KR102553987B1 - 전력 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

무정전 전원 장치의 게이트 구동 회로(36)는, 제 1 및 제 2 PWM 신호(Au1, Bu1)에 응답하여 제 1 및 제 2 게이트 구동 신호(VG1, VG2)를 생성하고, 제 1 및 제 2 IGBT(Q1, Q2)를 교대로 온시킨다. 이 게이트 구동 회로는, 제 1 IGBT(Q1)가 온되어 있는 경우에는, 제 2 PWM 신호에 응답하여 제 1 게이트 구동 신호를 「L」레벨로 하고, 제 1 IGBT의 단자 간 전압(V1)이 임계치 전압(VTH1)을 넘은 것에 대응하여 제 2 게이트 구동 신호를 「H」레벨로 한다.

Description

전력 변환 장치
이 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로, 특히, 교대로 온되는 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 구비한 전력 변환 장치에 관한 것이다.
예를 들어 국제 공개 제2012/046521호 명세서(특허 문헌 1)에는, 제 1 및 제 2 스위칭 소자와, 제 1 및 제 2 제어 신호를 생성하여 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 교대로 온시키는 제어 장치를 구비한 전력 변환 장치가 개시되어 있다. 제어 장치는, 제 1 스위칭 소자가 온하고 있는 경우에는, 제 1 스위칭 소자가 오프하도록 제 1 제어 신호를 비활성화 레벨로 하고, 일정한 데드 타임이 경과한 후에 제 2 제어 신호를 활성화 레벨로 하여 제 2 스위칭 소자를 온시킨다.
특허 문헌 1 : 국제 공개 제 2012/046521호 명세서
특허 문헌 1에서는, 데드 타임은 일정치로 고정되어 있다. 그러나, 제 1 제어 신호를 비활성화 레벨로 하고 나서 제 1 스위칭 소자가 실제로 오프 상태로 될 때까지의 오프 지연 시간은, 제 1 제어 신호가 활성화 레벨일 때에 제 1 스위칭 소자에 흐르는 전류(차단 전류)에 반비례 하여 짧아진다.
따라서, 차단 전류의 값에 따라서는 데드 타임이 실제의 오프 지연 시간보다 짧아져, 제 1 스위칭 소자가 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 제 2 스위칭 소자가 온하여, 제 1 및 제 2 스위칭 소자에 과전류가 흐를 우려가 있다.
이 대책으로서 오프 지연 시간보다 충분히 긴 시간으로 데드 타임을 설정하는 방법이 생각되지만, 데드 타임을 길게 하면, 제 2 스위칭 소자의 온시간이 짧아져, 효율이 저하해 버린다.
그러므로, 이 발명의 주된 목적은, 과전류가 흐르는 것을 방지하고, 효율의 향상을 도모하는 것이 가능한 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.
이 발명에 따른 전력 변환 장치는, 제 1 직류 전압을 받는 제 1 직류 단자와, 교류 전압을 받는 교류 단자와, 제 1 직류 전압과 다른 제 2 직류 전압을 받는 제 2 직류 단자와, 제 1 직류 단자와 교류 단자 사이에 접속되는 제 1 스위칭 소자와, 교류 단자와 제 2 직류 단자 사이에 접속되는 제 2 스위칭 소자와, 제 1 및 제 2 제어 신호를 교대로 출력하는 제 1 제어 회로와, 제 1 제어 회로의 출력 신호에 응답하여 제 1 및 제 2 구동 신호를 생성하고, 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 교대로 온시키는 제 1 구동 회로를 구비한 것이다. 제 1 및 제 2 구동 신호가 활성화 레벨로 되면 제 1 및 제 2 스위칭 소자가 각각 온하고, 제 1 및 제 2 구동 신호가 비활성화 레벨로 되면 제 1 및 제 2 스위칭 소자가 각각 오프한다. 제 1 구동 회로는, 제 1 스위칭 소자가 온되어 있는 경우에는, 제 2 제어 신호에 응답하여 제 1 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 제 1 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 1 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 제 2 구동 신호를 활성화 레벨로 하고, 제 2 스위칭 소자가 온되어 있는 경우에는, 제 1 제어 신호에 응답하여 제 2 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 제 2 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 2 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 제 1 구동 신호를 활성화 레벨로 한다.
이 발명에 따른 전력 변환 장치에서는, 제 1 및 제 2 제어 신호를 교대로 출력하는 제 1 제어 회로와, 제 1 제어 회로의 출력 신호에 응답하여 제 1 및 제 2 구동 신호를 생성하고, 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 교대로 온시키는 제 1 구동 회로가 마련된다. 제 1 구동 회로는, 제 1 스위칭 소자가 온되어 있는 경우에는, 제 2 제어 신호에 응답하여 제 1 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 제 1 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 1 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 제 2 구동 신호를 활성화 레벨로 한다. 따라서, 제 1 스위칭 소자가 실제로 오프한 후에 제 2 스위칭 소자를 온시키므로, 과전류가 흐르는 것을 방지하고, 효율의 향상을 꾀할 수가 있다.
도 1은 이 발명의 실시의 형태 1에 따른 무정전 전원 장치의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 인버터 및 그 주변부의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 인버터를 제어하는 인버터 제어부의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 전압 지령치, 삼각파 신호, 및 PWM 신호의 파형을 나타내는 타임 차트이다.
도 5는 도 3에 나타내는 게이트 구동 회로의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 지연 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7은 도 5에 나타내는 게이트 구동 회로의 동작을 예시하는 타임 차트이다.
도 8은 도 5에 나타내는 게이트 구동 회로의 동작을 예시하는 다른 타임 차트이다.
도 9는 도 1에 나타내는 컨버터 및 그 주변부의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 컨버터를 제어하는 컨버터 제어부의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 11은 실시의 형태 1의 변경예를 나타내는 회로 블록도이다.
도 12는 실시의 형태 1의 비교예를 나타내는 회로 블록도이다.
도 13은 도 12에 나타내는 비교예의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 이 발명의 실시의 형태 2에 따른 무정전 전원 장치의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 15는 도 14에 나타내는 인버터 및 그 주변부의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 16은 도 15에 나타내는 인버터를 제어하는 인버터 제어부의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 17은 도 16에 나타내는 전압 지령치, 삼각파 신호, 및 PWM 신호의 파형을 나타내는 타임 차트이다.
도 18은 실시의 형태 2의 변경예를 나타내는 회로 블록도이다.
도 19는 이 발명의 실시의 형태 3에 따른 무정전 전원 장치의 주요부를 나타내는 회로 블록도이다.
도 20은 도 19에 나타내는 인버터를 제어하는 인버터 제어부의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
[실시의 형태 1］
도 1은, 이 발명의 실시의 형태 1에 따른 무정전 전원 장치(1)의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 이 무정전 전원 장치(1)는, 상용 교류 전원(21)으로부터의 삼상 교류 전력을 직류 전력으로 일단 변환하고, 그 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환하여 부하(24)에 공급하는 것이다. 도 1에서는, 도면 및 설명의 간단화를 위해, 삼상(U상, V상, W상) 중 일상(예를 들어 U상)에 대응하는 부분의 회로만이 나타나고 있다.
도 1에 있어서, 이 무정전 전원 장치(1)는, 교류 입력 단자 T1, 바이패스 입력 단자 T2, 배터리 단자 T3, 및 교류 출력 단자 T4를 구비한다. 교류 입력 단자 T1은, 상용 교류 전원(21)으로부터 상용 주파수의 교류 전력을 받는다. 바이패스 입력 단자 T2는, 바이패스 교류 전원(22)로부터 상용 주파수의 교류 전력을 받는다. 바이패스 교류 전원(22)은, 상용 교류 전원이어도 좋고, 발전기여도 좋다.
배터리 단자 T3은, 배터리(전력 저장 장치)(23)에 접속된다. 배터리(23)는, 직류 전력을 저장한다. 배터리(23) 대신에 콘덴서가 접속되어 있어도 상관없다. 교류 출력 단자 T4는, 부하(24)에 접속된다. 부하(24)는, 교류 전력에 의해서 구동된다.
이 무정전 전원 장치(1)는, 또한, 전자 접촉기(2), (8), (14), (16), 전류 검출기(3), (11), 콘덴서(4), (9), (13), 리액터(5), (12), 컨버터(6), 쌍방향 초퍼(7), 인버터(10), 반도체 스위치(15), 조작부(17), 및 제어 장치(18)를 구비한다.
전자 접촉기(2) 및 리액터(5)는, 교류 입력 단자 T1과 컨버터(6)의 입력 노드 사이에 직렬 접속된다. 콘덴서(4)는, 전자 접촉기(2)와 리액터(5) 사이의 노드 N1에 접속된다. 전자 접촉기(2)는, 무정전 전원 장치(1)의 사용 시에 온되고, 예를 들어 무정전 전원 장치(1)의 메인트넌스 시에 오프된다.
노드 N1에 나타나는 교류 입력 전압 Vi의 순시치는, 제어 장치(18)에 의해서 검출된다. 교류 입력 전압 Vi의 순시치에 근거하여, 정전의 발생의 유무 등이 판별된다. 전류 검출기(3)는, 노드 N1에 흐르는 교류 입력 전류 Ii를 검출하고, 그 검출치를 나타내는 신호 Iif를 제어 장치(18)에게 준다.
콘덴서(4) 및 리액터(5)는, 저역 통과 필터를 구성하고, 상용 교류 전원(21)으로부터 컨버터(6)로 상용 주파수의 교류 전력을 통과시키고, 컨버터(6)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 상용 교류 전원(21)으로 통과하는 것을 방지한다.
컨버터(6)는, 제어 장치(18)에 의해서 제어되고, 상용 교류 전원(21)으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시에는, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 라인 L1에 출력한다. 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시에는, 컨버터(6)의 운전은 정지된다. 컨버터(6)의 출력 전압은, 소망하는 값으로 제어 가능하게 되어 있다. 콘덴서(4), 리액터(5), 및 컨버터(6)는 순변환기를 구성한다.
콘덴서(9)는, 직류 라인 L1에 접속되고, 직류 라인 L1의 전압을 평활화시킨다. 직류 라인 L1에 나타나는 직류 전압 VDC의 순시치는, 제어 장치(18)에 의해서 검출된다. 직류 라인 L1은 쌍방향 초퍼(7)의 고전압 측 노드에 접속되고, 쌍방향 초퍼(7)의 저전압 측 노드는 전자 접촉기(8)를 통하여 배터리 단자 T3에 접속된다.
전자 접촉기(8)는, 무정전 전원 장치(1)의 사용 시는 온되고, 예를 들어 무정전 전원 장치(1) 및 배터리(23)의 메인트넌스 시에 오프된다. 배터리 단자 T3에 나타나는 배터리(23)의 단자 간 전압 VB의 순시치는, 제어 장치(18)에 의해서 검출된다.
쌍방향 초퍼(7)는, 제어 장치(18)에 의해서 제어되고, 상용 교류 전원(21)으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시에는, 컨버터(6)에 의해서 생성된 직류 전력을 배터리(23)에 저장하고, 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시에는, 배터리(23)의 직류 전력을 직류 라인 L1을 통하여 인버터(10)에 공급한다.
쌍방향 초퍼(7)는, 직류 전력을 배터리(23)에 저장하는 경우에는, 직류 라인 L1의 직류 전압 VDC를 강압하여 배터리(23)에게 준다. 또, 쌍방향 초퍼(7)는, 배터리(23)의 직류 전력을 인버터(10)에 공급하는 경우에는, 배터리(23)의 단자 간 전압 VB를 승압하여 직류 라인 L1에 출력한다. 직류 라인 L1은, 인버터(10)의 입력 노드에 접속되어 있다.
인버터(10)는, 제어 장치(18)에 의해서 제어되고, 컨버터(6) 또는 쌍방향 초퍼(7)로부터 직류 라인 L1을 통하여 공급되는 직류 전력을 상용 주파수의 교류 전력으로 변환하여 출력한다. 즉, 인버터(10)는, 통상 시에는 컨버터(6)로부터 직류 라인 L1을 통하여 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 정전 시에는 배터리(23)로부터 쌍방향 초퍼(7)를 통하여 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 인버터(10)의 출력 전압은, 소망하는 값으로 제어 가능하게 되어 있다.
인버터(10)의 출력 노드(10a)는 리액터(12)의 한쪽 단자에 접속되고, 리액터(12)의 다른 쪽 단자(노드 N2)는 전자 접촉기(14)를 통하여 교류 출력 단자 T4에 접속된다. 콘덴서(13)는, 노드 N2에 접속된다.
