JP6907855B2 - 3-level chopper and its control circuit - Google Patents
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Description
本発明は、3レベルチョッパの出力電圧を分担する二個のコンデンサの電圧を均等化する技術に関する。 The present invention relates to a technique for equalizing the voltages of two capacitors that share the output voltage of a three-level chopper.
図13は、特許文献1に記載された直流電源システムの主回路構成図である。
この直流電源システムは、半導体スイッチング素子(以下、単にスイッチング素子という)の動作により、直流電源電圧を昇圧して中性点を持つ直流電圧に変換するものであり、いわゆる3レベルチョッパによって構成されている。
FIG. 13 is a main circuit configuration diagram of the DC power supply system described in
This DC power supply system boosts the DC power supply voltage and converts it into a DC voltage having a neutral point by the operation of a semiconductor switching element (hereinafter, simply referred to as a switching element), and is composed of a so-called three-level chopper. There is.
この3レベルチョッパは、直流電源BATと、その正負極間にリアクトルL1,L2を介して接続されたスイッチング素子S1,S2の直列回路と、この直列回路の両端にスイッチング素子S3,S4をそれぞれ介して直列に接続されたコンデンサC1,C2とを備え、コンデンサC1,C2の直列回路の両端に負荷LDが接続されている。
なお、D1〜D4はスイッチング素子S1〜S4にそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード、Pは正側端子、Nは負側端子であり、Mはスイッチング素子S1,S2の直列接続点に接続されたコンデンサC1,C2の直列接続点(中性点)である。
This three-level chopper consists of a DC power supply BAT, a series circuit of switching elements S 1 and S 2 connected between the positive and negative circuits of the DC power supply BAT via reactors L 1 and L 2 , and a switching element S 3 at both ends of the series circuit. , a
Note that D 1 to D 4 are freewheeling diodes connected in antiparallel to switching elements S 1 to S 4 , respectively, P is a positive terminal, N is a negative terminal, and M is a switching element S 1 and S 2 . It is a series connection point (neutral point) of capacitors C 1 and C 2 connected to the series connection point.
以下、この回路の動作を簡単に説明する。
まず、スイッチング素子S1,S2を共にオンするとリアクトルL1,L2にエネルギーが蓄積される。次に、スイッチング素子S1をオンしたままでスイッチング素子S2をオフすると、リアクトルL1,L2の蓄積エネルギーによりスイッチング素子S1と還流ダイオードD4とを介してコンデンサC2が充電される。次いで、スイッチング素子S1をオフしてスイッチング素子S2をオンすると、リアクトルL1,L2の蓄積エネルギーにより還流ダイオードD3とスイッチング素子S2とを介してコンデンサC1が充電される。
The operation of this circuit will be briefly described below.
First, when the switching elements S 1 and S 2 are turned on together, energy is stored in the reactors L 1 and L 2. Next, to turn off the switching element S 2 remains turned on the switching element S 1, the capacitor C 2 is charged via a switching element S 1 and the freewheeling diode D 4 by stored energy of the reactor L 1, L 2 .. Next, when the switching element S 1 is turned off and the switching element S 2 is turned on, the capacitor C 1 is charged by the stored energy of the reactors L 1 and L 2 via the freewheeling diode D 3 and the switching element S 2.
上記の動作を繰り返すことにより、端子P,N間の出力電圧Vpnは直流電源電圧Vbatよりも高い電圧に昇圧される。ここで、出力電圧Vpnは3つのレベル(Vdcp、Vdcn、及び、Vdcp+Vdcn)をとり得るため、3レベルチョッパと呼ばれている。 By repeating the above operation, the output voltage V pn between the terminals P and N is boosted to a voltage higher than the DC power supply voltage V bat. Here, the output voltage V pn is called a three-level chopper because it can take three levels (V dcp , V dcn , and V dcp + V dcn).
この種の3レベルチョッパにおいて、スイッチング素子の故障や回路定数のばらつき等に起因して、出力側のコンデンサC1,C2の電圧Vdcp,Vdcnに偏りが生じると、スイッチング素子やコンデンサが過電圧によって破壊されることがある。
このため、特許文献1では、図14の制御回路を用いて電圧Vdcp,Vdcnを等しくする制御を行っている。
In this type of 3-level chopper, if the voltages V dcp and V dcn of the capacitors C 1 and C 2 on the output side are biased due to a failure of the switching element or a variation in the circuit constant, the switching element or the capacitor will be damaged. It may be destroyed by overvoltage.
Therefore, in
図14は、スイッチング素子S1〜S4を駆動するための制御回路を示している。
図14において、コンデンサC1,C2の電圧Vdcp,Vdcnが直流電圧指令値(出力電圧指令値)Vpn *の1/2とそれぞれ等しくなるように電圧調節器AVR1,AVR2が動作し、これらの出力が切替スイッチSW1,SW2を介して同一構成のPWM回路PWMA,PWMBに加えられている。
Figure 14 shows a control circuit for driving the
In FIG. 14, the voltage regulators AVR 1 and AVR 2 are set so that the voltages V dcp and V dcn of the capacitors C 1 and C 2 are equal to 1/2 of the DC voltage command value (output voltage command value) V pn *, respectively. It operates, and these outputs are applied to the PWM circuits PWM A and PWM B having the same configuration via the changeover switches SW 1 and SW 2.
