JP7132822B2 - Controller for DC/AC converter - Google Patents
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Description
本発明は、直流電圧を交流電圧に変換するDC・AC変換装置に適用される制御装置に関する。 The present invention relates to a control device applied to a DC/AC converter that converts DC voltage to AC voltage.
特許文献1には、AC・DC変換装置のリアクトルに流れるリアクトル電流を指令値に制御すべく、周知のピーク電流モード制御により駆動スイッチを操作する制御装置が開示されている。この制御装置は、交流電圧の位相に応じて変化する電流補正値を指令値に加算することで、出力電流の歪みを低減している。具体的には、電流補正値は、リアクトル電流の平均値と指令値との間の乖離幅に基づいて算出される。
ところで、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置においても、出力電圧の歪みを改善することにより、交流電源に供給する交流電力の力率を改善することが望まれる。 By the way, in a power conversion device that converts a DC voltage to an AC voltage, it is desired to improve the power factor of the AC power supplied to the AC power supply by improving the distortion of the output voltage.
本発明は上記課題に鑑みたものであり、DC・AC変換装置の制御装置において、出力電流の歪みを抑制することができる制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a controller for a DC/AC converter that can suppress the distortion of the output current.
上記課題を解決するために本発明は、リアクトルと、駆動スイッチとを有し、入力端子を通じて供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換した前記交流電圧を出力端子に接続された交流電源に供給するDC・AC変換装置に適用されるDC・AC変換装置の制御装置に関する。DC・AC変換装置の制御装置は、前記リアクトルに流れる電流値であるリアクトル電流を取得する電流取得部と、前記交流電源の電圧値である交流電圧を取得する交流電圧取得部と、取得された前記リアクトル電流を、取得された前記交流電圧に基づいて生成された正弦波状の電流指令値に制御すべく、ピーク電流モード制御により前記駆動スイッチをオンオフ操作する電流制御部と、前記ピーク電流モード制御の実施時において、前記駆動スイッチの1スイッチング周期におけるオン操作期間の最小値を定めるマスク時間を設定するマスク時間設定部と、を備えている。前記マスク時間設定部は、取得された前記交流電圧がゼロとなるゼロクロスタイミングの近傍の期間である可変期間内において、前記マスク時間が最小値を取るように前記マスク時間を可変設定する。 In order to solve the above problems, the present invention provides an AC power supply having a reactor and a drive switch, converting a DC voltage supplied through an input terminal into an AC voltage, and connecting the converted AC voltage to an output terminal. It relates to a control device for a DC/AC converter that is applied to a DC/AC converter that supplies to. A control device for a DC/AC converter includes a current acquisition unit that acquires a reactor current that is a current value flowing through the reactor, an AC voltage acquisition unit that acquires an AC voltage that is a voltage value of the AC power supply, and an acquired a current control unit that turns on and off the drive switch by peak current mode control in order to control the reactor current to a sinusoidal current command value generated based on the acquired AC voltage; and the peak current mode control. and a mask time setting unit for setting a mask time that determines the minimum value of the ON operation period in one switching cycle of the drive switch when implementing . The mask time setting unit variably sets the mask time so that the mask time has a minimum value within a variable period, which is a period near a zero cross timing at which the acquired AC voltage becomes zero.
ピーク電流モード制御を用いるDC・AC変換装置では、交流電源に供給する交流電力の力率を改善するために、交流電圧に基づいてリアクトルに流れるリアクトル電流の電流指令値を設定する。そのため、交流電源のゼロクロスタイミング近傍において、リアクトル電流をゼロ付近の値とするために、電流指令値が最も小さな値となる。ここで、ピーク電流モード制御において、交流電源のゼロクロスタイミング近傍で検出されたリアクトル電流にスイッチングノイズ等のノイズが重畳することにより、リアクトル電流が電流指令値を上回り、駆動スイッチを意図しないタイミングでオフ操作させる誤ターンオフが生じる場合がある。交流電圧のゼロクロスタイミング近傍での駆動スイッチの誤ターンオフは、出力電流の歪みを生じさせる要因となる。そのため、駆動スイッチの1スイッチング周期における最小のオン操作期間をノイズの重畳を想定して長めに設定しておくことが考えられる。しかし、駆動スイッチのオン操作期間が長くなることにより、一時的に過剰な出力電流が流れることが懸念される。例えば、駆動スイッチのオン操作期間を長くしたことに伴い、リアクトルが励磁され過ぎてリアクトルに過剰な電流が流れることにより、出力電流が一時的に過剰となる。特に、駆動スイッチのオン操作期間が最小値となる交流電圧のゼロクロスタイミングでは、マスク時間を長くしたことに伴い、交流電源に過剰な出力電流が流れ易くなることが懸念される。 In a DC/AC converter using peak current mode control, a current command value for a reactor current flowing through a reactor is set based on an AC voltage in order to improve the power factor of AC power supplied to an AC power supply. Therefore, in the vicinity of the zero-cross timing of the AC power supply, the current command value becomes the smallest value in order to bring the reactor current to a value near zero. Here, in peak current mode control, noise such as switching noise is superimposed on the reactor current detected near the zero-cross timing of the AC power supply, causing the reactor current to exceed the current command value and turn off the drive switch at an unintended timing. A false turn-off may occur that causes it to operate. An erroneous turn-off of the drive switch near the zero-cross timing of the AC voltage causes distortion of the output current. Therefore, it is conceivable to set the minimum ON operation period in one switching cycle of the drive switch to be longer in anticipation of noise superimposition. However, there is a concern that an excessive output current may temporarily flow due to an increase in the ON operation period of the drive switch. For example, when the ON operation period of the drive switch is lengthened, the reactor is overexcited and excessive current flows through the reactor, resulting in a temporary excess output current. In particular, at the zero-crossing timing of the AC voltage when the ON operation period of the drive switch is the minimum value, there is concern that an excessive output current tends to flow through the AC power supply as the mask time is lengthened.
この点を鑑み、本発明では、ピーク電流モード制御の実施時において、駆動スイッチのオン操作期間の最小値を定めるマスク時間を可変設定することとした。具体的には、交流電圧のゼロクロスタイミングの近傍となる期間である可変期間内において、マスク時間が最小値を取るようにマスク時間が可変設定される。これにより、DC・AC変換装置からの過剰な出力電流の発生を防止しつつ、出力電流の歪みを好適に抑制することができる。 In view of this point, the present invention variably sets the mask time that determines the minimum value of the ON operation period of the drive switch when performing the peak current mode control. Specifically, the mask time is variably set so that the mask time takes the minimum value within the variable period, which is the period near the zero-cross timing of the AC voltage. As a result, it is possible to suitably suppress the distortion of the output current while preventing the generation of excessive output current from the DC/AC converter.
<第1実施形態>
本実施形態に係るDC・AC変換装置(以下、電力変換装置という)について説明する。電力変換装置は、入力端子である直流端子を介して交流電源に接続されており、直流端子を通じて供給される直流電力を交流電力へ変換して交流電源に供給する。
<First embodiment>
A DC/AC converter (hereinafter referred to as a power converter) according to this embodiment will be described. The power converter is connected to an AC power supply via a DC terminal, which is an input terminal, and converts DC power supplied through the DC terminal into AC power and supplies the AC power to the AC power supply.
