WO2023243003A1 - Power conversion device, motor drive device, and equipment using refrigeration cycle - Google Patents

Power conversion device, motor drive device, and equipment using refrigeration cycle Download PDF

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浩一 有澤
遥 松尾
貴昭 ▲高▼原
知宏 沓木
泰章 古庄
亮祐 小林
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三菱電機株式会社
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Abstract

A power conversion device (1) comprises an inverter (310), a drive unit (320), and a control unit (400). The drive unit (320) comprises a switching element drive unit (340) that alters the opening/closing characteristics of switching elements (311a–311f) of the inverter (310) and drives the switching elements (311a–311f). The control unit (400) comprises a base signal generation unit (410) that generates a base signal that sets the open/closed state of at least one switching element from among the plurality of switching elements (311a–311f), an opening/closing characteristics setting unit (430) that generates an opening/closing characteristics setting signal that sets the opening/closing characteristics of at least one switching element in accordance with a state quantity that indicates the operating state of the power conversion device (1), and a signal transmission unit (420) that generates a control signal for operating the switching element drive unit (340) on the basis of the base signal and the opening/closing characteristics setting signal and transmits the control signal to the switching element drive unit (340).

Description

電力変換装置、モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器Power conversion equipment, motor drive equipment, and refrigeration cycle application equipment
　本開示は、電力変換を行う電力変換装置、モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器に関する。 The present disclosure relates to a power conversion device, a motor drive device, and a refrigeration cycle application device that performs power conversion.
　従来、スイッチング素子に異なるゲート抵抗値のゲート抵抗を切り替えて接続することで、スイッチング素子の開閉速度を変化させることが行われている。例えば、特許文献１には、複数のスイッチング素子を有するインバータ主回路を備えるインバータ制御装置において、スイッチング素子のゲート駆動波形を変更する際、スイッチング素子に接続されるゲート抵抗について、スイッチを用いて異なるゲート抵抗値のゲート抵抗に切り替える技術が開示されている。 Conventionally, the opening and closing speed of the switching element has been changed by switching and connecting gate resistors with different gate resistance values to the switching element. For example, in Patent Document 1, in an inverter control device including an inverter main circuit having a plurality of switching elements, when changing the gate drive waveform of the switching element, the gate resistance connected to the switching element is changed using a switch. A technique for switching to a gate resistance with a gate resistance value has been disclosed.
特開２０１２－２０００４２号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-200042
　上記特許文献１に記載の技術を用いれば、スイッチング素子のスイッチング速度を変化させることができるので、機器の動作状態に応じて発生するノイズ及び損失の両方を考慮した運転が可能である。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ゲート抵抗のゲート抵抗値によってスイッチング速度を切り替える技術であるため、ノイズ及び損失を所望の状態に制御するには、多くの抵抗値が必要となり、回路規模が増大するという問題点がある。このため、回路規模の増大を抑制しつつ、ノイズ及び損失を所望の状態に制御できる技術が求められている。 If the technology described in Patent Document 1 is used, the switching speed of the switching element can be changed, so it is possible to operate the device in consideration of both noise and loss that occur depending on the operating state of the device. However, since the technology described in Patent Document 1 is a technology that switches the switching speed depending on the gate resistance value of the gate resistor, many resistance values are required to control noise and loss to the desired state, and the circuit size is There is a problem that the amount increases. Therefore, there is a need for a technology that can control noise and loss to a desired state while suppressing an increase in circuit scale.
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模の増大を抑制しつつ、ノイズ及び損失を所望の状態に制御可能な電力変換装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and aims to provide a power conversion device that can control noise and loss to a desired state while suppressing an increase in circuit scale.
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有するインバータと、制御部と、駆動部と、状態量検出部とを備え、インバータによって負荷を駆動するモータに電力を供給する。制御部は、インバータの動作を制御する。駆動部は、複数のスイッチング素子を駆動する。状態量検出部は、電力変換装置の動作状態を示す状態量を検出する。駆動部は、スイッチング素子の開閉特性を変更してスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動部を備える。制御部は、第１の信号生成部と、第２の信号生成部と、信号送信部とを備える。第１の信号生成部は、複数のスイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉状態を定める第１の設定信号を生成する。第２の信号生成部は、状態量に応じて、少なくとも１つのスイッチング素子の開閉特性を定める第２の設定信号を生成する。信号送信部は、第１及び第２の設定信号に基づいて、スイッチング素子駆動部を動作させる制御信号を生成してスイッチング素子駆動部に送信する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objective, a power conversion device according to the present disclosure includes an inverter having a plurality of switching elements, a control section, a drive section, and a state quantity detection section, supplies power to the motor that drives the The control unit controls the operation of the inverter. The drive section drives the plurality of switching elements. The state quantity detection unit detects a state quantity indicating an operating state of the power conversion device. The drive section includes a switching element drive section that drives the switching element by changing the opening/closing characteristics of the switching element. The control section includes a first signal generation section, a second signal generation section, and a signal transmission section. The first signal generation section generates a first setting signal that determines an open/closed state of at least one switching element among the plurality of switching elements. The second signal generation section generates a second setting signal that defines switching characteristics of at least one switching element according to the state quantity. The signal transmitting section generates a control signal for operating the switching element driving section based on the first and second setting signals, and transmits the control signal to the switching element driving section.
　本開示に係る電力変換装置によれば、回路規模の増大を抑制しつつ、ノイズ及び損失を所望の状態に制御できるという効果を奏する。 According to the power conversion device according to the present disclosure, it is possible to control noise and loss to a desired state while suppressing an increase in circuit scale.
実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図A diagram showing a configuration example of a power conversion device according to Embodiment 1. 実施の形態１に係る電力変換装置においてインバータのスイッチング素子の開閉速度を遅くしたときのターンオンジュール損失、ターンオン電流、及びターンオン電圧の例を示す図A diagram showing an example of turn-on Joule loss, turn-on current, and turn-on voltage when the switching speed of the switching element of the inverter is slowed down in the power conversion device according to Embodiment 1. 実施の形態１に係る電力変換装置においてインバータのスイッチング素子の開閉速度を速くしたときのターンオンジュール損失、ターンオン電流、及びターンオン電圧の例を示す図A diagram showing an example of turn-on Joule loss, turn-on current, and turn-on voltage when the switching speed of the switching element of the inverter is increased in the power conversion device according to Embodiment 1. 一般的なスイッチング素子で発生するノイズ及び損失の関係の例を示す図Diagram showing an example of the relationship between noise and loss generated in general switching elements 実施の形態１に係る電力変換装置においてインバータのスイッチング素子の開閉速度を変更することによって得られる効果の説明に使用する第１の図The first diagram used to explain the effect obtained by changing the opening/closing speed of the switching element of the inverter in the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態１に係る電力変換装置においてインバータのスイッチング素子の開閉速度を変更することによって得られる効果の説明に使用する第２の図A second diagram used to explain the effect obtained by changing the opening/closing speed of the switching element of the inverter in the power converter according to the first embodiment. 実施の形態１に係る電力変換装置のスイッチング素子駆動部の構成例を示す図A diagram illustrating a configuration example of a switching element drive section of a power conversion device according to Embodiment 1. 実施の形態１において用いられる基本信号及び開閉特性設定信号の信号列をキャリア信号との関係で示す図A diagram showing a signal sequence of a basic signal and a switching characteristic setting signal used in Embodiment 1 in relation to a carrier signal. 実施の形態１に係る電力変換装置においてスイッチング素子駆動部が出力するゲート電流及びスイッチング素子の立ち上がりの速度を示すゲート電圧の関係を示す第１の図The first diagram showing the relationship between the gate current output by the switching element drive section and the gate voltage indicating the rising speed of the switching element in the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態１に係る電力変換装置においてスイッチング素子駆動部が出力するゲート電流及びスイッチング素子の立ち上がりの速度を示すゲート電圧の関係を示す第２の図A second diagram showing the relationship between the gate current output by the switching element drive unit and the gate voltage indicating the rising speed of the switching element in the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態１に係る電力変換装置においてスイッチング素子駆動部が出力するゲート電流及びスイッチング素子の立ち上がりの速度を示すゲート電圧の関係を示す第３の図A third diagram showing the relationship between the gate current output by the switching element drive unit and the gate voltage indicating the rising speed of the switching element in the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態１に係る電力変換装置において基本信号生成部が出力する基本信号及びスイッチング素子駆動部が出力するゲート電流の関係の例を示す図A diagram showing an example of the relationship between the basic signal output by the basic signal generation unit and the gate current output by the switching element drive unit in the power conversion device according to Embodiment 1. 実施の形態１に係る電力変換装置においてスイッチング素子の開閉特性を変更する動作の説明に使用するフローチャートFlowchart used to explain the operation of changing the switching characteristics of a switching element in the power conversion device according to Embodiment 1 実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図A diagram illustrating an example of a hardware configuration that implements a control unit included in the power conversion device according to Embodiment 1. 実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す図A diagram showing a configuration example of a power conversion device according to Embodiment 2 実施の形態２において用いられる基本信号、開閉特性設定信号及び開閉特性切替信号をキャリア信号との関係で示す図A diagram showing a basic signal, a switching characteristic setting signal, and a switching characteristic switching signal used in Embodiment 2 in relation to a carrier signal. 実施の形態３に係る電力変換装置の構成例を示す図A diagram showing a configuration example of a power conversion device according to Embodiment 3 実施の形態４に係る電力変換装置の構成例を示す図A diagram showing a configuration example of a power conversion device according to Embodiment 4 実施の形態５に係る冷凍サイクル適用機器の構成例を示す図A diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle application device according to Embodiment 5
　以下に、本開示の実施の形態に係る電力変換装置、モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器を図面に基づいて詳細に説明する。 Below, a power conversion device, a motor drive device, and a refrigeration cycle application device according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail based on the drawings.
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。電力変換装置１は、商用電源１１０及びモータ３１４に接続される。電力変換装置１は、商用電源１１０から供給される電源電圧による第１の交流電力を所望の振幅及び位相を有する第２の交流電力に変換してモータ３１４に供給する。商用電源１１０は、図１の例では三相交流電源であるが、単相交流電源であってもよい。電力変換装置１は、整流部１３０と、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６と、コンデンサ２１０と、インバータ３１０と、駆動部３２０と、制御部４００とを備える。なお、電力変換装置１及びモータ３１４によって、モータ駆動装置２が構成される。 Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device 1 according to the first embodiment. Power conversion device 1 is connected to commercial power source 110 and motor 314. The power conversion device 1 converts first AC power based on a power supply voltage supplied from a commercial power source 110 into second AC power having a desired amplitude and phase, and supplies the second AC power to the motor 314. Although the commercial power source 110 is a three-phase AC power source in the example of FIG. 1, it may be a single-phase AC power source. The power conversion device 1 includes a rectifier 130, state quantity detection units 501, 502, 505, and 506, a capacitor 210, an inverter 310, a drive unit 320, and a control unit 400. Note that the power conversion device 1 and the motor 314 constitute a motor drive device 2.
　整流部１３０は、例えば、図示しない４つの整流素子から構成されるブリッジ回路、及びリアクトルを備える。整流部１３０は、商用電源１１０から供給される第１の交流電力による交流電圧を整流して直流電力に変換する。なお、整流部１３０は、昇圧チョッパ回路などを有していてもよい。 The rectifying section 130 includes, for example, a bridge circuit composed of four rectifying elements (not shown) and a reactor. The rectifier 130 rectifies the AC voltage of the first AC power supplied from the commercial power source 110 and converts it into DC power. Note that the rectifier 130 may include a boost chopper circuit or the like.
　コンデンサ２１０は、整流部１３０の出力端に接続され、整流部１３０によって変換された直流電力を平滑化する。コンデンサ２１０は、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどである。なお、電力変換装置１は、インバータ３１０に直流電力を供給できればよいので、商用電源１１０、整流部１３０、及びコンデンサ２１０の部分を、直流電源、バッテリなどに置き換えてもよい。 The capacitor 210 is connected to the output end of the rectifier 130 and smoothes the DC power converted by the rectifier 130. The capacitor 210 is, for example, an electrolytic capacitor, a film capacitor, or the like. Note that the power converter 1 only needs to be able to supply DC power to the inverter 310, so the commercial power supply 110, rectifier 130, and capacitor 210 may be replaced with a DC power supply, a battery, or the like.
　状態量検出部５０１は、電力変換装置１の動作状態を示す状態量を検出する。状態量検出部５０１は、例えば、コンデンサ２１０からインバータ３１０に供給される直流電力の電圧値、コンデンサ２１０からインバータ３１０に供給される直流電力の電流値などを検出する。 The state quantity detection unit 501 detects a state quantity indicating the operating state of the power conversion device 1. The state quantity detection unit 501 detects, for example, the voltage value of the DC power supplied from the capacitor 210 to the inverter 310, the current value of the DC power supplied from the capacitor 210 to the inverter 310, and the like.
　インバータ３１０は、コンデンサ２１０の両端に接続される電力変換器である。インバータ３１０は、半導体素子であるスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆ及び還流ダイオード３１２ａ～３１２ｆを有する。これらのスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆ及び還流ダイオード３１２ａ～３１２ｆは、半導体パッケージ３４２に収容される。 The inverter 310 is a power converter connected to both ends of the capacitor 210. The inverter 310 includes switching elements 311a to 311f, which are semiconductor elements, and freewheeling diodes 312a to 312f. These switching elements 311a to 311f and free wheel diodes 312a to 312f are housed in a semiconductor package 342.
