(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられた電力変換部と、
前記複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する制御指令を生成する指令生成部と、
前記制御指令が変化した場合に複数のステップを有する転流パターンで前記複数のスイッチング素子を制御して転流制御を行う転流制御部と、を備え、
前記転流制御部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御の切り替え先となる前記双方向スイッチを構成する一つの前記スイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
【請求項２】
前記転流制御部は、
前記制御指令の変化を検出する検出部と、
予め設定されたステップ時間を計時する計時部と、
前記転流制御を実行していない状態で前記制御指令の変化を検出した場合、前記ステップ時間が経過する毎に前記複数のステップを順次切り替えて実行する切替部と、を備え、
前記切替部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令の変化を前記検出部が検出した場合、前記引継ステップを実行した後、途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項３】
前記転流パターンは、前記電力変換部からの出力電流の極性に応じた４ステップの転流パターンであり、
前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第２ステップまたは第３ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第３ステップから実行する
ことを特徴とする請求項２に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項４】
前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第１ステップの状態である場合、前記引継ステップを介さずに前記次の転流制御における前記転流パターンの第２ステップから実行する
ことを特徴とする請求項３に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項５】
前記転流パターンは、前記交流電源の相電圧の大小関係に応じた４ステップの転流パターンであり、
前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第２ステップまたは第３ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第２ステップから実行する
ことを特徴とする請求項２に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項６】
前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第１ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第２ステップから実行する
ことを特徴とする請求項５に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項７】
前記切替部は、
前記転流制御における切り替え元の前記交流電源の相電圧と切り替え先の前記交流電源の相電圧に応じて、前記引継ステップにおける前記双方向スイッチの導通方向を変更することを特徴とする請求項５または６に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項８】
複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられた電力変換部と、
前記複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する制御指令を生成する指令生成部と、
前記制御指令が変化した場合に複数のステップを有する転流パターンで前記複数のスイッチング素子を制御して転流制御を行う転流制御部と、を備え、
前記転流制御部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御へ引き継ぐための引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、マトリクスコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリクスコンバータは、交流電源の各相と負荷の各相とを接続する複数の双方向スイッチを有しており、これらの双方向スイッチを制御して交流電源の各相電圧を直接スイッチングすることで負荷へ任意の電圧・周波数を出力する。
【０００３】
かかるマトリクスコンバータは、負荷に接続する交流電源の相を双方向スイッチにより切り替える際に、双方向スイッチを構成する複数のスイッチング素子のそれぞれを所定の順序で個別にオン／オフする転流制御を行う。これにより、入力相の相間短絡や出力相の開放などが防止される。
【０００４】
かかる転流制御として、例えば、電流転流法による転流制御が知られている。電流転流法は、負荷への出力電流の極性に従ったオンオフパターンによりスイッチング素子を制御する転流法である。かかる電流転流法では、負荷に接続する交流電源の相を短い時間に連続して切り替えるような場合、転流制御の途中で次の転流制御が開始され、出力相の開放などの転流失敗が発生するおそれがある。そして、かかる転流失敗は、サージ電圧による出力電圧の精度低下などを引き起こすおそれがある。
【０００５】
そこで、転流失敗を防止しつつ、負荷に接続する交流電源の相を短い時間に連続して切り替える転流法が提案されている。例えば、双方向スイッチを構成するスイッチング素子のうち、交流電源における最大電圧の相と中間電圧の相に接続される還流ダイオードモードで動作するスイッチング素子を転流制御が完了するまでオンにする転流法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３６４４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、短い時間に転流制御が連続するか否かを転流制御の開始までに判断しなければならなかった。
【０００８】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、転流制御を開始した後であっても転流失敗による出力電圧の精度低下を抑制しつつ転流制御の切り替えを行うことができるマトリクスコンバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一態様に係るマトリクスコンバータは、電力変換部と、指令生成部と、転流制御部とを備える。前記電力変換部は、複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられる。前記指令生成部は、前記複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する制御指令を生成する。前記転流制御部は、前記制御指令が変化した場合に複数のステップを有する転流パターンで前記複数のスイッチング素子を制御して転流制御を行う。前記転流制御部は、前記転流制御
を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御の切り替え先となる前記双方向スイッチを構成する一つの前記スイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する。

