JPH0548590U - コンバータの電流制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンバータの安定な電流制御を可能とする。 【構成】 電流指令信号ｉ＊と電流検出信号ｉとの偏差
信号の極性が正の場合は、極性判別回路２がこれを判別
して正極性信号を搬送波信号極性切換回路３に出力す
る。搬送波信号極性切換回路３ではこの信号に基づいて
搬送波信号を正極性に切り替える。この搬送波信号は第
二の加算器１３で偏差信号と加算され、コンパレータ１
４に導かれる。コンパレータ１４では偏差信号が搬送波
信号よりも大きい時間のみ立ち上がる正極性のゲート信
号を形成し、これをコンバータに出力する。一方、偏差
信号の極性が負の場合は上記場合と逆の作用によりコン
パレータ１４から負極性のゲート信号を出力する。これ
により、偏差信号の極性の変化とゲート信号の極性の変
化とが同期するので、偏差信号が零値に近付いてもゲー
ト信号の極性が頻繁に切り換わることがなくなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、インバータ装置のコンバータに流れる電流を制御するための電流制 御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図４は一般的なインバータ装置の主回路構成を示した図である。この図を参照 すると、インバータ装置の主回路は、複数の制御素子（ゲート素子）を有するコ ンバータＡと、平滑回路Ｂと、インバータＣとを備え、図示を省略した制御回路 でこれらコンバータＡおよびインバータＣの電流制御あるいは電圧制御を行うこ とにより、コイルＡＣＬを介して入力した三相入力電圧Ｒ，Ｓ，Ｔを一旦直流に 変換した後に所定の周波数の三相出力電圧Ｕ，Ｖ，Ｗに変換して出力している。 本考案は、このうち、コンバータＡに流れる電流の制御方式について適用される 。

【０００３】 従来、コンバータの電流制御を行う方式として、搬送波比較方式とヒステリシ スコンパレータ方式とが知られている。

【０００４】 図５は搬送波比較方式による電流制御回路の構成を示した図である。

【０００５】 この図を参照すると、図示を省略した外部制御回路から送られた電流指令信号 ｉ＊と負荷側から帰還した電流検出信号ｉとを第一の信号比較手段たる第一の加 算器１０の正側と負側に各々入力して偏差信号を得、この偏差信号を比例アンプ （又は比例積分アンプ）１１で増幅した後、第二の信号比較手段に導いている。 第二の信号比較手段は、例えば、第二の加算器１３とコンパレータ１４とで構成 されている。増幅された偏差信号はこの第二の加算器１３の正側に入力されてお り、その負側には正負対称波形かつ所定波高値の搬送波信号が搬送波信号発生器 １２より入力されている。第二の加算器１３は、偏差信号がこの搬送波信号より も大きいときは、その間、負極性の信号を出力し、一方、小さいときは、その間 、正極性の信号を出力する。この信号はコンパレータ１４に導かれ、ここで両者 のレベル偏差に応じて時間幅および極性が変化するゲート信号が形成される。こ のゲート信号はコンバータの制御素子に出力され、これによりコンバータに流れ る電流が制御される。

【０００６】 また、図６はヒステリシスコンパレータ方式による電流制御回路の構成を示し た図であり、正極性の電流指令信号ｉ＊と帰還された電流検出信号ｉとを第一の 加算器１０で比較して偏差信号を得る点は前記搬送波比較方式と同様であるが、 この偏差信号をヒステリシス特性を呈するヒステリシスコンパレータ１６に直接 入力してゲート信号を得る点が異なる。この方式によれば、最も偏差の大きい相 の電流を最短時間で追従制御できるという効用がある。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の搬送波比較方式では、搬送波信号が正負対称波形である ために、比例アンプ１１の出力即ち増幅された偏差信号が零値に近付くと、ほぼ ５０［％］のデューティ比で、正極性（オン）と負極性（オフ）とを交互に繰り 返すゲート信号が出力される。この場合、入力側に電圧源を有しないコンバータ であればこのようなゲート信号により制御されてもその出力電圧の平均値および 電流が零値に近付いて特に問題を生じないが、本考案が適用される図４の主回路 構成のコンバータＡには三相入力電圧Ｒ，Ｓ，Ｔが入力されており、しかも、こ の電圧Ｒ，Ｓ，Ｔの値は一定の位相差をもって常時変化しているため、その出力 の平均値および電流が零値になることはない。そのため、ほぼ５０［％］のデュ ーティ比でコンバータＡに入力電流が流れ込むので駆動モードにおける電流制御 が困難となり、特に回生モードのときはコンバータＡの電流制御そのものがが不 能になってしまう問題があった。