전류 검출기(11)는, 인버터(10)의 출력 전류 Io의 순시치를 검출하고, 그 검출치를 나타내는 신호 Iof를 제어 장치(18)에게 준다. 노드 N2에 나타나는 교류 출력 전압 Vo의 순시치는, 제어 장치(18)에 의해서 검출된다.
리액터(12) 및 콘덴서(13)는, 저역 통과 필터를 구성하고, 인버터(10)에서 생성된 상용 주파수의 교류 전력을 교류 출력 단자 T4로 통과시키고, 인버터(10)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 교류 출력 단자 T4로 통과하는 것을 방지한다. 인버터(10), 리액터(12), 및 콘덴서(13)는 역변환기를 구성한다.
전자 접촉기(14)는, 제어 장치(18)에 의해 제어되고, 인버터(10)에 의해서 생성된 교류 전력을 부하(24)에 공급하는 인버터 급전 모드 시에는 온되고, 바이패스 교류 전원(22)로부터의 교류 전력을 부하(24)에 공급하는 바이패스 급전 모드 시에는 오프된다.
반도체 스위치(15)는, 사이리스터를 포함하고, 바이패스 입력 단자 T2와 교류 출력 단자 T4 사이에 접속된다. 전자 접촉기(16)는, 반도체 스위치(15)에 병렬 접속된다. 반도체 스위치(15)는, 제어 장치(18)에 의해서 제어되고, 통상은 오프되고, 인버터(10)가 고장난 경우는 순식간에 온하고, 바이패스 교류 전원(22)로부터의 교류 전력을 부하(24)에 공급한다. 반도체 스위치(15)는, 온하고 나서 소정 시간 경과 후에 오프한다.
전자 접촉기(16)는, 인버터(10)에 의해서 생성된 교류 전력을 부하(24)에 공급하는 인버터 급전 모드 시에는 오프되고, 바이패스 교류 전원(22)로부터의 교류 전력을 부하(24)에 공급하는 바이패스 급전 모드 시에는 온된다.
또, 전자 접촉기(16)는, 인버터(10)가 고장난 경우에 온하고, 바이패스 교류 전원(22)으로부터의 교류 전력을 부하(24)에 공급한다. 즉, 인버터(10)가 고장난 경우는, 반도체 스위치(15)가 순식간에 소정 시간만큼 온함과 아울러 전자 접촉기(16)가 온한다. 이것은, 반도체 스위치(15)가 과열되어 파손되는 것을 방지하기 위해서이다.
조작부(17)는, 무정전 전원 장치(1)의 사용자에 의해서 조작되는 복수의 버튼, 여러 가지의 정보를 표시하는 화상 표시부 등을 포함한다. 사용자가 조작부(17)를 조작하는 것에 의해, 무정전 전원 장치(1)의 전원을 온 및 오프하거나 바이패스 급전 모드 및 인버터 급전 모드 중 어느 한쪽의 모드를 선택하는 것이 가능하게 되어 있다.
제어 장치(18)는, 조작부(17)로부터의 신호, 교류 입력 전압 Vi, 교류 입력 전류 Ii, 직류 전압 VDC, 배터리 전압 VB, 교류 출력 전류 Io, 및 교류 출력 전압 Vo 등에 근거하여 무정전 전원 장치(1) 전체를 제어한다. 즉, 제어 장치(18)는, 교류 입력 전압 Vi의 검출치에 근거하여 정전이 발생했는지 여부를 검출하고, 교류 입력 전압 Vi의 위상에 동기하여 컨버터(6) 및 인버터(10)를 제어한다.
또한 제어 장치(18)는, 상용 교류 전원(21)으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는, 직류 전압 VDC가 소망하는 참조 전압 VDCr로 되도록 컨버터(6)를 제어하고, 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시는, 컨버터(6)의 운전을 정지시킨다.
또한 제어 장치(18)는, 통상 시는, 배터리 전압 VB가 소망하는 참조 전압 VBr로 되도록 쌍방향 초퍼(7)를 제어하고, 정전 시는, 직류 전압 VDC가 소망하는 참조 전압 VDCr로 되도록 쌍방향 초퍼(7)를 제어한다.
다음에, 이 무정전 전원 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 상용 교류 전원(21)으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시에 있어서, 인버터 급전 모드가 선택되면, 반도체 스위치(15) 및 전자 접촉기(16)가 오프함과 아울러, 전자 접촉기(2), (8), (14)가 온한다.
상용 교류 전원(21)으로부터 공급되는 교류 전력은, 컨버터(6)에 의해서 직류 전력으로 변환된다. 컨버터(6)에 의해서 생성된 직류 전력은, 쌍방향 초퍼(7)에 의해서 배터리(23)에 저장됨과 아울러, 인버터(10)에 공급된다. 인버터(10)는, 컨버터(6)로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하(24)에 공급한다. 부하(24)는, 인버터(10)로부터 공급되는 교류 전력에 의해서 구동된다.
상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력의 공급이 정지되면, 즉 정전이 발생하면, 컨버터(6)의 운전이 정지되고, 배터리(23)의 직류 전력이 쌍방향 초퍼(7)에 의해서 인버터(10)에 공급된다. 인버터(10)는, 쌍방향 초퍼(7)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하(24)에 공급한다. 따라서, 배터리(23)에 직류 전력이 저장되어 있는 기간은, 부하(24)의 운전을 계속할 수가 있다.
또, 인버터 급전 모드 시에 있어서 인버터(10)가 고장난 경우에는, 반도체 스위치(15)가 순식간에 온하고, 전자 접촉기(14)가 오프함과 아울러, 전자 접촉기(16)가 온한다. 이것에 의해, 바이패스 교류 전원(22)으로부터의 교류 전력이 반도체 스위치(15) 및 전자 접촉기(16)를 통하여 부하(24)에 공급되고, 부하(24)의 운전이 계속된다. 일정 시간 후에 반도체 스위치(15)가 오프되어, 반도체 스위치(15)가 과열되어 파손되는 것이 방지된다.
도 2는, 도 1에 나타낸 인버터(10) 및 그 주변부의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 도 2에 있어서, 컨버터(6)와 인버터(10) 사이에는, 양측의 직류 라인 L1과 음측의 직류 라인 L2가 접속되어 있다. 콘덴서(9)는, 직류 라인 L1, L2 간에 접속되어 있다.
상용 교류 전원(21)으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는, 컨버터(6)는, 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 입력 전압 Vi를 직류 전압 VDC로 변환하여 직류 라인 L1, L2 간에 출력한다. 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시는, 컨버터(6)의 운전은 정지되고, 쌍방향 초퍼(7)가, 배터리 전압 VB를 승압하여 직류 라인 L1, L2 간에 직류 전압 VDC를 출력한다.
인버터(10)는, IGBT(Insulated　Gate　Bipolar　Transistor) Q1~Q4 및 다이오드 D1~D4를 포함한다. IGBT Q1, Q2는, 각각 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 구성한다. IGBT Q1, Q3의 컬렉터는 모두 직류 라인 L1(제 1 직류 단자)에 접속되고, 그들의 이미터는 각각 출력 노드(교류 단자)(10a), (10b)에 접속된다.
IGBT Q2, Q4의 컬렉터는 각각 출력 노드(10a), (10b)에 접속되고, 그들의 이미터는 모두 직류 라인 L2(제 2 직류 단자)에 접속된다. 다이오드 D1~D4는, 각각 IGBT Q1~Q4에 역병렬로 접속된다. 인버터(10)의 출력 노드(10a)는 리액터(12)(도 1)를 통하여, 노드 N2에 접속되고, 출력 노드(10b)는 중성점 NP에 접속된다. 콘덴서(13)는, 노드 N2와 중성점 NP 사이에 접속된다.
IGBT Q1, Q4와 IGBT Q2, Q3는, 교대로 온된다. IGBT Q1, Q4가 온됨과 아울러 IGBT Q2, Q3이 오프되면, 콘덴서(9)의 양측 단자(직류 라인 L1)가 IGBT Q1을 통하여 출력 노드(10a)에 접속됨과 아울러, 출력 노드(10b)가 IGBT Q4를 통하여 콘덴서(9)의 음측 단자(직류 라인 L2)에 접속되고, 출력 노드(10a), (10b) 간에 콘덴서(9)의 단자 간 전압이 출력된다. 즉, 출력 노드(10a), (10b) 간에 양의 직류 전압이 출력된다.
IGBT Q2, Q3이 온됨과 아울려 IGBT Q1, Q4가 오프되면, 콘덴서(9)의 양측 단자(직류 라인 L1)가 IGBT Q3을 통하여 출력 노드(10b)에 접속됨과 아울러, 출력 노드(10a)가 IGBT Q2를 통하여 콘덴서(9)의 음측 단자(직류 라인 L2)에 접속되고, 출력 노드(10b), (10a) 간에 콘덴서(9)의 단자 간 전압이 출력된다. 즉, 출력 노드(10a), (10b) 간에 음의 직류 전압이 출력된다.
여기서, 인버터(10)의 문제점에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, IGBT Q1과 IGBT Q2는 교대로 온된다. IGBT Q1이 온하고 있는 상태에서 IGBT Q2가 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에, IGBT Q1이 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 IGBT Q2를 온시키면, 콘덴서(9)의 양측 단자(직류 라인 L1)로부터 IGBT Q1, Q2를 통하여 콘덴서(9)의 음측 단자(직류 라인 L2)로 과전류가 흘러, IGBT Q1, Q2가 파손되어 버린다.
반대로, IGBT Q2가 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q1이 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에, IGBT Q2가 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 IGBT Q1을 온시키면, 콘덴서(9)의 양측 단자(직류 라인 L1)로부터 IGBT Q1, Q2를 통하여 콘덴서(9)의 음측 단자(직류 라인 L2)로 과전류가 흘러, IGBT Q1, Q2가 파손되어 버린다. IGBT Q4, Q3에 대해서도, IGBT Q1, Q2와 동일한 문제가 있다. 본 실시의 형태 1은, 이 문제의 해결을 도모하는 것이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 인버터(10)를 제어하는 인버터 제어부(30)의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 인버터 제어부(30)는, 제어 장치(18)에 포함되어 있다. 도 3에 있어서, 인버터 제어부(30)는, 전압 지령부(31), 삼각파 발생기(32), 비교기(33), 버퍼(34), 인버터(35), 및 게이트 구동 회로(36), (37)를 포함한다.
전압 지령부(31)는, 노드 N2(도 1)에 나타나는 교류 출력 전압 Vo의 순시치와, 전류 검출기(11)(도 1)의 출력 신호 Iof에 근거하여, 정현파 형상의 전압 지령치 Vor를 생성한다. 전압 지령치 Vor의 위상은, 삼상(U상, V상, W상) 중 대응하는 상(여기에서는 U상)의 교류 입력 전압 Vi의 위상에 동기하고 있다.
삼각파 발생기(32)는, 상용 주파수(예를 들어 60Hz)보다 충분히 높은 주파수 fH(예를 들어 20KHz)의 삼각파 신호 Cu1을 출력한다. 비교기(33)는, 전압 지령부(31)로부터의 전압 지령치 Vor과 삼각파 발생기(32)로부터의 삼각파 신호 Cu1의 고저를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 PWM 신호 Au1을 출력한다. 버퍼(34)는, PWM 신호 Au1을 게이트 구동 회로(36), (37)에게 준다. 인버터(35)는, PWM 신호 Au1을 반전시켜, PWM 신호 Bu1을 생성하여 게이트 구동 회로(36), (37)에게 준다.
도 4(A), (B), (C)는, 도 3에 나타낸 전압 지령치 Vor, 삼각파 신호 Cu1, 및 PWM 신호 Au1, Bu1의 파형을 나타내는 타임 차트이다. 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 전압 지령치 Vor은 상용 주파수의 정현파 신호이다. 삼각파 신호 Cu1의 주파수는 전압 지령치 Vor의 주파수(상용 주파수)보다 높다. 삼각파 신호 Cu1의 양측의 피크치는 전압 지령치 Vor의 양측의 피크치보다 높다. 삼각파 신호 Cu1의 음측의 피크치는 전압 지령치 Vor의 음측의 피크치보다 낮다.
도 4(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 삼각파 신호 Cu1의 레벨이 전압 지령치 Vor보다 높은 경우는 PWM 신호 Au1은 「L」레벨로 되고, 삼각파 신호 Cu1의 레벨이 전압 지령치 Vor보다 낮은 경우는 PWM 신호 Au1은 「H」레벨로 된다. PWM 신호 Au1은, 양 펄스 신호열이 된다.