【発明の効果】
【００１０】
実施形態の一態様によれば、転流制御を開始した後であっても転流失敗による出力電圧の精度低下を抑制しつつ転流制御の切り替えを行うことができるマトリクスコンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す双方向スイッチの構成例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す制御部の構成例を示す図である。
【図４】図４は、各出力相に出力される入力相電圧の切り替わりを示す図である。
【図５】図５は、電流転流法の転流パターンによるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。
【図６】図６は、ＰＷＭ電圧指令によって出力相に出力される入力相電圧が切り替えられる場合のスイッチング素子の状態遷移を示す図である。
【図７】図７は、図３に示す転流制御部の構成例を示す図である。
【図８】図８は、図７に示す信号生成部の状態遷移を示す図である。
【図９】図９は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。
【図１０】図１０は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。
【図１１】図１１は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係るマトリクスコンバータの転流制御部の構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、電圧転流法の転流パターンによるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。
【図１４】図１４は、ＰＷＭ電圧指令によって出力相に出力される入力相電圧が切り替えられる場合のスイッチング素子の状態遷移を示す図である。
【図１５】図１５は、図１２に示す転流制御部の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す信号生成部の状態遷移を示す図である。
【図１７】図１７は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。
【図１８】図１８は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。
【図１９】図１９は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報が通知される場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。
【図２０】図２０は、出力相に出力される入力相電圧が切り替わる様子を示す図である。
【図２１】図２１は、入力相間の短絡が発生する双方向スイッチの状態遷移の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報および方向反転情報が通知されて、状態Ｓ９へ移行した場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。
【図２３】図２３は、出力相に出力される入力相電圧が切り替わる様子を示す図である。
【図２４】図２４は、状態Ｓ５においてエッジ検出情報よび方向反転情報が通知されて、状態Ｓ０へ移行した場合の双方向スイッチの状態遷移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するマトリクスコンバータの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
［１．第１の実施形態］
［１．１．マトリクスコンバータの構成］
図１は、第１の実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るマトリクスコンバータ１は、３相交流電源２（以下、単に交流電源２と記載する）と負荷３との間に設けられる。負荷３は、例えば、交流電動機や発電機である。以下においては、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相を入力相と記載し、負荷３のＵ相、Ｖ相およびＷ相を出力相と記載する。
【００１４】
マトリクスコンバータ１は、入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔと、出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗと、電力変換部１０と、ＬＣフィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、制御部１４とを備える。マトリクスコンバータ１は、交流電源２から入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔを介して供給される３相交流電力を任意の電圧および周波数の３相交流電力に変換して出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗから負荷３へ出力する。
【００１５】
電力変換部１０は、交流電源２の各相と負荷３の各相とを接続する複数の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（以下、双方向スイッチＳと総称する場合がある）を備える。
【００１６】
双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＵ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＶ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＷ相とをそれぞれ接続する。
【００１７】
図２は、双方向スイッチＳの構成例を示す図である。図２に示すように、双方向スイッチＳは、スイッチング素子ＳａとダイオードＤａの直列接回路と、スイッチング素子ＳｂとダイオードＤｂとの直列接続回路とを有し、これらの直列接続回路は逆並列接続される。図２においては、入力相電圧をＶｉと表記し、出力相電圧をＶｏと表記している。
【００１８】
なお、双方向スイッチＳは、複数のスイッチング素子を有して導通方向を制御可能な構成であればよく、図２に示す構成に限定されない。例えば、図２に示す例では、ダイオードＤａ、Ｄｂのカソード同士が接続されているが、双方向スイッチＳは、ダイオードＤａ、Ｄｂのカソード同士が接続されない構成でもよい。
【００１９】
また、スイッチング素子Ｓａ、Ｓｂは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの半導体スイッチング素子である。また、次世代半導体スイッチング素子のＳｉＣ、ＧａＮであってもよい。
【００２０】
図１に戻って、マトリクスコンバータ１の説明を続ける。ＬＣフィルタ１１は、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と電力変換部１０との間に設けられる。このＬＣフィルタ１１は、３つのリアクトルＬｒ、Ｌｓ、Ｌｔと３つのコンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒを含み、双方向スイッチＳのスイッチングに起因する高周波成分を除去する。
【００２１】
入力電圧検出部１２は、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相電圧を検出する。具体的
