JP5483231B2 - Voltage uniform circuit - Google Patents

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本発明は、5レベルダイオードクランプ型もしくは4レベルダイオードクランプ型のインバータの直流リンクのための互いに直列接続されたコンデンサに接続され、各コンデンサに生じる直流電圧を均一に制御する電圧均一回路に関する。   The present invention relates to a voltage equalizing circuit that is connected to capacitors connected in series for a DC link of a five-level diode clamp type or a four-level diode clamp type inverter and uniformly controls a DC voltage generated in each capacitor.

ファン・ブロワやポンプの風量・水量制御に、インバータによる回転数制御技術を導入することによって、従来のダンパ制御によるものに比べて大幅な省エネルギーを達成することができる。   By introducing the rotation speed control technology using an inverter to control the air volume and water volume of fans, blowers and pumps, it is possible to achieve significant energy savings compared to conventional damper control.

インバータを用いた従来の高圧交流モータ可変速ドライブは、多巻線変圧器を必要とするので、ドライブシステムの重量および体積が増大する(例えば、非特許文献1参照。)。例えば、6,6kV、1MWのモータドライブシステムを、多巻線変圧器を用いて実現した場合、電力変換器の重量が1000〜2000kgであるのに対し、変圧器の重量は3000〜4000kgに達する。   Since the conventional high-voltage AC motor variable speed drive using an inverter requires a multi-winding transformer, the weight and volume of the drive system increase (for example, see Non-Patent Document 1). For example, when a 6,6 kV, 1 MW motor drive system is realized using a multi-winding transformer, the power converter weight is 1000 to 2000 kg, whereas the transformer weight reaches 3000 to 4000 kg. .

これに対し、高耐圧化が可能なマルチレベル変換器を用いたトランスレスモータドライブシステムが提案されている(例えば、非特許文献2参照。)。   On the other hand, a transformerless motor drive system using a multilevel converter capable of increasing the withstand voltage has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2).

例えば5レベルダイオードクランプ型PWMインバータ(以下、本明細書では単に「5レベルインバータ」と称する。)の場合、5レベルインバータの直流側に接続される直流電源の電圧を5分圧するために4台の直流リンクコンデンサ(以下、本明細書では単に「コンデンサ」と称する。)が直列接続されており、このコンデンサに蓄えられたエネルギーを用いて、上記5分圧に対応する5レベルの電位を有する交流出力が生成される(例えば、特許文献1)。   For example, in the case of a 5-level diode clamp type PWM inverter (hereinafter simply referred to as “5-level inverter” in this specification), four units are provided to divide the voltage of the DC power source connected to the DC side of the 5-level inverter by 5 units. DC link capacitors (hereinafter simply referred to as “capacitors”) are connected in series, and the energy stored in the capacitors is used to have a potential of 5 levels corresponding to the above-mentioned 5 partial pressures. An AC output is generated (for example, Patent Document 1).

原理上、5レベルインバータには有効電力が流入もしくは流出するので、4台のコンデンサに生じる直流リンク電圧(以下、本明細書では単に「直流電圧」と称する。)の各平均値が等しくならない、いわゆる「分圧不均一」と呼ばれる問題が発生する。交流出力の各レベルについての波高を全て等しく(均一に)するためには、各コンデンサに生じる直流電圧の平均値が全て等しく(均一に)なるよう制御する必要がある。このため、電圧均一回路(Voltage−Balancing Circuit)と呼ばれる回路が、5レベルインバータの直流側に接続される。分圧不均一の問題は、5レベルインバータ以外の、マルチレベルインバータでも生じ得る。   In principle, since active power flows into or out of the five-level inverter, average values of DC link voltages (hereinafter simply referred to as “DC voltages”) generated in the four capacitors are not equal. A so-called “partial pressure non-uniformity” problem occurs. In order to make all the wave heights for each level of the AC output equal (uniform), it is necessary to control so that the average values of the DC voltages generated in the capacitors are all equal (uniform). For this reason, a circuit called a voltage uniform circuit (Voltage-Balancing Circuit) is connected to the DC side of the five-level inverter. The problem of non-uniform partial pressure can also occur in multi-level inverters other than 5-level inverters.

図15は、ダイオード整流器および5レベルインバータからなるモータドライブシステムに接続される、一般的な電圧均一回路を示す回路図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。   FIG. 15 is a circuit diagram showing a general voltage equalization circuit connected to a motor drive system composed of a diode rectifier and a 5-level inverter. Hereinafter, components having the same reference numerals in different drawings mean components having the same functions.

5レベルインバータ101の直流側には、ダイオード整流器102から供給される直流電源の電圧を5分圧するために4台のコンデンサCdcが直列接続されている。このコンデンサCdcに蓄えられたエネルギーを用いて、5レベルの電位を有する交流出力が生成され、誘導電動機IM(参照符号104)に3相の交流電流ioが供給される。 Four capacitors C dc are connected in series on the DC side of the 5-level inverter 101 in order to divide the voltage of the DC power source supplied from the diode rectifier 102 by five. Using the energy stored in the capacitor C dc , an AC output having a five-level potential is generated, and a three-phase AC current i o is supplied to the induction motor IM (reference numeral 104).

例えば回生動作を必要としないファン・ブロワなどを駆動するための、ダイオード整流器102および5レベルインバータ101からなるモータドライブシステムにおいては、直列接続された4台のコンデンサCdcのうち、内側2台のコンデンサについては放電状態となるので直流電圧は低下し、外側2台のコンデンサについては充電状態となるので直流電圧は上昇する(例えば、非特許文献3参照。)。このため、内側2台のコンデンサについては充電し、外側2台のコンデンサについては放電するような電圧均一回路103が、電圧均一回路103がコンデンサCdcとダイオード整流器102との間に接続される。図15に示す電圧均一回路103は、昇圧系および降圧系の2つのチョッパ回路をそれぞれP側とN側とに分けて設置した構成である。各コンデンサCdcにおいて検出された直流電圧はAD変換器111によってディジタル値に変換され、DSP112において演算処理され、5レベルインバータ101のスイッチング素子ングパターンを生成するためのPWM生成器113によって、電圧均一回路103内のスイッチング素子Q1、Q2、Q3、およびQ4に供給すべき最適なスイッチング素子ングパターンが生成される。 For example, in a motor drive system including a diode rectifier 102 and a 5-level inverter 101 for driving a fan / blower that does not require a regenerative operation, among the four capacitors C dc connected in series, Since the capacitor is in a discharged state, the DC voltage is reduced, and the two outer capacitors are in a charged state, and thus the DC voltage is increased (see, for example, Non-Patent Document 3). For this reason, the voltage uniform circuit 103 is connected between the capacitor C dc and the diode rectifier 102 so as to charge the inner two capacitors and discharge the outer two capacitors. The voltage equalization circuit 103 shown in FIG. 15 has a configuration in which two chopper circuits of a boosting system and a bucking system are provided separately on the P side and the N side, respectively. The DC voltage detected in each capacitor C dc is converted into a digital value by the AD converter 111, arithmetic processing is performed in the DSP 112, and the voltage is uniformed by the PWM generator 113 for generating the switching element pattern of the five-level inverter 101. An optimum switching element pattern to be supplied to the switching elements Q 1 , Q 2 , Q 3 , and Q 4 in the circuit 103 is generated.

図16は、さらに別の一般的な電圧均一回路を示す回路図である。図示の例では、説明を簡明にするために、電圧均一回路のうちの1つのチョッパ回路についてのみ示している。スイッチング素子Q1およびQ2には直流リンク用の2コンデンサCdcの2台分の直流電圧が引火されるので、主変換器で用いるスイッチング素子と同耐圧のスイッチング素子を使うならば2個直列接続する必要がある。 FIG. 16 is a circuit diagram showing still another general voltage equalization circuit. In the illustrated example, only one chopper circuit of the voltage uniform circuit is shown for the sake of simplicity. Since the DC voltage of two DC link capacitors C dc is ignited in the switching elements Q 1 and Q 2 , two switching elements having the same breakdown voltage as the switching element used in the main converter are connected in series. Need to connect.

特開2006−223009号公報JP 2006-223209 A

ピーダブル・ハモンド(P.W.Hammond)、“中規模電圧交流ドライブのための電力品質を向上するための新しいアプローチ(A new approach to enhance power quality for medium voltage AC drives)”、IEEEトランザクション、Ind、Applicat.、1997年、Vol.33、No.1、pp202〜208PW Hammond, “A new approach to enhance power medium AC drives”, IEEE Transaction, Ind. Application. 1997, Vol. 33, no. 1, pp202-208 近藤洋介、ハッチ・ナットポン(Hatti Natchpong)、赤木泰文、「5レベルダイオードクランプPWM整流器・インバータによる誘導電動機可変駆動システム」、電気学会論文誌D、日本、2008年、128、3、pp259〜266Yosuke Kondo, Hatti Natpongong, Yasufumi Akagi, “Induction motor variable drive system using 5-level diode clamp PWM rectifier and inverter”, IEEJ Transactions D, Japan, 2008, 128, 3, pp 259-266 エフゼット・ペン(F.Z.Peng)、ジェイエス・ライ(J.S.Lai)、ジェイ・マッキーバ(J.McKeever)、ジェイ・ヴァンコーバリング(J.VanCoevering)、“均一化された直流電圧を有するマルチレベル電圧源交換システム(A multilevel voltage−source converter system with balanced DC voltages)”、Proc、IEE−PESC’95 Rec.、1995年、pp1144〜1150F. Z. Peng, J.S. Lai, J. McKeever, J. Van Coevering, “Uniform DC voltage A multilevel voltage-source converter system with balanced DC voltages ", Proc, IEEE-PESC '95 Rec. 1995, pp 1144-1150

上述した図15の電圧均一回路は、2つのチョッパ回路を単純に組み合わせた構造であるので、各チョッパ回路におけるスイッチング動作を独立して制御することができるという利点があるものの、インダクタLPとLNの重量・体積・コストが増大するという欠点がある。 The voltage uniform circuit of FIG. 15 described above has a structure in which two chopper circuits are simply combined. Therefore, although the switching operation in each chopper circuit can be controlled independently, the inductors L P and L There is a disadvantage that the weight, volume, and cost of N increase.

また、上述した図16の電圧均一回路は、スイッチング素子を2個単純に直接接続しただけでは、各スイッチング素子にターンオンおよびターンオフの時間のばらつきにより、一方のスイッチング素子に過電圧が印加される恐れがある。   Further, in the voltage uniform circuit of FIG. 16 described above, if two switching elements are simply connected directly, overvoltage may be applied to one switching element due to variations in turn-on and turn-off time of each switching element. is there.

また、上述のいずれの電圧均一回路についても、インダクタLPがエネルギー蓄積要素として動作する。インダクタLPの体積は蓄積エネルギーに比例するので、インダクタLPの体積は大きいものとならざるを得ず、結果、製造コストも増大する。 In any of the voltage uniform circuits described above, the inductor L P operates as an energy storage element. Since the volume of the inductor L P is proportional to the stored energy, the volume of the inductor L P must be large, resulting in an increase in manufacturing cost.

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、5レベルダイオードクランプ型もしくは4レベルダイオードクランプ型のインバータの直流リンクのための互いに直列接続されたコンデンサに接続され、各コンデンサに生じる直流電圧を均一に制御する、構造容易で小型で低コストの電圧均一回路を提供することにある。   Accordingly, in view of the above problems, an object of the present invention is connected to capacitors connected in series for a DC link of a five-level diode clamp type or a four-level diode clamp type inverter, and the DC voltage generated in each capacitor is made uniform. An object of the present invention is to provide a voltage uniform circuit which is easy to structure, small in size and low in cost.

上記目的を実現するために、本発明の第1の態様においては、5レベルダイオードクランプ型のインバータの直流リンクのための互いに直列接続された第1、第2、第3および第4のコンデンサに接続され、各コンデンサに生じる直流電圧を均一に制御する電圧均一回路は、第1のコンデンサの、第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続される第1のスイッチ群と、第1のスイッチ群の、第1のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続されるカソードと、第2のコンデンサと第3のコンデンサとの接続点であるインバータの中性点に接続されるアノードと、を有する第1のダイオードと、第1のダイオードのアノードと中性点との接続点に接続されるカソードを有する第2のダイオードと、第2のダイオードのアノードに、一方の端子が接続され、第4のコンデンサの、第3のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に、他方の端子が接続される第2のスイッチ群と、第1の巻線と第2の巻線とを備える結合リアクトルであって、第1の巻線は、第1のスイッチ群と第1のダイオードのカソードとの接続点と、第1のコンデンサと第2のコンデンサとの接続点と、の間に接続され、第2の巻線は、第2のダイオードのアノードと第2のスイッチ群との接続点と、第3のコンデンサと第4のコンデンサとの接続点と、の間に接続される結合リアクトルと、第1のスイッチ群をオンするときは、第2のスイッチ群をオフし、第1のスイッチ群をオフするときは、第2のスイッチ群をオンするよう制御する制御部と、を備える。   To achieve the above object, in the first aspect of the present invention, the first, second, third and fourth capacitors connected in series for the DC link of the five-level diode clamp type inverter are connected to each other. A voltage equalizing circuit that is connected and uniformly controls a DC voltage generated in each capacitor includes: a first switch group connected to a terminal of the first capacitor opposite to a side to which the second capacitor is connected; The neutral point of the inverter which is a connection point between the cathode connected to the terminal on the opposite side of the first switch group to the side to which the first capacitor is connected, and the second capacitor and the third capacitor A first diode having an anode connected to the first diode, a second diode having a cathode connected to a connection point between the anode and the neutral point of the first diode, and an anode of the second diode. And a second switch group having the other terminal connected to the terminal of the fourth capacitor connected to the terminal opposite to the side to which the third capacitor is connected, The first reactor includes a connection point between the first switch group and the cathode of the first diode, a first capacitor, and a second reactor. And the second winding is connected between the anode of the second diode and the second switch group, the third capacitor, and the fourth capacitor. When the first switch group is turned on, the coupling switch connected between the connection point and the second switch group is turned off, and when the first switch group is turned off, the second switch group is turned on. And a control unit that controls to turn on.

