JP6316269B2 - Power converter - Google Patents
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Description
この発明は、半導体スイッチング素子と受動部品を用いたDC/DCコンバータと、インバータと、を含む電力変換装置等に関するものである。 The present invention relates to a power converter including a DC / DC converter using a semiconductor switching element and passive components, and an inverter.
従来の電力変換装置として、リアクトルと半導体スイッチング素子から構成されるDC/DCコンバータと、リアクトルの温度を検出して、DC/DCコンバータの電圧を抑制する手段と、間接的にリアクトルの電流を抑制する手段と、を有した電力変換装置がある(例えば、下記特許文献1参照)。
As a conventional power converter, a DC / DC converter composed of a reactor and a semiconductor switching element, means for detecting the temperature of the reactor and suppressing the voltage of the DC / DC converter, and indirectly suppressing the current of the reactor There is a power conversion device having a means for performing (see, for example,
また、従来のDC/DCコンバータとして、スイッチング動作を行なう2つの半導体スイッチング素子から構成されるスイッチングユニットを2つ以上有し、各スイッチングユニットの半導体スイッチング素子がすべて直列に接続され、エネルギ移行用コンデンサと、リアクトルを有する構成とされ、各スイッチングユニットの半導体スイッチング素子のスイッチング動作によりエネルギ移行用コンデンサの充放電を利用して直流/直流変換を行うものが知られており、低耐圧の半導体スイッチング素子と小型のリアクトルを用いることができ、また、半導体スイッチング素子のオンデューティーを変えることにより、入力電圧と出力電圧の比を調整できることが知られている(例えば、下記特許文献2参照)。
Further, as a conventional DC / DC converter, it has two or more switching units composed of two semiconductor switching elements that perform a switching operation, and all the semiconductor switching elements of each switching unit are connected in series, and the energy transfer capacitor And a reactor having a reactor, and is known to perform DC / DC conversion using charging / discharging of an energy transfer capacitor by switching operation of a semiconductor switching element of each switching unit, and a low withstand voltage semiconductor switching element It is known that the ratio between the input voltage and the output voltage can be adjusted by changing the on-duty of the semiconductor switching element (for example, see
下記特許文献1の電力変換装置では、スイッチング素子とリアクトルを用いるDC/DCコンバータとインバータにより構成され、リアクトルの検出温度に従って、DC/DCコンバータの電圧を抑制する手段や、間接的にリアクトルの電流を抑制する手段を有している。
In the power conversion device of
また、下記特許文献2の従来のDC/DCコンバータを適用することにより、小型のリアクトルを用いることができる。
Moreover, a small reactor can be used by applying the conventional DC / DC converter of
従来の電力変換装置においてリアクトルを小型化することが可能である。しかしながら、従来の電力変換装置においても、リアクトルは大きく重く、電力変換装置自体が、大型化・重量化する問題がある。
また、電力変換装置に含まれるコンデンサについては温度上昇による出力制限は行っていないため、電流定格の大きなコンデンサを用いる必要がある。そのため、コンデンサが大型化・重量化し、電力変換装置自体も大型化・重量化する問題がある。
In the conventional power converter, the reactor can be downsized. However, even in the conventional power converter, the reactor is large and heavy, and there is a problem that the power converter itself becomes large and heavy.
In addition, since the output of the capacitor included in the power converter is not limited due to temperature rise, it is necessary to use a capacitor with a large current rating. For this reason, there is a problem that the capacitor is increased in size and weight, and the power converter itself is increased in size and weight.
この発明は、このような問題点を解消するためになされたものであって、電流・電力定格の小さな小型軽量のリアクトルまたはコンデンサまたはリアクトルとコンデンサを用いることができる改良された電力変換装置等を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve such problems, and is an improved power conversion device that can use a small and lightweight reactor or capacitor with a small current / power rating or a reactor and a capacitor. It is intended to provide.
この発明は、スイッチング動作を行う第1の半導体スイッチング素子群、リアクトル、およびコンデンサを含むDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータの出力を第2の半導体スイッチング素子群のスイッチングにより交流電流に変換して電動回転機へ供給するインバータと、前記DC/DCコンバータとインバータの制御を行うと共に、前記DC/DCコンバータの前記リアクトルの温度と昇圧される直流電圧に従って、前記インバータの出力または前記インバータに接続された電動回転機のトルク出力を制限することで前記DC/DCコンバータで変換される電流を制限する制御部と、を備え、前記DC/DCコンバータにおいて、前記第1の半導体スイッチング素子群が、それぞれ相補的にスイッチング動作を行なう2つの半導体スイッチング素子から構成される2つのスイッチングユニットからなり、前記各スイッチングユニットの半導体スイッチング素子がすべて直列に接続されており、中心の電圧端子の一方の側に前記各スイッチングユニットの一方の半導体スイッチング素子が直列に接続され、前記中心の電圧端子の他方の側に前記各スイッチングユニットの他方の半導体スイッチング素子が直列に接続され、前記中心の電圧端子の一方の側の半導体スイッチング素子間の接続点と他方の側の半導体スイッチング素子間の接続点との間に前記コンデンサが接続され、前記中心の電圧端子と電源側との間に前記リアクトルが直列に接続され、前記コンデンサとリアクトルが、前記各スイッチングユニットの前記各半導体スイッチング素子のスイッチング動作により充放電されるエネルギ移行用コンデンサと電圧変換のための電気エネルギを蓄積するリアクトルからなる、電力変換装置等にある。 The present invention relates to a DC / DC converter including a first semiconductor switching element group that performs a switching operation, a reactor, and a capacitor, and an output of the DC / DC converter is converted into an alternating current by switching of the second semiconductor switching element group. And controlling the inverter supplied to the electric rotating machine, the DC / DC converter and the inverter, and depending on the temperature of the reactor of the DC / DC converter and the DC voltage to be boosted, the output of the inverter or the inverter A control unit that limits a current converted by the DC / DC converter by limiting a torque output of the connected electric rotating machine, wherein the first semiconductor switching element group includes: , Two each performing a complementary switching operation Consist of two switching units composed of a conductor switching elements, each of which switching units of the semiconductor switching elements are all connected in series, one of the semiconductor switching elements of each switching unit to one side of the voltage terminal of the central Are connected in series, the other semiconductor switching element of each switching unit is connected in series to the other side of the central voltage terminal, and a connection point between the semiconductor switching elements on one side of the central voltage terminal; The capacitor is connected to a connection point between the semiconductor switching elements on the other side, the reactor is connected in series between the central voltage terminal and the power supply side, and the capacitor and the reactor are connected to the switching terminals. Switching operation of each semiconductor switching element of the unit Comprising a reactor for storing electrical energy for more charging and discharging is the energy transfer capacitor and the voltage converter, in the power converter or the like.
この発明では、電流・電力定格の小さな小型軽量のリアクトルまたはコンデンサまたはリアクトルとコンデンサを用いることができる改良された電力変換装置等を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an improved power conversion device or the like that can use a small and light reactor or capacitor having a small current / power rating or a reactor and a capacitor.
以下、この発明による電力変換装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, a power converter according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による電力変換装置の構成を示す電気回路図を含む構成図である。実施の形態1による電力変換装置は、DC/DCコンバータ10、インバータ11、および制御部20により構成される。DC/DCコンバータ10は、電圧端子VLと電圧端子VN間に入力された直流電圧V1を、昇圧された直流電圧V2に変換し、電圧端子VHと電圧端子VN間に出力する昇圧機能と、電圧端子VHと電圧端子VN間に入力された直流電圧V2を、降圧された直流電圧V1に変換し、電圧端子VLと電圧端子VN間に出力する降圧機能を有する双方向のDC/DCコンバータである。
1 is a configuration diagram including an electric circuit diagram showing a configuration of a power conversion device according to
インバータ11は、電圧端子VHと電圧端子VN間の直流電圧V2を、3相交流として3相出力端子Vu、Vv、Vwに出力するインバータである。電力変換装置の電圧端子VLと電圧端子VNは、バッテリBに接続され、電力変換装置の3相出力端子は発電機や電動機等からなる電動回転機MGに接続され三相交流を供給する。
The
制御部20は、
インバータ11の3相電流を制御する機能と、
DC/DCコンバータ10の直流電圧V2を制御する機能と、
リアクトル温度とコンデンサ温度に基づきDC/DCコンバータ10の電流を制限するように電動回転機MGのトルクやインバータ11の負荷出力を制限する機能と、
を有する。
The
A function of controlling the three-phase current of the
A function of controlling the DC voltage V2 of the DC /
A function of limiting the torque of the electric rotating machine MG and the load output of the
Have
図1において、DC/DCコンバータ10の主回路は、入出力直流電圧V1、V2を平滑化する平滑コンデンサC1、C2と、エネルギ移行用コンデンサとして機能する平滑コンデンサC0と、複数の半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2b(第1の半導体スイッチング素子群)と、電圧変換のための電気エネルギを蓄えるリアクトルLを備えている。半導体スイッチング素子S1a、S1bは相補的にスイッチング動作を行ない、スイッチングユニットSU1を構成する。また、半導体スイッチング素子S2a、S2bも、相補的にスイッチング動作を行ない、スイッチングユニットSU2を構成する。
In FIG. 1, the main circuit of the DC /
各半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bは、それぞれIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と、それに逆並列に接続されたダイオードで構成されている。各半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bのIGBTは、それぞれコレクタ端子と、エミッタ端子と、ゲート端子を有し、各半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bのダイオードは、各半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bのIGBTのコレクタ端子とエミッタ端子の間に、アノード端子がエミッタ端子に接続されるようにして、逆並列に接続されている。 Each of the semiconductor switching elements S1a, S1b, S2a, S2b is composed of an IGBT (insulated gate bipolar transistor) and a diode connected in antiparallel thereto. The IGBT of each semiconductor switching element S1a, S1b, S2a, S2b has a collector terminal, an emitter terminal, and a gate terminal, respectively. The diode of each semiconductor switching element S1a, S1b, S2a, S2b is the semiconductor switching element S1a. , S1b, S2a, and S2b are connected in antiparallel between the collector terminal and the emitter terminal of the IGBT such that the anode terminal is connected to the emitter terminal.
DC/DCコンバータ10の接続の詳細について説明する。
半導体スイッチング素子S1bのIGBTのエミッタ端子は、電圧端子VMに接続され、そのコレクタ端子は、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0の高電圧側端子に接続されている。
半導体スイッチング素子S1aのIGBTのエミッタ端子は、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0の低電圧側端子に接続され、そのコレクタ端子は、電圧端子VMに接続されている。
半導体スイッチング素子S2bのIGBTのエミッタ端子は、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0の高電圧側端子に接続され、そのコレクタ端子は、平滑コンデンサC2の高電圧側端子に接続されている。
半導体スイッチング素子S2aのIGBTのエミッタ端子は、平滑コンデンサC2の低電圧側端子に、そのコレクタ端子は、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0の低電圧側端子に接続されている。
Details of connection of the DC /
The IGBT emitter terminal of the semiconductor switching element S1b is connected to the voltage terminal VM, and its collector terminal is connected to the high voltage side terminal of the smoothing capacitor (energy transfer capacitor) C0.
The IGBT emitter terminal of the semiconductor switching element S1a is connected to the low voltage side terminal of the smoothing capacitor (energy transfer capacitor) C0, and its collector terminal is connected to the voltage terminal VM.
The IGBT emitter terminal of the semiconductor switching element S2b is connected to the high voltage side terminal of the smoothing capacitor (energy transfer capacitor) C0, and its collector terminal is connected to the high voltage side terminal of the smoothing capacitor C2.
The IGBT emitter terminal of the semiconductor switching element S2a is connected to the low voltage side terminal of the smoothing capacitor C2, and its collector terminal is connected to the low voltage side terminal of the smoothing capacitor (energy transfer capacitor) C0.
平滑コンデンサC1の低電圧側端子は、電圧端子VNに接続され、この平滑コンデンサC1の高電圧側端子は、電圧端子VLに接続されている。平滑コンデンサC2の低電圧側端子は、電圧端子VNに接続され、この平滑コンデンサC2の高電圧側端子は電圧端子VHに接続されている。リアクトルLの一方の端子は電圧端子VLに、他方の端子は電圧端子VMにそれぞれ接続されている。 The low voltage side terminal of the smoothing capacitor C1 is connected to the voltage terminal VN, and the high voltage side terminal of the smoothing capacitor C1 is connected to the voltage terminal VL. The low voltage side terminal of the smoothing capacitor C2 is connected to the voltage terminal VN, and the high voltage side terminal of the smoothing capacitor C2 is connected to the voltage terminal VH. One terminal of the reactor L is connected to the voltage terminal VL, and the other terminal is connected to the voltage terminal VM.