には、入力電圧検出部１２は、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相電圧の瞬時値Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔ（以下、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔと記載する）を検出する。
【００２２】
出力電流検出部１３は、電力変換部１０と負荷３との間に流れる電流を検出する。具体的には、出力電流検出部１３は、電力変換部１０と負荷３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれとの間に流れる電流の瞬時値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（以下、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと記載する）を検出する。なお、以下、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを総称して出力電流Ｉｏと記載する場合がある。
【００２３】
制御部１４は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔおよび出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、駆動信号Ｓｇ１ｕ〜Ｓｇ６ｕ、Ｓｇ１ｖ〜Ｓｇ６ｖ、Ｓｇ１ｗ〜Ｓｇ６ｗを生成する。以下、駆動信号Ｓｇ１ｕ〜Ｓｇ６ｕ、Ｓｇ１ｖ〜Ｓｇ６ｖ、Ｓｇ１ｗ〜Ｓｇ６ｗを駆動信号Ｓｇと総称する場合がある。以下、制御部１４について具体的に説明する。
【００２４】
［１．２．制御部１４の構成］
図３は、制御部１４の構成例を示す図である。図３に示すように、制御部１４は、電圧指令演算部３０と、ＰＷＭデューティ比演算部３１（指令生成部の一例）と、転流制御部３２とを有する。
【００２５】
制御部１４は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only
Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。マイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、電圧指令演算部３０、ＰＷＭデューティ比演算部３１および転流制御部３２として機能する。なお、制御部１４は、プログラムを用いずにハードウェアのみで構成されることがある。
【００２６】
［１．３．電圧指令演算部３０］
電圧指令演算部３０は、周波数指令ｆ*および出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、各出力相の電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*（以下、電圧指令Ｖｏ*と総称する場合がある）を生成して出力する。周波数指令ｆ*は、出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの周波数の指令である。
【００２７】
［１．４．ＰＷＭデューティ比演算部３１］
ＰＷＭデューティ比演算部３１は、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*および入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔに基づき、ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*（制御指令の一例）を生成する。ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を生成する技術は、公知技術であり、例えば、特開２００８−０４８５５０号公報、特開２０１２−２３９２６５号公報などに記載されている技術が用いられる。
【００２８】
例えば、ＰＷＭデューティ比演算部３１は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大きさの大小関係が変化しない期間において、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔを大きさが大きい順に入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎ（Ｅｐ＞Ｅｍ＞Ｅｎ）とする。ＰＷＭデューティ比演算部３１は、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を、入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの各電圧値に対応したパルス幅変調信号に変換し、それぞれＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*として出力する。なお、以下において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*をＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*と総称する場合がある。
【００２９】
［１．５．転流制御部３２］
転流制御部３２は、負荷３に接続する交流電源２の相を双方向スイッチＳにより切り替える転流制御を実行する。具体的には、転流制御部３２は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が変
化した場合に、出力電流Ｉｏの極性に基づいて転流時における双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂの切り替え順序を決定する。転流制御部３２は、決定した切り替え順序に基づき、駆動信号Ｓｇを生成する。
【００３０】
駆動信号Ｓｇは、電力変換部１０を構成する複数の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂに入力される。これにより、各双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂがオン／オフ制御される。
【００３１】
具体的には、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（図１参照）のスイッチング素子Ｓａ（図２参照）は、それぞれ駆動信号Ｓｇ１ｕ〜Ｓｇ３ｕ、Ｓｇ１ｖ〜Ｓｇ３ｖ、Ｓｇ１ｗ〜Ｓｇ３ｗによって制御される。また、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（図１参照）のスイッチング素子Ｓｂ（図２参照）は、それぞれ駆動信号Ｓｇ４ｕ〜Ｓｇ６ｕ、Ｓｇ４ｖ〜Ｓｇ６ｖ、Ｓｇ４ｗ〜Ｓｇ６ｗによって制御される。
【００３２】
図４は、各出力相に出力される入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの切り替わりを示す図である。図４において、出力相電圧はＶｏと表記される。図４に示すように、駆動信号Ｓｇによる双方向スイッチＳの制御により、パルス幅変調信号であるＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の１周期Ｔｃにおいて、出力相に出力される入力相電圧は、Ｅｎ→Ｅｍ→Ｅｐ→Ｅｍ→Ｅｎへと切り替わる。なお、出力相に出力される入力相電圧の切り替わりは、後述するようにＥｎ→Ｅｍ→Ｅｐ→Ｅｍ→Ｅｎに限定されない。
【００３３】
