JPH07143735A - 電力制御装置 - Google Patents

電力制御装置

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JPH07143735A
JPH07143735A JP5282170A JP28217093A JPH07143735A JP H07143735 A JPH07143735 A JP H07143735A JP 5282170 A JP5282170 A JP 5282170A JP 28217093 A JP28217093 A JP 28217093A JP H07143735 A JPH07143735 A JP H07143735A
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JP
Japan
Prior art keywords
signal
circuit
switching
control signal
binary
Prior art date
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Pending
Application number
JP5282170A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Makino
康弘 牧野
Ro Chiyou
路 丁
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】アイソレータとしてのホトカプラの個数を最小
限に抑えて低価格化を図る。 【構成】複数のスイッチング素子Q1〜4と、各スイッ
チング素子の導通タイミングをそれぞれ規定する2値制
御信号SA,SBを生成するスイッチング制御回路20
と、各2値制御信号を1つの多値制御信号SCに合成す
る信号合成回路25と、多値制御信号に対応した光電変
換信号Sdを出力するホトカプラ30と、光電変換信号
から各2値制御信号を復元して各スイッチング素子へ出
力する信号分離回路26とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のスイッチング素
子を有した各種の電力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】インバータ、コンバータ、サイクロコン
バータ、及び直流チョッパなど、電力変換装置を含む各
種の電力制御装置の中には、複数のスイッチング素子
(トランジスタやM0SFETなど)を有し、それらに
対して互いに独立したスイッチング信号を印加するよう
に構成されたものがある。
【0003】例えば、直流電力を単相交流電力に変換す
るインバータは、図5に模式的に示すようにブリッジ接
続された4つのスイッチSW1〜4からなるインバータ
主回路10を備える。
【0004】フルブリッジ形と呼称されるインバータ主
回路10では、周知のようにスイッチSW1,SW4の
組とスイッチSW2,SW3の組とに分け、各組を交互
に開閉(スイッチング)することによって、一方のアー
ムを構成するスイッチSW1,2の互いの接続点と、他
方のアームを構成するスイッチSW3,4の互いの接続
点との間に、階段波状の電圧が得られる。そして、スイ
ッチング信号に適当なパルス幅変調(PWM)を施すこ
とによって、出力電圧波形を正弦波形に近づけることが
できる。
【0005】このように、原理的には2種のスイッチン
グ信号(2値信号)により、正弦波電圧を得ることがで
きるが、実際には、各アームにおける2つのスイッチの
それぞれの導通期間の間に短絡防止のためのデッドタイ
ムを設ける必要があることから、合計4種のスイッチン
グ信号によって各スイッチSW1〜4が互いに独立に制
御される。
【0006】ところで、一般に、電力制御装置において
は、スイッチングノイズなどによるスイッチング制御部
の破損及び誤動作を防止するため、スイッチング素子と
スイッチング制御部との間の信号伝送路にアイソレータ
としてホトカプラなどが挿入される。
【0007】図6に示すように、従来のインバータ1j
は、上述のインバータ主回路10、4種のスイッチング
制御信号S1〜4を生成するPWM制御部(スイッチン
グ制御部)21、各スイッチング制御信号S1〜4毎に
設けられた合計4つのホトカプラ31〜34、及びスイ
ッチング制御信号S1〜4に基づいてインバータ主回路
