(57)【要約】【課題】２つのチョッパ回路を並列接続したインターリーブ駆動を行うユニット並列インバータにおいて、ゲート指令を生成する。【解決手段】  キャリア信号生成部６において、第１，第２ユニット共通のキャリア信号を生成する。反転部５は、キャリア信号の上限値と下限値との間の中間値を基準として、第２ユニットのデューティ信号を対称の値に反転させ、補正デューティ信号として出力する。第１ＰＷＭ演算部７は、第１ユニットのデューティ信号とキャリア信号との比較によりＰＷＭ制御を行い、第１ユニットのゲート指令を出力する。第２ＰＷＭ演算部８は、第２ユニットの補正デューティ信号とキャリア信号との比較によりＰＷＭ制御を行う。論理反転部９は、第２ＰＷＭ演算部８の出力を論理反転し、第２ユニットのゲート指令として出力する。【選択図】図１
2020129930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された２つのスイッチング素子を有する第１ユニットと、
直列接続された２つのスイッチング素子を有し、前記第１ユニットと並列接続された第２ユニットと、
前記第１ユニットの２つのスイッチング素子の接続点に一端が接続された第１リアクトルと、
前記第２ユニットの２つのスイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が前記第１リアクトルの他端に接続された第２リアクトルと、を備え、インターリーブ駆動を行うユニット並列インバータであって、
前記第１，第２ユニット共通のキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、
前記キャリア信号の上限値と下限値との間の中間値を基準として、前記第２ユニットのデューティ信号を対称の値に反転させ、補正デューティ信号として出力する反転部と、
前記第１ユニットのデューティ信号と前記キャリア信号との比較によりＰＷＭ制御を行い、前記第１ユニットのゲート指令を出力する第１ＰＷＭ演算部と、
前記第２ユニットの前記補正デューティ信号と前記キャリア信号との比較によりＰＷＭ制御を行う第２ＰＷＭ演算部と、
前記第２ＰＷＭ演算部の出力を論理反転し、前記第２ユニットのゲート指令として出力する論理反転部と、
を備えたことを特徴とするユニット並列インバータ。
【請求項２】
前記キャリア信号の上限値と下限値が正負対称の値である場合、
前記反転部は、前記第２ユニットのデューティ信号の符号を反転させた値を前記補正デューティ信号として出力することを特徴とする請求項１記載のユニット並列インバータ。
【請求項３】
前記キャリア信号の上限値と下限値が正負対称の値でない場合、
前記反転部は、前記キャリア信号の上限値と下限値を加算した値から前記第２ユニットのデューティ信号を減算した値を前記補正デューティ信号として出力することを特徴とする請求項１記載のユニット並列インバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、 ２つのチョッパ回路を並列接続したユニット並列インバータに係り、特に、インターリーブ用のゲート指令生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昇降圧チョッパを小型軽量化するためにチョッパ回路を複数並列に接続するインターリーブ方式と呼ばれる方式がある。図５は２つのチョッパ回路を並列接続したユニット並列インバータを示す図である。インターリーブ方式は、この並列接続された２つのチョッパ回路のスイッチング周期をずらし、２つのチョッパ回路を逆位相で動作させることによりコンデンサのリプル電流を低減して、コンデンサの小型化を図ることができる。
【０００３】
また、非特許文献１には、チョッパ回路用の２つのリアクトルを結合型にすることにより、コアを１つに統合する手法が開示されている。このような構成とすることにより、部品点数を減らすとともに、相互誘導によって電流リプルを低減することでリアクトルの小型化を図っている。
【０００４】
この並列接続された２つのチョッパ回路のゲート指令を生成する方法としては、図６，図７に示すように、キャリア信号をチョッパ回路毎に生成し、各々のキャリア信号の位相を１８０°ずらす方法が一般的である。このキャリア信号とＡ相の第１ユニットのデューティ信号，Ｂ相の第２ユニットのデューティ信号を比較することでゲート指令ＳA1，ＳB1を生成する。このゲート指令ＳA1，ＳB1の生成方法として、特許文献１，２には、ｎ並列したチョッパ回路のキャリア信号の位相差は３６０°／ｎにすれば良いことが記載されている。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０６１９０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２００２８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「結合インダクタを用いた車載用昇圧チョッパ回路の特性解析と設計」パワーエレクトロニクス学会誌，Ｖｏｌ．３９（２０１４．３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このキャリア信号をチョッパ回路毎に生成し、各々のキャリア信号の位相差を設定する方式は、制御回路の構成によっては実施できない場合がある。例えば、既存の制御回路を流用し、マイコンのＰＷＭ機能を使用する場合、２つのキャリア信号を生成して一方のキャリア信号を符号反転させる機能が搭載されていないことや、キャリア生成部がＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成され、論理回路を変更できないことがある。