　インバータ３１０では、制御部４００の制御を受けた駆動部３２０によってスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆがオン又はオフに制御される。インバータ３１０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆをオンオフすることで、整流部１３０及びコンデンサ２１０から出力される直流電力を所望の振幅及び位相を有する第２の交流電力に変換、即ち第２の交流電力を生成して、モータ３１４に出力する。スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタなどであるが、これらに限定されない。インバータ３１０の回路構成は、三相ブリッジ回路、単相ブリッジ回路、ハーフブリッジ回路など、特に問わない。また、インバータ３１０は、２レベルの三相ブリッジ回路に限定されず、３レベルの三相ブリッジ回路でもよい。 In the inverter 310, the switching elements 311a to 311f are controlled to be turned on or off by the drive section 320 under the control of the control section 400. The inverter 310 converts the DC power output from the rectifier 130 and the capacitor 210 into second AC power having a desired amplitude and phase by turning on and off the switching elements 311a to 311f. generated and output to the motor 314. The switching elements 311a to 311f are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), etc. transistors), bipolar transistors, etc., but are not limited to these. The circuit configuration of the inverter 310 is not particularly limited, and may be a three-phase bridge circuit, a single-phase bridge circuit, a half-bridge circuit, or the like. Further, inverter 310 is not limited to a two-level three-phase bridge circuit, but may be a three-level three-phase bridge circuit.
　駆動部３２０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を変更可能なスイッチング素子駆動部３４０を備える。スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのスイッチング波形は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性の１つである。スイッチング素子駆動部３４０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのスイッチング波形の波形形状として、２以上の波形形状を出力可能である。図１の例では、スイッチング素子駆動部３４０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を変更可能な構成としているが、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉特性を変更可能とする。スイッチング素子駆動部３４０を含む駆動部３２０は、インバータ３１０の内部に位置する構成部であってもよい。この場合、インバータ３１０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆごとにスイッチング素子駆動部３４０を備える構成であってもよい。スイッチング素子駆動部３４０の詳細な動作については後述する。 The drive section 320 includes a switching element drive section 340 that can change the opening/closing characteristics of the switching elements 311a to 311f. The switching waveforms of the switching elements 311a to 311f are one of the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f. The switching element driving section 340 can output two or more waveform shapes as the switching waveforms of the switching elements 311a to 311f. In the example of FIG. 1, the switching element driving section 340 is configured to be able to change the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f, but it is possible to change the switching characteristics of at least one of the switching elements 311a to 311f. do. The drive section 320 including the switching element drive section 340 may be a component located inside the inverter 310. In this case, the inverter 310 may be configured to include a switching element drive section 340 for each of the switching elements 311a to 311f. The detailed operation of the switching element drive unit 340 will be described later.
　状態量検出部５０２は、電力変換装置１の動作状態を示す状態量を検出する。状態量検出部５０２は、例えば、インバータ３１０から負荷であるモータ３１４に供給される第２の交流電力の電圧値、インバータ３１０から負荷であるモータ３１４に供給される第２の交流電力の電流値などを検出する。状態量検出部５０５は、電力変換装置１の動作状態を示す状態量を検出する。状態量検出部５０５は、例えば、コンデンサ２１０からインバータ３１０に供給される直流電力の電流値などを検出する。状態量検出部５０６は、電力変換装置１の動作状態を示す状態量を検出する。状態量検出部５０６は、例えば、スイッチング素子３１１ｂ，３１１ｄ，３１１ｆに流れる電流などを検出する。 The state quantity detection unit 502 detects a state quantity indicating the operating state of the power conversion device 1. The state quantity detection unit 502 detects, for example, the voltage value of the second AC power supplied from the inverter 310 to the motor 314, which is the load, and the current value of the second AC power, which is supplied from the inverter 310 to the motor 314, which is the load. Detect etc. The state quantity detection unit 505 detects a state quantity indicating the operating state of the power conversion device 1. The state quantity detection unit 505 detects, for example, the current value of the DC power supplied from the capacitor 210 to the inverter 310. The state quantity detection unit 506 detects a state quantity indicating the operating state of the power conversion device 1. The state quantity detection unit 506 detects, for example, current flowing through the switching elements 311b, 311d, and 311f.
　制御部４００は、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６から、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６で検出された状態量を取得し、取得した状態量に基づいて、インバータ３１０の動作を制御、具体的には、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのオンオフを制御する。制御部４００は、基本信号生成部４１０と、信号送信部４２０と、開閉特性設定部４３０とを備える。 The control unit 400 acquires the state quantities detected by the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506, and controls the inverter 310 based on the obtained state quantities. The operation is controlled, specifically, the on/off of the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 is controlled. The control section 400 includes a basic signal generation section 410, a signal transmission section 420, and an opening/closing characteristic setting section 430.
　基本信号生成部４１０は、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６で検出された状態量に応じたデューティ比を演算する。また、基本信号生成部４１０は、デューティ比及びキャリア信号ＣＡに基づいて、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの動作を制御するための基本信号Ｓ１を生成する。基本信号Ｓ１は、例えば、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６で検出された状態量に応じたデューティ比を有するパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号である。キャリア信号の一例は、三角波信号である。三角波信号は、キャリア信号の１周期であるキャリア周期で繰り返される周期的な信号である。基本信号生成部４１０で生成される基本信号Ｓ１は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉状態、即ちスイッチング素子がオンであるか、オフであるか定める信号である。なお、本稿では、基本信号生成部４１０を「第１の信号生成部」と記載し、基本信号Ｓ１を「第１の設定信号」と記載することがある。基本信号生成部４１０は、生成した基本信号Ｓ１を信号送信部４２０及び開閉特性設定部４３０に出力する。 The basic signal generation unit 410 calculates a duty ratio according to the state quantities detected by the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506. Further, the basic signal generating section 410 generates a basic signal S1 for controlling the operation of the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 based on the duty ratio and the carrier signal CA. The basic signal S1 is, for example, a pulse width modulation (PWM) signal having a duty ratio according to the state quantities detected by the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506. An example of a carrier signal is a triangular wave signal. The triangular wave signal is a periodic signal that is repeated with a carrier period that is one period of the carrier signal. The basic signal S1 generated by the basic signal generation unit 410 is a signal that determines the open/closed state of at least one of the switching elements 311a to 311f, that is, whether the switching element is on or off. Note that in this document, the basic signal generation unit 410 may be referred to as a “first signal generation unit” and the basic signal S1 may be referred to as a “first setting signal”. The basic signal generation section 410 outputs the generated basic signal S1 to the signal transmission section 420 and the switching characteristic setting section 430.
　開閉特性設定部４３０は、駆動部３２０のスイッチング素子駆動部３４０でスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を変更する際のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を設定するための開閉特性設定信号Ｓ２を生成する。開閉特性設定信号Ｓ２は、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６で検出された状態量に応じて設定される。開閉特性設定部４３０で生成される開閉特性設定信号Ｓ２は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉特性を定める信号である。開閉特性設定信号Ｓ２の生成には、キャリア信号ＣＡが参照される。 The switching characteristic setting section 430 generates a switching characteristic setting signal S2 for setting the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f when changing the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f by the switching element driving section 340 of the driving section 320. do. The opening/closing characteristic setting signal S2 is set according to the state quantities detected by the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506. The switching characteristic setting signal S2 generated by the switching characteristic setting section 430 is a signal that determines the switching characteristic of at least one switching element among the switching elements 311a to 311f. The carrier signal CA is referred to in generating the switching characteristic setting signal S2.
　具体的に、開閉特性設定部４３０は、基本信号生成部４１０で生成されたインバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの動作を制御するための基本信号Ｓ１に基づいてスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆをオンオフする際、駆動部３２０のスイッチング素子駆動部３４０が実際にスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆを駆動するための駆動信号の大きさ、及び駆動信号を出力するタイミングを制御する信号を開閉特性設定信号Ｓ２として生成する。なお、本稿では、開閉特性設定部４３０を「第２の信号生成部」と記載し、開閉特性設定信号Ｓ２を「第２の設定信号」と記載することがある。開閉特性設定部４３０は、生成した開閉特性設定信号Ｓ２を信号送信部４２０に出力する。 Specifically, the switching characteristic setting section 430 turns on and off the switching elements 311a to 311f based on the basic signal S1 generated by the basic signal generation section 410 for controlling the operation of the switching elements 311a to 311f of the inverter 310. , the switching element driving section 340 of the driving section 320 generates a signal that controls the magnitude of the driving signal for actually driving the switching elements 311a to 311f and the timing of outputting the driving signal as the switching characteristic setting signal S2. Note that in this paper, the switching characteristic setting section 430 may be referred to as a "second signal generation section" and the switching characteristic setting signal S2 may be referred to as a "second setting signal." The switching characteristic setting section 430 outputs the generated switching characteristic setting signal S2 to the signal transmitting section 420.
　信号送信部４２０は、基本信号Ｓ１及び開閉特性設定信号Ｓ２に基づいて、スイッチング素子駆動部３４０を動作させる制御信号ＣＳを生成してスイッチング素子駆動部３４０に送信する。制御部４００は、インバータ３１０がスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆごとにスイッチング素子駆動部３４０を備える構成、即ち６個のスイッチング素子駆動部３４０を備える構成である場合、スイッチング素子駆動部３４０ごとに信号送信部４２０を備える構成、即ち６個の信号送信部４２０を備える構成であってもよい。 The signal transmitting section 420 generates a control signal CS for operating the switching element driving section 340 based on the basic signal S1 and the switching characteristic setting signal S2, and transmits it to the switching element driving section 340. When the inverter 310 has a configuration including a switching element drive unit 340 for each of the switching elements 311a to 311f, that is, a configuration including six switching element drive units 340, the control unit 400 includes a signal transmission unit for each switching element drive unit 340. 420, that is, a configuration including six signal transmitters 420.
　なお、制御部４００は、図１の例では、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６から、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６で検出された状態量を取得し、取得した状態量に基づいて、インバータ３１０の動作を制御しているが、これに限定されない。制御部４００は、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６のうちの少なくとも１つの状態量検出部から取得した状態量に基づいて、インバータ３１０の動作を制御することが可能である。なお、電力変換装置１は、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６を図１の通り全て配置する必要は無い。電力変換装置１は、図示されている以外の位置でも状態量が検出できれば状態量検出部をどこに備えていてもよい。 In addition, in the example of FIG. 1, the control unit 400 acquires the state quantities detected by the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506 from the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506, and determines the acquired state. Although the operation of the inverter 310 is controlled based on the amount, the present invention is not limited thereto. The control unit 400 can control the operation of the inverter 310 based on the state quantity acquired from at least one of the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506. Note that the power conversion device 1 does not need to arrange all the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506 as shown in FIG. The power conversion device 1 may include the state quantity detection section anywhere as long as the state quantity can be detected at a position other than that shown in the figure.
　モータ３１４は、電力変換装置１に接続される負荷である。モータ３１４は、例えば、圧縮機駆動用のモータである。モータ３１４は、インバータ３１０から供給される第２の交流電力の振幅及び位相に応じて回転し、圧縮動作を行う。例えば、圧縮機が密閉型圧縮機の場合、圧縮機を駆動するモータ３１４の負荷トルクは定トルク負荷とみなせる場合が多い。モータ３１４は、図示しないモータ巻線について、Ｙ結線であってもよいし、Δ結線であってもよいし、Ｙ結線とΔ結線とが切り替え可能な仕様であってもよい。 The motor 314 is a load connected to the power converter 1. The motor 314 is, for example, a motor for driving a compressor. The motor 314 rotates according to the amplitude and phase of the second AC power supplied from the inverter 310, and performs a compression operation. For example, when the compressor is a hermetic compressor, the load torque of the motor 314 that drives the compressor can often be regarded as a constant torque load. The motor 314 may have a Y-connection, a Δ-connection, or a specification in which the Y-connection and the Δ-connection can be switched for motor windings (not shown).
　なお、電力変換装置１に接続される負荷は、圧縮機駆動用のモータ３１４に限定されず、ファンモータ、ハンドドライヤに具備されるモータであってもよい。また、電力変換装置１に接続される負荷はモータ３１４に限定されるものではなく、モータ３１４以外の負荷であってもよい。 Note that the load connected to the power conversion device 1 is not limited to the motor 314 for driving the compressor, but may be a fan motor or a motor included in a hand dryer. Further, the load connected to the power converter 1 is not limited to the motor 314, and may be a load other than the motor 314.
　上述した構成により、実施の形態１に係る電力変換装置１は、開閉特性設定部４３０及びスイッチング素子駆動部３４０によって、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を変更することができる。具体的には、電力変換装置１は、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆが開閉動作するときの、開閉速度、デッドタイムなどを変更することができる。デッドタイムは、上アームのスイッチング素子３１１ａ，３１１ｃ，３１１ｅと、対応する下アームのスイッチング素子３１１ｂ，３１１ｄ，３１１ｆとが同時にオンとなるアーム短絡を防止するために設けられる短絡防止期間である。 With the above-described configuration, the power conversion device 1 according to the first embodiment can change the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 using the switching characteristics setting section 430 and the switching element driving section 340. Specifically, the power conversion device 1 can change the opening/closing speed, dead time, etc. when the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 open/close. The dead time is a short circuit prevention period provided to prevent an arm short circuit in which the upper arm switching elements 311a, 311c, 311e and the corresponding lower arm switching elements 311b, 311d, 311f are turned on at the same time.
　図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１においてインバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度を遅くしたときのターンオンジュール損失、ターンオン電流、及びターンオン電圧の例を示す図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１においてインバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度を速くしたときのターンオンジュール損失、ターンオン電流、及びターンオン電圧の例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing examples of turn-on Joule loss, turn-on current, and turn-on voltage when the switching speeds of switching elements 311a to 311f of inverter 310 are slowed down in power converter 1 according to Embodiment 1. FIG. 3 is a diagram showing examples of turn-on Joule loss, turn-on current, and turn-on voltage when the switching speeds of switching elements 311a to 311f of inverter 310 are increased in power converter 1 according to the first embodiment.