また、本発明の第2の態様においては、4レベルダイオードクランプ型のインバータの直流リンクのための互いに直列接続された第1、第2および第3のコンデンサに接続され、各コンデンサに生じる直流電圧を均一に制御する電圧均一回路は、第1のコンデンサの、第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続される第1のスイッチ群と、第1のスイッチ群の、第1のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続されるカソードと、第2のコンデンサと第3のコンデンサとの接続点に接続されるアノードと、を有する第1のダイオードと、第1のコンデンサと第2のコンデンサとの接続点に接続されるカソードを有する第2のダイオードと、第2のダイオードのアノードに、一方の端子が接続され、第3のコンデンサの、第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に、他方の端子が接続される第2のスイッチ群と、第1の巻線と第2の巻線とを備える結合リアクトルであって、第1の巻線は、第1のスイッチ群と第1のダイオードのカソードとの接続点と、第1のコンデンサと第2のコンデンサとの接続点と、の間に接続され、第2の巻線は、第2のダイオードのアノードと第2のスイッチ群との接続点と、第2のコンデンサと第3のコンデンサとの接続点と、の間に接続される結合リアクトルと、第1のスイッチ群をオンするときは、第2のスイッチ群をオフし、第1のスイッチ群をオフするときは、第2のスイッチ群をオンするよう制御する制御部と、を備える。   Further, in the second aspect of the present invention, the DC voltage generated in each capacitor is connected to the first, second and third capacitors connected in series for the DC link of the inverter of the four level diode clamp type. A voltage equalization circuit that uniformly controls the first switch group connected to the terminal of the first capacitor opposite to the side to which the second capacitor is connected, and the first switch group A first diode having a cathode connected to a terminal opposite to a side to which the first capacitor is connected, and an anode connected to a connection point between the second capacitor and the third capacitor; A second diode having a cathode connected to a connection point between the first capacitor and the second capacitor; and one terminal connected to an anode of the second diode; A coupling reactor comprising a second switch group to which the other terminal is connected to a terminal opposite to a side to which the second capacitor is connected, a first winding, and a second winding. The first winding is connected between the connection point of the first switch group and the cathode of the first diode and the connection point of the first capacitor and the second capacitor, and the second winding The winding includes a coupling reactor connected between a connection point between the anode of the second diode and the second switch group, and a connection point between the second capacitor and the third capacitor; A control unit that controls to turn off the second switch group when turning on the switch group and to turn on the second switch group when turning off the first switch group.

本発明によれば、構造容易で小型で低コストの電圧均一回路を実現することができる。本発明による電圧均一回路は、従来の電圧均一回路に比べて、インダクタ体積を小さくすることができる。例えば、本発明によれば、図15を参照して説明した従来例に比べて、インダクタ体積を5分の1程度まで小型化可能である。この結果、電圧均一回路の装置全体を小型化および低コストで実現することができる。また、本発明によれば、結合リアクトルを用いるので、従来例に比べて部品点数を削減することができる。また、本発明によれば、従来例ではなし得なかった直流磁束の発生を抑える偏磁制御も実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a voltage uniform circuit having an easy structure, a small size, and a low cost. The voltage uniform circuit according to the present invention can reduce the inductor volume as compared with the conventional voltage uniform circuit. For example, according to the present invention, the inductor volume can be reduced to about 1/5 as compared with the conventional example described with reference to FIG. As a result, the entire device of the voltage uniform circuit can be realized in a small size and at a low cost. Further, according to the present invention, since the coupling reactor is used, the number of parts can be reduced as compared with the conventional example. Further, according to the present invention, it is possible to realize bias control that suppresses the generation of DC magnetic flux that could not be achieved in the conventional example.

本発明の第1の実施例による電圧均一回路の回路図である。1 is a circuit diagram of a voltage uniform circuit according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す5レベルインバータにおける、直流電源から供給される直流電圧と分圧のためのコンデンサとの関係を定義する図である。FIG. 2 is a diagram defining a relationship between a DC voltage supplied from a DC power supply and a capacitor for voltage division in the 5-level inverter shown in FIG. 1. 本発明の第1の実施例による電圧均一回路の動作原理を説明する回路図(その1)である。FIG. 3 is a circuit diagram (No. 1) for explaining an operation principle of the voltage uniform circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例による電圧均一回路の動作原理を説明する回路図(その2)である。FIG. 3 is a circuit diagram (No. 2) for explaining an operation principle of the voltage uniform circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例による電圧均一回路における、第1および第2のインダクタの効果を説明する等価回路である。6 is an equivalent circuit for explaining the effects of the first and second inductors in the voltage uniform circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例および従来例におけるインダクタのコア内の磁束を模式的に表した図であって、図6(a)は従来例における磁束を示し、図6(b)は本発明の第1の実施例における磁束を示す図である。6A and 6B are diagrams schematically showing the magnetic flux in the core of the inductor according to the first embodiment of the present invention and the conventional example. FIG. 6A shows the magnetic flux in the conventional example, and FIG. 6B shows the present invention. It is a figure which shows the magnetic flux in 1st Example of this. 本発明の第1の実施例による電圧均一回路における、電圧均一制御のための制御系を示すブロック図であって、特にP側の制御系を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control system for voltage uniformity control in the voltage uniformity circuit according to the first embodiment of the present invention, in particular, a block diagram showing a P-side control system. 本発明の第1の実施例による電圧均一回路における、電圧均一制御のための制御系を示すブロック図であって、特にN側の制御系を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control system for voltage uniformity control in the voltage uniformity circuit according to the first embodiment of the present invention, in particular, a block diagram showing an N-side control system. 本発明の第1の実施例における偏磁制御のための制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system for the bias control in the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例による電圧均一回路を動作させて誘導電動機を駆動した場合の実験波形を示す図である。It is a figure which shows the experimental waveform at the time of operating the voltage equalization circuit by the 1st Example of this invention, and driving an induction motor. 本発明の第1の実施例による電圧均一回路を動作させて誘導電動機を駆動した場合の実験波形を示す図であって、図10を時間軸方向に10倍拡大した図である。It is a figure which shows the experimental waveform at the time of operating the voltage equalization circuit by 1st Example of this invention, and driving an induction motor, Comprising: It is the figure which expanded FIG. 10 10 time in the time-axis direction. 本発明の第2の実施例による電圧均一回路の回路図である。It is a circuit diagram of the voltage equalization circuit by the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例による電圧均一回路の基本動作原理を説明する回路図(その1)である。FIG. 5 is a circuit diagram (No. 1) for explaining a basic operation principle of a voltage uniform circuit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施例による電圧均一回路の基本動作原理を説明する回路図(その2)である。FIG. 6 is a circuit diagram (No. 2) for explaining the basic operation principle of the voltage uniform circuit according to the second embodiment of the present invention. ダイオード整流器および5レベルインバータからなるモータドライブシステムに接続される、一般的な電圧均一回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the general voltage equalization circuit connected to the motor drive system which consists of a diode rectifier and a 5-level inverter. さらに別の一般的な電圧均一回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another general voltage equalization circuit.

本発明の第1の実施例による電圧均一回路は、5レベルダイオードクランプ型のインバータの直流リンクのためのコンデンサに接続され、各コンデンサに生じる直流電圧を均一に制御するものである。図1は、本発明の第1の実施例による電圧均一回路の回路図である。   The voltage equalizing circuit according to the first embodiment of the present invention is connected to a capacitor for a DC link of a five-level diode clamp type inverter and uniformly controls a DC voltage generated in each capacitor. FIG. 1 is a circuit diagram of a voltage uniform circuit according to a first embodiment of the present invention.

一般に、5レベルダイオードクランプ型のインバータ101の直流側には、直流リンクのための第1コンデンサCDC1、第2コンデンサCDC2、第3コンデンサCDC3、および第4コンデンサCDC4が、互いに直列接続されている。第1コンデンサCDC1、第2コンデンサCDC2、第3コンデンサCDC3、および第4コンデンサCDC4の各接続点を、図2に示すようにP2、P1、M、N1およびN2とする。すなわち、接続点Mは、5レベルインバータ101の中性点である。第1のコンデンサCDC1の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点P1)とは反対側の端子P2には、直流電源となるダイオード整流器102の正極が接続され、第4のコンデンサCDC4の、第3のコンデンサCDC3が接続される側(すなわち接続点N1)とは反対側の端子N2には、直流電源となるダイオード整流器102の負極が接続される。 In general, a first capacitor C DC1 , a second capacitor C DC2 , a third capacitor C DC3 , and a fourth capacitor C DC4 for a DC link are connected in series with each other on the DC side of the five-level diode clamp type inverter 101. Has been. Connection points of the first capacitor C DC1 , the second capacitor C DC2 , the third capacitor C DC3 , and the fourth capacitor C DC4 are P2, P1, M, N1, and N2, as shown in FIG. That is, the connection point M is a neutral point of the five-level inverter 101. A positive electrode of a diode rectifier 102 serving as a DC power supply is connected to a terminal P2 of the first capacitor C DC1 opposite to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (that is, the connection point P1). The negative electrode of the diode rectifier 102 serving as a DC power source is connected to a terminal N2 on the opposite side of the capacitor C DC4 to the side to which the third capacitor C DC3 is connected (that is, the connection point N1).

本発明の第1の実施例による電圧均一回路1は、第1コンデンサCDC1、第2コンデンサCDC2、第3コンデンサCDC3、および第4コンデンサCDC4が直列接続された一群とダイオード整流器102との間に接続される。 The voltage equalization circuit 1 according to the first embodiment of the present invention includes a group in which a first capacitor C DC1 , a second capacitor C DC2 , a third capacitor C DC3 , and a fourth capacitor C DC4 are connected in series, a diode rectifier 102, Connected between.

電圧均一回路1は、第1のスイッチ群SW1、第2のスイッチ群SW2、第1のダイオードD1、第2のダイオードD2、第3のダイオードD3、第4のダイオードD4、結合リアクトルLM、第1のインダクタLEP、第2のインダクタLEN、制御部(図示せず)、および電流検出部(図示せず)を備える。 The voltage equalization circuit 1 includes a first switch group SW1, a second switch group SW2, a first diode D 1 , a second diode D 2 , a third diode D 3 , a fourth diode D 4 , a coupled reactor. L M , a first inductor L EP , a second inductor L EN , a control unit (not shown), and a current detection unit (not shown).

第1のスイッチ群SW1は、第1のコンデンサCDC1の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点P1)とは反対側の端子P2と、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPと第1のダイオードD1のカソードとの接続点と、の間に接続される。 The first switch group SW1 includes a terminal P2 on the opposite side of the first capacitor C DC1 to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (that is, the connection point P1), and a first of the coupling reactor L M. a connection point between the winding L MP and the first diode D 1 of the cathode, is connected between the.

第1のダイオードD1は、第1のスイッチ群SW1の、第1のコンデンサCDC1が接続される側(すなわち端子P2)とは反対側の端子に接続されるカソードと、第2のコンデンサCDC2と第3のコンデンサCDC3との接続点であるインバータの中性点Mに接続されるアノードと、を有する。 The first diode D 1 includes a cathode connected to a terminal of the first switch group SW 1 on the side opposite to the side to which the first capacitor C DC1 is connected (that is, the terminal P 2), and a second capacitor C 1. And an anode connected to a neutral point M of the inverter, which is a connection point between DC2 and the third capacitor CDC3 .

第2のダイオードD2は、第1のダイオードD1のアノードと中性点Mとの接続点と、結合リアクトルLMの第2の巻線LMNと第2のスイッチ群SW2との接続点と、の間に接続される。 The second diode D 2 is the connection point of the connection point between the first diode D 1 of the anode and the neutral point M, the second winding L MN and the second switch group SW2 of the coupling reactor L M And connected between.

第2のスイッチ群SW2は、第2のダイオードD2のアノードに、一方の端子が接続され、第4のコンデンサCDC4の、第3のコンデンサCDC3が接続される側(すなわち接続点N1)とは反対側の端子N2に、他方の端子が接続される。 Second switch group SW2 is the anode of the second diode D 2, the one terminal connection, the fourth capacitor C DC4, a third side of the capacitor C DC3 is connected (i.e. the connection point N1) The other terminal is connected to the terminal N2 on the opposite side.