図1に示す電力変換装置100の第1,第2直流端子TD1、TD2には、不図示の直流電源が接続されており、第1,第2交流端子TA1,TA2には、交流電源200が接続されている。交流電源200は、例えば、商用電源であり、直流電源はバッテリである。
A DC power supply (not shown) is connected to the first and second DC terminals TD1 and TD2 of the
電力変換装置100は、コンデンサ16と、ハーフブリッジ回路15と、リアクトル13と、フルブリッジ回路12と、第1~第6配線LP1~LP6とを備えている。
The
第1直流端子TD1には、第1配線LP1の第1端が接続されており、第2直流端子TD2には第2配線LP2の第1端が接続されている。第1配線LP1と第2配線LP2との間には、コンデンサ16が接続されている。
A first end of a first wiring LP1 is connected to the first DC terminal TD1, and a first end of a second wiring LP2 is connected to the second DC terminal TD2. A
第1,第2配線LP1,LP2の第2端には、ハーフブリッジ回路15が接続されている。ハーフブリッジ回路15は、第5スイッチSW5と、第6スイッチSW6とを備えている。第5,第6スイッチSW5,SW6は、電圧駆動型のスイッチであり、本実施形態では、NチャネルMOSFETである。第5スイッチSW5のソースと、第6スイッチSW6のドレインとが接続されている。第5スイッチSW5のドレインが第1配線LP1に接続され、第6スイッチSW6のソースが第2配線LP2に接続されている。第5,第6スイッチSW5,SW6それぞれは、逆並列接続された寄生ダイオードを備えている。本実施形態では、第5スイッチSW5が駆動スイッチに相当する。
A
ハーフブリッジ回路15とフルブリッジ回路12とは、第3配線LP3及び第4配線LP4により接続されている。第3配線LP3の第1端は、第5スイッチSW5のソースと、第6スイッチSW6のドレインとの間の第1接続点K1に接続されている。第3配線LP3には、リアクトル13が設けられている。また、第4配線LP4の第1端は、第6スイッチSW6のソースに接続されている。第3,4配線LP3,LP4それぞれの第2端は、フルブリッジ回路12に接続されている。
The
フルブリッジ回路12は、第1~第4スイッチSW1~SW4を備えている。第1~第4スイッチSW1~SW4は、電圧駆動型のスイッチであり、本実施形態では、NチャネルMOSFETである。第3スイッチSW3のソースと、第4スイッチSW4のドレインとが接続されている。第1スイッチSW1のソースと、第2スイッチSW2のドレインとが接続されている。第1,第3スイッチSW1,SW3の各ドレインが第3配線LP3に接続され、第2,第4スイッチSW2,SW4の各ソースが第4配線LP4に接続されている。
The
第3スイッチSW3のソースと第4スイッチSW4のドレインとの間の第2接続点K2は、第6配線LP6の第1端に接続されており、第6配線LP6の第2端は第2交流端子TA2に接続されている。第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との第3接続点K3は、第5配線LP5の第1端に接続されており、第5配線LP5の第2端は第1交流端子TA1に接続されている。 A second connection point K2 between the source of the third switch SW3 and the drain of the fourth switch SW4 is connected to the first end of the sixth wiring LP6, and the second end of the sixth wiring LP6 is connected to the second alternating current. It is connected to terminal TA2. A third connection point K3 between the first switch SW1 and the second switch SW2 is connected to a first end of the fifth wiring LP5, and a second end of the fifth wiring LP5 is connected to the first AC terminal TA1. there is
電力変換装置100は、第1電圧センサ31と、電流センサ32と、第2電圧センサ33とを備えている。第1電圧センサ31は、第1,第2配線LP1,LP2の間に接続されており、第1,第2直流端子TD1,TD2を通じて入力される直流電圧を入力電圧Vdcとして検出する。電流センサ32は、第4配線LP4に設けられており、リアクトル13に流れる電流値をリアクトル電流ILrとして検出する。第2電圧センサ33は、第5,第6配線LP5,LP6の間に接続されており、交流電源200の電圧を交流電圧Vacとして検出する。
The
電力変換装置100は、制御装置30を備えている。制御装置30は、第1~第6スイッチSW1~SW6を操作する。なお、制御装置30が提供する各機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。
The
図2は、制御装置30の機能を説明する機能ブロック図である。制御装置30は、周知のピーク電流モード制御により、第5,第6スイッチSW5,SW6をオン状態又はオフ状態に操作する。制御装置30は、波形生成部34、乗算器35、絶対値算出部36、加算器37、電流補正部40、電流制御部50、及び極性切替部55を備えている。本実施形態では、制御装置30が、電流取得部と、交流電圧取得部とに相当する。
FIG. 2 is a functional block diagram illustrating functions of the
波形生成部34は、交流電圧Vacの基準波形sinωtを生成する。基準波形sinωtは、交流電圧Vacの半周期(T/2)における電圧変化を示す値であり、振幅が1であり、交流電圧Vacと同じ周期で変動する。本実施形態においては、基準波形sinωtは、交流電圧Vacと同位相となる。波形生成部34は、第2電圧センサ33により検出された交流電圧Vacが0となるタイミングをゼロクロスタイミングとして検出し、交流電圧Vacが、ゼロクロスタイミングから次のゼロクロスタイミングまで変化する期間を、交流電圧Vacの半周期(T/2)として設定する。
乗算器35は、リアクトル電流ILrの振幅指令値Ia*と基準波形sinωtとを乗算する。振幅指令値Ia*は、リアクトル電流ILrの振幅を定める指令値である。絶対値算出部36は、乗算器35からの出力値の絶対値を、補正前指令電流IL*として設定する。
電流補正部40は、出力電流Iacの歪みを抑制すべく、補正前指令電流IL*に対する補正に用いる電流補正値Icを設定する。加算器37は、補正前指令電流IL*に電流補正値Icを加算し、加算後の値を補正後指令電流ILa*として設定する。本実施形態では、補正後指令電流ILa*が電流指令値に相当する。
電流制御部50は、電流センサ32により検出されたリアクトル電流ILrと、補正後指令電流ILa*とに基づいて、第5スイッチSW5を操作する第5ゲート信号GS5と、第6スイッチSW6を操作する第6ゲート信号GS6とを生成する。本実施形態では、電流制御部50は、周知のピーク電流モード制御により、第5,第6ゲート信号GS5,GS6を生成する。
電流制御部50は、DA変換器351と、コンパレータ352と、加算器353と、RSフリップフロップ357と、スロープ補償部60と、マスク時間設定部70とを備えている。補正後指令電流ILa*は、DA変換器351に入力される。DA変換器351は、入力された補正後指令電流ILa*をデジタル値からアナログ値に変換する。アナログ値に変換された補正後指令電流ILa*は、コンパレータ352の反転入力端子に入力される。加算器353は、リアクトル電流ILrとスロープ補償部60により設定されたスロープ補償信号Slopeとを加算し、補償したリアクトル電流ILrを出力する。加算器353からの出力は、コンパレータ352の非反転入力端子に入力される。なお、スロープ補償信号Slopeは、リアクトル13に流れる電流の変動に伴う発振を抑制するものである。
The
コンパレータ352は、補正後指令電流ILa*とリアクトル電流ILrとを比較し、リアクトル電流ILrが補正後指令電流ILa*より小さい期間において、ロー状態の判定信号OUTをマスク時間設定部70に入力する。また、コンパレータ352は、リアクトル電流ILrが補正後指令電流ILa*より大きい期間において、ハイ状態の判定信号OUTをマスク時間設定部70に入力する。
マスク時間設定部70は、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswにおいて、マスク時間TMの経過前に判定信号OUTがハイ状態となった場合に、マスク時間TMの経過後にリセット信号REを出力し、マスク時間TMの経過後に判定信号OUTがハイ状態となった場合に、ハイ状態の判定信号OUTの入力に合わせてリセット信号REを出力する。マスク時間TMは、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswにおけるオン操作期間Tonの最小値を定める時間である。リセット信号REは、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswにおけるオン操作期間Tonの終了タイミングを定める信号である。
In one switching period Tsw of the fifth switch SW5, the mask
マスク時間設定部70は、パルス生成部71と、AND回路72とを備えている。パルス生成部71は、マスク時間TMを設定するためのマスク信号MSSを生成する。本実施形態では、マスク信号MSSの1周期のうち、マスク信号MSSがローとなる期間の長さがマスク時間TMとなる。本実施形態において、マスク信号MSSの1周期は、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswと同じ周期となっている。
The mask
図3(a)はリアクトル電流ILr及び補正後指令電流ILa*の推移を示し、図3(b)はセット信号SEの推移を示す。図3(c)は判定信号OUTの推移を示し、図3(d)はリセット信号REの推移を示す。図3(d)はマスク信号MSSの推移を示し、図3(e)は第5スイッチSW5を操作する第5ゲート信号GS5の推移を示す。セット信号SEは、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswを定める信号である。 FIG. 3(a) shows transitions of the reactor current ILr and the post-correction command current ILa*, and FIG. 3(b) shows transitions of the set signal SE. FIG. 3(c) shows transition of the determination signal OUT, and FIG. 3(d) shows transition of the reset signal RE. FIG. 3(d) shows transition of the mask signal MSS, and FIG. 3(e) shows transition of the fifth gate signal GS5 for operating the fifth switch SW5. The set signal SE is a signal that determines one switching cycle Tsw of the fifth switch SW5.