転流制御部３２は、出力相に出力される入力相電圧を切り替える際に電流転流法による転流制御を行う。ここでは、転流制御部３２が実行する電流転流法の一例として、４ステップ電流転流法について説明する。
【００３４】
４ステップ電流転流法では、入力相間の短絡と出力相の開放を防止するために、出力電流Ｉｏの極性に応じて、次の第１〜第４ステップからなる転流パターンで転流制御が行われる。
第１ステップ：  切り替え元の双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオフにする。
第２ステップ：  切り替え先の双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオンにする。
第３ステップ：  切り替え元の双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオフにする。
第４ステップ：  切り替え先の双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオンにする。
【００３５】
図５は、Ｉｏ＞０の場合とＩｏ＜０の場合のそれぞれについて、４ステップ電流転流法の転流パターンによるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。スイッチング素子Ｓ１ｐ、Ｓ１ｎは、それぞれ切り替え元の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂである。駆動信号Ｓ２ｐ、Ｓ２ｎは、それぞれ切り替え先の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂである。
【００３６】
図６は、Ｉｏ＞０の場合とＩｏ＜０の場合のそれぞれについて、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*に基づいて出力相に出力される入力相電圧がＥｒからＥｓへ切り替えられる場合のスイッチング素子の状態遷移を示す図である。図６では、Ｒ相に接続されたスイッチング素子Ｓａ、ＳｂをＲｉｏ、Ｒｏｉと表記し、Ｓ相に接続されたスイッチング素子Ｓａ、ＳｂをＳｉｏ、Ｓｏｉと表記し、Ｔ相に接続されたスイッチング素子Ｓａ、ＳｂをＴｉｏ、Ｔｏｉと表記している。
【００３７】
転流制御部３２は、このように電流転流法による転流制御を実行中に、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*により、次の転流制御が指示される場合がある。転流制御部３２は、転流制御の途中で次の転流制御を行う場合、例えば、次の転流制御の切り替え先になる双方向スイッチＳを構成する一つの片方向スイッチをオンにする引継ステップを実行する。これにより、出力相の開放などの転流失敗を抑制することができ、転流制御間の移行を精度よく行うことができる。以下、転流制御部３２について具体的に説明する。
【００３８】
図７は、転流制御部３２の構成例を示す図である。図７に示すように、転流制御部３２は、検出部４０と、計時部４２と、切替部４３とを備える。なお、転流制御部３２の構成は、図７に示す例に限定されない。
【００３９】
検出部４０は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の変化を検出する。ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの中から出力相に出力する入力相電圧を指定する指令である。検出部４０は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*によって指定される入力相電圧が変化したタイミングで、エッジ検出情報Ｓｅｄｇを計時部４２および切替部４３へ通知する。
【００４０】
計時部４２は、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると計時を開始し、ステップ時間Ｔｄ（図５参照）が経過する毎にオーバフロー情報Ｓｏｖｆを切替部４３へ通知する。計時部４２は、ステップ時間Ｔｄの計時を予め定められた回数繰り返した後、計時を停止する。ステップ時間Ｔｄは、例えば、スイッチング素子Ｓａ、Ｓｂのターンオン時間およびターンオフ時間よりも長い時間である。
【００４１】
切替部４３は、ステップ情報通知部５１と信号生成部５２とを備える。かかる切替部４３は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*、出力電流Ｉｏの極性、エッジ検出情報Ｓｅｄｇ、および、オーバフロー情報Ｓｏｖｆに基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏを生成して出力する。駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏは、ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*の場合、駆動信号Ｓｇ１ｕ〜Ｓｇ６ｕであり、ＰＷＭ電圧指令Ｖｖ１*の場合、駆動信号Ｓｇ１ｖ〜Ｓｇ６ｖであり、ＰＷＭ電圧指令Ｖｗ１*の場合、駆動信号Ｓｇ１ｗ〜Ｓｇ６ｗである。
【００４２】
ステップ情報通知部５１は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*、および、出力電流Ｉｏの極性に基づき、ステップ情報を信号生成部５２へ提供する。ステップ情報は、第１〜第４ステップの情報と、引継ステップの情報とを含む。
【００４３】
信号生成部５２は、エッジ検出情報Ｓｅｄｇおよびオーバフロー情報Ｓｏｖｆに基づき、状態Ｓ０〜状態Ｓ５の中で状態を遷移する。図８は、信号生成部５２の状態遷移を示す図である。なお、図８においては、オーバフロー情報Ｓｏｖｆの通知をＯＶＦと表記し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇの通知をＥＤＧＥと表記する。
【００４４】
図８に示すように、信号生成部５２は、状態Ｓ０においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ１へ移行して転流制御が開始される。状態Ｓ０は転流制御が行われていない待機状態を示す。その後、信号生成部５２は、次の１クロックで状態Ｓ２へ遷移する。信号生成部５２は、状態Ｓ２へ移行すると、ステップ情報通知部５１から第１ステップの情報を取得し、第１ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。
【００４５】
その後、信号生成部５２は、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知される毎に、状態Ｓ２から状態Ｓ３へ、状態Ｓ３から状態Ｓ４へ、状態Ｓ４から状態Ｓ０へと順次移行する。信号生成部５２は、状態を移行する毎に、ステップ情報通知部５１から第２ステップの情報、第３ステップの情報、第４ステップの情報を順次取得し、取得した情報に基づき駆動信号
Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を順次変更する。これにより、出力相に出力される入力相電圧が切り替えられて転流制御が終了する。なお、信号生成部５２は、状態Ｓ０から状態Ｓ２へ直接移行させることもできる。
【００４６】
一方、信号生成部５２は、状態Ｓ３、Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５へ移行する。信号生成部５２は、状態Ｓ５へ移行すると、ステップ情報通知部５１から引継ステップの情報を取得し、引継ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。なお、信号生成部５２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知された場合であっても状態を移行しない。