結合リアクトルLMは、第1の巻線LMPと第2の巻線LMNとを備える。 Coupling reactor L M comprises a first winding L MP and the second winding L MN.

結合リアクトルLMの第1の巻線LMPは、第1のスイッチ群SW1と第1のダイオードD1のカソードとの接続点と、第1のコンデンサCDC1と第2のコンデンサCDC2との接続点P1と、の間に接続される。なお、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPの、第1のスイッチ群SW1が接続される側とは反対側の端子と、第1のコンデンサCDC1と第2のコンデンサCDC2との接続点P1と、の間には、第1のインダクタLEPが接続される。第1のインダクタLEPのインダクタンスは、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPのインダクタンスよりも十分に小さいものに設定する。 First winding L MP of coupling reactor L M includes a first switch group SW1 and a connection point between the first diode D 1 of the cathode, the first capacitor C DC1 and the second capacitor C DC2 It is connected between the connection point P1. Incidentally, the first winding L MP of coupling reactor L M, and the opposite side terminal to the side where the first switch group SW1 is connected to the first capacitor C DC1 and the second capacitor C DC2 A first inductor LEP is connected between the connection point P1. Inductance of the first inductor L EP is set to one sufficiently smaller than the inductance of the first winding L MP of coupling reactor L M.

結合リアクトルLMの第2の巻線LMNは、第2のダイオードD2のアノードと第2のスイッチ群SW2との接続点と、第3のコンデンサCDC3と第4のコンデンサCDC4との接続点N1と、の間に接続される。なお、結合リアクトルLMの第2の巻線LMNの、第2のスイッチ群SW2が接続される側とは反対側の端子と、第3のコンデンサCDC3と第4のコンデンサCDC4との接続点N1と、の間には、第2のインダクタLENが接続される。第2のインダクタLENのインダクタンスは、結合リアクトルLMの第2の巻線LMNのインダクタンスよりも十分に小さいものに設定する。 Second winding L MN of coupling reactor L M, the anode of the second diode D 2 and the connection point of the second switch group SW2, the third capacitor C DC3 and the fourth capacitor C DC4 It is connected between the connection point N1. Incidentally, the second winding L MN of coupling reactor L M, and the opposite side terminal to the side where the second switch group SW2 is connected, the third capacitor C DC3 and the fourth capacitor C DC4 A second inductor LEN is connected between the connection point N1. Inductance of the second inductor L EN is set to one sufficiently smaller than the inductance of the second winding L MN of coupling reactor L M.

第1のスイッチ群SW1は、第1のコンデンサCDC1の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点P1)とは反対側の端子P2に接続される第1のスイッチング素子Q1と、第1のスイッチング素子Q1に直列接続される第2のスイッチング素子Q2と、を備える。第1のスイッチング素子Q1は、オン時には、第1のコンデンサCDC1の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点P1)とは反対側の端子P2から、第2のスイッチング素子Q2が接続される側の端子へ向けて電流を通す。第2のスイッチング素子Q2は、オン時には、第1のスイッチング素子Q1が接続される側の端子から、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPが接続される側の端子へ向けて電流を通す。 The first switch group SW1 includes a first switching element Q connected to a terminal P2 of the first capacitor C DC1 opposite to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (that is, the connection point P1). 1 and a second switching element Q 2 connected in series to the first switching element Q 1 . When the first switching element Q 1 is turned on, the first switching element Q 1 is switched from the terminal P 2 on the opposite side of the first capacitor C DC1 to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (ie, the connection point P 1). pass current toward the side of the terminal element Q 2 is connected. The second switching element Q 2 is, at the time of ON, from the side of the terminal to which the first switching element Q 1 is connected, towards the side of the terminal to which the first winding L MP of coupling reactor L M is connected Pass current.

第2のスイッチ群SW2は、第2のダイオードD2のアノードに接続される第3のスイッチング素子Q3と、第3のスイッチング素子Q3に直列接続される第4のスイッチング素子Q4とを備える。第3のスイッチング素子Q3は、オン時には、結合リアクトルLMの第2の巻線LMNが接続される側の端子から、第4のスイッチング素子Q4が接続される側の端子へ向けて電流を通し、第4のスイッチング素子Q4は、オン時には、第3のスイッチング素子Q3が接続される側の端子から、第4のコンデンサCDC4の、第3のコンデンサCDC3が接続される側(すなわち接続点N1)とは反対側の端子N2へ向けて電流を流す。 The second switch group SW2 includes a third switching element Q 3 connected to the anode of the second diode D 2 and a fourth switching element Q 4 connected in series to the third switching element Q 3. Prepare. Third switching element Q 3 are, at the time of ON, from the side of the terminal to which the second winding L MN of coupling reactor L M is connected, towards the fourth side of the terminal switching element Q 4 is connected The fourth switching element Q 4 is connected to the third capacitor C DC3 of the fourth capacitor C DC4 from the terminal on the side to which the third switching element Q 3 is connected when the fourth switching element Q 4 is turned on. A current is supplied to the terminal N2 on the side opposite to the side (that is, the connection point N1).

第3のダイオードD3は、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2との接続点に接続されるカソードと、第1のコンデンサCDC1と第2のコンデンサCDC2との接続点P1に接続されるアノードと、を有する。 The third diode D 3 has a cathode connected to a connection point of the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2, connection between the first capacitor C DC1 and the second capacitor C DC2 And an anode connected to the point P1.

第4のダイオードD4は、第3のスイッチング素子Q3と第4のスイッチング素子Q4との接続点に接続されるアノードと、第3のコンデンサCDC3と第4のコンデンサCDC4との接続点N1に接続されるカソードと、を有する。 The fourth diode D 4 includes an anode connected to a connection point between the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4, and a connection between the third capacitor C DC3 and the fourth capacitor C DC4. And a cathode connected to the point N1.

電流検出部(図示せず)は、第1のインダクタLEPを流れる電流および第2のインダクタLENを流れる電流を検出する。 A current detector (not shown) detects a current flowing through the first inductor LEP and a current flowing through the second inductor LEN .

制御部(図示せず)は、第1のスイッチ群SW1(すなわち第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2)をオン(導通)するときは、第2のスイッチ群SW2(すなわち第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4)をオフ(開放)し、第1のスイッチ群SW1をオフ(開放)するときは、第2のスイッチ群SW2をオン(導通)するよう制御する。 Controller (not shown), when the first switch group SW1 (i.e. first switching element Q 1 and the second switching element Q 2) the on (conductive), the second switch group SW2 (i.e. When the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 ) are turned off (opened) and the first switch group SW1 is turned off (opened), the second switch group SW2 is turned on (conductive). Control as follows.

次に、本発明の第1の実施例による電圧均一回路の動作について説明する。この説明に先立ち、コンデンサの電圧を図2に示すように定義する。   Next, the operation of the voltage uniform circuit according to the first embodiment of the present invention will be described. Prior to this description, the capacitor voltage is defined as shown in FIG.

図2は、図1に示す5レベルインバータにおける、直流電源から供給される直流電圧と分圧のためのコンデンサとの関係を定義する図である。図2では、第1コンデンサCDC1、第2コンデンサCDC2、第3コンデンサCDC3、および第4コンデンサCDC4の電圧の瞬時値を、それぞれvp2-1、vp1-M、vM-N1およびvN1-N2で表わす。なお、各コンデンサの1台あたりの電圧の平均値については、Vdcで表わす。また、直流電源から供給される直流電圧(直流リンク電圧)の瞬時値をvP2-N2で表わし、中性点Mからみて正極側(以下、本明細書では「P側」と称する。)にある第1コンデンサCDC1および第2コンデンサCDC2の電圧の瞬時値をvP2-Mで表わし、中性点Mからみて負極側(以下、本明細書では「N側」と称する。)にある第3コンデンサCDC3および第4コンデンサCDC4の電圧の瞬時値をvP2-Mで表わす。 FIG. 2 is a diagram for defining the relationship between a DC voltage supplied from a DC power supply and a capacitor for voltage division in the 5-level inverter shown in FIG. In FIG. 2, the instantaneous values of the voltages of the first capacitor C DC1 , the second capacitor C DC2 , the third capacitor C DC3 , and the fourth capacitor C DC4 are represented by v p2-1 , v p1-M , and v M-N1 , respectively. And vN1-N2 . Note that the average value of the voltage per capacitor is represented by V dc . The instantaneous value of the DC voltage (DC link voltage) supplied from the DC power supply is represented by v P2−N2 , and viewed from the neutral point M on the positive side (hereinafter referred to as “P side” in this specification). The instantaneous value of the voltage of a certain first capacitor C DC1 and second capacitor C DC2 is represented by v P2−M , and is on the negative electrode side (hereinafter referred to as “N side” in this specification) as viewed from the neutral point M. The instantaneous value of the voltage of the third capacitor C DC3 and the fourth capacitor C DC4 is represented by v P2−M .

図3および4は、本発明の第1の実施例による電圧均一回路の基本動作原理を説明する回路図であり、図3はモードAでの状態を示し、図4はモードBでの状態を示す。   3 and 4 are circuit diagrams for explaining the basic operation principle of the voltage equalizing circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a state in mode A, and FIG. 4 shows a state in mode B. Show.

制御部は、第1のスイッチ群SW1(すなわち第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2)をオン(導通)するときは、第2のスイッチ群SW2(すなわち第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4)をオフ(開放)するよう制御する。このときのスイッチング状態をモードAと称し、このときの電流の流れを図3に示す。また、制御部は、第1のスイッチ群SW1(すなわち第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2)をオフ(開放)するときは、第2のスイッチ群SW2(すなわち第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4)をオン(導通)するよう制御する。このときのスイッチング状態をモードBと称し、このときの電流の流れを図4に示す。 When turning on (conducting) the first switch group SW1 (ie, the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2 ), the control unit sets the second switch group SW2 (ie, the third switching element). Control is performed to turn off (open) Q 3 and the fourth switching element Q 4 ). The switching state at this time is referred to as mode A, and the current flow at this time is shown in FIG. The control unit, when the first switch group SW1 (i.e. first switching element Q 1 and the second switching element Q 2) OFF (open), the second switch group SW2 (i.e. third The switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 ) are controlled to be turned on (conductive). The switching state at this time is referred to as mode B, and the current flow at this time is shown in FIG.

まず、図3に示すモードAでは、第1のスイッチ群SW1である第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2がオンしているため、第1のコンデンサCDC1から端子P2を経由して電流iLPが結合リアクトルLMの第1の巻線LMPへ流れ込む。第1のインダクタLEPが十分小さいとすれば結合リアクトルLMの第1の巻線LMPには第1のコンデンサCDC1に生じる電圧vP2-P1が印加される。すなわち、「vMP≒vP2-P1」となる。この電圧は、電磁誘導により結合リアクトルLMの第2の巻線LMNにも発生するため、「vMN≒vP2-P1」となる。このとき、第2のダイオードD2は順方向に電圧が印加されることになるので、電流iLNが中性点Mを経由して第3のコンデンサCDC3へ流れ込む。つまり、モードAにおいては、第1のコンデンサCDC1は放電し、そのエネルギーにより、第3のコンデンサCDC3は充電される。 First, in the mode A shown in FIG. 3, since the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2 that are the first switch group SW1 are turned on, the terminal P2 is connected from the first capacitor CDC1. current i LP via flows to the first winding L MP of coupling reactor L M. The first winding L MP of coupling reactor L M if the first inductor L EP is sufficiently small voltage v P2-P1 generated in the first capacitor C DC1 is applied. That is, “v MP ≈v P2−P1 ”. This voltage, since also occur second winding L MN of coupling reactor L M by electromagnetic induction, a "v MN ≒ v P2-P1". At this time, since the voltage is applied to the second diode D 2 in the forward direction, the current i LN flows into the third capacitor C DC3 via the neutral point M. That is, in mode A, the first capacitor C DC1 is discharged, and the third capacitor C DC3 is charged by the energy.

一方、図4に示すモードBでは、第2のスイッチ群SW2である第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4がオンしているため、第4のコンデンサCDC4から端子N2を経由して電流iLNが結合リアクトルLMの第2の巻線LMNを流れる。第2のインダクタLENが十分小さいとすれば結合リアクトルLMの第2の巻線LMPNには第4のコンデンサCDC4に生じる電圧vP2-P1が印加される。すなわち、「vMN≒vN1-N2」となる。この電圧は、電磁誘導により結合リアクトルLMの第1の巻線LMPにも発生するため、「vMP≒vN1-N2」となる。このとき、第1のダイオードD1は順方向に電圧が印加されることになるので、電流iPが接続点P1を経由して第2のコンデンサCDC2へ流れ込む。つまり、モードBにおいては、第4のコンデンサCDC4は放電し、そのエネルギーにより、第2のコンデンサCDC2は充電される。 On the other hand, in the mode B shown in FIG. 4, since the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 that are the second switch group SW2 are on, the terminal N2 is connected from the fourth capacitor CDC4. current i LN via the flows through the second winding L MN of coupling reactor L M. The second winding L MPN of coupling reactor L M if the second inductor L EN is sufficiently small voltage v P2-P1 occurring fourth capacitor C DC4 is applied. That is, “v MN ≈v N1−N2 ”. This voltage, since the induced in the first winding L MP of coupling reactor L M by electromagnetic induction, a "v MP ≒ v N1-N2". At this time, since the voltage is applied to the first diode D 1 in the forward direction, the current i P flows into the second capacitor C DC2 via the connection point P1. That is, in mode B, the fourth capacitor C DC4 is discharged, and the second capacitor C DC2 is charged by the energy.

