接続回路、半導体スイッチング素子2,3の直列接続接点と、半導体スイッチング素子4,5の直列接続接点との間に一次巻線が接続された変圧器6、変圧器6の二次巻線に接続され、変圧器二次側から出力される交流電流を整流するダイオード7〜10からなる整流回路、この整流回路の出力を平滑する平滑リアクトル11、この平滑リアクトル11に接続する負荷12、負荷12にかかる直流出力電圧を検出し、内蔵する誤差増幅器により直流出力電圧と指令値との誤差に基づいて、ゲートパルス信号のパルス幅指令値を決定するパルス幅制御部16、このパルス幅指令値にしたがって、半導体スイッチング素子2〜5のゲートのオン,オフを行うゲートパルス信号を出力するゲートパルス信号発生部15、変圧器6の一次側に接続された電流検出器13を介して入力される変圧器6の入力電流を監視し、過電流を検出する過電流検出部14、および、過電流検出部14が過電流を検出したときに、ゲートパルス信号発生部15から出力されるゲートパルス信号を強制的にオフする過電流保護部17から構成されている。

FIG. 11 shows a circuit of a conventional power converter. In FIG. 11, a power converter 51 includes a DC voltage input terminal 19 for applying a DC voltage, an input-side smoothing capacitor 1 for smoothing an input current supplied via the DC voltage input terminal 19, and semiconductor switching elements 2, 3 Series connection circuit, series connection circuit of semiconductor switching elements 4, 5, series connection contact of semiconductor switching elements 2, 3, and transformer with primary winding connected between series connection contact of semiconductor switching elements 4, 5 vessel 6 is connected to the secondary winding of the transformer 6, a rectifying circuit comprising a diode 7 to 10 for rectifying an alternating current output from the transformer secondary, the flat sliding reactor you smoothing the output of the rectifier circuit 11. The load 12 connected to the smoothing reactor 11, the DC output voltage applied to the load 12, is detected, and the error between the DC output voltage and the command value is detected by the built-in error amplifier. Accordingly, a pulse width control unit 16 that determines a pulse width command value of the gate pulse signal, and a gate pulse that outputs a gate pulse signal for turning on and off the gates of the semiconductor switching elements 2 to 5 according to the pulse width command value. An overcurrent detection unit 14 that monitors an input current of the transformer 6 that is input via a signal generator 15, a current detector 13 connected to the primary side of the transformer 6, and detects an overcurrent; and an overcurrent The detection unit 14 includes an overcurrent protection unit 17 that forcibly turns off the gate pulse signal output from the gate pulse signal generation unit 15 when an overcurrent is detected.

この構成において、図中上側の直流電圧入力端子19を正にして直流電圧を印加し、半導体スイッチング素子3と4とをオフにして半導体スイッチング素子2と5とをオンすると変圧器6に正の電圧が印加され、逆に半導体スイッチング素子2と5とをオフにして半導体スイッチング素子3と4とをオンすると負の電圧が印加される。正負の電圧を交互に印加することで高周波の交流を変圧器6に入力する。   In this configuration, when a DC voltage is applied with the DC voltage input terminal 19 on the upper side in the figure positive and the semiconductor switching elements 3 and 4 are turned off and the semiconductor switching elements 2 and 5 are turned on, a positive voltage is applied to the transformer 6. On the other hand, when the semiconductor switching elements 2 and 5 are turned off and the semiconductor switching elements 3 and 4 are turned on, a negative voltage is applied. A high-frequency alternating current is input to the transformer 6 by alternately applying positive and negative voltages.

変圧器6によってこれを変圧、絶縁した後ダイオード整流器7〜10により整流し、平滑リアクトル11により平滑することで負荷12に直流電圧が印加される。負荷12に印加される電圧はパルス幅制御部16、ゲートパルス信号発生部15により半導体スイッチング素子2〜5がオンする時比率(デューティ比)を変えることで制御可能である。   This is transformed and insulated by the transformer 6, then rectified by the diode rectifiers 7 to 10, and smoothed by the smoothing reactor 11, whereby a DC voltage is applied to the load 12. The voltage applied to the load 12 can be controlled by changing the time ratio (duty ratio) at which the semiconductor switching elements 2 to 5 are turned on by the pulse width controller 16 and the gate pulse signal generator 15.