PWM回路PWMA,PWMBは、コンパレータCmp、タイマTM1,TM2、論理回路11〜15、立下り検出回路16,17、DQフリップフロップ18を備え、DQフリップフロップ18の出力が、それぞれの入力側の切替スイッチSW1,SW2に対する切替信号1,2となる。
パルス出力判定回路PJは、電圧検出値Vdcp,Vdcnの大小関係に応じて、PWM回路PWMA,PWMBの出力信号S1’〜S4’をスイッチング素子S1〜S4の駆動信号(ゲート信号)として選択し、出力する。
PWM circuits PWM A and PWM B include a comparator Cmp, timers TM 1 , TM 2 ,
Pulse output determining circuit PJ, the voltage detection value V dcp, depending on the magnitude of V dcn, PWM circuit PWM A, the drive signal of the output signal S 1 '~S 4' the
上記制御回路では、図15(a),(b)に示すように、電圧検出値Vdcp,Vdcnの大小関係に応じてスイッチング素子S1,S2のオン時間を調節している。具体的には、電圧が低い方のコンデンサの充電量を多くするように、当該コンデンサに直列接続されたスイッチング素子のオン時間を長くして図13の電流Ichを増減させ、電圧Vdcp,Vdcnを均等化する制御を行っている。
なお、スイッチング素子S3,S4は、コンデンサC1,C2のエネルギーを直流電源側に回生して電圧Vdcp,Vdcnを所定値に維持するように機能するものである。
In the control circuit, FIG. 15 (a), the regulate the (b), the voltage detection value V dcp, the
The switching elements S 3 and S 4 function to regenerate the energy of the capacitors C 1 and C 2 to the DC power supply side to maintain the voltages V dcp and V dcn at predetermined values.
特許文献1に記載された技術において、電圧を均等化するためにスイッチング素子S1またはS2のオン時間が長くなり過ぎると、素子の温度が設計値以上になり、結果的に、スイッチング素子の破壊を防止するための保護動作が働いて装置の運転が停止してしまう場合がある。
一方、コンデンサC1,C2の電圧が均等でない場合には、チョッパを流れる電流にリップル電流が多く含まれることになり、このチョッパにインバータ回路を介して連系される電力系統やその接続負荷に悪影響を与える等の問題があった。
In the technique described in
On the other hand, if the voltages of the capacitors C 1 and C 2 are not equal, the current flowing through the chopper contains a large amount of ripple current, and the power system connected to this chopper via the inverter circuit and its connection load. There was a problem such as adversely affecting.
そこで、本発明の解決課題は、出力側の直列コンデンサの電圧を均等化しつつ、スイッチング素子の過熱を防止して安定的に運転を継続させると共に、リップル電流を抑制することができる3レベルチョッパ及びその制御回路を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is a three-level chopper capable of equalizing the voltage of the series capacitor on the output side, preventing overheating of the switching element, continuing stable operation, and suppressing the ripple current. The purpose is to provide the control circuit.
上記課題を解決するため、請求項1に係る3レベルチョッパは、直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続され、前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパであって、
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの降圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率が最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problem, in the three-level chopper according to
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
To adjust the balance command value according to the input voltage and output voltage of the three-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the step-down operation of the three-level chopper. The balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value, and
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
It is characterized by being equipped with.
請求項2に係る3レベルチョッパは、直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続され、前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパであって、
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの昇圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率が最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
In the three-level chopper according to
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
To adjust the balance command value according to the input voltage and output voltage of the three-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the boosting operation of the three-level chopper. The balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value, and
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
It is characterized by being equipped with.
請求項3に係る3レベルチョッパは、直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続され、前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパであって、
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの昇圧・降圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率がそれぞれ最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
In the three-level chopper according to
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
The balance command value is adjusted according to the input voltage and output voltage of the 3-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the step-up / step-down operation of the 3-level chopper. Balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value for
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
It is characterized by being equipped with.
請求項4に係る3レベルチョッパは、請求項1〜3の何れか1項に記載した3レベルチョッパにおいて、
前記バランス指令値調整部は、前記出力電圧と前記入出力電圧比との積と前記入力電圧との偏差を求め、この偏差と所定のゲインとの積に基づいて前記バランス指令値を調整することを特徴とする。
The three-level chopper according to
The balance command value adjusting unit obtains a deviation between the product of the output voltage and the input / output voltage ratio and the input voltage, and adjusts the balance command value based on the product of this deviation and a predetermined gain. It is characterized by.
請求項5に係る3レベルチョッパは、請求項1〜4の何れか1項に記載した3レベルチョッパにおいて、
前記第1のダイオードに第3のスイッチング素子を逆並列に接続し、かつ、前記第2のダイオードに第4のスイッチング素子を逆並列に接続したことを特徴とする。
The three-level chopper according to
A third switching element is connected to the first diode in antiparallel, and a fourth switching element is connected to the second diode in antiparallel.
請求項6に係る3レベルチョッパは、請求項5に記載した3レベルチョッパにおいて、
前記第3,第4のスイッチング素子をオンさせて前記第1,第2のコンデンサのエネルギーを前記直流電源に回生することを特徴とする。
The three-level chopper according to
The third and fourth switching elements are turned on to regenerate the energy of the first and second capacitors to the DC power supply.
請求項7に係る3レベルチョッパの制御回路は、直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続されて前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパの制御回路であって、
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの降圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率が最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
In the control circuit of the three-level chopper according to claim 7, the first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second switching elements are connected in series. The first and second capacitors are connected in series at both ends of the circuit via the first and second diodes, respectively, and the series connection points of the first and second switching elements and the first and first capacitors are connected. A control circuit of a three-level chopper in which a series connection point of two capacitors is connected and a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
To adjust the balance command value according to the input voltage and output voltage of the three-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the step-down operation of the three-level chopper. The balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value, and
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
It is characterized by being equipped with.