【００４７】
信号生成部５２は、状態Ｓ５においてオーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、状態Ｓ５から状態Ｓ４へ移行する。信号生成部５２は、状態Ｓ４へ移行すると、ステップ情報通知部５１から第３ステップの情報を取得し、第３ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。
【００４８】
また、信号生成部５２は、状態Ｓ５においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ３へ移行する。状態Ｓ３へ移行すると、ステップ情報通知部５１から第２ステップの情報を取得し、第２ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。
【００４９】
ここで、図９〜図１１を参照し、状態Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれにおいてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知された場合の転流制御間の移行について説明する。なお、Ｉｏ＞０の状態において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が出力相に出力する入力相電圧をＥｒからＥｓへ変化させ、さらに、ＥｓからＥｔへ変化させるものとする。
【００５０】
図９は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図９に示すように、信号生成部５２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されても、状態を移行せず、オーバフロー情報Ｓｏｖｆの通知を待つ。信号生成部５２は、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、状態Ｓ３へ移行する。
【００５１】
信号生成部５２は、状態Ｓ３へ移行すると、ステップ情報通知部５１から次の転流制御の第２ステップの情報を取得し、取得した情報に基づいてスイッチング素子Ｔｏｉをオンにする。状態Ｓ３では、スイッチング素子Ｒｉｏがオンに維持されるため、出力相の開放が発生しない。このように、信号生成部５２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知された場合、引継ステップの制御を行うことなく、転流制御間の移行を行う。
【００５２】
図１０は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図１０に示すように、信号生成部５２は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５へ移行し、スイッチング素子Ｔｉｏをオンにする。
【００５３】
その後、信号生成部５２は、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、状態Ｓ４へ移行し、スイッチング素子Ｒｉｏ、Ｓｉｏをオフにする。スイッチング素子Ｒｉｏ、Ｓｉｏがオフされても、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子Ｔｉｏが継続してオンであるため、出力相の開放が発生せず、サージ電圧による出力電圧の精度低下を抑制できる。
【００５４】
一方、引継ステップを介さずに、状態Ｓ３から状態Ｓ４へ移行した場合、スイッチング素子Ｒｉｏ、Ｓｉｏのターンオフ時間がスイッチング素子Ｔｉｏのターンオン時間よりも
短いと、出力相が開放され、サージ電圧による出力電圧の精度低下が発生する。
【００５５】
図１１は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図１１に示すように、信号生成部５２は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５へ移行し、スイッチング素子Ｔｉｏをオンにする。
【００５６】
その後、信号生成部５２は、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、図１０に示す場合と同様に、状態Ｓ４へ移行し、スイッチング素子Ｓｉｏをオフにする。スイッチング素子Ｓｉｏがオフされても、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子Ｔｉｏが継続してオンであるため、サージ電圧による出力電圧の精度低下を抑制できる。
【００５７】
一方、引継ステップを介さずに、状態Ｓ４から状態Ｓ０へ移行した場合、スイッチング素子Ｓｉｏのターンオフ時間がスイッチング素子Ｔｉｏのターンオン時間よりも短いと、出力相が開放され、サージ電圧による出力電圧の精度低下が発生する。
【００５８】
以上のように、マトリクスコンバータ１の転流制御部３２は、転流制御を実行中にＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が変化した場合、次の転流制御で切り替え先になる双方向スイッチＳを構成する一つのスイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、途中のステップから次の転流制御を実行する。これにより、マトリクスコンバータ１は、転流制御を開始した後であっても転流失敗による出力電圧の精度低下を抑制しつつ転流制御の切り替えを行うことができる。
【００５９】
また、転流制御部３２は、転流パターンの第１ステップの状態である場合、引継ステップを介さずに次の転流制御における転流パターンの第２ステップから実行する。これにより、転流制御の切り替えを迅速に行うことができる。
【００６０】
［２．第２の実施形態］
次に、第２の実施形態にかかるマトリクスコンバータについて説明する。第２の実施形態に係るマトリクスコンバータは、電圧転流法による転流制御を行う点で、電流転流法による転流制御を行う第１の実施形態に係るマトリクスコンバータ１と異なる。なお、以下においては、第１の実施形態に係るマトリクスコンバータ１と異なる転流制御部を中心に説明し、また、第１の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
【００６１】
図１２は、第２の実施形態に係るマトリクスコンバータの制御部の構成を示す図である。第２の実施形態に係るマトリクスコンバータの制御部１４Ａは、電圧指令演算部３０と、ＰＷＭデューティ比演算部３１と、転流制御部３２Ａとを備える。電圧指令演算部３０およびＰＷＭデューティ比演算部３１は、第１の実施形態に係る電圧指令演算部３０およびＰＷＭデューティ比演算部３１と同様の機能を有する構成要素である。
【００６２】
転流制御部３２Ａは、電圧転流法による転流制御を行う。ここでは、転流制御部３２Ａが実行する電圧転流法の一例として、４ステップ電圧転流法について説明する。
【００６３】
４ステップ電圧転流法では、入力相間の短絡と出力相の開放を防止するために、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係に応じて次の第１〜第４ステップからなる転流パターンで転流制御が行われる。かかる４ステップ電圧転流法は、出力電流Ｉｏの極性に依存しない。
第１ステップ：  切り替え先の逆バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第２ステップ：  切り替え元の逆バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