半導体スイッチング素子S1aのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gate1aにより、
半導体スイッチング素子S1bのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gate1bにより、
半導体スイッチング素子S2aのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gate2aにより、
半導体スイッチング素子S2bのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gate2bにより、スイッチング動作を行う。
半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bは、それぞれゲート信号Gate1a、Gate1b、Gate2a、Gate2bがハイ「H」信号のときにオンとなり、ゲート信号Gate1a、Gate1b、Gate2a、Gate2bがロウ「L」信号のときにオフとなる。
The IGBT of the semiconductor switching element S1a is determined by the gate signal Gate1a output from the
The IGBT of the semiconductor switching element S1b is determined by the gate signal Gate1b output from the
The IGBT of the semiconductor switching element S2a is determined by the gate signal Gate2a output from the
The IGBT of the semiconductor switching element S2b performs a switching operation by a gate signal Gate2b output from the
The semiconductor switching elements S1a, S1b, S2a, and S2b are turned on when the gate signals Gate1a, Gate1b, Gate2a, and Gate2b are high “H” signals, and the gate signals Gate1a, Gate1b, Gate2a, and Gate2b are low “L” signals. Sometimes it turns off.
インバータ11の接続の詳細について説明する。
半導体スイッチング素子Sul,Suh,Svl,Svh,Swl,Swh(第2の半導体スイッチング素子群)は、DC/DCコンバータ10の半導体スイッチング素子S1a,S2a,S1b,S2bと同様に、それぞれIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と、それに逆並列に接続されたダイオードで構成されている。
Details of the connection of the
The semiconductor switching elements Sul, Suh, Svl, Svh, Swl, and Swh (second semiconductor switching element group) are respectively IGBTs (insulated gates) in the same manner as the semiconductor switching elements S1a, S2a, S1b, and S2b of the DC /
U相下アーム側の半導体スイッチング素子SulのIGBTのエミッタ端子は、電圧端子VNに接続され、そのコレクタ端子は、3相出力端子Vuに接続されている。
U相上アーム側の半導体スイッチング素子SuhのIGBTのエミッタ端子は、3相出力端子Vuに接続され、そのコレクタ端子は、電圧端子VHに接続されている。
V相下アーム側の半導体スイッチング素子SvlのIGBTのエミッタ端子は、電圧端子VNに接続され、そのコレクタ端子は、3相出力端子Vvに接続されている。
V相上アーム側の半導体スイッチング素子SvhのIGBTのエミッタ端子は、3相出力端子Vvに接続され、そのコレクタ端子は、電圧端子VHに接続されている。
W相下アーム側の半導体スイッチング素子SwlのIGBTのエミッタ端子は、電圧端子VNに接続され、そのコレクタ端子は、3相出力端子Vwに接続されている。
W相上アーム側の半導体スイッチング素子SwhのIGBTのエミッタ端子は、3相出力端子Vwに接続され、そのコレクタ端子は、電圧端子VHに接続されている。
The emitter terminal of the IGBT of the semiconductor switching element Sul on the U-phase lower arm side is connected to the voltage terminal VN, and its collector terminal is connected to the three-phase output terminal Vu.
The emitter terminal of the IGBT of the semiconductor switching element Suh on the U-phase upper arm side is connected to the three-phase output terminal Vu, and its collector terminal is connected to the voltage terminal VH.
The emitter terminal of the IGBT of the semiconductor switching element Svl on the V-phase lower arm side is connected to the voltage terminal VN, and its collector terminal is connected to the three-phase output terminal Vv.
The emitter terminal of the IGBT of the semiconductor switching element Svh on the V-phase upper arm side is connected to the three-phase output terminal Vv, and its collector terminal is connected to the voltage terminal VH.
The emitter terminal of the IGBT of the semiconductor switching element Swl on the W-phase lower arm side is connected to the voltage terminal VN, and its collector terminal is connected to the three-phase output terminal Vw.
The emitter terminal of the IGBT of the semiconductor switching element Swh on the W-phase upper arm side is connected to the three-phase output terminal Vw, and its collector terminal is connected to the voltage terminal VH.
半導体スイッチング素子SulのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gateulにより、
半導体スイッチング素子SuhのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gateuhにより、
半導体スイッチング素子SvlのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gatevlにより、
半導体スイッチング素子SvhのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gatevhにより、
半導体スイッチング素子SwlのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gatewlにより、
半導体スイッチング素子SwhのIGBTは制御部20から出力されるゲート信号Gatewhにより、スイッチング動作を行う。
The IGBT of the semiconductor switching element Sul is determined by the gate signal Gateul output from the
The IGBT of the semiconductor switching element Suh is determined by the gate signal Gateuh output from the
The IGBT of the semiconductor switching element Svl is determined by the gate signal Gatev1 output from the
The IGBT of the semiconductor switching element Svh is determined by the gate signal Gatevh output from the
The IGBT of the semiconductor switching element Swl is determined by the gate signal Gatewl output from the
The IGBT of the semiconductor switching element Swh performs a switching operation by the gate signal Gatewh output from the
電圧センサSnsV1は電圧端子VL−VN間の直流電圧V1の電圧値を検出し、
電圧センサSnsV2は電圧端子VH−VN間の直流電圧V2の電圧値を検出し、
3相電流センサSnsIu,SnsIv,SnsIwはインバータ11の3相出力端子Vu,Vv,Vwと電動回転機MG間の3相交流の3相電流Iu,Iv,Iwを検出し、
温度センサSnsTLはリアクトルLの温度TmpLを検出し、
温度センサSnsTCはコンデンサC0の温度TmpCを検出し、
回転角センサSnsθmは電動回転機MGの回転角θmを検出し、
それぞれ制御部20に入力する。
また外部から、電動回転機MGのトルク指令値Trq*と、直流電圧指令値V2*と、が制御部20に入力される。
The voltage sensor SnsV1 detects the voltage value of the DC voltage V1 between the voltage terminals VL-VN,
The voltage sensor SnsV2 detects the voltage value of the DC voltage V2 between the voltage terminals VH and VN,
Three-phase current sensors SnsIu, SnsIv, SnsIw detect three-phase AC three-phase currents Iu, Iv, Iw between the three-phase output terminals Vu, Vv, Vw of the
The temperature sensor SnsTL detects the temperature TmpL of the reactor L,
The temperature sensor SnsTC detects the temperature TmpC of the capacitor C0,
The rotation angle sensor Snsθm detects the rotation angle θm of the electric rotating machine MG,
Each is input to the
Further, the torque command value Trq * of the electric rotating machine MG and the DC voltage command value V2 * are input to the
リアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCが低いときには、電動回転機MGのトルクが、トルク指令値Trq*と等しくなるように、インバータ11のゲート信号Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewhを制御する。また、直流電圧V2が、直流電圧指令値V2*と等しくなるように、DC/DCコンバータ10のゲート信号Gate1a,Gate1b,Gate2a,Gate2bを制御する。
When the reactor temperature TmpL and the capacitor temperature TmpC are low, the gate signals Gateul, Gateuh, Gatevl, Gatevh, Gatewl, and Gatewh of the
次に、DC/DCコンバータ10の直流電圧を、昇圧または降圧した直流電圧に変換する動作について説明する。
定常状態では、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0の電圧V0の平均電圧は、直流電圧V2の1/2、すなわちV2/2となる。平滑コンデンサC2には直流電圧V2が充電されているので、各半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bの印加電圧は、ほぼV2/2となる。また、前記非特許文献1に記載のように、リアクトルLに印加されるリップル電圧は小さくなり、またリアクトルLに印加されるリップル電圧の周波数は、スイッチング周波数の2倍となるため、小型のリアクトルLを用いることができる。
Next, the operation of converting the DC voltage of the DC /
In the steady state, the average voltage V0 of the smoothing capacitor (energy transfer capacitor) C0 is ½ of the DC voltage V2, that is, V2 / 2. Since the smoothing capacitor C2 is charged with the DC voltage V2, the applied voltage to each of the semiconductor switching elements S1a, S1b, S2a, S2b is approximately V2 / 2. In addition, as described in
図2、図3は、実施の形態1によるDC/DCコンバータ10の動作を説明するための各部の波形図であり、図2は半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーが50%以上の場合(Duty≧50%)における動作を、また図3は半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーが50%より小さい場合(Duty<50%)における動作をそれぞれ示す。
2 and 3 are waveform diagrams of respective parts for explaining the operation of the DC /
図2、図3において、(a)はゲート信号Gate1a、Gate1b、Gate2a、Gate2bを、(b)はリアクトルLの電流を、(c)は平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0の電流をそれぞれ示す。なお、図2、図3の横軸は、共通な時間軸である。 2 and 3, (a) shows the gate signals Gate1a, Gate1b, Gate2a and Gate2b, (b) shows the current of the reactor L, (c) shows the current of the smoothing capacitor (energy transfer capacitor) C0. . Note that the horizontal axis in FIGS. 2 and 3 is a common time axis.
まず、半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーが50%以上(Duty≧50%)の場合における動作について、図2を参照して、以下に説明する。
ゲート信号Gate1aとゲート信号Gate1bは、一方がハイ信号のときに他方がロウ信号となり、一方がロウ信号のときに他方がハイ信号となる、互いに相補のゲート信号である。同様にゲート信号Gate2aとGate2bも互いに相補のゲート信号である。
First, the operation when the on-duty of the semiconductor switching elements S1a and S2a is 50% or more (Duty ≧ 50%) will be described below with reference to FIG.
The gate signal Gate1a and the gate signal Gate1b are complementary gate signals in which when one is a high signal, the other is a low signal, and when one is a low signal, the other is a high signal. Similarly, the gate signals Gate2a and Gate2b are complementary gate signals.
ゲート信号Gate2a、Gate2bは、ゲート信号Gate1a、Gate1bに対して、位相が180°遅延する信号である。なお、実際には、ゲート信号Gate1aとGate1bにおいて、ハイ信号からロウ信号(あるいはロウ信号からハイ信号)に切り替えるときに、半導体スイッチング素子S1aとS1bの短絡防止のために、両方のゲート信号がロウ信号となるデッドタイムが極短い期間存在するが、説明の簡単化のため省略する。ゲート信号Gate2aとGate2bについても同様にごく短い期間のデッドタイムが存在するが説明を省略する。 The gate signals Gate2a and Gate2b are signals whose phases are delayed by 180 ° with respect to the gate signals Gate1a and Gate1b. Actually, when the gate signals Gate1a and Gate1b are switched from a high signal to a low signal (or from a low signal to a high signal), both gate signals are low in order to prevent a short circuit between the semiconductor switching elements S1a and S1b. There is a period in which the signal dead time is extremely short, but it is omitted for the sake of simplicity. Similarly, the gate signals Gate2a and Gate2b have a dead time of a very short period, but the description thereof is omitted.
半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bは、それぞれゲート信号Gate1a、Gate1b、Gate2a、Gate2bがハイ信号のときにオンとなり、ゲート信号Gate1a、Gate1b、Gate2a、Gate2bがロウ信号のときにオフとなる。また、各半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bのスイッチング一周期におけるオン時間T1a、T1b、T2a、T2bは、スイッチング周期Tsと半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーDutyを用いて、以下の通りとなる。 The semiconductor switching elements S1a, S1b, S2a, and S2b are turned on when the gate signals Gate1a, Gate1b, Gate2a, and Gate2b are high signals, respectively, and are turned off when the gate signals Gate1a, Gate1b, Gate2a, and Gate2b are low signals. Further, the ON times T1a, T1b, T2a, and T2b in one switching period of each semiconductor switching element S1a, S1b, S2a, and S2b are as follows using the switching period Ts and the on-duty duty of the semiconductor switching elements S1a and S2a. It becomes.