請求項8に係る3レベルチョッパの制御回路は、直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続されて前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパの制御回路であって、
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの昇圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率が最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
In the control circuit of the three-level chopper according to claim 8, the first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second switching elements are connected in series. The first and second capacitors are connected in series at both ends of the circuit via the first and second diodes, respectively, and the series connection points of the first and second switching elements and the first and first capacitors are connected. A control circuit of a three-level chopper in which a series connection point of two capacitors is connected and a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
To adjust the balance command value according to the input voltage and output voltage of the three-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the boosting operation of the three-level chopper. The balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value, and
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
It is characterized by being equipped with.
請求項9に係る3レベルチョッパの制御回路は、直流電源の正負極間に、リアクトルを介して第1,第2のスイッチング素子が直列に接続され、前記第1,第2のスイッチング素子の直列回路の両端に、第1,第2のダイオードをそれぞれ介して第1,第2のコンデンサが直列に接続されると共に、前記第1,第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第1,第2のコンデンサの直列接続点とが接続されて前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端に負荷が接続される3レベルチョッパの制御回路であって、
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの昇圧・降圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率がそれぞれ最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
In the control circuit of the three-level chopper according to claim 9, the first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second switching elements are connected in series. The first and second capacitors are connected in series at both ends of the circuit via the first and second diodes, respectively, and the series connection points of the first and second switching elements and the first and first capacitors are connected. A control circuit of a three-level chopper in which a series connection point of two capacitors is connected and a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
The balance command value is adjusted according to the input voltage and output voltage of the 3-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the step-up / step-down operation of the 3-level chopper. Balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value for
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
It is characterized by being equipped with.
請求項10に係る3レベルチョッパの制御回路は、
請求項7〜9の何れか1項に記載した3レベルチョッパの制御回路において、
前記バランス指令値調整部は、前記出力電圧と前記入出力電圧比との積と前記入力電圧との偏差を求め、この偏差と所定のゲインとの積に基づいて前記バランス指令値を調整することを特徴とする。
The control circuit of the three-level chopper according to claim 10 is
In the control circuit of the three-level chopper according to any one of claims 7 to 9.
The balance command value adjusting unit obtains a deviation between the product of the output voltage and the input / output voltage ratio and the input voltage, and adjusts the balance command value based on the product of this deviation and a predetermined gain. It is characterized by.
本発明によれば、3レベルチョッパの降圧モード領域、昇圧モード領域のそれぞれについて、出力側の直列コンデンサの電圧を均等化するためにスイッチング素子のオン時間を必要以上に長くする必要がない。このため、スイッチング素子の過熱を防止することができ、保護動作を働かせずに装置の安定した運転を継続させることが可能である。
また、チョッパに流れる電流のリップル成分を抑制し、電力系統やその接続負荷に与える悪影響を防止することができる。
According to the present invention, it is not necessary to lengthen the on-time of the switching element more than necessary in order to equalize the voltage of the series capacitor on the output side in each of the step-down mode region and the step-up mode region of the three-level chopper. Therefore, overheating of the switching element can be prevented, and stable operation of the device can be continued without activating the protective operation.
In addition, it is possible to suppress the ripple component of the current flowing through the chopper and prevent adverse effects on the power system and its connection load.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
初めに、本発明の原理を説明する。本発明では、3レベルチョッパ(以下、単にチョッパともいう)の直流入力電流のリップル率が出力側のコンデンサC1,C2の電圧のアンバランスに応じて変化することに着目したものである。すなわち、チョッパの降圧動作、昇圧動作のそれぞれについて、チョッパの入出力電圧の関係に応じて、コンデンサC1,C2の電圧を均等化するためのバランス指令値(バランス指令率)を調整することにより、リップル電流を抑制してコンデンサC1,C2の電圧を均等化する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the principle of the present invention will be described. In the present invention, three-level chopper (hereinafter, simply referred to as a chopper) is defined by noting the ripple factor of the DC input current varies according to the imbalance of the capacitor C 1, C 2 of the voltage on the output side. That is, for each of the step-down operation and the step-up operation of the chopper, the balance command value (balance command rate) for equalizing the voltages of the capacitors C 1 and C 2 is adjusted according to the relationship between the input / output voltage of the chopper. Accordingly, to equalize the voltage of the capacitor C 1, C 2 to suppress the ripple current.
まず、図1は、チョッパの降圧モード領域及び昇圧モード領域における、入力電圧と電流リップル率(ΔI/Idc)との関係を示している。ここで、チョッパの直流入力電流Idcは、図13におけるIchと同じものであり、出力電圧Voは図13におけるVpnと同じものである。
なお、チョッパの降圧モードとは入力電圧Vin>(出力電圧Vo/2)となるモードを言い、チョッパの昇圧モードとは入力電圧Vin<(出力電圧Vo/2)となるモードを言う。
図1の降圧モード領域及び昇圧モード領域において、電流リップル率が最大になるときの入出力電圧の関係は、以下のようにして求めることができる(結論として、チョッパの降圧モードでは、入力電圧Vinが出力電圧Voの(√3+3)/6倍である時、チョッパの昇圧モードでは、入力電圧Vinが出力電圧Voの1/3倍である時に、それぞれ電流リップル率が最大となる)。
First, FIG. 1 shows the relationship between the input voltage and the current ripple rate (ΔI / I dc ) in the step-down mode region and the step-up mode region of the chopper. Here, the DC input current I dc chopper is the same as the I ch in FIG 13, the output voltage V o is the same as the V pn in FIG.
The chopper step-down mode refers to a mode in which the input voltage V in > (output voltage V o / 2), and the chopper boost mode refers to a mode in which the input voltage V in <(output voltage V o / 2). To tell.