　図２及び図３において、Ａはターンオンジュール損失を示し、Ｂはターンオン電流を示し、Ｃはターンオン電圧を示している。図２及び図３において、横軸は時間を示している。例えば、ターンオン電流はスイッチング素子３１１ａに流れる電流であり、ターンオン電圧はスイッチング素子３１１ａの両端にかかる電圧であり、ターンオンジュール損失はターンオン電流とターンオン電圧とを乗算したものであるが、測定対象はスイッチング素子３１１ａに限定されず、他のスイッチング素子３１１ｂ～３１１ｆでもよい。なお、図２及び図３は、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度による各特性の違いを示すものであり、開閉速度の「遅い」及び「速い」の具体的な数値は特に問わない。図２及び図３に示すように、開閉速度を遅くすることで、Ｂのターンオン電流のピーク値で示されるノイズは小さくなるが、Ａのターンオンジュール損失の面積で示される損失は大きくなる。また、図２及び図３に示すように、開閉速度を速くすることで、Ｂのターンオン電流のピーク値で示されるノイズは大きくなるが、Ａのターンオンジュール損失の面積で示される損失は小さくなる。即ち、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆにおいて、発生するノイズ及び損失はトレードオフの関係にある。 In FIGS. 2 and 3, A indicates turn-on Joule loss, B indicates turn-on current, and C indicates turn-on voltage. In FIGS. 2 and 3, the horizontal axis indicates time. For example, the turn-on current is the current flowing through the switching element 311a, the turn-on voltage is the voltage applied across the switching element 311a, and the turn-on Joule loss is the product of the turn-on current and the turn-on voltage, but the measurement target is the switching element 311a. It is not limited to the element 311a, and other switching elements 311b to 311f may be used. Note that FIGS. 2 and 3 show the differences in each characteristic depending on the opening/closing speed of the switching elements 311a to 311f of the inverter 310, and the specific values of "slow" and "fast" in the opening/closing speed are not particularly important. . As shown in FIGS. 2 and 3, by slowing down the switching speed, the noise represented by the peak value of the turn-on current of B becomes smaller, but the loss represented by the area of the turn-on joule loss of A becomes larger. Furthermore, as shown in FIGS. 2 and 3, by increasing the switching speed, the noise indicated by the peak value of the turn-on current of B increases, but the loss indicated by the area of the turn-on joule loss of A decreases. . That is, in the switching elements 311a to 311f, there is a trade-off relationship between noise and loss generated.
　電力変換装置１では、スイッチング素子駆動部３４０をデジタルゲートドライバによって構成する。或いは、電力変換装置１では、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆ及びスイッチング素子駆動部３４０を、デジタルゲートドライバモジュールによって構成する。これにより、電力変換装置１は、ハードウェアを変更することなく、ソフトウェアの指令値を変更することで、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度を変更することができ、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生するノイズ及び損失を所望の状態に制御することができる。なお、制御部４００における開閉特性設定部４３０の機能は、デジタルゲートドライバモジュール内に構成することも可能である。この構成の場合、既存の制御部４００の機能を改修せずに利用することができる。 In the power conversion device 1, the switching element drive section 340 is configured by a digital gate driver. Alternatively, in the power conversion device 1, the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 and the switching element driving section 340 are configured by a digital gate driver module. Thereby, the power conversion device 1 can change the opening/closing speed of the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 by changing the command value of the software without changing the hardware, and the switching elements 311a to 311f It is possible to control noise and loss generated in a desired state. Note that the function of the switching characteristic setting section 430 in the control section 400 can also be configured within a digital gate driver module. In the case of this configuration, the functions of the existing control unit 400 can be used without modification.
　図４は、一般的なスイッチング素子で発生するノイズ及び損失の関係の例を示す図である。前述のように、スイッチング素子で発生するノイズ及び損失はトレードオフの関係にある。そのため、一般的なスイッチング素子においては、図４に示すように、開閉速度を速くすることでノイズは大きくなるが損失は小さくなり、開閉速度を遅くすることでノイズは小さくなるが損失は大きくなる。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between noise and loss generated in a general switching element. As mentioned above, there is a trade-off relationship between noise and loss generated in switching elements. Therefore, in general switching elements, as shown in Figure 4, increasing the opening/closing speed increases noise but reduces loss, and slowing the opening/closing speed decreases noise but increases loss. .
　図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１においてインバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度を変更することによって得られる効果の説明に使用する第１の図である。電力変換装置１は、電力変換装置１が搭載される製品で規定されているノイズの範囲内で運転していても、モータ３１４の負荷状態が軽負荷から重負荷に変化すると、図５に示すようにスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生するノイズ及び損失の特性を示すカーブは右上の方に推移し、結果的にノイズが増えることになる。即ち、電力変換装置１では、負荷が重くなるほど、ノイズが増加する。そのため、電力変換装置１は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度を遅くすることで、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生するノイズを小さくすることができる。同様に、電力変換装置１は、電力変換装置１が搭載される製品で規定されている損失の範囲内で運転していても、モータ３１４の負荷状態が軽負荷から重負荷に変化すると、図５に示すようにスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生するノイズ及び損失の特性を示すカーブは右上の方に推移し、結果的に損失が増えることになる。即ち、電力変換装置１では、負荷が重くなるほど、損失が増加する。そのため、電力変換装置１は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度を速くすることで、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生する損失を小さくすることができる。 FIG. 5 is a first diagram used to explain the effect obtained by changing the opening/closing speed of switching elements 311a to 311f of inverter 310 in power conversion device 1 according to Embodiment 1. Even if the power converter 1 is operated within the noise range specified by the product in which the power converter 1 is installed, when the load state of the motor 314 changes from light load to heavy load, the power converter 1 will cause the noise shown in FIG. 5 to change from light load to heavy load. As such, the curve showing the characteristics of noise and loss generated in the switching elements 311a to 311f moves toward the upper right, resulting in an increase in noise. That is, in the power conversion device 1, the heavier the load, the more noise increases. Therefore, the power conversion device 1 can reduce the noise generated in the switching elements 311a to 311f by slowing down the opening/closing speed of the switching elements 311a to 311f. Similarly, even if the power converter 1 is operated within the loss range specified by the product in which the power converter 1 is installed, when the load state of the motor 314 changes from light load to heavy load, the As shown in FIG. 5, the curve showing the characteristics of noise and loss generated in the switching elements 311a to 311f moves toward the upper right, and as a result, the loss increases. That is, in the power conversion device 1, the heavier the load, the more the loss increases. Therefore, the power conversion device 1 can reduce the loss generated in the switching elements 311a to 311f by increasing the opening/closing speed of the switching elements 311a to 311f.
　モータ３１４の負荷状態が軽負荷から重負荷に変化した場合、開閉特性設定部４３０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生するノイズが規定された要件を満たしつつ、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生する損失を低減するように、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性の設定を変更する。又は、モータ３１４の負荷状態が軽負荷から重負荷に変化した場合、開閉特性設定部４３０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生する損失が規定された要件を満たしつつ、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生するノイズを低減するように、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性の設定を変更する。 When the load state of the motor 314 changes from a light load to a heavy load, the switching characteristic setting unit 430 controls the loss generated in the switching elements 311a to 311f while the noise generated in the switching elements 311a to 311f satisfies the specified requirements. The settings of the opening/closing characteristics of the switching elements 311a to 311f are changed so as to reduce the. Alternatively, when the load state of the motor 314 changes from a light load to a heavy load, the switching characteristic setting unit 430 determines whether or not the loss generated in the switching elements 311a to 311f satisfies the specified requirements. The settings of the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f are changed so as to reduce the noise caused by the switching elements 311a to 311f.
　図６は、実施の形態１に係る電力変換装置１においてインバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度を変更することによって得られる効果の説明に使用する第２の図である。電力変換装置１、具体的にはスイッチング素子駆動部３４０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの１回のスイッチング動作において、例えば、ターンオン期間又はターンオフ期間を２以上の期間に分割し、分割した各期間においてスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆに対するゲート電流又はゲート電圧の振幅を異なる大きさに変更する。電力変換装置１は、図６に示すようにスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのスイッチング波形を最適化することで、図４に示すような一般的なスイッチング素子では得られなかったスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆで発生するノイズ及び損失の特性を得ることができる。 FIG. 6 is a second diagram used to explain the effect obtained by changing the opening/closing speed of switching elements 311a to 311f of inverter 310 in power conversion device 1 according to Embodiment 1. The power conversion device 1, specifically, the switching element drive unit 340, for example, divides a turn-on period or a turn-off period into two or more periods in one switching operation of the switching elements 311a to 311f, and in each divided period, The amplitudes of the gate currents or gate voltages for the switching elements 311a to 311f are changed to different magnitudes. By optimizing the switching waveforms of the switching elements 311a to 311f as shown in FIG. 6, the power converter 1 can reduce the power generated in the switching elements 311a to 311f, which could not be achieved with general switching elements as shown in FIG. It is possible to obtain noise and loss characteristics that
　次に、スイッチング素子駆動部３４０の構成について説明する。ここでは一例として、説明を簡単にするため、スイッチング素子駆動部３４０が１つのスイッチング素子３１１ａのスイッチング波形の波形形状を変更する場合を例に説明する。図７は、実施の形態１に係る電力変換装置１のスイッチング素子駆動部３４０の構成例を示す図である。図７は、スイッチング素子駆動部３４０及びスイッチング素子３１１ａによって構成される１つのデジタルゲートドライバの構成例を示す図でもある。スイッチング素子駆動部３４０は、ターンオン用としてｎ個のＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴであるＰＭＯＳ（Ｐ－ｃｈａｎｎｅｌ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ｎ個のＰＭＯＳを動作させるためのｎ個のＰｒｅＤｒｉｖｅｒ、ターンオフ用としてｎ個のＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであるＮＭＯＳ（Ｎ－ｃｈａｎｎｅｌ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、及びｎ個のＮＭＯＳを動作させるためのｎ個のＰｒｅＤｒｉｖｅｒを備える。 Next, the configuration of the switching element drive section 340 will be explained. Here, as an example, in order to simplify the explanation, a case will be described in which the switching element driving section 340 changes the waveform shape of the switching waveform of one switching element 311a. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the switching element drive section 340 of the power conversion device 1 according to the first embodiment. FIG. 7 is also a diagram showing a configuration example of one digital gate driver configured by the switching element drive section 340 and the switching element 311a. The switching element drive unit 340 includes n PMOSs (P-channel Metal Oxide Semiconductors) that are P-channel MOSFETs for turn-on, n PreDrivers for operating the n PMOSs, and n PreDrivers for turn-off. It includes an NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor) that is an N-channel MOSFET, and n PreDrivers for operating the n NMOS.
　スイッチング素子駆動部３４０は、制御電源Ｖｄｄ及びグランドＧＮＤに接続される。スイッチング素子駆動部３４０は、信号送信部４２０から送信される制御信号ＣＳを受信する。スイッチング素子駆動部３４０は、制御信号ＣＳに基づいて、スイッチング素子駆動部３４０において動作させるＰＭＯＳ又はＮＭＯＳの数を変更する。これにより、スイッチング素子駆動部３４０は、ターンオン期間及びターンオフ期間の各期間において、スイッチング素子３１１ａに出力する駆動信号であるゲート電流ＩＧの振幅値をｎ通りに変更し、スイッチング素子３１１ａの開閉速度を調整することができる。スイッチング素子駆動部３４０は、動作させるＰＭＯＳ又はＮＭＯＳの数を多くするほど、スイッチング素子３１１ａに出力するゲート電流ＩＧの絶対値を大きくすることができ、スイッチング素子３１１ａの開閉速度を速くすることができる。また、スイッチング素子駆動部３４０は、内部に備えるＰＭＯＳ及びＮＭＯＳの数が多いほど、より細かなスイッチング素子３１１ａの開閉速度の調整が可能になり、ゲート電流ＩＧの増減の応答が速いほど１回のスイッチング期間で細かなゲート電流ＩＧの調整が可能である。信号送信部４２０からの制御信号ＣＳについては、スイッチング素子駆動部３４０において動作させるＰＭＯＳ又はＮＭＯＳの数を変更することができればよいので、アナログ信号でもよいし、デジタル信号でもよい。また、図７の例では、信号送信部４２０からスイッチング素子駆動部３４０への制御信号ＣＳが並列でｍ本あることを示しているが、一例であり、制御信号ＣＳの数はｍ本に限定されない。制御信号ＣＳの数は、各ＰＭＯＳ及び各ＮＭＯＳの動作の可否を示すことが可能な数であってもよいし、アナログ信号で電圧などを示すものであれば１つにすることも可能である。 The switching element driving section 340 is connected to the control power supply Vdd and the ground GND. The switching element driving section 340 receives the control signal CS transmitted from the signal transmitting section 420. The switching element driver 340 changes the number of PMOSs or NMOSs to be operated in the switching element driver 340 based on the control signal CS. As a result, the switching element driving section 340 changes the amplitude value of the gate current IG , which is a drive signal output to the switching element 311a, in n ways in each period of the turn-on period and the turn-off period, and changes the opening/closing speed of the switching element 311a. can be adjusted. The switching element driving section 340 can increase the absolute value of the gate current IG output to the switching element 311a as the number of PMOSs or NMOSs to operate increases, and the switching element driving section 340 can increase the opening/closing speed of the switching element 311a. can. In addition, the switching element drive section 340 can more finely adjust the opening/closing speed of the switching element 311a as the number of PMOSs and NMOSs provided therein increases; It is possible to finely adjust the gate current IG during the switching period. The control signal CS from the signal transmitting section 420 may be an analog signal or a digital signal as long as it can change the number of PMOSs or NMOSs operated in the switching element driving section 340. Furthermore, although the example in FIG. 7 shows that there are m parallel control signals CS from the signal transmitter 420 to the switching element drive unit 340, this is just an example, and the number of control signals CS is limited to m. Not done. The number of control signals CS may be a number that can indicate whether each PMOS and each NMOS can operate, or it may be one as long as it is an analog signal that indicates voltage or the like. .