T1a=Duty×Ts
T1b=(1−Duty)×Ts
T2a=Duty×Ts
T2b=(1−Duty)×Ts
T1a = Duty × Ts
T1b = (1-Duty) × Ts
T2a = Duty × Ts
T2b = (1-Duty) × Ts
ゲート信号Gate1aとゲート信号Gate2aが共にハイ信号(ゲート信号Gate1bとゲート信号Gate2bが共にロウ信号)である区間を区間1として説明する。また、ゲート信号Gate1aがハイ信号(ゲート信号Gate1bがロウ信号)で、ゲート信号Gate2aがロウ信号(ゲート信号Gate2bがハイ信号)である区間を区間2とする。ゲート信号Gate1aがロウ信号(ゲート信号Gate1bがハイ信号)で、ゲート信号Gate2aがハイ信号(ゲート信号Gate2bがロウ信号)である区間を区間3とする。ゲート信号Gate1aとGate2aが共にロウ信号(ゲート信号Gate1bとGate2bが共にハイ信号)である区間を区間4とするが、図2では、区間4は存在しない。なお、区間1、区間4においては、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0には電流は流れない。
A section in which the gate signal Gate1a and the gate signal Gate2a are both high signals (the gate signal Gate1b and the gate signal Gate2b are both low signals) is described as
半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーが50%より大きい(Duty>50%)場合には、図2に示すように、区間1、区間2、区間3により一周期が構成され、この一周期には、区間4は存在しない。なお、半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーが50%(Duty=50%)である場合には、区間1も存在しなくなるが、以下の区間2、3における動作は、同じである。
When the on-duty of the semiconductor switching elements S1a and S2a is larger than 50% (Duty> 50%), as shown in FIG. 2, one period is constituted by
まず、区間3においては、ゲート信号Gate1b、Gate2aがハイ信号となり、半導体スイッチング素子S1b、S2aがオンとなるため、リアクトルLと平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0が直列接続され、以下の経路で電流が流れる。このため、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0には、リアクトルLと同様の電流が流れる。
コンデンサC1→リアクトルL→半導体スイッチング素子S1b→コンデンサC0→半導体スイッチング素子S2a
First, in
Capacitor C1 → Reactor L → Semiconductor switching element S1b → Capacitor C0 → Semiconductor switching element S2a
区間2においては、半導体スイッチング素子S1a、S2bがオンとなるため、リアクトルLと平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0が直列接続され、以下の経路で電流が流れる。このため、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0にはリアクトルLに対して、区間3と逆向きの電流が流れる。
コンデンサC1→リアクトルL→半導体スイッチング素子S1a→コンデンサC0→半導体スイッチング素子S2b→コンデンサC2
In
Capacitor C1 → Reactor L → Semiconductor switching element S1a → Capacitor C0 → Semiconductor switching element S2b → Capacitor C2
また、区間1においては、半導体スイッチング素子S1a、S2aがオンとなり、以下の経路で電流が流れるため、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0には電流が流れない。
コンデンサC1→リアクトルL→半導体スイッチング素子S1a→半導体スイッチング素子S2a
In
Capacitor C1 → Reactor L → Semiconductor switching element S1a → Semiconductor switching element S2a
スイッチング一周期における区間2、区間3の時間Ts2、Ts3はそれぞれ以下の通りとなる。
The times Ts2 and Ts3 of the
Ts2=(1−Duty)×Ts
Ts3=(1−Duty)×Ts
Ts2 = (1-Duty) × Ts
Ts3 = (1-Duty) × Ts
リアクトルLの電流は、直流電流ILとリプル電流ΔILに分けることができる。リプル電流ΔILは、リアクトルLの三角波状の電流の谷から山までの電流の大きさを表す。リアクトルのリプル電流ΔILは、DC/DCコンバータ10の半導体スイッチング素子のスイッチングにより生じ、電圧V1,V2とスイッチング周期Ts、リアクトルのインダクタンス値Lにより決まり、以下の式(1)の通りとなる。
The current of the reactor L can be divided into a direct current IL and a ripple current ΔIL. The ripple current ΔIL represents the magnitude of the current from the trough to the peak of the triangular wave current of the reactor L. The reactor ripple current ΔIL is generated by switching of the semiconductor switching element of the DC /
ΔIL=[{V1・(V2−2×V1)}/(V2×L)]・(Ts/2) (1) ΔIL = [{V1 · (V2-2 × V1)} / (V2 × L)] · (Ts / 2) (1)
また、リアクトルのリプル電流ΔILはコンデンサC1に流れる。そのため、リアクトルLの直流電流ILは、バッテリBからDC/DCコンバータ10に流れる電流I1に等しくなる。ここでは、バッテリBからDC/DCコンバータ10に流れる電流I1をDC/DCコンバータ10の1次側電流と呼ぶ。
The reactor ripple current ΔIL flows through the capacitor C1. Therefore, direct current IL of reactor L is equal to
また、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0の(実効値)電流Ic0は、一周期を積分して計算すると、以下の式(2)の通りとなる。 Further, the (effective value) current Ic0 of the smoothing capacitor (capacitor for energy transfer) C0 is calculated by integrating one period, and is expressed by the following equation (2).
IC0=√[2×(1−Duty)×{I12+(ΔIL2/12)}] (2)
I C0 = √ [2 × ( 1-Duty) × {
式(2)によれば、オンデューティーが50%以上(Duty≧50%)である場合において、平滑コンデンサC0の電流Ic0は、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1に依存することが理解される。
According to Equation (2), it is understood that the current Ic0 of the smoothing capacitor C0 depends on the primary current I1 of the DC /
また、オンデューティーDutyと入出力直流電圧V1、V2の関係を説明する。定常状態において、リアクトルLの両端間におけるスイッチング一周期の平均電圧は、抵抗成分による電圧降下を無視すると、0となる。よって、電圧端子VM−VN間の平均電圧と直流電圧V1は等しくなり、以下の式(3)の関係となる。 The relationship between the on-duty duty and the input / output DC voltages V1 and V2 will be described. In a steady state, the average voltage of one switching cycle between both ends of the reactor L becomes 0 when the voltage drop due to the resistance component is ignored. Therefore, the average voltage between the voltage terminals VM-VN and the DC voltage V1 are equal, and the following equation (3) is satisfied.
V1=(1−Duty)×V2 (3) V1 = (1-Duty) × V2 (3)
この式(3)から明らかな通り、オンデューティーDutyを制御することにより、DC/DCコンバータ10の入出力直流電圧V1、V2の電圧比を制御することができる。
As is apparent from the equation (3), the voltage ratio between the input / output DC voltages V1 and V2 of the DC /
次に、半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーが50%より小さい(Duty<50%)場合における動作について、図3を参照して、以下に説明する。この場合には、区間1は存在せず、図3の(a)には、区間2、3、4が表示される。
Next, the operation when the on-duty of the semiconductor switching elements S1a and S2a is smaller than 50% (Duty <50%) will be described below with reference to FIG. In this case,
半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーが50%より小さい場合では、区間2、区間3、区間4により一周期が構成され、期間1は存在しない。区間3、区間2においては、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0に電流が流れる。しかし、区間4においては、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0に電流は流れない。
When the on-duty of the semiconductor switching elements S1a and S2a is smaller than 50%, one period is constituted by the
スイッチング一周期における区間2、区間3の時間Ts2、Ts3は、それぞれ以下の通りとなる。
The times Ts2 and Ts3 of the
Ts2=Duty×Ts
Ts3=Duty×Ts
Ts2 = Duty × Ts
Ts3 = Duty × Ts
リアクトルLの電流は、オンデューティーが50%より大きいときと同様に、直流電流ILとリプル電流ΔILに分けることができる。リアクトルのリプル電流ΔILは、DC/DCコンバータ10の半導体スイッチング素子のスイッチングにより生じ、電圧V1,V2とスイッチング周期Ts、リアクトルのインダクタンス値Lにより決まり、以下の式(4)の通りとなる。
The current of the reactor L can be divided into a direct current IL and a ripple current ΔIL as in the case where the on-duty is larger than 50%. The reactor ripple current ΔIL is generated by switching of the semiconductor switching element of the DC /
ΔIL={(2×V1−V2)・(V2−V1)}/(V2×L)}・(Ts/2) (4) ΔIL = {(2 × V1−V2) · (V2−V1)} / (V2 × L)} · (Ts / 2) (4)
また、リアクトルのリプル電流ΔILはコンデンサC1に流れる。そのため、リアクトルLの直流電流ILは、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1に等しくなる。
The reactor ripple current ΔIL flows through the capacitor C1. Therefore, direct current IL of reactor L is equal to primary side current I1 of DC /
また、平滑コンデンサ(エネルギ移行用コンデンサ)C0の(実効値)電流Ic0は、一周期を積分して計算すると、以下の式(5)の通りとなる。 Further, the (effective value) current Ic0 of the smoothing capacitor (energy transfer capacitor) C0 is calculated as shown in the following formula (5) when calculated by integrating one period.
IC0=√[2×Duty×{(I12+(ΔIL2/12)}] (5)
I C0 = √ [2 × Duty × {(
式(5)によれば、オンデューティーが50%より小さい(Duty<50%)場合である場合において、平滑コンデンサC0の電流Ic0は、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1に依存することが理解される。
According to the equation (5), when the on-duty is smaller than 50% (Duty <50%), the current Ic0 of the smoothing capacitor C0 depends on the primary side current I1 of the DC /
また、デューティー信号Dutyと入出力直流電圧V1、V2の関係は、半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーが50%以上の場合と同様に、以下の式(6)となる。 Further, the relationship between the duty signal Duty and the input / output DC voltages V1 and V2 is expressed by the following formula (6), similarly to the case where the on-duty of the semiconductor switching elements S1a and S2a is 50% or more.
V1=(1−Duty)×V2 (6) V1 = (1-Duty) × V2 (6)
この式(6)から明らかな通り、半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーDutyが50%より小さい場合においても、デューティーDutyを制御することにより、入出力直流電圧V1、V2の電圧比を制御することができる。 As is apparent from the equation (6), even when the on-duty duty of the semiconductor switching elements S1a and S2a is smaller than 50%, the voltage ratio of the input / output DC voltages V1 and V2 is controlled by controlling the duty duty. be able to.
上記より、半導体スイッチング素子S1a、S2aのオンデューティーDutyに依らず、リアクトルLの直流電流ILはDC/DCコンバータ10の1次側電流I1に等しくなる。また、リアクトルLのリプル電流ΔILは、電圧V1,V2、半導体スイッチング素子のスイッチング周期Tsに依存する。
From the above, the DC current IL of the reactor L becomes equal to the primary current I1 of the DC /
リアクトルの損失は、リアクトルLの直流電流ILとリプル電流ΔILにより生じる。リアクトルの直流電流ILにより生じるリアクトル損失は、リアクトルLのコイルLcoilに生じる直流銅損Pcoildcであり、巻線抵抗RLを用いて、式(7)の通りとなる。 The loss of the reactor is caused by the direct current IL of the reactor L and the ripple current ΔIL. The reactor loss caused by the reactor DC current IL is the DC copper loss Pcoildc generated in the coil Lcoil of the reactor L, and is expressed by Equation (7) using the winding resistance RL.
Pcoildc=RL×I12 (7) Pcoildc = RL × I1 2 (7)
リアクトルの交流成分であるリプル電流によって生じるリアクトル損失は、リアクトルLのコアLcoreに生じる鉄損Pcoreと、コイルLcoilに生じる渦電流損失である交流銅損Pcoilacがある。 The reactor loss caused by the ripple current that is the AC component of the reactor includes the iron loss Pcore that occurs in the core Lcore of the reactor L and the AC copper loss Pcoilac that is the eddy current loss that occurs in the coil Lcoil.
また、式(2)(5)によれば、平滑コンデンサC0の電流Ic0は、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1とリアクトルLのリプル電流ΔILとDutyに依存する。リアクトルLのリプル電流ΔILは、電圧V1,V2、半導体スイッチング素子のスイッチング周期Tsに依存し、Dutyは電圧V1,V2に依存する。そのため、コンデンサC0の電流Ic0は、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1と電圧V1,V2、半導体スイッチング素子のスイッチング周期Tsに依存する。
Further, according to the equations (2) and (5), the current Ic0 of the smoothing capacitor C0 depends on the primary side current I1 of the DC /
コンデンサC0の損失Pc0は、コンデンサC0の電流Ic0と、コンデンサC0の抵抗RC0を用いて、式(8)の通りとなる。 The loss Pc0 of the capacitor C0 is expressed by the equation (8) using the current Ic0 of the capacitor C0 and the resistor RC0 of the capacitor C0.