10内のスイッチング素子を駆動するドライバ回路40
から構成されていた。
【0008】つまり、従来では、独立に制御すべきスイ
ッチング素子と同数のホトカプラを用いて制御信号S1
〜4を伝送することにより、スイッチング制御部とスイ
ッチング素子との絶縁が行われていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の高周波
スイッチングに用いられているホトカプラは比較的に高
価な部品であり、コスト面で不利であるという問題があ
った。
【0010】また、各ホトカプラ間の応答特性のバラツ
キを避けることは困難である。このため、特に単相又は
三相用などのブリッジ形スイッチング回路を有する場合
においては、応答特性のバラツキがない場合に比べて長
いデッドタイムを設定しなければならず、制御特性があ
がらないという問題もあった。
【0011】本発明は、このような問題に鑑み、アイソ
レータとしてのホトカプラの個数を最小限に抑えて低価
格化を図ることを目的としている。また、特に請求項2
の発明は、スイッチングのデッドタイムを可及的に短縮
して制御特性を改善することをも目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る装
置は、上述の課題を解決するため、複数のスイッチング
素子と、前記各スイッチング素子の導通タイミングをそ
れぞれ規定する2値制御信号を生成するスイッチング制
御回路と、前記各2値制御信号を1つの多値制御信号に
合成する信号合成回路と、前記多値制御信号を入力と
し、前記多値制御信号に対応した光電変換信号を出力す
るホトカプラと、前記光電変換信号から前記各2値制御
信号を復元して前記各スイッチング素子へ出力する信号
分離回路とを備える。
【0013】請求項2の発明に係る装置は、少なくとも
4つのスイッチング素子を有したブリッジ形スイッチン
グ回路と、前記スイッチング回路のアーム毎に前記スイ
ッチング素子の導通タイミングをそれぞれ規定する2値
制御信号を生成するスイッチング制御回路と、前記各2
値制御信号を1つの多値制御信号に合成する信号合成回
路と、前記多値制御信号を入力とし、前記多値制御信号
に対応した光電変換信号を出力するホトカプラと、前記
光電変換信号から前記各2値制御信号を復元する信号分
離回路と、前記信号分離回路によって復元された前記各
2値制御信号とそれらの相補信号とに基づいて、前記各
スイッチング素子に対応したスイッチング信号を生成し
て前記各スイッチング素子を駆動するドライバ回路とを
備える。
【0014】
【作用】スイッチング制御回路で生成された複数の2値
制御信号は、多値制御信号に合成された状態で1つのホ
トカプラを介してスイッチング素子側へ伝送され、信号
分離回路で復元されて各スイッチング素子の駆動制御に
用いられる。
【0015】多値制御信号の形で制御情報を伝送するこ
とにより、各2値制御信号を個別にスイッチング素子側
へ伝送する場合に比べて、アイソレータとしてのホトカ
プラの個数を削減することができる。
【0016】
【実施例】図1は本発明に係るインバータ1の概略の構
成を示すブロック図、図2はインバータ主回路10の回
路図、図3はインバータ1の要部の回路図、図4は信号
合成回路25及び信号分離回路26の動作を示す電圧波
形図である。
【0017】図1において、インバータ1は、単相フル
ブリッジ形のインバータ主回路10、スイッチング制御
回路20、信号合成回路25、1つのホトカプラ30、
信号分離回路26、及びドライバ回路40から構成され
ている。
【0018】図2に示すように、インバータ主回路10
は、例えば4つのトランジスタQ1,Q2,Q3,Q4
と、これらのそれぞれに対して1つずつ逆並列接続され
た合計4つの帰還ダイオードD1,D2,D3,D4と
から構成されている。
【0019】スイッチング制御回路20は、インバータ
主回路10で所定の電力変換が行われるようにパルス幅
を調整した2種の2値制御信号(PWMパルス)SA,
SBを生成する。2値制御信号SAは、インバータ主回
路10の一方のアームを構成するトランジスタQ1,Q
2の導通タイミングを規定し、2値制御信号SBは、他
方のアームを構成するトランジスタQ3,Q4の導通タ
イミングを規定する。
【0020】つまり、基本的には各アーム内の2つのト
ランジスタは相補動作を行えばよいので、PWMによる
導通タイミングの調整はアーム毎に行えばよく、後の適
当な段階で論理反転によって各2値制御信号SA,SB