　次に、基本信号生成部４１０が生成する基本信号Ｓ１、及び開閉特性設定部４３０が生成する開閉特性設定信号Ｓ２について説明する。なお、ここでは、スイッチング素子駆動部３４０と同様に、スイッチング素子駆動部３４０が１つのスイッチング素子３１１ａのスイッチング波形の波形形状を変更する場合を例に説明する。図８は、実施の形態１において用いられる基本信号Ｓ１及び開閉特性設定信号Ｓ２の信号列をキャリア信号との関係で示す図である。具体的に、図８の上段部には、キャリア信号の例である三角波信号が示されている。図８の中段部には、スイッチング素子３１１ａの開閉状態を定める基本信号Ｓ１の例であるＰＷＭ信号が示されている。図８の下段部には、スイッチング素子３１１ａの開閉特性を定める開閉特性設定信号Ｓ２が示されている。なお、図８の下段部では、開閉特性設定信号Ｓ２を簡略化して記載しているが、１パルスで示される期間内において、複数ビットのシリアル信号を伝送することを想定している。 Next, the basic signal S1 generated by the basic signal generation section 410 and the switching characteristic setting signal S2 generated by the switching characteristic setting section 430 will be explained. Note that, similarly to the switching element driving section 340, a case where the switching element driving section 340 changes the waveform shape of the switching waveform of one switching element 311a will be described as an example. FIG. 8 is a diagram showing the signal sequence of the basic signal S1 and the switching characteristic setting signal S2 used in the first embodiment in relation to the carrier signal. Specifically, the upper part of FIG. 8 shows a triangular wave signal which is an example of a carrier signal. In the middle part of FIG. 8, a PWM signal that is an example of the basic signal S1 that determines the open/close state of the switching element 311a is shown. The lower part of FIG. 8 shows a switching characteristic setting signal S2 that determines the switching characteristics of the switching element 311a. Note that although the switching characteristic setting signal S2 is shown in a simplified manner in the lower part of FIG. 8, it is assumed that a plural-bit serial signal is transmitted within a period indicated by one pulse.
　図８において、基本信号Ｓ１は、三角波信号の底部である谷のタイミングを基準に生成されている。基本信号Ｓ１のデータ長は固定長であり、マイクロ秒オーダで生成される。基本信号Ｓ１の１周期は、例えば１０μｓ～１ｍｓである。この例の場合、基本信号Ｓ１は、１０μｓ～１ｍｓの周期ごとに、データ長１０μｓ～１ｍｓの基本信号Ｓ１が信号送信部４２０に送出される。 In FIG. 8, the basic signal S1 is generated based on the timing of the valley, which is the bottom of the triangular wave signal. The data length of the basic signal S1 is fixed and is generated on the order of microseconds. One period of the basic signal S1 is, for example, 10 μs to 1 ms. In this example, the basic signal S1 having a data length of 10 μs to 1 ms is sent to the signal transmitter 420 every cycle of 10 μs to 1 ms.
　一方、開閉特性設定信号Ｓ２は、三角波信号の頂部である山のタイミングを基準に生成される。開閉特性設定信号Ｓ２のデータ長は可変長である。また、開閉特性設定信号Ｓ２は、開閉特性の変更が必要とされる都度、即ち不定期に生成される信号である。前述したように、本稿では、開閉特性設定信号Ｓ２は、複数ビットのシリアル信号を想定している。具体例を挙げると、１周期の期間に１００μｓ幅のパルス信号を４８ビット分送るものとすると、開閉特性設定信号Ｓ２のデータ長は、４．８ｍｓとなる。最小でも１０ビットの情報を送るものとすれば、１ｍｓ以上のデータ長となる。従って、開閉特性設定信号Ｓ２は、ミリ秒オーダで生成されて、信号送信部４２０に送出される。 On the other hand, the opening/closing characteristic setting signal S2 is generated based on the timing of the peak, which is the top of the triangular wave signal. The data length of the switching characteristic setting signal S2 is variable. Further, the switching characteristic setting signal S2 is a signal that is generated every time the switching characteristic needs to be changed, that is, irregularly. As mentioned above, in this paper, the switching characteristic setting signal S2 is assumed to be a multi-bit serial signal. To give a specific example, if a pulse signal of 100 μs width is sent for 48 bits in one period, the data length of the switching characteristic setting signal S2 is 4.8 ms. If at least 10 bits of information are to be sent, the data length will be 1 ms or more. Therefore, the switching characteristic setting signal S2 is generated on the order of milliseconds and sent to the signal transmitter 420.
　実施の形態１において、信号送信部４２０は、開閉特性設定信号Ｓ２を受信していない場合には、基本信号Ｓ１のみを用いて制御信号ＣＳを生成し、生成した制御信号ＣＳをスイッチング素子駆動部３４０に送信する。また、実施の形態１において、信号送信部４２０は、開閉特性設定信号Ｓ２を受信している場合、開閉特性設定信号Ｓ２の受信が完了した後、基本信号Ｓ１及び開閉特性設定信号Ｓ２の両方を用いて制御信号ＣＳを生成してスイッチング素子駆動部３４０に送信する。このようにすれば、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆを安定的に駆動することができる。また、開閉特性設定信号Ｓ２が反映された制御信号ＣＳによって速やかにスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性が変更されるので、モータ３１４に接続される機器に負荷変動が生じた場合でも、この負荷変動を迅速に抑制することができる。 In the first embodiment, when the signal transmitting section 420 does not receive the switching characteristic setting signal S2, the signal transmitting section 420 generates the control signal CS using only the basic signal S1, and transmits the generated control signal CS to the switching element driving section. 340. Further, in the first embodiment, when receiving the switching characteristic setting signal S2, the signal transmitting section 420 transmits both the basic signal S1 and the switching characteristic setting signal S2 after the reception of the switching characteristic setting signal S2 is completed. is used to generate a control signal CS and transmit it to the switching element driving section 340. In this way, the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 can be stably driven. In addition, since the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f are quickly changed by the control signal CS reflecting the switching characteristics setting signal S2, even if a load fluctuation occurs in a device connected to the motor 314, this load fluctuation can be quickly suppressed.
　なお、上記では、基本信号Ｓ１を三角波信号の谷のタイミングを基準に生成し、開閉特性設定信号Ｓ２を三角波信号の山のタイミングを基準に生成すると説明したが、これに限定されない。基本信号Ｓ１を三角波信号の山のタイミングを基準に生成し、開閉特性設定信号Ｓ２を三角波信号の谷のタイミングを基準に生成してもよい。 Although it has been described above that the basic signal S1 is generated based on the timing of the trough of the triangular wave signal, and the opening/closing characteristic setting signal S2 is generated based on the timing of the peak of the triangular wave signal, the present invention is not limited to this. The basic signal S1 may be generated based on the peak timing of the triangular wave signal, and the switching characteristic setting signal S2 may be generated based on the timing of the trough of the triangular wave signal.
　図９は、実施の形態１に係る電力変換装置１においてスイッチング素子駆動部３４０が出力するゲート電流ＩＧ及びスイッチング素子３１１ａの立ち上がりの速度を示すゲート電圧ＶＧの関係を示す第１の図である。図１０は、実施の形態１に係る電力変換装置１においてスイッチング素子駆動部３４０が出力するゲート電流ＩＧ及びスイッチング素子３１１ａの立ち上がりの速度を示すゲート電圧ＶＧの関係を示す第２の図である。スイッチング素子駆動部３４０は、図９及び図１０に示すように、出力するゲート電流ＩＧを大きくするほど、ゲート電圧ＶＧの立ち上がりを速くする、即ちスイッチング素子３１１ａの開閉速度を速くすることができる。また、スイッチング素子駆動部３４０は、図９及び図１０に示すように、出力するゲート電流ＩＧを小さくするほど、ゲート電圧ＶＧの立ち上がりを遅くする、即ちスイッチング素子３１１ａの開閉速度を遅くすることができる。これにより、電力変換装置１は、図４に示すように、スイッチング素子３１１ａで発生するノイズを小さくしたいときは出力するゲート電流ＩＧを小さくして開閉速度を遅くし、スイッチング素子３１１ａで発生する損失を小さくしたいときは出力するゲート電流ＩＧを大きくして開閉速度を速くすることができる。なお、図９及び図１０に示すゲート電流ＩＧ及びゲート電圧ＶＧの波形は理想的な例であって、図２及び図３に示すように、実際には、ゲート電流ＩＧが一定の電流値になるまでには時間が掛かることになる。 FIG. 9 is a first diagram showing the relationship between the gate current IG output by the switching element drive section 340 and the gate voltage VG indicating the rising speed of the switching element 311a in the power conversion device 1 according to the first embodiment. be. FIG. 10 is a second diagram showing the relationship between the gate current IG output by the switching element drive unit 340 and the gate voltage VG indicating the rising speed of the switching element 311a in the power conversion device 1 according to the first embodiment. be. As shown in FIGS. 9 and 10, the switching element driving section 340 can increase the rise of the gate voltage VG , that is, increase the opening/closing speed of the switching element 311a, as the output gate current IG increases. can. In addition, as shown in FIGS. 9 and 10, the switching element driving section 340 slows down the rise of the gate voltage VG , that is, the opening/closing speed of the switching element 311a, as the output gate current IG becomes smaller. be able to. As a result, as shown in FIG. 4, when the power conversion device 1 wants to reduce the noise generated in the switching element 311a, the output gate current IG is decreased to slow down the opening/closing speed, and the noise generated in the switching element 311a is reduced. When it is desired to reduce the loss, the output gate current IG can be increased to increase the opening/closing speed. Note that the waveforms of the gate current IG and gate voltage VG shown in FIGS. 9 and 10 are ideal examples, and in reality, as shown in FIGS. 2 and 3, the gate current IG is constant. It will take time to reach the current value.
　図１１は、実施の形態１に係る電力変換装置１においてスイッチング素子駆動部３４０が出力するゲート電流ＩＧ及びスイッチング素子３１１ａの立ち上がりの速度を示すゲート電圧ＶＧの関係を示す第３の図である。スイッチング素子駆動部３４０は、図１１に示すように、ターンオン期間を分割し、各期間でゲート電流ＩＧの大きさを変更することができる。即ち、スイッチング素子駆動部３４０は、１回のターンオン期間において、ゲート電流ＩＧの大きさを細かく調整することができる。これにより、電力変換装置１は、ターンオン期間中同じゲート電流ＩＧを出力する場合と比較して、図６に示すように、スイッチング素子３１１ａで発生するノイズを小さくしつつ、スイッチング素子３１１ａで発生する損失を小さくするような制御を行うことができる。 FIG. 11 is a third diagram showing the relationship between the gate current IG output by the switching element drive unit 340 and the gate voltage VG indicating the rising speed of the switching element 311a in the power conversion device 1 according to the first embodiment. be. As shown in FIG. 11, the switching element driver 340 can divide the turn-on period and change the magnitude of the gate current IG in each period. That is, the switching element driver 340 can finely adjust the magnitude of the gate current IG during one turn-on period. As a result, the power converter 1 can reduce the noise generated in the switching element 311a while reducing the noise generated in the switching element 311a, as shown in FIG. 6, compared to the case where the same gate current IG is output during the turn-on period. control can be performed to reduce the loss caused by
　図９から図１１を用いてスイッチング素子３１１ａのターンオン期間を例にして説明したが、スイッチング素子３１１ａのターンオフ期間についても同様である。図１２は、実施の形態１に係る電力変換装置１において基本信号生成部４１０が出力する基本信号Ｓ１及びスイッチング素子駆動部３４０が出力するゲート電流ＩＧの関係の例を示す図である。図１２において、｜Ｉｇ２｜＞｜Ｉｇ１｜とする。スイッチング素子駆動部３４０は、スイッチング素子３１１ａのターンオン期間においてゲート電流ＩＧを出力する期間を分割し、最初に振幅の大きい電流Ｉｇ２のゲート電流ＩＧを出力してから次に振幅の小さい電流Ｉｇ１のゲート電流ＩＧを出力してもよいし、最初に振幅の小さい電流Ｉｇ１のゲート電流ＩＧを出力してから次に振幅の大きい電流Ｉｇ２のゲート電流ＩＧを出力してもよい。同様に、スイッチング素子駆動部３４０は、スイッチング素子３１１ａのターンオフ期間においてゲート電流ＩＧを出力する期間を分割し、最初に振幅の大きい電流－Ｉｇ２のゲート電流ＩＧを出力してから次に振幅の小さい電流－Ｉｇ１のゲート電流ＩＧを出力してもよいし、最初に振幅の小さい電流－Ｉｇ１のゲート電流ＩＧを出力してから次に振幅の大きい電流－Ｉｇ２のゲート電流ＩＧを出力してもよい。 Although the turn-on period of the switching element 311a has been described as an example using FIGS. 9 to 11, the same applies to the turn-off period of the switching element 311a. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the relationship between the basic signal S1 outputted by the basic signal generation section 410 and the gate current IG outputted by the switching element drive section 340 in the power conversion device 1 according to the first embodiment. In FIG. 12, it is assumed that |Ig2|>|Ig1|. The switching element driving unit 340 divides the period in which the gate current IG is output during the turn-on period of the switching element 311a, and first outputs the gate current IG with a large amplitude current Ig2, and then outputs the gate current IG with a small amplitude current Ig1. The gate current IG of the current Ig1 with a small amplitude may be outputted first, and then the gate current IG of the current Ig2 with a large amplitude may be outputted. Similarly, the switching element driver 340 divides the period in which the gate current IG is output during the turn-off period of the switching element 311a, first outputs the gate current IG with a large amplitude - Ig2, and then outputs the gate current IG with a large amplitude. You may output the gate current IG with a small current -Ig1, or first output the gate current IG with a small amplitude current -Ig1, and then output the gate current IG with a large amplitude current -Ig2. You can also output it.