Pc0=RC0×Ic02 (8) Pc0 = RC0 × Ic0 2 (8)
このように、リアクトルL、コンデンサC0の損失は、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1に依存する。DC/DCコンバータ10の1次側電流I1の絶対値が大きくなると、リアクトルL、コンデンサC0の損失が増加し、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1の絶対値が小さくなると、リアクトルL、コンデンサC0の損失が減少する。
Thus, the loss of the reactor L and the capacitor C0 depends on the primary side current I1 of the DC /
リアクトルLやコンデンサC0の温度上昇についても同様となり、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1の絶対値が大きいと温度上昇が大きくなり、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1の絶対値が小さいと温度上昇が小さくなる。
The same applies to the temperature rise of the reactor L and the capacitor C0. If the absolute value of the primary current I1 of the DC /
次に、DC/DCコンバータの半導体スイッチング素子、リアクトル、コンデンサの温度上昇について、以下に説明する。図4は、実施の形態1によるDC/DCコンバータ10の半導体スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2b、リアクトルL、コンデンサC0の温度上昇を表す図である。図4において、(a)はDC/DCコンバータ10の1次側電流I1、(b)は半導体スイッチング素子S1aのIGBTの温度、(c)はリアクトルLの温度、(d)はコンデンサC0の温度を、それぞれ示す。なお、図4の横軸は、共通な時間軸である。
Next, the temperature rise of the semiconductor switching element, the reactor, and the capacitor of the DC / DC converter will be described below. FIG. 4 is a diagram illustrating a temperature rise of semiconductor switching elements S1a, S1b, S2a, S2b, reactor L, and capacitor C0 of DC /
図4においては、電力変換装置が無通電状態(電圧・電流が印加されていない状態)から通電状態(電圧・電流が印加された状態)にステップ状に変化したときを表している。DC/DCコンバータ10の1次側電流I1が0Aからある一定の電流にステップ状に変化している。半導体スイッチング素子S1aのIGBTの温度は、通電状態になってから、温度が徐々に上がり、熱飽和状態である一定の温度にまで上昇する。同様に、リアクトルLの温度についても、通電状態になってから、温度が徐々に上がり、熱飽和状態である一定の温度にまで上昇する。同様に、コンデンサC0の温度についても、通電状態になってから、温度が徐々に上がり、熱飽和状態である一定の温度にまで上昇する。
FIG. 4 shows a case where the power converter changes in a step shape from a non-energized state (a state where no voltage / current is applied) to an energized state (a state where voltage / current is applied). The primary side current I1 of the DC /
熱飽和状態においても、各部品(半導体スイッチング素子、リアクトル、コンデンサ)の耐熱温度以下であれば、連続して通電することが可能である。半導体スイッチング素子は、半導体スイッチング素子を高熱伝導率であるセラミック基板の片面に接合し、セラミック基板の反対面に、水冷のヒートシンク(水冷機構)を熱的に接続することにより、効率的に冷却することができる。 Even in a thermal saturation state, it is possible to energize continuously as long as it is below the heat resistance temperature of each component (semiconductor switching element, reactor, capacitor). The semiconductor switching element is efficiently cooled by bonding the semiconductor switching element to one surface of a ceramic substrate having high thermal conductivity and thermally connecting a water-cooled heat sink (water cooling mechanism) to the opposite surface of the ceramic substrate. be able to.
一方、リアクトルLは、磁性体コアLcoreをコイルLcoilで巻回した構成のため、磁性体コアLcoreおよびコイルLcoilを効率的に冷却することが困難である。コンデンサC0についても、同様に、電極C0eleと誘電体フィルムC0flmを巻回した構成となるため、効率的に冷却することが困難である。
DC/DCコンバータ10の最大定格電流を連続で通電することが可能なリアクトルLやコンデンサC0を実現した場合には、リアクトルLやコンデンサC0が大型化・重量化し、電力変換装置自体も大型化・重量化してしまう課題がある。そのため、本実施の形態1の電力変換装置においては、小型化・軽量化のために、連続定格電流がDC/DCコンバータ10の半導体スイッチング素子の連続定格電流に対して小さな小型・軽量なリアクトルLやコンデンサC0を用いる。
On the other hand, since the reactor L has a configuration in which the magnetic core Lcore is wound around the coil Lcoil, it is difficult to efficiently cool the magnetic core Lcore and the coil Lcoil. Similarly, the capacitor C0 has a configuration in which the electrode C0ele and the dielectric film C0flm are wound, so that it is difficult to efficiently cool the capacitor C0.
When the reactor L and the capacitor C0 capable of continuously energizing the maximum rated current of the DC /
本実施の形態のリアクトルLは、磁性体コアLcoreと、磁性体コアLcoreに巻回されたコイルLcoilと、磁性体コアLcoreとコイルLcoilを収納するリアクトルケースLcaseと、コアLcoreとコイルLcoilが収納されたリアクトルケースLcase内に注型されたポッディング樹脂Lresinで構成され、磁性体コアLcoreとコイルLcoilの全部または少なくとも一部がポッディング樹脂Lresinに覆われている。磁性体コアLcoreとコイルLcoilをポッディング樹脂Lresinで覆うことにより、リアクトルLの熱容量が大きくなり、リアクトルが熱飽和するまでの時間が長くなる。そのため、連続定格電流の小さな小型・軽量なリアクトルを用いても、リアクトルの温度がリアクトルの耐熱温度まで上昇するまでの時間であれば、DC/DCコンバータ10の最大定格電流を通電することが可能となる。
The reactor L of the present embodiment includes a magnetic core Lcore, a coil Lcoil wound around the magnetic core Lcore, a reactor case Lcase that stores the magnetic core Lcore and the coil Lcoil, and a core Lcore and the coil Lcoil. The reactor case Lcase is made of a podding resin Lresin, and the magnetic core Lcore and the coil Lcoil are all or at least partially covered with the podding resin Lresin. By covering the magnetic core Lcore and the coil Lcoil with the padding resin Lresin, the heat capacity of the reactor L is increased, and the time until the reactor is thermally saturated is increased. Therefore, even if a small and lightweight reactor with a small continuous rated current is used, the maximum rated current of the DC /
また、本実施の形態のコンデンサC0は、電極C0eleと誘電体フィルムC0flmを巻回した構成であり、電極C0eleと誘電体フィルムC0flmの券回体がコンデンサケースC0caseに収納され、電極C0eleと誘電体フィルムC0flmの全部または一部がコンデンサケース内に注型されたポッディング樹脂C0resinに覆われている。電極C0eleと誘電体フィルムC0flmをポッディング樹脂C0resinで覆うことにより、コンデンサの熱容量が大きくなり、コンデンサが熱飽和するまでの時間が長くなる。そのため、連続定格電流の小さな小型・軽量なコンデンサC0を用いても、コンデンサC0の温度がコンデンサの耐熱温度まで上昇するまでの時間であれば、DC/DCコンバータの最大定格電流を通電することが可能となる。 In addition, the capacitor C0 of the present embodiment has a configuration in which the electrode C0ele and the dielectric film C0flm are wound, and the bill body of the electrode C0ele and the dielectric film C0flm is accommodated in the capacitor case C0case, and the electrode C0ele and the dielectric All or part of the film C0flm is covered with a podging resin C0resin cast in a capacitor case. By covering the electrode C0ele and the dielectric film C0flm with the padding resin C0resin, the heat capacity of the capacitor is increased, and the time until the capacitor is thermally saturated is increased. Therefore, even if a small and lightweight capacitor C0 having a small continuous rated current is used, the maximum rated current of the DC / DC converter can be applied as long as the temperature of the capacitor C0 rises to the heat resistant temperature of the capacitor. It becomes possible.
ここで、熱飽和状態のときの温度上昇を100%としたときに、通電開始後から温度上昇が63%(=1−EXP(−1))となる時間を熱時定数(τ)と呼ぶ。リアクトルLについては磁性体コアLcoreとコイルLcoilをポッディング樹脂Lresinで覆うことにより、リアクトルLの熱時定数τLは、半導体スイッチング素子(S1a,S1b,S2a,S2bのIGBTとダイオード)の時定数τSよりも大きな値とすることができる。 Here, when the temperature rise in the thermal saturation state is 100%, the time during which the temperature rise is 63% (= 1−EXP (−1)) after the start of energization is called the thermal time constant (τ). . With respect to the reactor L, by covering the magnetic core Lcore and the coil Lcoil with the podding resin Lresin, the thermal time constant τL of the reactor L is the time constant τS of the semiconductor switching elements (IGBTs and diodes of S1a, S1b, S2a, S2b). It can be set to a larger value.
コンデンサC0についても電極C0eleと誘電体フィルムC0flmをポッディング樹脂C0resinで覆うことにより、コンデンサC0の熱時定数τCは、半導体スイッチング素子(S1a,S1b,S2a,S2bのIGBTとダイオード)の時定数τSよりも大きな値とすることができる。 Also for the capacitor C0, the electrode C0ele and the dielectric film C0flm are covered with the padding resin C0resin, so that the thermal time constant τC of the capacitor C0 is the time constant τS of the semiconductor switching elements (IGBT and diode of S1a, S1b, S2a, S2b). It can be set to a larger value.
半導体スイッチング素子(S1a,S1b,S2a,S2bのIGBTとダイオード)の連続定格電流をDC/DCコンバータ10の連続定格電流と同じとした場合に、半導体スイッチング素子(S1a,S1b,S2a,S2bのIGBTとダイオード)が熱飽和しても、リアクトルLやコンデンサC0の熱時定数(τL、τC)は、半導体スイッチング素子の熱時定数τSよりも大きいので、連続定格電流の小さな小型・軽量のリアクトルLやコンデンサC0を用いても、リアクトルLやコンデンサC0の温度が耐熱温度に上昇するまでの間、リアクトルLやコンデンサC0の連続定格電流よりも大きな電流を通電することができる。
When the continuous rated current of the semiconductor switching elements (S1a, S1b, S2a, S2b IGBT and diode) is the same as the continuous rated current of the DC /
次に、電力変換装置の制御部20の詳細について以下に説明する。
上述のように制御部20には、
電圧端子VL−VN間の電圧V1を検出する電圧センサSnsV1の出力である検出電圧(直流電圧)V1と、
電圧端子VH−VN間の電圧V2を検出する電圧センサSnsV2の出力である検出電圧(直流電圧)V2と、
リアクトルLの温度TmpLを検出する温度センサSnsTLの出力である検出温度TmpLと、
コンデンサC0の温度TmpCを検出する温度センサSnsTCの出力である検出温度TmpCと、
インバータ11の電圧端子(3相出力端子)Vu,Vv,Vwと電動回転機MG間の3相電流Iu,Iv,Iwを検出する(3相)電流センサSnsIu,SnsIv,SnsIwの出力である検出電流Iu,Iv,Iwと、
電動回転機MGの回転角θmを検出する回転角センサSnsθmの出力でなる検出回転角θmが入力されている。
電力変換装置の外部より制御部20には、トルク指令値Trq*と、電圧指令値V2*も入力されている。
制御部20からは、DC/DCコンバータ10の半導体スイッチング素子のIGBTのゲート信号(Gate1a,Gate1b,Gate2a,Gate2b)と、インバータ11の半導体スイッチング素子のゲート信号(Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewh)が出力されている。
Next, the detail of the
As described above, the
A detection voltage (DC voltage) V1 that is an output of a voltage sensor SnsV1 that detects a voltage V1 between the voltage terminals VL and VN;
A detection voltage (DC voltage) V2 that is an output of a voltage sensor SnsV2 that detects a voltage V2 between the voltage terminals VH and VN;
A detected temperature TmpL that is an output of a temperature sensor SnsTL that detects the temperature TmpL of the reactor L;
A detection temperature TmpC that is an output of a temperature sensor SnsTC that detects a temperature TmpC of the capacitor C0;
Detection that is the output of current sensors SnsIu, SnsIv, and SnsIw that detect three-phase currents Iu, Iv, and Iw between the voltage terminals (three-phase output terminals) Vu, Vv, and Vw of the
A detection rotation angle θm that is an output of a rotation angle sensor Snsθm that detects the rotation angle θm of the electric rotating machine MG is input.
Torque command value Trq * and voltage command value V2 * are also input to control
From the
図5は、制御部20の内部構成を表す機能ブロック図である。制御部20は、(a)のトルク制限値演算部201と、(b)のトルク制限部202、(c)のトルク制御部203、(d)の電圧制御部204、(e)の角速度演算部205により構成されている。
FIG. 5 is a functional block diagram showing the internal configuration of the
(a)のトルク制限値演算部201は、電流制限値演算部2011、制限電力演算部2012、制限トルク演算部2013により構成され、リアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCを基づいて、トルク制限値Trq_maxを演算している。
The torque limit value calculation unit 201 in (a) includes a current limit value calculation unit 2011, a limit
電流制限値演算部2011には、リアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCが入力され、電流I1の制限値である電流制限値I1maxを出力する。電流制限値I1maxは、リアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCに基づいて導出する。 Reactor temperature TmpL and capacitor temperature TmpC are input to current limit value calculation unit 2011, and current limit value I1max, which is a limit value of current I1, is output. Current limit value I1max is derived based on reactor temperature TmpL and capacitor temperature TmpC.
制限値算出部LTでは、リアクトル温度TmpLに基づいて、電流制限値I1Lmaxを導出する。リアクトル温度TmpLが予め定められた所定の閾値温度TmpLth1未満のときには電流制限値I1Lmaxは最大電流値とする。リアクトル温度TmpLが閾値温度TmpLth1以上で予め定められた所定の閾値温度TmpLth2未満(TmpLth1<TmpLth2)のときには、電流制限値I1Lmaxは、最大電流値より小さな値とし、リアクトル温度TmpLが高温ほど小さな値とする。リアクトル温度TmpLが閾値温度TmpLth2以上のときには、0とする。なお、閾値温度TmpLth1,TmpLth2は、リアクトルLの耐熱温度に基づいて、決定された値である。 Limit value calculation unit LT derives current limit value I1Lmax based on reactor temperature TmpL. When the reactor temperature TmpL is lower than a predetermined threshold temperature TmpLth1, the current limit value I1Lmax is the maximum current value. When the reactor temperature TmpL is equal to or higher than the threshold temperature TmpLth1 and is lower than a predetermined threshold temperature TmpLth2 (TmpLth1 <TmpLth2), the current limit value I1Lmax is set to a value smaller than the maximum current value, and the reactor temperature TmpL becomes smaller as the reactor temperature TmpL becomes higher. To do. It is set to 0 when the reactor temperature TmpL is equal to or higher than the threshold temperature TmpLth2. The threshold temperatures TmpLth1 and TmpLth2 are values determined based on the heat-resistant temperature of the reactor L.