AND回路72の第1の入力端子には、パルス生成部71からのマスク信号MSSが入力され、第2の入力端子には、コンパレータ352からの判定信号OUTが入力される。図3(c)で示すように、AND回路72は、マスク信号MSSがハイ状態となるハイ期間に判定信号OUTがハイ状態である場合、ハイ状態のリセット信号REを出力する。一方、AND回路72は、マスク信号MSSがロー状態となるロー期間(即ち、マスク時間TM)では、破線で示すように判定信号OUTがハイ状態であっても、ロー状態のリセット信号REを出力する。
The AND
RSフリップフロップ357のS端子には、クロック354からのセット信号SEが入力される。RSフリップフロップ357のQ端子は、第5スイッチSW5のゲートに接続されている。Q端子から第5スイッチSW5のゲートに出力される信号が、第5ゲート信号GS5となる。そのため、S端子にハイ状態のセット信号SEが入力されてから、R端子にハイ状態のリセット信号REが入力されるまでの期間が、第5スイッチSW5のオン操作期間Tonである。
The set signal SE from the
RSフリップフロップ357の出力端子は、反転器358を介して第6スイッチSW6のゲートに接続されている。Q端子から反転器358を介して第6スイッチSW6のゲートに出力される信号が、第6ゲート信号GS6となる。第6ゲート信号GS6は、第5ゲート信号GS5を反転させた値となる。
The output terminal of the RS flip-
極性切替部55は、交流電圧Vacの極性に応じて、出力信号を反転させる。極性切替部55は、交流電圧Vacの極性を正の極性と判定した場合に、ハイ状態の出力信号を出力する。一方、極性切替部55は、交流電圧Vacの極性を負の極性と判定した場合に、ロー状態の出力信号を出力する。
極性切替部55の出力端子は、第1,第4スイッチSW1,SW4の各ゲートに接続されている。極性切替部55の出力端子から第1,第4スイッチSW1,SW4の各ゲートに出力される信号が、第1,第4ゲート信号GS1,GS4となる。また、極性切替部55の出力端子は、反転器359を介して、第2,第3スイッチSW2,SW3の各ゲートに接続されている。極性切替部55の出力端子から反転器359を介して第2,第3スイッチSW2,SW3の各ゲートに出力される信号が、第2,第3ゲート信号GS2,GS3となる。第2,第3ゲート信号GS2,GS3は、第1,第4ゲート信号GS1,GS4を反転させた値となる。
The output terminal of the
次に、電力変換装置100の動作を説明する。図4は電力変換装置100のタイミングチャートである。図4(a)は交流電圧Vac及び入力電圧Vdcの推移を示している。図4(b)は第1,第4ゲート信号GS1,GS4、及び第2,第3ゲート信号GS2,GS3を反転させた値の推移を示し、図4(c)は第5ゲート信号GS5及び第6ゲート信号GS6を反転させた値の推移を示す。図4(d)は補正前指令電流IL*の推移を示し、図4(e)はリアクトル電流ILrの推移を示す。図4(f)は出力電流Iacの推移を示す。
Next, the operation of the
交流電圧Vacが正となる第1期間P1では、第1,第4ゲート信号GS1,GS4がハイ状態となることにより、第1,第4スイッチSW1,SW4がオン状態となる。第2,第3ゲート信号GS2,GS3がロー状態となることにより、第2,第3スイッチSW2,SW3がオフ状態となる。この第1期間P1において、第5ゲート信号GS5がオフ状態となり、第6ゲート信号GS6がオン状態となることにより、リアクトル13、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4及び第6スイッチSW6を含む閉回路が形成される。この閉回路内において、第1交流端子TA1から交流電源200を介して第2交流端子TA2の向きに出力電流Iacが流れる。このとき、1スイッチング周期Tswでのリアクトル電流ILrは、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswにおけるオン操作期間Tonの比を示すデューティ比D(=Ton/Tsw)に応じた値となる。
In the first period P1 in which the AC voltage Vac is positive, the first and fourth gate signals GS1 and GS4 are in a high state, thereby turning on the first and fourth switches SW1 and SW4. When the second and third gate signals GS2 and GS3 are low, the second and third switches SW2 and SW3 are turned off. During the first period P1, the fifth gate signal GS5 is turned off and the sixth gate signal GS6 is turned on, thereby closing the
交流電圧Vacが負となる第2期間P2では、第1,第4ゲート信号GS1,GS4がロー状態となることにより、第1,第4スイッチSW1,SW4がオフ状態となる。第2,第3ゲート信号GS2,GS3がハイ状態となることにより、第2,第3スイッチSW2,SW3がオン状態となる。この第2期間P2においても、リアクトル13には、第5スイッチSW5のデューティ比Dに応じたリアクトル電流ILrが流れる。
During the second period P2 in which the AC voltage Vac is negative, the first and fourth gate signals GS1 and GS4 are low, thereby turning off the first and fourth switches SW1 and SW4. When the second and third gate signals GS2 and GS3 are high, the second and third switches SW2 and SW3 are turned on. Also in the second period P2, the reactor current ILr flows through the
制御装置30は、交流電源200に供給する交流電力の力率を改善するために、交流電圧Vacの基準波形sinωtに振幅指令値Ia*を乗算した値を補正前指令電流IL*として設定している。そのため、補正前指令電流IL*は、正弦波の正の半波が周期T/2で繰り返される波形となっている。図4では、補正前指令電流IL*は、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングta,tcから交流電圧Vacのピークタイミングtb,tdに推移するに従い電流が増加する。また、補正前指令電流IL*は、交流電圧Vacのピークタイミングtb,tdからゼロクロスタイミングtc,teに推移するに従い電流が減少する。ピークタイミングは、交流電圧Vacの1周期Tにおいて、交流電圧Vacが正の最大値又は負の最小値を取るタイミングである。
In order to improve the power factor of the AC power supplied to
リアクトル電流ILrの平均値Iaveは、補正前指令電流IL*と同様、ゼロクロスタイミングta,tc,teにおいて0付近の値を取るように正の半波状に推移する。このため、ピーク電流モード制御において、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングta,tc,te付近で検出されたリアクトル電流ILrにスイッチングノイズ等のノイズが重畳することにより、補償後のリアクトル電流ILrが補正後指令電流ILa*を上回り、意図したタイミングと異なるタイミングで第5スイッチSW5をオフ操作させる誤ターンオフが生じる場合がある。 Average value Iave of reactor current ILr transitions in a positive half-wave shape so as to take values near 0 at zero-cross timings ta, tc, and te, similarly to pre-correction command current IL*. Therefore, in the peak current mode control, noise such as switching noise is superimposed on the reactor current ILr detected near the zero-crossing timings ta, tc, and te of the AC voltage Vac, so that the reactor current ILr after compensation becomes the corrected command In some cases, the current exceeds the current ILa* and an erroneous turn-off occurs in which the fifth switch SW5 is turned off at timing different from the intended timing.
