JP7130145B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
図2は、パルス信号生成部の構成図である。パルス信号生成部32は、比較器320を備えている。比較器320は、変調信号である規格化された電圧指令値とキャリア信号との大小を比較することで半導体スイッチング素子をオンオフさせるためのパルス信号を生成する。1つのレグの正アームと負アームとは交互にオンオフを繰り返すため、一方がオンの場合、他方はオフとなる。すなわち、比較器320の出力が1つのレグにおける正アームのパルス信号となるのに対して、比較器320の出力を反転させたパルス信号が負アームのパルス信号となる。パルス信号生成部32は、1つのレグに対して1つ備えられている。
実施の形態1の電力変換装置において、デッドタイム付与部を図6に示す回路構成で説明した。実施の形態2の電力変換装置は、三角波のキャリア信号を利用してパルス信号にデッドタイムを付与するものである。本実施の形態の電力変換装置において、パルス信号生成部およびデッドタイム付与部以外の構成は、実施の形態1の電力変換装置と同様である。
すでに述べたように、半導体スイッチング素子は瞬時にオンとオフとが切り替わることはなく、オンとオフとが切り替わるために必要な時間が存在する。半導体スイッチング素子が安定動作するために必要な最小の時間を最小動作時間と定義する。半導体スイッチング素子をこの最小動作時間より短い時間でオンとオフとを切り替えると、半導体スイッチング素子の動作が不安定になると共に故障の原因ともなる。実施の形態3の電力変換装置は、デッドタイムの付与によってゲート信号のパルス幅を狭くしても、パルス幅が最小動作時間よりも短くなることを防ぐことができる機能を備えている。
図13は、パルス幅制御部36でパルス幅が制御されるパルス信号を示す図である。パルス幅制御部36で設定される最小パルス幅(tmin)は、最小動作時間にデッドタイムを加えた時間である。つまり、デッドタイム付与前のパルス幅がこの最小パルス幅(tmin)よりも短い場合は、デッドタイム付与後のパルス幅が最小動作時間よりも短くなる可能性がある。オンとオフとを繰り返すパルス信号に関して、一定期間オンとなる期間をオンパルス、一定期間オフとなる期間をオフパルスと定義する。図13(a)に示すように、最小パルス幅よりもパルス幅が短いオンパルスは、最小パルス幅まで引き延ばされたオンパルスに制御される。また、図13(b)に示すように、最小パルス幅よりもパルス幅が短いオフパルスは、最小パルス幅まで引き延ばされたオフパルスに制御される。
デッドタイム付与部において、ターンオンのパルス信号とターンオフのパルス信号にデッドタイムを付与する場合、オンパルスに対してはデッドタイムでパルス幅の前後が削られるため、パルス幅制御部36で制限したパルス幅以下になってしまう場合がある。オンパルスのパルス幅が最小動作時間よりも短くなると、半導体スイッチング素子の動作が不安定になる恐れがある。オンパルス除去部37は、ゲート信号選択部35から出力されるゲート信号に対して最小動作時間よりも短いオンパルスを除去している。
実施の形態1から3の電力変換装置では、出力電流の極性を検出して電圧誤差の要因とならない方のアームに対してデッドタイムが付与されたパルス信号をゲート信号として選択している。しかしながら、電流センサでの遅延および電流極性検出部での演算遅れ時間などに起因して、実際の出力電流の極性と電流極性検出部で検出した極性とが異なる時間帯が発生し、電圧誤差を増大させてしまう恐れがある。これ以降、実際の出力電流の極性と電流極性検出部で検出した極性とが異なることを電流極性の誤判別と呼ぶ。とくに、スイッチング周期内に電流極性が正と負との間を行き来する電流ゼロクロスの付近で電流極性の誤判別が発生し易い。実施の形態4の電力変換装置は、半導体スイッチング素子のスイッチング周期内の電流極性を検知して、スイッチング周期内に電流極性が変化しない期間は電圧誤差の要因とならない方のアームに対してデッドタイムが付与されたパルス信号をゲート信号とし、半導体スイッチング素子のスイッチング周期内に電流極性が変化する期間は正アームおよび負アームのそれぞれのパルス信号のターンオンの立ち上がりにデッドタイムを付与してゲート信号とするようにしたものである。以下、実施の形態1で説明した出力電流の極性を検出して電圧誤差の要因とならない方のアームに対してデッドタイムが付与されたパルス信号をゲート信号とする付与方法を第1の付与方法、正アームおよび負アームのそれぞれのパルス信号のターンオンの立ち上がりにデッドタイムを付与してゲート信号とする付与方法を第2の付与方法と呼ぶこととする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (7)