リアクトル温度と同様に、制限値算出部CTでは、コンデンサ温度TmpCに基づいて、電流制限値I1Cmaxを導出する。コンデンサ温度TmpCが予め定められた所定の閾値温度TmpCth1未満のときには電流制限値I1Cmaxは最大電流値とする。コンデンサ温度TmpCが閾値温度TmpCth1以上で予め定められた所定の閾値温度TmpCth2未満(TmpCth1<TmpCth2)のときには、電流制限値I1Cmaxは、最大電流値より小さな値とし、コンデンサ温度TmpCが高温ほど小さな値とする。コンデンサ温度TmpCが閾値温度TmpCth2以上のときには、0とする。なお、閾値温度TmpCth1,TmpCth2は、コンデンサC0の耐熱温度に基づいて、決定された値である。 Similar to the reactor temperature, the limit value calculation unit CT derives the current limit value I1Cmax based on the capacitor temperature TmpC. When the capacitor temperature TmpC is lower than a predetermined threshold temperature TmpCth1, the current limit value I1Cmax is set to the maximum current value. When the capacitor temperature TmpC is equal to or higher than the threshold temperature TmpCth1 and less than a predetermined threshold temperature TmpCth2 (TmpCth1 <TmpCth2), the current limit value I1Cmax is set to a value smaller than the maximum current value, and the capacitor temperature TmpC is set to a smaller value as the temperature increases. To do. It is set to 0 when the capacitor temperature TmpC is equal to or higher than the threshold temperature TmpCth2. The threshold temperatures TmpCth1 and TmpCth2 are values determined based on the heat resistant temperature of the capacitor C0.
制限値決定部MINでは、電流制限値I1maxは、電流制限値I1Lmax、I1Cmaxの小さい値とし、リアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCに基づいて、導出される。 In limit value determining unit MIN, current limit value I1max is derived from current limit values I1Lmax and I1Cmax, which are small values, based on reactor temperature TmpL and capacitor temperature TmpC.
制限電力演算部2012には、電流制限値I1maxと電圧V1が入力され、電力制限値P2maxを出力する。電力制限値P2maxはDC/DCコンバータ10の直流電圧V2側の電力制限であり、電流I1の制限値である電流制限値I1maxと電圧V1により導出される。なお、具体的な電力制限値P2maxの演算は、電流制限値I1maxと電圧V1の積に、既知であるDC/DCコンバータ10の電力変換効率ηdcdcを積算し、導出する。なお、制御に使用する既知である各種ファクタは、制御部20内の記憶部(図示省略)に予め記憶または設定しておく(以下同様)。
The
制限トルク演算部2013には、電力制限値P2maxと電動回転機MGの角速度ωmが入力され、電動回転機MGのトルク制限値Trq_maxを出力する。トルク制限値Trq_maxは電動回転機MGのトルク制限値であり、電力制限値P2maxと電動回転機の角速度ωmにより導出される。具体的なトルク制限値Trq_maxの演算は、電力制限値P2maxを角速度ωmで除算し、その結果に既知であるインバータ11の電力変換効率ηinvと電動回転機MGの変換効率ηmgを積算し、導出する。
なお、角速度ωmは、図5の(e)の角速度演算部205により導出された値である。角速度演算部205には、電動回転機MGの回転角θmが入力され、電動回転機MGの角速度ωmが出力される。角速度ωmは、回転角θmを時間微分し、導出される。
The
The angular velocity ωm is a value derived by the angular
トルク制御値演算部201においては、リアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCに基づいて、電流I1の電流値を制限するような、トルク制限値Trq_maxを演算し、出力している。 The torque control value calculation unit 201 calculates and outputs a torque limit value Trq_max that limits the current value of the current I1 based on the reactor temperature TmpL and the capacitor temperature TmpC.
図5の(b)のトルク制限部202には、制御部20の外部より入力されるトルク指令値Trq*とトルク制限値Trq_maxが入力され、制限後トルク指令値Trq2*が出力される。トルク指令値Trq*の絶対値をトルク制限値Trq_max以下に制限する。トルク指令値Trq*がトルク制限値Trq_maxより大きいときには制限後トルク指令値Trq2*はTrq_maxと同じ値となり、トルク指令値Trq*が(−Trq_max)より小さいときには制限後トルク指令値Trq2*が(−Trq_max)と同じ値となる。トルク指令値Trq*がそれ以外の場合には、制限後トルク指令値Trq2*はトルク指令値Trq*と等しくなる。制限後トルク指令値Trq2*は、−Trq_maxからTrq_maxの範囲で制限される。制限後トルク指令値Trq2*を、−Trq_maxからTrq_maxの範囲で制限することにより、電流値I1の絶対値を制限することができる。
The torque command value Trq * and the torque limit value Trq_max input from the outside of the
図5の(c)のトルク制御部203は、電流演算部2031、電流制御部2032、dq軸電流演算部2033、3φ電圧演算部2034により構成され、制限後トルク指令値Trq2*、角速度ωm、電圧V2、3相電流Iu,Iv,Iw、回転角θmが入力され、インバータ11のゲート信号Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewhが出力される。
The torque control unit 203 in FIG. 5C includes a
電流演算部2031には、制限後トルク指令値Trq2*、角速度ωm、電圧V2が入力され、電動回転機MGのdq軸電流指令値Id*,Iq*が出力される。角速度ωm、電圧V2の条件において、電動回転機MGのトルクが制限後トルク指令値Trq2*を出力するのに必要な電流を演算し、dq軸電流指令値Id*,Iq*として出力する。
The
dq軸電流演算部2033には、3相電流Iu,Iv,Iwと回転角θmが入力され、dq軸電流Id,Iqが出力される。交流である3相電流Iu,Iv,Iwをモータの回転角θmに合わせて座標変換し、直流であるdq軸電流Id,Iqにして出力する。
The dq-axis
電流制御部2032には、dq軸電流指令値Id*,Iq*とdq軸電流Id,Iqが入力され、dq軸電圧指令値Vd*,Vq*が出力される。dq軸電流Id,Iqがdq軸電流指令値Id*,Iq*と等しくなるような、インバータ11のdq軸電圧指令値Vd*,Vq*を出力している。電流制御部2032では、dq軸電流のフィードバック制御を行って、インバータ11のdq軸電圧指令値Vd*,Vq*を出力している。
The
3φ電圧演算部2034には、dq軸電圧指令値Vd*,Vq*と回転角θm、電圧V2が入力され、インバータ11のゲート信号Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewhが出力される。インバータ11のdq軸電圧指令値Vd*,Vq*をモータの回転角θmに合わせて座標変換し、インバータ11の交流である3相電圧指令値に変換する。3相電圧指令値と電圧V2より、3相電圧指令値を出力するためのインバータのゲート信号を演算し、ゲート信号Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewhとして出力する。
The 3φ
トルク制御部203においては、制限後トルク指令値Trq2*を出力するために必要なdq電流指令値Id*,Iq*を演算し、dq電流指令値Id*,Iq*を出力するために必要なdq軸電圧指令値Vd*,Vq*を演算し、dq軸電圧指令値Vd*,Vq*を出力するために必要なインバータのゲート信号Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewhを演算し、出力している。このようにして、トルク制御部203においては、制限後トルク指令値Vrq2*を出力するためのインバータのゲート信号Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewhを演算し、出力している。 The torque control unit 203 calculates dq current command values Id * and Iq * necessary for outputting the post-limit torque command value Trq2 *, and is necessary for outputting the dq current command values Id * and Iq *. dq-axis voltage command values Vd *, Vq * are calculated, and gate signals Gateul, Gateuh, Gatevl, Gatevh, Gatewl, Gatewh of the inverter necessary for outputting the dq-axis voltage command values Vd *, Vq * are calculated, Output. In this way, the torque control unit 203 calculates and outputs the gate signals Gateul, Gateuh, Gatevl, Gatevh, Gatewl, and Gatewh of the inverter for outputting the post-limit torque command value Vrq2 *.
図5の(d)の電圧制御部204には、電圧指令値V2*と電圧V2が入力され、DC/DCコンバータ10のゲート信号Gate1a,Gate1b,Gate2a,Gate2bが出力される。電圧V2が電圧指令値V2*と等しくなるように、フィードバック演算を行い、ゲート信号Gate1a,Gate1b,Gate2a,Gate2bを出力している。
The voltage command value V2 * and the voltage V2 are input to the
制御部20についてまとめると以下のようになる。
トルク制限値演算部201、トルク制限部202、トルク制御部203において、リアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCに基づいて、DC/DCコンバータ10の1次側電流I1の絶対値を制限するように、制限後トルク指令値Trq2*やdq軸電流Id,Iqを制限し、インバータゲート信号Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewhを出力している。
また、電圧制御部204において、電圧V2が電圧指令値V2*と等しくなるように、DC/DCコンバータ10のゲート信号Gate1a,Gate1b,Gate2a,Gate2bを出力している。
The
In the torque limit value calculation unit 201, the
Further, the
また、制御部20については、単一のマイコン(microcontroller)またはDSP(digital signal processor)、FPGA(field programmable gate array)、ASIC(application-specific integrated circuit)にて、機能を実現する。制御部20の機能を、複数のマイコンあるいはDSPに分けた場合には、マイコンまたはDSP、FPGA、ASIC間で情報を通信する必要があり、通信による遅延が含まれてしまう。制御部20においては、リアクトル温度TmpLやコンデンサ温度TmpCに応じて、瞬時にDC/DCコンバータ10の1次側電流I1を制限する必要がある。そのため、制御部20の機能は、単一のマイコンあるいはDSP、FPGA、ASICにて実現する。
Further, the
本実施の形態による電力変換装置では、スイッチング動作を行なう2つの半導体スイッチング素子Sa、Sbから構成されるスイッチングユニットSUを2つ以上有し、前記各スイッチングユニットにおける前記各半導体スイッチング素子がすべて直列に接続され、前記各スイッチングユニットにおける前記各半導体スイッチング素子のスイッチング動作により充放電を行なうエネルギ移行用コンデンサと、リアクトルを有するDC/DCコンバータとすることにより、リアクトルを小型化することができる。 The power conversion device according to the present embodiment has two or more switching units SU composed of two semiconductor switching elements Sa and Sb that perform a switching operation, and all the semiconductor switching elements in each switching unit are in series. By using a DC / DC converter having an energy transfer capacitor and a reactor that are connected and charge / discharge by switching operation of each semiconductor switching element in each switching unit, the reactor can be reduced in size.
また、半導体スイッチング素子よりも連続電流定格が小さな小型・軽量なリアクトルやコンデンサを用い、リアクトルやコンデンサの熱時定数を半導体スイッチング素子よりも大きくなるような構成とし、リアクトル温度やコンデンサ温度に基づいて、DC/DCコンバータの電流I1の絶対値を制限するように、インバータの負荷出力や電動回転機のトルクを制限する制御部を有することにより、連続定格の小さな、小型・軽量のリアクトルやコンデンサを用いても、リアクトルやコンデンサが高温になるまでの短時間であれば、リアクトルやコンデンサの連続定格電流以上の大きな電流を通電することができる。つまり、リアクトル温度やコンデンサ温度に基づいて、DC/DCコンバータの電流I1の絶対値を制限するように、インバータの負荷出力や電動回転機のトルクを制限する制御部を有することにより、リアクトルやコンデンサが高温になるまでの短時間であれば、小型・軽量なリアクトルとコンデンサを用いることが可能となる。 In addition, a small and lightweight reactor or capacitor with a continuous current rating smaller than that of a semiconductor switching element is used, and the thermal time constant of the reactor or capacitor is set to be larger than that of the semiconductor switching element, based on the reactor temperature or capacitor temperature. In order to limit the absolute value of the current I1 of the DC / DC converter, it has a control unit that limits the load output of the inverter and the torque of the electric rotating machine. Even if it uses, if it is a short time until a reactor or a capacitor becomes high temperature, a big electric current beyond the continuous rated current of a reactor or a capacitor can be supplied. That is, by having a control unit that limits the load output of the inverter and the torque of the electric rotating machine so as to limit the absolute value of the current I1 of the DC / DC converter based on the reactor temperature and the capacitor temperature, the reactor and the capacitor For a short time until the temperature becomes high, it becomes possible to use a small and lightweight reactor and capacitor.