ここで、負荷12の急変などによって大きな電流が流れ、スイッチング素子が破壊されるのを防ぐために、電流検出器13によって変圧器6に流れる電流を監視し、過電流検出部14で大きな電流が流れたことを検知して過電流保護部17でゲートパルスを強制オフして電流を絞るという方法が一般的に行われている。   Here, in order to prevent a large current from flowing due to a sudden change in the load 12 and the switching element from being destroyed, the current flowing through the transformer 6 is monitored by the current detector 13, and a large current flows from the overcurrent detection unit 14. In general, the overcurrent protection unit 17 forcibly turns off the gate pulse to reduce the current.

ところが、この過電流保護部17が動作してゲートパルスを強制的にオフすると、これにより生じる正負のパルスのアンバランスに起因する偏磁が発生する。偏磁が起こると、場合によっては、変圧器6が磁気飽和を起こして装置に大きな電流が流れる。この場合には、たとえ過電流保護部17がパルスをオフしたとしても電流を絞ることができずに装置が破壊されてしまう可能性があるので、この過電流保護部17の動作に伴う偏磁の発生を防止する必要がある。   However, when the overcurrent protection unit 17 operates to forcibly turn off the gate pulse, a bias magnetism is generated due to the unbalance of positive and negative pulses generated thereby. When the magnetism occurs, in some cases, the transformer 6 causes magnetic saturation, and a large current flows through the device. In this case, even if the overcurrent protection unit 17 turns off the pulse, the current cannot be reduced and the device may be destroyed. It is necessary to prevent the occurrence of

従来提案されている過電流保護のためにゲートパルスを強制的にオフすることによって生ずる偏磁を抑制する技術として、特許文献1では、変圧器一次側に設けられた交流電流検出器により検出された交流出力電流が過電流保護レベルに達したことが検出されたときは、一方のアームをゲートブロックした後、ゲートデブロックする際に変圧器の残留磁束に見合った期間だけ、もう一方のアームに与える最初のゲートパルスのパルス幅を短くするという思想が開示されている。   As a technique for suppressing the demagnetization caused by forcibly turning off the gate pulse for overcurrent protection that has been proposed in the past, in Patent Document 1, it is detected by an AC current detector provided on the primary side of the transformer. When it is detected that the AC output current has reached the overcurrent protection level, one arm is gate-blocked, and then the other arm is used for the period commensurate with the residual magnetic flux of the transformer when the gate is deblocked. The idea of shortening the pulse width of the first gate pulse applied to is disclosed.

特開2008−228491号公報JP 2008-228491 A

しかしながら、特許文献1に記載されているデブロック後の最初のゲートパルスは、本来のゲートパルスのオンタイミングを後ろにずらすものであるため、特に過電圧発生時にゲートのオン期間が短く高負荷時においては出力電圧が不安定になる可能性がある。   However, since the first gate pulse after deblocking described in Patent Document 1 shifts the original gate pulse on-timing backward, the gate-on period is particularly short when an overvoltage occurs, and at high loads. May cause the output voltage to become unstable.

本発明は、上述のかかる事情に鑑みてなされたものであり、過電流保護のためのパルスオフによって生じる正負のゲートパルスのアンバランスに起因する瞬時的で変動の大きい偏磁に対して出力電圧の変動を抑えつつ、すばやく応答して偏磁を抑制することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and the output voltage of the output voltage against instantaneous and large fluctuations due to imbalance between positive and negative gate pulses caused by pulse-off for overcurrent protection. An object of the present invention is to provide a power converter capable of responding quickly and suppressing the demagnetization while suppressing fluctuations.