第３ステップ：  切り替え先の順バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第４ステップ：  切り替え元の順バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
【００６４】
なお、スイッチング素子Ｓａにおいては、転流制御直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも低い状態を逆バイアスといい、転流制御直前で入力側電圧の方が高い状態を順バイアスというものとする。また、スイッチング素子Ｓｂにおいては、転流制御直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも低い状態を順バイアスといい、転流制御直前で入力側電圧の方が高い状態を逆バイアスというものとする。なお、スイッチング素子Ｓａ、ＳｂがＩＧＢＴの場合、入力側電圧はコレクタ電圧であり、出力側電圧はエミッタ電圧である。
【００６５】
図１３は、ｖ１＞ｖ２の場合とｖ１＜ｖ２の場合のそれぞれについて、４ステップ電圧転流法の転流パターンによるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。第１の実施形態と同様に、スイッチング素子Ｓ１ｐ、Ｓ１ｎは、それぞれ切り替え元の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂである。また、駆動信号Ｓ２ｐ、Ｓ２ｎは、それぞれ切り替え先の双方向スイッチＳのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂである。
【００６６】
図１４は、ｖ１＞ｖ２の場合とｖ１＜ｖ２の場合のそれぞれについて、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*により出力相に出力される入力相電圧をＥｒからＥｓへ切り替える場合のスイッチング素子の状態遷移を示す図である。なお、ｖ１は切替前に出力相に出力される入力相電圧であり、ｖ２は切替後に出力相に出力される入力相電圧である。また、図１４では、図６と同様に、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相に接続されたスイッチング素子Ｓａ、ＳｂをそれぞれＲｉｏ、Ｒｏｉ、Ｓｉｏ、Ｓｏｉ、Ｔｉｏ、Ｔｏｉと表記している。
【００６７】
転流制御部３２Ａは、転流制御部３２と同様に、転流制御の途中で次の転流制御を行う場合、例えば、次の転流制御の切り替え先になる双方向スイッチＳを構成する一つの片方向スイッチをオンにする引継ステップを実行する。これにより、入力相の短絡などの転流失敗を抑制することができ、転流制御間の移行を精度よく行うことができる。
【００６８】
図１５は、転流制御部３２Ａの構成を示す図である。図１５に示すように、転流制御部３２Ａは、第１検出部４０と、第２検出部４１と、計時部４２と、切替部４３Ａとを備える。図１５に示す第１検出部４０および計時部４２は、それぞれ第１の実施形態の検出部４０および計時部４２と同様の機能を有する構成要素である。なお、転流制御部３２Ａの構成は、図１５に示す例に限定されない。
【００６９】
第２検出部４１は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｐからＥｎへ変化した場合、または、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｎからＥｐへ変化した場合、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇを切替部４３Ａへ通知する。例えば、Ｅｒ＞Ｅｓ＞Ｅｔの場合、第２検出部４１は、指定電圧がＥｒからＥｔへ変化した場合、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇを切替部４３Ａへ通知し、指定電圧がＥｔからＥｒへ変化した場合、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇを切替部４３Ａへ通知する。方向反転情報Ｓｖｆｌａｇは、次にＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧が変化するまで継続して切替部４３Ａへ通知される。
【００７０】
切替部４３Ａは、ステップ情報通知部５１Ａと信号生成部５２Ａとを備える。かかる切替部４３Ａは、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係、エッジ検出情報Ｓｅｄｇ、オーバフロー情報Ｓｏｖｆ、および、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇに基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏを生成して出力する。
【００７１】
ステップ情報通知部５１Ａは、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*および入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係に基づき、ステップ情報を信号生成部５２Ａへ提供する。ステップ情報は、第１〜第４ステップの情報と、引継ステップの情報とを含む。
【００７２】
信号生成部５２Ａは、エッジ検出情報Ｓｅｄｇ、オーバフロー情報Ｓｏｖｆ、および、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇに基づき、状態Ｓ０〜状態Ｓ９の中で状態を遷移する。図１６は、信号生成部５２Ａの状態遷移を示す図である。なお、図１６においては、オーバフロー情報Ｓｏｖｆの通知をＯＶＦと表記し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇの通知をＥＤＧＥと表記し、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇの通知をＶＦＬＡＧ２と表記する。
【００７３】
図１６に示すように、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ０においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ１へ移行して転流制御が開始される。状態Ｓ０は転流制御が行われていない待機状態を示す。その後、信号生成部５２Ａは、次の１クロックで状態Ｓ２へ遷移する。信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２へ移行すると、ステップ情報通知部５１Ａから第１ステップの情報を取得し、第１ステップの情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。
【００７４】
その後、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知される毎に、状態Ｓ２から状態Ｓ３へ、状態Ｓ３から状態Ｓ４へ、状態Ｓ４から状態Ｓ０へと順次移行する。信号生成部５２Ａは、状態を移行する毎に、ステップ情報通知部５１Ａから第２ステップの情報、第３ステップの情報、第４ステップの情報を順次取得し、取得した情報に基づき駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を順次変更する。これにより、出力相に出力される入力相電圧が切り替えられて転流制御が終了する。なお、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ０から状態Ｓ２へ直接移行させることもできる。