【０００８】 また、ヒステリシスコンパレータ方式では、最も偏差の大きい相の電流を最短 時間で追従制御させる分、電流のリップルが大きくなる欠点があり、これを抑え るためには、ゲート信号の周波数を高くしなければならない。しかし、ゲート信 号の周波数を高くしすぎると、スイッチング周波数がアトランダムに変化して特 定されず、スイッチング特性が著しく不安定になるという問題があった。

【０００９】 本考案はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは 、電流指令信号ｉ＊と電流検出信号ｉとの偏差信号が限りなく零値に近づいた場 合にあってもコンバータの安定な電流制御を可能とする電流制御回路を提供する ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記目的を達成するために、搬送波信号を単一極性のものとすると ともに、第一の信号比較手段から出力される偏差信号の極性を判別して正のとき と負のときとで異なる極性信号を出力する極性判別回路と、搬送波信号を前記極 性信号に対応して正負いずれか一方の極性に切り換えて第二の信号比較手段の入 力側に導く搬送波信号極性切換回路とを設け、第二の信号比較手段から出力され るゲート信号の極性変化を偏差信号の極性変化に同期させるようにしたものであ る。

【００１１】 また、本考案は、上記目的を達成するために、搬送波信号を単一極性のものと して第二の信号比較手段の一方の入力側に導くともに、前記偏差信号を入力して その絶対値信号を第二の信号比較手段の他方の入力側に導びく絶対値変換回路と 、該偏差信号の極性を判別して正極性のときと負極性のときとで異なる極性信号 を出力する極性判別回路と、第二の信号比較手段から出力されるゲート信号を前 記極性信号に対応して正負いずれか一方の極性に切り換えてコンバータに出力す るゲート信号極性切換回路とを設け、該ゲート信号極性切換回路から出力される ゲート信号の極性変化を前記偏差信号の極性変化に同期させるようにしたもので ある。

【００１２】

【作用】 （請求項１について） 偏差信号が正極性のときは、極性判別回路がこれを判別して例えば正極性信号 を搬送波信号極性切換回路に出力する。搬送波信号極性切換回路ではこの正極性 信号に基づいて搬送波信号回路で発生する単一極性の搬送波信号を例えば正極性 に切り換えて第二の信号比較手段の入力側に導く。一方、偏差信号が負極性のと きは、極性判別回路が例えば負極性信号を出力し、搬送波信号極性切換回路で搬 送波信号を負極性に切り換えて第二の信号比較手段に導く。第二の信号比較手段 では、搬送波信号が正極性のときは正極性のゲート信号を、搬送波信号が負極性 のときは負極性のゲート信号をそれぞれ形成し、コンバータに出力する。これに より、ゲート信号の極性変化が偏差信号の極性変化と同期し、後者の信号レベル が零値に限りなく近付いてもその極性が同一である限り、前者の極性が変化する ことがなくなる。

【００１３】 （請求項２について） 絶対値変換回路で絶対値信号に変換された偏差信号と単一極性例えば正極性の 搬送波信号とを第二の信号比較手段に入力して両者のレベル偏差に対応した時間 幅を有する正極性のゲート信号を形成する。一方、極性判別回路では、正又は負 の偏差信号の極性を判別して例えば正極性信号又は負極性信号をゲート信号極性 切換回路に出力する。ゲート信号極性切換回路では、例えば正極性信号を入力し たときは第二の信号比較手段から出力されるゲート信号をそのままコンバータに 出力し、負極性信号を入力したときは該ゲート信号の極性を切り換えて出力する 。これにより、ゲート信号極性切換回路から出力されるゲート信号の極性変化が 偏差信号の極性変化に同期し、後者の信号レベルが零値に限りなく近付いてもそ の極性が同一である限り、前者の極性が変化することがなくなる。