上記課題を解決するために、本発明に係わる電力変換装置は、半導体スイッチング素子により構成され、該半導体スイッチング素子のゲートをオン、オフすることにより直流電圧を交流電圧に変換し、該交流電圧を正負の電圧パルスとして交互に出力するインバータと、インバータの出力に接続され、電圧パルスを印加される変圧器と、変圧器の出力に接続される整流回路と、整流回路の出力に接続される平滑リアクトルと負荷との直列接続回路と、負荷にかかる直流出力電圧を検出し、誤差増幅器により直流出力電圧と指令値との誤差に基づき、電圧パルスのパルス幅指令値を決定するパルス幅制御部と、パルス幅指令値にしたがって、半導体スイッチング素子のゲートのオン、オフを行うためのゲートパルス信号を所定の周期で出力するゲートパルス信号発生部と、変圧器の入力電流を検出して所定のしきい値と比較して過電流を検出すると過電流検出信号を出力する過電流検出部と、過電流検出信号が出力された時点の半周期の間、ゲートパルス信号の出力を強制的にオフする過電流保護部とを有する電力変換装置において、過電流検出信号が出力された時点の次の半周期のゲートのオン期間を、ゲートパルス信号発生部から出力されるゲートパルス信号のオフタイミングをずらすことによって、過電流を検出して強制的にオフにしたときのゲートのオン期間に等しくするように調整し、調整後のゲートパルス信号を半導体スイッチング素子のゲートへ出力するゲートパルス信号調整部を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a power conversion device according to the present invention includes a semiconductor switching element, converts a DC voltage into an AC voltage by turning on and off a gate of the semiconductor switching element, and converts the AC voltage to the AC voltage. An inverter that alternately outputs positive and negative voltage pulses, a transformer connected to the output of the inverter, to which a voltage pulse is applied, a rectifier circuit connected to the output of the transformer, and a smoothing connected to the output of the rectifier circuit A series connection circuit of a reactor and a load; a pulse width control unit that detects a DC output voltage applied to the load and determines a pulse width command value of a voltage pulse based on an error between the DC output voltage and the command value by an error amplifier; In accordance with the pulse width command value, a gate pulse signal for turning on and off the gate of the semiconductor switching element is output at a predetermined cycle. An overcurrent detection signal output unit, an overcurrent detection unit that outputs an overcurrent detection signal when an overcurrent is detected by detecting an input current of the transformer and comparing with a predetermined threshold In a power converter having an overcurrent protection unit that forcibly turns off the output of the gate pulse signal during a half cycle of the time point, the gate ON period of the next half cycle after the overcurrent detection signal is output By adjusting the OFF timing of the gate pulse signal output from the gate pulse signal generator, it is adjusted to be equal to the ON period of the gate when the overcurrent is detected and forcibly turned off. A gate pulse signal adjustment unit that outputs a gate pulse signal to the gate of the semiconductor switching element is provided.

本発明では、過電流検出部が過電流を検出した次の半周期のゲートパルスを、過電流を検出して強制的にオフにしたゲートパルスのオン期間に等しくなる期間だけオンにした後強制的にオフするゲートパルス信号調整部を有することにより、パルスのアンバランスを解消し正負のパルス幅のアンバランスで生じる変圧器の偏磁を、次の半周期のパルス幅を調整して解消させ偏磁の発生を防ぐことができる。   In the present invention, the gate pulse of the next half cycle in which the overcurrent detection unit detects the overcurrent is turned on only after a period equal to the on period of the gate pulse detected by overcurrent and forcibly turned off. By having a gate pulse signal adjustment unit that turns off automatically, the bias of the transformer is eliminated and the bias of the transformer caused by the unbalance of the positive and negative pulse widths is eliminated by adjusting the pulse width of the next half cycle. Generation of magnetic bias can be prevented.

特に、過電流検出時にゲートパルスを強制的にオフすることに合わせて、その半周期後のゲートパルスのオフタイミングを調整することによって両ゲートパルスの幅を等しくするように制御するので、オン・オフ周期を大きく乱すことがなく、より安定した出力電圧を得ることができる。   In particular, since the gate pulse is forcibly turned off when an overcurrent is detected, the gate pulse is controlled to have the same width by adjusting the gate pulse off timing after that half cycle. A more stable output voltage can be obtained without greatly disturbing the off period.

なお、ゲートパルス信号調整部は、ゲートパルスの立ち上がりで起動し該ゲートパルスのオン期間中カウントアップを行うパルス幅計測カウンタと、設定値からカウントダウンを開始し、零になった時点でゲートパルス信号をオフ状態にするパルスマスク信号を発生するパルスマスク発生タイマとを設け、過電流検出信号が出力された時点のパルス幅計測カウンタのカウント値をパルスマスク発生タイマの設定値としてセットし、ゲートパルス信号発生部からのゲートパルス信号とパルスマスク信号との論理積を調整後のゲートパルス信号として出力することによって実現することができる。   The gate pulse signal adjustment unit starts at the rising edge of the gate pulse and counts up during the ON period of the gate pulse, and starts counting down from the set value. A pulse mask generation timer that generates a pulse mask signal that turns off the signal, and sets the count value of the pulse width measurement counter when the overcurrent detection signal is output as the setting value of the pulse mask generation timer. This can be realized by outputting the logical product of the gate pulse signal from the signal generator and the pulse mask signal as an adjusted gate pulse signal.