　このように、スイッチング素子駆動部３４０は、開閉特性設定部４３０で設定される開閉特性に基づいて、スイッチング素子３１１ａの開閉特性について、スイッチング素子３１１ａのターンオン期間及びターンオフ期間のうちの少なくとも１つの期間を２以上に分割し、分割した各期間においてスイッチング素子３１１ａに対するゲート電流ＩＧの振幅を異なる大きさに変更可能である。また、スイッチング素子駆動部３４０は、複数のトランジスタを備え、開閉特性設定部４３０で設定される開閉特性に基づいて動作させるトランジスタの数を変更することで、ゲート電流ＩＧの振幅を変更することができる。 In this way, the switching element driving unit 340 determines the opening/closing characteristic of the switching element 311a based on the opening/closing characteristic set by the opening/closing characteristic setting unit 430 for at least one period of the turn-on period and the turn-off period of the switching element 311a. It is possible to divide the period into two or more, and change the amplitude of the gate current IG to the switching element 311a to a different magnitude in each divided period. Furthermore, the switching element driving section 340 includes a plurality of transistors, and can change the amplitude of the gate current IG by changing the number of transistors to be operated based on the switching characteristics set by the switching characteristics setting section 430. Can be done.
　また、スイッチング素子駆動部３４０は、スイッチング素子３１１ａのスイッチング周期ごとにゲート電流ＩＧの出力パターンを変更することができる。スイッチング素子駆動部３４０は、電力変換装置１の動作中において、スイッチング素子３１１ａのスイッチング周期ごとに異なる開閉特性に変更可能である。この場合、開閉特性設定部４３０は、スイッチング素子３１１ａのスイッチング周期と同じ周期で、スイッチング素子３１１ａの開閉特性の設定を変更することができる。開閉特性設定部４３０は、スイッチング素子３１１ａのスイッチング周期の正の整数倍の周期で、スイッチング素子３１１ａの開閉特性の設定を変更してもよい。 Further, the switching element driving section 340 can change the output pattern of the gate current IG every switching period of the switching element 311a. The switching element drive section 340 can change the opening/closing characteristics to be different for each switching period of the switching element 311a while the power conversion device 1 is in operation. In this case, the switching characteristic setting section 430 can change the setting of the switching characteristic of the switching element 311a at the same cycle as the switching cycle of the switching element 311a. The switching characteristic setting section 430 may change the setting of the switching characteristic of the switching element 311a at a cycle that is a positive integer multiple of the switching cycle of the switching element 311a.
　なお、スイッチング素子駆動部３４０の構成について、図７に示すスイッチング素子駆動部３４０の構成は一例であって、これに限定されない。スイッチング素子駆動部３４０は、内部で使用するＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）については、ＭＯＳ以外のトランジスタを使用してもよい。 Note that regarding the configuration of the switching element drive section 340, the configuration of the switching element drive section 340 shown in FIG. 7 is an example, and is not limited thereto. The switching element driving section 340 may use transistors other than MOS (Metal Oxide Semiconductor) for internal use.
　スイッチング素子駆動部３４０は、複数のＭＯＳによるデジタル制御によって、特許文献１に記載したようなゲート抵抗を物理的に切り替えるようなアナログ制御の場合と比較して、スイッチング素子３１１ａの開閉速度をより細かに調整することができる。また、ゲート抵抗は、温度によって抵抗値が変動するので、温度変動に対する精度が問題になることがある。これに対し、デジタルゲートドライバでは、このような問題は起こらない。このため、デジタルゲートドライバによって構成されるスイッチング素子駆動部３４０は、開閉速度の調整を精度良く行うことができる。 The switching element drive unit 340 uses digital control using a plurality of MOSs to control the opening and closing speed of the switching element 311a more precisely than analog control that physically switches the gate resistance as described in Patent Document 1. can be adjusted to Furthermore, since the resistance value of the gate resistor varies depending on the temperature, accuracy with respect to temperature variation may become a problem. In contrast, with digital gate drivers, this problem does not occur. Therefore, the switching element drive section 340 configured by the digital gate driver can adjust the opening/closing speed with high precision.
　また、スイッチング素子駆動部３４０は、上記の例では取得した制御信号ＣＳに応じて動作させるＰＭＯＳ又はＮＭＯＳの数を変更し、動作させるＰＭＯＳ又はＮＭＯＳの数に応じたゲート電流ＩＧをスイッチング素子３１１ａに出力していたが、これに限定されない。スイッチング素子駆動部３４０は、制御信号ＣＳに応じたゲート電流ＩＧの出力パターンを予め記憶しておき、取得した制御信号ＣＳに応じた出力パターンでゲート電流ＩＧを出力してもよい。また、スイッチング素子駆動部３４０は、過去に取得した制御信号ＣＳ及び過去に取得した制御信号ＣＳのときのゲート電流ＩＧの出力パターンを記憶しておき、同じ制御信号ＣＳを取得した際に記憶していた出力パターンでゲート電流ＩＧを出力してもよい。スイッチング素子駆動部３４０は、制御信号ＣＳに応じたゲート電流ＩＧの出力パターンを記憶しておくことで、ゲート電流ＩＧを出力する際の処理負荷を低減することができる。 Furthermore, in the above example, the switching element driving section 340 changes the number of PMOSs or NMOSs to be operated according to the acquired control signal CS, and applies a gate current IG to the switching element 311a according to the number of PMOSs or NMOSs to be operated. However, it is not limited to this. The switching element driving section 340 may store in advance an output pattern of the gate current IG according to the control signal CS, and output the gate current IG with the output pattern according to the acquired control signal CS. In addition, the switching element drive unit 340 stores the control signal CS acquired in the past and the output pattern of the gate current IG when the control signal CS was acquired in the past, and stores it when the same control signal CS is acquired. The gate current IG may be output in the same output pattern as before. By storing the output pattern of the gate current IG according to the control signal CS, the switching element drive section 340 can reduce the processing load when outputting the gate current IG .
　また、スイッチング素子駆動部３４０は、上記の例では、スイッチング素子３１１ａに出力する駆動信号としてゲート電流ＩＧを変更することでスイッチング素子３１１ａの開閉速度を調整し、スイッチング素子３１１ａの開閉特性を変更すると説明したが、これに限定されない。スイッチング素子駆動部３４０は、スイッチング素子３１１ａに出力する駆動信号をゲート電圧ＶＧとし、ゲート電圧ＶＧを変更することで、同様にスイッチング素子３１１ａの開閉速度を調整し、スイッチング素子３１１ａの開閉特性を変更することができる。 Further, in the above example, the switching element drive section 340 adjusts the opening/closing speed of the switching element 311a by changing the gate current IG as a drive signal output to the switching element 311a, and changes the opening/closing characteristics of the switching element 311a. However, the present invention is not limited to this. The switching element drive section 340 sets the drive signal output to the switching element 311a as a gate voltage VG , and by changing the gate voltage VG , similarly adjusts the opening/closing speed of the switching element 311a and changes the opening/closing characteristics of the switching element 311a. can be changed.
　このように、スイッチング素子駆動部３４０は、開閉特性設定部４３０で設定される開閉特性に基づいて、スイッチング素子３１１ａの開閉特性について、スイッチング素子３１１ａのターンオン期間及びターンオフ期間のうちの少なくとも１つの期間を２以上に分割し、分割した各期間においてスイッチング素子３１１ａに対するゲート電圧ＶＧの振幅を異なる大きさに変更可能である。また、スイッチング素子駆動部３４０は、複数のトランジスタを備え、開閉特性設定部４３０で設定される開閉特性に基づいて動作させるトランジスタの数を変更することで、ゲート電圧ＶＧの振幅を変更することができる。 In this way, the switching element driving section 340 determines the opening/closing characteristic of the switching element 311a based on the opening/closing characteristic set by the opening/closing characteristic setting section 430, for at least one period of the turn-on period and the turn-off period of the switching element 311a. can be divided into two or more periods, and the amplitude of the gate voltage VG applied to the switching element 311a can be changed to a different magnitude in each divided period. Further, the switching element driving section 340 includes a plurality of transistors, and can change the amplitude of the gate voltage VG by changing the number of transistors to be operated based on the switching characteristics set by the switching characteristics setting section 430. Can be done.
　また、スイッチング素子駆動部３４０は、上記の開閉速度の制御の際に、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉動作において設定されるデッドタイムを調整してもよい。具体的には、開閉速度を変更した際に、変更後の開閉速度が変更前の開閉速度よりも速く設定された場合、スイッチング素子駆動部３４０は、変更後のデッドタイムを変更前のデッドタイムよりも短く設定する。また、変更後の開閉速度が変更前の開閉速度よりも遅く設定された場合、スイッチング素子駆動部３４０は、変更後のデッドタイムは変更前のデッドタイムよりも長く設定する。このようにすれば、デッドタイムを適切に調整することができるので、デッドタイムに起因する電圧誤差の影響を小さくすることができる。 Additionally, the switching element driving section 340 may adjust the dead time set in the opening/closing operation of the switching elements 311a to 311f when controlling the opening/closing speed described above. Specifically, when changing the opening/closing speed, if the opening/closing speed after the change is set faster than the opening/closing speed before the change, the switching element driving section 340 converts the dead time after the change into the dead time before the change. Set it shorter than . Moreover, when the opening/closing speed after the change is set to be slower than the opening/closing speed before the change, the switching element driving section 340 sets the dead time after the change to be longer than the dead time before the change. In this way, the dead time can be adjusted appropriately, so that the influence of voltage errors caused by the dead time can be reduced.
　図１３は、実施の形態１に係る電力変換装置１においてスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を変更する動作の説明に使用するフローチャートである。電力変換装置１において、基本信号生成部４１０は、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６から取得した状態量に基づいて、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆを駆動するための基本信号Ｓ１を生成する（ステップＳ１）。このように、制御部４００において、基本信号生成部４１０は、状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６から取得した状態量に基づいて、基本信号Ｓ１を生成し、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆをターンオンするタイミング及びターンオフするタイミングを決定する。基本信号生成部４１０は、生成した基本信号Ｓ１を開閉特性設定部４３０に出力する。 FIG. 13 is a flowchart used to explain the operation of changing the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f in the power conversion device 1 according to the first embodiment. In the power conversion device 1, the basic signal generation unit 410 generates a basic signal S1 for driving the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 based on the state quantities acquired from the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506. Generate (step S1). In this way, in the control unit 400, the basic signal generation unit 410 generates the basic signal S1 based on the state quantities acquired from the state quantity detection units 501, 502, 505, and 506, and turns on the switching elements 311a to 311f. Decide when to turn off and when to turn off. The basic signal generation section 410 outputs the generated basic signal S1 to the switching characteristic setting section 430.
　開閉特性設定部４３０は、基本信号生成部４１０から取得した基本信号Ｓ１、及び状態量検出部５０１，５０２，５０５，５０６から取得した状態量に基づいて、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を設定する開閉特性設定信号Ｓ２を生成する（ステップＳ２）。開閉特性設定信号Ｓ２には、基本信号Ｓ１によって決まるスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆをターンオンするタイミング及びターンオフするタイミングにおける開閉特性が設定される。 The switching characteristic setting section 430 opens and closes the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 based on the basic signal S1 obtained from the basic signal generation section 410 and the state quantities obtained from the state quantity detection sections 501, 502, 505, and 506. A switching characteristic setting signal S2 for setting characteristics is generated (step S2). The switching characteristics setting signal S2 is set with the switching characteristics at the timing to turn on and the timing to turn off the switching elements 311a to 311f determined by the basic signal S1.
　信号送信部４２０は、基本信号Ｓ１及び開閉特性設定信号Ｓ２に基づいて、スイッチング素子駆動部３４０を動作させる制御信号ＣＳを生成する（ステップＳ３）。信号送信部４２０によって生成された制御信号ＣＳは、スイッチング素子駆動部３４０に送信される。スイッチング素子駆動部３４０は、信号送信部４２０から取得した制御信号ＣＳに基づいて、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を変更する（ステップＳ４）。 The signal transmitting unit 420 generates a control signal CS that operates the switching element driving unit 340 based on the basic signal S1 and the switching characteristic setting signal S2 (step S3). The control signal CS generated by the signal transmitter 420 is transmitted to the switching element driver 340. The switching element driving section 340 changes the opening/closing characteristics of the switching elements 311a to 311f based on the control signal CS acquired from the signal transmitting section 420 (step S4).
　以上のように、実施の形態１に係る電力変換装置１は、上述した基本信号生成部４１０、信号送信部４２０及び開閉特性設定部４３０の機能によって、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆを駆動する際に、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を変更することができる。 As described above, the power conversion device 1 according to the first embodiment drives the switching elements 311a to 311f of the inverter 310 by the functions of the basic signal generation section 410, signal transmission section 420, and switching characteristic setting section 430 described above. At this time, the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f can be changed.
　次に、電力変換装置１が備える制御部４００のハードウェア構成について説明する。図１４は、実施の形態１に係る電力変換装置１が備える制御部４００を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。制御部４００は、プロセッサ９１及びメモリ９２により実現される。 Next, the hardware configuration of the control unit 400 included in the power conversion device 1 will be described. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration that implements the control unit 400 included in the power conversion device 1 according to the first embodiment. The control unit 400 is realized by a processor 91 and a memory 92.
　プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）、又はシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）である。メモリ９２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを例示できる。またメモリ９２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）でもよい。 The processor 91 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)), or system LSI (Large Scale Integrator). ation). The memory 92 includes RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), and EEPRO. Nonvolatile or volatile such as M (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) An example is semiconductor memory. Furthermore, the memory 92 is not limited to these, and may be a magnetic disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, or a DVD (Digital Versatile Disc).