図5(a),(b)では、第5スイッチSW5の誤ターンオフにより、当初意図したオン操作期間Ton2の終了タイミングよりも前に第5スイッチSW5のオン操作期間Ton1が終了している。そのため、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswでの実際のオン操作期間Ton1が、当初意図したオン操作期間Ton2よりも短くなっている。オン操作期間Tonの意図しない短縮は、出力電流Iacを過度に変化させるため、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング付近での第5スイッチSW5の誤ターンオフが出力電流Iacの歪みを生じさせる要因となる。 In FIGS. 5A and 5B, due to an erroneous turn-off of the fifth switch SW5, the on-operation period Ton1 of the fifth switch SW5 ends before the initially intended end timing of the on-operation period Ton2. Therefore, the actual ON operation period Ton1 in one switching period Tsw of the fifth switch SW5 is shorter than the initially intended ON operation period Ton2. Unintentional shortening of the on-operation period Ton excessively changes the output current Iac, so that the erroneous turn-off of the fifth switch SW5 near the zero-cross timing of the AC voltage Vac causes distortion of the output current Iac.
このような誤ターンオフの発生を抑制するために、ノイズが重畳する期間に応じてマスク時間TMを長めに設定しておくことが考えられる。図5(c)では、一例として、ノイズの重畳が終了した後も第5スイッチSW5のオン操作期間Ton3が継続している。マスク時間TMを長めに設定した場合、補正後指令電流ILa*で想定されるデューティ比が低い期間では、図5(d)で示すように、実際のオン操作期間Ton3が、意図したオン操作期間Ton2よりも長くなることが懸念される。特に、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング近傍では、オン操作期間Tonが長くなることにより、リアクトル13に過剰な電流が流れることにより、交流電源200に一時的に過剰な出力電流Iacが流れるおそれがある。
In order to suppress the occurrence of such an erroneous turn-off, it is conceivable to set the mask time TM longer according to the period during which noise is superimposed. In FIG. 5C, as an example, the ON operation period Ton3 of the fifth switch SW5 continues even after the superimposition of the noise ends. When the mask time TM is set to be long, the actual ON operation period Ton3 is different from the intended ON operation period as shown in FIG. There is concern that it will be longer than Ton2. In particular, in the vicinity of the zero-cross timing of AC voltage Vac, an excessive current flows through
そこで、本実施形態では、マスク時間設定部70は、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングの近傍において、マスク時間TMが最小値となるように、マスク時間TMを可変設定することとした。これにより、過剰な出力電流Iacの発生を防止しつつ、誤ターンオフに起因する出力電流Iacの歪みを好適に抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the mask
次に、図6を用いて、マスク時間設定部70のパルス生成部71が、交流電圧Vacの絶対値に応じて、マスク信号MSSを可変設定する方法を説明する。図6に示す交流電圧Vacは、t0,t8が,交流電圧Vacが負の値から正の値に切り替わるゼロアップクロスタイミングであり、t4が、交流電圧Vacが正の値から負の値に切り替わるゼロダウンクロスタイミングである。t2,t6が、交流電圧Vacの正負それぞれのピークタイミングである。
Next, a method of variably setting the mask signal MSS according to the absolute value of the AC voltage Vac by the
パルス生成部71は、交流電圧Vacの半周期(T/2)である第1,第2期間P1,P2のそれぞれにおいて、マスク時間TMを可変期間CP内で最小値を取るように設定する。可変期間CPは、交流電圧Vacの1周期において、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングt0,t4,t8の近傍の期間(t0-t1、t3-t5、t7-t8)である。本実施形態では、パルス生成部71は、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいて、マスク時間TMを最小値に設定する。マスク時間TMの最小値は、0よりも大きな値であり、例えば、ゼロクロスタイミングを含む第5スイッチSW5の操作期間において、補正後指令電流ILa*より意図されるオン操作期間Tonよりも小さな値に設定されればよい。
The
例えば、可変期間CPを、交流電圧Vacの1周期で、交流電圧Vacが、ゼロクロスタイミングからピーク値の20%の値となるタイミングまでの期間、及びピーク値の20%の値となるタイミングからゼロクロスタイミングまでの期間に定めてもよい。より好ましくは、可変期間CPを、交流電圧Vacの1周期で、交流電圧Vacが、ゼロクロスタイミングからピーク値の10%の値となるタイミングまでの期間、及びピーク値の10%の値となるタイミングからゼロクロスタイミングまでの期間に定めてもよい。 For example, the variable period CP is one cycle of the AC voltage Vac, the period from the zero crossing timing to the timing when the AC voltage Vac reaches 20% of the peak value, and from the timing when the AC voltage Vac reaches 20% of the peak value to zero crossing. It may be set as a period until the timing. More preferably, the variable period CP is one cycle of the AC voltage Vac, and the AC voltage Vac is a period from the zero cross timing to the timing when it reaches 10% of the peak value and the timing when it reaches 10% of the peak value. to the zero-cross timing.
DC・AC変換装置において第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswに対するオン操作期間Tonの比であるデューティ比Dは、交流電圧Vacがゼロクロスタイミングからピークタイミング側に推移するほど増加し、交流電圧Vacがピークタイミング側からゼロクロスタイミングに推移するほど減少する。そのため、パルス生成部71は、可変期間CPにおいて、交流電圧Vacがゼロクロスタイミングからピークタイミング側に推移するほど、マスク時間TMを長くする。パルス生成部71は、可変期間CPにおいて、交流電圧Vacがピークタイミング側からゼロクロスタイミングに推移するほど、マスク時間TMを短くする。本実施形態では、パルス生成部71は、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswに同期させて、マスク時間TMを可変設定する。
In the DC/AC converter, the duty ratio D, which is the ratio of the ON operation period Ton to one switching period Tsw of the fifth switch SW5, increases as the AC voltage Vac shifts from the zero-cross timing toward the peak timing. It decreases as it shifts from the peak timing side to the zero cross timing side. Therefore, the
パルス生成部71は、可変期間CP以外の期間(t1-t3,t5-t7)において、マスク時間TMを固定値に設定している。具体的には、交流電圧Vacの1周期Tでの可変期間CP以外の期間において、マスク時間TMを、第5スイッチSW5で想定されるオン操作期間Tonの最大値よりも短い値に設定している。
The
次に、本実施形態に係る電流補正部40の構成について図7を用いて説明する。DC・AC変換装置では、補正前指令電流IL*と、歪みが生じているリアクトル電流ILrの平均値Iaveとの差を示す乖離幅Δiは、ゼロクロスタイミング付近において最も小さな値となる。ここで、乖離幅Δiは、出力電流Iacの歪みの要因となる。乖離幅Δiは、補正前指令電流IL*からリアクトル電流ILrの平均値Iaveを引いた下記式(1)を用いて演算することができる。
Next, the configuration of the
上記式(1)により、入力電圧Vdcを交流電圧Vacに変換する場合、乖離幅Δiは、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいて最小値を取り、交流電圧Vacが最大となるピークタイミングにおいて最大値を取る。そのため、電流補正部40は、上記式(1)により算出される乖離幅Δiに応じて、電流補正値Icを算出する。
When the input voltage Vdc is converted to the AC voltage Vac according to the above formula (1), the divergence width Δi takes the minimum value at the zero cross timing of the AC voltage Vac and takes the maximum value at the peak timing when the AC voltage Vac becomes maximum. . Therefore, the