また、本発明に係わる電力変換装置は、過電流検出信号が出力されるまでのオン期間を計測してパルス幅指令値として出力するパルス幅計測カウンタを有し、さらに、過電流検出信号が出力された時点の次の半周期のみ、パルス幅計測カウンタから出力されるパルス幅指令値に相当するオン期間とパルス幅制御部で決定されたパルス幅指令値に相当するオン期間との差分だけゲートパルス信号発生部から出力されるゲートパルス信号の周期を短くするゲートパルス周期調整部を備えることを特徴とする。   The power converter according to the present invention has a pulse width measurement counter that measures an ON period until an overcurrent detection signal is output and outputs it as a pulse width command value, and further outputs an overcurrent detection signal. Only the difference between the ON period corresponding to the pulse width command value output from the pulse width measurement counter and the ON period corresponding to the pulse width command value determined by the pulse width controller is gated only for the next half period A gate pulse period adjustment unit that shortens the period of the gate pulse signal output from the pulse signal generation unit is provided.

本発明では、ゲートパルスのオン期間が短くなるのに伴って全体の周期も短くするのでオン・オフ比率の変化によって出力電圧が変動することを防止することができる。   In the present invention, since the entire period is shortened as the on-period of the gate pulse is shortened, it is possible to prevent the output voltage from fluctuating due to a change in the on / off ratio.

以上、本発明によれば、ゲートパルス信号のオフタイミングをずらすことによって、過電流が検出された次の半周期のゲートのオン期間を過電流検出によって強制的にオフにしたときのゲートのオン期間に等しくするように調整するので、出力電圧の変動を抑えつつ、過電流保護のためのパルスオフによって生じる瞬時的な正負のゲートパルスのアンバランを解消し、偏磁を防止することができる。   As described above, according to the present invention, by turning off the off timing of the gate pulse signal, the gate on-time when the on-period of the gate in the next half cycle in which the overcurrent is detected is forcibly turned off by overcurrent detection. Since the adjustment is made to be equal to the period, it is possible to eliminate the instantaneous unbalance of the positive and negative gate pulses caused by the pulse-off for overcurrent protection while suppressing the fluctuation of the output voltage, and to prevent the bias magnetism.

また、ゲートパルスのオン期間が短くなるのに伴い全体の周期も短くすることにより、ゲートパルスのアンバランスを解消したことによるデューティ比の変化を防止し、出力電圧変動の抑制効果を向上させることができる。   In addition, by shortening the overall period as the gate pulse on-period is shortened, the duty ratio change due to elimination of gate pulse imbalance is prevented, and the effect of suppressing output voltage fluctuation is improved. Can do.

本発明の第1の実施の形態による電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device by the 1st Embodiment of this invention. 図1の各部の通常時の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform at the time of normal of each part of FIG. 図1のゲートパルス信号調整部18が無い場合の、各部の過電流発生時の波形図である。It is a wave form diagram at the time of the overcurrent generation | occurrence | production of each part when there is no gate pulse signal adjustment part 18 of FIG. 図1のゲートパルス信号調整部18が有る場合の、各部の過電流発生時の波形図である。It is a wave form diagram at the time of the overcurrent generation | occurrence | production of each part in case there exists the gate pulse signal adjustment part 18 of FIG. 図1のゲートパルス信号調整部18の一実施例による回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram according to an embodiment of a gate pulse signal adjustment unit 18 of FIG. 1. 図1のゲートパルス信号調整部18の動作を説明するための各部の波形図である。It is a wave form diagram of each part for demonstrating operation | movement of the gate pulse signal adjustment part 18 of FIG. 図1のゲートパルス信号調整部18の他の実施例による回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram according to another embodiment of the gate pulse signal adjustment unit 18 of FIG. 1. 本発明の第2の実施の形態による電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device by the 2nd Embodiment of this invention. 図8の電力変換装置の動作を説明するための各部の波形図である。It is a wave form diagram of each part for demonstrating operation | movement of the power converter device of FIG. 図8のゲートパルス周期調整部20の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a gate pulse period adjustment unit 20 in FIG. 8. 従来技術による電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device by a prior art.

以下、本発明の第1の実施の形態を説明する。図1は、第1の実施の形態による電力変換装置50の構成図である。図11の構成に対して、過電流検出部14が過電流を検出して過電流保護部17がゲートパルスを強制オフした次の半周期のゲートパルスのパルス幅を調整するゲートパルス信号調整部18を追加している。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion device 50 according to the first embodiment. 11, a gate pulse signal adjustment unit that adjusts the pulse width of the next half-cycle gate pulse in which the overcurrent detection unit 14 detects an overcurrent and the overcurrent protection unit 17 forcibly turns off the gate pulse. 18 is added.