　以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、制御部は、インバータの動作を制御し、駆動部は、インバータに具備される複数のスイッチング素子を駆動する。駆動部は、スイッチング素子の開閉特性を変更してスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動部を備える。制御部は、第１及び第２の信号生成部と、信号送信部とを備える。第１の信号生成部は、複数のスイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉状態を定める第１の設定信号を生成する。第２の信号生成部は、状態量に応じて、少なくとも１つのスイッチング素子の開閉特性を定める第２の設定信号を生成する。信号送信部は、第１及び第２の設定信号に基づいて、スイッチング素子駆動部を動作させる制御信号を生成してスイッチング素子駆動部に送信する。これにより、電力変換装置は、回路規模の増大を抑制しつつ、スイッチング素子の開閉特性を変更することができる。 As described above, according to the power conversion device according to the first embodiment, the control section controls the operation of the inverter, and the drive section drives the plurality of switching elements included in the inverter. The drive section includes a switching element drive section that drives the switching element by changing the opening/closing characteristics of the switching element. The control section includes first and second signal generation sections and a signal transmission section. The first signal generation section generates a first setting signal that determines an open/closed state of at least one switching element among the plurality of switching elements. The second signal generation section generates a second setting signal that defines switching characteristics of at least one switching element according to the state quantity. The signal transmitting section generates a control signal for operating the switching element driving section based on the first and second setting signals, and transmits the control signal to the switching element driving section. Thereby, the power conversion device can change the switching characteristics of the switching element while suppressing an increase in circuit scale.
　また、実施の形態１に係る電力変換装置において、スイッチング素子駆動部は、開閉特性設定信号で設定される開閉特性に基づいて、スイッチング素子のターンオン期間及びターンオフ期間のうちの少なくとも１つの期間を２以上に分割し、分割した各期間においてスイッチング素子に対するゲート電流又はゲート電圧の振幅が異なる大きさに変更可能であるように構成される。このように構成された電力変換装置によれば、１回のスイッチング期間においてスイッチング素子に出力するゲート電流又はゲート電圧を細かく調整することができ、特許文献１などの方式では実現できなかった開閉特性を実現することができる。これにより、回路規模の増大を抑制しつつ、ノイズ及び損失を所望の状態に制御することができる。 Further, in the power conversion device according to the first embodiment, the switching element drive section sets at least one period of the turn-on period and the turn-off period of the switching element to 2 based on the switching characteristic set by the switching characteristic setting signal. The period is divided into the above periods, and the amplitude of the gate current or gate voltage for the switching element can be changed to a different magnitude in each divided period. According to the power conversion device configured in this way, the gate current or gate voltage output to the switching element during one switching period can be finely adjusted, and switching characteristics that could not be achieved with methods such as Patent Document 1 can be achieved. can be realized. Thereby, noise and loss can be controlled to a desired state while suppressing an increase in circuit scale.
　また、実施の形態１に係る電力変換装置において、信号送信部は、第２の設定信号を受信していない場合、第１の設定信号のみを用いて制御信号を生成し、第２の設定信号を受信している場合、第２の設定信号の受信が完了した後、第１及び第２の設定信号の両方を用いて制御信号を生成する。その結果、受信が完了した第２の設定信号は、速やかに開閉特性の制御に反映される。これにより、電力変換装置に生じた負荷変動を迅速に抑制することができる。 Further, in the power conversion device according to the first embodiment, when the signal transmission unit has not received the second setting signal, the signal transmitting unit generates the control signal using only the first setting signal, and generates the control signal using the second setting signal. If the control signal is received, the control signal is generated using both the first and second setting signals after the reception of the second setting signal is completed. As a result, the second setting signal that has been completely received is immediately reflected in the control of the opening/closing characteristics. Thereby, load fluctuations occurring in the power converter can be quickly suppressed.
実施の形態２．
　図１５は、実施の形態２に係る電力変換装置１Ａの構成例を示す図である。実施の形態２では、電力変換装置１Ａ及びモータ３１４によって、モータ駆動装置２Ａが構成される。また、実施の形態２に係る電力変換装置１Ａでは、図１の構成において、駆動部３２０が駆動部３２０Ａに置き替えられ、制御部４００が制御部４００Ａに置き替えられ、信号送信部４２０が信号送信部４２０Ａに置き替えられている。また、図１５の駆動部３２０Ａでは、信号受信部３５０が追加されている。その他の構成は、図１に示す電力変換装置１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付し、重複する説明は割愛する。 Embodiment 2.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device 1A according to the second embodiment. In the second embodiment, the power conversion device 1A and the motor 314 constitute a motor drive device 2A. Furthermore, in the power conversion device 1A according to the second embodiment, in the configuration of FIG. It has been replaced by a transmitter 420A. Furthermore, a signal receiving section 350 is added to the driving section 320A in FIG. 15 . The other configurations are the same or equivalent to the power conversion device 1 shown in FIG. 1, and the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
　信号送信部４２０Ａは、基本信号生成部４１０から送出された基本信号Ｓ１を駆動部３２０Ａの信号受信部３５０に送信する。基本信号Ｓ１の伝送は、パラレル伝送でもシリアル伝送でもよい。また、信号送信部４２０Ａは、開閉特性設定部４３０から送出された開閉特性設定信号Ｓ２を駆動部３２０Ａの信号受信部３５０に送信する。実施の形態２において、開閉特性設定信号Ｓ２の伝送は、シリアル伝送で行う。シリアル伝送における同期は、どのような同期方式を用いてもよい。代表的な同期方式には、調歩同期方式、独立同期方式、フレーム同期方式などがある。 The signal transmitting section 420A transmits the basic signal S1 sent out from the basic signal generating section 410 to the signal receiving section 350 of the driving section 320A. The basic signal S1 may be transmitted in parallel or serially. Further, the signal transmitting section 420A transmits the switching characteristic setting signal S2 sent from the switching characteristic setting section 430 to the signal receiving section 350 of the driving section 320A. In the second embodiment, the switching characteristic setting signal S2 is transmitted by serial transmission. Any synchronization method may be used for synchronization in serial transmission. Typical synchronization methods include start-stop synchronization, independent synchronization, and frame synchronization.
　図１６は、実施の形態２において用いられる基本信号Ｓ１、開閉特性設定信号Ｓ２及び開閉特性切替信号をキャリア信号との関係で示す図である。図１６の上段部には、キャリア信号の例である三角波信号が示されている。図１６の中上段部には、スイッチング素子３１１ａの開閉状態を定める基本信号Ｓ１の例であるＰＷＭ信号が示されている。図１６の中下段部には、スイッチング素子３１１ａの開閉特性を定める開閉特性設定信号Ｓ２が示されている。これらの三角波信号、基本信号Ｓ１及び開閉特性設定信号Ｓ２は、基本的に実施の形態１で説明したものと同等である。また、図１６の下段部には、開閉特性切替信号が示されている。この開閉特性切替信号は、開閉特性設定信号Ｓ２に重畳されて駆動部３２０Ａの信号受信部３５０に送信される。 FIG. 16 is a diagram showing the basic signal S1, the switching characteristic setting signal S2, and the switching characteristic switching signal used in the second embodiment in relation to the carrier signal. In the upper part of FIG. 16, a triangular wave signal, which is an example of a carrier signal, is shown. In the middle upper part of FIG. 16, a PWM signal that is an example of the basic signal S1 that determines the open/close state of the switching element 311a is shown. A switching characteristic setting signal S2 that determines the switching characteristics of the switching element 311a is shown in the lower middle part of FIG. 16. These triangular wave signals, basic signal S1, and switching characteristic setting signal S2 are basically the same as those described in the first embodiment. Moreover, the opening/closing characteristic switching signal is shown in the lower part of FIG. This opening/closing characteristic switching signal is superimposed on the opening/closing characteristic setting signal S2 and transmitted to the signal receiving section 350 of the driving section 320A.
　開閉特性切替信号は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を切り替えるための切替タイミングを指定するタイミング信号である。即ち、実施の形態２において、開閉特性設定信号Ｓ２には、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性を切り替えるタイミングを指定するタイミング信号が含まれている。 The opening/closing characteristic switching signal is a timing signal that specifies the switching timing for switching the opening/closing characteristics of the switching elements 311a to 311f. That is, in the second embodiment, the switching characteristic setting signal S2 includes a timing signal that specifies the timing for switching the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f.
　従って、実施の形態２の制御では、複数のスイッチング素子の開閉特性を複数のスイッチング素子の何れもが開閉動作しないタイミングにおいて一斉に変更することが可能となる。このような制御は、スイッチング素子の数が多いアプリケーション、例えば三相モータのインバータ駆動などにおいて有用である。複数のスイッチング素子の開閉特性を一斉に変更するようにすれば、負荷を安定的に駆動することができる。 Therefore, in the control of the second embodiment, it is possible to change the opening/closing characteristics of the plurality of switching elements all at once at a timing when none of the plurality of switching elements performs opening/closing operations. Such control is useful in applications with a large number of switching elements, such as inverter drive of a three-phase motor. By changing the switching characteristics of a plurality of switching elements all at once, the load can be stably driven.
　以上説明したように、実施の形態２に係る電力変換装置によれば、制御部は、インバータの動作を制御し、駆動部は、インバータに具備される複数のスイッチング素子を駆動する。制御部は、第１及び第２の信号生成部と、信号送信部とを備える。駆動部は、スイッチング素子駆動部と、信号受信部とを備える。第１の信号生成部は、複数のスイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉状態を定める第１の設定信号を生成する。第２の信号生成部は、状態量に応じて、少なくとも１つのスイッチング素子の開閉特性を定める第２の設定信号を生成する。信号送信部は、第１及び第２の設定信号を駆動部に送信する。信号受信部は、制御部から受信した第１及び第２の設定信号に基づいて、スイッチング素子駆動部を動作させる制御信号ＣＳを生成する。スイッチング素子駆動部は、制御信号ＣＳに基づいてスイッチング素子の開閉特性を変更する。これにより、電力変換装置は、回路規模の増大を抑制しつつ、開閉速度を含むスイッチング素子の開閉特性を変更することができる。また、電力変換装置は、複数のスイッチング素子の開閉特性を一斉に変更することができるので、開閉特性を変更しても、負荷を安定的に駆動することができる。 As described above, according to the power conversion device according to the second embodiment, the control section controls the operation of the inverter, and the drive section drives the plurality of switching elements included in the inverter. The control section includes first and second signal generation sections and a signal transmission section. The drive section includes a switching element drive section and a signal reception section. The first signal generation section generates a first setting signal that determines an open/closed state of at least one switching element among the plurality of switching elements. The second signal generation section generates a second setting signal that defines switching characteristics of at least one switching element according to the state quantity. The signal transmitting section transmits the first and second setting signals to the driving section. The signal receiving section generates a control signal CS that operates the switching element driving section based on the first and second setting signals received from the control section. The switching element driver changes the opening/closing characteristics of the switching element based on the control signal CS. Thereby, the power converter device can change the opening/closing characteristics of the switching element including the opening/closing speed while suppressing an increase in circuit scale. Moreover, since the power conversion device can change the switching characteristics of a plurality of switching elements all at once, the load can be stably driven even if the switching characteristics are changed.
実施の形態３．
　図１７は、実施の形態３に係る電力変換装置１Ｂの構成例を示す図である。実施の形態３では、電力変換装置１Ｂ及びモータ３１４によって、モータ駆動装置２Ｂが構成される。また、実施の形態３に係る電力変換装置１Ｂでは、図１５の構成において、駆動部３２０Ａが駆動部３２０Ｂに置き替えられている。また、図１７の駆動部３２０Ｂでは、信号受信部３５０の入力側にノイズ抑制部３６０が追加されている。その他の構成は、図１５に示す電力変換装置１Ａと同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付し、重複する説明は割愛する。 Embodiment 3.
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion device 1B according to the third embodiment. In the third embodiment, the power converter 1B and the motor 314 constitute a motor drive device 2B. Furthermore, in the power conversion device 1B according to the third embodiment, the drive unit 320A in the configuration of FIG. 15 is replaced with a drive unit 320B. Further, in the driving section 320B of FIG. 17, a noise suppressing section 360 is added to the input side of the signal receiving section 350. The other configurations are the same or equivalent to the power conversion device 1A shown in FIG. 15, and the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted.
　ノイズ抑制部３６０は、開閉特性設定信号Ｓ２に含まれる高周波ノイズを抑制する。ノイズ抑制部３６０の例は、ローパスフィルタである。ローパスフィルタは、抵抗とコンデンサとによるＲＣフィルタで構成することができる。また、ローパスフィルタは、コンデンサのみで構成してもよい。前述したように、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉速度が速い場合、ノイズが大きくなる。このため、信号受信部３５０が半導体パッケージ３４２の近くにある場合、或いは半導体パッケージ３４２の内部に設けられる場合、信号受信部３５０が受信する開閉特性設定信号Ｓ２には、高周波ノイズが重畳し易い。そこで、実施の形態３では、ノイズ抑制部３６０によって、開閉特性設定信号Ｓ２に含まれ得る高周波ノイズを抑制する。これにより、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性が誤って変更されるのを防止することができる。この効果は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆが高電圧が印加されるパワー半導体素子である場合に、特に有用である。 The noise suppressor 360 suppresses high frequency noise included in the switching characteristic setting signal S2. An example of the noise suppressor 360 is a low-pass filter. The low-pass filter can be configured with an RC filter including a resistor and a capacitor. Further, the low-pass filter may be configured only with a capacitor. As described above, when the switching elements 311a to 311f open and close at a high speed, noise increases. Therefore, when the signal receiving section 350 is located near the semiconductor package 342 or when it is provided inside the semiconductor package 342, high frequency noise is likely to be superimposed on the switching characteristic setting signal S2 that the signal receiving section 350 receives. Therefore, in the third embodiment, the noise suppressing section 360 suppresses high frequency noise that may be included in the switching characteristic setting signal S2. This can prevent the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f from being changed erroneously. This effect is particularly useful when the switching elements 311a to 311f are power semiconductor elements to which a high voltage is applied.
　なお、実施の形態３では、開閉特性設定信号Ｓ２のみをノイズ抑制部３６０に通しているが、これに限定されない。基本信号Ｓ１についてもノイズ抑制部を通してから、信号受信部３５０で受信するようにしてもよい。 Note that in the third embodiment, only the switching characteristic setting signal S2 is passed through the noise suppressing section 360, but the present invention is not limited thereto. The basic signal S1 may also be received by the signal receiving unit 350 after passing through the noise suppressing unit.