In the step-down mode region and the step-up mode region of FIG. 1, the relationship between the input / output voltage when the current ripple rate is maximized can be obtained as follows (in conclusion, in the step-down mode of the chopper, the input voltage V when in is (√3 + 3) / 6 times the output voltage V o, in boost mode chopper, when the input voltage V in is 1/3 times the output voltage V o, each current ripple factor becomes maximum ).
図2は、チョッパの降圧モードにおいて、電流リップル率が最大になるときの入出力電圧の関係を説明するための図である。図2(a)は、スイッチング素子S1をオンしてスイッチング素子S2をオフした時、図2(b)は、スイッチング素子S1,S2をオフした時の入力電流Idcの経路(矢印)を示している。なお、Cinは平滑コンデンサ、Vinはチョッパの入力電圧である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the input / output voltage when the current ripple rate is maximized in the step-down mode of the chopper. 2 (a) is, when turning off the switching element S 2 by turning on the switching element S 1, FIG. 2 (b), the path of the input current I dc when the off the
図2(c)に示すように、スイッチング素子S1,S2が周期T=1/fsw(fsw:スイッチング周波数)にて交互にスイッチングする場合、スイッチング素子S1のオン時間は数式1によって表される。
電流リップル率(ΔI/Idc)が最大になる時の入力電圧Vinは、数式2をVinにより微分した値が0になる時の値であり、数式3により表すことができる。
また、図3は、チョッパの昇圧モードにおいて、電流リップル率が最大になるときの入出力電圧の関係を説明するための図であり、図3(a)はスイッチング素子S1,S2をオンした時、図3(b)はスイッチング素子S1をオンしたままスイッチング素子S2をオフした時の入力電流Idcの経路(矢印)を示している。なお、図3(c)において、tonS12はスイッチング素子S1,S2の両方をオンする時間である。 The on FIG. 3, the chopper boosting mode is a diagram for explaining a relationship between the input and output voltage when the current ripple ratio becomes maximum, FIG. 3 (a) the switching element S 1, S 2 3 (b) shows the path (arrow) of the input current I dc when the switching element S 2 is turned off while the switching element S 1 is turned on. In FIG. 3C, ton S12 is the time for turning on both the switching elements S 1 and S 2.
ここで、スイッチング素子S1のオン時間は数式4によって表される。
電流リップル率(ΔI/Idc)が最大になる時の入力電圧Vinは、数式5をVinにより微分した値が0になる時の値であり、数式6により表すことができる。
図4(a)は、コンデンサC1,C2の電圧が均等である時の入力電流Idcに含まれるリップル電流ΔIを示し、図4(b)は、コンデンサC1,C2の電圧が均等でない時のリップル電流ΔIを示す。これらの図4(a),(b)から、コンデンサC1,C2の電圧がアンバランスである時には、リップル電流ΔIひいては電流リップル率(ΔI/Idc)が大きくなることがわかる。
4 (a) shows the ripple current ΔI of the voltage of the
次に、図5は本発明の第1実施形態に係る制御回路の構成図である。
この第1実施形態は、チョッパを降圧モード領域(図1参照)で運転するときに、コンデンサC1,C2の電圧を均等化するためにスイッチング素子S1〜S4の駆動信号を生成するものである。
Next, FIG. 5 is a configuration diagram of a control circuit according to the first embodiment of the present invention.
The first embodiment, when operating the chopper in buck mode region (see FIG. 1) generates a drive signal of the switching element S 1 to S 4 in order to equalize the voltage of the capacitor C 1, C 2 It is a thing.
第1実施形態の動作の概要は、以下の通りである。
すなわち、降圧モードにおいて、Vin=Voである時にはバランス指令値(バランス指令率)を0とすることにより、スイッチング素子の熱の偏りを防いで装置の運転を継続させる。
また、Vin=Voの状態からVinの低下に応じてバランス指令値を徐々に増加させていき、電流リップル率が最大になるVin={(√3+3)/6}Voの時点でバランス指令値を最大(バランス指令率を100%)にすることにより、リップル電流を低減し、電力系統の接続機器を保護する。
更に、Vin={(√3+3)/6}Voの時点からVinの低下に応じてバランス指令値を徐々に減少させ、Vin=Vo/2の時点でバランス指令値を0(バランス指令率を0%)にすることにより、スイッチング素子の熱の偏りを防いで装置の運転を継続させる。
The outline of the operation of the first embodiment is as follows.
That is, in the buck mode, when a V in = V o By balancing command value (balance command ratio) and 0 to continue the operation of the prevent by device bias the heat of the switching element.
Also, the time of V in = V from the state of o with a decrease of V in gradually increasing the balance command value, V in = current ripple factor becomes maximum {(√3 + 3) / 6 } V o By maximizing the balance command value (balance command rate is 100%), the ripple current is reduced and the connected equipment of the power system is protected.