次に、上記の構成を有する電力変換装置50の動作を説明する。
まず、通常動作においては、インバータを構成する半導体スイッチング素子2と5と、半導体スイッチング素子3と4とを交互にオンすることによって高周波の交流を変圧器6に入力する。変圧器6によってこれを変圧、絶縁した後ダイオード整流器7〜10により整流し、平滑リアクトル11により平滑することで負荷12に直流電圧を印加する。負荷12に印加する電圧はパルス幅制御部16により決定された指令値をもとにゲートパルス信号発生部15が発生するゲートパルスによって半導体スイッチング素子2〜5がオンする時比率を変えることで制御を行う。
Next, the operation of the power conversion device 50 having the above configuration will be described.
First, in normal operation, high-frequency alternating current is input to the transformer 6 by alternately turning on the semiconductor switching elements 2 and 5 and the semiconductor switching elements 3 and 4 constituting the inverter. This is transformed and insulated by the transformer 6, then rectified by the diode rectifiers 7 to 10, and smoothed by the smoothing reactor 11 to apply a DC voltage to the load 12. The voltage applied to the load 12 is controlled by changing the time ratio at which the semiconductor switching elements 2 to 5 are turned on by the gate pulse generated by the gate pulse signal generator 15 based on the command value determined by the pulse width controller 16. I do.

図2に正常時の各部の波形を示す。この図において、(1)は過電流保護部17から出力される半導体スイッチング素子2,5へのゲートパルス(以下パルス2,5という。)、(2)は半導体スイッチング素子3,4へのゲートパルス(以下、パルス3,4という。)、(3)は変圧器6の一次電圧、(4)は変圧器6の一次電流、(5)は平滑リアクトル11の出力電流を表している。   FIG. 2 shows the waveforms of the respective parts at the normal time. In this figure, (1) is a gate pulse (hereinafter referred to as pulses 2 and 5) to the semiconductor switching elements 2 and 5 output from the overcurrent protection unit 17, and (2) is a gate to the semiconductor switching elements 3 and 4. Pulses (hereinafter referred to as pulses 3 and 4) and (3) represent the primary voltage of the transformer 6, (4) represents the primary current of the transformer 6, and (5) represents the output current of the smoothing reactor 11.

正常時は、変圧器6の一次電流は過電流検出レベルを超えないので、過電流保護部17、ゲートパルス信号調整部18は単にゲートパルス信号発生部15から出力されるゲートパルスを順次そのまま伝達して、半導体スイッチング素子2〜5をオン・オフする。   When normal, the primary current of the transformer 6 does not exceed the overcurrent detection level, so the overcurrent protection unit 17 and the gate pulse signal adjustment unit 18 simply transmit the gate pulses output from the gate pulse signal generation unit 15 in sequence as they are. Then, the semiconductor switching elements 2 to 5 are turned on / off.

次に、過電流が発生した場合に、ゲートパルス信号調整部18がなかった場合の波形を、図3に示す。この図では、時刻t1で正側の電流が検出レベルを超え(図3(4))、これによって過電流保護部がパルス2,5を強制的にオフにする。パルス幅が短くなったことにより、電流が抑えられ、次にパルス3,4を発生する時には負側の電流は検出レベルを下回り、通常通りのパルスが発生する。電流が抑えられるので、保護の目的は達成しているが、時刻t1を含む1周期分のパルス幅が正負アンバランスになり、ここで偏磁が起きる。   Next, FIG. 3 shows a waveform when there is no gate pulse signal adjustment unit 18 when an overcurrent occurs. In this figure, the current on the positive side exceeds the detection level at time t1 (FIG. 3 (4)), whereby the overcurrent protection unit forcibly turns off the pulses 2 and 5. Due to the shortened pulse width, the current is suppressed, and the next time the pulses 3 and 4 are generated, the negative current falls below the detection level and a normal pulse is generated. Since the current is suppressed, the purpose of protection is achieved, but the pulse width for one cycle including the time t1 becomes unbalanced between positive and negative, and here, demagnetization occurs.