図7に示す電流補正部40は、実効値算出部41と、係数設定部42と、基準補正値算出部43と、乗算器44と、を備えている。例えば、実効値算出部41は、交流電圧Vacに基づいて、交流電源200の実効値Vrmsを算出する。
A
基準補正値算出部43は、実効値算出部41により算出された実効値Vrmsに基づいて、電流補正値Icの基準補正値Ihを設定する。基準補正値Ihは、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tsw内の電流補正値Icの基準となる値であり、上記式(1)で示される乖離幅Δiに応じた値である。基準補正値Ihは、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいて最小値を取り、交流電圧Vacのピークタイミングにおいて極大値を取る正の半波状に設定される。本実施形態では、基準補正値Ihは、ゼロクロスタイミングにおいてゼロに定められているが、これに限定されず、ゼロクロスタイミングにおいてゼロより大きい値に定められていてもより。
The reference
基準補正値算出部43は、実効値Vrmsと、交流電圧Vacと、入力電圧Vdcとの組合せに応じた基準補正値Ihを記録した基準補正値マップを備えている。各基準補正値マップは、交流電源200の実効値Vrmsが大きいほど、基準補正値Ihの最大値が小さな値となるようにその値が定められている。
The reference
係数設定部42は、交流電圧Vac、及び振幅指令値Ia*に基づいて、基準補正値Ihに乗算する補正係数βを設定する。補正係数βは、0より大きく、1以下の値としている。例えば、係数設定部42は、振幅指令値Ia*が閾値TH1より小さい場合、振幅指令値Ia*が大きいほど補正係数βを大きな値に設定し、閾値TH1以上の場合、補正係数βを所定値とする。
A
乗算器44は、基準補正値算出部43により設定された基準補正値Ihに、係数設定部42により設定された補正係数βを乗算した値を電流補正値Icに設定する。これにより、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいて、補正係数βが小さな値となるため、電流補正値Icが小さな値に設定される。
The multiplier 44 multiplies the reference correction value Ih set by the reference correction
次に、電力変換装置100の動作を、図8を用いて説明する。図8(a)は交流電圧Vac及び入力電圧Vdcの推移を示し、図8(b)は第5ゲート信号GS5、第6ゲート信号GS6を反転させた値の推移を示す。図8(c)は電流補正値Icの推移を示し、図8(d)は補正前指令電流IL*の推移を示す。図8(e)はマスク時間TMの推移を示し、図8(f)はリアクトル電流ILrの推移を示す。図8(g)は出力電流Iacの推移を示す。
Next, the operation of
交流電圧Vacが正の値となる第1期間P1(t11-t15)において、リアクトル電流ILrの平均値Iaveと、交流電圧Vacとの位相差を小さくすべく、ゼロクロスタイミング(t11,t15)付近での第5ゲート信号GS5のデューティ比D(=Ton/Tsw)が小さな値に設定される。 In the first period P1 (t11-t15) in which the AC voltage Vac takes a positive value, in order to reduce the phase difference between the average value Iave of the reactor current ILr and the AC voltage Vac, near the zero cross timing (t11, t15) is set to a small value.
第1期間P1では、ゼロクロスタイミング(t11,t15)においてマスク時間TMが最小値となる。そして、時刻t11-t12での可変期間CPにおいて、交流電圧Vacの増加とともに、マスク時間TMが増加する。また、時刻t14-t15での可変期間CPにおいて、交流電圧Vacの減少とともに、マスク時間TMが減少する。これにより、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング近傍において、誤ターンオフが防止され、ひいては、出力電流Iacの歪みが抑制される。また、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング近傍において、一時的に過剰な出力電流Iacが流れるのが防止される。 In the first period P1, the mask time TM becomes the minimum value at the zero cross timings (t11, t15). Then, during the variable period CP from time t11 to t12, the mask time TM increases as the AC voltage Vac increases. Also, during the variable period CP from time t14 to t15, the mask time TM decreases as the AC voltage Vac decreases. This prevents erroneous turn-off in the vicinity of the zero-cross timing of AC voltage Vac, thereby suppressing distortion of output current Iac. In addition, in the vicinity of the zero-crossing timing of AC voltage Vac, temporary excessive output current Iac is prevented from flowing.
また、補正前指令電流IL*とリアクトル電流ILrの平均値Iaveとの乖離幅に応じて、電流補正値Icがゼロクロスタイミングで最小値となる正の半波状に設定される。これにより、乖離幅が小さくなるよう第5ゲート信号GS5のデューティ比Dが設定されることにより、出力電流Iacの歪みがいっそう抑制される。 In addition, the current correction value Ic is set to have a positive half-wave shape that is the minimum value at the zero-cross timing according to the deviation width between the pre-correction command current IL* and the average value Iave of the reactor current ILr. As a result, the duty ratio D of the fifth gate signal GS5 is set so as to reduce the width of deviation, thereby further suppressing the distortion of the output current Iac.
交流電圧Vacが負の値となる第2期間P2(t15-t19)においても、ゼロクロスタイミングを含む可変期間(t15-t16,t18-t19)において、交流電圧Vacの変化に応じて、マスク時間TMが可変設定される。これにより、一時的に過剰な出力電流Iacが流れるのが防止されるとともに、誤ターンオフに伴う出力電流Iacの歪みが抑制される。 Even in the second period P2 (t15-t19) in which the AC voltage Vac has a negative value, during the variable periods (t15-t16, t18-t19) including the zero cross timing, the mask time TM is changed according to the change in the AC voltage Vac. is variably set. This prevents a temporary excessive flow of output current Iac and suppresses distortion of output current Iac due to erroneous turn-off.
次に、基準補正値マップの作成方法について図9を用いて説明する。 Next, a method of creating a reference correction value map will be described with reference to FIG.
本実施形態では、乖離幅Δiを、補正前指令電流IL*からリアクトル電流ILrの平均値Iaveを引いた値としている。なお、図9において、Dは、第5スイッチSW5におけるオン操作期間のデューティ比を示す。 In the present embodiment, the divergence width Δi is a value obtained by subtracting the average value Iave of the reactor current ILr from the pre-correction command current IL*. In FIG. 9, D indicates the duty ratio of the ON operation period of the fifth switch SW5.
図9より、乖離幅Δiは、オン操作期間(=D×Tsw)でのスロープ補償信号Slopeの最大増加分Δslopeに、リアクトル電流ILrの最大増加分ΔILの半分の値(ΔIL/2)を加えたものとみなすことができる。そのため、乖離幅Δiは、下記数式(2)により算出される。 From FIG. 9, the width of divergence Δi is obtained by adding half the maximum increase ΔIL of the reactor current ILr (ΔIL/2) to the maximum increase Δslope of the slope compensation signal Slope during the ON operation period (=D×Tsw). can be regarded as Therefore, the divergence width Δi is calculated by the following formula (2).
Δi=IL*-Iave=Δslope+ΔIL/2 … (2)
また、リアクトル電流ILrの最大増加分ΔILは、リアクトル13の両端に生じる電圧と、リアクトル13のインダクタンスLとを用いて、下記式(3)により算出することができる。
Δi=IL*−Iave=Δslope+ΔIL/2 (2)
Also, the maximum increase ΔIL of the reactor current ILr can be calculated by the following equation (3) using the voltage generated across the
Δslope = ms×D×Tsw … (4)
例えば、乖離幅Δiを算出する際のスロープ補償信号Slopeの傾きmsは、傾きmsの平均値を用いればよい。
Δslope=ms×D×Tsw (4)
For example, the average value of the slope ms may be used as the slope ms of the slope compensation signal Slope when calculating the divergence width Δi.
