JPH0799782A - 平頂波形発生器及びそれを用いたパルス幅変調器 - Google Patents

平頂波形発生器及びそれを用いたパルス幅変調器

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JPH0799782A
JPH0799782A JP5109971A JP10997193A JPH0799782A JP H0799782 A JPH0799782 A JP H0799782A JP 5109971 A JP5109971 A JP 5109971A JP 10997193 A JP10997193 A JP 10997193A JP H0799782 A JPH0799782 A JP H0799782A
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JP
Japan
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phase
signal
input
voltage
transfer function
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JP5109971A
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English (en)
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Colin D Schauder
デビッド シャウダー コリン
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 三相インバーターを作動するスイッチング信
号の発生に用いるパルス幅変調器のための三相平頂波形
発生器を提供する。 【構成】 三相平頂波形発生器１０は、三相入力信号ｅ
a，ｅb，ｅcを受けて零相信号ｅzを発生する伝達関数手
段（２４、２５、２６）を有する。平衡で定常状態のも
とでは、この零相信号は入力信号周波数の３倍の基本周
波数を有する。加算手段（３３，３４，３５）が零相信
号を入力信号の各相に加えて所望の平頂信号を発生させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は三相平頂波形発生器に関
し、さらに詳細には三相インバーターを作動させるスイ
ッチング信号を供給するパルス幅変調器に用いるような
三相平頂波形発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】三相インバーターは、インバーターへ供
給される入力電力が直流の場合に三相交流を必要とする
負荷に給電するためを普通用いられる。これらのインバ
ーターは負荷の各相に対して「極」を持つように構成さ
れている。一般的に、これらの極はそれぞれ一対の直列
接続半導体スイッチよりなり、それらの両端間にはダイ
オードが逆並列接続されている。各極の交流端子は２つ
の半導体スイッチを接続するノードである。これらのイ
ンバーターの制御にあたり、三相電圧基準信号を発生す
る場合が多い。この信号はパルス幅変調器へ送られ、変
調器が各極の半導体スイッチを制御するための点孤信号
を発生する。この型の回路構成は、米国特許第４，９５
９，６０２；４，７０７，６５１及び；４，６９７，１
３１号特許明細書に論じられている。
【０００３】三相電圧基準信号の各相が変調器のレンジ
リミット（＋Ｌから−Ｌボルト）にほぼ等価のピークを
持つ純粋な正弦波形である場合、インバーターの出力相
の電圧は正弦波形であり、その振幅は直流電源の値の半
分である。平衡状態のもとで、出力の線間電圧の対応振
幅は直流電源の電圧に３÷２の平方根（ほぼ０．８６
６）を掛け合わせた値である。しかしながら、各相の振
幅が変調器のレンジリミットよりも大きい場合でも、イ
ンバーターの線間出力電圧は増加しない。
【０００４】インバーターの交流負荷が３線系の場合、
それらの線間電圧を変化させずに基準信号の相に零相成
分を導入することが可能である。基本周波数のトリプレ
ン(triplen) 調波（ｈ＝３，９，１５，ｅｔｃ．）より
なる信号を発生させて電圧基準信号の各相に加え、変調