本発明の第1の実施例による電圧均一回路1を設けない場合は、上述したように、外側2台のコンデンサすなわち第1のコンデンサCDC1および第4のコンデンサCDC4については充電状態となるのでこれらコンデンサに生じる直流電圧は上昇し、内側2台のコンデンサすなわち第2のコンデンサCDC2および第3のコンデンサCDC3については放電状態となるのでこれらコンデンサに生じる直流電圧は低下する。これに対し、本発明の第1の実施例による電圧均一回路1を適用すれば、上述のモードAおよびモードBを交互に切り替えることにより、外側2台のコンデンサすなわち第1のコンデンサCDC1および第4のコンデンサCDC4については放電し、内側2台のコンデンサすなわち第2のコンデンサCDC2および第3のコンデンサCDC3については充電することができ、したがって、第1のコンデンサCDC1、第2のコンデンサCDC2、第3のコンデンサCDC3および第4のコンデンサCDC4にそれぞれに生じる各直流電圧を等しく(均一に)することができる。 When the voltage equalizing circuit 1 according to the first embodiment of the present invention is not provided, the two outer capacitors, that is, the first capacitor C DC1 and the fourth capacitor C DC4 are charged as described above. The DC voltage generated in these capacitors rises, and the two inner capacitors, that is, the second capacitor C DC2 and the third capacitor C DC3 are in a discharged state, so that the DC voltage generated in these capacitors decreases. On the other hand, if the voltage equalization circuit 1 according to the first embodiment of the present invention is applied, the two outer capacitors, that is, the first capacitor C DC1 and the second capacitor are switched by alternately switching the mode A and the mode B described above. The fourth capacitor C DC4 can be discharged and the inner two capacitors, the second capacitor C DC2 and the third capacitor C DC3 can be charged, so the first capacitor C DC1 , the second capacitor Each DC voltage generated in C DC2 , third capacitor C DC3, and fourth capacitor C DC4 can be made equal (uniform).

ここで、本発明の第1の実施例による電圧均一回路1と図15に示した従来の電圧均一回路とを、スイッチング動作の観点で比較すると次の通りである。   Here, the voltage uniform circuit 1 according to the first embodiment of the present invention and the conventional voltage uniform circuit shown in FIG. 15 are compared in terms of switching operation as follows.

図15に示した従来の電圧均一回路103は、昇圧系および降圧系の2つのチョッパ回路をそれぞれP側とN側とに分けて設置した構成である。P側のチョッパ回路内のスイッチング素子Q1およびQ2のスイッチング動作と、N側のチョッパ回路内のスイッチング素子Q3およびQ4のスイッチング動作と、は独立に制御することができる。したがって、例えばスイッチング素子Q1およびQ2とスイッチング素子Q3およびQ4とが、同時にオンすることもあり得る。 The conventional voltage equalization circuit 103 shown in FIG. 15 has a configuration in which two chopper circuits of a boosting system and a bucking system are separately provided on the P side and the N side, respectively. The switching operation of the switching elements Q 1 and Q 2 in the P-side chopper circuit and the switching operation of the switching elements Q 3 and Q 4 in the N-side chopper circuit can be controlled independently. Therefore, for example, switching elements Q 1 and Q 2 and switching elements Q 3 and Q 4 may be turned on simultaneously.

これに対し、本発明の第1の実施例による電圧均一回路1では、第1のスイッチ群SW1(第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2)と第2のスイッチ群SW2(第3スイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4)とは、互いにオンオフが入れ替わるようにスイッチング制御する必要がある。仮に、第1のスイッチ群SW1と第2のスイッチ群SW2とが同時にオンするとなると、第1のコンデンサCDC1、第2のコンデンサCDC2、第3のコンデンサCDC3および第4のコンデンサCDC4にそれぞれに生じる各直流電圧を均一にすることはできない。すなわち、図1に示すような構成を回路的に組むだけではなく、各スイッチング素子のスイッチング動作についても特定の制御が必要である。 In contrast, in the voltage-balancing circuit 1 according to a first embodiment of the present invention, the first switch group SW1 (first switching element Q 1 and the second switching element Q 2) and the second switch group SW2 ( The third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 ) need to be controlled to be switched on and off. If the first switch group SW1 and the second switch group SW2 are turned on at the same time, the first capacitor C DC1 , the second capacitor C DC2 , the third capacitor C DC3 and the fourth capacitor C DC4 are turned on. Each DC voltage generated in each cannot be made uniform. That is, not only the configuration as shown in FIG. 1 is assembled in a circuit but also specific control is required for the switching operation of each switching element.

図5は、本発明の第1の実施例による電圧均一回路における、第1および第2のインダクタの効果を説明する等価回路である。図5(a)は、図3を参照して説明したモードAについて、結合リアクトルLM、第1のインダクタLEPおよび第2のインダクタLENの印加電圧に着目した等価回路を示す。ここで、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2の電圧降下の和をVQとし、第2のダイオードD2の電圧降下をVDとする。P側には、第1のコンデンサCDC1の直流電圧vP2-P1から第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2の電圧降下VQを減算した電圧「vP2-P1−VQ」が印加される。N側には、第3のコンデンサCDC3の直流電圧vM-N1に第2のダイオードD2の電圧降下VDを加算した電圧「vM-N1+VD」が印加される。ここではモードAについて説明したが、モードBについても同様に考えることができる。 FIG. 5 is an equivalent circuit for explaining the effects of the first and second inductors in the voltage uniform circuit according to the first embodiment of the present invention. 5 (a) shows the mode A described with reference to FIG. 3, coupling reactor L M, an equivalent circuit focused on the applied voltage of the first inductor L EP and second inductors L EN. Here, the sum of the voltage drops of the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2 is V Q, and the voltage drop of the second diode D 2 is V D. On the P side, a voltage “v P2-P1 −V” obtained by subtracting the voltage drop V Q of the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2 from the DC voltage v P2-P1 of the first capacitor C DC1. Q "is applied. A voltage “v M−N1 + V D ” obtained by adding the voltage drop V D of the second diode D 2 to the DC voltage v M−N1 of the third capacitor C DC3 is applied to the N side. Although the mode A has been described here, the same applies to the mode B.

結合リアクトルLMが理想トランスであると仮定すると、図5(b)に示すように、P側およびとN側間は短絡であるとみなすことができる。さらに、第1のコンデンサCDC1および第3のコンデンサCDC3のそれぞれに生じる直流電圧に偏差がなく、「vP2-P1=vM-N1」であるとすると、式(1)が得られる。 Assuming that the coupling reactor L M is an ideal transformer, it can be considered that the P side and the N side are short-circuited as shown in FIG. Furthermore, when there is no deviation in the DC voltage generated in each of the first capacitor C DC1 and the third capacitor C DC3 and “v P2−P1 = v M−N1 ”, Expression (1) is obtained.

Figure 0005483231
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式(1)から、第1のスイッチング素子Q1、第2のスイッチング素子Q2、および第2のダイオードD2の電圧降下分の電圧が、第1のインダクタLEPおよび第2のインダクタLENに印加されることがわかる。 From the equation (1), the voltage corresponding to the voltage drop of the first switching element Q 1 , the second switching element Q 2 , and the second diode D 2 is expressed by the first inductor L EP and the second inductor L EN. As can be seen from FIG.

もし第1のインダクタLEPおよび第2のインダクタLENがないと仮定すると、P側およびN側間で異なる電圧源の短絡をみなすことができるため、過電流が流れる恐れがある。しかしながら、第1のインダクタLEPおよび第2のインダクタLENを設けてこれらに第1のスイッチング素子Q1、第2のスイッチング素子Q2、および第2のダイオードD2の電圧降下分の電圧を印加させることによって、過電流を防ぐことができる。 If it is assumed that there is no first inductor LEP and second inductor LEN , a short circuit of a different voltage source can be considered between the P side and the N side, so that an overcurrent may flow. However, the first inductor LEP and the second inductor LEN are provided, and the voltage corresponding to the voltage drop of the first switching element Q 1 , the second switching element Q 2 , and the second diode D 2 is provided to them. By applying the voltage, overcurrent can be prevented.

ここで、本発明の第1の実施例による電圧均一回路1と図15に示した従来の電圧均一回路とを、インダクタの体積の観点で比較すると次の通りである。     Here, the voltage uniform circuit 1 according to the first embodiment of the present invention and the conventional voltage uniform circuit shown in FIG. 15 are compared in terms of the volume of the inductor as follows.

第1のインダクタLEPおよび第2のインダクタLENのインダクタンスは電流iLPおよびiLNのリプル電流幅に影響する。図15に示す従来の電圧均一回路103ではインダクタLPもしくはLNにはコンデンサ1台分の電圧が印加されるが、本発明の第1の実施例による電圧均一回路1は、上記の通り素子の電圧降下分のみの電圧が印加される。したがって、本発明の第1の実施例における第1のインダクタLEPもしくは第2のインダクタLENのインダクタンスは、従来例におけるインダクタンスに比べて大幅に低いもので十分である。つまり、第1のインダクタLEPおよび第2のインダクタLENの体積は従来例のインダクタ体積に比べて大幅に小さくてすむ。また、結合リアクトルの漏れインダクタンスを、第1のインダクタLEPおよび第2のインダクタLENのインダクタンスとして使用すれば、結合リアクトルと一体型のインダクタとすることもできる。 Inductance of the first inductor L EP and second inductors L EN affects ripple current width of the current i LP and i LN. In the conventional voltage equalizing circuit 103 shown in FIG. 15, a voltage equivalent to one capacitor is applied to the inductor L P or L N , but the voltage equalizing circuit 1 according to the first embodiment of the present invention is an element as described above. A voltage corresponding to the voltage drop is applied. Therefore, the first inductance of the first inductor L EP or second inductor L EN in the embodiment of the present invention is sufficient but much lower than the inductance in the conventional example. That is, the volume of the first inductor L EP and second inductors L EN requires only be significantly smaller than the inductor volume of prior art. Further, the leakage inductance of the coupling reactor, using as an inductance of the first inductor L EP and second inductors L EN, can be a coupling reactor and integrated inductors.

また、従来の電圧均一回路は、インダクタLPがエネルギー蓄積要素として動作する。インダクタLPの体積は蓄積エネルギーに比例するので、インダクタLPの体積は大きいものとならざるを得ない。これに対し、本発明の第1の実施例による電圧均一回路1では、結合リアクトルLMはエネルギー蓄積要素としては動作しないので、インダクタ体積は従来例に比べて大幅に小さくてすむ。 In the conventional voltage equalization circuit, the inductor L P operates as an energy storage element. Since the volume of the inductor L P is proportional to the stored energy, the volume of the inductor L P must be large. In contrast, in the voltage-balancing circuit 1 according to a first embodiment of the present invention, since the coupling reactor L M does not operate as an energy storage element, inductor volume requires significantly smaller than the conventional example.

図6は、本発明の第1の実施例および従来例におけるインダクタのコア内の磁束を模式的に表した図であって、図6(a)は従来例における磁束を示し、図6(b)は本発明の第1の実施例における磁束を示す図である。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the magnetic flux in the core of the inductor according to the first embodiment of the present invention and the conventional example. FIG. 6 (a) shows the magnetic flux in the conventional example, and FIG. ) Is a diagram showing magnetic flux in the first embodiment of the present invention.

従来例では、P側およびN側それぞれのインダクタに直流電流とリプル電流成分が含まれるので、図6(a)に示すように、コア内に発生する磁束Φにも直流成分が生じる。これに対し、本発明の第1の実施例では、電流iLPおよびiLNによって生じる各磁束が、結合リアクトルのコア内で相殺される方向に生じるため、図6(b)に示すように、コア内に発生する磁束Φには直流成分は生じない。そのため、本発明の第1の実施例は、従来例に比べて磁束の最大値が低減される。このことは、同一の磁束密度および同一巻数でコアを設計するとすればコアの断面積を低減できるということを意味する。つまり、本発明の第1の実施例によれば、インダクタ体積は従来例に比べて大幅に小さくてすむ。 In the conventional example, since a direct current and a ripple current component are included in the inductor on each of the P side and the N side, a direct current component is also generated in the magnetic flux Φ generated in the core as shown in FIG. On the other hand, in the first embodiment of the present invention, each magnetic flux generated by the currents i LP and i LN is generated in a direction that cancels out in the core of the coupling reactor, so as shown in FIG. A direct current component does not occur in the magnetic flux Φ generated in the core. Therefore, in the first embodiment of the present invention, the maximum value of the magnetic flux is reduced as compared with the conventional example. This means that if the core is designed with the same magnetic flux density and the same number of turns, the cross-sectional area of the core can be reduced. That is, according to the first embodiment of the present invention, the inductor volume can be significantly smaller than that of the conventional example.