【００７５】
一方、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２において、オーバフロー情報Ｓｏｖｆ以外の情報が通知されると、状態Ｓ５、状態Ｓ８および状態Ｓ９のいずれかへ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ２から状態Ｓ５へ移行する。信号生成部５２Ａは、状態Ｓ１から状態Ｓ２へ移行したタイミングでエッジ検出情報Ｓｅｄｇと方向反転情報Ｓｖｆｌａｇとが通知されると状態Ｓ２から状態Ｓ９へ移行し、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇのみが通知されると状態Ｓ２から状態Ｓ８へ移行する。
【００７６】
信号生成部５２Ａは、状態Ｓ３、Ｓ４において、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ７へ移行する。
【００７７】
信号生成部５２Ａは、状態Ｓ５において、通知される情報に基づき、状態Ｓ３、状態Ｓ６、状態Ｓ０のいずれかへ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ５から状態Ｓ３へ移行し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５から状態Ｓ６へ移行する。また、信号生成部５２Ａは、エッジ検出情報Ｓｅｄｇと方向反転情報Ｓｖｆｌａｇとが通知されると、状態Ｓ５から状態Ｓ０へ移行する。
【００７８】
信号生成部５２Ａは、状態Ｓ６において、通知される情報に基づき、状態Ｓ３または状態Ｓ４へ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ６から状態Ｓ３へ移行し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると状態Ｓ６から状態Ｓ４へ移行する。
【００７９】
信号生成部５２Ａは、状態Ｓ７において、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ７から状態Ｓ３へ移行する。なお、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ７においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知された場合であっても状態を移行しない。
【００８０】
信号生成部５２Ａは、状態Ｓ８において、通知される情報に基づき、状態Ｓ３または状
態Ｓ９へ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ８から状態Ｓ３へ移行し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると状態Ｓ８から状態Ｓ９へ移行する。
【００８１】
信号生成部５２Ａは、状態Ｓ９において、通知される情報に基づき、状態Ｓ０または状態Ｓ３へ移行する。具体的には、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると状態Ｓ９から状態Ｓ３へ移行し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると状態Ｓ９から状態Ｓ０へ移行する。
【００８２】
このように、信号生成部５２Ａは、通知される情報に応じた状態へ移行し、移行した状態に応じた情報をステップ情報通知部５１Ａから取得し、取得した情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。
【００８３】
例えば、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ０に応じた情報としてそれぞれ第１〜第４ステップの情報をステップ情報通知部５１Ａから取得する。また、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ５〜Ｓ７に応じた情報として、第１引継ステップの情報をステップ情報通知部５１Ａから取得し、状態Ｓ９に応じた情報として、第２引継ステップの情報をステップ情報通知部５１Ａから取得する。なお、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ１、Ｓ８への移行は、ステップ情報通知部５１Ａから情報を取得せず、駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更しない。
【００８４】
ここで、図１７〜図１９を参照し、状態Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれにおいてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の転流制御間の移行について説明する。なお、Ｅｒ＞Ｅｓ＞Ｅｔの状態において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が出力相に出力する入力相電圧をＥｒからＥｓへ変化させ、さらに、ＥｓからＥｔへ変化させるものとする。
【００８５】
図１７は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図１７に示すように、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ５へ移行し、第１引継ステップの情報に基づき、スイッチング素子Ｔｉｏをオンにする。その後、信号生成部５２Ａは、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、状態Ｓ３へ移行し、スイッチング素子Ｓｉｏをオフにする。
【００８６】
状態Ｓ３においてスイッチング素子Ｓｉｏがオフされても、出力電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子Ｔｉｏが継続してオンであるため、出力相の開放や入力相の短絡が発生せず、出力電圧の精度低下を抑制できる。一方、状態Ｓ５を介さずに状態Ｓ２から状態Ｓ３へ移行すると、スイッチング素子Ｒｉｏのターンオフ時間がスイッチング素子Ｔｉｏのターンオン時間よりも短い場合、出力相の開放が発生する。
【００８７】
図１８は、状態Ｓ３においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。また、図１９は、状態Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知される場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。
【００８８】
図１８および図１９に示すように、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ３または状態Ｓ４においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇが通知されると、状態Ｓ７へ移行し、スイッチング素子Ｔｉｏをオンにする。信号生成部５２Ａは、状態Ｓ７において、オーバフロー情報Ｓｏｖｆが通知されると、図１８および図１９に示すように、状態Ｓ３へ移行し、スイッチング素子Ｓｉｏをオフにする。これにより、図１７の場合と同様に、出力相の開放や入力相の短絡が発生せず、出力電圧の精度低下を抑制できる。
【００８９】
次に、図２０〜図２４を参照し、エッジ検出情報Ｓｅｄｇと方向反転情報Ｓｖｆｌａｇとが通知された場合の転流制御間の移行について説明する。