器のレンジを基本周波数につき実質的に増加させること
が可能である。このアプローチでは、線間出力電圧の振
幅を直流電源の全値にまで増加できる。この方法は電圧
基準信号が各相の頂きでクリップされた外観を呈するた
め「フラットトッピング」と呼ぶことが多い。
【０００５】電圧及び周波数制御だけを行なう簡単なパ
ルス幅変調（ＰＷＭ）システムの場合、所望のトリプレ
ン調波を合成してそれらを電圧基準信号の各相とそれぞ
れの状態に応じた正しい比率で混合することが可能であ
る。しかしながら、インバーターの出力電流を閉ループ
により制御する場合、位相基準信号の変動を予測するの
は容易ではない。この場合、トリプレン調波合成法によ
り必要な零相成分を発生させるのは困難である。常用の
電流制御ループはそれ自身の作用により必要なフラット
トッピングを行なうために十分と言える閉ループ帯域幅
を持たない。可変の三相電圧をフラットトッピングを行
なうことを条件として制御する必要がある場合必ず同様
な問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明による波形発生
器は、三相入力信号を受けて例えばパルス幅変調器に用
いることのできるような三相平頂電圧信号を発生する。
入力信号を受ける手段に接続する伝達関数手段は零相信
号を発生し、これが入力信号へ加えられる。この伝達関
数手段は各々が入力信号の各相に関連する第１、第２及
び第３の伝達関数を有する。これらの個々の伝達関数
は、関連する各相の瞬時電圧が平頂電圧信号の所望のピ
ーク間電圧変化量以下の場合は零利得である。各相の瞬
時入力電圧が平頂信号の所望振幅のそれぞれの正または
負の値よりもさらに正かまたは負であるとき、伝達関数
は正の単位利得を有する。伝達関数手段はさらに、第
１、第２及び第３の伝達関数の反転出力を加算する手段
を有する。これにより零相信号が形成される。さらに別
の加算手段を用いてこの零相信号を入力信号の各相に加
える。
【０００７】好ましい実施例において、波形発生器は幾
つかの演算増幅器回路により実現できる。詳細に説明す
ると、伝達関数手段は、演算増幅器が正の半波入力処理
回路及び負の半波入力処理回路から信号を受けてそれを
加算する伝達関数具現回路よりなる。正の半波入力処理
回路はアノードが入力信号の各相の信号を受けるように
接続された第１、第２及び第３の整流ダイオードよりな
る。これらの各整流ダイオードのカソードはツェナー電
圧が平頂信号の所望振幅と等価な第１のツェナーダイオ
ードの前端子に接続される。この第１のツェナーダイオ
ードの後端子は第１の入力抵抗を介して加算ノードに接
続される。負の半波入力処理回路は各カソードが基準信
号の各相を受けるように接続された第４、第５及び第６
の整流ダイオードよりなる。第４、第５及び第６の整流
ダイオードのアノードはツェナー電圧が平頂信号の所望
振幅に等しい第２のツェナーダイオードの後端子に接続
される。第２のツェナーダイオードの前端子は第２の入
力抵抗を介して加算ノードに接続される。第１及び第２
の入力抵抗は等価抵抗値を有するのが好ましい。好まし
くは入力抵抗と同じ抵抗値を有するフィードバック抵抗
を加算ノードと演算増幅器出力との間に接続する。この
加算手段は第１、第２及び第３の単位利得の反転形演算
増幅器加算回路よりなる。
【０００８】本発明の波形発生器を用いるパルス幅変調
器は以上述べたものに加えて、振幅が平頂信号の所望振
幅に等しい三角波形のような適当なキャリア信号を発生
するキャリア波形発生器を有する。減算手段がこのキャ
リア波形を三相平頂電圧信号の各相から減算する。さら
に、平頂信号の各相についてコンパレーターを設け、減
算手段の出力が正の場合は論理オン信号を、その出力が
負の場合は論理オフ信号を発生させる。
【０００９】本発明は三相平頂電圧信号を効率的に発生
させるために使用可能な零相信号を動的に発生する。結
果は、入力信号が閉ループ制御を受け従って予測不可能
で非周期的に変動する場合でもほぼ同じである。
【００１０】以下、添付図面を参照して、本発明を実施
例につき詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】本発明によると、三相入力信号を受けて必要