なお、本実施の形態1では、インバータと電動回転機が1台の場合について記載したが、インバータと電動回転機が複数台、電圧端子VH,VNに接続される場合についても、同様に、DC/DCコンバータの電流を制限するように、インバータの負荷出力あるいは電動回転機のトルク出力を制限すれば、同様の効果を得られる。
In addition, in this
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2による電力変換装置の構成を示す電気回路図を含む構成図である。実施の形態2による電力変換装置は、DC/DCコンバータ10、インバータ11、制御部21で構成されている。実施の形態2による電力変換装置は、実施の形態1による電力変換装置に対して、温度センサSnsTL、SnsTCを無くし、代わりにリアクトルLのリプル電流を除去した直流電流を計測する電流センサSnsILが追加されていることと、制御部20が制御部21に置き換えられていること以外は同じである。
FIG. 6 is a configuration diagram including an electric circuit diagram showing the configuration of the power conversion device according to
実施の形態1による電力変換装置では、リアクトル温度やコンデンサ温度に基づいて、DC/DCコンバータの電流I1の絶対値を制限するように、インバータの負荷出力や電動回転機のトルクを制限する制御部を有することにより、リアクトルやコンデンサが高温になるまでの短時間であれば、リアクトルやコンデンサの連続定格電流以上の大きな電流を通電することができる。そのため、小型・軽量のリアクトルやコンデンサを適用することができた。 In the power conversion device according to the first embodiment, a control unit that limits the load output of the inverter and the torque of the electric rotating machine so as to limit the absolute value of the current I1 of the DC / DC converter based on the reactor temperature and the capacitor temperature. Therefore, a current larger than the continuous rated current of the reactor and the capacitor can be applied for a short time until the reactor and the capacitor reach a high temperature. Therefore, a small and lightweight reactor and capacitor could be applied.
実施の形態2による電力変換装置では、制御部21において、リアクトル電流ILを用いて、リアクトル温度やコンデンサ温度を推定し、推定したリアクトル温度やコンデンサ温度により、DC/DCコンバータの電流I1の絶対値を制限するように、インバータの負荷出力や電動回転機のトルクを制限する機能を有する。そのため、温度センサSnsTL、SnsTCを無くすことが可能となる。
また、推定した温度により、電流I1の絶対値を制限するため、インバータの負荷出力や電動回転機のトルクを制限する制御部を有することにより、実施の形態1と同様に、実施の形態2においても、リアクトルやコンデンサが高温になるまでの短時間であれば、リアクトルやコンデンサの連続定格電流以上の大きな電流を通電することができる。そのため、小型・軽量のリアクトルやコンデンサを適用することができる。
In the power conversion device according to the second embodiment, the
Further, in order to limit the absolute value of the current I1 based on the estimated temperature, the control unit for limiting the load output of the inverter and the torque of the electric rotating machine is provided. However, for a short period of time until the temperature of the reactor and the capacitor reaches a high temperature, it is possible to energize a current that is greater than the continuous rated current of the reactor and the capacitor. Therefore, a small and lightweight reactor or capacitor can be applied.
電力変換装置の制御部21の詳細について、以下に説明する。
制御部21には、
電圧端子VL−VN間の電圧V1を検出する電圧センサSnsV1の出力である検出電圧(直流電圧)V1と、
電圧端子VH−VN間の電圧V2を検出する電圧センサSnsV2の出力である検出電圧(直流電圧)V2と、
リアクトルLのリプル電流を除去した直流電流を検出する電流センサSnsILの出力である検出電流ILと、
インバータ11の電圧端子(3相出力端子)Vu,Vv,Vwと電動回転機MG間の3相電流Iu,Iv,Iwを検出する電流センサSnsIu,SnsIv,SnsIwの出力である検出電流Iu,Iv,Iwと、
電動回転機MGの回転角θmを検出する回転角センサSnsθmの出力でなる検出回転角θmが入力されている。
電力変換装置の外部より制御部21には、トルク指令値Trq*と、電圧指令値V2*も入力されている。
制御部21からは、DC/DCコンバータ10の半導体スイッチング素子のIGBTのゲート信号(Gate1a,Gate1b,Gate2a,Gate2b)と、インバータ11の半導体スイッチング素子のゲート信号(Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewh)が出力されている。
The detail of the
The
A detection voltage (DC voltage) V1 that is an output of a voltage sensor SnsV1 that detects a voltage V1 between the voltage terminals VL and VN;
A detection voltage (DC voltage) V2 that is an output of a voltage sensor SnsV2 that detects a voltage V2 between the voltage terminals VH and VN;
A detection current IL that is an output of a current sensor SnsIL that detects a direct current from which the ripple current of the reactor L has been removed;
Detection currents Iu, Iv which are outputs of current sensors SnsIu, SnsIv, SnsIw for detecting three-phase currents Iu, Iv, Iw between the voltage terminals (three-phase output terminals) Vu, Vv, Vw of the
A detection rotation angle θm that is an output of a rotation angle sensor Snsθm that detects the rotation angle θm of the electric rotating machine MG is input.
Torque command value Trq * and voltage command value V2 * are also input to control
From the
図7は、制御部21の内部構成を表す機能ブロック図である。制御部21は、図5と同じ、(a)のトルク制限値演算部201、(b)のトルク制限部202、(c)のトルク制御部203、(d)の電圧制御部204、(e)の角速度演算部205に加えて、図7上部の(a1)のリアクトル温度演算部211、(a2)のコンデンサ温度演算部212を加えて構成されている。
FIG. 7 is a functional block diagram showing the internal configuration of the
(a1)のリアクトル温度演算部211において、リアクトル温度の推定値であるリアクトル(推定)温度TmpLを演算する。リアクトル温度演算部211には、電流IL、電圧V1,V2が入力され、推定値であるリアクトル(推定)温度TmpLが出力される。
リアクトル温度演算部211は、直流銅損演算部2111、交流銅損演算部2112、鉄損演算部2113、(第1の)リアクトル温度上昇演算部2114、(第2の)リアクトル温度上昇演算部2115により構成されている。
リアクトルの損失は、前述のように、直流銅損Pcoildc、交流銅損Pcoilac、鉄損Pcoreがある。
In the reactor temperature calculation unit 211 of (a1), a reactor (estimated) temperature TmpL that is an estimated value of the reactor temperature is calculated. Reactor temperature calculator 211 receives current IL and voltages V1 and V2 and outputs an estimated value of reactor (estimated) temperature TmpL.
Reactor temperature calculation unit 211 includes DC copper
As described above, the reactor loss includes DC copper loss Pcoildc, AC copper loss Pcoilac, and iron loss Pcore.
直流銅損演算部2111には、電流ILが入力され、直流銅損Pcoildcが演算されて出力される。既知のリアクトルの巻線抵抗RLを用いて、直流銅損Pcoildcを以下のように演算する。
The DC copper
Pcoildc=RL×IL2 (7) Pcoildc = RL × IL 2 (7)
交流銅損演算部2112には、電圧V1,V2が入力され、交流銅損Pcoilacが演算されて出力される。交流銅損Pcoilacは、リプル電流ΔILにより生じるが、リプル電流ΔILは電圧V1,V2により決まるため、電圧V1,V2より、交流銅損Pcoilacを演算することができる。具体的には、式(1)、(4)を用いて、電圧V1,V2より、リプル電流ΔILを演算により導出する。リプル電流ΔILと交流銅損Pcoilacの関係をマップとして保存しておくことにより、電圧V1,V2より、交流銅損Pcoilacを演算することができる。
The AC
鉄損演算部2113には、電圧V1,V2が入力され、鉄損Pcoreが演算されて出力される。鉄損Pcoreは、リプル電流ΔILにより生じるが、リプル電流ΔILは電圧V1,V2により決まるため、電圧V1,V2より、鉄損Pcoreを演算することができる。交流銅損Pcoilacと同様に、鉄損Pcoreにおいても、電圧V1,V2より演算によりΔILを演算により導出する。リプル電流ΔILと交流銅損Pcoreの関係をマップとして保存しておくことにより、電圧V1,V2より、交流銅損Pcoreを演算することができる。 The iron loss calculator 2113 receives the voltages V1 and V2, and calculates and outputs the iron loss Pcore. The iron loss Pcore is caused by the ripple current ΔIL. Since the ripple current ΔIL is determined by the voltages V1 and V2, the iron loss Pcore can be calculated from the voltages V1 and V2. Similar to the AC copper loss Pcoilac, also in the iron loss Pcore, ΔIL is derived by calculation from the voltages V1 and V2. By storing the relationship between the ripple current ΔIL and the AC copper loss Pcore as a map, the AC copper loss Pcore can be calculated from the voltages V1 and V2.
(第1の)リアクトル温度上昇演算部2114には、直流銅損Pcoildcと交流銅損Pcoilacを加算部adで加算した値である銅損が入力され、銅損によって生じる温度上昇が演算され出力される。銅損が生じたときに、ある時定数のカーブに従い温度上昇するので、温度上昇演算部2114は、温度上昇を模擬したローパスフィルタ演算などにより、実現される。 The (first) reactor temperature rise calculation unit 2114 receives a copper loss that is a value obtained by adding the DC copper loss Pcoildc and the AC copper loss Pcoilac by the addition unit ad, and calculates and outputs a temperature rise caused by the copper loss. The When the copper loss occurs, the temperature rises according to a curve with a certain time constant, so that the temperature rise calculation unit 2114 is realized by a low-pass filter calculation that simulates the temperature rise.
(第2の)リアクトル温度上昇演算部2115には、鉄損Pcoreが入力され、鉄損Pcoreによって生じる温度上昇が演算され出力される。鉄損Pcoreが生じたときに、ある時定数のカーブに従い温度上昇するので、温度上昇演算部2115は、温度上昇を模擬したローパスフィルタ演算などにより、実現される。
The (second) reactor temperature
温度上昇演算部2114の出力値と温度上昇演算部2115の出力値を加算部adで加算することにより、リアクトルLの温度上昇が導出でき、温度上昇に外部からの冷却器(図示省略)の水温などの基準温度を加算部adで加算することにより、リアクトル温度TmpLを演算により推定する。
By adding the output value of the temperature increase calculation unit 2114 and the output value of the temperature
コンデンサ温度演算部212において、コンデンサ温度の推定値であるコンデンサ温度TmpCを演算する。コンデンサ温度演算部212には、電流IL、電圧V1,V2が入力され、推定値であるコンデンサ(推定)温度TmpCが出力される。コンデンサ温度演算部212は、コンデンサ損失演算部2121、コンデンサ温度上昇演算部2122により構成されている。
The capacitor temperature calculation unit 212 calculates a capacitor temperature TmpC, which is an estimated value of the capacitor temperature. The capacitor temperature calculator 212 receives the current IL and the voltages V1 and V2, and outputs a capacitor (estimated) temperature TmpC that is an estimated value. The capacitor temperature calculation unit 212 includes a capacitor
コンデンサ損失演算部2121には、電流IL、電圧V1,V2が入力され、損失Pc0が出力される。式(1)、(4)、(3)、(6)を用いて、電圧V1,V2より、リアクトルのリプル電流ΔILとDutyを一旦演算する。次に、式(2)、(5)を用いて、電流ILとリプル電流ΔILとDutyより、コンデンサC0の電流Ic0を演算し、式(8)を用いて電流Ic0と既知のコンデンサ抵抗RC0よりコンデンサ損失
Pc0を導出する。
The capacitor
コンデンサ温度上昇演算部2122には、コンデンサ損失Pc0が入力され、コンデンサ損失Pc0によって生じる温度上昇が演算され出力される。コンデンサ損失Pc0が生じたときに、ある時定数のカーブに従い温度上昇するので、温度上昇演算部2122は、温度上昇を模擬したローパスフィルタ演算などにより、実現される。 The capacitor temperature increase calculation unit 2122 receives the capacitor loss Pc0, and calculates and outputs the temperature increase caused by the capacitor loss Pc0. When the capacitor loss Pc0 occurs, the temperature rises according to a curve of a certain time constant, so that the temperature rise calculation unit 2122 is realized by a low-pass filter calculation that simulates the temperature rise.
コンデンサ温度上昇演算部2122の出力値に、加算部adで基準温度を加算することにより、コンデンサ温度TmpCを演算により推定する。 By adding the reference temperature to the output value of the capacitor temperature rise calculation unit 2122 by the addition unit ad, the capacitor temperature TmpC is estimated by calculation.