Moreover, V in = {(√3 + 3) / 6} V from the time of o with a decrease of V in gradually reducing the balance command value, V in = V o / 0
第1実施形態に係る図5の制御回路において、PWM指令生成部101は、チョッパの直流電圧指令値Vo *及び直流電圧検出値Voと直流電流検出値Idcとに基づいて、上記VoをVo *に制御するためのPWM指令(電圧指令)を生成する。
このPWM指令は、加減算器103,104により、後述するバランス指令値調整部200Aの上下限リミッタ211から出力されるバランス指令値とそれぞれ加減算され、PWM回路105,106(PWM1,PWM2)に入力される。PWM回路105,106では、入力された指令値とキャリア1,2とをそれぞれ比較することにより、図13のスイッチング素子S1,S3用、及び、スイッチング素子S2,S4用の駆動信号を生成する。
In the control circuit of Figure 5 according to the first embodiment, PWM
This PWM command is added / subtracted from the balance command value output from the upper /
バランス指令値生成部102は、直流電圧上側検出値(図13のコンデンサC1の電圧検出値)VC1と直流電圧下側検出値(コンデンサC2の電圧検出値)VC2とからバランス指令値を生成し、このバランス指令値はバランス指令値調整部200Aに入力される。
The balance command
次に、バランス指令値調整部200Aの構成について説明する。
まず、チョッパの入力電圧Vinはローパスフィルタ201を介して加減算器204に入力される。また、チョッパの出力電圧Voはローパスフィルタ202を介して乗算器203に入力され、定数{(√3+3)/6}との乗算結果が加減算器204に入力される。
加減算器204の出力aは、その正負を判別するためのコンパレータ205に入力され、「0000hex(hexは16進数)」との比較結果が切替スイッチ206に加えられている。
Next, the configuration of the balance command
First, the input voltage V in of the chopper is input to the adder-
The output a of the adder /
また、加減算器204の出力aはゲイン1,2を介して切替スイッチ206の入力端子T,Fにそれぞれ入力されている。ここで、ゲイン1は、Vin=Vo/2であるときに「1000hex」となる係数であり、ゲイン2は、Vin=Voであるときに「1000hex」となる係数である。なお、切替スイッチ206の入力端子Tは「True」を示し、Fは「False」を示す。
前記コンパレータ205は、入力aが負である時に切替スイッチ206の入力端子T側を選択させる信号を出力する。
Further, the output a of the adder /
The
切替スイッチ206の出力は、絶対値演算回路207により絶対値信号bとなって加減算器208に入力される。加減算器208では、「1000hex」と絶対値信号bとの偏差cを検出し、この偏差cは乗算器209,210に入力される。
乗算器209,210は、偏差cと上限リミッタ値、下限リミッタ値とをそれぞれ乗算し、これらの乗算結果を上下限リミッタ211の上限リミッタ値、下限リミッタ値として出力する。上下限リミッタ211は、バランス指令値生成部102から入力されたバランス指令値を上下限処理し、その出力信号dを前記加減算器103,104に出力する。
The output of the
The
図6は、チョッパの入力電圧Vinと図5における各信号a〜dとの関係を示す図である。図5の制御回路の動作により、バランス指令値調整部200Aから最終的に出力されるバランス指令値dは、Vin=Vo/2,Vin=Voの時に0となり、Vin={(√3+3)/6}Voの時に最大値(バランス指令率が100%)となる。
Figure 6 is a diagram showing the relationship between each signal a~d in the input voltage V in and 5 of the chopper. The operation of the control circuit of Figure 5, the balance command value d which is finally output from the balance command
次に、図7は、第1実施形態に基づく設計例における、入力電圧と電流リップル率及びバランス指令率との関係を示す図である。ここでは、電流リップル率の最大値を20[%]、チョッパの出力電圧Voを1100[V]とする。このため、電流リップル率が最大になる時の入力電圧Vinは、Vin={(√3+3)/6}Vo≒868[V]となる。 Next, FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the input voltage, the current ripple rate, and the balance command rate in the design example based on the first embodiment. Here, the maximum value of the current ripple rate 20 [%], the output voltage V o of the chopper and 1100 [V]. Therefore, the input voltage V in when the current ripple ratio is maximized, the V in = {(√3 + 3 ) / 6} V o ≒ 868 [V].
前述した動作の概要から明らかなように、図7における(1),(3)の時点では、電流リップル率が小さいため、コンデンサC1,C2の電圧不均等によるリップル電流はほとんど問題にならない。従って、図5のバランス指令値調整部200Aから出力するバランス指令値を0(バランス指令率を0%)としてスイッチング素子S1,S2のオン時間に偏りが生じないようにし、素子の熱バランスを保つ。
図7における(2)の時点は電流リップル率が大きいため、コンデンサC1,C2の電圧不均等によるリップル電流が大きい。このため、バランス指令値調整部200Aから出力するバランス指令値を最大値(バランス指令率を100%)としてリップル電流を抑制し、電力系統の接続機器を保護する。
As is clear from the outline of the above-mentioned operation, at the time points (1) and (3) in FIG. 7, since the current ripple rate is small, the ripple current due to the voltage unevenness of the capacitors C 1 and C 2 is hardly a problem. .. Thus, settings to avoid bias in the switching element S 1, S 2 of the on-time balance command value output from the balance command
Since the current ripple rate is large at the time point (2) in FIG. 7, the ripple current due to the voltage unevenness of the capacitors C 1 and C 2 is large. Therefore, the balance command value output from the balance command
上記のように、電流リップル率に応じて図7の(1)〜(2)〜(3)の範囲でバランス指令値を徐々に変化させることにより、チョッパの降圧モードにおけるスイッチング素子S1,S2の過熱保護、及びリップル電流の抑制が可能になる。 As described above, by gradually changing the balance command value in the range of (1) to 7 (2) - (3) in accordance with the current ripple rate, the switching element S 1 of the step-down mode chopper, S 2 Overheat protection and suppression of ripple current become possible.
次いで、図8は本発明の第2実施形態に係る制御回路の構成図である。
この第2実施形態は、チョッパを昇圧モード領域(図1参照)で運転するときに、コンデンサC1,C2の電圧を均等化するためにスイッチング素子S1〜S4の駆動信号を生成するものである。
Next, FIG. 8 is a block diagram of the control circuit according to the second embodiment of the present invention.
This second embodiment, when operating the chopper in boost mode region (see FIG. 1) generates a drive signal of the switching element S 1 to S 4 in order to equalize the voltage of the capacitor C 1, C 2 It is a thing.