【０００８】
上記のような問題があるため，特許文献１，２ではチョッパ回路を３つ以上並列接続にした場合のゲート指令生成方法に関して記載されているが、２つのチョッパ回路を並列接続した場合のゲート指令生成方法は記載されていない。
【０００９】
以上示したようなことから、２つのチョッパ回路を並列接続したインターリーブ駆動を行うユニット並列インバータにおいて、ゲート指令生成方法を提案することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直列接続された２つのスイッチング素子を有する第１ユニットと、直列接続された２つのスイッチング素子を有し、前記第１ユニットと並列接続された第２ユニットと、前記第１ユニットの２つのスイッチング素子の接続点に一端が接続された第１リアクトルと、前記第２ユニットの２つのスイッチング素子の接続点に一端が接続され、他端が前記第１リアクトルの他端に接続された第２リアクトルと、を備え、インターリーブ駆動を行うユニット並列インバータであって、前記第１，第２ユニット共通のキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、前記キャリア信号の上限値と下限値との間の中間値を基準として、前記第２ユニットのデューティ信号を対称の値に反転させ、補正デューティ信号として出力する反転部と、前記第１ユニットのデューティ信号と前記キャリア信号との比較によりＰＷＭ制御を行い、前記第１ユニットのゲート指令を出力する第１ＰＷＭ演算部と、前記第２ユニットの前記補正デューティ信号と前記キャリア信号との比較によりＰＷＭ制御を行う第２ＰＷＭ演算部と、前記第２ＰＷＭ演算部の出力を論理反転し、前記第２ユニットのゲート指令として出力する論理反転部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、その一態様として、前記キャリア信号の上限値と下限値が正負対称の値である場合、前記反転部は、前記第２ユニットのデューティ信号の符号を反転させた値を前記補正デューティ信号として出力することを特徴とする。
【００１２】
また、他の態様として、前記キャリア信号の上限値と下限値が正負対称の値でない場合、前記反転部は、前記キャリア信号の上限値と下限値を加算した値から前記第２ユニットのデューティ信号を減算した値を前記補正デューティ信号として出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２つのチョッパ回路を並列接続したインターリーブ駆動を行うユニット並列インバータにおいて、ゲート指令生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１におけるユニット並列インバータの制御ブロック図。
【図２】実施形態１における各信号を示すタイムチャート。
【図３】実施形態２におけるユニット並列インバータの制御ブロック図。
【図４】実施形態２における各信号を示すタイムチャート。
【図５】２つのチョッパ回路を並列接続したユニット並列インバータを示す図。
【図６】従来におけるユニット並列インバータの制御ブロック図。
【図７】従来におけるユニット並列インバータの各信号を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本願発明におけるユニット並列インバータの実施形態１，２を図１〜図５に基づいて詳述する。
【００１６】
［実施形態１］
まず、図５に基づいて、本実施形態１におけるユニット並列インバータの主回路を説明する。実施形態１，２では、２つのチョッパ回路を並列接続したユニット並列インバータを想定しており、３つ以上のチョッパ回路を並列接続した構成は想定していない。
【００１７】
図５に示すように、本実施形態１におけるユニット並列インバータは、Ａ相，Ｂ相の２つの第１，第２ユニットＡ，Ｂが並列接続される。第１ユニットＡは、第１スイッチング素子Ａ１と第２スイッチング素子Ａ２が直列接続される。第２ユニットＢも同様に、第１スイッチング素子Ｂ１と第２スイッチング素子Ｂ２が直列接続される。
【００１８】
Ａ相の第１スイッチング素子Ａ１と第２スイッチング素子Ａ２の接続点には第１リアクトルＬ1の一端が接続され、Ｂ相の第１スイッチング素子Ｂ１と第２スイッチング素子Ｂ２の接続点には第２リアクトルＬ2の一端が接続される。第１，第２リアクトルＬ1，Ｌ2の他端同士は接続される。
【００１９】