【００９０】
出力相に出力される入力相電圧の切り替わりは、図４に示す切り替わり以外に、最大の入力相電圧Ｅｐから最小の入力相電圧Ｅｎへ切り替わる場合や、最小の入力相電圧Ｅｎから最大の入力相電圧Ｅｐへ切り替わる場合がある。
【００９１】
図２０は、Ｅｒ＞Ｅｓ＞Ｅｔの場合に、出力相に出力される入力相電圧が、Ｅｒ→Ｅｔ→Ｅｓ→Ｅｒへと切り替わる様子を示す図である。図２０に示す状態は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｒ→Ｅｔ→Ｅｓ→Ｅｒへと切り替わることによって実行される。
【００９２】
図２０に示すような切り替え制御において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧のＥｒからＥｔへの変化に対応する転流制御の実行中に、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧のＥｔからＥｓへ変化する場合がある。この場合、通常の転流制御と同じスイッチング素子（第１引継ステップで指定されるスイッチング素子）をオンにすると、例えば、状態Ｓ２から状態Ｓ５へ移行した場合に、図２１に示すような状態になる。図２１は、入力相間の短絡が発生する双方向スイッチＳの状態遷移の一例を示す図である。
【００９３】
図２１に示す状態では、状態Ｓ５において、２つのスイッチング素子Ｒｉｏ、Ｓｏｉがオンになっているため、Ｒ相とＳ相が短絡する。このように入力相間の短絡が発生すると、出力電圧の精度低下が発生する。そこで、第２検出部４１は、指定電圧がＥｎからＥｐへ変化した場合、方向反転情報Ｓｖｆｌａｇを信号生成部５２Ａへ通知する。
【００９４】
信号生成部５２Ａは、状態Ｓ２において、エッジ検出情報Ｓｅｄｇおよび方向反転情報Ｓｖｆｌａｇが通知されると、図１６に示すように、状態Ｓ９へ移行する。信号生成部５２Ａは、状態Ｓ９に移行すると、第２引継ステップの情報をステップ情報通知部５１Ａから取得し、取得した情報に基づいて駆動信号Ｓｇ１ｏ〜Ｓｇ６ｏの状態を変更する。
【００９５】
図２２は、状態Ｓ２においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇおよび方向反転情報Ｓｖｆｌａｇが通知されて、状態Ｓ９へ移行した場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図２２に示すように、状態Ｓ９において、切り替え先になる双方向スイッチＳを構成するスイッチング素子Ｓｉｏ、Ｓｏｉのうち、逆バイアスされるスイッチング素子Ｓｉｏがオンになるため、入力相間の短絡を防止することができる。
【００９６】
図２３は、Ｅｒ＞Ｅｓ＞Ｅｔの場合に、出力相に出力される入力相電圧が、Ｅｒ→Ｅｓ→Ｅｔ→Ｅｒへと切り替わる様子を示す図である。図２３に示す状態は、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｒ→Ｅｓ→Ｅｔ→Ｅｒへと切り替わることによって実行される。
【００９７】
図２３に示すような切り替え制御において、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧のＥｓからＥｔへの変化に対応する転流制御の実行中に、ＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*の指定電圧がＥｔからＥｒへ変化する場合がある。この場合、信号生成部５２Ａは、状態Ｓ５において、エッジ検出情報Ｓｅｄｇおよび方向反転情報Ｓｖｆｌａｇが通知されると、状態Ｓ５から状態Ｓ６へ移行せずに、状態Ｓ５から状態Ｓ０へ移行する。これにより、転流制御の切り替えを迅速に行うことができる。
【００９８】
図２４は、状態Ｓ５においてエッジ検出情報Ｓｅｄｇおよび方向反転情報Ｓｖｆｌａｇが通知されて、状態Ｓ０へ移行した場合の双方向スイッチＳの状態遷移を示す図である。図２４に示すように、状態Ｓ５では、次の転流制御の終了時である状態Ｓ０の双方向スイッチＳの状態を含むことから、スイッチング素子Ｓｉｏ、Ｔｉｏをオフするだけで、次の転流制御を終了させることができる。
【００９９】
以上のように、転流制御部３２Ａは、転流制御を実行中にＰＷＭ電圧指令Ｖｏ１*が変化した場合、次の転流制御で切り替え先になる双方向スイッチＳを構成する一つのスイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、途中のステップから次の転流制御を実行する。これにより、転流制御部３２Ａは、転流制御を開始した後であっても転流失敗による出力電圧の精度低下を抑制しつつ転流制御の切り替えを行うことができる。
【０１００】
また、転流制御部３２Ａは、転流制御における切り替え元の入力相電圧と切り替え先の入力相電圧に応じて、引継ステップにおける双方向スイッチＳの導通方向を変更する。例えば、転流制御部３２Ａは、切り替え元の入力相電圧がＥｐで切り替え先の入力相電圧がＥｎの場合と、切り替え元の入力相電圧がＥｐで切り替え先の入力相電圧がＥｍの場合とで、引継ステップにおける切り替え先の双方向スイッチＳの導通方向を変更する。これにより、入力相間の短絡を防止することができる。
【０１０１】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  マトリクスコンバータ
２  交流電源
３  負荷
１０  電力変換部
３０  電圧指令演算部
３１  ＰＷＭデューティ比演算部（指令生成部の一例）
３２、３２Ａ  転流制御部
４０  検出部
４２  計時部
４３、４３Ａ  切替部
Ｓ、Ｓｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ  双方向スイッチ
Ｓａ、Ｓｂ  スイッチング素子
Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔ  入力端子
Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗ  出力端子
Ｖｏ１*、Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*  ＰＷＭ電圧指令（制御指令の一例）
【図１】
0005907140.tif 000002
【図２】
0005907140.tif 000003
【図３】
0005907140.tif 000004
【図４】
0005907140.tif 000005
【図５】
0005907140.tif 000006
【図６】
0005907140.tif 000007
【図７】
0005907140.tif 000008
【図８】
0005907140.tif 000009
【図９】
0005907140.tif 000010
【図１０】
0005907140.tif 000011
【図１１】
0005907140.tif 000012
【図１２】
0005907140.tif 000013
【図１３】
0005907140.tif 000014
【図１４】
0005907140.tif 000015
【図１５】
0005907140.tif 000016
【図１６】
0005907140.tif 000017
【図１７】
0005907140.tif 000018
【図１８】
0005907140.tif 000019
【図１９】
0005907140.tif 000020
【図２０】
0005907140.tif 000021
【図２１】
0005907140.tif 000022
【図２２】
0005907140.tif 000023
【図２３】
0005907140.tif 000024
【図２４】
0005907140.tif 000025