に応じ三相平頂信号を出力として自動的に発生する波形
発生器が提供される。この発生器は、三相インバーター
の使用可能な線間出力電圧を電源の全直流電圧まで増加
させるようにインバーターを駆動するパルス幅変調器に
用いることができる。本発明は電圧基準信号が瞬時需要
を満たすように変化する閉ループシステムにおいて特に
有用である。
【００１２】図１は、本発明の平頂波形発生器１０を組
み込んだパルス幅変調器の好ましい実施例を示す。波形
発生器１０は入力ライン１５，１６，１６上にそれぞれ
三相入力信号の相信号ｅa，ｅb，ｅcを受ける。通常、
この入力信号は変調されてパルス幅変調インバーターの
作動に用いるような基準電圧信号である。相信号ｅa，
ｅb，ｅcは零相信号を発生させるために伝達関数手段に
より処理されるが、この零相信号は平衡な定常状態のも
とで一般的に入力信号の３倍の基本周波数を有する。
【００１３】詳細に説明すると、相信号ｅa，ｅb，ｅc
はそれぞれライン１８，１９，２０を介して個々の伝達
関数ブロック２４，２５，２６へ送られる。伝達関数ブ
ロック２４，２５，２６の反転出力を加算する手段は接
続点３０より成るが、この手段は所望の振幅Ｌを有する
零相信号ｅzを形成する。図示のごとく、伝達関数ブロ
ック２４，２５，２６は各入力信号の関連相の瞬時値が
−Ｌと＋Ｌの間のときは零利得を有する。関連相の瞬時
値が＋Ｌまたは−Ｌよりもそれぞれさらに正かさらに負
の場合、伝達関数ブロック２４，２５，２６は正の単位
利得である正の線形利得特性を有するのが好ましい。こ
こで別の加算手段がこの信号ｅzを入力信号の各相に加
えて所望の三相平頂出力信号を発生させる。詳しくは、
信号ｅzが加算点３３，３４，３５において信号ｅa，ｅ
b，ｅcに加えられ、平頂相信号ｅ´a，ｅ´b，ｅ´cが
得られる。
【００１４】図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを参照して、信号
ｅa，ｅb，ｅcの各相振幅が増加すると信号ｅzの平頂特
性が益々明確になることが分かる。詳しく説明すると、
図２Ａは各相の入力信号振幅が１．０５Ｌの場合であ
る。ここでは、平頂部分の幅は比較的短いが、事実上平
頂波形と言えるであろう。図２Ｂは入力信号各相の振幅
が１．１Ｌの場合を示す。図２Ｃは入力信号の各相の振
幅が１．１５Ｌの場合であり、これはフラットトッピン
グ法が有効であると考えられる上限である。
【００１５】この波形発生器に別の機能を付加するとイ
ンバーター或いは他の同様な用途のものを駆動する有効
な変調器が得られる。再び図１を参照して、かかる変調
器はキャリア波形発生器及びキャリア波形を相信号ｅ´
a，ｅ´b，ｅ´cから減算する減算手段により実現され
る。好ましい実施例において、三角波形発生器３８はキ
ャリア周波数を有しピーク間電圧変化が＋Ｌから−Ｌで
ある三角波形を出力する。この三角波形は減算手段４
０，４１，４２により相信号ｅ´a，ｅ´b，ｅ´cから
減算され、ライン４５，４６，４７に変調された信号が
得られる。電力インバーターの極スイッチをゲートする
点孤信号はこれらの変調信号を位相コンパレーター５
０，５１，５２のような適当なコンパレーター手段を通
過させることにより発生できる。コンパレーター５０，
５１，５２は変調された信号が正の時は論理１（または
オン）、変調された信号が負の時は論理０（またはオ
フ）を出力する。かくして、最終出力はインバーターの
極Ａ，Ｂ，Ｃのためのパルス幅変調された点孤信号であ
る。このように構成した本発明の装置は所望の全直流線
間電圧を非常に効果的に発生することが判明している。
【００１６】図３は波形発生器１０の好ましい回路図で
ある。しかしながら、他の構成を用いて同じ結果を得る
ことも可能である。それらの他の構成は現在において予
想されない本発明の用途において望ましいものもあるで
あろう。ここでは、伝達関数ブロック２４，２５，２６
は伝達関数具現回路５４により実現する。この回路５４
の心臓部は演算増幅器５５である。演算増幅器５５は負
フィードバック加算構成である。そしてこの構成では非
反転入力５６が接地されている。反転入力５７はフィー
ドバック抵抗５８を介して出力５９に接続されている。
正の半波入力信号は整流ダイオード６４，６５，６６よ