전압 지령치 Vor이 양극성인 기간에서는, 전압 지령치 Vor이 상승하면 PWM 신호 Au1의 펄스 폭은 증대한다. 전압 지령치 Vor이 음극성인 기간에서는, 전압 지령치 Vor이 하강하면 PWM 신호 Au1의 펄스 폭은 감소한다. 도 4(B), (C)에 나타내는 바와 같이, PWM 신호 Bu1은 PWM 신호 Au1의 반전 신호가 된다.
여기서, 「H」레벨로 된 PWM 신호 Au1을 제 1 제어 신호로 하고, 「H」레벨로 된 PWM 신호 Bu1을 제 2 제어 신호로 하면, 도 4(B), (C)에 나타내는 바와 같이, 제 1 및 제 2 제어 신호는 교대로 출력된다. 전압 지령부(31), 삼각파 발생기(32), 비교기(33), 버퍼(34), 및 인버터(35)는, 제 1 및 제 2 제어 신호를 교대로 출력하는 제 1 제어 회로를 구성한다.
도 3으로 돌아와서, 게이트 구동 회로(36)는, PWM 신호 Au1, Bu1과, IGBT Q1, Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V1, V2에 근거하여, IGBT Q1, Q2를 온 및 오프시키기 위한 게이트 구동 신호 VG1, VG2를 생성한다.
게이트 구동 신호 VG1이 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q1이 온한다. IGBT Q1이 온하면, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1이 최소치 V1L로 된다. 게이트 구동 신호 VG1이 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q1이 오프한다. IGBT Q1이 오프하면, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1이 최대치 V1H로 된다. V1L과 V1H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH1이 설정되어 있다.
게이트 구동 신호 VG2가 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q2가 온한다. IGBT Q2가 온하면, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2가 최소치 V2L로 된다. 게이트 구동 신호 VG2가 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q2가 오프한다. IGBT Q2가 오프하면, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2가 최대치 V2H로 된다. V2L과 V2H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH2가 설정되어 있다.
게이트 구동 회로(36)는, IGBT Q1이 온하고 있는 경우에, PWM 신호 Au1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러 PWM 신호 Bu1이 「L」레벨로부터 「H」레벨에 상승된 때에는, 게이트 구동 신호 VG1을 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1과 임계치 전압 VTH1의 고저를 비교하여, V1이 VTH1을 넘은 때에 IGBT Q1이 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG2를 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q2를 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(36)는, IGBT Q2가 온하고 있는 경우에, PWM 신호 Au1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러 PWM 신호 Bu1이 「H」레벨로부터 「L」레벨에 하강된 때에는, 게이트 구동 신호 VG2를 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2와 임계치 전압 VTH2의 고저를 비교하여, V2가 VTH2를 넘은 때에 IGBT Q2가 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG1을 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q1을 온시킨다.
게이트 구동 회로(37)는, PWM 신호 Au1, Bu1과, IGBT Q3, Q4의 컬렉터-이미터 간 전압 V3, V4에 근거하여, IGBT Q3, Q4를 온 및 오프시키기 위한 게이트 구동 신호 VG3, VG4를 생성한다.
게이트 구동 신호 VG3이 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q3이 온한다. IGBT Q3이 온하면, IGBT Q3의 컬렉터-이미터 간 전압 V3이 최소치 V3L로 된다. 게이트 구동 신호 VG3이 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q3이 오프한다. IGBT Q3이 오프하면, IGBT Q3의 컬렉터-이미터 간 전압 V3이 최대치 V3H로 된다. V3L과 V3H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH3이 설정되어 있다.
게이트 구동 신호 VG4가 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q4가 온한다. IGBT Q4가 온하면, IGBT Q4의 컬렉터-이미터 간 전압 V4가 최소치 V4L로 된다. 게이트 구동 신호 VG4가 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q4가 오프한다. IGBT Q4가 오프하면, IGBT Q4의 컬렉터-이미터 간 전압 V4가 최대치 V4H로 된다. V4L과 V4H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH4가 설정되어 있다.
게이트 구동 회로(37)는, IGBT Q4가 온하고 있는 경우에, PWM 신호 Au1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러 PWM 신호 Bu1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된 때에는, 게이트 구동 신호 VG4를 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q4의 컬렉터-이미터 간 전압 V4와 임계치 전압 VTH4의 고저를 비교하고, V4가 VTH4를 넘은 때에 IGBT Q4가 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG3을 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q3을 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(37)는, IGBT Q3이 온하고 있는 경우에, PWM 신호 Au1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러 PWM 신호 Bu1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된 때에는, 게이트 구동 신호 VG3을 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q3의 컬렉터-이미터 간 전압 V3과 임계치 전압 VTH3의 고저를 비교하여, V3이 VTH3을 넘은 때에 IGBT Q3이 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG4를 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q4를 온시킨다.
도 5는, 게이트 구동 회로(36)의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 도 5에 있어서, 게이트 구동 회로(36)는, 전압 검출기(41), (42), 비교기(43), (44), 지연 회로(45), (46), AND 게이트(47), (48), 및 드라이버(49), (50)를 포함한다.
전압 검출기(41)는, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2를 검출하고, 그 검출치를 나타내는 신호 V2f를 출력한다. 전압 검출기(42)는, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1을 검출하고, 그 검출치를 나타내는 신호 V1f를 출력한다.
비교기(43)(제 2 비교기)는, 전압 검출기(41)의 출력 신호 V2f에 의해서 나타나는 전압 V2와 임계치 전압 VTH2의 고저를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 신호
Figure 112021102056810-pct00001
43을 출력한다. V2＜VTH2일 때 신호
Figure 112021102056810-pct00002
43은 「L」레벨이 되고, V2＞VTH2 때 신호
Figure 112021102056810-pct00003
43은 「H」레벨이 된다.
비교기(44)(제 1 비교기)는, 전압 검출기(42)의 출력 신호 V1f에 의해서 나타나는 전압 V1과 임계치 전압 VTH1의 고저를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 신호
Figure 112021102056810-pct00004
44를 출력한다. V1＜VTH1일 때 신호
Figure 112021102056810-pct00005
44는 「L」레벨이 되고, V1＞VTH1일 때 신호
Figure 112021102056810-pct00006
44는 「H」레벨이 된다.
임계치 전압 VTH1, VTH2는, 각각 IGBT Q1, Q2의 특성에 대응하여 설정된다. 임계치 전압 VTH1, VTH2는, 서로 다른 전압이어도 좋고, 동일 전압이어도 상관없다.
지연 회로(45)는, PWM 신호 Au1의 상승 에지만을 소정 시간 Td1만큼 지연시켜서 신호
Figure 112021102056810-pct00007
45를 생성한다. 지연 회로(46)는, PWM 신호 Bu1의 상승 에지만을 소정 시간 Td2만큼 지연시켜 신호
Figure 112021102056810-pct00008
46을 생성한다. 지연 시간 Td1, Td2는, 각각 IGBT Q1, Q2의 특성에 대응하여 설정된다. 지연 시간 Td1, Td2는, 서로 다른 시간이어도 좋고, 동일 시간이어도 상관없다.
도 6은, 지연 회로(45)의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 6에 있어서, 지연 회로(45)는, AND 게이트(51)와, 직렬 접속된 짝수단의 인버터(52)를 포함한다. PWM 신호 Au1은, AND 게이트(51)의 한쪽 입력 노드에게 직접 주어짐과 아울러, 짝수단의 인버터(52)를 통하여 AND 게이트(51)의 다른 쪽 입력 노드에게 주어진다. AND 게이트(51)의 출력 신호가 지연 회로(45)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00009
45가 된다. 인버터(52)의 수는, 지연 시간 Td1에 대응하여 설정된다.
PWM 신호 Au1이 「H」레벨로 되어 있는 경우, 최종단의 인버터(52)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00010
52는 「H」레벨이 되고, AND 게이트(51)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00011
45는 「H」레벨로 되어 있다. PWM 신호 Au1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강되면, 곧바로, AND 게이트(51)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00012
45는 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된다.
PWM 신호 Au1이 「L」레벨로 되어 있는 경우, 최종단의 인버터(52)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00013
52는 「L」레벨이 되고, AND 게이트(51)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00014
45는 「L」레벨로 되어 있다. PWM 신호 Au1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승되면, 지연 시간 Td1의 경과 후에 최종단의 인버터(52)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00015
52가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승되고, AND 게이트(51)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00016
45가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된다.
따라서, 이 지연 회로(45)에 의하면, PWM 신호 Au1의 상승 에지 및 하강 에지 중 상승 에지만이 지연 시간 Td1만큼 지연된다. 지연 회로(46)는, 지연 회로(45)와 같은 구성이다.
도 5로 돌아와서, AND 게이트(47)는, 비교기(43)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00017
43와 지연 회로(45)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00018
45의 논리 곱 신호
Figure 112021102056810-pct00019
47을 출력한다. 드라이버(49)는, 신호
Figure 112021102056810-pct00020
47와 동일한 논리 레벨의 게이트 구동 신호 VG1을 생성한다. 게이트 구동 신호 VG1은, 전압 신호이며, 대응하는 IGBT Q1의 게이트-이미터 간에 주어진다.
AND 게이트(48)는, 비교기(44)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00021
44와 지연 회로(46)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00022
46의 논리 곱 신호
Figure 112021102056810-pct00023
48을 출력한다. 드라이버(50)는, 신호
Figure 112021102056810-pct00024
48와 동일한 논리 레벨의 게이트 구동 신호 VG2를 생성한다. 게이트 구동 신호 VG2는, 전압 신호이며, 대응하는 IGBT Q2의 게이트-이미터 간에 주어진다.
도 7은, 도 5에 나타낸 게이트 구동 회로(36)의 동작을 예시하는 타임 차트이다. 도 7에서는, PWM 신호 Au1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된 경우에 있어서의 게이트 구동 회로(36)의 동작이 나타나고 있다.
도 7에 있어서, (A)는 PWM 신호 Au1의 파형을 나타내고, (B)는 지연 회로(45)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00025
45의 파형을 나타내고, (C)는 게이트 구동 신호 VG1의 파형을 나타내고, (D)는 IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1의 파형을 나타내고, (E)는 비교기(44)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00026
44의 파형을 나타내고 있다.
또, (F)는 PWM 신호 Bu1의 파형을 나타내고, (G)는 지연 회로(46)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00027
46의 파형을 나타내고, (H)는 AND 게이트(48)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00028
48의 파형을 나타내고, (I)는 게이트 구동 신호 VG2의 파형을 나타내고, (J)는 IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2의 파형을 나타내고, (K)는 비교기(43)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00029
43의 파형을 나타내고 있다.
시각 t0에서는, PWM 신호 Au1이 「H」레벨로 되어 있고, 지연 회로(45)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00030
45는 「H」레벨로 되고, 게이트 구동 신호 VG1은 활성화 레벨인 「H」레벨로 되어 있다. 이 때문에 IGBT Q1은 온하고, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1은 최소치 V1L이 되고, 비교기(44)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00031
44는 「L」레벨로 되어 있다.
또, PWM 신호 Bu1은 「L」레벨로 되고, 지연 회로(46)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00032
46은 「L」레벨로 되고, AND 게이트(48)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00033
48은 「L」레벨로 되고, 게이트 구동 신호 VG2는 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되어 있다. 이 때문에 IGBT Q2는 오프하고, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2는 최대치 V2H가 되어, 비교기(43)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00034
43은 「H」레벨로 되어 있다.
어느 시각 t1에 있어서, PWM 신호 Au1이 「L」레벨로 하강되면, 지연 회로(45)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00035
45는 「L」레벨로 하강되고, 게이트 구동 신호 VG1이 비활성화 레벨인 「L」레벨을 향해 하강하고, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1이 최대치 V1H를 향해 상승한다.
IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1이 임계치 전압 VTH1을 넘으면(시각 t2), 비교기(44)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00036
44는 「H」레벨로 상승된다. 임계치 전압 VTH1은, V1의 최대치 V1H보다 약간 낮은 전압으로 설정되어 있고, V1＞VTH1가 되었을 때, IGBT Q1은 오프 상태로 되어 있다.
또, 시각 t1에 있어서, PWM 신호 Bu1은 「H」레벨로 상승되고, 시각 t1로부터 지연 시간 Td2가 경과한 후에 지연 회로(46)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00037
46이 「H」레벨로 상승된다.
시각 t2에 있어서, 비교기(44)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00038
44가 「H」레벨로 상승되면, AND 게이트(48)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00039
48이 「H」레벨로 상승되고, 게이트 구동 신호 VG2가 「H」레벨을 향해 상승하고, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2는 최소치 V2L을 향해 하강한다.
IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2가 임계치 전압 VTH2보다 저하하면(시각 t3), 비교기(43)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00040
43은 「L」레벨로 하강된다. 시각 t4에 있어서, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2가 최소치 V2L에 도달하고, IGBT Q2는 온 상태로 된다.
도 8은, 도 5에 나타낸 게이트 구동 회로(36)의 동작을 예시하는 다른 타임 차트이다. 도 8에서는, PWM 신호 Au1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된 경우에 있어서의 게이트 구동 회로(36)의 동작이 나타나고 있다.
도 8에 있어서, (A)는 PWM 신호 Bu1의 파형을 나타내고, (B)는 지연 회로(46)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00041
46의 파형을 나타내고, (C)는 게이트 구동 신호 VG2의 파형을 나타내고, (D)는 IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2의 파형을 나타내고, (E)는 비교기(43)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00042
43의 파형을 나타내고 있다.
또, (F)는 PWM 신호 Au1의 파형을 나타내고, (G)는 지연 회로(45)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00043
45의 파형을 나타내고, (H)는 AND 게이트(47)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00044
47의 파형을 나타내고, (I)는 게이트 구동 신호 VG1의 파형을 나타내고, (J)는 IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1의 파형을 나타내고, (K)는 비교기(44)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00045
44의 파형을 나타내고 있다.
시각 t0에서는, PWM 신호 Bu1은 「H」레벨로 되고, 지연 회로(46)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00046
46은 「H」레벨로 되고, 게이트 구동 신호 VG2는 활성화 레벨인 「H」레벨로 되고, IGBT Q2는 온하고, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2는 최소치 V2L이 되고, 비교기(43)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00047
43은 「L」레벨로 되어 있다.
또, PWM 신호 Au1은 「L」레벨로 되고, 지연 회로(45)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00048
45는 「L」레벨로 되고, AND 게이트(47)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00049
47은 「L」레벨로 되고, 게이트 구동 신호 VG1은 「L」레벨로 되고, IGBT Q1은 오프하고, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1은 최대치 V1H가 되고, 비교기(44)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00050
44는 「H」레벨로 되어 있다.
어느 시각 t1에 있어서, PWM 신호 Au1이 「H」레벨로 상승되어 PWM 신호 Bu1이 「L」레벨로 하강되면, 지연 회로(46)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00051
46은 「L」레벨로 하강되고, 게이트 구동 신호 VG2가 비활성화 레벨인 「L」레벨을 향해 하강하고, IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2가 최대치 V2H를 향해 상승한다.
IGBT Q2의 컬렉터-이미터 간 전압 V2가 임계치 전압 VTH2를 넘으면(시각 t2), 비교기(43)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00052
43은 「H」레벨로 상승된다. 임계치 전압 VTH2는, V2의 최대치 V2H보다 약간 낮은 전압으로 설정되어 있고, V2＞VTH2가 되었을 때, IGBT Q2는 오프 상태로 되어 있다. 또, PWM 신호 Au1이 「H」레벨로 상승되고 나서 지연 시간 Td1이 경과한 후에 지연 회로(45)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00053
45가 「H」레벨로 상승된다.
시각 t2에 있어서, 비교기(43)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00054
43이 「H」레벨로 상승되면, AND 게이트(47)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00055
47이 「H」레벨로 상승되고, 게이트 구동 신호 VG1이 「H」레벨을 향해 상승하고, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1은 최소치 V1L을 향해 하강한다. IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1이 임계치 전압 VTH1보다 저하하면(시각 t3), 비교기(44)의 출력 신호
Figure 112021102056810-pct00056
44는 「L」레벨로 하강된다. 시각 t4에 있어서, IGBT Q1의 컬렉터-이미터 간 전압 V1이 최소치 V1L에 도달하고, IGBT Q1이 온 상태로 된다.
게이트 구동 회로(37)(도 3)의 구성 및 동작은, 게이트 구동 회로(36)의 구성 및 동작과 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다.
도 9는, 도 1에 나타낸 컨버터(6) 및 그 주변부의 구성을 나타내는 회로 블록도이며, 도 2와 대비되는 도면이다. 도 9에 있어서, 컨버터(6)는, IGBT Q11~Q14 및 다이오드 D11~D14를 포함한다. IGBT Q11, Q12는, 각각 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 구성한다. IGBT Q11, Q13의 컬렉터는 모두 직류 라인 L1(제 1 직류 단자)에 접속되고, 그들의 이미터는 각각 입력 노드(교류 단자)(6a), (6b)에 접속된다.
IGBT Q12, Q14의 컬렉터는 각각 입력 노드(6a), (6b)에 접속되고, 그들의 이미터는 모두 직류 라인 L2에 접속된다. 다이오드 D11~D14는, 각각 IGBT Q11~Q14에 역병렬로 접속된다. 컨버터(6)의 입력 노드(6a)는 리액터(5)(도 1)를 통하여 노드 N1에 접속되고, 입력 노드(6b)는 중성점 NP에 접속된다. 콘덴서(4)는, 노드 N1과 중성점 NP 사이에 접속된다.
도 2 및 도 9로부터 알 수 있듯이, 콘덴서(9)에서 보면, 인버터(10)와 컨버터(6)는 동일한 구성이다. 또, 콘덴서(9)의 초기 충전이 완료된 후에는, 컨버터(6)는 인버터(10)와 마찬가지로 동작한다. 콘덴서(9)의 초기 충전 시에는, 인버터(10)의 운전은 정지되고, IGBT Q11~Q14는 오프된다. 상용 교류 전원(21)(도 1)으로부터 공급되는 교류 입력 전압 Vi는, 다이오드 D11~D14에 의해서 전파 정류되어, 직류 라인 L1, L2 간에 주어지고, 콘덴서(9)에 의해서 평활화되어 직류 전압 VDC가 된다. 콘덴서(9)의 초기 충전을 행하는 직류 전원이 별도 마련되어 있어도 상관없다.
콘덴서(9)의 초기 충전이 완료하면, IGBT Q11~Q14의 온/오프 제어가 개시된다. 이 컨버터(6)에서는, 인버터(10)와 마찬가지로, IGBT Q11, Q14와 IGBT Q12, Q13이 교대로 온된다.
IGBT Q11, Q14가 온됨과 아울러 IGBT Q12, Q13이 오프되면, 콘덴서(9)의 양측 단자(직류 라인 L1)가 IGBT Q11을 통하여 입력 노드(6a)에 접속됨과 아울러, 입력 노드(6b)가 IGBT Q14를 통하여 콘덴서(9)의 음측 단자(직류 라인 L2)에 접속되고, 입력 노드(6a), (6b) 간에 콘덴서(9)의 단자 간 전압이 출력된다. 즉, 입력 노드(6a), (6b) 간에 양의 직류 전압이 출력된다.
IGBT Q12, Q13이 온됨과 아울러 IGBT Q11, Q14가 오프되면, 콘덴서(9)의 양측 단자(직류 라인 L1)가 IGBT Q13을 통하여 입력 노드(6b)에 접속됨과 아울러, 입력 노드(6a)가 IGBT Q12를 통하여 콘덴서(9)의 음측 단자(직류 라인 L2)에 접속되고, 입력 노드(6b), (6a) 간에 콘덴서(9)의 단자 간 전압이 출력된다. 즉, 입력 노드(6a), (6b) 간에 음의 직류 전압이 출력된다.
여기서, 컨버터(6)의 문제점에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, IGBT Q11과 IGBT Q12는 교대로 온된다. IGBT Q11이 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q12가 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에, IGBT Q11이 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 IGBT Q12를 온시키면, 콘덴서(9)의 양측 단자(직류 라인 L1)로부터 IGBT Q11, Q12를 통하여 콘덴서(9)의 음측 단자(직류 라인 L2)로 과전류가 흘러, IGBT Q11, Q12가 파손되어 버린다.
반대로, IGBT Q12가 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q11이 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에, IGBT Q12가 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 IGBT Q11을 온시키면, 콘덴서(9)의 양측 단자(직류 라인 L1)로부터 IGBT Q11, Q12를 통하여 콘덴서(9)의 음측 단자(직류 라인 L2)로 과전류가 흘러, IGBT Q11, Q12가 파손되어 버린다. IGBT Q14, Q13에 대해서도, IGBT Q11, Q12와 동일한 문제가 있다. 본 실시의 형태 1은, 이 문제의 해결도 도모하는 것이다.
도 10은, 도 1에 나타낸 제어 장치(18)에 포함되는 컨버터 제어부(60)의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 도 10에 있어서, 컨버터 제어부(60)는, 전압 지령부(61), 삼각파 발생기(62), 비교기(63), 버퍼(64), 인버터(65), 및 게이트 구동 회로(66), (67)를포함한다.
전압 지령부(61)는, 콘덴서(9)의 단자 간 전압 VDC와, 노드 N1(도 1)에 나타나는 교류 입력 전압 Vi의 순시치와, 전류 검출기(3)(도 1)의 출력 신호 Iif에 근거하여, 정현파 형상의 전압 지령치 Vir을 생성한다.
즉, 전압 지령부(61)는, 직류 전압 VDC와 참조 전압 VDCr의 편차 ΔVDC=VDC-VDCr에 근거하여, 전압 지령치 Vir과 교류 입력 전압 Vi의 위상차 θ를 설정한다. ΔVDC＞0인 경우에는 θ＞0으로 된다. 이 경우는, 컨버터(6)의 노드(6a), (6b) 간에 출력되는 교류 전압의 위상이 교류 입력 전압 Vi의 위상보다 앞서고, 콘덴서(9)로부터 상용 교류 전원(21)에 전력이 공급되고, 직류 전압 VDC가 감소한다.
또, ΔVDC＜0인 경우에는 θ＜0으로 된다. 이 경우는, 컨버터(6)의 노드(6a), (6b) 간에 출력되는 교류 전압의 위상이 교류 입력 전압 Vi의 위상보다 늦고, 상용 교류 전원(21)으로부터 콘덴서(9)에 전력이 공급되고, 직류 전압 VDC가 증대한다. 따라서, 직류 전압 VDC는 참조 전압 VDCr로 유지된다.
삼각파 발생기(62)는, 상용 주파수(예를 들어 60Hz)보다 충분히 높은 주파수 fH(예를 들어 20KHz)의 삼각파 신호 Cu2를 출력한다. 비교기(63)는, 전압 지령부(61)로부터의 전압 지령치 Vir과 삼각파 발생기(62)로부터의 삼각파 신호 Cu2의 고저를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 PWM 신호 Au2를 출력한다. 버퍼(64)는, PWM 신호 Au2를 게이트 구동 회로(66)에게 준다. 인버터(65)는, PWM 신호 Au2를 반전시켜, PWM 신호 Bu2를 생성하여 게이트 구동 회로(66)에게 준다.
전압 지령치 Vir, 삼각파 신호 Cu2, 및 PWM 신호 Au2, Bu2의 파형은, 도 4에 나타낸 전압 지령치 Vor, 삼각파 신호 Cu1, 및 PWM 신호 Au1, Bu1의 파형과 같게 된다.
도 10으로 돌아와서, 게이트 구동 회로(66)는, PWM 신호 Au2, Bu2와, IGBT Q11, Q12의 컬렉터-이미터 간 전압 V11, V12에 근거하여, IGBT Q11, Q12를 제어하기 위한 게이트 구동 신호 VG11, VG12를 생성한다.
게이트 구동 신호 VG11이 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q11이 온한다. IGBT Q11이 온하면, IGBT Q11의 컬렉터-이미터 간 전압 V11이 최소치 V11L로 된다. 게이트 구동 신호 VG11이 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q11이 오프한다. IGBT Q11이 오프하면, IGBT Q11의 컬렉터-이미터 간 전압 V11이 최대치 V11H로 된다. V11L과 V11H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH11이 설정되어 있다.
게이트 구동 신호 VG12가 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q12가 온한다. IGBT Q12가 온하면, IGBT Q12의 컬렉터-이미터 간 전압 V12가 최소치 V12L로 된다. 게이트 구동 신호 VG12가 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q12가 오프한다. IGBT Q12가 오프하면, IGBT Q12의 컬렉터-이미터 간 전압 V12가 최대치 V12H로 된다. V12L과 V12H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH12가 설정되어 있다.