第5スイッチSW5のオン操作期間Tonのデューティ比Dは、交流電圧Vacの実効値Vrmsを用いて、下記式(5)により算出することができる。 The duty ratio D of the ON operation period Ton of the fifth switch SW5 can be calculated by the following formula (5) using the effective value Vrms of the AC voltage Vac.
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。 In the embodiment described above, the following effects can be obtained.
・制御装置30は、ピーク電流モード制御の実施時において、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングの近傍となる期間である可変期間内において、マスク時間TMが最小値を取るようにマスク時間TMを可変設定する。これにより、電力変換装置100からの過剰な出力電流Iacの発生を防止しつつ、出力電流Iacの歪みを好適に抑制することができる。
The
・制御装置30は、可変期間CPにおいて、交流電圧Vacがゼロクロスタイミングからピークタイミング側に推移するほど、マスク時間TMを長くし、交流電圧Vacがピークタイミング側からゼロクロスタイミングに推移するほど、マスク時間TMを短くする。これにより、第5スイッチSW5のオン操作期間Tonが、当初意図した長さから大きくずれることを防止することができ、過剰な出力電流Iacの防止と、出力電流の歪みの抑制とを好適に両立することができる。
In the variable period CP, the
・制御装置30は、第5スイッチSW5の1スイッチング周期Tswに同期させて、マスク時間TMを可変設定する。これにより、マスク時間TMの算出に要する制御装置30の演算負荷の増加を抑制することができる。
- The
<第1実施形態の変形例1>
マスク時間設定部70が設定するマスク時間TMは、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいて最小値を取るものであればよい。
<
The mask time TM set by the mask
図10~図13は、本実施形態に係るマスク時間TMを説明する図である。いずれのマスク時間TMも、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングで最小値を取っている。 10 to 13 are diagrams for explaining the mask time TM according to this embodiment. Any mask time TM takes the minimum value at the zero cross timing of the AC voltage Vac.
図10~図12では、マスク時間TMは、交流電圧Vacのピークタイミングで最大値を取っている。図10では、マスク時間TMは、第1,第2期間P1,P2それぞれで、最大値と最小値との間で線形に推移することにより、上に凸状となる折れ線状になっている。図11では、マスク時間TMは、第1,第2期間P1,P2それぞれで、最大値と最小値との間で曲線状に推移することにより、上に凸状となる円弧状になっている。図12では、マスク時間TMは、第1,第2期間P1,P2それぞれで、上に凸状となる階段状になっている。 10 to 12, the mask time TM takes the maximum value at the peak timing of the AC voltage Vac. In FIG. 10, the mask time TM forms an upwardly convex polygonal line by linearly transitioning between the maximum value and the minimum value in each of the first and second periods P1 and P2. In FIG. 11, the mask time TM has an upwardly convex circular arc by transitioning between the maximum value and the minimum value in each of the first and second periods P1 and P2. . In FIG. 12, the mask time TM has an upward convex step shape in each of the first and second periods P1 and P2.
図13では、マスク時間TMは、可変期間CPのほぼ全ての期間が最小値となるように推移している。マスク時間TMは、交流電圧Vacの1周期における可変期間CP以外の期間では、最大値を取るように推移している。なお、図13に示すマスク時間TMにおいて、可変期間CP以外の期間を、一定としなくともよい。 In FIG. 13, the mask time TM transitions so that it has a minimum value during almost the entire variable period CP. The mask time TM changes to take the maximum value in periods other than the variable period CP in one cycle of the AC voltage Vac. In the mask time TM shown in FIG. 13, periods other than the variable period CP may not be constant.
以上説明した本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。 Also in this embodiment described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
<第2実施形態>
DC・AC変換装置では、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいて、第5スイッチSW5のデューティ比Dが最も小さくなる。そのため、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいて、第5スイッチSW5のオン操作期間Tonがマスク時間TMよりも短くなり易くなるため、一時的に過剰な出力電流Iacが流れることが懸念される。
<Second embodiment>
In the DC/AC converter, the duty ratio D of the fifth switch SW5 is the smallest at the zero cross timing of the AC voltage Vac. Therefore, at the zero-crossing timing of the AC voltage Vac, the ON operation period Ton of the fifth switch SW5 tends to be shorter than the mask time TM, so there is concern that an excessive output current Iac may temporarily flow.
図14に示す電力変換装置100は、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング近傍において、電流制御部50による第5,第6スイッチSW5,SW6のオン操作を一時的に停止する停止部75を備えている。停止部75は、交流電圧Vacに基づいて、現在の第5スイッチSW5のスイッチング周期Tsw内に、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングを含むか否かを判定する。そして、現在の第5スイッチのスイッチング周期Tsw内に交流電圧Vacのゼロクロスタイミングを含むと判定した場合に、電流制御部50から第5,第6スイッチSW5,SW6への第5,第6ゲート信号GS5,GS6の供給を停止する。
The
次に、電力変換装置100の動作を、図15を用いて説明する。図15(a)は交流電圧Vac及び入力電圧Vdcの推移を示す。図15(b)は第5ゲート信号GS5の推移を示し、図15(c)は、第6ゲート信号GS6の推移を示す。図15(d)は補正前指令電流IL*の推移をし、図15(e)はマスク時間TMの推移を示す。図15(f)はリアクトル電流ILrの推移を示し、図15(g)は出力電流Iacの推移を示す。
Next, the operation of
第1期間P1での交流電圧Vacのゼロクロスタイミング(t21,t25)を含む操作期間において、電流制御部50から第5,第6スイッチSW5,SW6への第5,第6ゲート信号GS5,GS6の供給が停止される。そのため、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング付近において、リアクトル13の励磁が停止されることにより、リアクトル電流ILrが減少し易くなる。
During the operation period including the zero crossing timings (t21, t25) of the AC voltage Vac in the first period P1, the fifth and sixth gate signals GS5 and GS6 from the
第2期間P2においても、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング(t29)で、電流制御部50から第5,第6スイッチSW5,SW6への第5,第6ゲート信号GS5,GS6の供給が停止される。そのため、第2期間P2における交流電圧Vacのゼロクロスタイミング付近において、リアクトル電流ILrが減少し易くなる。
Also in the second period P2, the supply of the fifth and sixth gate signals GS5 and GS6 from the
以上説明した本実施形態では、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング付近での、過剰な出力電流Iacをいっそう抑制することができる。 In the embodiment described above, excessive output current Iac near the zero cross timing of AC voltage Vac can be further suppressed.
<第3実施形態>
第3実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第1実施形態と同一の符号を付した構成は同一の構成を示し、その説明は繰り返さない。
<Third Embodiment>
3rd Embodiment mainly demonstrates a different structure from 1st Embodiment. In addition, the structure which attached|subjected the code|symbol same as 1st Embodiment shows the same structure, and the description is not repeated.
本実施形態では、出力電流Iacの歪みを抑制するために、電流補正値Icにより補正前指令電流IL*を補正することに換えて、電流補正値Icによりリアクトル電流ILrを補正する。 In this embodiment, in order to suppress the distortion of the output current Iac, instead of correcting the command current IL* before correction with the current correction value Ic, the reactor current ILr is corrected with the current correction value Ic.