図4は、ゲートパルス信号調整部18がある場合の波形で、この場合には、時刻t3から始まる負側のパルス3,4のオン時間が、t1−t0に等しくなる時刻t4になった時点で、パルス3,4をオフにする。これにより、正負のパルス幅のバランスが保たれ、偏磁を防止することができる。   FIG. 4 shows a waveform when the gate pulse signal adjustment unit 18 is provided. In this case, the on-time of the negative pulses 3 and 4 starting from the time t3 becomes a time t4 when equal to t1 to t0. Then, the pulses 3 and 4 are turned off. As a result, the balance between the positive and negative pulse widths is maintained, and magnetic bias can be prevented.

図5は、ゲートパルス信号調整部18を、カウンタ、タイマと論理積ゲートで構成した例である。また、この構成例での各部の動作を図6に示す。この例では、パルス幅計測カウンタ18aが、ゲートパルスがオンの間カウントアップしている(図6(3))。時刻t1で過電流が発生すると、その時点でのパルス幅計測カウンタのカウント値がパルスマスク発生タイマ18bに設定される(図6(4))。そして、次の半周期の開始である時刻t3からパルスマスク発生タイマ18bが設定値からカウントダウンを開始し、0になった時刻t4でパルスマスク信号を発生させる(図6(5))。その後、論理積ゲート18cによってゲートパルス信号(図6(2))とパルスマスク信号(図6(5))とで論理積をとった信号が、最終的な調整済ゲートパルスとして負側の半導体スイッチング素子3,4をオンすることになる(図6(6))。   FIG. 5 shows an example in which the gate pulse signal adjustment unit 18 is configured with a counter, a timer, and an AND gate. FIG. 6 shows the operation of each part in this configuration example. In this example, the pulse width measurement counter 18a counts up while the gate pulse is on ((3) in FIG. 6). When an overcurrent occurs at time t1, the count value of the pulse width measurement counter at that time is set in the pulse mask generation timer 18b (FIG. 6 (4)). Then, the pulse mask generation timer 18b starts counting down from the set value at time t3, which is the start of the next half cycle, and generates a pulse mask signal at time t4 when it reaches 0 (FIG. 6 (5)). Thereafter, a signal obtained by logical product of the gate pulse signal (FIG. 6 (2)) and the pulse mask signal (FIG. 6 (5)) by the AND gate 18c is used as the final adjusted gate pulse. The switching elements 3 and 4 are turned on (FIG. 6 (6)).

なお、図5では、ハードウェア構成のような表現になっているが、この部分は、ハードウェアで構成することも可能であるし、マイコンの機能を用いて一部または全てをソフトウェアで実現することも可能である。図7は、ゲートパルス信号調整部18の別の構成例で、この例では、パルス幅計測カウンタ18aで計測した過電流検出時点までのオン期間をパルス幅指令値として、パルス幅制御部16から出力される通常時のパルス幅指令値と切り替え器18dで切り替えて、ゲートパルス信号発生部15への指令値として出力する構成となっている。この例の場合も、ハードウェアでもソフトウェアでも実現可能である。   In FIG. 5, an expression like a hardware configuration is used. However, this part can be configured by hardware, and a part or all of the part is realized by software using the function of the microcomputer. It is also possible. FIG. 7 shows another configuration example of the gate pulse signal adjustment unit 18. In this example, the pulse width control unit 16 uses the ON period until the overcurrent detection time measured by the pulse width measurement counter 18 a as the pulse width command value. The normal pulse width command value to be output is switched by the switch 18d and output as a command value to the gate pulse signal generator 15. This example can also be realized by hardware or software.

以上、本実施の形態によれば、過電流検出時にゲートパルスをオフにする過電流保護に合わせて、その半周期後のゲートパルスのオンタイミングは変えずに、過電流検出時のパルスのパルス幅に合わせてオフタイミングを調整するようにしたので、ゲートオフ期間が必要以上に長くならず、高負荷時にも出力電圧を安定化させることができる。   As described above, according to the present embodiment, in accordance with the overcurrent protection in which the gate pulse is turned off at the time of overcurrent detection, the pulse timing of the pulse at the time of overcurrent detection is not changed without changing the on timing of the gate pulse after the half cycle. Since the off timing is adjusted in accordance with the width, the gate off period does not become longer than necessary, and the output voltage can be stabilized even at a high load.