本発明の第1の実施例によれば、上述の種々の理由で、インダクタ体積は従来例に比べて大幅に小さくてすむ。このようにインダクタ体積が小さくてすむということは、低コストで電圧均一回路を実現することができることをも意味する。   According to the first embodiment of the present invention, the inductor volume can be significantly smaller than the conventional example for the various reasons described above. Such a small inductor volume also means that a voltage uniform circuit can be realized at low cost.

次に、本発明の第1の実施例による電圧均一回路おける電圧均一制御についてより詳細に説明する。図7および8は、本発明の第1の実施例による電圧均一回路における、電圧均一制御のための制御系を示すブロック図であって、図7はP側の制御系を示し、図8はN側の制御系を示す図である。   Next, voltage uniformity control in the voltage uniformity circuit according to the first embodiment of the present invention will be described in more detail. 7 and 8 are block diagrams showing a control system for voltage uniformity control in the voltage uniformity circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a P-side control system, and FIG. It is a figure which shows the N side control system.

N側の制御系におけるPWM制御のためのキャリア信号VtriNは、P側制御系におけるPWM制御のためのキャリア信号VtriPに対し、位相が180度ずれている。これにより、図3および4を参照して説明した、モードAとモードBとの切り替えによる、第1のスイッチ群SW1と第2のスイッチ群SW2とにおける交互スイッチングを実現することができる。 The carrier signal V triN for PWM control in the N-side control system is 180 degrees out of phase with the carrier signal V triP for PWM control in the P-side control system. Thereby, the alternate switching in the first switch group SW1 and the second switch group SW2 by switching between the mode A and the mode B described with reference to FIGS. 3 and 4 can be realized.

図7に示すように、P側の制御系では、第1のコンデンサCDC1の直流電圧vP2-P1と第2のコンデンサCDC2の直流電圧vP1-Mとが一致するようPI制御を用いる。また、リアクトル電流iLPの振動を防ぐためにP制御を用いる。 As shown in FIG. 7, in the control system on the P side, PI control is used so that the DC voltage v P2-P1 of the first capacitor C DC1 and the DC voltage v P1-M of the second capacitor C DC2 match. . Also, P control is used to prevent the reactor current i LP from vibrating.

また、図8に示すように、N側の制御系では、第3のコンデンサCDC3の直流電圧vM-N1と第4のコンデンサCDC4の直流電圧vN1-N2とが一致するようPI制御を用いる。また、リアクトル電流iLNの振動を防ぐためにP制御を用いる。 Further, as shown in FIG. 8, in the N-side control system, the PI control is performed so that the DC voltage v M-N1 of the third capacitor C DC3 and the DC voltage v N1-N2 of the fourth capacitor C DC4 match. Is used. Also, P control is used to prevent the reactor current i LN from vibrating.

また、第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2ならびに第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4の同時オン・オフを防ぐために、リアクトル電流が還流する期間(以下、本明細書では「還流期間」と称する。)T1およびT3を設ける。すなわち、P側の制御系では、第1のスイッチ群SW1である第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2のオン時には、第2のスイッチング素子Q2のオン時間を第1のスイッチング素子Q1のオン時間よりも長くするよう制御する。一方、N側の制御系では、第2のスイッチ群SW2である第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4のオン時には、第3のスイッチング素子Q3のオン時間を第4のスイッチング素子Q4のオン時間よりも長くするよう制御する。ここで、ΔDPをP側のスイッチング1周期に占める還流期間T1およびT3の割合であり、スイッチング周期をTSとすると式(2)で表される。 Further, in order to prevent simultaneous on / off of the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2 and the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 (hereinafter referred to as the reactor current) , Referred to herein as the “reflux period.”) T 1 and T 3 are provided. That is, in the control system on the P side, when the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2 that are the first switch group SW 1 are turned on, the on-time of the second switching element Q 2 is set to the first time. Control is performed so as to be longer than the ON time of the switching element Q 1 . On the other hand, in the N-side control system, when the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 , which are the second switch group SW 2, are turned on, the on time of the third switching element Q 3 is set to the fourth time. controls to longer than the oN time of the switching element Q 4. Here, ΔD P is a ratio of the reflux periods T 1 and T 3 occupying one switching cycle on the P side, and is expressed by Expression (2), where T S is the switching cycle.

Figure 0005483231
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N側のスイッチング1周期に占める還流期間T1およびT3の割合ΔDNも同様である。このΔDPおよびΔDNは、結合リアクトルの偏磁制御に用いるものであって、その詳細については図9を参照して説明する。 Ratio [Delta] D N reflux period T 1 and T 3 occupying the switching cycle of the N-side is the same. These ΔD P and ΔD N are used for controlling the demagnetization of the coupling reactor, and the details will be described with reference to FIG.

5レベルインバータ101の接続点P1およびN1に流入もしくは流出する電流iP1およびiN1の平均値は、理想的には等しい。そのため、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPを流れる電流iLPと第2の巻線LMNを流れる電流iLNとは等しくなるため、結合リアクトルLMのコア内には直流磁束は生じない。しかしながら実際は、素子のバラツキや制御系の誤差などにより、電流iP1の平均値と電流iN1の平均値との間に差異が生じる可能性がある。このため、電流iLPの平均値と電流iLNの平均値との間にも差異が生じ、結合リアクトルLMのコア内の磁束の直流成分が相殺されないため、直流偏磁が生じる。 The average values of the currents i P1 and i N1 flowing into or out of the connection points P1 and N1 of the five-level inverter 101 are ideally equal. Therefore, since the current i LP flowing through the first winding L MP of the coupled reactor L M and the current i LN flowing through the second winding L MN are equal, a DC magnetic flux is not generated in the core of the coupled reactor L M. Does not occur. However, in practice, there may be a difference between the average value of the current i P1 and the average value of the current i N1 due to variations in elements, control system errors, and the like. Therefore, differences occur between the mean value of the average value and the current i LN current i LP, since the DC component of the magnetic flux in the core of the coupling reactor L M is not canceled, the DC magnetic deviation occurs.

結合リアクトルLMの第1の巻線LMPを流れる電流iLPの平均値と接続点P1から5レベルインバータ101へ流入する電流iP1の平均値との間には式(3)で示される関係が成り立つ。 Formula (3) between the average value of the current i P1 flowing average value of the current i LP flowing through the first winding L MP of coupling reactor L M from the connection point P1 to the five-level inverter 101 A relationship is established.

Figure 0005483231
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式(3)に関して、電流iP1の平均値は5レベルインバータの状態によって定まる変数のため制御不可能であるが、ΔDPは還流期間によって変数のため制御可能である。つまり、電流iLPの平均値は、ΔDPを制御することによって、電流iP1の平均値とは異なる値に制御可能である。ここで、「ΔDP>0」であることから電流iLPの平均値は電流iP1の平均値よりも大きい。結合リアクトルLMの第2の巻線LMNについても同様のことが言える。したがって、接続点P1から5レベルインバータ101へ流入する電流iP1の平均値と、接続点N1から5レベルインバータ101へ流入する電流iN1の平均値との間に差異があったとしても、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPを流れる電流iLPの平均値と結合リアクトルLMの第2の巻線LMNを流れる電流iLNの平均値とが等しくなるように制御可能である。 Regarding equation (3), the average value of the current i P1 is uncontrollable due to a variable determined by the state of the 5-level inverter, whereas ΔD P is controllable because of the variable by the return period. That is, the average value of the current i LP can be controlled to a value different from the average value of the current i P1 by controlling ΔD P. Here, since “ΔD P > 0”, the average value of the current i LP is larger than the average value of the current i P1 . The same is true for the second winding L MN of coupling reactor L M. Therefore, even if there is a difference between the average value of the current i P1 flowing into the 5-level inverter 101 from the connection point P1 and the average value of the current i N1 flowing into the 5-level inverter 101 from the connection point N1, it is controllable so that the average value and is equal to the second winding L MN the flowing current i LN average value and the coupling reactor L M of the current i LP flowing through the first winding L MP of the reactor L M .

図9は、本発明の第1の実施例における偏磁制御のための制御系を示すブロック図である。   FIG. 9 is a block diagram showing a control system for bias control in the first embodiment of the present invention.

図9(a)に示すように、電流検出部によって検出された第1のインダクタLEPを流れる電流iLPの平均値が、電流検出部によって検出された第2のインダクタLENを流れる電流iLNの平均値よりも大きい場合、第1のインダクタLEPを流れる電流iLPから第2のインダクタLENを流れる電流iLNを減算した値を用いてP制御することにより、ΔDNを決定する。ここで、電流iLPおよび電流iLNのリプル電流成分を除去するためにローパスフィルタLPFを挿入している。決定されたΔDNは、図8を参照して説明した電圧均一制御の制御系に入力され、これにより、第3のスイッチング素子Q3のオン時間と第4のスイッチング素子Q4のオン時間との比率が決定される。 As shown in FIG. 9 (a), the average value of the current i LP flowing through the first inductor L EP detected by the current detection unit, a current flows through the second inductor L EN detected by the current detection unit i If greater than the average value of the LN, by P control using a value obtained by subtracting the current i LN from current i LP flowing through the first inductor L EP flowing through the second inductor L EN, to determine the [Delta] D N . Here, a low-pass filter LPF is inserted to remove the ripple current component of the current i LP and the current i LN . The determined ΔD N is input to the control system of the voltage uniformity control described with reference to FIG. 8, and accordingly, the on-time of the third switching element Q 3 and the on-time of the fourth switching element Q 4 The ratio is determined.

一方、図9(b)に示すように、電流検出部によって検出された第1のインダクタLEPを流れる電流iLPの平均値が、電流検出部によって検出された第2のインダクタLENを流れる電流iLNの平均値よりも小さい場合、第2のインダクタLENを流れる電流iLNから第1のインダクタLEPを流れる電流iLPを減算した値を用いて比例制御することにより、ΔDPを決定する。ここで、電流iLPおよび電流iLNのリプル電流成分を除去するためにローパスフィルタLPFを挿入している。決定されたΔDPは、図7を参照して説明した電圧均一制御の制御系に入力され、第1のスイッチング素子Q1のオン時間と第2のスイッチング素子Q2のオン時間との比率が決定される。 On the other hand, as shown in FIG. 9 (b), the average value of the current i LP flowing through the first inductor L EP detected by the current detection unit, flows through the second inductor L EN detected by the current detection unit If less than the average value of the current i LN, by proportional control using a value obtained by subtracting the current i LP from the current i LN flowing through the second inductor L EN through the first inductor L EP, the [Delta] D P decide. Here, a low-pass filter LPF is inserted to remove the ripple current component of the current i LP and the current i LN . The determined ΔD P is input to the control system of the voltage uniformity control described with reference to FIG. 7, and the ratio between the on-time of the first switching element Q 1 and the on-time of the second switching element Q 2 is It is determined.

なお、還流期間を設けるため「ΔDP≠0」および「ΔDN≠0」とする必要があるので、ΔDPおよびΔDNともに初期値としてΔD0をフィードフォワードしている。 Since and "[Delta] D P ≠ 0" to provide the reflux period is required to be "[Delta] D N ≠ 0", and the feedforward the [Delta] D 0 as both [Delta] D P and [Delta] D N initial values.

上述のようにして決定された第1のスイッチング素子Q1のオン時間と第2のスイッチング素子Q2のオン時間との比率および、第3のスイッチング素子Q3のオン時間と第4のスイッチング素子Q4のオン時間との比率に基づいて、第1のスイッチング素子Q1、第2のスイッチング素子Q2、第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4のスイッチング動作を制御する。 The ratio between the on-time of the first switching element Q 1 and the on-time of the second switching element Q 2 determined as described above, and the on-time of the third switching element Q 3 and the fourth switching element Based on the ratio of Q 4 to the ON time, the switching operations of the first switching element Q 1 , the second switching element Q 2 , the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 are controlled.

図10および11は、本発明の第1の実施例による電圧均一回路を動作させて誘導電動機を駆動した場合の実験波形を示す図であって、図11は、図10を時間軸方向に10倍拡大した図である。実験では、電圧均一回路の素子のキャリア周波数を2.5kHz、5レベルインバータのキャリア周波数を3kHz、インバータ変調率を1.0、出力周波数50Hz、出力電圧3.1kWとした。また、スイッチング素子については、電圧均一回路および5レベルインバータどちらも600VのIGBT、600Vのダイオードを使用した。各波形は、相電圧vu、線間電圧vuv、出力電流io、各コンデンサの直流電圧vP2-M、vP1-M、vN1-MおよびvN2-M、インダクタ電流iLPおよびiLNである。実験結果より、相電圧で5レベル、線間電圧で9レベルの波形となっており、また、各コンデンサの直流電圧が均一に制御されていることがわかる。 10 and 11 are diagrams showing experimental waveforms when the induction motor is driven by operating the voltage uniform circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. It is the figure expanded twice. In the experiment, the carrier frequency of the element of the voltage uniform circuit was 2.5 kHz, the carrier frequency of the 5-level inverter was 3 kHz, the inverter modulation factor was 1.0, the output frequency was 50 Hz, and the output voltage was 3.1 kW. As for the switching elements, 600 V IGBTs and 600 V diodes were used for both the voltage uniform circuit and the 5-level inverter. Each waveform includes phase voltage v u , line voltage v uv , output current i o , DC voltage v P2-M , v P1-M , v N1-M and v N2-M , inductor current i LP and i LN . From the experimental results, it can be seen that the phase voltage has 5 levels and the line voltage has 9 levels, and the DC voltage of each capacitor is uniformly controlled.