　以上説明したように、実施の形態３に係る電力変換装置によれば、実施の形態２の構成において、駆動部は、高周波ノイズを抑制するノイズ抑制部を備え、信号受信部は、信号送信部から送信される第１及び第２の設定信号のうちの少なくとも１つをノイズ抑制部を介して受信する。これにより、基本信号Ｓ１又は開閉特性設定信号Ｓ２に重畳され得る高周波ノイズを抑制することができるので、スイッチング素子の開閉特性が誤って変更されるのを防止することができる。 As described above, according to the power conversion device according to the third embodiment, in the configuration of the second embodiment, the drive section includes a noise suppressing section that suppresses high frequency noise, and the signal receiving section includes a signal transmitting section. The noise suppressor receives at least one of the first and second setting signals transmitted from the noise suppressor. This makes it possible to suppress high-frequency noise that may be superimposed on the basic signal S1 or the switching characteristic setting signal S2, thereby preventing the switching characteristics of the switching element from being erroneously changed.
実施の形態４．
　図１８は、実施の形態４に係る電力変換装置１Ｃの構成例を示す図である。実施の形態４では、電力変換装置１Ｃ及びモータ３１４によって、モータ駆動装置２Ｃが構成される。また、実施の形態４に係る電力変換装置１Ｃでは、図１７の構成において、駆動部３２０Ｂが駆動部３２０Ｃに置き替えられ、制御部４００Ａが制御部４００Ｃに置き替えられている。また、図１８の駆動部３２０Ｃでは、信号受信部３５０が信号送受信部３５０Ｃに置き替えられている。更に、図１８の制御部４００Ｃでは、信号送信部４２０Ａが信号送受信部４２０Ｃに置き替えられている。その他の構成は、図１７に示す電力変換装置１Ｂと同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付し、重複する説明は割愛する。なお、本稿では、信号送受信部４２０Ｃを「第１の送受信部」と記載し、信号送受信部３５０Ｃを「第２の送受信部」と記載することがある。 Embodiment 4.
FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device 1C according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the power converter 1C and the motor 314 constitute a motor drive device 2C. Furthermore, in the power conversion device 1C according to the fourth embodiment, in the configuration shown in FIG. 17, the drive section 320B is replaced with a drive section 320C, and the control section 400A is replaced with a control section 400C. Further, in the drive section 320C in FIG. 18, the signal reception section 350 is replaced with a signal transmission/reception section 350C. Furthermore, in the control section 400C of FIG. 18, the signal transmitting section 420A is replaced with a signal transmitting/receiving section 420C. The other configurations are the same or equivalent to the power conversion device 1B shown in FIG. 17, and the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted. Note that in this document, the signal transmitting/receiving section 420C may be referred to as a "first transmitting/receiving section" and the signal transmitting/receiving section 350C may be referred to as a "second transmitting/receiving section."
　信号送受信部３５０Ｃは、上述した信号受信部３５０の機能を有した上で、更に開閉特性の変更制御を実施したことを示す実施信号ＣＶを生成して、制御部４００Ｃの信号送受信部４２０Ｃに送信する。制御部４００Ｃは、信号送受信部４２０Ｃが実施信号ＣＶを受信したことにより、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの開閉特性が変更されていることを把握することができる。即ち、制御部４００Ｃは、実施信号ＣＶに基づいて、スイッチング素子駆動部３４０及び信号送受信部３５０Ｃの動作状況を把握することができる。 The signal transmitting/receiving section 350C has the function of the signal receiving section 350 described above, and further generates an implementation signal CV indicating that the switching characteristic change control has been performed, and transmits it to the signal transmitting/receiving section 420C of the control section 400C. do. The control unit 400C can understand that the switching characteristics of the switching elements 311a to 311f have been changed because the signal transmitting/receiving unit 420C has received the implementation signal CV. That is, the control unit 400C can grasp the operating status of the switching element drive unit 340 and the signal transmitting/receiving unit 350C based on the execution signal CV.
　なお、実施の形態４では、駆動部側に送信機能を付加し、制御部側に受信機能を付加する構成を図１７に示す実施の形態３の構成に適用したが、図１５に示す実施の形態２の構成に適用することも可能である。 In Embodiment 4, a configuration in which a transmitting function is added to the drive unit side and a receiving function is added to the control unit side is applied to the configuration of Embodiment 3 shown in FIG. 17. It is also possible to apply the configuration of Form 2.
　以上説明したように、実施の形態４に係る電力変換装置によれば、実施の形態２及び実施の形態３の構成において、制御部は、第１及び第２の設定信号を駆動部に送信すると共に、スイッチング素子に対して開閉特性の変更制御を実施したことを示す実施信号を駆動部から受信する第１の信号送受信部を備える。また、駆動部は、制御部から受信した第１及び第２の設定信号に基づいて、スイッチング素子駆動部を動作させる制御信号を生成すると共に、スイッチング素子に対して開閉特性を変更する制御を実施した場合には、制御部に実施信号を送信する第２の信号送受信部を備える。これにより、制御部は、駆動部の動作状況を把握することができる。 As explained above, according to the power conversion device according to the fourth embodiment, in the configurations of the second embodiment and the third embodiment, the control section transmits the first and second setting signals to the drive section. The device also includes a first signal transmitting/receiving section that receives an execution signal from the driving section indicating that the switching element has been controlled to change the opening/closing characteristics. Further, the drive unit generates a control signal to operate the switching element drive unit based on the first and second setting signals received from the control unit, and also performs control to change the switching characteristics of the switching element. In this case, a second signal transmitting/receiving section is provided that transmits an execution signal to the control section. This allows the control unit to grasp the operating status of the drive unit.
実施の形態５．
　図１９は、実施の形態５に係る冷凍サイクル適用機器９００の構成例を示す図である。実施の形態５に係る冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１で説明した電力変換装置１を備える。実施の形態５に係る冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態２～４で説明した電力変換装置１Ａ～１Ｃを備えることも可能である。実施の形態５に係る冷凍サイクル適用機器９００は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。なお、図１９において、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態１と同一の符号を付している。 Embodiment 5.
FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle application device 900 according to the fifth embodiment. A refrigeration cycle application device 900 according to the fifth embodiment includes the power conversion device 1 described in the first embodiment. Refrigeration cycle application equipment 900 according to Embodiment 5 can also include power converters 1A to 1C described in Embodiments 2 to 4. The refrigeration cycle application device 900 according to the fifth embodiment can be applied to products including a refrigeration cycle, such as air conditioners, refrigerators, freezers, and heat pump water heaters. Note that in FIG. 19, components having the same functions as in the first embodiment are given the same reference numerals as in the first embodiment.
　冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１におけるモータ３１４を内蔵した圧縮機３１５と、四方弁９０２と、室内熱交換器９０６と、膨張弁９０８と、室外熱交換器９１０とが冷媒配管９１２を介して取り付けられている。 Refrigeration cycle application equipment 900 includes a compressor 315 with built-in motor 314 in Embodiment 1, a four-way valve 902, an indoor heat exchanger 906, an expansion valve 908, and an outdoor heat exchanger 910 that connect refrigerant piping 912. It is attached through.
　圧縮機３１５の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構９０４と、圧縮機構９０４を動作させるモータ３１４とが設けられている。 A compression mechanism 904 that compresses the refrigerant and a motor 314 that operates the compression mechanism 904 are provided inside the compressor 315.
　冷凍サイクル適用機器９００は、四方弁９０２の切替動作により暖房運転又は冷房運転をすることができる。圧縮機構９０４は、可変速制御されるモータ３１４によって駆動される。 The refrigeration cycle applicable equipment 900 can perform heating operation or cooling operation by switching the four-way valve 902. The compression mechanism 904 is driven by a variable speed controlled motor 314.
　暖房運転時には、実線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外熱交換器９１０及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。 During heating operation, as shown by the solid arrow, the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, passing through the four-way valve 902, indoor heat exchanger 906, expansion valve 908, outdoor heat exchanger 910, and four-way valve 902. Returning to the compression mechanism 904.
　冷房運転時には、破線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内熱交換器９０６及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。 During cooling operation, the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, passing through the four-way valve 902, the outdoor heat exchanger 910, the expansion valve 908, the indoor heat exchanger 906, and the four-way valve 902, as shown by the dashed arrow. Returning to the compression mechanism 904.
　暖房運転時には、室内熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い、室外熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、室外熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、室内熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。 During heating operation, the indoor heat exchanger 906 acts as a condenser and releases heat, and the outdoor heat exchanger 910 acts as an evaporator and absorbs heat. During cooling operation, the outdoor heat exchanger 910 acts as a condenser and releases heat, and the indoor heat exchanger 906 acts as an evaporator and absorbs heat. The expansion valve 908 reduces the pressure of the refrigerant and expands it.
　なお、冷凍サイクル適用機器９００は、規定されているノイズの範囲内で運転していても、モータ３１４の負荷状態が軽負荷から重負荷に変化すると、図５に示すようにスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆなどで発生するノイズ及び損失の特性を示すカーブは右上の方に推移し、結果的にノイズが増えることになる。そのため、冷凍サイクル適用機器９００は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆなどの開閉速度を遅くすることで、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆなどで発生するノイズを小さくすることができる。同様に、冷凍サイクル適用機器９００は、規定されている損失の範囲内で運転していても、モータ３１４の負荷状態が軽負荷から重負荷に変化すると、図５に示すようにスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆなどで発生するノイズ及び損失の特性を示すカーブは右上の方に推移し、結果的に損失が増えることになる。そのため、冷凍サイクル適用機器９００は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆなどの開閉速度を速くすることで、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆなどで発生する損失を小さくすることができる。 Note that even if the refrigeration cycle application equipment 900 is operated within the specified noise range, when the load state of the motor 314 changes from light load to heavy load, the switching elements 311a to 311f as shown in FIG. The curve showing the characteristics of noise and loss generated in such cases moves toward the upper right, resulting in an increase in noise. Therefore, the refrigeration cycle applicable equipment 900 can reduce the noise generated in the switching elements 311a to 311f by slowing down the opening/closing speed of the switching elements 311a to 311f. Similarly, even if the refrigeration cycle application equipment 900 is operated within the specified loss range, when the load state of the motor 314 changes from light load to heavy load, switching elements 311a to 311a as shown in FIG. The curve showing the characteristics of noise and loss generated in 311f etc. moves toward the upper right, and as a result, the loss increases. Therefore, the refrigeration cycle application equipment 900 can reduce the loss generated in the switching elements 311a to 311f by increasing the opening/closing speed of the switching elements 311a to 311f.
　ここで、冷凍サイクル適用機器９００が備える電力変換装置１において、駆動部３２０に含まれるスイッチング素子駆動部３４０及びスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆによって構成されるデジタルゲートドライバは、開閉速度が速いとサージ電圧が大きくなり、電磁ノイズが多く発生する。冷凍サイクル適用機器９００は、燃焼性のある冷媒を使用する場合、冷媒が漏れた際に電磁ノイズが起因となる放電によって燃焼する可能性がある。そのため、冷凍サイクル適用機器９００は、冷凍サイクル適用機器９００で使用される冷媒の燃焼性に応じて、電力変換装置１が備えるデジタルゲートドライバの開閉速度を設定する。例えば、冷凍サイクル適用機器９００は、冷凍サイクル適用機器９００で使用される冷媒の燃焼性が高いほど、電力変換装置１が備えるデジタルゲートドライバの開閉速度を遅くする。冷凍サイクル適用機器９００は、デジタルゲートドライバの開閉速度を遅くすることでサージ電圧を小さくでき、電磁ノイズが起因となる放電の発生を抑えることで、仮に冷凍サイクル適用機器９００から冷媒が漏れた場合でも燃焼することを防止することができる。 Here, in the power conversion device 1 included in the refrigeration cycle application equipment 900, the digital gate driver configured by the switching element drive unit 340 and the switching elements 311a to 311f included in the drive unit 320 generates a surge voltage when the opening/closing speed is fast. becomes larger and generates more electromagnetic noise. When the refrigeration cycle application equipment 900 uses a combustible refrigerant, there is a possibility that the refrigerant will burn due to discharge caused by electromagnetic noise when the refrigerant leaks. Therefore, the refrigeration cycle application equipment 900 sets the opening/closing speed of the digital gate driver included in the power conversion device 1 according to the combustibility of the refrigerant used in the refrigeration cycle application equipment 900. For example, the refrigeration cycle application equipment 900 reduces the opening/closing speed of the digital gate driver included in the power converter 1 as the flammability of the refrigerant used in the refrigeration cycle application equipment 900 increases. The refrigeration cycle applicable equipment 900 can reduce the surge voltage by slowing down the opening/closing speed of the digital gate driver, and by suppressing the occurrence of discharge caused by electromagnetic noise, even if refrigerant leaks from the refrigeration cycle applicable equipment 900. However, combustion can be prevented.
　冷凍サイクル適用機器９００で使用される冷媒は、例えば、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２４３ｚｆ、ＨＦＯ１１２３、ＨＦＯ１１３２（Ｅ）、Ｒ１１３２ａ、ＣＦ３Ｉ、Ｒ２９０、Ｒ４６３Ａ、Ｒ４６６Ａ、Ｒ４５４Ａ、Ｒ４５４Ｂ、Ｒ４５４Ｃなどである。 Refrigerants used in the refrigeration cycle application equipment 900 include, for example, R1234yf, R1234ze (E), R1243zf, HFO1123, HFO1132 (E), R1132a, CF3I, R290, R463A, R466A, R454A, R454B, and R454C.
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the embodiments above are merely examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, within the scope of the gist. It is also possible to omit or change part of the configuration.