実施の形態1の制御部20では、トルク制限値演算部201において、温度センサSnsTL,SnsTCの検出温度を用いて、トルク制限値Trq_maxを演算したが、実施の形態2の制御部21では、リアクトル温度演算部211、コンデンサ温度演算部212により推定した温度を用いて、トルク制限値Trq_maxを演算する。
In the
このように、本実施の形態2において、電流ILによりリアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCを導出することができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 Thus, in the second embodiment, the reactor temperature TmpL and the capacitor temperature TmpC can be derived from the current IL, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
また、本実施の形態2では、リアクトルの直流電流ILを用いて、リアクトル温度TmpLとコンデンサ温度TmpCの推定演算を行ったが、リアクトルの直流電流ILと電流I1は等しくなるため、電流I1の電流を検出する電流センサを搭載し、電流I1を用いても、同様に温度TmpL,TmpCを推定演算することができる。この場合には例えば、電流I1の平均値から直流電流ILを求め、以降同様に推定演算を行う。 Further, in the second embodiment, the reactor temperature TmpL and the capacitor temperature TmpC are estimated using the reactor DC current IL. However, since the reactor DC current IL and the current I1 are equal, the current I1 is equal to the current I1. The temperature TmpL and TmpC can be similarly estimated and calculated using a current sensor for detecting the current I1 and using the current I1. In this case, for example, the direct current IL is obtained from the average value of the current I1, and thereafter the estimation calculation is similarly performed.
また、以下の関係が成り立つため、電動回転機のトルクTrqと角速度ωmと電圧V1より、電流ILを導出することができる。 Further, since the following relationship is established, the current IL can be derived from the torque Trq, the angular velocity ωm, and the voltage V1 of the electric rotating machine.
V1×IL×ηmg×ηinv×ηdcdc=Trq×ωm (9) V1 × IL × ηmg × ηinv × ηdcdc = Trq × ωm (9)
そのため、電流センサSnsILを無くしても、電動回転機MGのトルクやインバータの出力より電流ILを導出することができる。そのため、電動回転機MGのトルクやインバータの出力よりリアクトル温度TmpLやコンデンサ温度TmpCを推定演算することができる。すなわち、上記式(9)中の、電動回転機のトルクTrqは電動回転機MGのトルクやインバータの出力として外部から得る、ωmは角速度演算部205より得る、ηmg,ηinv,ηdcdcは予め記憶部に記録しておく。
Therefore, the current IL can be derived from the torque of the electric rotating machine MG and the output of the inverter without the current sensor SnsIL. Therefore, the reactor temperature TmpL and the capacitor temperature TmpC can be estimated and calculated from the torque of the electric rotating machine MG and the output of the inverter. That is, in the above equation (9), the torque Trq of the electric rotating machine is obtained from the outside as the torque of the electric rotating machine MG and the output of the inverter, ωm is obtained from the angular
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせ、諸種の設計的変更等を含むものである。 In addition, this invention is not limited to said each embodiment, These possible combinations, various design changes, etc. are included.
例えば、電流・電力定格の小さな小型軽量の回路部品を使用する対象としては、リアクトルとコンデンサの双方に限定されず、リアクトルとコンデンサの少なくとも一方としてもよい。その場合、図5,7のトルク制限値演算部201の電流制限値演算部2011では、対象となる回路部品の温度から電流制限値I1maxを求めればよい。 For example, a small and lightweight circuit component having a small current / power rating is not limited to both a reactor and a capacitor, and may be at least one of a reactor and a capacitor. In that case, the current limit value calculation unit 2011 of the torque limit value calculation unit 201 in FIGS. 5 and 7 may obtain the current limit value I1max from the temperature of the circuit component as a target.
10 DC/DCコンバータ、
11 インバータ、
20 制御部、
201 トルク制限値演算部、
202 トルク制限部、
203 トルク制御部、
204 電圧制御部、
205 角速度演算部、
211 リアクトル温度演算部、
212 コンデンサ温度演算部、
2011 電流制限値演算部、
2012 制限電力演算部、
2013 制限トルク演算部、
2031 電流演算部、
2032 電流制御部、
2033 dq軸電流演算部、
2034 3φ電圧演算部、
2111 直流銅損演算部、
2112 交流銅損演算部、
2113 鉄損演算部、
2114 リアクトル温度上昇演算部、
2115 リアクトル温度上昇演算部、
2121 コンデンサ損失演算部、
2122 コンデンサ温度上昇演算部、
ad 加算部、
B バッテリ、
CT,LT 制限値算出部、
MIN 制限値決定部、
MG 電動回転機、
S1a,S1b,S2a,S2b 半導体スイッチング素子、
Sul,Suh,Svl,Svh,Swl,Swh 半導体スイッチング素子、
SU1,SU2 スイッチングユニット、
C0,C1,C2 (平滑)コンデンサ、
L リアクトル、
SnsV1,SnsV2 電圧センサ、
SnsIu,SnsIv,SnsIw 3相電流センサ、
SnsTL 電流センサ、
Snsθm 回転角センサ、
TmpL,TmpC 温度センサ、
VH,VL,VN,VM 電圧端子、
Vu,Vv,Vw 3相出力端子、
Gate1a,Gate1b,Gate2a,Gate2b ゲート信号、
Gateul,Gateuh,Gatevl,Gatevh,Gatewl,Gatewh インバータゲート信号。
10 DC / DC converter,
11 Inverter,
20 control unit,
201 torque limit value calculation unit,
202 torque limiter,
203 torque control unit,
204 voltage controller,
205 angular velocity calculation unit,
211 Reactor temperature calculator,
212 capacitor temperature calculator,
2011 current limit value calculation unit,
2012 power limit calculation unit,
2013 limit torque calculation unit,
2031 current calculation unit,
2032 current control unit,
2033 dq axis current calculation unit,
2034 3φ voltage calculation unit,
2111 DC copper loss calculation unit,
2112 AC copper loss calculation unit,
2113 iron loss calculation unit,
2114 Reactor temperature rise calculation unit,
2115 Reactor temperature rise calculation unit,
2121 capacitor loss calculation unit,
2122 capacitor temperature rise calculation unit,
ad adder,
B battery,
CT, LT limit value calculation unit,
MIN limit value determination unit,
MG electric rotating machine,
S1a, S1b, S2a, S2b semiconductor switching element,
Sul, Suh, Svl, Svh, Swl, Swh Semiconductor switching element,
SU1, SU2 switching unit,
C0, C1, C2 (smooth) capacitors,
L reactor,
SnsV1, SnsV2 voltage sensor,
SnsIu, SnsIv, SnsIw 3-phase current sensor,
SnsTL current sensor,
Snsθm rotation angle sensor,
TmpL, TmpC temperature sensor,
VH, VL, VN, VM voltage terminals,
Vu, Vv, Vw 3-phase output terminal,
Gate1a, Gate1b, Gate2a, Gate2b gate signals,
Gateul, Gateuh, Gatevl, Gatevh, Gatel, Gatewh Inverter gate signal.
Claims (14)
前記DC/DCコンバータの出力を第2の半導体スイッチング素子群のスイッチングにより交流電流に変換して電動回転機へ供給するインバータと、
前記DC/DCコンバータとインバータの制御を行うと共に、前記DC/DCコンバータの前記リアクトルの温度と昇圧される直流電圧に従って、前記インバータの出力または前記インバータに接続された電動回転機のトルク出力を制限することで前記DC/DCコンバータで変換される電流を制限する制御部と、
を備え、
前記DC/DCコンバータにおいて、
前記第1の半導体スイッチング素子群が、それぞれ相補的にスイッチング動作を行なう2つの半導体スイッチング素子から構成される2つのスイッチングユニットからなり、前記各スイッチングユニットの半導体スイッチング素子がすべて直列に接続されており、
中心の電圧端子の一方の側に前記各スイッチングユニットの一方の半導体スイッチング素子が直列に接続され、前記中心の電圧端子の他方の側に前記各スイッチングユニットの他方の半導体スイッチング素子が直列に接続され、
前記中心の電圧端子の一方の側の半導体スイッチング素子間の接続点と他方の側の半導体スイッチング素子間の接続点との間に前記コンデンサが接続され、前記中心の電圧端子と電源側との間に前記リアクトルが直列に接続され、
前記コンデンサとリアクトルが、前記各スイッチングユニットの前記各半導体スイッチング素子のスイッチング動作により充放電されるエネルギ移行用コンデンサと電圧変換のための電気エネルギを蓄積するリアクトルからなる、
電力変換装置。 A DC / DC converter including a first semiconductor switching element group that performs a switching operation, a reactor, and a capacitor;
An inverter that converts the output of the DC / DC converter into an alternating current by switching of the second semiconductor switching element group and supplies the alternating current to the electric rotating machine;
The DC / DC converter and the inverter are controlled, and the output of the inverter or the torque output of the electric rotating machine connected to the inverter is limited according to the temperature of the reactor of the DC / DC converter and the DC voltage to be boosted. A control unit for limiting the current converted by the DC / DC converter,
With
In the DC / DC converter,
The first semiconductor switching element group includes two switching units each composed of two semiconductor switching elements that perform complementary switching operations, and the semiconductor switching elements of the switching units are all connected in series. ,
One semiconductor switching element of each switching unit is connected in series to one side of the central voltage terminal, and the other semiconductor switching element of each switching unit is connected in series to the other side of the central voltage terminal. ,
The capacitor is connected between a connection point between semiconductor switching elements on one side of the central voltage terminal and a connection point between semiconductor switching elements on the other side, and between the central voltage terminal and the power supply side. Are connected in series,
The capacitor and the reactor are composed of an energy transfer capacitor that is charged and discharged by a switching operation of each semiconductor switching element of each switching unit and a reactor that accumulates electric energy for voltage conversion.
Power conversion device.
前記DC/DCコンバータの出力を第2の半導体スイッチング素子群のスイッチングにより交流電流に変換して電動回転機へ供給するインバータと、
前記DC/DCコンバータとインバータの制御を行うと共に、前記DC/DCコンバータの前記コンデンサの温度と昇圧される直流電圧に従って、前記インバータの出力または前記インバータに接続された電動回転機のトルク出力を制限することで前記DC/DCコンバータで変換される電流を制限する制御部と、
を備え、
前記DC/DCコンバータにおいて、
前記第1の半導体スイッチング素子群が、それぞれ相補的にスイッチング動作を行なう2つの半導体スイッチング素子から構成される2つのスイッチングユニットからなり、前記各スイッチングユニットの半導体スイッチング素子がすべて直列に接続されており、
中心の電圧端子の一方の側に前記各スイッチングユニットの一方の半導体スイッチング素子が直列に接続され、前記中心の電圧端子の他方の側に前記各スイッチングユニットの他方の半導体スイッチング素子が直列に接続され、
前記中心の電圧端子の一方の側の半導体スイッチング素子間の接続点と他方の側の半導体スイッチング素子間の接続点との間に前記コンデンサが接続され、前記中心の電圧端子と電源側との間に前記リアクトルが直列に接続され、
前記コンデンサとリアクトルが、前記各スイッチングユニットの前記各半導体スイッチング素子のスイッチング動作により充放電されるエネルギ移行用コンデンサと電圧変換のための電気エネルギを蓄積するリアクトルからなる、
電力変換装置。 A DC / DC converter including a first semiconductor switching element group that performs a switching operation, a reactor, and a capacitor;
An inverter that converts the output of the DC / DC converter into an alternating current by switching of the second semiconductor switching element group and supplies the alternating current to the electric rotating machine;
The DC / DC converter and the inverter are controlled, and the output of the inverter or the torque output of the electric rotating machine connected to the inverter is limited according to the temperature of the capacitor of the DC / DC converter and the DC voltage to be boosted. A control unit for limiting the current converted by the DC / DC converter,
With
In the DC / DC converter,
The first semiconductor switching element group includes two switching units each composed of two semiconductor switching elements that perform complementary switching operations, and the semiconductor switching elements of the switching units are all connected in series. ,
One semiconductor switching element of each switching unit is connected in series to one side of the central voltage terminal, and the other semiconductor switching element of each switching unit is connected in series to the other side of the central voltage terminal. ,
The capacitor is connected between a connection point between semiconductor switching elements on one side of the central voltage terminal and a connection point between semiconductor switching elements on the other side, and between the central voltage terminal and the power supply side. Are connected in series,
The capacitor and the reactor are composed of an energy transfer capacitor that is charged and discharged by a switching operation of each semiconductor switching element of each switching unit and a reactor that accumulates electric energy for voltage conversion.
Power conversion device.