【００１４】

【実施例】

以下、図１〜図３を参照して本考案の実施例を説明する。なお、本考案は従来 の搬送波比較方式による電流制御回路を改良したものなので、従来のものと同一 構成部品については同一符号を付して説明を省略する。

【００１５】 （第一実施例） 図１は本考案の第一実施例に係るコンバータの電流制御回路の構成図である。 図中、１は搬送波発生回路、２は極性判別回路、３は搬送波信号極性切換回路を 示す。

【００１６】 図示を省略した外部制御回路から送られた電流指令信号ｉ＊と負荷側から帰還 した電流検出信号ｉとを第一の信号比較手段たる加算器１０の正側と負側に入力 して偏差信号を得、この偏差信号を比例アンプ（又は比例積分アンプ）１１で増 幅した後、第二の信号比較手段の構成たる第二の加算器１３の正側に入力する点 は従来と同様である。

【００１７】 本実施例の特徴点は、所定波高値かつ単一極性（片極性）の搬送波信号を搬送 波信号発生回路１で発生させるとともに、前記偏差信号の極性を判別して正極性 のときと負極性のときとで異なる極性信号を出力する極性判別回路２と、単一極 性の搬送波信号を該極性信号に対応した正負いずれか一方の極性に切り換えて第 二の加算器１３の負側に入力する搬送波信号極性切換回路３とを設けたことにあ る。

【００１８】 具体的に説明すると、搬送波信号発生回路１では、零値から所定波高値までの レベル変化を繰り返す正極性（単一極性）の三角波又は鋸歯状波を発生させる。 ここに所定波高値は、その尖頭値が比例アンプ１１で増幅された前記偏差信号の 最大値よりもやや大きい信号レベルとする。

【００１９】 また、極性判別回路２は、一種の比較回路であって、前記偏差信号の極性が正 又は負のときに各々正極性信号又は負極性信号を選択的に搬送波信号極性切換回 路３に出力するものである。

【００２０】 搬送波信号極性切換回路３は、搬送波信号発生回路１から入力した正極性の搬 送波信号をそのまま出力する搬送波信号バイパス回路３₁（Ｘ）と、入力した搬 送波信号の極性を負に反転して出力する搬送波信号反転回路３₂（−Ｘ）とを有 し、また、搬送波信号バイパス回路３₁の出力側と第二の加算器１３との間には 、前記極性判別回路２から入力した極性信号が例えば正極性信号のときのみ導通 する第一のスイッチ３₁₁が挿入され、搬送波信号反転回路３₂と第二の加算器１ ３との間には、前記極性信号が例えば負極性信号のときのみ導通する第二のスイ ッチ３₂₁が挿入されている。

【００２１】 次に、上記構成の電流制御回路の作用を説明すると、比例アンプ１１で増幅さ れた偏差信号の極性が正のときは、極性判別回路２が正極性信号を搬送波信号極 性切換回路３に出力してその第一のスイッチ３₁を導通させ、第二の加算器１３ の負側に正極性の搬送波信号を入力させる。第二の加算器１３では、この搬送波 信号と偏差信号とを加算して第二の信号比較手段の他の構成要素たるコンパレー タ１４に出力する。コンパレータ１４では、図２の動作図下段左側に示すように 、偏差信号が搬送波信号よりも大きい時間だけ立ち上がっている正極性のゲート 信号を形成し、これをコンバータに出力する。

【００２２】 一方、偏差信号の極性が負になったときは、極性判別回路２が負極性信号を搬 送波信号極性切換回路３に出力してその第二のスイッチ３₂を導通させ、第二の 加算器１３の負側に負極性の搬送波信号を入力させる。第二の加算器１３では、 この搬送波信号と偏差信号とを加算してコンパレータ１４に出力する。コンパレ ータ１４では、図２の動作図下段右側に示すように、偏差信号が搬送波信号より も小さい時間だけ立ち下がっている負極性のゲート信号を形成し、これをコンバ ータに出力する。