りなる正の半波入力処理回路により発生される。これら
のダイオード６４，６５，６６のアノードはそれぞれラ
イン１８，１９，２０に接続されている。ダイオード６
４，６５，６６のカソードはノード６７に接続され、こ
のノードはツェナーダイオード６８の前端子に接続され
ている。ツェナーダイオード６８のツェナー電圧はＬボ
ルトと等価でなければならない。ダイオード６８の後端
子は入力抵抗６９を介して加算ノード７０に接続されて
いる。同様に、負の半波入力信号は整流ダイオード７
２，７３，７４よりなる負の半波入力処理回路により発
生される。ダイオード７２，７３，７４のカソードはラ
イン１８，１９，２０に接続されている。ダイオード７
２，７３，７４のアノードはノード７５に接続されてい
る。ノード７５はさらに同じくＬボルトのツェナー電圧
を有するツェナーダイオード７６の後端子に接続されて
いる。ツェナーダイオード７６の前端子は入力抵抗７７
を介して加算ノード７０に接続されている。
【００１７】ダイオード６４，６５，６６は各相信号ｅ
a，ｅb，ｅcの正の半波のみが通過してツェナーダイオ
ード６８へ到達するように作用する。瞬時相電圧が電圧
Ｌよりも小さい場合、ツェナーダイオード６８は導通し
ない。しかしながら、その電圧がこの値を超えると、入
力抵抗６９を電流が流れる。同様に、各相電圧ｅa，
ｅb，ｅcの負の半波はダイオード７２，７３，７４によ
り整流される。相電圧の瞬時値が−Ｌボルトよりもさら
に負の場合、入力抵抗７７を電流が流れる。入力抵抗６
９，７７を電流が流れると、回路５４は半波信号の反転
値を加算する。抵抗５８が抵抗６９，７７と同じ抵抗値
を持つ場合、回路５４は−Ｌから＋Ｌの範囲の外側の入
力値に対して望ましい正の単位利得を有する。
【００１８】このようにして発生された零相信号ｅ
zは、それぞれ入力相信号ｅa，ｅb，ｅcを受けるように
接続された演算増幅器加算回路８１，８２，８３へ送ら
れる。加算回路８１，８２，８３はその各反転入力で入
力抵抗Ｒ２を介して信号ｅzを受ける。ここの相入力電
圧ｅa，ｅb，ｅcも同様に抵抗Ｒ１を介して受ける。入
力抵抗に対する抵抗Ｒ３の比率により必要な利得特性が
得られる。Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は等価抵抗値をもつのが好
ましい。各出力８４，８５，８６に現われる出力信号は
望ましい出力平頂相信号ｅ´a，ｅ´b，ｅ´cの反転し
たものである。これはこれらの信号が１８０°位相シフ
トしたものと等価である。ｅ´a，ｅ´b，ｅ´cの実際
値が最終的な出力として必要な場合、単位利得の演算増
幅器回路９０，９１，９２を用いてもよい。かかる反転
回路は公知であり、その入力抵抗Ｒｉはフィードバック
抵抗Ｒｆと等価である。必要な信号特性を与えると共に
電流を低い値に抑えるためには、回路のすべての抵抗値
を１０、０００オームにするとよい。
【００１９】本発明をある特定の実施例につき説明した
が、頭書した特許請求の範囲から逸脱することなしに種
々の他の変形例及び設計変更が可能であることを理解さ
れたい。
【００２０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により構成した三相平頂波形発生器を用
いるパルス幅変調器の概略図である。
【図２】部分図２Ａ，２Ｂ，２Ｃはそれぞれ漸増する振
幅の第３調波零相信号に基づき本発明の装置が発生する
平頂波形信号を示す。
【図３】本発明により構成した平頂波形発生器の好まし
い回路図である。
【符号の説明】
１０ 平頂波形発生器 ２４，２５，２６ 伝達関数ブロック ３０，３３，３４，３５ 加算接続点 ３８ 三角波発生器 ４０，４１，４２ 減算接続点 ５０，５１，５２ 位相コンパレーター ５４ 伝達関数具現回路 ８１，８２，８４ 演算増幅器加算回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 三相入力信号を受けて各相の振幅が所定
    の電圧Ｌである三相平頂電圧信号を発生する三相平頂波
    形発生器であって、 三相電圧入力信号を受ける手段と、 前記入力信号に基づき零相信号を発生する伝達関数手段
    と、 前記零相信号を入力信号の各相に加えて三相平頂電圧信