本発明の第2の実施例による電圧均一回路は、4レベルダイオードクランプ型のインバータの直流リンクのためのコンデンサに接続され、各コンデンサに生じる直流電圧を均一に制御するものである。図12は、本発明の第2の実施例による電圧均一回路の回路図である。   The voltage equalizing circuit according to the second embodiment of the present invention is connected to a capacitor for a DC link of a four-level diode clamp type inverter and uniformly controls a DC voltage generated in each capacitor. FIG. 12 is a circuit diagram of a voltage uniform circuit according to the second embodiment of the present invention.

一般に、4レベルダイオードクランプ型のインバータ101の直流側には、直流リンクのための第1コンデンサCDC1、第2コンデンサCDC2および第3コンデンサCDC3が、互いに直列接続されている。第1コンデンサCDC1、第2コンデンサCDC2および第3コンデンサCDC3の各接続点を、図12に示すようにP2、P1、N1およびN2とする。第1のコンデンサCDC1の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点P1)とは反対側の端子P2には、直流電源となるダイオード整流器102の正極が接続され、第3のコンデンサCDC3の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点N1)とは反対側の端子N2には、直流電源となるダイオード整流器102の負極が接続される。 In general, a first capacitor C DC1 , a second capacitor C DC2, and a third capacitor C DC3 for a DC link are connected in series to each other on the DC side of the four-level diode clamp type inverter 101. The connection points of the first capacitor C DC1 , the second capacitor C DC2, and the third capacitor C DC3 are P2, P1, N1, and N2, as shown in FIG. A positive electrode of a diode rectifier 102 serving as a DC power supply is connected to a terminal P2 of the first capacitor C DC1 opposite to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (that is, the connection point P1). The negative electrode of the diode rectifier 102 serving as a DC power source is connected to a terminal N2 of the capacitor C DC3 opposite to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (that is, the connection point N1).

本発明の第2の実施例による電圧均一回路2は、第1コンデンサCDC1、第2コンデンサCDC2、および第3コンデンサCDC3が直列接続された一群とダイオード整流器102との間に接続される。 The voltage equalizing circuit 2 according to the second embodiment of the present invention is connected between a diode rectifier 102 and a group in which a first capacitor C DC1 , a second capacitor C DC2 , and a third capacitor C DC3 are connected in series. .

電圧均一回路1は、第1のスイッチ群SW1、第2のスイッチ群SW2、第1のダイオードD1、第2のダイオードD2、第3のダイオードD3、第4のダイオードD4、結合リアクトルLM、第1のインダクタLEP、第2のインダクタLEN、制御部(図示せず)、および電流検出部(図示せず)を備える。 The voltage equalization circuit 1 includes a first switch group SW1, a second switch group SW2, a first diode D 1 , a second diode D 2 , a third diode D 3 , a fourth diode D 4 , a coupled reactor. L M , a first inductor L EP , a second inductor L EN , a control unit (not shown), and a current detection unit (not shown).

第1のスイッチ群SW1は、第1のコンデンサCDC1の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点P1)とは反対側の端子P2と、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPと第1のダイオードD1のカソードとの接続点と、の間に接続される。 The first switch group SW1 includes a terminal P2 on the opposite side of the first capacitor C DC1 to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (that is, the connection point P1), and a first of the coupling reactor L M. a connection point between the winding L MP and the first diode D 1 of the cathode, is connected between the.

第1のダイオードD1は、第1のスイッチ群SW1の、第1のコンデンサCDC1が接続される側(すなわち端子P2)とは反対側の端子に接続されるカソードと、第2のコンデンサCDC2と第3のコンデンサCDC3との接続点に接続されるアノードと、を有する。 The first diode D 1 includes a cathode connected to a terminal of the first switch group SW 1 on the side opposite to the side to which the first capacitor C DC1 is connected (that is, the terminal P 2), and a second capacitor C 1. And an anode connected to a connection point between DC2 and the third capacitor CDC3 .

第2のダイオードD2は、第1のコンデンサCDC1と第2のコンデンサCDC2との接続点P1に接続されるカソードと、結合リアクトルLMの第2の巻線LMNと第2のスイッチ群SW2との接続点に接続されるアノードを有する。 The second diode D 2 has a cathode and the second winding L MN and a second switch coupling reactor L M which is connected to the first capacitor C DC1 to the connection point P1 of the second capacitor C DC2 It has an anode connected to a connection point with the group SW2.

第2のスイッチ群SW2は、第2のダイオードD2のアノードに、一方の端子が接続され、第3のコンデンサCDC3の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点N1)とは反対側の端子N2に、他方の端子が接続される。 Second switch group SW2 is the anode of the second diode D 2, the one terminal connection, the third capacitor C DC3, the side where the second capacitor C DC2 is connected (i.e. the connection point N1) The other terminal is connected to the terminal N2 on the opposite side.

結合リアクトルLMは、第1の巻線LMPと第2の巻線LMNとを備える。 Coupling reactor L M comprises a first winding L MP and the second winding L MN.

結合リアクトルLMの第1の巻線LMPは、第1のスイッチ群SW1と第1のダイオードD1のカソードとの接続点と、第1のコンデンサCDC1と第2のコンデンサCDC2との接続点P1と、の間に接続される。なお、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPの、第1のスイッチ群SW1が接続される側とは反対側の端子と、第1のコンデンサCDC1と第2のコンデンサCDC2との接続点P1と、の間には、第1のインダクタLEPが接続される。第1のインダクタLEPのインダクタンスは、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPのインダクタンスよりも十分に小さいものに設定する。 First winding L MP of coupling reactor L M includes a first switch group SW1 and a connection point between the first diode D 1 of the cathode, the first capacitor C DC1 and the second capacitor C DC2 It is connected between the connection point P1. Incidentally, the first winding L MP of coupling reactor L M, and the opposite side terminal to the side where the first switch group SW1 is connected to the first capacitor C DC1 and the second capacitor C DC2 A first inductor LEP is connected between the connection point P1. Inductance of the first inductor L EP is set to one sufficiently smaller than the inductance of the first winding L MP of coupling reactor L M.

結合リアクトルLMの第2の巻線LMNは、第2のダイオードD2のアノードと第2のスイッチ群SW2との接続点と、第3のコンデンサCDC3と第4のコンデンサCDC4との接続点N1と、の間に接続される。なお、結合リアクトルLMの第2の巻線LMNの、第2のスイッチ群SW2が接続される側とは反対側の端子と、第2のコンデンサCDC2と第3のコンデンサCDC3との接続点N1と、の間には、第2のインダクタLENが接続される。第2のインダクタLENのインダクタンスは、結合リアクトルLMの第2の巻線LMNのインダクタンスよりも十分に小さいものに設定する。 Second winding L MN of coupling reactor L M, the anode of the second diode D 2 and the connection point of the second switch group SW2, the third capacitor C DC3 and the fourth capacitor C DC4 It is connected between the connection point N1. Incidentally, the second winding L MN of coupling reactor L M, and the opposite side terminal to the side where the second switch group SW2 is connected, the second capacitor C DC2 and the third capacitor C DC3 A second inductor LEN is connected between the connection point N1. Inductance of the second inductor L EN is set to one sufficiently smaller than the inductance of the second winding L MN of coupling reactor L M.

第1のスイッチ群SW1は、第1のコンデンサCDC1の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点P1)とは反対側の端子P2に接続される第1のスイッチング素子Q1と、第1のスイッチング素子Q1に直列接続される第2のスイッチング素子Q2と、を備える。第1のスイッチング素子Q1は、オン時には、第1のコンデンサCDC1の、第2のコンデンサCDC2が接続される側(すなわち接続点P1)とは反対側の端子P2から、第2のスイッチング素子Q2が接続される側の端子へ向けて電流を通す。第2のスイッチング素子Q2は、オン時には、第1のスイッチング素子Q1が接続される側の端子から、結合リアクトルLMの第1の巻線LMPが接続される側の端子へ向けて電流を通す。 The first switch group SW1 includes a first switching element Q connected to a terminal P2 of the first capacitor C DC1 opposite to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (that is, the connection point P1). 1 and a second switching element Q 2 connected in series to the first switching element Q 1 . When the first switching element Q 1 is turned on, the first switching element Q 1 is switched from the terminal P 2 on the opposite side of the first capacitor C DC1 to the side to which the second capacitor C DC2 is connected (ie, the connection point P 1). pass current toward the side of the terminal element Q 2 is connected. The second switching element Q 2 is, at the time of ON, from the side of the terminal to which the first switching element Q 1 is connected, towards the side of the terminal to which the first winding L MP of coupling reactor L M is connected Pass current.

第2のスイッチ群SW2は、第2のダイオードD2のアノードに接続される第3のスイッチング素子Q3と、第3のスイッチング素子Q3に直列接続される第4のスイッチング素子Q4とを備える。第3のスイッチング素子Q3は、オン時には、結合リアクトルLMの第2の巻線LMNが接続される側の端子から、第4のスイッチング素子Q4が接続される側の端子へ向けて電流を通し、第4のスイッチング素子Q4は、オン時には、第3のスイッチング素子Q3が接続される側の端子から、第4のコンデンサCDC4の、第3のコンデンサCDC3が接続される側(すなわち接続点N1)とは反対側の端子N2へ向けて電流を流す。 The second switch group SW2 includes a third switching element Q 3 connected to the anode of the second diode D 2 and a fourth switching element Q 4 connected in series to the third switching element Q 3. Prepare. Third switching element Q 3 are, at the time of ON, from the side of the terminal to which the second winding L MN of coupling reactor L M is connected, towards the fourth side of the terminal switching element Q 4 is connected The fourth switching element Q 4 is connected to the third capacitor C DC3 of the fourth capacitor C DC4 from the terminal on the side to which the third switching element Q 3 is connected when the fourth switching element Q 4 is turned on. A current is supplied to the terminal N2 on the side opposite to the side (that is, the connection point N1).

第3のダイオードD3は、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2との接続点に接続されるカソードと、第1のコンデンサCDC1と第2のコンデンサCDC2との接続点P1に接続されるアノードと、を有する。 The third diode D 3 has a cathode connected to a connection point of the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2, connection between the first capacitor C DC1 and the second capacitor C DC2 And an anode connected to the point P1.

第4のダイオードD4は、第3のスイッチング素子Q3と第4のスイッチング素子Q4との接続点に接続されるアノードと、第2のコンデンサCDC2と第3のコンデンサCDC3との接続点N1に接続されるカソードと、を有する。 The fourth diode D 4 has an anode connected to a connection point between the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4, and a connection between the second capacitor C DC2 and the third capacitor C DC3. And a cathode connected to the point N1.

電流検出部(図示せず)は、第1のインダクタLEPを流れる電流および第2のインダクタLENを流れる電流を検出する。 A current detector (not shown) detects a current flowing through the first inductor LEP and a current flowing through the second inductor LEN .

制御部(図示せず)は、第1のスイッチ群SW1(すなわち第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2)をオン(導通)するときは、第2のスイッチ群SW2(すなわち第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4)をオフ(開放)し、第1のスイッチ群SW1をオフ(開放)するときは、第2のスイッチ群SW2をオン(導通)するよう制御する。 Controller (not shown), when the first switch group SW1 (i.e. first switching element Q 1 and the second switching element Q 2) the on (conductive), the second switch group SW2 (i.e. When the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 ) are turned off (opened) and the first switch group SW1 is turned off (opened), the second switch group SW2 is turned on (conductive). Control as follows.

次に、本発明の第2の実施例による電圧均一回路の動作について説明する。4レベルインバータに適用される本発明の第2の実施例による電圧均一回路の動作は、5レベルインバータに適用される本発明の第1の実施例による電圧均一回路の動作を応用したものであり、その原理において類似するものである。ここでは、スイッチングモードの切り替えに係る電圧均一回路の基本動作原理について説明する。なお、本発明の第2の実施例による電圧均一回路2の具体的な電圧均一制御および偏磁制御については、上述した本発明の第1の実施例におけるものと同様である。   Next, the operation of the voltage uniform circuit according to the second embodiment of the present invention will be described. The operation of the voltage uniform circuit according to the second embodiment of the present invention applied to the 4-level inverter is an application of the operation of the voltage uniform circuit according to the first embodiment of the present invention applied to the 5-level inverter. Is similar in principle. Here, the basic operation principle of the voltage uniform circuit related to switching of the switching mode will be described. The specific voltage uniformity control and magnetic bias control of the voltage uniformity circuit 2 according to the second embodiment of the present invention are the same as those in the first embodiment of the present invention described above.