第2実施形態の動作の概要は、以下の通りである。
すなわち、昇圧モードにおいて、Vin=Vo/2である時にはバランス指令値(バランス指令率)を0とすることにより、スイッチング素子の熱の偏りを防いで装置の運転を継続させる。
また、Vin=Vo/2の状態からVinの低下に応じてバランス指令値を徐々に増加させていき、電流リップル率が最大になるVin=Vo/3の時点でバランス指令値を最大(バランス指令率を100%)にすることにより、リップル電流を低減し、電力系統の接続機器を保護する。
更に、Vin=Vo/3の時点からVinの低下に応じてバランス指令値を徐々に減少させ、Vin=0の時点でバランス指令値を0(バランス指令率を0%)にすることにより、スイッチング素子の熱の偏りを防いで装置の運転を継続させる。
The outline of the operation of the second embodiment is as follows.
That is, in the boost mode, by balancing command value (balance command ratio) and 0 when a V in = V o / 2, to continue the operation of the prevent by device bias the heat of the switching element.
Also, depending from the state of V in = V o / 2 in the reduction of V in gradually increasing the balance command value, balance command value at the time of V in = V o / 3 that current ripple ratio becomes maximum By maximizing (balance command rate is 100%), the ripple current is reduced and the connected equipment of the power system is protected.
Moreover, gradually decreasing the balance command value with a decrease of V in from the time of V in = V o / 3, the balance command value at the time of V in = 0 to 0 (
なお、降圧モード、昇圧モードを問わず、コンデンサC1,C2の電圧の一方が過電圧、他方が不足電圧となる場合は、入力電圧の大きさに関係なくバランス指令値を最大にすることで、装置の運転を継続させることができる。
If one of the voltages of the
第2実施形態に係る図8の制御回路が図5と異なる点は、バランス指令値調整部200B内の乗算器203に入力される定数が図5の(√3+3)/6に代えて1/3となっている点、及び、切替スイッチ206の入力側のゲインが、ゲイン3,4となっている点である。ここで、ゲイン3は、Vin=0であるときに「1000hex」となる係数であり、ゲイン4は、Vin=Vo/2であるときに「1000hex」となる係数である。
The difference between the control circuit of FIG. 8 and FIG. 5 according to the second embodiment is that the constant input to the
図9は、チョッパの入力電圧Vinと図8における各信号a〜dとの関係を示す図である。図8の制御回路の動作により、バランス指令値調整部200Bから最終的に出力されるバランス指令値dは、Vin=0,Vin=Vo/2の時に0となり、Vin=Vo/3の時に最大値(バランス指令率が100%)となる。
Figure 9 is a diagram showing the relationship between each signal a~d in the input voltage V in and 8 of the chopper. The operation of the control circuit of Figure 8, the balance command value d which is finally output from the balance command
次に、図10は、第2実施形態に基づく設計例における、入力電圧と電流リップル率及びバランス指令率との関係を示す図である。第1実施形態と同様に、電流リップル率の最大値を20[%]、チョッパの出力電圧Voを1100[V]とする。このため、電流リップル率が最大になる時の入力電圧Vinは、Vin=Vo/3≒367[V]となる。 Next, FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the input voltage, the current ripple rate, and the balance command rate in the design example based on the second embodiment. Like the first embodiment, the maximum value of the current ripple rate 20 [%], the output voltage V o of the chopper and 1100 [V]. Therefore, the input voltage V in when the current ripple ratio is maximized, and V in = V o / 3 ≒ 367 [V].
前述した動作の概要から明らかなように、図10における(4),(6)の時点では、電流リップル率が小さいため、コンデンサC1,C2の電圧不均等によるリップル電流はほとんど問題にならない。従って、図8のバランス指令値調整部200Bから出力するバランス指令値を0(バランス指令率を0%)としてスイッチング素子S1,S2のオン時間に偏りが生じないようにし、素子の熱バランスを保つ。
図10における(5)の時点は電流リップル率が大きいため、コンデンサC1,C2の電圧不均等によるリップル電流が大きい。このため、バランス指令値調整部200Bから出力するバランス指令値を最大値(バランス指令率を100%)としてリップル電流を抑制し、電力系統の接続機器を保護する。
As is clear from the summary of the above-described operation, in FIG. 10 (4), at (6), since the current ripple rate is low, the ripple current due to the voltage unequal of capacitors C 1, C 2 rarely a problem .. Thus, settings to avoid bias in the switching element S 1, S 2 of the on-time balance command value output from the balance command
Since the current ripple rate is large at the time point (5) in FIG. 10, the ripple current due to the voltage unevenness of the capacitors C 1 and C 2 is large. Therefore, the balance command value output from the balance command
上記のように、電流リップル率に応じて図10の(4)〜(5)〜(6)の範囲でバランス指令値を徐々に変化させることにより、チョッパの昇圧モードにおけるスイッチング素子S1,S2の過熱保護、及びリップル電流の抑制が可能になる。 As described above, by gradually changing the balance command value in the range of 10 according to the current ripple rate (4) - (5) - (6), the switching element S 1 of the step-up mode of the chopper, S 2 Overheat protection and suppression of ripple current become possible.
更に、図11は本発明の第3実施形態に係る制御回路の構成図である。
この第3実施形態は、チョッパを昇・降圧チョッパとして運転する場合(図1の降圧モード領域、昇圧モード領域を使い分ける場合)に、コンデンサC1,C2の電圧を均等化するためにスイッチング素子S1〜S4の駆動信号を生成するものである。
Further, FIG. 11 is a configuration diagram of a control circuit according to a third embodiment of the present invention.
In the third embodiment, (buck mode region in FIG. 1, when selectively using the boost mode region) When operating the chopper as a temperature-down chopper, the capacitor C 1, the switching element in order to equalize the voltage of C 2 It generates drive signals of S 1 to S 4.