第１，第２リアクトルＬ1，Ｌ2の接続点と第２スイッチング素子Ａ２，Ｂ２の接続点の間の電圧を低圧側電圧検出値Ｖlowとする。また、第１スイッチング素子Ａ１，Ｂ１の接続点と、第２スイッチング素子Ａ２，Ｂ２の接続点との間の電圧を高圧側電圧検出値Ｖhighとする。
【００２０】
第１，第２リアクトルＬ1，Ｌ2の接続点よりも低圧側電圧Ｖlow側の電流をＩLとし、第１リアクトルＬ1に流れる電流をＩL1とし、第２リアクトルＬ2に流れる電流をＩL2とする。また、各スイッチング素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のゲート指令をＳA1，ＳA2，ＳB1，ＳB2とする。
【００２１】
図１に本実施形態１におけるユニット並列インバータの制御ブロック構成を示す。本実施形態１では、キャリア信号の上限値と下限値が１と−１のように正負対称の値である場合について説明する。
【００２２】
直流電圧制御部１は、高圧側電圧検出値Ｖhighが直流電圧指令値に追従するように電圧制御を行い、電流指令値ＩL_refとして出力する。電流指令値ＩL_refは、低圧側電圧検出値Ｖlow側に流す電流ＩLの電流指令値である。乗算部２は、この電流指令値ＩL_refの半分の値を各相の第１，第２リアクトルＬ1，Ｌ2に流す第１リアクトル電流指令値、第２リアクトル電流指令値として出力する。
【００２３】
第１電流制御部３は、電流ＩL1の検出値と第１リアクトル電流指令値を入力して電流制御を行い、第１ユニットのデューティ信号として出力する。第２電流制御部４は、電流ＩL2の検出値と第２リアクトル電流指令値を入力して電流制御を行い、第２ユニットのデューティ信号として出力する。キャリア信号生成部６は、Ａ相，Ｂ相の第１，第２ユニット共通のキャリア信号を生成する。
【００２４】
反転部５は、キャリア信号の上限値と下限値との間の中間値を基準として、第２ユニットのデューティ信号を対称の値に反転させ、補正デューティ信号として出力する。本実施形態１では、第２ユニットのデューティ信号の符号を反転した値を補正デューティ信号とする。
【００２５】
キャリア信号の上限値と下限値が正負対称の値である場合、中間値は０となるため、０を基準として対称の値に反転させた値は符号を反転させた値となる。そこで、本実施形態１では、反転部５において、第２ユニットのデューティ信号の符号を反転させた値を補正デューティ信号としている。
【００２６】
第１ＰＷＭ演算部７は、第１ユニットのデューティ信号とキャリア信号との比較によるＰＷＭ制御を行い、ゲート指令ＳA1，ＳA2として出力する。第２ＰＷＭ演算部８は、補正デューティ信号とキャリア信号との比較によるＰＷＭ制御を行う。論理反転部９は、第２ＰＷＭ演算部８の出力を論理反転し、ゲート指令ＳB1，ＳB2として出力する。
【００２７】
このように、本実施形態１は、第１，第２電流制御部３，４の出力を第１，第２ＰＷＭ演算部７，８に入力するが、その際にＡ相，Ｂ相（第１，第２ユニット）のどちらか一方のデューティ信号の符号を反転して、第１，第２ＰＷＭ演算部７，８に入力する。そして符号反転した方のＰＷＭ演算出力を論理反転して最終的なゲート指令を生成する。図１では、第２ユニットのデューティ信号の符号を反転している。
【００２８】
図２は、本実施形態１におけるユニット並列インバータの各信号を示すタイムチャートである。図２に示すように、本実施形態１では、キャリア信号を第１，第２ユニットで共通としている。第１ユニット（Ａ相）のデューティ信号とキャリア信号との比較によるＰＷＭ制御を行い、ゲート指令ＳA1が出力される。
【００２９】
また、第２ユニット（Ｂ相）のデューティ信号は、反転部５によって、キャリア信号の上限値（１．０）と下限値（−１．０）の中間値（０．０）を基準として、対称の値に反転される。第２ユニット（Ｂ相）のデューティ信号を０．６とし、中間値０．０を基準として対称の値に反転させると、補正デューティ信号は−０．６となる。本実施形態１では、第２ユニット（Ｂ相）のデューティ信号を０．６とした場合、符号を反転することにより、−０．６を補正デューティ信号として出力する。
【００３０】
第２ＰＷＭ演算部８において補正デューティ信号とキャリア信号と比較によるのＰＷＭ制御を行い、第２ＰＷＭ演算部８の出力を論理反転することよりゲート指令ＳB1を生成する。
【００３１】
以上示したように、本実施形態１によれば、２つのチョッパ回路を並列接続したインターリーブ駆動を行うユニット並列インバータにおいて、ゲート指令を生成することが可能となる。
【００３２】
ハードウェアの構成によっては２相のインターリーブ用のゲート指令を生成する際に、１８０°位相差をもつ２つのキャリア信号を生成することができない場合がある。例えば、既存の制御回路を流用し、マイコンのＰＷＭ機能を使用する場合、２つのキャリア信号を生成して一方のキャリア信号を符号反転させる機能が搭載されていないことや、キャリア生成部がＡＳＩＣで構成され、論理回路を変更できないことがある。
【００３３】
本実施形態１は、ＰＷＭ演算に使用するデューティ信号を反転する処理とＰＷＭ演算後のゲート指令の反転処理を追加することで２相インターリーブ用のゲート指令を生成することが可能となる。