図13および14は、本発明の第2の実施例による電圧均一回路の基本動作原理を説明する回路図であり、図13はモードAでの状態を示し、図14はモードBでの状態を示す。   13 and 14 are circuit diagrams for explaining the basic operation principle of the voltage equalizing circuit according to the second embodiment of the present invention. FIG. 13 shows a state in mode A, and FIG. 14 shows a state in mode B. Show.

制御部は、第1のスイッチ群SW1(すなわち第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2)をオン(導通)するときは、第2のスイッチ群SW2(すなわち第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4)をオフ(開放)するよう制御する。このときのスイッチング状態をモードAと称し、このときの電流の流れを図13に示す。また、制御部は、第1のスイッチ群SW1(すなわち第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2)をオフ(開放)するときは、第2のスイッチ群SW2(すなわち第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4)をオン(導通)するよう制御する。このときのスイッチング状態をモードBと称し、このときの電流の流れを図14に示す。 When turning on (conducting) the first switch group SW1 (ie, the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2 ), the control unit sets the second switch group SW2 (ie, the third switching element). Control is performed to turn off (open) Q 3 and the fourth switching element Q 4 ). The switching state at this time is referred to as mode A, and the current flow at this time is shown in FIG. The control unit, when the first switch group SW1 (i.e. first switching element Q 1 and the second switching element Q 2) OFF (open), the second switch group SW2 (i.e. third The switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4 ) are controlled to be turned on (conductive). The switching state at this time is referred to as mode B, and the current flow at this time is shown in FIG.

まず、図13に示すモードAでは、第1のスイッチ群SW1である第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2がオンしているため、第1のコンデンサCDC1から端子P2を経由して電流iLPが結合リアクトルLMの第1の巻線LMPへ流れ込む。第1のインダクタLEPが十分小さいとすれば結合リアクトルLMの第1の巻線LMPには第1のコンデンサCDC1に生じる電圧が印加される。この電圧は、電磁誘導により結合リアクトルLMの第2の巻線LMNにも発生する。このとき、第2のダイオードD2は順方向に電圧が印加されることになるので、電流iLNが接続点P1を経由して第3のコンデンサCDC3へ流れ込む。つまり、モードAにおいては、第1のコンデンサCDC1は放電し、そのエネルギーにより、第2のコンデンサCDC2は充電される。 First, in mode A shown in FIG. 13, since the first switching element Q 1 and the second switching element Q 2, which are the first switch group SW1, are turned on, the terminal P2 is connected from the first capacitor CDC1. current i LP via flows to the first winding L MP of coupling reactor L M. The first winding L MP of coupling reactor L M if the first inductor L EP is sufficiently small voltage generated in the first capacitor C DC1 is applied. This voltage is also generated in the second winding L MN of coupling reactor L M by electromagnetic induction. At this time, the second diode D 2 is it means that the voltage in the forward direction is applied, the current i LN flows into the third capacitor C DC3 via the connection point P1. That is, in mode A, the first capacitor C DC1 is discharged, and the second capacitor C DC2 is charged by the energy.

一方、図14に示すモードBでは、第2のスイッチ群SW2である第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4がオンしているため、第3のコンデンサCDC3から端子N1を経由して電流iLNが結合リアクトルLMの第2の巻線LMNを流れる。第2のインダクタLENが十分小さいとすれば結合リアクトルLMの第2の巻線LMPNには第3のコンデンサCDC3に生じる電圧1が印加される。この電圧は、電磁誘導により結合リアクトルLMの第1の巻線LMPにも発生する。このとき、第1のダイオードD1は順方向に電圧が印加されることになるので、電流iPが接続点P1を経由して第2のコンデンサCDC2へ流れ込む。つまり、モードBにおいては、第3のコンデンサCDC3は放電し、そのエネルギーにより、第2のコンデンサCDC2は充電される。 On the other hand, in mode B shown in FIG. 14, since the third switching element Q 3 and the fourth switching element Q 4, which are the second switch group SW2, are turned on, the terminal N1 is connected from the third capacitor CDC3. current i LN via the flows through the second winding L MN of coupling reactor L M. The second winding L MPN of coupling reactor L M if the second inductor L EN is sufficiently small voltage 1 is applied resulting in the third capacitor C DC3. This voltage is also induced in the first winding L MP of coupling reactor L M by electromagnetic induction. At this time, since the voltage is applied to the first diode D 1 in the forward direction, the current i P flows into the second capacitor C DC2 via the connection point P1. That is, in mode B, the third capacitor C DC3 is discharged, and the second capacitor C DC2 is charged by the energy.

本発明の第2の実施例による電圧均一回路2を設けない場合は、外側2台のコンデンサすなわち第1のコンデンサCDC1および第3のコンデンサCDC3については充電状態となるのでこれらコンデンサに生じる直流電圧は上昇し、内側のコンデンサすなわち第2のコンデンサCDC2については放電状態となるのでこれらコンデンサに生じる直流電圧は低下する。これに対し、本発明の第2の実施例による電圧均一回路2を適用すれば、上述のモードAおよびモードBを交互に切り替えることにより、外側2台のコンデンサすなわち第1のコンデンサCDC1および第3のコンデンサCDC3については放電し、内側のコンデンサすなわち第2のコンデンサCDC2については充電することができ、したがって、第1のコンデンサCDC1、第2のコンデンサCDC2および第3のコンデンサCDC3にそれぞれに生じる各直流電圧を等しく(均一に)することができる。 When the voltage equalization circuit 2 according to the second embodiment of the present invention is not provided, the two outer capacitors, that is, the first capacitor C DC1 and the third capacitor C DC3 are in a charged state, and thus the direct current generated in these capacitors. The voltage rises, and the inner capacitor, that is, the second capacitor CDC2 is discharged, so that the DC voltage generated in these capacitors is lowered. On the other hand, if the voltage equalization circuit 2 according to the second embodiment of the present invention is applied, the two outer capacitors, that is, the first capacitor C DC1 and the second capacitor are switched by alternately switching the mode A and the mode B described above. The third capacitor C DC3 can be discharged and the inner or second capacitor C DC2 can be charged, thus the first capacitor C DC1 , the second capacitor C DC2 and the third capacitor C DC3. It is possible to equalize (uniformly) each DC voltage generated in each.

本発明は、モータドライブ用の5レベルインバータもしくは4レベルインバータに接続される電圧均一回路に適用することができる。特に、産業用の大容量のモータドライブ、例えばファン・ブロワやコンプレッサなどのモータドライブ用の5レベルインバータもしくは4レベルインバータに接続される電圧均一回路に適用することができる。   The present invention can be applied to a voltage uniform circuit connected to a 5-level inverter or a 4-level inverter for motor drive. In particular, the present invention can be applied to a large voltage motor drive for industrial use, for example, a voltage uniform circuit connected to a 5-level inverter or a 4-level inverter for a motor drive such as a fan / blower or a compressor.

1 電圧均一回路
2 電圧均一回路
101 5レベルインバータ
102 ダイオード整流器
104 誘導電動機
DC1 第1のコンデンサ
DC2 第2のコンデンサ
DC3 第3のコンデンサ
DC4 第4のコンデンサ
1 第1のダイオード
2 第2のダイオード
3 第3のダイオード
4 第4のダイオード
EP 第1のインダクタ
EN 第2のインダクタ
M 結合リアクトル
MP 第1の巻線
MN 第2の巻線
1 第1のスイッチング素子
2 第2のスイッチング素子
3 第3のスイッチング素子
4 第4のスイッチング素子
SW1 第1のスイッチ群
SW2 第2のスイッチ群
1 Voltage Uniform Circuit 2 Voltage Uniform Circuit 101 5 Level Inverter 102 Diode Rectifier 104 Induction Motor C DC1 First Capacitor C DC2 Second Capacitor C DC3 Third Capacitor C DC4 Fourth Capacitor D 1 First Diode D 2 2nd diode D 3 3rd diode D 4 4th diode L EP 1st inductor L EN 2nd inductor L M coupling reactor L MP 1st winding L MN 2nd winding Q 1 1st the switching element Q 2 second switching element Q 3 the third switching element Q 4 fourth switching element SW1 first switch group SW2 second switch group

Claims (8)