の相補信号を生成し、2値制御信号SA,SBとそれら
の相補信号を各トランジスタQ1〜4に分配すればよ
い。そこで、スイッチング制御回路20は、互いに独立
に制御すべきトランジスタ群(アーム)のそれぞれに対
応した2値制御信号SA,SBを生成する。なお、本実
施例における2値制御信号SA,SBのローレベルは0
ボルトであり、ハイレベル(波高値)は12ボルトであ
る。
【0021】図3において、信号合成回路25は、降伏
電圧の異なる2つのツェナーダイオードZD1,ZD2
を有し、図4に示すように、2値制御信号SAを第1の
電圧VA(8ボルト)にクランプするとともに、2値制
御信号SBを第2の電圧VB(4ボルト)にクランプ
し、これら2つの2値制御信号SA,SBを加算器51
によって1つの多値制御信号SCに合成する。すなわ
ち、多値制御信号SCの信号レベルは、各2値制御信号
SA,SBの論理パターンに応じて、0ボルト、4ボル
ト、8ボルト、又は12(=4+8)ボルトとなる。多
値制御信号SCはホトカプラ30に入力される。
【0022】ホトカプラ30は、スイッチング制御回路
20とインバータ主回路10とを絶縁するアイソレータ
として設けられており、多値制御信号SCに応じた光電
変換信号Sdを出力する。その光電変換信号Sdは、反
転増幅器52によるレベル調整を経て多値信号SDとし
て信号分離回路26に入力される。
【0023】信号分離回路26は、2つのコンパレータ
61,62、コンパレータ62の出力Yを論理入力とす
るNOT回路63、多値信号SDとNOT回路63の出
力とを論理入力とするAND回路64、及びコンパレー
タ61の出力XとAND回路64の出力Zとを論理入力
とするOR回路65から構成されている。
【0024】コンパレータ61は、多値信号SDの値が
第1の閾値Vth1を越えたときに、2値論理における
ハイレベルの信号Xを出力する。閾値Vth1は、上述
の第1の電圧VAと、第1及び第2の電圧VA,VBの
和との間の値とされ、本実施例では10ボルトとされて
いる。
【0025】また、コンパレータ62は、多値信号SD
の値が第2の閾値Vth2を越えたときに、ハイレベル
の信号Yを出力する。閾値Vth2は、第1の電圧VA
と第2の電圧VBとの間の値とされ、本実施例では6ボ
ルトとされている。
【0026】図4から明らかなように、コンパレータ6
2の出力信号Yは、2値制御信号SAと同一の論理パタ
ーンを有するので、2値制御信号SAを復元した2値制
御信号Saとしてドライバ回路40へ出力される。
【0027】一方、AND回路64における論理演算の
閾値Vth3は、0ボルトと電圧VBとの間の値(例え
ば2ボルト)である。したがって、AND回路64への
多値信号SDの入力により、図4に鎖線で示す2値信号
Dを入力したときと同一の結果が生じる。
【0028】このようなAND回路64の出力Zと、コ
ンパレータ61の出力Xとに基づいて、OR回路65
は、2値制御信号SBを復元した2値制御信号Sbをド
ライバ回路40へ出力する。
【0029】ドライバ回路40は、2つのNOT回路7
1,72と、4つの増幅器75〜78とから構成されて
おり、信号分離回路26から入力された2つの2値制御
信号Sa,Sbに基づいて、4種のスイッチング信号S
Q1〜4を生成する。これらスイッチング信号SQ1〜
4は、インバータ主回路10の各トランジスタQ1〜4
に印加される。
【0030】スイッチング信号SQ1,SQ2は、2値
制御信号Saに対応した相補信号であり、スイッチング
信号SQ3,SQ4は、2値制御信号Sbに対応した相
補信号である。ただし、信号SQ2,SQ4に対応した
増幅器76,78として立上がり遅延特性を有した増幅
器を設け、信号SQ1に対して信号SQ2の論理反転タ
イミングを遅らせ、信号SQ3に対して信号SQ4の論
理反転タイミングを遅らせることにより、トランジスタ
Q1〜Q4のスイッチングに適当なデッドタイムが設け
られている。
【0031】上述の実施例によれば、スイッチング制御
回路20で2種の2値制御信号SA,SBを生成し、ド
ライバ回路40においてデッドタイムを設定するように
したので、スイッチング制御回路20においてデッドタ
イムを設定して4種の信号を生成する場合に比べて、ホ
トカプラ30を介して伝送する多値制御信号SCの情報
量が2分の1になることから、2値制御信号SCの合成
及び分離(復元)が容易になる。
【0032】上述の実施例においては、4つのトランジ