게이트 구동 회로(66)는, IGBT Q11이 온하고 있는 경우에, PWM 신호 Au2가 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러 PWM 신호 Bu2가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된 때에는, 게이트 구동 신호 VG11을 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q11의 컬렉터-이미터 간 전압 V11과 임계치 전압 VTH11의 고저를 비교하고, V11이 VTH11을 넘은 때에 IGBT Q11이 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG12를 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q12를 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(66)는, IGBT Q12가 온하고 있는 경우에, PWM 신호 Au2가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러 PWM 신호 Bu2가 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된 때에는, 게이트 구동 신호 VG12를 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q12의 컬렉터-이미터 간 전압 V12와 임계치 전압 VTH12의 고저를 비교하고, V12가 VTH12를 넘은 때에 IGBT Q12가 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG11을 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q11을 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(67)는, PWM 신호 Au2, Bu2와, IGBT Q13, Q14의 컬렉터-이미터 간 전압 V13, V14에 근거하여, IGBT Q13, Q14를 온 및 오프시키기 위한 게이트 구동 신호 VG13, VG14를 생성한다.
게이트 구동 신호 VG13이 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q13이 온한다. IGBT Q13이 온하면, IGBT Q13의 컬렉터-이미터 간 전압 V13이 최소치 V13L로 된다. 게이트 구동 신호 VG13이 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q13이 오프한다. IGBT Q13이 오프하면, IGBT Q13의 컬렉터-이미터 간 전압 V13이 최대치 V13H로 된다. V13L과 V13H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH13이 설정되어 있다.
게이트 구동 신호 VG14가 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q14가 온한다. IGBT Q14가 온하면, IGBT Q14의 컬렉터-이미터 간 전압 V14가 최소치 V14L로 된다. 게이트 구동 신호 VG14가 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q14가 오프한다. IGBT Q14가 오프하면, IGBT Q14의 컬렉터-이미터 간 전압 V14가 최대치 V14H로 된다. V14L과 V14H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH14가 설정되어 있다.
게이트 구동 회로(67)는, IGBT Q14가 온하고 있는 경우에, PWM 신호 Au2가 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러 PWM 신호 Bu2가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된 때에는, 게이트 구동 신호 VG14를 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q14의 컬렉터-이미터 간 전압 V14와 임계치 전압 VTH14의 고저를 비교하고, V14가 VTH14를 넘은 때에 IGBT Q14가 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG13을 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q13을 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(67)는, IGBT Q13이 온하고 있는 경우에, PWM 신호 Au2가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러 PWM 신호 Bu2가 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된 때에는, 게이트 구동 신호 VG13을 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q13의 컬렉터-이미터 간 전압 V13과 임계치 전압 VTH13의 고저를 비교하고, V13이 VTH13을 넘은 때에 IGBT Q13이 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG14를 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q14를 온시킨다.
게이트 구동 회로(66), (67)의 각각의 구성 및 동작은, 도 5~도 8에서 나타낸 게이트 구동 회로(36)의 구성 및 동작과 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다.
이상과 같이, 이 실시의 형태 1에서는, IGBT Q1이 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q2가 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에는, 게이트 구동 신호 VG1을 비활성화 레벨로 하고, IGBT Q1의 단자 간 전압 V1이 임계치 전압 VTH1을 넘은 것에 대응하여 게이트 구동 신호 VG2를 활성화 레벨로 한다. 따라서, IGBT Q1이 실제로 오프했을 때에 IGBT Q2를 온시키므로, IGBT Q1, Q2에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수가 있고, 효율의 향상을 도모할 수가 있다. 다른 IGBT Q3, Q4, Q11~Q14에 대해서도, IGBT Q1, Q2와 같다.
도 11은, 실시의 형태 1의 변경예를 나타내는 회로 블록도이며, 도 5와 대비되는 도면이다. 도 11을 참조하여, 이 변경예에서는, 게이트 구동 회로(36)가 게이트 구동 회로(36A)로 치환된다. 게이트 구동 회로(36A)가 게이트 구동 회로(36)와 다른 점은, 지연 회로(45), (46)가 제거되고, PWM 신호 Au1이 AND 게이트(47)의 다른 쪽 입력 노드에 직접 주어짐과 아울러, PWM 신호 Bu1이 AND 게이트(48)의 다른 쪽 입력 노드에 직접 주어지는 점이다. 이것은, 지연 회로(45), (46)의 지연 시간 Td1, Td2를 0초로 한 것과 동일하다. 다른 게이트 구동 회로(37), (66), (67)도 게이트 구동 회로(36A)와 같은 구성으로 변경된다. 이 변경예에서도, 실시의 형태 1과 동일한 효과가 얻어진다.
도 12는, 실시의 형태 1의 비교예를 나타내는 회로 블록도이며, 도 5와 대비되는 도면이다. 도 12를 참조하여, 이 비교예에서는, 게이트 구동 회로(36)가 게이트 구동 회로(36B)로 치환된다. 게이트 구동 회로(36B)가 게이트 구동 회로(36)와 다른 점은, 전압 검출기(41), (42), 비교기(43), (44), 및 AND 게이트(47), (48)가 제거되고, 지연 회로(45), (46)가 지연 회로(45A), (46A)로 치환되어 있는 점이다.
지연 회로(45A)는, PWM 신호 Au1의 상승 에지 및 하강 에지 중 상승 에지만을 일정한 데드 타임 TD1만큼 지연시켜 드라이버(49)에게 준다. 지연 회로(46A)는, PWM 신호 Bu1의 상승 에지 및 하강 에지 중 상승 에지만을 일정한 데드 타임 TD2만큼 지연시켜 드라이버(49)에게 준다.
IGBT Q1, Q2가 각각 온 상태 및 오프 상태로 되어 있는 경우에, PWM 신호 Au1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러, PWM 신호 Bu1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승되면, 게이트 구동 신호 VG1은 신속하게 「L」레벨로 하강되어 IGBT Q1이 오프하고, 게이트 구동 신호 VG2는 데드 타임 TD2의 경과 후에 「H」레벨로 상승되어 IGBT Q2가 온한다.
또, IGBT Q1, Q2가 각각 오프 상태 및 온 상태로 되어 있는 경우에, PWM 신호 Au1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러, PWM 신호 Bu1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강되면, 게이트 구동 신호 VG2는 신속하게 「L」레벨로 하강되어 IGBT Q2가 오프하고, 게이트 구동 신호 VG1은 데드 타임 TD1의 경과 후에 「H」레벨로 상승되어 IGBT Q1이 온한다. 다른 게이트 구동 회로(37), (66), (67)도 게이트 구동 회로(36B)와 같은 구성으로 변경된다.
이 비교예에서는, 데드 타임 TD1, TD2의 각각은 일정치로 고정되어 있다. 그러나, 게이트 구동 신호 VG1을 「L」레벨로 하고 나서 IGBT Q1이 실제로 오프 상태가 될 때까지의 오프 지연 시간 Toff는, 게이트 구동 신호 VG1이 「H」레벨일 때 IGBT Q1에 흐르는 전류(차단 전류 Ioff)에 반비례하여 변화한다.
도 13은, 차단 전류 Ioff와 오프 지연 시간 Toff의 관계를 예시하는 도면이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 차단 전류 Ioff가 최저치일 때 오프 지연 시간 Toff가 최대치로 되고, 차단 전류 Ioff가 증대함 따라 오프 지연 시간 Toff가 감소한다.
따라서, 차단 전류 Ioff의 값에 따라서는 오프 지연 시간 Toff가 데드 타임 TD1, TD2의 각각보다 길어져, IGBT Q1(또는 Q2)가 오프하기 전에 IGBT Q2(또는 Q1)가 온하고, 과전류가 흐를 우려가 있다. 그 한편, 오프 지연 시간 Toff보다 충분히 긴 시간으로 데드 타임 TD1(또는 TD2)을 설정하면, IGBT Q1(또는 Q2)의 온 시간이 짧아져, 효율이 저하해 버린다.
이것에 대해서 본 실시의 형태 1에서는, IGBT Q1이 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q2가 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에는, 게이트 구동 신호 VG1을 비활성화 레벨로 하고, IGBT Q1의 단자 간 전압 V1이 임계치 전압 VTH1을 넘은 것에 대응하여 게이트 구동 신호 VG2를 활성화 레벨로 한다. 따라서, IGBT Q1이 실제로 오프했을 때에 IGBT Q2를 온시키므로, IGBT Q1, Q2에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수가 있고, 또한 효율의 향상을 꾀할 수가 있다.
[실시의 형태 2］
도 14는, 이 발명의 실시의 형태 2에 따른 무정전 전원 장치(70)의 구성을 나타내는 회로 블록도이며, 도 1과 대비되는 도면이다. 도 14를 참조하여, 이 무정전 전원 장치(70)이 실시의 형태 1의 무정전 전원 장치(1)과 다른 점은, 컨버터(6), 쌍방향 초퍼(7), 인버터(10), 및 제어 장치(18)가 각각 컨버터(71), 쌍방향 초퍼(72), 인버터(73), 및 제어 장치(74)와 치환되어 있는 점이다.
도 15는, 인버터(73) 및 그 주변부를 나타내는 회로 블록도이다. 도 15에 있어서, 컨버터(71)와 인버터(73) 사이에는, 3개의 직류 라인 L1~L3이 접속되어 있다. 직류 라인 L2는, 중성점 NP에 접속되어, 중성점 전압(예를 들어 0V)으로 된다. 콘덴서(9)는 2개의 콘덴서(9a), (9b)를 포함한다. 콘덴서(9a)는, 직류 라인 L1, L2 간에 접속되어 있다. 콘덴서(9b)는, 직류 라인 L2, L3 간에 접속되어 있다.
컨버터(71)는, 상용 교류 전원(21)으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는, 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 라인 L1~L3에 공급한다. 이때 컨버터(71)는, 직류 라인 L1, L2 간의 직류 전압 VDCa가 참조 전압 VDCr로 되고, 또한 직류 라인 L2, L3간의 직류 전압 VDCb가 참조 전압 VDCr로 되도록, 콘덴서(9a), (9b)의 각각을 충전한다.
직류 라인 L1, L2, L3의 전압은, 각각 양의 직류 전압(＋VDCr), 중성점 전압(0V), 및 음의 직류 전압(-VDCr)으로 된다. 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시는, 컨버터(71)의 운전은 정지된다.
쌍방향 초퍼(72)는, 통상 시에는, 컨버터(71)에 의해서 생성된 직류 전력을 배터리(23)에 저장한다. 이때 쌍방향 초퍼(72)는, 배터리(23)의 단자 간 전압 VB가 참조 전압 VBr로 되도록, 배터리(23)를 충전한다.
쌍방향 초퍼(72)는, 정전 시에는, 배터리(23)의 직류 전력을 인버터(73)에 공급한다. 이때 쌍방향 초퍼(72)는, 콘덴서(9a), (9b)의 단자 간 전압 VDCa, VDCb의 각각이 참조 전압 VDCr로 되도록 콘덴서(9a), (9b)의 각각을 충전한다.
인버터(73)는, 통상 시에는, 컨버터(71)에 의해서 생성된 직류 전력을 상용 주파수의 교류 전력으로 변환하여 부하(24)에 공급한다. 이때 인버터(73)는, 직류 라인 L1~L3으로부터 공급되는 양의 직류 전압, 중성점 전압, 및 음의 직류 전압에 근거하여 상용 주파수의 교류 출력 전압 Vo를 생성한다.
인버터(73)는, IGBT Q21~Q24 및 다이오드 D21~D24를 포함한다. IGBT Q21(제 1 스위칭 소자)의 컬렉터는 직류 라인 L1(제 1 직류 단자)에 접속되고, 그 이미터는 출력 노드(72a)(교류 단자)에 접속된다. IGBT Q22, Q24(제 2 및 제 4 스위칭 소자)의 컬렉터는 서로 접속되고, 그들의 이미터는 각각 직류 라인 L2(제 2 직류 단자) 및 출력 노드(72a)에 접속된다. IGBT Q23(제 3 스위칭 소자)의 컬렉터는 출력 노드(72a)에 접속되고, 그 이미터는 직류 라인 L3(제 3 직류 단자)에 접속된다. 다이오드 D21~D24는, 각각 IGBT Q21~Q24에 역병렬로 접속된다. 출력 노드(72a)는, 리액터(12)를 통하여 노드 N2에 접속된다.
이 인버터(73)에서는, 제 1 기간에는, IGBT Q23, Q24가 각각 오프 상태 및 온 상태로 되고, IGBT Q21, Q22가 교대로 온되고, 제 2 기간에는, IGBT Q21, Q22가 각각 오프 상태 및 온 상태로 되고, IGBT Q23, Q24가 교대로 온된다.