【００２３】 これにより、コンパレータ１４から出力されるゲート信号の極性の変化が偏差 信号の極性の変化に同期し、後者の信号レベルが零値に限りなく近付いても、そ の極性が変化しない限り前者の極性が変化することがなくなる。

【００２４】 したがって、本実施例によれば、ゲート信号の極性が交互にコンバータに出力 されることによって生じる電流流れ込みを防止することができ、駆動モードは勿 論、回生モードにおいても安定した電流制御が可能となる。

【００２５】 また、本実施例では、搬送波信号と偏差信号とを同一極性のもとで突き合わせ るようにしたので、比例アンプ１１の増幅度と搬送波信号のレベルをともに調整 することにより、所望の電流追従ゲインを得ることができる。そのため、短時間 で電流制御する必要がある場合であっても、電流リップルを生じさせるヒステリ シスコンパレータ方式の電流制御回路を用いずに済み、スイッチング特性に優れ た電流制御が可能となる。

【００２６】 なお、本実施例では、搬送波信号が正極性であることを前提に説明したが、単 一極性（片極性）の搬送波信号を偏差信号の極性に対応させて切り換え、第二の 加算器１３に入力させる構成のものであれば本実施例と同様の効果が得られるの で、各信号の極性設定は必ずしも本実施例のものに限定されるものではない。

【００２７】 （第二実施例） 図３は本考案の第二実施例に係る電流制御回路の構成図である。

【００２８】 なお、本実施例は前記第一実施例の構成を一部変更したものなので、同一構成部 品については同一符号を付して説明する。

【００２９】 図中、１および２は前記第一実施例と同一の搬送波信号発生回路および極性判 別回路、４は絶対値変換器、５はゲート信号極性切換回路を示す。

【００３０】 図３を参照すると、本実施例に係る電流制御回路は、比例アンプ１１で増幅さ れた偏差信号を絶対値変換器４で絶対値信号に変換した後、第二の加算器１３の 正側に入力する。また、第二の加算器１３の負側には搬送波信号発生回路１から 正極性の搬送波信号が入力されており、この信号を偏差信号の絶対値信号と加算 してコンパレータ１４に出力している。コンパレータ１４では、絶対値信号が搬 送波信号よりも大きい時間だけ立ち上がる正極性のゲート信号を形成し、これを ゲート信号極性切換回路５に出力する。

【００３１】 ゲート信号極性切換回路５は、コンパレータ１４から出力された正極性のゲー ト信号をそのまま出力するバイパス回路５₁と、このゲート信号の極性を負に反 転して出力するＮＯＴ回路５₂とを有し、また、バイパス回路５₁の出力側には、 前記極性判別回路２から入力した極性信号が例えば正極性信号のときのみ導通す る第三のスイッチ５₁₁が挿入され、ＮＯＴ回路５₂の出力側には、前記極性信号 が例えば負極性信号のときのみ導通する第四のスイッチ５₂₁が挿入されている。

【００３２】 次に、上記構成の電流制御回路の作用を説明すると、偏差信号の極性が正のと きは、極性判別回路２が正極性信号をゲート信号極性切換回路５に出力し、その 第三のスイッチ５₁₁を導通させ、正極性のゲート信号をそのままコンバータに出 力する。一方、偏差信号の極性が負のときは、極性判別回路２から出力される負 極性信号により第四のスイッチ５₂₁を導通させ、ゲート信号の極性を負に反転し てコンバータに出力する。

【００３３】 これにより、ゲート信号極性切換回路５から出力されるゲート信号の極性変化 が前記偏差信号の極性変化に同期し、前記第一実施例と同様の効果を奏すること ができる。