図16は、本実施形態に係る電力変換装置100の構成図である。本実施形態では、リアクトル電流ILrを検出する電流センサ32を、第5スイッチSW5のソースと第6スイッチSW6のドレインとを結ぶ第1接続点K1よりも第5スイッチSW5のソース側に設けている。この場合、制御装置30は、第5スイッチSW5に流れる電流をリアクトル電流ILrとして取得する。
FIG. 16 is a configuration diagram of a
図17は、本実施形態に係る制御装置30のブロック構成図である。電流補正部40は、交流電圧Vacと、入力電圧Vdcとに基づいて、リアクトル電流ILrの補正に用いる電流補正値Icを変更する。本実施形態において、電流補正部40が設定する電流補正値Icは、第1実施形態と同様のものを用いることができる。本実施形態では、制御装置30は、リアクトル電流ILrから電流補正値Icを減算する減算器53を備えている。そのため、リアクトル電流ILrから電流補正値Icを減算した値が、加算器353に入力される。加算器353は、電流補正値Icが減算されたリアクトル電流ILrに、スロープ補償信号Slopeを加算し、補償後のリアクトル電流ILrを出力する。
FIG. 17 is a block configuration diagram of the
制御装置30に入力された補正前指令電流IL*は、そのままDA変換器351に入力される。DA変換器351によりアナログ値に変換された補正前指令電流IL*は、コンパレータ352の反転入力端子に入力される。コンパレータ352は、補償後のリアクトル電流ILrが補正前指令電流IL*より小さい期間において、ロー状態の判定信号OUTをマスク時間設定部70に出力する。また、コンパレータ352は、補償後のリアクトル電流ILrが補正前指令電流IL*より大きい期間において、ハイ状態の判定信号OUTをマスク時間設定部70に出力する。
Pre-correction command current IL* input to control
以上説明した本実施形態においても第1実施形態と同様の効果を奏することができる。 The same effects as those of the first embodiment can be obtained in the present embodiment described above.
<第4実施形態>
本実施形態では、第1実施形態に示す電力変換装置100と比べて、回路トポロジーが異なる。具体的には、本実施形態に係る電力変換装置100は、第1実施形態と異なり、ハーフブリッジ回路を備えていない。
<Fourth Embodiment>
In this embodiment, the circuit topology is different from that of the
図18は、本実施形態に係る電力変換装置100を示す図である。第1直流端子TD1とフルブリッジ回路12とは、第1配線LP1を介して接続されている。第2直流端子TD2とフルブリッジ回路12とは、第2配線LP2を介して接続されている。
FIG. 18 is a diagram showing a
フルブリッジ回路12は、第1~第4スイッチSW11~SW14を備えている。第1~第4スイッチSW11~SW14は、第1実施形態のフルブリッジ回路12が備える第1~第4スイッチSW1~SW4と回路構成が同じであるため、説明を省略する。
The
第3スイッチSW13のソースと、第4スイッチSW14のドレインとの間には、第1電流センサ61が設けられている。第1電流センサ61は、第1,第4スイッチSW11,SW14に流れる電流を第1リアクトル電流IL1rとして検出する。また、第1スイッチSW11のソースと、第2スイッチSW12のドレインとの間には、第2電流センサ62が設けられている。第2電流センサ62は、第2,第3スイッチSW12,SW13に流れる電流を第2リアクトル電流IL2rとして検出する。
A first
図19は、本実施形態に係る制御装置30の機能を示す機能ブロック図である。本実施形態においても、制御装置30は、ピーク電流モード制御により、電力変換装置100を制御する。
FIG. 19 is a functional block diagram showing functions of the
制御装置30は、電流補正部40により出力される電流補正値Icを、第1,第2リアクトル電流IL1r,IL2rから減算する減算器53と、第1電流制御部51と、第2電流制御部52とを備えている。第1電流制御部51は、電流補正値Icが減算された第1リアクトル電流IL1rを補正後指令電流ILa*に制御すべく、ピーク電流モード制御を実施する。第2電流制御部52は、電流補正値Icが減算された第2リアクトル電流IL2rを補正後指令電流ILa*に制御すべく、ピーク電流モード制御を実施する。第1,第2電流制御部51,52の構成は、電流制御部50の構成と同様であるため、その説明を省略する。
The
第1電流制御部51の出力は、第1AND回路382の一方の入力端子に接続されており、第2電流制御部52の出力は、第2AND回路383の一方の入力端子に接続されている。極性切替部55の出力端子は、第2AND回路383の他方の入力端子と、反転器360の入力端子とに接続されている。反転器360の出力端子は、第1AND回路382の他方の入力端子に接続されている。
The output of the first
第1AND回路382には、第1電流制御部51のRSフリップフロップ357の出力信号と、極性切替部55からの出力信号とが入力される。第1AND回路382の出力端子は、第4スイッチSW14のゲートに接続されている。第1AND回路382から第4スイッチSW14のゲートに出力される信号が、第4ゲート信号GS4となる。また、第1AND回路382の出力端子は、反転器361を介して第3スイッチSW13のゲートに接続されている。第1AND回路382から反転器361を介して第3スイッチSW13のゲートに出力される信号が、第3ゲート信号GS3となる。第3ゲート信号GS3は、第4ゲート信号GS4を反転させたものとなる。
The output signal from the RS flip-
第2AND回路383には、第2電流制御部52のRSフリップフロップ357の出力信号と、極性切替部55からの出力信号とが入力される。第2AND回路383の出力側は、第2スイッチSW12のゲートに接続されている。第2AND回路383から第2スイッチSW12のゲートに出力される信号が、第2ゲート信号GS2となる。また、第2AND回路383の出力端子は、反転器362を介して第1スイッチSW11のゲートに接続されている。第2AND回路383から反転器362を介して第1スイッチSW11のゲートに出力される信号が、第1ゲート信号GS1となる。第1ゲート信号GS1は、第2ゲート信号GS2を反転させたものとなる。
The output signal of the RS flip-
第1AND回路382に、ハイ状態の極性切替部55の出力信号とハイ状態のRSフリップフロップ357の出力信号とが入力されることで、第1AND回路382は、ハイ状態の第4ゲート信号GS4を出力し、ロー状態の第3ゲート信号GS3を出力する。また、第2AND回路383に、ハイ状態の極性切替部55の出力信号とハイ状態のRSフリップフロップ357の出力信号とが入力されることで、第2AND回路383は、ハイ状態の第2ゲート信号GS2と、ロー状態の第1ゲート信号GS1を出力する。
The output signal of the
図20は、本実施形態に係る電力変換装置100のタイミングチャートである。図20(a)は、入力電圧Vdc及び交流電圧Vacの推移を示す。図20(b)は第1ゲート信号GS1の推移を示し、図20(c)は第2ゲート信号GS2の推移を示す。図20(d)は第3ゲート信号GS3の推移を示し、図20(e)は第4ゲート信号GS4の推移を示す。図20(f)は補正前指令電流IL*の推移を示し、図20(g)はマスク時間TMの推移を示す。図20(h)はリアクトル電流ILrの推移を示し、図20(i)は出力電流Iacの推移を示す。
FIG. 20 is a timing chart of the
交流電圧Vacが正となる第1期間P1では、第1ゲート信号GS1がハイ状態となることで第1スイッチSW11がオン状態となり、第2ゲート信号GS2がロー状態となることで第2スイッチSW12がオフ状態となる。第1期間P1では、第1,第2電流制御部51,52が実施するピーク電流モード制御により、第3,4ゲート信号GS3,GS4がハイ状態又はロー状態に変更される。これにより、第3,第4スイッチSW13,SW14が操作され、第1交流端子TA1から交流電源200を介して第2交流端子TA2の向きに出力電流Iacが流れる。
In the first period P1 in which the AC voltage Vac is positive, the first gate signal GS1 is in a high state to turn on the first switch SW11, and the second gate signal GS2 is in a low state to turn on the second switch SW12. is turned off. In the first period P1, the third and fourth gate signals GS3 and GS4 are changed to a high state or a low state by peak current mode control performed by the first and second
交流電圧Vacが負となる第2期間P2では、フルブリッジ回路12では、第3ゲート信号GS3がハイ状態となることで第3スイッチSW13がオン状態となり、第4ゲート信号GS4がロー状態となることで第4スイッチSW14がオフ状態となる。第2期間P2では、第1,第2電流制御部52が実施するピーク電流モード制御により、第1,2ゲート信号GS1,GS2がハイ状態又はロー状態に変更される。これにより、第2交流端子TA2から交流電源200を介して第1交流端子TA1の向きに出力電流Iacが流れる。
In the second period P2 in which the AC voltage Vac is negative, in the
本実施形態においても、交流電圧Vacのゼロクロスタイミング(t31,t35,t39)においてマスク時間TMが最小値となる。また、マスク時間TMの近傍の可変期間CPにおいて、交流電圧Vacの増減に応じて、マスク時間TMが変化する。 Also in the present embodiment, the mask time TM becomes the minimum value at the zero cross timings (t31, t35, t39) of the AC voltage Vac. Also, in the variable period CP near the mask time TM, the mask time TM changes according to the increase or decrease of the AC voltage Vac.