    号を発生する加算手段とよりなり、 前記伝達関数手段はそれぞれ入力信号の各相に関連する
    個々の第１、第２及び第３の伝達関数を有し、各伝達関
    数は、入力信号の関連相の瞬時電圧が−Ｌと＋Ｌの間に
    あるときは零利得を有し、また前記瞬時電圧が＋Ｌより
    大きいときは第１の正の線形利得を有し、さらに前記瞬
    時電圧が−Ｌよりも小さい時は第２の正の線形利得を有
    し、 前記伝達関数手段はさらに第１、第２及び第３の伝達関
    数の反転出力を加算して前記零相信号を発生する手段を
    有することを特徴とする三相平頂波形発生器。
  2. 【請求項２】 前記個々の伝達関数の第１及び第２の正
    の線形利得は共に線形の単位利得であることを特徴とす
    る請求項１の発生器。
  3. 【請求項３】 前記伝達関数手段は伝達関数具現回路よ
    りなり、前記加算手段は第１、第２及び第３の反転形演
    算増幅器加算回路よりなることを特徴とする請求項１の
    発生器。
  4. 【請求項４】 前記伝達関数具現回路は接地された非反
    転入力と反転入力を有する演算増幅器よりなり、前記反
    転入力はフィードバック抵抗を介して演算増幅器の出力
    に接続される共に正の半波入力信号と負の半波入力信号
    を受ける加算ノードに接続され、 前記伝達関数具現回路はさらに正の半波入力信号を発生
    する正の半波処理回路を含み、この処理回路は各アノー
    ドが入力信号の各相を受けるように接続された第１、第
    ２及び第３の整流ダイオードを有し、前記第１、第２及
    び第３の整流ダイオードのカソードはＬボルトのツェナ
    ー電圧を有する第１のツェナーダイオードの前端子に接
    続され、前記第１のツェナーダイオードの後端子は第１
    の入力抵抗を介して前記加算ノードに接続され、 前記伝達関数具現回路はさらに第４、第５及び第６の整
    流ダイオードを含む負の半波入力信号を発生する負の半
    波処理回路を有し、前記第４、第５及び第６の整流ダイ
    オードの各カソードは入力信号の各相を受けるように接
    続され、前記第４、第５及び第６の整流ダイオードのア
    ノードはさらにＬボルトのツェナー電圧を有する第２の
    ツェナーダイオードの後端子に接続され、前記第２のツ
    ェナーダイオードの前端子は第２の入力抵抗を介して前
    記加算ノードに接続されていることを特徴とする請求項
    ３の発生器。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２の入力抵抗及び前記フ
    ィードバック抵抗は等価抵抗値を持つことを特徴とする
    請求項４の発生器。
  6. 【請求項６】 前記第１、第２及び第３の反転形演算増
    幅器加算回路はそれぞれ、接地された非反転入力と加算
    ノードへは直接に且つ出力にはフィードバック抵抗を介
    して接続された反転入力を有する演算増幅器と、加算ノ
    ードに接続されさらに入力信号の各相を受けるように接
    続された第１の入力抵抗と、前記加算ノードと前記伝達
    関数具現回路の出力との間に接続された第２の入力抵抗
    とよりなることを特徴とする請求項３の発生器。
  7. 【請求項７】 ピークが＋Ｌから−Ｌボルトの間で電圧
    変化するキャリア波形を発生するキャリア波形発生器
    と、前記キャリア波形を前記三相平頂電圧信号の各相か
    ら減算する減算手段と、前記減算手段の出力の各相を受
    けてその出力が負のときは論理オフ出力を、またその出
    力が正のときは論理オン出力を発生するコンパレータ手
    段とをさらに含むことを特徴とする請求項１の発生器。
  8. 【請求項８】 前記キャリア波形が三角波形であること
    を特徴とする請求項７の発生器。
JP5109971A 1992-04-16 1993-04-12 平頂波形発生器及びそれを用いたパルス幅変調器 Withdrawn JPH0799782A (ja)

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