【００３４】 なお、本実施例では、絶対値変換器４で変換された絶対値信号と正極性の搬送 波信号とを第二の信号比較手段で突き合わせて正極性のゲート信号を形成すると ともに、ゲート信号極性切換回路５でこのゲート信号を偏差信号の極性に対応さ せて切り換える場合について説明したが、単一極性（片極性）のゲート信号を偏 差信号の極性に対応させて切り換える構成のものであれば本実施例と同様の効果 が得られるのであり、各信号の極性設定は必ずしも本実施例のものに限定される ものではない。

【００３５】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本考案に係るコンバータの電流制御回路では 、搬送波信号を単一極性（片極性）のものとし、この搬送波信号と偏差信号との 比較により得られるゲート信号を単一極性のものとするとともに、このゲート信 号の極性変化を偏差信号の極性変化に同期させるようにしたので、従来の搬送波 比較方式による電流制御回路のように、偏差信号が限りなく零値に近づいた場合 にあってもゲート信号が正極性（オン）と負極性（オフ）とを交互に繰り返すこ とがなくなる。したがって、駆動モード、回生モードを問わず、主回路のコンバ ータ部の安定な電流制御が可能となる。

【００３６】 また、搬送波信号および偏差信号の信号レベルを共に任意に増幅することがで きるので、従来の正負対称の搬送波信号を用いる場合に比べて電流追従ゲインを 上昇させることができ、しかも、ヒステリシスコンパレータ方式を用いずとも所 望の電流追従ゲインが得られるので、電流リップルやスイッチング特性の低下を 考慮する必要のない安定した電流制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第一実施例に係るコンバータの電流制
御回路の構成図である。

【図２】本考案の第一実施例によりゲート信号を作成す
る過程を示した説明図である。

【図３】本考案の第二実施例に係るコンバータの電流制
御回路の構成図である。

【図４】本考案が適用されるインバータ装置の主回路の
構成図である。

【図５】従来の搬送波比較方式による電流制御回路の構
成図である。

【図６】従来のヒステリシスコンパレータ方式による電
流制御回路の構成図である。

【符号の説明】

１，１２…搬送波信号発生回路、 ２…極性判別回路、
３…搬送波信号極性切換回路、 ４…絶対値変換器、
５…ゲート信号極性切換回路、１０，１３…加算器、１
１…比例アンプ、１４…コンパレータ。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流指令信号ｉ＊と電流検出信号ｉとを
   比較して正極性もしくは負極性の偏差信号を出力する第
   一の信号比較手段と、所定波高値の搬送波信号を発生す
   る搬送波信号発生回路と、前記偏差信号と前記搬送波信
   号とを入力して両者を比較しそのレベル偏差に対応した
   時間幅を有するゲート信号を出力する第二の信号比較手
   段とを備え、このゲート信号によりコンバータの制御素
   子を制御するようにしたコンバータの電流制御回路にお
   いて、 前記搬送波信号回路で発生する搬送波信号を単一極性の
   ものとするとともに、前記偏差信号の極性を判別して正
   のときと負のときとで異なる極性信号を出力する極性判
   別回路と、前記搬送波信号を前記極性信号に対応して正
   負いずれか一方の極性に切り換えて前記第二の信号比較
   手段の入力側に導く搬送波信号極性切換回路とを設け、
   前記ゲート信号の極性変化を前記偏差信号の極性変化に
   同期させたことを特徴とするコンバータの電流制御回
   路。
2. 【請求項２】 前記搬送波信号回路で発生する搬送波信
   号を単一極性のものとして前記第二の信号比較手段の一
   方の入力側に導くとともに、前記偏差信号を入力してそ
   の絶対値信号を前記第二の信号比較手段の他方の入力側
   に導く絶対値変換回路と、前記偏差信号の極性を判別し
   て正のときと負のときとで異なる極性信号を出力する極
   性判別回路と、前記第二の信号比較手段から出力される
   ゲート信号を前記極性信号に対応して正負いずれか一方
   の極性に切り換えて前記コンバータに出力するゲート信
   号極性切換回路とを設け、該ゲート信号極性切換回路か
   ら出力されるゲート信号の極性変化を前記偏差信号の極
   性変化と同期させたことを特徴とする請求項１記載のコ
   ンバータの電流制御回路。