以上説明した本実施形態では、第1実施形態と同様の効果を奏する。 The present embodiment described above has the same effect as the first embodiment.
<第4実施形態の変形例1>
第1電流センサ61が、第1スイッチSW11のドレイン側に設けられていてもよい。第2電流センサ62が、第2スイッチSW12のドレイン側に設けられていてもよい。
<
The first
<第4実施形態の変形例2>
図21は、第4実施形態の変形例に係る電力変換装置100の構成図である。本実施形態では、第1電流センサ61が、第1スイッチSW11のドレイン側に設けられている。第2電流センサ62が、第1,第2スイッチSW11,SW12間のソースとドレインとを接続する配線において、第5接続点K5よりも第2スイッチSW12側に設けられている。
<
FIG. 21 is a configuration diagram of a
図22は、第4実施形態の変形例に係る制御装置30の機能ブロック図である。本変形例においても、制御装置30は、ピーク電流モード制御により、電力変換装置100を制御する。
FIG. 22 is a functional block diagram of the
第1電流制御部51には、減算器53により電流補正値Icが減算された第2リアクトル電流IL2rが入力される。また、第2電流制御部52には、減算器53により電流補正値Icが減算された第1リアクトル電流IL1rが入力される。
The second reactor current IL2r from which the current correction value Ic has been subtracted by the
極性切替部55の出力端子は、第2AND回路383の入力端子と、第4スイッチSW14のゲートと、反転器360の入力端子とに接続されている。反転器360の出力端子側は、第1AND回路382の入力端子と第3スイッチSW13のゲートとに接続されている。
The output terminal of the
第1AND回路382には、第1電流制御部51のRSフリップフロップ357の出力信号と、極性切替部55からの出力信号とが入力される。第1AND回路382の出力端子は、第2スイッチSW12のゲートに接続されている。
The output signal from the RS flip-
第2AND回路383には、第2電流制御部52のRSフリップフロップ357の出力信号と、極性切替部55からの出力信号とが入力される。第2AND回路383の出力側は、第1スイッチSW11のゲートに接続されている。
The output signal of the RS flip-
第1AND回路382から第2スイッチSW12のゲートに出力される信号が第2ゲート信号GS2となる。第2AND回路383から第1スイッチSW11のゲートに出力される信号が第1ゲート信号GS1となる。極性切替部55から反転器360を介して第3スイッチSW13のゲートに出力される信号が第3ゲート信号GS3となる。極性切替部55から第4スイッチSW14のゲートに出力される信号が第4ゲート信号GS4となる。
A signal output from the first AND
交流電圧Vacが正となる第1期間P1では、極性切替部55からの出力信号がハイ状態となることにより、第4ゲート信号GS4がハイ状態となり、第3ゲート信号GS3がロー状態となる。また、第1期間P1では、第1,第2電流制御部51,52は、ピーク電流モード制御により第1,第2ゲート信号GS1,GS2をハイ状態又はロー状態に変化させて、第1,第2スイッチSW11,SW12を操作する。
In the first period P1 in which the AC voltage Vac is positive, the output signal from the
交流電圧Vacが負となる第2期間P2では、極性切替部55からの出力信号がロー状態となることにより、第4ゲート信号GS4がロー状態となり、第3ゲート信号GS3がハイ状態となる。また、第2期間P2では、第1,第2電流制御部51,52は、ピーク電流モード制御により第1,第2ゲート信号GS1,GS2をハイ状態又はロー状態に変化させて、第1,第2スイッチSW11,SW12を操作する。
In the second period P2 when the AC voltage Vac is negative, the output signal from the
本実施形態においても、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングにおいてマスク時間TMが最小値に設定される。また、マスク時間TMの近傍の可変期間CPにおいて、交流電圧Vacの増減に応じて、マスク時間TMが変化する。 Also in this embodiment, the mask time TM is set to the minimum value at the zero-cross timing of the AC voltage Vac. Also, in the variable period CP near the mask time TM, the mask time TM changes according to the increase or decrease of the AC voltage Vac.
以上説明した本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。 Also in this embodiment described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
<その他の実施形態>
・マスク時間設定部70は、各電流制御部50~52と各駆動スイッチとの間に設けられていてもよい。この場合、マスク時間TMの経過よりも前に、ゲート信号がハイ状態からロー状態に変化した場合、マスク時間TMの経過後にゲート信号をロー状態に変化させればよい。この場合においても、マスク時間設定部70は、交流電圧Vacのゼロクロスタイミングの近傍においてマスク時間TMが最小値を取るように、マスク時間TMを可変設定する。
<Other embodiments>
- The mask
・制御装置30は、指令電流及びリアクトル電流を電流補正値により補正しない構成としてもよい。
-
・フルブリッジ回路12を、4つのIGBTを用いた回路により構成してもよい。
- The
13…リアクトル、30…制御装置、50…電流制御部、70…マスク時間設定部、200…交流電源,100…電力変換装置。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記リアクトルに流れる電流値であるリアクトル電流を取得する電流取得部と、
前記交流電源の電圧値である交流電圧を取得する交流電圧取得部と、
取得された前記リアクトル電流を、取得された前記交流電圧に基づいて生成された正弦波状の電流指令値に制御すべく、ピーク電流モード制御により前記駆動スイッチをオンオフ操作する電流制御部(50~52)と、
前記ピーク電流モード制御の実施時において、前記駆動スイッチの1スイッチング周期におけるオン操作期間の最小値を定めるマスク時間を設定するマスク時間設定部(70)と、
を備え、
前記マスク時間設定部は、取得された前記交流電圧がゼロとなるゼロクロスタイミングの近傍の期間である可変期間内において、前記マスク時間が最小値を取るように前記マスク時間を可変設定するDC・AC変換装置の制御装置。 It has a reactor (13) and drive switches (SW1 to SW14), converts the DC voltage supplied through the input terminals (TD1, TD2) into an AC voltage, and converts the converted AC voltage to the output terminals (TA1, TA2 A control device (30) for a DC-AC converter applied to a DC-AC converter (100) that supplies an alternating current power supply (200) connected to a
a current acquisition unit that acquires a reactor current that is a current value flowing through the reactor;
an AC voltage acquisition unit that acquires an AC voltage that is the voltage value of the AC power supply;
A current control unit (50 to 52) that turns on and off the drive switch by peak current mode control in order to control the acquired reactor current to a sinusoidal current command value generated based on the acquired AC voltage. )When,
a mask time setting unit (70) for setting a mask time that determines a minimum value of an ON operation period in one switching cycle of the drive switch when the peak current mode control is performed;
with
The mask time setting unit DC/AC variably sets the mask time so that the mask time has a minimum value within a variable period that is a period near a zero cross timing at which the acquired AC voltage becomes zero. Control device for conversion device.
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