図11において、バランス指令値調整部200C以外の部分は図5及び図8と同一であり、このバランス指令値調整部200Cは、図5におけるバランス指令値調整部200Aの主要部と図8におけるバランス指令値調整部200Bの主要部とを組み合わせたものに相当する。
バランス指令値調整部200Cでは、コンパレータ230によりVinとVo/2とを比較して降圧モード、昇圧モードを判別し、降圧モード(Vin>Vo/2)であれば切替スイッチ229を端子T側に、昇圧モード(Vin<Vo/2)であれば切替スイッチ229を端子F側に切り替える。
In FIG. 11, the parts other than the balance command
In balance command
なお、バランス指令値調整部200C内の昇圧モード側において、221,222はローパスフィルタ、223は乗算器、224,228は加減算器、225はコンパレータ、226は切替スイッチ、227は絶対値演算器である。また、ゲイン5は、電流リップル率に適合するバランス指令値となるように補正するための適宜な係数である。
In the boost mode side in the balance command
図12は、第3実施形態に基づく設計例における、入力電圧と電流リップルとの関係を示す図である。なお、入力電圧とバランス指令率との関係は図7,図10と同一であるため、図示を省略する。
第1,第2実施形態と同様に、電流リップル率の最大値を20[%]、チョッパの出力電圧Voを1100[V]とすると、電流リップル率が最大になる時の入力電圧Vinは、降圧モードではVin≒868[V]、昇圧モードではVin≒367[V]となる。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the input voltage and the current ripple in the design example based on the third embodiment. Since the relationship between the input voltage and the balance command rate is the same as in FIGS. 7 and 10, the illustration is omitted.
First, as in the second embodiment, the maximum value of the current ripple rate 20 [%], and the output voltage V o of the chopper and 1100 [V], the input voltage V in when the current ripple ratio becomes maximum Is Vin ≈ 868 [V] in the step-down mode and Vin ≈ 367 [V] in the step-up mode.
図12における(1),(3),(4),(6)の時点では、電流リップル率が小さいため、コンデンサC1,C2の電圧不均等によるリップル電流はほとんど問題にならない。従って、図11のバランス指令値調整部200Cから出力するバランス指令値を0(バランス指令率を0%)としてスイッチング素子S1,S2のオン時間に偏りが生じないようにし、素子の熱バランスを保つ。
図12の降圧モード領域における(2)の時点は電流リップル率が大きいため、コンデンサC1,C2の電圧不均等によるリップル電流が大きい。このため、バランス指令値調整部200Cから出力するバランス指令値を最大値(バランス指令率を100%)としてリップル電流を抑制し、電力系統の接続機器を保護する。
また、昇圧モード領域における(5)の時点については、電流リップル率に応じたバランス指令値とすれば良い。
At the time points (1), (3), (4), and (6) in FIG. 12, since the current ripple rate is small, the ripple current due to the voltage unevenness of the capacitors C 1 and C 2 is hardly a problem. Thus, settings to avoid bias in the switching element S 1, S 2 of the on-time balance command value output from the balance command
Since the current ripple rate is large at the time point (2) in the step-down mode region of FIG. 12, the ripple current due to the voltage unevenness of the capacitors C 1 and C 2 is large. Therefore, the balance command value output from the balance command
Further, at the time point (5) in the step-up mode region, the balance command value may be set according to the current ripple rate.
上記のように、降圧モード領域、昇圧モード領域のそれぞれについて、電流リップル率に応じて図12の(1)〜(2)〜(3)または(4)〜(5)〜(6)の範囲でバランス指令値を徐々に変化させることにより、スイッチング素子S1,S2の過熱保護及びリップル電流の抑制が可能になる。 As described above, for each of the step-down mode region and the step-up mode region, the range of (1) to (2) to (3) or (4) to (5) to (6) in FIG. 12 depending on the current ripple rate. in by gradually changing the balance command value, allowing the switching element S 1, the overheat protection of S 2 and ripple current suppression.
なお、図13におけるスイッチング素子S3,S4をオンさせればコンデンサC1,C2のエネルギーを直流電源BATに回生することが可能であるが、本発明は、スイッチング素子S3,S4を備えていない3レベルチョッパにも適用することができる。
Incidentally, it is possible to regenerate by turning on the
本発明に係る3レベルチョッパは、例えば無停電電源装置や太陽光発電システムあるいは入力電圧が大きく変動する鉄道車両や電気自動車などの車両用電力変換装置等に利用可能である。 The three-level chopper according to the present invention can be used, for example, in an uninterruptible power supply, a photovoltaic power generation system, a power conversion device for vehicles such as railroad vehicles and electric vehicles in which the input voltage fluctuates greatly.
BAT:直流電源
S1〜S4:スイッチング素子
D1〜D4:還流ダイオード
L1,L2:リアクトル
C1,C2:コンデンサ
Cin:平滑コンデンサ
LD:負荷
P:正側端子
N:負側端子
M:中性点
101:PWM指令生成部
102:バランス指令値生成部
103,104,204,208,224,228:加減算器
105,106:PWM回路
200A,200B,200C:バランス指令値調整部
201,202,221,222:ローパスフィルタ
203,209,210,223:乗算器
205,225,230:コンパレータ
206,226,229:切替スイッチ
207,227:絶対値演算器
211:上下限リミッタ
BAT: DC power supply S 1 to S 4 : Switching elements D 1 to D 4 : Refluxing diode L 1 , L 2 : Reactor C 1 , C 2 : Capacitor C in : Smoothing capacitor LD: Load P: Positive terminal N: Negative Side terminal M: Neutral point 101: PWM command generation unit 102: Balance command
Claims (10)
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの降圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率が最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする3レベルチョッパ。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via the respective capacitors, and the series connection points of the first and second switching elements and the series connection points of the first and second capacitors are connected to each other. A 3-level chopper in which a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
To adjust the balance command value according to the input voltage and output voltage of the three-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the step-down operation of the three-level chopper. The balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value, and
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
A 3-level chopper featuring.