前記DC/DCコンバータの出力を第2の半導体スイッチング素子群のスイッチングにより交流電流に変換して電動回転機へ供給するインバータと、
前記DC/DCコンバータとインバータの制御を行うと共に、前記DC/DCコンバータの前記リアクトルと前記コンデンサの温度と昇圧される直流電圧に従って、前記インバータの出力または前記インバータに接続された電動回転機のトルク出力を制限することで前記DC/DCコンバータで変換される電流を制限する制御部と、
を備え、
前記DC/DCコンバータにおいて、
前記第1の半導体スイッチング素子群が、それぞれ相補的にスイッチング動作を行なう2つの半導体スイッチング素子から構成される2つのスイッチングユニットからなり、前記各スイッチングユニットの半導体スイッチング素子がすべて直列に接続されており、
中心の電圧端子の一方の側に前記各スイッチングユニットの一方の半導体スイッチング素子が直列に接続され、前記中心の電圧端子の他方の側に前記各スイッチングユニットの他方の半導体スイッチング素子が直列に接続され、
前記中心の電圧端子の一方の側の半導体スイッチング素子間の接続点と他方の側の半導体スイッチング素子間の接続点との間に前記コンデンサが接続され、前記中心の電圧端子と電源側との間に前記リアクトルが直列に接続され、
前記コンデンサとリアクトルが、前記各スイッチングユニットの前記各半導体スイッチング素子のスイッチング動作により充放電されるエネルギ移行用コンデンサと電圧変換のための電気エネルギを蓄積するリアクトルからなる、
電力変換装置。 A DC / DC converter including a first semiconductor switching element group that performs a switching operation, a reactor, and a capacitor;
An inverter that converts the output of the DC / DC converter into an alternating current by switching of the second semiconductor switching element group and supplies the alternating current to the electric rotating machine;
The DC / DC converter and the inverter are controlled, and the output of the inverter or the torque of the electric rotating machine connected to the inverter is controlled according to the temperature of the reactor and the capacitor of the DC / DC converter and the boosted DC voltage. A control unit that limits the current converted by the DC / DC converter by limiting the output;
With
In the DC / DC converter,
The first semiconductor switching element group includes two switching units each composed of two semiconductor switching elements that perform complementary switching operations, and the semiconductor switching elements of the switching units are all connected in series. ,
One semiconductor switching element of each switching unit is connected in series to one side of the central voltage terminal, and the other semiconductor switching element of each switching unit is connected in series to the other side of the central voltage terminal. ,
The capacitor is connected between a connection point between semiconductor switching elements on one side of the central voltage terminal and a connection point between semiconductor switching elements on the other side, and between the central voltage terminal and the power supply side. Are connected in series,
The capacitor and the reactor are composed of an energy transfer capacitor that is charged and discharged by a switching operation of each semiconductor switching element of each switching unit and a reactor that accumulates electric energy for voltage conversion.
Power conversion device.
前記DC/DCコンバータの前記リアクトルの温度に従って、前記DC/DCコンバータで変換される電流の第1の電流制限値を導出し、
前記コンデンサの温度に従って、前記DC/DCコンバータで変換される電流の第2の電流制限値を導出し、
前記第1および第2の電流制限値の小さい方を、前記DC/DCコンバータで変換される電流の電流制限値とし、前記電流制限値と前記昇圧される直流電圧を積算することにより、電力制限値を導出し、前記インバータの出力または前記インバータに接続された電動回転機のトルク出力が前記電力制限値以下となるように制限する、請求項3に記載の電力変換装置。 The control unit is
Deriving a first current limit value of the current converted by the DC / DC converter according to the temperature of the reactor of the DC / DC converter;
Deriving a second current limit value of the current converted by the DC / DC converter according to the temperature of the capacitor;
The smaller one of the first and second current limit values is used as the current limit value of the current converted by the DC / DC converter, and the current limit value and the boosted DC voltage are integrated, thereby limiting the power. The power conversion device according to claim 3, wherein a value is derived, and the output of the inverter or a torque output of an electric rotating machine connected to the inverter is limited to be equal to or less than the power limit value.
前記制御部が、
前記第1の直流電流を二乗し、前記リアクトルの巻線抵抗に相当する係数を積算したものをリアクトル損失として導出し、
前記リアクトル損失をローパスフィルタ演算することにより、前記リアクトルの温度上昇を演算し、基準温度を加算することにより、前記リアクトルの温度を演算するリアクトル温度演算部を有し、
演算により導出した前記リアクトルの温度を前記インバータの出力または前記インバータに接続された電動回転機のトルク出力を制限するための前記リアクトルの温度として使用する、請求項1、3、4、6、7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 A first current sensor for detecting a current obtained by removing the reactor ripple as a first DC current;
The control unit is
The first DC current is squared, and a value obtained by integrating a coefficient corresponding to the winding resistance of the reactor is derived as a reactor loss.
By calculating a low-pass filter for the reactor loss, calculating a temperature rise of the reactor, and adding a reference temperature, thereby having a reactor temperature calculation unit for calculating the temperature of the reactor,
The temperature of the reactor derived by calculation is used as the temperature of the reactor for limiting the output of the inverter or the torque output of an electric rotating machine connected to the inverter. The power converter device according to any one of the above.
前記制御部が、
リアクトル直流銅損を、前記第1の直流電流を二乗し、前記リアクトルの巻線抵抗に相当する係数を積算して演算し、
リアクトル交流銅損とリアクトル鉄損を、前記昇圧される直流電圧と昇圧された直流電圧の電圧比V2/V1(但しV1は昇圧される直流電圧、V2は昇圧された直流電圧)が2以上のときと、2未満のときで演算式を分け、前記昇圧される直流電圧と前記昇圧された直流電圧より演算し、
リアクトル銅損を前記リアクトル直流銅損と前記リアクトル交流銅損を加算することにより演算し、
前記リアクトル銅損をローパスフィルタ演算することにより、前記リアクトル銅損による前記リアクトルの温度上昇を演算し、
前記リアクトル鉄損をローパスフィルタ演算することにより、前記リアクトル鉄損による前記リアクトルの温度上昇を演算し、
前記リアクトル銅損による温度上昇と前記リアクトル鉄損による温度上昇と、基準温度を加算することにより、前記リアクトルの温度を演算するリアクトル温度演算部を備え、
演算により導出した前記リアクトルの温度を前記インバータの出力または前記インバータに接続された電動回転機のトルク出力を制限するための前記リアクトルの温度として使用する、請求項1、3、4、6、7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 A first current sensor for detecting a current obtained by removing the reactor ripple as a first DC current;
The control unit is
Reactor DC copper loss is calculated by squaring the first DC current, integrating the coefficient corresponding to the winding resistance of the reactor,
Reactor AC copper loss and reactor iron loss are set such that the voltage ratio V2 / V1 between the boosted DC voltage and the boosted DC voltage (where V1 is the boosted DC voltage and V2 is the boosted DC voltage) is 2 or more. And dividing the arithmetic expression by less than 2 and calculating from the boosted DC voltage and the boosted DC voltage,
Reactor copper loss is calculated by adding the reactor DC copper loss and the reactor AC copper loss,
By calculating the reactor copper loss with a low pass filter, the temperature rise of the reactor due to the reactor copper loss is calculated,
By calculating the reactor iron loss with a low pass filter, the temperature rise of the reactor due to the reactor iron loss is calculated,
A temperature rise due to the reactor copper loss, a temperature rise due to the reactor iron loss, and a reactor temperature calculation unit that calculates the temperature of the reactor by adding a reference temperature,
The temperature of the reactor derived by calculation is used as the temperature of the reactor for limiting the output of the inverter or the torque output of an electric rotating machine connected to the inverter. The power converter device according to any one of the above.
前記電圧比V2/V1が2以上のときに、下記式(1)で前記リアクトルのリプル電流ΔILを演算し、
前記電圧比V2/V1が2未満のときに、下記式(2)で前記リアクトルのリプル電流ΔILを演算することにより、前記リアクトルのリプル電流ΔILを導出し、
ΔIL=[{V1・(V2−2×V1)}/(V2×L)]・(Ts/2) (1)
ΔIL={(2×V1−V2)・(V2−V1)}/(V2×L)}・(Ts/2) (2)
L:前記リアクトルのインダクタンス値
Ts:スイッチング周期
前記リアクトルのリプル電流ΔILを元にして、前記リアクトルの前記リアクトル交流銅損と前記リアクトル鉄損を導出することにより、前記リアクトルの温度を演算する、請求項10に記載の電力変換装置。 The phase difference of the gate signal of each switching unit of the first semiconductor switching element group is controlled to be 180 °,
When the voltage ratio V2 / V1 is 2 or more, the reactor ripple current ΔIL is calculated by the following equation (1):
When the voltage ratio V2 / V1 is less than 2, the reactor ripple current ΔIL is derived by calculating the reactor ripple current ΔIL using the following equation (2):
ΔIL = [{V1 · (V2-2 × V1)} / (V2 × L)] · (Ts / 2) (1)
ΔIL = {(2 × V1−V2) · (V2−V1)} / (V2 × L)} · (Ts / 2) (2)
L: Inductor value of the reactor Ts: Switching period The temperature of the reactor is calculated by deriving the reactor AC copper loss and the reactor iron loss of the reactor based on the ripple current ΔIL of the reactor. Item 11. The power conversion device according to Item 10.
前記制御部が、
コンデンサ損失Pc0を、前記昇圧される直流電圧と昇圧された直流電圧の電圧比V2/V1(但しV1は昇圧される直流電圧、V2は昇圧された直流電圧)が2以上のときと、2未満のときで演算式を分け、前記昇圧される直流電圧と前記昇圧された直流電圧、前記第1の直流電流より演算し、
前記コンデンサ損失Pc0をローパスフィルタ演算した温度上昇に基準温度を加算することにより、前記コンデンサの温度を演算するコンデンサ温度演算部を有し、
演算により導出した前記コンデンサの温度を前記インバータの出力または前記インバータに接続された電動回転機のトルク出力を制限するための前記コンデンサの温度として使用する、請求項2、3、5、6、8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 A first current sensor for detecting a current obtained by removing the reactor ripple as a first DC current;
The control unit is
The capacitor loss Pc0 is less than 2 when the voltage ratio V2 / V1 of the boosted DC voltage and the boosted DC voltage (where V1 is the boosted DC voltage and V2 is the boosted DC voltage) is 2 or more. The calculation formula is divided at the time of the calculation, from the boosted DC voltage and the boosted DC voltage, the first DC current,
A capacitor temperature calculation unit for calculating the temperature of the capacitor by adding a reference temperature to a temperature rise obtained by low-pass filter calculation of the capacitor loss Pc0;
The temperature of the capacitor derived by calculation is used as the temperature of the capacitor for limiting the output of the inverter or the torque output of an electric rotating machine connected to the inverter. The power converter device according to any one of the above.
前記電圧比V2/V1が2以上のときに、下記式(3)と式(1)で前記コンデンサの電流Ic0を演算し、
前記電圧比V2/V1が2未満のときに、下記式(4)と式(2)で前記コンデンサの電流Ic0を演算することにより、
前記コンデンサの電流Ic0を導出し、
Ic0=√[2×(V1/V2)×{IL2+(ΔIL2/12)}] (3)
Ic0=√[2×(1−V1/V2)×{{IL2+(ΔIL2/12)}] (4)
IL:前記第1の直流電流
ΔIL:前記リアクトルのリプル電流
ΔIL=[{V1・(V2−2×V1)}/(V2×L)]・(Ts/2) (1)
ΔIL={(2×V1−V2)・(V2−V1)}/(V2×L)}・(Ts/2) (2)
L:前記リアクトルのインダクタンス値
Ts:スイッチング周期
前記コンデンサ損失Pc0を、下記式(5)により演算する、
Pc0=RC0×Ic02 (5)
RC0:前記コンデンサの抵抗
請求項12に記載の電力変換装置。 The phase difference of the gate signal of each switching unit of the first semiconductor switching element group is controlled to be 180 °,
When the voltage ratio V2 / V1 is 2 or more, the current Ic0 of the capacitor is calculated by the following formulas (3) and (1):
When the voltage ratio V2 / V1 is less than 2, the current Ic0 of the capacitor is calculated by the following formulas (4) and (2):
Deriving the current Ic0 of the capacitor,
I c0 = √ [2 × ( V1 / V2) × {IL 2 + (ΔIL 2/12)}] (3)
I c0 = √ [2 × ( 1-V1 / V2) × {{IL 2 + (ΔIL 2/12)}] (4)
IL: the first DC current ΔIL: the ripple current of the reactor ΔIL = [{V1 · (V2-2 × V1)} / (V2 × L)] · (Ts / 2) (1)
ΔIL = {(2 × V1−V2) · (V2−V1)} / (V2 × L)} · (Ts / 2) (2)
L: inductance value of the reactor Ts: switching period The capacitor loss Pc0 is calculated by the following equation (5).
Pc0 = RC0 × Ic0 2 (5)
RC0: Resistance of the capacitor The power converter according to claim 12.
前記DC/DCコンバータを、昇圧された直流電圧をフィードバックして制御し、
前記インバータを、前記電動回転機のトルクまたは電流を制御するように制御する、
請求項1から13までのいずれか1項に記載の電力変換装置。 The control unit is
Controlling the DC / DC converter by feeding back the boosted DC voltage;
Controlling the inverter to control the torque or current of the electric rotating machine;
The power converter according to any one of claims 1 to 13.
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