次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
図8は第2の実施の形態による電力変換装置50の構成図である。この構成の場合の動作は、図9のようになる。すなわち、時刻t1で過電流が検出されて正側のパルス2,5が強制オフされ、次の負側のパルス3,4がゲートパルス信号調整部18によって時刻t4で強制オフされるまでは、図4と同じである。その後、ゲートパルス周期調整部20によって、正側パルスで本来ゲートパルスがオフするはずだった時刻t2と、実際ゲートパルスがオフになった時刻t1との差(すなわち、ゲートパルス強制オフによってパルスが短くなった時間)の分だけ本来の次の正側のゲートパルスがオンになる時刻t7より早い時刻t6でその周期が終了し、次の正側のゲートパルスがオンになる。これにより、パルスのオン期間とオフ期間の比(デューティ比)が保たれ、出力電圧の変動が抑えられる。図10は、ゲートパルス周期調整部20を、演算器によって構成した例である。この例では、ゲートパルス信号調整部18で計測したパルス幅を、演算器20aでパルス幅指令値から減算してパルスが短くなった時間を算出し、さらにその値を、演算器20bであらかじめ規定されているパルス発生周期から減算した値を周期の設定値としてゲートパルス信号発生部15に設定し、その設定値に従ってゲートパルス信号発生部15にてゲートパルスを出力することで、図9の動作が実現できる。この例の場合も、図10の構成をマイコンに搭載されるソフトウェアで実現することも可能である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a configuration diagram of the power conversion device 50 according to the second embodiment. The operation in this configuration is as shown in FIG. That is, until an overcurrent is detected at time t1, the positive pulses 2 and 5 are forcibly turned off, and the next negative pulses 3 and 4 are forcibly turned off by the gate pulse signal adjustment unit 18 at time t4. It is the same as FIG. Thereafter, the gate pulse period adjusting unit 20 makes a difference between the time t2 when the gate pulse should have been turned off by the positive pulse and the time t1 when the actual gate pulse is turned off (that is, the pulse is turned off by the gate pulse forced off). The period ends at time t6 earlier than the time t7 when the original next positive-side gate pulse is turned on by the amount of the shortened time), and the next positive-side gate pulse is turned on. As a result, the ratio (duty ratio) between the on period and off period of the pulse is maintained, and fluctuations in the output voltage are suppressed. FIG. 10 shows an example in which the gate pulse period adjusting unit 20 is configured by an arithmetic unit. In this example, the pulse width measured by the gate pulse signal adjustment unit 18 is subtracted from the pulse width command value by the calculator 20a to calculate the time when the pulse is shortened, and the value is specified in advance by the calculator 20b. 9 is set in the gate pulse signal generator 15 as a set value for the period, and a gate pulse is output in the gate pulse signal generator 15 according to the set value. Can be realized. Also in this example, the configuration of FIG. 10 can be realized by software installed in a microcomputer.

以上、本実施の形態によれば、ゲートパルス周期調整部によって、ゲートパルスのオン期間が短くなるのに伴い全体の周期も短くすることにより、ゲートパルスのアンバランスを解消したことによるデューティ比の変化を防止するので、出力電圧の変動を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, the duty ratio of the gate pulse due to the unbalance of the gate pulse is reduced by shortening the entire period as the on-period of the gate pulse is shortened by the gate pulse period adjusting unit. Since the change is prevented, the fluctuation of the output voltage can be suppressed.

1 ・・・・・・・・・ 入力側平滑コンデンサ
2〜5 ・・・・・・・・・ 電力変換半導体スイッチング素子
6 ・・・・・・・・・ 変圧器
7〜10 ・・・・・・・・・ 出力側整流ダイオード
11 ・・・・・・・・・ 平滑リアクトル
12 ・・・・・・・・・ 負荷
13 ・・・・・・・・・ 電流検出器
14 ・・・・・・・・・ 過電流検出部
15 ・・・・・・・・・ ゲートパルス信号発生部
16 ・・・・・・・・・ パルス幅制御部
17 ・・・・・・・・・ 過電流保護部
18 ・・・・・・・・・ ゲートパルス信号調整部
18a ・・・・・・・・・ パルス幅計測カウンタ
18b ・・・・・・・・・ パルスマスク発生タイマ
18c ・・・・・・・・・ 論理積ゲート
18d ・・・・・・・・・ パルス幅指令切り替え器
19 ・・・・・・・・・ 入力電圧端子
20 ・・・・・・・・・ ゲートパルス周期調整部
20a、b ・・・・・・・・・ 演算器
50 ・・・・・・・・・ 電力変換装置
51 ・・・・・・・・・ 従来の電力変換装置
1 ·············· Input side smoothing capacitor 2 to 5 ······· Power conversion semiconductor switching element 6 ········· Transformer 7 to 10 ··· Output side rectifier diode 11 ... Smoothing reactor 12 ... Load 13 ... Current detector 14 ... …… Overcurrent detector 15 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Gate pulse signal generator 16 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Pulse width controller 17 ・ ・ ・ ・ Overcurrent Protection unit 18 ··········································································· Pulse width measurement counter 18b ··· AND gate 18d ·························· Pulse width command changer 19 ··· ·················· Input voltage terminal 20 ··············································································· Equipment 51 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Conventional power converter