- 外部の直流電源に接続される正極入力端子および負極入力端子と、
前記正極入力端子と前記負極入力端子との間に直列に接続される正アームおよび負アームと、
前記正アームと前記負アームとの接続点に接続された出力端子と、
前記出力端子に出力される出力電流を検知する電流検知部と、
前記正アームおよび前記負アームはそれぞれ半導体スイッチング素子とこの半導体スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを有しており、前記正アームおよび前記負アームの前記半導体スイッチング素子をゲート信号で駆動する駆動部と、
前記ゲート信号を制御する制御部とを備えた電力変換装置であって、
前記制御部は、
電圧指令値とキャリア信号とに基づいてパルス信号を生成するパルス信号生成部と、前記パルス信号生成部で生成された前記パルス信号および前記パルス信号が反転されたパルス信号のどちらか一方のパルス信号のパルス幅にデッドタイムの時間幅を加えるまたは除くことで前記一方のパルス信号にのみデッドタイムを付与するデッドタイム付与部と、前記電流検知部で検知された出力電流に基づいて出力電流の極性を検出する電流極性検出部と、前記電流極性検出部で検出された前記出力電流の極性が正の場合、前記一方のパルス信号を前記正アームのゲート信号として選択し他方のパルス信号を前記負アームのゲート信号として選択し、前記電流極性検出部で検出された前記出力電流の極性が負の場合、前記一方のパルス信号を前記負アームのゲート信号として選択し前記他方のパルス信号を前記正アームのゲート信号として選択するゲート信号選択部とを備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記パルス信号生成部で生成された前記パルス信号に含まれるパルスのパルス幅が予め設定された最小パルス幅よりも狭いときに、当該パルスのパルス幅を前記最小パルス幅まで引き延ばすようにパルス幅を制御するパルス幅制御部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記ゲート信号選択部で選択された前記ゲート信号に含まれるオンパルスのパルス幅が予め設定された最小動作時間よりも短いときに、当該オンパルスを前記ゲート信号から除去するオンパルス除去部を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記デッドタイム付与部は、
前記他方のパルス信号を前記デッドタイムの時間分遅延させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記パルス信号生成部は、
前記電圧指令値と前記キャリア信号とを比較した第1パルス信号と、前記キャリア信号の位相をデッドタイムの時間分進めた第2キャリア信号と前記電圧指令値とを比較した第2パルス信号とを生成し、
前記デッドタイム付与部は、
前記第1パルス信号と前記第2パルス信号とを用いて前記第1パルス信号にデッドタイムを付与したパルス信号を前記一方のパルス信号としたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記ゲート信号選択部は、
前記他方のパルス信号を用いて前記正アームおよび前記負アームのそれぞれのターンオンの立ち上がりにデッドタイムを付与したパルス信号を生成し、前記半導体スイッチング素子のスイッチング周期内に前記出力電流の極性が変化する期間は前記ターンオンの立ち上がりにデッドタイムを付与した前記パルス信号を前記正アームおよび前記負アームのそれぞれのゲート信号に選択することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記ゲート信号選択部は、
前記他方のパルス信号を用いて前記正アームおよび前記負アームのそれぞれのターンオンの立ち上がりにデッドタイムを付与したパルス信号を生成し、前記電圧指令値の極性と前記出力電流の極性とが異なるときは前記ターンオンの立ち上がりにデッドタイムを付与した前記パルス信号を前記正アームおよび前記負アームのそれぞれのゲート信号に選択することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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