제 1 기간에 있어서, IGBT Q21이 온되면, 직류 라인 L1로부터 IGBT Q11을 통하여 출력 노드(72a)에 양 전압이 출력된다. 또, IGBT Q22가 온되면, 출력 노드(72a)가 다이오드 D24 및 IGBT Q22를 통하여 직류 라인 L2에 접속됨과 아울러, 직류 라인 L2가 다이오드 D22 및 IGBT Q24를 통하여 출력 노드(72a)에 접속되고, 출력 노드(72a)가 중성점 전압으로 된다. 따라서, 제 1 기간에는, 출력 노드(72a)에 양 전압과 중성점 전압이 교대로 출력된다.
제 2 기간에 있어서, IGBT Q23이 온되면, 출력 노드(72a)가 IGBT Q23을 통하여 직류 라인 L2에 접속되어, 출력 노드(72a)가 음 전압으로 된다. 또, IGBT Q24가 온되면, 직류 라인 L2가 다이오드 D22 및 IGBT Q24를 통하여 출력 노드(72a)에 접속됨과 아울러, 출력 노드(72a)가 다이오드 D24 및 IGBT Q22를 통하여 직류 라인 L2에 접속되어, 출력 노드(72a)가 중성점 전압으로 된다. 따라서, 제 2 기간에는, 출력 노드(72a)에 음 전압과 중성점 전압이 교대로 출력된다.
여기서, 인버터(73)의 문제점에 대해 설명한다. 제 1 기간에 있어서, IGBT Q21이 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q22가 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에, IGBT Q21이 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 IGBT Q22를 온시키면, 콘덴서(9a)의 양측 단자(직류 라인 L1)로부터 IGBT Q21, 다이오드 D24, 및 IGBT Q22를 통하여 콘덴서(9a)의 음측 단자(직류 라인 L2)로 과전류가 흘러, IGBT Q21, 다이오드 D24, 및 IGBT Q22가 파손되어 버린다.
반대로, IGBT Q22가 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q21이 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에, IGBT Q22가 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 IGBT Q21을 온시키면, 콘덴서(9a)의 양측 단자(직류 라인 L1)로부터 IGBT Q21, 다이오드 D24, 및 IGBT Q22를 통하여 콘덴서(9a)의 음측 단자(직류 라인 L2)로 과전류가 흘러, IGBT Q21, 다이오드 D24, 및 IGBT Q22가 파손되어 버린다. IGBT Q24, Q23에 대해서도, IGBT Q21, Q22와 동일한 문제가 있다. 본 실시의 형태 2는, 이 문제의 해결을 도모하는 것이다.
도 16은, 인버터(73)를 제어하는 인버터 제어부(80)의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 도 16에 있어서, 인버터 제어부(80)는, 전압 지령부(81), 삼각파 발생기(82), (83), 비교기(84), (85), 버퍼(86), (87), 인버터(88), (89), 및 게이트 구동 회로(90), (91)를 포함한다.
전압 지령부(81)는, 노드 N2(도 15)에 나타나는 교류 출력 전압 Vo의 순시치와, 전류 검출기(11)(도 15)의 출력 신호 Iof에 근거하여, 정현파 형상의 전압 지령치 Vor를 생성한다. 전압 지령치 Vor의 위상은, 삼상(U상, V상, W상) 중 대응하는 상(여기에서는 U상)의 교류 입력 전압 Vi의 위상에 동기하고 있다.
삼각파 발생기(82)는, 상용 주파수(예를 들어 60Hz)보다 충분히 높은 주파수 fH(예를 들어 20KHz)의 삼각파 신호 Cu1a를 출력한다. 삼각파 발생기(83)는, 삼각파 신호 Cu1a와 동위상으로 동일한 주파수 fH의 삼각파 신호 Cu1b를 출력한다.
비교기(84)는, 전압 지령부(81)로부터의 전압 지령치 Vor과 삼각파 발생기(82)로부터의 삼각파 신호 Cu1a의 고저를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00057
1을 출력한다. 버퍼(86)는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00058
1을 게이트 구동 회로(90)에게 준다. 인버터(88)는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00059
1을 반전시켜, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00060
2를 생성하여 게이트 구동 회로(90)에게 준다.
비교기(85)는, 전압 지령부(81)으로부터의 전압 지령치 Vor과 삼각파 발생기(83)로부터의 삼각파 신호 Cu1b의 고저를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00061
3을 출력한다. 버퍼(87)는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00062
3을 게이트 구동 회로(91)에게 준다. 인버터(89)는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00063
3을 반전시켜, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00064
4를 생성하여 게이트 구동 회로(91)에게 준다.
도 17은, 도 16에 나타낸 전압 지령치 Vor, 삼각파 신호 Cu1a, Cu1b, 및 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00065
1~
Figure 112021102056810-pct00066
4의 파형을 나타내는 타임 차트이다. 도 17에 있어서, (A)는 전압 지령치 Vor 및 삼각파 신호 Cu1a, Cu1b의 파형을 나타내고, (B), (C), (D), (E)는 각각 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00067
1,
Figure 112021102056810-pct00068
3,
Figure 112021102056810-pct00069
4,
Figure 112021102056810-pct00070
2의 파형을 나타내고 있다.
도 17(A)에 나타내는 바와 같이, 전압 지령치 Vor은 상용 주파수의 정현파 신호이다. 삼각파 신호 Cu1a의 최저치는 0V이고, 그 최고치는 전압 지령치 Vor의 양의 피크치보다 높다. 삼각파 신호 Cu1b의 최고치는 0V이고, 그 최저치는 전압 지령치 Vor의 음의 피크치보다 낮다. 삼각파 신호 Cu1a, Cu1b는 동위상의 신호이며, 삼각파 신호 Cu1a, Cu1b의 위상은 전압 지령치 Vor의 위상에 동기하고 있다. 삼각파 신호 Cu1a, Cu1b의 주파수는, 전압 지령치 Vor의 주파수(상용 주파수)보다 높다.
도 17(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 삼각파 신호 Cu1a의 레벨이 전압 지령치 Vor보다 높은 경우에는(시각 t0~t1, t2~t3, t4~t9,…), PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00071
1은 「L」레벨로 된다. 반대로, 삼각파 신호 Cu1a의 레벨이 전압 지령치 Vor보다 낮은 경우에는(시각 t1~t2, t3~t4,…), PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00072
1은 「H」레벨로 된다. PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00073
1은, 양 펄스 신호열이 된다.
전압 지령치 Vor이 양극성인 제 1 기간에서는, 전압 지령치 Vor이 상승하면 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00074
1의 펄스 폭은 증대한다. 전압 지령치 Vor이 음극성인 제 2 기간에서는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00075
1은 「L」레벨로 고정된다. 도 17(B), (E)에 나타내는 바와 같이, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00076
2는 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00077
1의 반전 신호이다.
여기서, 「H」레벨로 된 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00078
1,
Figure 112021102056810-pct00079
2를 각각 제 1 및 제 2 제어 신호로 하면, 도 17(B), (E)에 나타내는 바와 같이, 제 1 및 제 2 제어 신호는 교대로 출력된다. 전압 지령부(81), 삼각파 발생기(82), 비교기(84), 버퍼(86), 및 인버터(88)는, 제 1 및 제 2 제어 신호를 교대로 출력하는 제 1 제어 회로를 구성한다.
도 17(A), (C)에 나타내는 바와 같이, 삼각파 신호 Cu1b의 레벨이 전압 지령치 Vor보다 낮은 경우에는(시각 t0~t5, t6~t7,…), PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00080
3은 「L」레벨로 된다. 반대로, 삼각파 신호 Cu1b의 레벨이 전압 지령치 Vor보다 높은 경우에는(시각 t5~t6, t7~t8,…), PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00081
3은 「H」레벨로 된다. PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00082
3은, 양 펄스 신호열이 된다.
전압 지령치 Vor이 양극성인 제 1 기간에서는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00083
3은 「L」레벨로 고정된다. 전압 지령치 Vor이 음극성인 제 2 기간에서는, 전압 지령치 Vor이 하강하면 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00084
3의 펄스 폭은 증대한다. 도 17(C), (D)에 나타내는 바와 같이, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00085
4는 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00086
3의 반전 신호이다.
여기서, 「H」레벨로 된 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00087
3,
Figure 112021102056810-pct00088
4를 각각 제 3 및 제 4 제어 신호로 하면, 도 17(C), (D)에 나타내는 바와 같이, 제 3 및 제 4 제어 신호는 교대로 출력된다. 전압 지령부(81), 삼각파 발생기(83), 비교기(85), 버퍼(87), 및 인버터(89)는, 제 3 및 제 4 제어 신호를 교대로 출력하는 제 2 제어 회로를 구성한다.
도 17(B)~(E)에 나타내는 바와 같이 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00089
1~
Figure 112021102056810-pct00090
4의 파형이 변화하면, 도 17(A)에 나타낸 전압 지령치 Vor과 동일한 파형의 교류 출력 전압 Vo가 노드 N2 및 중성점 NP 간에 출력된다. 또한, 도 17(A)~(E)에서는 U상에 대응하는 전압 지령치 Vor 및 신호 Cu1a, Cu1b,
Figure 112021102056810-pct00091
1~
Figure 112021102056810-pct00092
4의 파형을 나타냈지만, V상 및 W상의 각각에 대응하는 전압 지령치 및 신호의 파형도 같다. 다만, U상, V상, 및 W상에 대응하는 전압 지령치 및 신호의 위상은 120도씩 어긋나 있다.
도 16으로 돌아와서, 게이트 구동 회로(90)는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00093
1,
Figure 112021102056810-pct00094
2와, IGBT Q21, Q22의 컬렉터-이미터 간 전압 V21, V22에 근거하여, IGBT Q21, Q22를 온 및 오프시키기 위한 게이트 구동 신호 VG21, VG22를 생성한다.
게이트 구동 신호 VG21이 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q21이 온한다. IGBT Q21이 온하면, IGBT Q21의 컬렉터-이미터 간 전압 V21이 최소치 V21L로 된다. 게이트 구동 신호 VG21이 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q21이 오프한다. IGBT Q21이 오프하면, IGBT Q21의 컬렉터-이미터 간 전압 V21이 최대치 V21H로 된다. V21L과 V21H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH21이 설정되어 있다.
게이트 구동 신호 VG22가 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q22가 온한다. IGBT Q22가 온하면, IGBT Q22의 컬렉터-이미터 간 전압 V22가 최소치 V22L로 된다. 게이트 구동 신호 VG22가 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q22가 오프한다. IGBT Q22가 오프하면, IGBT Q22의 컬렉터-이미터 간 전압 V22가 최대치 V22H로 된다. V22L과 V22H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH22가 설정되어 있다.
게이트 구동 회로(90)는, IGBT Q21이 온하고 있는 경우에, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00095
1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00096
2가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된 때에는, 게이트 구동 신호 VG21을 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q21의 컬렉터-이미터 간 전압 V21과 임계치 전압 VTH21의 고저를 비교하고, V21이 VTH21을 넘은 때에 IGBT Q21이 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG22를 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q22를 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(90)는, IGBT Q22가 온하고 있는 경우에, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00097
1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00098
2가 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된 때에는, 게이트 구동 신호 VG22를 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q22의 컬렉터-이미터 간 전압 V22과 임계치 전압 VTH22의 고저를 비교하고, V22가 VTH22를 넘은 때에 IGBT Q22가 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG21을 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q21을 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(91)는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00099
3,
Figure 112021102056810-pct00100
4와 IGBT Q23, Q24의 컬렉터-이미터 간 전압 V23, V24에 근거하여, IGBT Q23, Q24를 온 및 오프시키기 위한 게이트 구동 신호 VG23, VG24를 생성한다.
게이트 구동 신호 VG23이 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q23이 온한다. IGBT Q23이 온하면, IGBT Q23의 컬렉터-이미터 간 전압 V23이 최소치 V23L로 된다. 게이트 구동 신호 VG23이 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q23이 오프한다. IGBT Q23이 오프하면, IGBT Q23의 컬렉터-이미터 간 전압 V3이 최대치 V23H로 된다. V23L과 V23H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH23이 설정되어 있다.
게이트 구동 신호 VG24가 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q24가 온한다. IGBT Q24가 온하면, IGBT Q24의 컬렉터-이미터 간 전압 V24가 최소치 V24L로 된다. 게이트 구동 신호 VG24가 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q24가 오프한다. IGBT Q24가 오프하면, IGBT Q24의 컬렉터-이미터 간 전압 V24가 최대치 V24H로 된다. V24L과 V24H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH24가 설정되어 있다.