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　電力変換装置、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ　モータ駆動装置、９１　プロセッサ、９２　メモリ、１１０　商用電源、１３０　整流部、２１０　コンデンサ、３１０　インバータ、３１１ａ～３１１ｆ　スイッチング素子、３１２ａ～３１２ｆ　還流ダイオード、３１４　モータ、３１５　圧縮機、３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ　駆動部、３４０　スイッチング素子駆動部、３４２　半導体パッケージ、３５０　信号受信部、３５０Ｃ，４２０Ｃ　信号送受信部、３６０　ノイズ抑制部、４００，４００Ａ，４００Ｃ　制御部、４１０　基本信号生成部、４２０，４２０Ａ　信号送信部、４３０　開閉特性設定部、５０１，５０２，５０５，５０６　状態量検出部、９００　冷凍サイクル適用機器、９０２　四方弁、９０４　圧縮機構、９０６　室内熱交換器、９０８　膨張弁、９１０　室外熱交換器、９１２　冷媒配管。 1, 1A, 1B, 1C power converter, 2, 2A, 2B, 2C motor drive device, 91 processor, 92 memory, 110 commercial power supply, 130 rectifier, 210 capacitor, 310 inverter, 311a to 311f switching element, 312a to 312f freewheeling diode, 314 motor, 315 compressor, 320, 320A, 320B, 320C drive section, 340 switching element drive section, 342 semiconductor package, 350 signal reception section, 350C, 420C signal transmission and reception section, 360 noise suppression section, 400, 400A, 400C control unit, 410 basic signal generation unit, 420, 420A signal transmission unit, 430 opening/closing characteristic setting unit, 501, 502, 505, 506 state quantity detection unit, 900 refrigeration cycle application equipment, 902 four-way valve, 904 compression mechanism , 906 Indoor heat exchanger, 908 Expansion valve, 910 Outdoor heat exchanger, 912 Refrigerant piping.

Claims (17)

  1. 　複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータの動作を制御する制御部と、複数の前記スイッチング素子を駆動する駆動部とを備え、前記インバータによって負荷を駆動するモータに電力を供給する電力変換装置であって、
    　前記電力変換装置は、前記電力変換装置の動作状態を示す状態量を検出する状態量検出部を備え、
    　前記駆動部は、前記スイッチング素子の開閉特性を変更して前記スイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動部を備え、
    　前記制御部は、
    　複数の前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉状態を定める第１の設定信号を生成する第１の信号生成部と、
    　前記状態量に応じて、前記少なくとも１つのスイッチング素子の開閉特性を定める第２の設定信号を生成する第２の信号生成部と、
    　前記第１及び第２の設定信号に基づいて、前記スイッチング素子駆動部を動作させる制御信号を生成して前記スイッチング素子駆動部に送信する信号送信部と、を備える
    　電力変換装置。     A power conversion device that includes an inverter having a plurality of switching elements, a control unit that controls the operation of the inverter, and a drive unit that drives the plurality of switching elements, and supplies power to a motor that drives a load by the inverter. And,
    The power conversion device includes a state quantity detection unit that detects a state quantity indicating an operating state of the power conversion device,
    The drive unit includes a switching element drive unit that changes the opening/closing characteristics of the switching element to drive the switching element,
    The control unit includes:
    a first signal generation unit that generates a first setting signal that determines an open/closed state of at least one switching element among the plurality of switching elements;
    a second signal generation unit that generates a second setting signal that determines switching characteristics of the at least one switching element according to the state quantity;
    A power conversion device, comprising: a signal transmitter that generates a control signal for operating the switching element driver based on the first and second setting signals and transmits the control signal to the switching element driver.
  2. 　前記第１の設定信号は、パルス幅変調信号であり、
    　前記第２の設定信号は、シリアル信号である
    　請求項１に記載の電力変換装置。     The first setting signal is a pulse width modulation signal,
    The power conversion device according to claim 1, wherein the second setting signal is a serial signal.
  3. 　前記信号送信部は、
    　前記第２の設定信号を受信していない場合、前記第１の設定信号のみを用いて前記制御信号を生成し、
    　前記第２の設定信号を受信している場合、前記第２の設定信号の受信が完了した後、前記第１及び第２の設定信号の両方を用いて前記制御信号を生成する
    　請求項１又は２に記載の電力変換装置。     The signal transmitter includes:
    If the second setting signal is not received, generating the control signal using only the first setting signal;
    When the second setting signal is received, the control signal is generated using both the first and second setting signals after the reception of the second setting signal is completed. 2. The power conversion device according to 2.
  4. 　複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータの動作を制御する制御部と、複数の前記スイッチング素子を駆動する駆動部とを備え、前記インバータによって負荷を駆動するモータに電力を供給する電力変換装置であって、
    　前記電力変換装置は、前記電力変換装置の動作状態を示す状態量を検出する状態量検出部を備え、
    　前記制御部は、
    　複数の前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉状態を定める第１の設定信号を生成する第１の信号生成部と、
    　前記状態量に応じて、前記少なくとも１つのスイッチング素子の開閉特性を定める第２の設定信号を生成する第２の信号生成部と、
    　前記第１及び第２の設定信号を前記駆動部に送信する信号送信部と、を備え
    　前記駆動部は、
    　前記スイッチング素子の開閉特性を変更するスイッチング素子駆動部と、
    　前記制御部から受信した前記第１及び第２の設定信号に基づいて、前記スイッチング素子駆動部を動作させる制御信号を生成する信号受信部と、を備える
    　電力変換装置。     A power conversion device that includes an inverter having a plurality of switching elements, a control unit that controls the operation of the inverter, and a drive unit that drives the plurality of switching elements, and supplies power to a motor that drives a load by the inverter. And,
    The power conversion device includes a state quantity detection unit that detects a state quantity indicating an operating state of the power conversion device,
    The control unit includes:
    a first signal generation unit that generates a first setting signal that determines an open/closed state of at least one switching element among the plurality of switching elements;
    a second signal generation unit that generates a second setting signal that determines switching characteristics of the at least one switching element according to the state quantity;
    a signal transmitting section that transmits the first and second setting signals to the driving section; the driving section;
    a switching element drive unit that changes the opening/closing characteristics of the switching element;
    A power conversion device, comprising: a signal receiving section that generates a control signal for operating the switching element drive section based on the first and second setting signals received from the control section.
  5. 　前記第２の設定信号には、前記スイッチング素子の開閉特性を切り替えるタイミングを指定するタイミング信号が含まれる
    　請求項４に記載の電力変換装置。     The power conversion device according to claim 4, wherein the second setting signal includes a timing signal that specifies a timing to switch the opening/closing characteristics of the switching element.
  6. 　前記駆動部は、高周波ノイズを抑制するノイズ抑制部を備え、
    　前記信号受信部は、前記信号送信部から送信される前記第１及び第２の設定信号のうちの少なくとも１つを前記ノイズ抑制部を介して受信する
    　請求項４又は５に記載の電力変換装置。     The drive unit includes a noise suppression unit that suppresses high frequency noise,
    The power conversion device according to claim 4 or 5, wherein the signal receiving unit receives at least one of the first and second setting signals transmitted from the signal transmitting unit via the noise suppressing unit. .
  7. 　複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータの動作を制御する制御部と、複数の前記スイッチング素子を駆動する駆動部とを備え、前記インバータによって負荷を駆動するモータに電力を供給する電力変換装置であって、
    　前記電力変換装置は、前記電力変換装置の動作状態を示す状態量を検出する状態量検出部を備え、
    　前記制御部は、
    　複数の前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子の開閉状態を定める第１の設定信号を生成する第１の信号生成部と、
    　前記状態量に応じて、前記少なくとも１つのスイッチング素子の開閉特性を定める第２の設定信号を生成する第２の信号生成部と、
    　前記第１及び第２の設定信号を前記駆動部に送信すると共に、前記スイッチング素子に対して前記開閉特性の変更制御を実施したことを示す実施信号を前駆駆動部から受信する第１の信号送受信部と、を備え
    　前記駆動部は、
    　前記スイッチング素子の開閉特性を変更するスイッチング素子駆動部と、
    　前記制御部から受信した前記第１及び第２の設定信号に基づいて、前記スイッチング素子駆動部を動作させる制御信号を生成すると共に、前記スイッチング素子に対して前記開閉特性を変更する制御を実施した場合には、前記制御部に前記実施信号を送信する第２の信号送受信部と、を備える
    　電力変換装置。     A power conversion device that includes an inverter having a plurality of switching elements, a control unit that controls the operation of the inverter, and a drive unit that drives the plurality of switching elements, and supplies power to a motor that drives a load by the inverter. And,
    The power conversion device includes a state quantity detection unit that detects a state quantity indicating an operating state of the power conversion device,
    The control unit includes:
    a first signal generation unit that generates a first setting signal that determines an open/closed state of at least one switching element among the plurality of switching elements;
    a second signal generation unit that generates a second setting signal that determines switching characteristics of the at least one switching element according to the state quantity;
    A first signal transmission/reception unit that transmits the first and second setting signals to the drive unit, and receives an implementation signal from the precursor drive unit that indicates that the switching element has been controlled to change the opening/closing characteristic. The drive unit includes:
    a switching element drive unit that changes the opening/closing characteristics of the switching element;
    Based on the first and second setting signals received from the control unit, a control signal for operating the switching element drive unit was generated, and control was performed for changing the switching characteristics of the switching element. In some cases, the power converter device includes: a second signal transmitting/receiving unit that transmits the execution signal to the control unit.
  8. 　前記第２の設定信号には、前記スイッチング素子の開閉特性を切り替えるタイミングを指定するタイミング信号が含まれる
    　請求項７に記載の電力変換装置。     The power conversion device according to claim 7, wherein the second setting signal includes a timing signal that specifies a timing to switch the opening/closing characteristics of the switching element.
  9. 　前記駆動部は、高周波ノイズを抑制するノイズ抑制部を備え、
    　前記第２の信号送受信部は、前記第１の信号送受信部から送信される前記第１及び第２の設定信号のうちの少なくとも１つを前記ノイズ抑制部を介して受信する
    　請求項７又は８に記載の電力変換装置。     The drive unit includes a noise suppression unit that suppresses high frequency noise,
    8. The second signal transmitting/receiving section receives at least one of the first and second setting signals transmitted from the first signal transmitting/receiving section via the noise suppressing section. The power conversion device described in .
  10. 　前記スイッチング素子駆動部は、前記第２の設定信号で設定される開閉特性に基づいて、前記スイッチング素子のターンオン期間及びターンオフ期間のうちの少なくとも１つの期間を２以上に分割し、分割した各期間において前記スイッチング素子に対するゲート電流又はゲート電圧の振幅が異なる大きさに変更可能であるように構成されている
    　請求項１から９の何れか１項に記載の電力変換装置。     The switching element driving section divides at least one of the turn-on period and the turn-off period of the switching element into two or more based on the switching characteristics set by the second setting signal, and divides each divided period into two or more. The power conversion device according to any one of claims 1 to 9, wherein the power conversion device is configured such that the amplitude of the gate current or gate voltage for the switching element can be changed to different magnitudes.
  11. 　前記開閉特性は、前記スイッチング素子の開閉速度及びデッドタイムであり、
    　変更後の前記開閉速度が変更前の前記開閉速度よりも速く設定された場合、変更後の前記デッドタイムは変更前の前記デッドタイムよりも短く設定され、
    　変更後の前記開閉速度が変更前の前記開閉速度よりも遅く設定された場合、変更後の前記デッドタイムは変更前の前記デッドタイムよりも長く設定される
    　請求項１０に記載の電力変換装置。     The switching characteristics are the switching speed and dead time of the switching element,
    If the opening/closing speed after the change is set faster than the opening/closing speed before the change, the dead time after the change is set shorter than the dead time before the change,
    The power conversion device according to claim 10, wherein when the opening/closing speed after the change is set to be slower than the opening/closing speed before the change, the dead time after the change is set longer than the dead time before the change.
  12. 　前記第１の設定信号のデータ長は固定長であり、
    　前記第２の設定信号のデータ長は可変長である
    　請求項１から１１の何れか１項に記載の電力変換装置。     The data length of the first setting signal is a fixed length,
    The power conversion device according to any one of claims 1 to 11, wherein the data length of the second setting signal is variable.
  13. 　前記第１の設定信号はマイクロ秒オーダで生成され、
    　前記第２の設定信号はミリ秒オーダで生成される
    　請求項１２に記載の電力変換装置。     The first setting signal is generated on the order of microseconds,
    The power conversion device according to claim 12, wherein the second setting signal is generated on the order of milliseconds.
  14. 　請求項１から１３の何れか１項に記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。 A motor drive device comprising the power conversion device according to any one of claims 1 to 13.
  15. 　請求項１から１３の何れか１項に記載の電力変換装置を備える冷凍サイクル適用機器。 A refrigeration cycle applicable device comprising the power converter according to any one of claims 1 to 13.
  16. 　前記冷凍サイクル適用機器で使用される冷媒は、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２４３ｚｆ、ＨＦＯ１１２３、ＨＦＯ１１３２（Ｅ）、Ｒ１１３２ａ、ＣＦ３Ｉ、Ｒ２９０、Ｒ４６３Ａ、Ｒ４６６Ａ、Ｒ４５４Ａ、Ｒ４５４Ｂ、Ｒ４５４Ｃの何れかである
    　請求項１５に記載の冷凍サイクル適用機器。     The refrigerant used in the refrigeration cycle application equipment is any one of R1234yf, R1234ze (E), R1243zf, HFO1123, HFO1132 (E), R1132a, CF3I, R290, R463A, R466A, R454A, R454B, and R454C. 15. The refrigeration cycle applicable equipment according to 15.
  17. 　前記冷媒の燃焼性に応じて、前記電力変換装置が備えるデジタルゲートドライバの開閉速度を設定する
    　請求項１６に記載の冷凍サイクル適用機器。     The refrigeration cycle application equipment according to claim 16, wherein an opening/closing speed of a digital gate driver included in the power converter is set according to combustibility of the refrigerant.
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