5レベルダイオードクランプ型のインバータの直流リンクのための互いに直列接続された第1、第2、第3および第4のコンデンサに接続され、各前記コンデンサに生じる直流電圧を均一に制御する電圧均一回路であって、
前記第1のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続される第1のスイッチ群であって、該第1のスイッチ群は、前記第1のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続される第1のスイッチング素子と、該第1のスイッチング素子に直列接続される第2のスイッチング素子と、を備える第1のスイッチ群と、
前記第1のスイッチ群の、前記第1のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続されるカソードと、前記第2のコンデンサと前記第3のコンデンサとの接続点である前記インバータの中性点に接続されるアノードと、を有する第1のダイオードと、
前記第1のダイオードのアノードと前記中性点との接続点に接続されるカソードを有する第2のダイオードと、
前記第2のダイオードのアノードに、一方の端子が接続され、前記第4のコンデンサの、前記第3のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に、他方の端子が接続される第2のスイッチ群であって、該第2のスイッチ群は、前記第2のダイオードのアノードに接続される第3のスイッチング素子と、該第3のスイッチング素子に直列接続される第4のスイッチング素子と、を備える第2のスイッチ群と、
第1の巻線と第2の巻線とを備える結合リアクトルであって、前記第1の巻線は、前記第1のスイッチ群と前記第1のダイオードのカソードとの接続点と、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとの接続点と、の間に接続され、前記第2の巻線は、前記第2のダイオードのアノードと前記第2のスイッチ群との接続点と、前記第3のコンデンサと前記第4のコンデンサとの接続点と、の間に接続される結合リアクトルと、
前記第1のスイッチ群をオンするときは、前記第2のスイッチ群をオフし、前記第1のスイッチ群をオフするときは、前記第2のスイッチ群をオンするよう制御する制御部と、
前記第1の巻線の、前記第1のスイッチ群が接続される側とは反対側の端子と、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとの接続点と、の間に接続される第1のインダクタと、
前記第2の巻線の、前記第2のスイッチ群が接続される側とは反対側の端子と、前記第3のコンデンサと前記第4のコンデンサとの接続点と、の間に接続される第2のインダクタと、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との接続点に接続されるカソードと、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとの接続点に接続されるアノードと、を有する第3のダイオードと、
前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子との接続点に接続されるアノードと、前記第3のコンデンサと前記第4のコンデンサとの接続点に接続されるカソードと、を有する第4のダイオードと、
を備え
前記第1のスイッチング素子は、オン時には、前記第1のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子から、前記第2のスイッチング素子が接続される側の端子へ向けて電流を通し、
前記第2のスイッチング素子は、オン時には、前記第1のスイッチング素子が接続される側の端子から、前記第1の巻線が接続される側の端子へ向けて電流を通し、
前記第3のスイッチング素子は、オン時には、前記第2の巻線が接続される側の端子から、前記第4のスイッチング素子が接続される側の端子へ向けて電流を通し、
前記第4のスイッチング素子は、オン時には、前記第3のスイッチング素子が接続される側の端子から、前記第4のコンデンサの、前記第3のコンデンサが接続される側とは反対側の端子へ向けて電流を流すことを特徴とする電圧均一回路。
A voltage equalizing circuit connected to first, second, third and fourth capacitors connected in series for a DC link of a five-level diode clamp type inverter, and uniformly controlling the DC voltage generated in each capacitor. Because
A first switch group connected to a terminal of the first capacitor opposite to the side to which the second capacitor is connected, the first switch group comprising: A first switching element connected to a terminal opposite to the side to which the second capacitor is connected, and a second switching element connected in series to the first switching element. A group of switches ,
The cathode that is connected to a terminal on the opposite side of the first switch group to the side to which the first capacitor is connected, and the inverter that is a connection point between the second capacitor and the third capacitor A first diode having an anode connected to a neutral point of
A second diode having a cathode connected to a connection point between the anode of the first diode and the neutral point;
One terminal is connected to the anode of the second diode, and the other terminal is connected to the terminal of the fourth capacitor opposite to the side to which the third capacitor is connected. The second switch group includes a third switching element connected to the anode of the second diode, and a fourth switching element connected in series to the third switching element. A second switch group comprising:
A coupling reactor comprising a first winding and a second winding, wherein the first winding is a connection point between the first switch group and a cathode of the first diode, and And the second winding is connected between a connection point between the anode of the second diode and the second switch group, and the connection point between the first capacitor and the second capacitor. A coupling reactor connected between a connection point of a third capacitor and the fourth capacitor;
A control unit that controls to turn off the second switch group when turning on the first switch group, and to turn on the second switch group when turning off the first switch group;
The first winding is connected between a terminal opposite to the side to which the first switch group is connected and a connection point between the first capacitor and the second capacitor. A first inductor;
Connected between a terminal of the second winding opposite to the side to which the second switch group is connected, and a connection point between the third capacitor and the fourth capacitor. A second inductor;
A cathode having a cathode connected to a connection point between the first switching element and the second switching element; and an anode connected to a connection point between the first capacitor and the second capacitor. A diode of
A fourth electrode having an anode connected to a connection point between the third switching element and the fourth switching element; and a cathode connected to a connection point between the third capacitor and the fourth capacitor. A diode of
Equipped with a,
When the first switching element is turned on, from the terminal on the opposite side of the first capacitor to the side to which the second capacitor is connected, to the terminal to which the second switching element is connected Pass current through
When the second switching element is on, a current is passed from a terminal on the side to which the first switching element is connected to a terminal on the side to which the first winding is connected,
When the third switching element is on, a current is passed from a terminal on the side to which the second winding is connected toward a terminal on the side to which the fourth switching element is connected,
When the fourth switching element is turned on, from the terminal on the side to which the third switching element is connected to the terminal on the opposite side of the fourth capacitor to the side to which the third capacitor is connected. A voltage uniform circuit characterized by flowing a current toward .
前記制御部は、前記第1のスイッチ群のオン時には、前記第2のスイッチング素子のオン時間を前記第1のスイッチング素子のオン時間よりも長くするよう制御し、前記第2のスイッチ群のオン時には、前記第3のスイッチング素子のオン時間を前記第4のスイッチング素子のオン時間よりも長くするよう制御する請求項に記載の電圧均一回路。 The controller controls the on-time of the second switching element to be longer than the on-time of the first switching element when the first switch group is on, and turns on the second switch group. sometimes, voltage-balancing circuit according to claim 1 for controlling so as to be longer than the oN time of the third the on-time of the switching element of the fourth switching element. 前記第1のインダクタを流れる電流および前記第2のインダクタを流れる電流を検出する電流検出部を備え、
前記制御部は、
検出された前記第1のインダクタを流れる電流の平均値が、検出された前記第2のインダクタを流れる電流の平均値よりも小さい場合、前記第2のインダクタを流れる電流から前記第1のインダクタを流れる電流を減算した値を用いて比例制御することにより、前記第1のスイッチング素子のオン時間と前記第2のスイッチング素子のオン時間との比率を決定し、
検出された前記第1のインダクタを流れる電流の平均値が、検出された前記第2のインダクタを流れる電流の平均値よりも大きい場合、前記第1のインダクタを流れる電流から前記第2のインダクタを流れる電流を減算した値を用いて比例制御することにより、前記第3のスイッチング素子のオン時間と前記第4のスイッチング素子のオン時間との比率を決定し、
決定された前記第1のスイッチング素子のオン時間と前記第2のスイッチング素子のオン時間との前記比率および、前記第3のスイッチング素子のオン時間と前記第4のスイッチング素子のオン時間との前記比率に基づいて、前記第1のスイッチング素子、前記第2のスイッチング素子、前記第3のスイッチング素子および前記第4のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する請求項に記載の電圧均一回路。
A current detection unit for detecting a current flowing through the first inductor and a current flowing through the second inductor;
The controller is
When the detected average value of the current flowing through the first inductor is smaller than the detected average value of the current flowing through the second inductor, the first inductor is changed from the current flowing through the second inductor. By performing proportional control using a value obtained by subtracting the flowing current, the ratio between the on-time of the first switching element and the on-time of the second switching element is determined,
When the detected average value of the current flowing through the first inductor is larger than the detected average value of the current flowing through the second inductor, the second inductor is changed from the current flowing through the first inductor. By performing proportional control using a value obtained by subtracting the flowing current, the ratio between the on-time of the third switching element and the on-time of the fourth switching element is determined,
The ratio between the determined ON time of the first switching element and the ON time of the second switching element, and the ON time of the third switching element and the ON time of the fourth switching element. The voltage uniform circuit according to claim 2 , wherein a switching operation of the first switching element, the second switching element, the third switching element, and the fourth switching element is controlled based on a ratio.
前記第1のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子には、直流電源の正極が接続され、
前記第4のコンデンサの、前記第3のコンデンサが接続される側とは反対側の端子には、直流電源の負極が接続される請求項1〜のいずれか一項に記載の電圧均一回路。
A positive electrode of a DC power source is connected to a terminal of the first capacitor opposite to the side to which the second capacitor is connected,
The voltage uniform circuit according to any one of claims 1 to 3 , wherein a negative electrode of a DC power source is connected to a terminal of the fourth capacitor opposite to a side to which the third capacitor is connected. .
4レベルダイオードクランプ型のインバータの直流リンクのための互いに直列接続された第1、第2および第3のコンデンサに接続され、各前記コンデンサに生じる直流電圧を均一に制御する電圧均一回路であって、
前記第1のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続される第1のスイッチ群であって、該第1のスイッチ群は、前記第1のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続される第1のスイッチング素子と、該第1のスイッチング素子に直列接続される第2のスイッチング素子と、を備える第1のスイッチ群と、
前記第1のスイッチ群の、前記第1のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に接続されるカソードと、前記第2のコンデンサと前記第3のコンデンサとの接続点に接続されるアノードと、を有する第1のダイオードと、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとの接続点に接続されるカソードを有する第2のダイオードと、
前記第2のダイオードのアノードに、一方の端子が接続され、前記第3のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子に、他方の端子が接続される第2のスイッチ群であって、該第2のスイッチ群は、前記第2のダイオードのアノードに接続される第3のスイッチング素子と、該第3のスイッチング素子に直列接続される第4のスイッチング素子と、を備える第2のスイッチ群と、
第1の巻線と第2の巻線とを備える結合リアクトルであって、前記第1の巻線は、前記第1のスイッチ群と前記第1のダイオードのカソードとの接続点と、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとの接続点と、の間に接続され、前記第2の巻線は、前記第2のダイオードのアノードと前記第2のスイッチ群との接続点と、前記第2のコンデンサと前記第3のコンデンサとの接続点と、の間に接続される結合リアクトルと、
前記第1のスイッチ群をオンするときは、前記第2のスイッチ群をオフし、前記第1のスイッチ群をオフするときは、前記第2のスイッチ群をオンするよう制御する制御部と、
前記第1の巻線の、前記第1のスイッチ群が接続される側とは反対側の端子と、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとの接続点と、の間に接続される第1のインダクタと、
前記第2の巻線の、前記第2のスイッチ群が接続される側とは反対側の端子と、前記第2のコンデンサと前記第3のコンデンサとの接続点と、の間に接続される第2のインダクタと、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との接続点に接続されるカソードと、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとの接続点に接続されるアノードと、を有する第3のダイオードと、
前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子との接続点に接続されるアノードと、前記第2のコンデンサと前記第3のコンデンサとの接続点に接続されるカソードと、を有する第4のダイオードと、
を備え
前記第1のスイッチング素子は、オン時には、前記第1のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子から、前記第2のスイッチング素子が接続される側の端子へ向けて電流を通し、
前記第2のスイッチング素子は、オン時には、前記第1のスイッチング素子が接続される側の端子から、前記第1の巻線が接続される側の端子へ向けて電流を通し、
前記第3のスイッチング素子は、オン時には、前記第2の巻線が接続される側の端子から、前記第4のスイッチング素子が接続される側の端子へ向けて電流を通し、
前記第4のスイッチング素子は、オン時には、前記第3のスイッチング素子が接続される側の端子から、前記第4のコンデンサの、前記第3のコンデンサが接続される側とは反対側の端子へ向けて電流を流すことを特徴とする電圧均一回路。
A voltage equalizing circuit connected to first, second and third capacitors connected in series for a DC link of a four-level diode clamp type inverter and uniformly controlling a DC voltage generated in each of the capacitors. ,
A first switch group connected to a terminal of the first capacitor opposite to the side to which the second capacitor is connected, the first switch group comprising: A first switching element connected to a terminal opposite to the side to which the second capacitor is connected, and a second switching element connected in series to the first switching element. A group of switches ,
The first switch group is connected to a cathode connected to a terminal opposite to the side to which the first capacitor is connected, and to a connection point between the second capacitor and the third capacitor. A first diode having an anode;
A second diode having a cathode connected to a connection point between the first capacitor and the second capacitor;
One terminal is connected to the anode of the second diode, and the other terminal is connected to the terminal of the third capacitor opposite to the side to which the second capacitor is connected. The second switch group includes a third switching element connected to the anode of the second diode, and a fourth switching element connected in series to the third switching element. A second switch group comprising:
A coupling reactor comprising a first winding and a second winding, wherein the first winding is a connection point between the first switch group and a cathode of the first diode, and And the second winding is connected between a connection point between the anode of the second diode and the second switch group, and the connection point between the first capacitor and the second capacitor. A coupling reactor connected between a connection point of a second capacitor and the third capacitor;
A control unit that controls to turn off the second switch group when turning on the first switch group, and to turn on the second switch group when turning off the first switch group;
The first winding is connected between a terminal opposite to the side to which the first switch group is connected and a connection point between the first capacitor and the second capacitor. A first inductor;
The second winding is connected between a terminal opposite to the side to which the second switch group is connected and a connection point between the second capacitor and the third capacitor. A second inductor;
A cathode having a cathode connected to a connection point between the first switching element and the second switching element; and an anode connected to a connection point between the first capacitor and the second capacitor. A diode of
A fourth electrode having an anode connected to a connection point between the third switching element and the fourth switching element; and a cathode connected to a connection point between the second capacitor and the third capacitor. A diode of
Equipped with a,
When the first switching element is turned on, from the terminal on the opposite side of the first capacitor to the side to which the second capacitor is connected, to the terminal to which the second switching element is connected Pass current through
When the second switching element is on, a current is passed from a terminal on the side to which the first switching element is connected to a terminal on the side to which the first winding is connected,
When the third switching element is on, a current is passed from a terminal on the side to which the second winding is connected toward a terminal on the side to which the fourth switching element is connected,
When the fourth switching element is turned on, from the terminal on the side to which the third switching element is connected to the terminal on the opposite side of the fourth capacitor to the side to which the third capacitor is connected. A voltage uniform circuit characterized by flowing a current toward .
前記制御部は、前記第1のスイッチ群のオン時には、前記第2のスイッチング素子のオン時間を前記第1のスイッチング素子のオン時間よりも長くするよう制御し、前記第2のスイッチ群のオン時には、前記第3のスイッチング素子のオン時間を前記第4のスイッチング素子のオン時間よりも長くするよう制御する請求項に記載の電圧均一回路。 The controller controls the on-time of the second switching element to be longer than the on-time of the first switching element when the first switch group is on, and turns on the second switch group. 6. The voltage equalization circuit according to claim 5 , wherein sometimes the on-time of the third switching element is controlled to be longer than the on-time of the fourth switching element. 前記第1のインダクタを流れる電流および前記第2のインダクタを流れる電流を検出する電流検出部を備え、
前記制御部は、
検出された前記第1のインダクタを流れる電流の平均値が、検出された前記第2のインダクタを流れる電流の平均値よりも小さい場合、前記第2のインダクタを流れる電流から前記第1のインダクタを流れる電流を減算した値を用いて比例制御することにより、前記第1のスイッチング素子のオン時間と前記第2のスイッチング素子のオン時間との比率を決定し、
検出された前記第1のインダクタを流れる電流の平均値が、検出された前記第2のインダクタを流れる電流の平均値よりも大きい場合、前記第1のインダクタを流れる電流から前記第2のインダクタを流れる電流を減算した値を用いて比例制御することにより、前記第3のスイッチング素子のオン時間と前記第4のスイッチング素子のオン時間との比率を決定し、
決定された前記第1のスイッチング素子のオン時間と前記第2のスイッチング素子のオン時間との前記比率および、前記第3のスイッチング素子のオン時間と前記第4のスイッチング素子のオン時間との前記比率に基づいて、前記第1のスイッチング素子、前記第2のスイッチング素子、前記第3のスイッチング素子および前記第4のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する請求項に記載の電圧均一回路。
A current detection unit for detecting a current flowing through the first inductor and a current flowing through the second inductor;
The controller is
When the detected average value of the current flowing through the first inductor is smaller than the detected average value of the current flowing through the second inductor, the first inductor is changed from the current flowing through the second inductor. By performing proportional control using a value obtained by subtracting the flowing current, the ratio between the on-time of the first switching element and the on-time of the second switching element is determined,
When the detected average value of the current flowing through the first inductor is larger than the detected average value of the current flowing through the second inductor, the second inductor is changed from the current flowing through the first inductor. By performing proportional control using a value obtained by subtracting the flowing current, the ratio between the on-time of the third switching element and the on-time of the fourth switching element is determined,
The ratio between the determined ON time of the first switching element and the ON time of the second switching element, and the ON time of the third switching element and the ON time of the fourth switching element. The voltage uniform circuit according to claim 6 , wherein a switching operation of the first switching element, the second switching element, the third switching element, and the fourth switching element is controlled based on a ratio.
前記第1のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子には、直流電源の正極が接続され、
前記第3のコンデンサの、前記第2のコンデンサが接続される側とは反対側の端子には、直流電源の負極が接続される請求項のいずれか一項に記載の電圧均一回路。
A positive electrode of a DC power source is connected to a terminal of the first capacitor opposite to the side to which the second capacitor is connected,
The voltage uniform circuit according to any one of claims 5 to 7 , wherein a negative electrode of a DC power source is connected to a terminal of the third capacitor opposite to a side to which the second capacitor is connected. .
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