スタQ1〜4を有したインバータ1を例示したが、本発
明は、互いに独立に制御すべき2つ以上のスイッチング
素子を有した各種の電力制御装置に適用可能である。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、アイソレータとしての
ホトカプラの個数を最小限に抑えて低価格化を図ること
ができる。
【0034】請求項2の発明によれば、スイッチングの
デッドタイムを可及的に短縮して制御特性を改善するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るインバータの概略の構成を示すブ
ロック図である。
【図2】インバータ主回路の回路図である。
【図3】インバータの要部の回路図である。
【図4】信号合成回路及び信号分離回路の動作を示す電
圧波形図である。
【図5】単相ブリッジ形のインバータ主回路の等価回路
図である。
【図6】従来のインバータの構成を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1 インバータ(電力制御装置) 10 インバータ主回路(ブリッジ形スイッチング回
路) 20 スイッチング制御回路 30 ホトカプラ 40 ドライバ回路 25 信号合成回路 26 信号分離回路 Q1,Q2,Q3,Q4 トランジスタ(スイッチング
素子) SA,SB 2値制御信号 SC 多値制御信号 SQ1〜4 スイッチング信号

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のスイッチング素子と、 前記各スイッチング素子の導通タイミングをそれぞれ規
    定する2値制御信号を生成するスイッチング制御回路
    と、 前記各2値制御信号を1つの多値制御信号に合成する信
    号合成回路と、 前記多値制御信号を入力とし、前記多値制御信号に対応
    した光電変換信号を出力するホトカプラと、 前記光電変換信号から前記各2値制御信号を復元して前
    記各スイッチング素子へ出力する信号分離回路と、 を備えたことを特徴とする電力制御装置。
  2. 【請求項2】少なくとも4つのスイッチング素子を有し
    たブリッジ形スイッチング回路と、 前記スイッチング回路のアーム毎に前記スイッチング素
    子の導通タイミングをそれぞれ規定する2値制御信号を
    生成するスイッチング制御回路と、 前記各2値制御信号を1つの多値制御信号に合成する信
    号合成回路と、 前記多値制御信号を入力とし、前記多値制御信号に対応
    した光電変換信号を出力するホトカプラと、 前記光電変換信号から前記各2値制御信号を復元する信
    号分離回路と、 前記信号分離回路によって復元された前記各2値制御信
    号とそれらの相補信号とに基づいて、前記各スイッチン
    グ素子に対応したスイッチング信号を生成して前記各ス
    イッチング素子を駆動するドライバ回路と、 を備えたことを特徴とする電力制御装置。
JP5282170A 1993-11-11 1993-11-11 電力制御装置 Pending JPH07143735A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6169670B1 (en) 1999-04-08 2001-01-02 Hitachi, Ltd. Inverter apparatus operatable over extended frequency range while suppressing output error
JP2006296007A (ja) * 2005-04-06 2006-10-26 Mitsubishi Electric Corp 電力変換器の駆動回路
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JP2012531162A (ja) * 2009-06-26 2012-12-06 リバティー ハードウェア マニュファクテュアリング コーポレイション 標準光カプラのマルチビット使用
JP2014014241A (ja) * 2012-07-04 2014-01-23 Denso Corp 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置

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