게이트 구동 회로(91)는, IGBT Q23이 온하고 있는 경우에, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00101
3이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00102
4가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된 때에는, 게이트 구동 신호 VG23을 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q23의 컬렉터-이미터 간 전압 V23과 임계치 전압 VTH23의 고저를 비교하고, V23이 VTH23을 넘은 때에 IGBT Q23이 오프 상태가 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG24를 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q24를 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(91)는, IGBT Q24가 온하고 있는 경우에, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00103
3이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00104
4가 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된 때에는, 게이트 구동 신호 VG24를 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q24의 컬렉터-이미터 간 전압 V24과 임계치 전압 VTH24의 고저를 비교하고, V24가 VTH24를 넘은 때에 IGBT Q24가 오프 상태가 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG23을 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q23을 온시킨다.
게이트 구동 회로(90), (91)의 각각의 구성 및 동작은, 게이트 구동 회로(36)의 구성(도 5) 및 동작(도 7, 도 8)과 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다. 또, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 콘덴서(9a), (9b)로부터 보면 컨버터(71)와 인버터(73)는 같은 구성이며, 콘덴서(9a), (9b)의 초기 충전이 완료한 후에는 컨버터(71)는 인버터로서 동작하고, 컨버터(71)를 제어하는 컨버터 제어부는 인버터 제어부(80)(도 16)와 같다.
이상과 같이, 이 실시의 형태 2에서는, IGBT Q21이 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q22가 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에는, 게이트 구동 신호 VG21을 비활성화 레벨로 하고, IGBT Q21의 단자 간 전압 V21이 임계치 전압 VTH21을 넘은 것에 대응하여 게이트 구동 신호 VG22를 활성화 레벨로 한다. 따라서, IGBT Q21이 실제로 오프한 때에 IGBT Q22를 온시키므로, IGBT Q21, Q22에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수가 있고, 또한 효율의 향상을 도모할 수가 있다. IGBT Q23, Q24에 대해서도, IGBT Q21, Q22와 같다.
도 18은, 실시의 형태 2의 변경예를 나타내는 회로 블록도이며, 도 15와 대비되는 도면이다. 이 변경예에서는, 도 15의 인버터(73)가 인버터(73A)로 치환된다. 인버터(73A)가 인버터(73)와 다른 점은, IGBT Q22와 IGBT Q24가 반대로 접속되어 있는 점이다. 즉, IGBT Q22, Q24의 이미터가 서로 접속되고, IGBT Q22, Q24의 컬렉터가 각각 출력 노드(72a) 및 직류 라인 L2에 접속된다. 다이오드 D22, D24는, 각각 IGBT Q22, Q24에 역병렬로 접속된다. 이 변경예에서는, 실시의 형태 2와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[실시의 형태 3］
도 19는, 이 발명의 실시의 형태 3에 따른 무정전 전원 장치의 주요부를 나타내는 회로 블록도이며, 도 15와 대비되는 도면이다. 도 19를 참조하여, 이 무정전 전원 장치가 실시의 형태 2의 무정전 전원 장치(1)과 다른 점은, 컨버터(71) 및 인버터(73)가 각각 컨버터(95) 및 인버터(96)와 치환되어 있는 점이다.
도 19에 있어서, 컨버터(95)는, 상용 교류 전원(21)으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는, 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 라인 L1~L3에 공급한다. 이때 컨버터(95)는, 직류 라인 L1, L2 간의 직류 전압 VDCa가 참조 전압 VDCr로 되고, 또한 직류 라인 L2, L3 간의 직류 전압 VDCb가 참조 전압 VDCr로 되도록, 콘덴서(9a), (9b) 각각을 충전한다.
직류 라인 L1, L2, L3의 전압은, 각각 양의 직류 전압(+VDCr), 중성점 전압(0V), 및 음의 직류 전압(-VDCr)으로 된다. 상용 교류 전원(21)으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시는, 컨버터(95)의 운전은 정지된다.
인버터(96)는, 통상 시에는, 컨버터(95)에 의해서 생성된 직류 전력을 상용 주파수의 교류 전력으로 변환하여 부하(24)에 공급한다. 이때 인버터(96)는, 직류 라인 L1~L3으로부터 공급되는 양의 직류 전압, 중성점 전압, 및 음의 직류 전압에 근거하여 상용 주파수의 교류 출력 전압 Vo를 생성한다.
인버터(96)는, IGBT Q31~Q34 및 다이오드 D31~D36을 포함한다. IGBT Q31(제 1 스위칭 소자)의 컬렉터는 직류 라인 L1(제 1 직류 단자)에 접속되고, IGBT Q31의 이미터는 IGBT Q34(제 4 스위칭 소자)의 컬렉터에 접속되고, IGBT Q34의 이미터는 출력 노드(96a)(교류 단자)에 접속된다. IGBT Q32(제 2 스위칭 소자)의 컬렉터는 출력 노드(96a)에 접속되고, IGBT Q32의 이미터는 IGBT Q33(제 3 스위칭 소자)의 컬렉터에 접속되고, IGBT Q33의 이미터는 직류 라인 L2에 접속된다.
다이오드 D31~D34는, 각각 IGBT Q31~Q34에 역병렬로 접속된다. 다이오드 D35(제 1 다이오드)의 애노드는 IGBT Q32의 이미터에 접속되고, 그 캐소드는 직류 라인 L2에 접속된다. 다이오드 D36(제 2 다이오드)의 애노드는 직류 라인 L2에 접속되고, 그 캐소드는 IGBT Q34의 컬렉터에 접속된다.
이 인버터(96)에서는, 제 1 기간에는, IGBT Q33, Q34가 각각 오프 상태 및 온 상태로 되고, IGBT Q31, Q32가 교대로 온되고, 제 2 기간에는, IGBT Q31, Q32가 각각 오프 상태 및 온 상태로 되고, IGBT Q33, Q34가 교대로 온된다.
제 1 기간에 있어서, IGBT Q31이 온되면, 직류 라인 L1로부터 IGBT Q31, Q34를 통하여 출력 노드(96a)에 양 전압이 출력된다. 또, IGBT Q32가 온되면, 출력 노드(96a)가 IGBT Q32 및 다이오드 D35를 통하여 직류 라인 L2에 접속됨과 아울러, 직류 라인 L2가 다이오드 D36 및 IGBT Q34를 통하여 출력 노드(96a)에 접속되고, 출력 노드(96a)가 중성점 전압으로 된다. 따라서, 제 1 기간에는, 출력 노드(96a)에 양 전압과 중성점 전압이 교대로 출력된다.
제 2 기간에 있어서, IGBT Q33이 온되면, 출력 노드(96a)가 IGBT Q32, Q33을 통하여 직류 라인 L3에 접속되고, 출력 노드(96a)가 음 전압으로 된다. 또, IGBT Q34가 온되면, 직류 라인 L2가 다이오드 D36 및 IGBT Q34를 통하여 출력 노드(96a)에 접속됨과 아울러, 출력 노드(96a)가 IGBT Q32 및 다이오드 D35를 통하여 직류 라인 L2에 접속되고, 출력 노드(96a)가 중성점 전압으로 된다. 따라서, 제 2 기간에는, 출력 노드(96a)에 음 전압과 중성점 전압이 교대로 출력된다.
여기서, 인버터(96)의 문제점에 대해 설명한다. 제 1 기간에 있어서, IGBT Q31이 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q32가 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에, IGBT Q31이 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 IGBT Q32를 온시키면, 콘덴서(9a)의 양측 단자(직류 라인 L1)로부터 IGBT Q31, Q34, Q32 및 다이오드 D35를 통하여 콘덴서(9a)의 음측 단자(직류 라인 L2)로 과전류가 흘러, IGBT Q31, Q34, Q32 및 다이오드 D35가 파손되어 버린다.
반대로, IGBT Q32가 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q31이 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에, IGBT Q32가 아직 오프 상태로 되어 있지 않은데도 IGBT Q31을 온시키면, 콘덴서(9a)의 양측 단자(직류 라인 L1)로부터 IGBT Q31, Q34, Q32 및 다이오드 D35를 통하여 콘덴서(9a)의 음측 단자(직류 라인 L2)로 과전류가 흘러, IGBT Q31, Q34, Q32 및 다이오드 D35가 파손되어 버린다. IGBT Q34, Q33에 대해서도, IGBT Q31, Q32와 동일한 문제가 있다. 본 실시의 형태 2는, 이 문제의 해결을 도모하는 것이다.
도 20은, 인버터(96)를 제어하는 인버터 제어부(97)의 구성을 나타내는 회로 블록도이며, 도 16과 대비되는 도면이다. 도 20을 참조하여, 인버터 제어부(97)가 도 16의 인버터 제어부(80)와 다른 점은, 게이트 구동 회로(90), (91)가 각각 게이트 구동 회로(98), (99)로 치환되어 있는 점이다. 전압 지령치 Vor, 삼각파 신호 Cu1a, Cu1b, 및 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00105
1~
Figure 112021102056810-pct00106
4의 파형은, 도 17에서 나타낸 대로이다.
게이트 구동 회로(98)는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00107
1,
Figure 112021102056810-pct00108
2와, IGBT Q31, Q32의 컬렉터-이미터 간 전압 V31, V32에 근거하여, IGBT Q31, Q32를 온 및 오프시키기 위한 게이트 구동 신호 VG31, VG32를 생성한다.
게이트 구동 신호 VG31이 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q31이 온한다. IGBT Q31이 온하면, IGBT Q31의 컬렉터-이미터 간 전압 V31이 최소치 V31L로 된다. 게이트 구동 신호 VG31이 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q31이 오프한다. IGBT Q31이 오프하면, IGBT Q31의 컬렉터-이미터 간 전압 V31이 최대치 V31H로 된다. V31L과 V31H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH31이 설정되어 있다.
게이트 구동 신호 VG32가 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q32가 온한다. IGBT Q32가 온하면, IGBT Q32의 컬렉터-이미터 간 전압 V32가 최소치 V32L로 된다. 게이트 구동 신호 VG32가 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q32가 오프한다. IGBT Q32가 오프하면, IGBT Q32의 컬렉터-이미터 간 전압 V32가 최대치 V32H로 된다. V32L과 V32H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH32가 설정되어 있다.
게이트 구동 회로(98)는, IGBT Q31이 온하고 있는 경우에, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00109
1이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00110
2가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된 때에는, 게이트 구동 신호 VG31을 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q31의 컬렉터-이미터 간 전압 V31과 임계치 전압 VTH31의 고저를 비교하고, V31이 VTH31을 넘은 때에 IGBT Q31이 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG32를 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q32를 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(98)는, IGBT Q32가 온하고 있는 경우에, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00111
1이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00112
2가 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된 때에는, 게이트 구동 신호 VG32를 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q32의 컬렉터-이미터 간 전압 V32와 임계치 전압 VTH32의 고저를 비교하고, V32가 VTH32를 넘은 때에 IGBT Q32가 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG31을 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q31을 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(99)는, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00113
3,
Figure 112021102056810-pct00114
4와, IGBT Q33, Q34의 컬렉터-이미터 간 전압 V33, V34에 근거하여, IGBT Q33, Q34를 온 및 오프시키기 위한 게이트 구동 신호 VG33, VG34를 생성한다.
게이트 구동 신호 VG33이 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q33이 온한다. IGBT Q33이 온하면, IGBT Q33의 컬렉터-이미터 간 전압 V33이 최소치 V33L로 된다. 게이트 구동 신호 VG33이 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q33이 오프한다. IGBT Q33이 오프하면, IGBT Q33의 컬렉터-이미터 간 전압 V33이 최대치 V33H로 된다. V33L과 V33H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH33이 설정되어 있다.
게이트 구동 신호 VG34가 활성화 레벨인 「H」레벨로 되면, IGBT Q34가 온한다. IGBT Q34가 온하면, IGBT Q34의 컬렉터-이미터 간 전압 V34가 최소치 V34L로 된다. 게이트 구동 신호 VG34가 비활성화 레벨인 「L」레벨로 되면, IGBT Q34가 오프한다. IGBT Q34가 오프하면, IGBT Q34의 컬렉터-이미터 간 전압 V34가 최대치 V34H로 된다. V34L과 V34H 사이에 소정의 임계치 전압 VTH34가 설정되어 있다.
게이트 구동 회로(99)는, IGBT Q33이 온하고 있는 경우에, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00115
3이 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강됨과 아울러 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00116
4가 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승된 때에는, 게이트 구동 신호 VG33을 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q33의 컬렉터-이미터 간 전압 V33과 임계치 전압 VTH33의 고저를 비교하고, V33이 VTH33을 넘은 때에 IGBT Q33이 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG34를 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q34를 온시킨다.