【００３４】
１８０°位相差をもつ２つのキャリア信号を生成する場合に比べて、ハードウェアの構成は簡略化でき、制約も少なくなるため、インターリーブ用のゲート指令生成が実現しやすくなり、既存の制御回路にも流用しやすい。
【００３５】
例えば、ＰＷＭ演算に入力するデューティ信号はＣＰＵ等での演算結果であるため、符号反転等の補正はハードウェアに依存せず実現しやすく、ＰＷＭ演算出力の符号反転機能はキャリア信号の反転機能よりもより標準的に機能として搭載されていることが多い。
【００３６】
［実施形態２］
本実施形態２では、キャリア信号の上限値と下限値が１と０のように正負対称の値でない場合について説明する。
【００３７】
図３に本実施形態２におけるユニット並列インバータの制御ブロック構成を示す。図３に示すように、本実施形態２も実施形態１と同様に、高圧側電圧検出値Ｖhighが直流電圧指令値に追従するように電圧制御を行い、電流指令値ＩL_refとして出力する。乗算部２は、この電流指令値ＩL_refの半分の値を各相の第１，第２リアクトルＬ1，Ｌ2に流す第１リアクトル電流指令値，第２リアクトル電流指令値として出力する。
【００３８】
第１電流制御部３は、電流ＩL1の検出値と第１リアクトル電流指令値を入力して電流制御を行い、第１ユニットのデューティ信号として出力する。第２電流制御部４は、電流ＩL2の検出値と第２リアクトル電流指令値を入力して電流制御を行い、第２ユニットのデューティ信号として出力する。
【００３９】
反転部５は、キャリア信号の上限値と下限値との間の中間値を基準として第２ユニットのデューティ信号を対称の値に反転させ、補正デューティ信号として出力する。本実施形態２では、キャリア信号の上限値，下限値が正負対称ではない場合を想定している。
【００４０】
本実施形態２の反転部５は、加算部１０と減算部１１とを備える。加算部１０は、キャリア信号の上限値と下限値とを加算する。減算部１１は、加算部１０の出力から第２電流制御部４の出力（第２ユニットのデューティ信号）を減算する。それ以降の第１，第２ＰＷＭ演算部７，８，論理反転部９の動作は実施形態１と同様である。
【００４１】
図４に一例として、キャリア信号の上限値を１，下限値を０として、第２電流制御部４の出力（第２ユニットのデューティ信号）を０．８とした場合を示す。キャリア信号の上限値１、下限値０とした場合、中間値は０．５となる。第２ユニットのデューティ信号０．８を中間値０．５を基準として、対称の値に反転させると、補正デューティ信号は０．２となる。
【００４２】
本実施形態２では、以下の式により第２ユニットの補正デューティ信号を算出する。
補正デューティ信号＝キャリア信号上限値＋キャリア信号下限値−第２ユニットのデューティ信号
＝１．０＋０．０−０．８
＝０．２
以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、キャリア信号の構成が０を中心に正負対称ではない場合においても、補正デューティ信号を生成することが可能となり、２つのチョッパ回路のキャリア信号を共通として、ゲート指令を生成することができる。
【００４３】
実施形態１のようにキャリア信号がゼロを基準に正負対称の場合は、キャリア信号を符号反転することでも対応可能である。しかし、正負対称のキャリア信号ではない場合もあり、その場合はキャリア信号の符号反転では２つのチョッパ回路を並列接続したユニット並列インバータのゲート指令が生成できない。２相分のキャリア信号の同期を取りながら位相を１８０°ずらしたキャリア信号を用意する必要があり、より構成が複雑となる。
【００４４】
それに対し、本実施形態２は、１８０°位相差をもつ２つのキャリア信号を生成する場合に比べて、ハードウェアの構成は簡略化でき、制約も少なくなるため、インターリーブ用のゲート指令の生成がしやすくなる。また、既存の制御回路に流用しやすい。
【００４５】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００４６】
明細書において、直流電圧制御部１および第１，第２電流制御部３，４を用いて第１ユニットのデューティ信号および第２ユニットのデューティ信号を生成する方法について説明しているが、第１ユニットのデューティ信号および第２ユニットのデューティ信号は他の方法により生成しても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１：直流電圧制御部
２：乗算部
３：第１電流制御部
４：第２電流制御部
５：反転部
６：キャリア信号生成部
７：第１ＰＷＭ演算部
８：第２ＰＷＭ演算部
９：論理反転部
１０：加算部
１１：減算部
【図１】
2020129930.tif 000003
【図２】
2020129930.tif 000004
【図３】
2020129930.tif 000005
【図４】
2020129930.tif 000006
【図５】
2020129930.tif 000007
【図６】
2020129930.tif 000008
【図７】
2020129930.tif 000009