Claims (1)

半導体スイッチング素子により構成され、該半導体スイッチング素子のゲートをオン、オフすることにより直流電圧を交流電圧に変換し、該交流電圧を正負の電圧パルスとして交互に出力するインバータと、
前記インバータの出力に接続され、前記電圧パルスを印加される変圧器と、
前記変圧器の出力に接続される整流回路と、
前記整流回路の出力に接続される平滑リアクトルと負荷との直列接続回路と、
前記負荷にかかる直流出力電圧を検出し、誤差増幅器により前記直流出力電圧と指令値との誤差に基づき、前記電圧パルスのパルス幅指令値を決定するパルス幅制御部と、
前記パルス幅指令値にしたがって、前記半導体スイッチング素子のゲートのオン、オフを行うためのゲートパルス信号を所定の周期で出力するゲートパルス信号発生部と、
前記変圧器の入力電流を検出して所定のしきい値と比較して過電流を検出すると過電流検出信号を出力する過電流検出部と、
前記過電流検出信号が出力された時点の半周期の間、前記ゲートパルス信号の出力を強制的にオフする過電流保護部と、
前記過電流検出信号が出力された時点の次の半周期のゲートのオン期間を、前記ゲートパルス信号発生部から出力されるゲートパルス信号のオフタイミングをずらすことによって、過電流を検出して強制的にオフにしたときのゲートのオン期間に等しくするように調整し、調整後のゲートパルス信号を前記半導体スイッチング素子のゲートへ出力するゲートパルス信号調整部と、
を有する電力変換装置において、
前記ゲートパルス信号調整部は、ゲートパルスの立ち上がりで起動し該ゲートパルスのオン期間中カウントアップを行うパルス幅計測カウンタと、設定値からカウントダウンを開始し、零になった時点でゲートパルス信号をオフ状態にするパルスマスク信号を発生するパルスマスク発生タイマとを備え、前記過電流検出信号が出力された時点の前記パルス幅計測カウンタのカウント値を前記パルスマスク発生タイマの設定値としてセットし、前記ゲートパルス信号発生部からのゲートパルス信号と前記パルスマスク信号との論理積を前記調整後のゲートパルス信号として出力することを特徴とする電力変換装置。
An inverter configured by a semiconductor switching element, converting a DC voltage into an AC voltage by turning on and off the gate of the semiconductor switching element, and alternately outputting the AC voltage as positive and negative voltage pulses;
A transformer connected to the output of the inverter and applied with the voltage pulse;
A rectifier circuit connected to the output of the transformer;
A series connection circuit of a smoothing reactor and a load connected to the output of the rectifier circuit;
A pulse width control unit that detects a DC output voltage applied to the load and determines a pulse width command value of the voltage pulse based on an error between the DC output voltage and the command value by an error amplifier;
In accordance with the pulse width command value, a gate pulse signal generator that outputs a gate pulse signal for turning on and off the gate of the semiconductor switching element at a predetermined period;
An overcurrent detection unit that detects an input current of the transformer and outputs an overcurrent detection signal when an overcurrent is detected in comparison with a predetermined threshold;
An overcurrent protection unit that forcibly turns off the output of the gate pulse signal during a half cycle when the overcurrent detection signal is output;
The over-current is detected and forced by shifting the off-time of the gate pulse signal output from the gate pulse signal generation unit during the on-period of the next half cycle of the gate when the over-current detection signal is output. A gate pulse signal adjustment unit that adjusts to be equal to the on period of the gate when it is turned off, and outputs the adjusted gate pulse signal to the gate of the semiconductor switching element;
In a power converter having
The gate pulse signal adjustment unit starts at the rising edge of the gate pulse and counts up during the ON period of the gate pulse, starts counting down from the set value, and outputs the gate pulse signal when it becomes zero. A pulse mask generation timer for generating a pulse mask signal to be turned off, and setting the count value of the pulse width measurement counter at the time when the overcurrent detection signal is output as a setting value of the pulse mask generation timer, wherein the adjusted you wherein power converter to output a gate pulse signal of the logical product of the gate pulse signal and the pulse mask signal from the gate pulse signal generating unit.
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