또, 게이트 구동 회로(99)는, IGBT Q34가 온하고 있는 경우에, PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00117
3이 「L」레벨로부터 「H」레벨로 상승됨과 아울러 PWM 신호
Figure 112021102056810-pct00118
4가 「H」레벨로부터 「L」레벨로 하강된 때에는, 게이트 구동 신호 VG34를 비활성화 레벨인 「L」레벨로 하고, IGBT Q34의 컬렉터-이미터 간 전압 V34와 임계치 전압 VTH34의 고저를 비교하고, V34가 VTH34를 넘은 때에 IGBT Q34가 오프 상태로 되었다고 판별하고, 게이트 구동 신호 VG33을 활성화 레벨인 「H」레벨로 하여 IGBT Q33을 온시킨다.
게이트 구동 회로(98), (99)의 각각의 구성 및 동작은, 게이트 구동 회로(36)의 구성(도 5) 및 동작(도 7, 도 8)과 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다. 또, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 콘덴서(9a), (9b)로부터 보면 컨버터(95)와 인버터(96)는 같은 구성이고, 콘덴서(9a), (9b)의 초기 충전이 완료한 후에는 컨버터(95)는 인버터로서 동작하고, 컨버터(95)를 제어하는 컨버터 제어부는 인버터 제어부(97)(도 20)와 같다.
이상과 같이, 이 실시의 형태 3에서는, IGBT Q31이 온하고 있는 상태로부터 IGBT Q32가 온하고 있는 상태로 전환하는 경우에는, 게이트 구동 신호 VG31을 비활성화 레벨로 하고, IGBT Q31의 단자 간 전압 V31이 임계치 전압 VTH31을 넘은 것에 대응하여 게이트 구동 신호 VG32를 활성화 레벨로 한다. 따라서, IGBT Q31이 실제로 오프한 때에 IGBT Q32를 온시키므로, IGBT Q31, Q32에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수가 있고, 또한 효율의 향상을 도모할 수가 있다. IGBT Q33, Q34에 대해서도, IGBT Q31, Q32와 같다.
금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 하는 것이다. 본 발명은 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해서 나타나고, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1, 70 무정전 전원 장치, T1　교류 입력 단자, T2　바이패스 입력 단자, T3　배터리 단자, T4　교류 출력 단자, 2, 8, 14, 16 전자 접촉기, 3, 11 전류 검출기, 4, 9, 9a, 9b, 13 콘덴서, 5, 12 리액터, 6, 71, 95 컨버터, 7, 72 쌍방향 초퍼, 10, 73, 96 인버터, 15 반도체 스위치, 17 조작부, 18 제어 장치, 21 상용 교류 전원, 22 바이패스 교류 전원, 23 배터리, 24 부하, Q1~Q4, Q11~Q14, Q21~Q24, Q31~Q34　IGBT, D1~D4, D11~D14, D21~D24, D31~D36　다이오드, 30, 80, 97 인버터 제어부, 31, 61, 81 전압 지령부, 32, 62, 82, 83 삼각파 발생기, 33, 43, 44, 63, 84, 85 비교기, 34, 64, 86, 87 버퍼, 35, 52, 65, 88, 89 인버터, 36, 36A, 36B, 37, 66, 67, 90, 91, 98, 99 게이트 구동 회로, 41, 42 전압 검출기, 45, 45A, 46, 46A　지연 회로, 47, 48, 51　AND 게이트, 49, 50 드라이버.

Claims (11)

  1. 제 1 직류 전압을 받는 제 1 직류 단자와,
    교류 전압을 받는 교류 단자와,
    상기 제 1 직류 전압과 다른 제 2 직류 전압을 받는 제 2 직류 단자와,
    상기 제 1 직류 단자와 상기 교류 단자 사이에 접속되는 제 1 스위칭 소자와,
    상기 교류 단자와 상기 제 2 직류 단자 사이에 접속되는 제 2 스위칭 소자와,
    제 1 및 제 2 제어 신호를 교대로 출력하는 제 1 제어 회로와,
    상기 제 1 제어 회로의 출력 신호에 응답하여 제 1 및 제 2 구동 신호를 생성하고, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 교대로 온시키는 제 1 구동 회로를 구비하고,
    상기 제 1 및 제 2 구동 신호가 활성화 레벨로 되면 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자가 각각 온하고,
    상기 제 1 및 제 2 구동 신호가 비활성화 레벨로 되면 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자가 각각 오프하고,
    상기 제 1 구동 회로는,
    상기 제 1 스위칭 소자가 온되어 있는 경우에는, 상기 제 2 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 상기 제 1 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 1 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 상기 제 2 구동 신호를 활성화 레벨로 하고,
    상기 제 2 스위칭 소자가 온되어 있는 경우에는, 상기 제 1 제어 신호에 응답하여 상기 제 2 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 상기 제 2 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 2 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 상기 제 1 구동 신호를 활성화 레벨로 하는
    전력 변환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자는 각각 제 1 및 제 2 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터이고,
    각각 상기 제 1 및 제 2 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터에 역병렬로 접속된 제 1 및 제 2 다이오드를 더 구비하는 전력 변환 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 회로는, 제 1 기간에는 상기 제 1 및 제 2 제어 신호를 교대로 출력하고, 제 2 기간에는 상기 제 2 제어 신호의 출력을 계속하고,
    상기 제 1 구동 회로는, 상기 제 1 기간에는 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 교대로 온시키고, 상기 제 2 기간에는 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 각각 오프 상태 및 온 상태로 유지하고,
    상기 전력 변환 장치는,
    상기 제 2 직류 전압과 다른 제 3 직류 전압을 받는 제 3 직류 단자와,
    상기 교류 단자와 상기 제 3 직류 단자 사이에 접속되는 제 3 스위칭 소자와,
    상기 제 2 스위칭 소자의 한쪽 단자와 상기 교류 단자 사이, 또는 상기 제 2 스위칭 소자의 다른 쪽 단자와 상기 제 2 직류 단자 사이에 접속되는 제 4 스위칭 소자와,
    상기 제 2 기간에는 제 3 및 제 4 제어 신호를 교대로 출력하고, 상기 제 1 기간에는 상기 제 4 제어 신호의 출력을 계속하는 제 2 제어 회로와,
    상기 제 2 제어 회로의 출력 신호에 응답하여 제 3 및 제 4 구동 신호를 생성하고, 상기 제 2 기간에는 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 교대로 온시키고, 상기 제 1 기간에는 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 각각 오프 상태 및 온 상태로 유지하는 제 2 구동 회로를 더 구비하고,
    상기 제 2 직류 전압은, 상기 제 1 및 제 3 직류 전압의 중간의 전압이며,
    상기 제 3 및 제 4 구동 신호가 활성화 레벨로 되면 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자가 각각 온하고,
    상기 제 3 및 제 4 구동 신호가 비활성화 레벨로 되면 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자가 각각 오프하고,
    상기 제 2 구동 회로는,
    상기 제 3 스위칭 소자가 온하고 있는 경우에는, 상기 제 4 제어 신호에 응답하여 상기 제 3 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 상기 제 3 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 3 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 상기 제 4 구동 신호를 활성화 레벨로 하고,
    상기 제 4 스위칭 소자가 온하고 있는 경우에는, 상기 제 3 제어 신호에 응답하여 상기 제 4 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 상기 제 4 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 4 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 상기 제 3 구동 신호를 활성화 레벨로 하는
    전력 변환 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 스위칭 소자는 각각 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터이고,
    상기 전력 변환 장치는, 각각 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터에 역병렬로 접속되는 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 다이오드를 더 구비하는
    전력 변환 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 회로는, 제 1 기간에는 상기 제 1 및 제 2 제어 신호를 교대로 출력하고, 제 2 기간에는 상기 제 2 제어 신호의 출력을 계속하고,
    상기 제 1 구동 회로는, 상기 제 1 기간에는 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 교대로 온시키고, 상기 제 2 기간에는 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 각각 오프 상태 및 온 상태로 유지하고,
    상기 전력 변환 장치는,
    상기 제 2 직류 전압과 다른 제 3 직류 전압을 받는 제 3 직류 단자와,
    상기 제 2 스위칭 소자의 한쪽 단자와 상기 제 3 직류 단자 사이에 접속되는 제 3 스위칭 소자와,
    상기 제 2 스위칭 소자의 한쪽 단자와 상기 제 2 직류 단자 사이에 접속되는 제 1 다이오드와,
    상기 제 1 스위칭 소자의 한쪽 단자와 상기 교류 단자 사이에 접속되는 제 4 스위칭 소자와,
    상기 제 2 직류 단자와 상기 제 1 스위칭 소자의 한쪽 단자 사이에 접속되는 제 2 다이오드와,
    상기 제 2 기간에는 제 3 및 제 4 제어 신호를 교대로 출력하고, 상기 제 1 기간에는 상기 제 4 제어 신호의 출력을 계속하는 제 2 제어 회로와,
    상기 제 2 제어 회로의 출력 신호에 응답하여 제 3 및 제 4 구동 신호를 생성하고, 상기 제 2 기간에는 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 교대로 온시키고, 상기 제 1 기간에는 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 각각 오프 상태 및 온 상태로 유지하는 제 2 구동 회로를 더 구비하고,
    상기 제 2 직류 전압은, 상기 제 1 및 제 3 직류 전압의 중간의 전압이고,
    상기 제 3 및 제 4 구동 신호가 활성화 레벨로 되면 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자가 각각 온하고,
    상기 제 3 및 제 4 구동 신호가 비활성화 레벨로 되면 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자가 각각 오프하고,
    상기 제 2 구동 회로는,
    상기 제 3 스위칭 소자가 온하고 있는 경우에는, 상기 제 4 제어 신호에 응답하여 상기 제 3 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 상기 제 3 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 3 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 상기 제 4 구동 신호를 활성화 레벨로 하고,
    상기 제 4 스위칭 소자가 온하고 있는 경우에는, 상기 제 3 제어 신호에 응답하여 상기 제 4 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 상기 제 4 스위칭 소자의 단자 간 전압이 제 4 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 상기 제 3 구동 신호를 활성화 레벨로 하는
    전력 변환 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 스위칭 소자는 각각 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터이고,
    상기 전력 변환 장치는, 각각 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터에 역병렬로 접속되는 제 3, 제 4, 제 5, 및 제 6 다이오드를 더 구비하는
    전력 변환 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구동 회로는,
    각각 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자의 단자 간 전압을 검출하는 제 1 및 제 2 전압 검출기와,
    상기 제 1 전압 검출기에 의해서 검출되는 상기 제 1 스위칭 소자의 단자 간 전압이 상기 제 1 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 제 1 신호를 출력하는 제 1 비교기와,
    상기 제 2 전압 검출기에 의해서 검출되는 상기 제 2 스위칭 소자의 단자 간 전압이 상기 제 2 임계치 전압을 넘은 것에 대응하여 제 2 신호를 출력하는 제 2 비교기와,
    상기 제 1 제어 회로로부터 상기 제 2 제어 신호가 출력된 경우에는, 상기 제 1 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 상기 제 1 제어 회로로부터 상기 제 1 제어 신호가 출력된 경우에는, 상기 제 2 비교기로부터 상기 제 2 신호가 출력된 때에, 상기 제 1 구동 신호를 활성화 레벨로 하는 제 1 드라이버와,
    상기 제 1 제어 회로로부터 상기 제 1 제어 신호가 출력된 경우에는, 상기 제 2 구동 신호를 비활성화 레벨로 하고, 상기 제 1 제어 회로로부터 상기 제 2 제어 신호가 출력된 경우에는, 상기 제 1 비교기로부터 상기 제 1 신호가 출력된 때에, 상기 제 2 구동 신호를 활성화 레벨로 하는 제 2 드라이버를 포함하는
    전력 변환 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 역변환기를 구성하고 있는 전력 변환 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상용 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 순변환기를 더 구비하고,
    상기 상용 교류 전원으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시에는, 상기 순변환기에 의해서 생성된 직류 전력이 상기 역변환기에 공급됨과 아울러 전력 저장 장치에 저장되고,
    상기 상용 교류 전원으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시에는, 상기 전력 저장 장치의 직류 전력이 상기 역변환기에 공급되는
    전력 변환 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자는, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 순변환기를 구성하고 있는 전력 변환 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 역변환기를 더 구비하고,
    상용 교류 전원으로부터 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시에는, 상기 순변환기에 의해서 생성된 직류 전력이 상기 역변환기에 공급됨과 아울러 전력 저장 장치에 저장되고,
    상기 상용 교류 전원으로부터의 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시에는, 상기 전력 저장 장치의 직류 전력이 상기 역변환기에 공급되는
    전력 변환 장치.
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