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの昇圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率が最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする3レベルチョッパ。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via the respective capacitors, and the series connection points of the first and second switching elements and the series connection points of the first and second capacitors are connected to each other. A 3-level chopper in which a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
To adjust the balance command value according to the input voltage and output voltage of the three-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the boosting operation of the three-level chopper. The balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value, and
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
A 3-level chopper featuring.
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの昇圧・降圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率がそれぞれ最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする3レベルチョッパ。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via the respective capacitors, and the series connection points of the first and second switching elements and the series connection points of the first and second capacitors are connected to each other. A 3-level chopper in which a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
The balance command value is adjusted according to the input voltage and output voltage of the 3-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the step-up / step-down operation of the 3-level chopper. Balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value for
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
A 3-level chopper featuring.
前記バランス指令値調整部は、
前記出力電圧と前記入出力電圧比との積と前記入力電圧との偏差を求め、この偏差と所定のゲインとの積に基づいて前記バランス指令値を調整することを特徴とする3レベルチョッパ。 In the three-level chopper according to any one of claims 1 to 3.
The balance command value adjusting unit
A three-level chopper characterized in that a deviation between the product of the output voltage and the input / output voltage ratio and the input voltage is obtained, and the balance command value is adjusted based on the product of the deviation and a predetermined gain.
前記第1のダイオードに第3のスイッチング素子を逆並列に接続し、かつ、前記第2のダイオードに第4のスイッチング素子を逆並列に接続したことを特徴とする3レベルチョッパ。 In the three-level chopper according to any one of claims 1 to 4.
A three-level chopper characterized in that a third switching element is connected to the first diode in antiparallel and a fourth switching element is connected to the second diode in antiparallel.
前記第3,第4のスイッチング素子をオンさせて前記第1,第2のコンデンサのエネルギーを前記直流電源に回生することを特徴とする3レベルチョッパ。 In the three-level chopper according to claim 5.
A three-level chopper characterized in that the third and fourth switching elements are turned on and the energy of the first and second capacitors is regenerated to the DC power supply.
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの降圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率が最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする3レベルチョッパの制御回路。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via the respective capacitors, and the series connection points of the first and second switching elements and the series connection points of the first and second capacitors are connected to each other. A 3-level chopper control circuit in which a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
To adjust the balance command value according to the input voltage and output voltage of the three-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the step-down operation of the three-level chopper. The balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value, and
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
A control circuit for a 3-level chopper, which is characterized by being equipped with.
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの昇圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率が最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする3レベルチョッパの制御回路。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via the respective capacitors, and the series connection points of the first and second switching elements and the series connection points of the first and second capacitors are connected to each other. A 3-level chopper control circuit in which a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
To adjust the balance command value according to the input voltage and output voltage of the three-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the boosting operation of the three-level chopper. The balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value, and
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
A control circuit for a 3-level chopper, which is characterized by being equipped with.
前記第1,第2のコンデンサの直列回路の両端電圧を指令値に一致させるためのPWM指令値を生成するPWM指令生成部と、
前記第1,第2のコンデンサの電圧に応じて、前記第1,第2のコンデンサの電圧を等しくするためのバランス指令値を生成するバランス指令値生成部と、
前記3レベルチョッパの入力電圧及び出力電圧と、前記3レベルチョッパの昇圧・降圧運転時にチョッパを流れる電流のリップル率がそれぞれ最大となる入出力電圧比と、に応じて、前記バランス指令値を調整するためのバランス指令調整値を生成するバランス指令値調整部と、
前記PWM指令値と前記バランス指令調整値とに基づいて前記第1,第2のスイッチング素子をオン・オフする駆動信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする3レベルチョッパの制御回路。 The first and second switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the DC power supply via a reactor, and the first and second diodes are connected to both ends of the series circuit of the first and second switching elements. The first and second capacitors are connected in series via the respective capacitors, and the series connection points of the first and second switching elements and the series connection points of the first and second capacitors are connected to each other. A 3-level chopper control circuit in which a load is connected to both ends of the series circuit of the first and second capacitors.
A PWM command generator that generates a PWM command value for matching the voltage across the series circuit of the first and second capacitors to the command value, and a PWM command generator.
A balance command value generator that generates a balance command value for equalizing the voltages of the first and second capacitors according to the voltage of the first and second capacitors.
The balance command value is adjusted according to the input voltage and output voltage of the 3-level chopper and the input / output voltage ratio at which the ripple rate of the current flowing through the chopper is maximized during the step-up / step-down operation of the 3-level chopper. Balance command value adjustment unit that generates the balance command adjustment value for
A means for generating a drive signal for turning on / off the first and second switching elements based on the PWM command value and the balance command adjustment value, and
A control circuit for a 3-level chopper, which is characterized by being equipped with.
前記バランス指令値調整部は、
前記出力電圧と前記入出力電圧比との積と前記入力電圧との偏差を求め、この偏差と所定のゲインとの積に基づいて前記バランス指令値を調整することを特徴とする3レベルチョッパの制御回路。 In the control circuit of the three-level chopper according to any one of claims 7 to 9.
The balance command value adjusting unit
A three-level chopper characterized in that a deviation between the product of the output voltage and the input / output voltage ratio and the input voltage is obtained, and the balance command value is adjusted based on the product of this deviation and a predetermined gain. Control circuit.
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