(57)【要約】【課題】今まで無駄に消費されていたＰＷＭインバータの制御電力を大幅に削減し、省エネルギーに貢献する事を目的としている。【解決手段】スイッチング素子と逆並列接続した整流素子からなるスイッチを２個直列に接続したものを２組以上複数組用いた構成で、前記直列接続したスイッチング素子が同時にオンしないように、ＰＷＭ指令信号に非導通となるデッドタイムを挿入する方法を備え、更にそのデッドタイムによる出力電圧低下を防ぐための補償方法を備えた２レベルＰＷＭインバータにおいて、前記直列接続したスイッチング素子を、出力端に流れる出力電流の方向とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチさせない。【選択図】　　図１
2004112878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と逆並列接続した整流素子からなるスイッチを２個直列に接続したものを２組以上複数組用いた構成で、
前記直列接続したスイッチング素子が同時にオンしないように、ＰＷＭ指令信号に非導通となるデッドタイムを挿入する方法を備え、
更にそのデッドタイムによる出力電圧低下を防ぐための補償方法を備えた２レベルＰＷＭ電力変換装置において、
前記直列接続したスイッチング素子を、出力端に流れる出力電流の方向とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしない事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
【請求項２】
スイッチング素子と逆並列接続した整流素子からなるスイッチを４個もしくはそれ以上の偶数個直列接続したものを２組以上複数組用いた構成で、
前記直列接続したスイッチング素子が同時にオンしないように、ＰＷＭ指令信号に非導通となるデッドタイムを挿入する方法を備え、
更にそのデッドタイムによる出力電圧低下を防ぐための補償方法を備え、
出力に３レベル以上のＰＷＭパルスを出力するマルチレベルＰＷＭ電力変換装置において、
前記直列接続したスイッチング素子を、出力端に流れる出力電流の方向とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしない事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
【請求項３】
請求項１において、出力電流を検出する代わりに、電流制御指令の正負を用いて、その指令とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしない事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
【請求項４】
請求項２において、出力電流を検出する代わりに、電流制御指令の正負を用いて、その指令とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしない事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
【請求項５】
請求項１において、出力端に流れる出力電流の方向とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしないが、出力電流がある閾値以下の場合は通常のスイッチをおこなう事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
【請求項６】
請求項２において、出力端に流れる出力電流の方向とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしないが、出力電流がある閾値以下の場合は通常のスイッチをおこなう事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
【請求項７】
請求項３において、出力電流を検出する代わりに、電流制御指令の正負を用いて、その指令とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしないが、出力電流がある閾値以下の場合は通常のスイッチをおこなう事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
【請求項８】
請求項４において、出力電流を検出する代わりに、電流制御指令の正負を用いて、その指令とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしないが、出力電流がある閾値以下の場合は通常のスイッチをおこなう事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の可変速駆動や系統連係をおこなうＰＷＭ電力変換装置の省エネルギーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すようなＰＷＭインバータ装置において、１はコントローラ、２はデッドタイム補償回路、３はデッドタイム作成回路、５は電流検出回路、１１は平滑コンデンサ、１０１から１０６はスイッチング素子、２０１から２０６はフリーホイールダイオードである。コントローラ１に指令を入力すると、その指令値に応じてＰＷＭスイッチングパターンを作成し、デッドタイム補償回路２に入力される。このデッドタイム補償回路２は、直列に接続されたスイッチング素子の上下短絡を防止するデッドタイム作成回路３によるデッドタイムの影響を抑えるために設けられている。コントローラ１からのＰＷＭスイッチングパターンと、電流検出回路５より検出された各相の出力電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、を入力する事によって、直列に接続されたスイッチング素子の上下どちらかのＯＮ時間を増加させる。その際、入力された出力電流の方向が、出力のほうへ流れている場合は直列に接続されたスイッチング素子の上側をＯＮする信号を増加させ、出力からインバータへ流れ込んでいる場合は直列に接続されたスイッチング素子の下側をＯＮする信号を増加させる。これらの信号は、デッドタイム作成回路３に入力され、スイッチング素子の上下短絡を防止するよう、上下ＯＦＦの信号を含んだＰＷＭ信号を発生するよう動作する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、通常のＰＷＭインバータは、出力電流がスイッチング素子を流れる場合も、フリーホイールダイオードを流れる場合も、同様にスイッチングを行っていたため、ＰＷＭインバータの制御電力が無駄に消費されていた。
そこで本発明は、スイッチング素子に電流が流れていない、フリーホイールダイオードに電流が流れている還流モード時はスイッチングを停止する事によって、今まで無駄に消費されていたＰＷＭインバータの制御電力を大幅に削減し、省エネルギーに貢献する事を目的としている。しかも通常のＰＷＭインバータの持つ機能を用いることが出来るため、簡単に実現できる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、
スイッチング素子と逆並列接続した整流素子からなるスイッチを２個直列に接続したものを２組以上複数組用いた構成で、
前記直列接続したスイッチング素子が同時にオンしないように、ＰＷＭ指令信号に非導通となるデッドタイムを挿入する方法を備え、
更にそのデッドタイムによる出力電圧低下を防ぐための補償方法を備えた２レベルＰＷＭインバータにおいて、
前記直列接続したスイッチング素子を、出力端に流れる出力電流の方向とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしない事を特徴とするＰＷＭ制御方式
とするものである。
また、スイッチング素子と逆並列接続した整流素子からなるスイッチを４個もしくはそれ以上の偶数個直列接続したものを２組以上複数組用いた構成で、
前記直列接続したスイッチング素子が同時にオンしないように、ＰＷＭ指令信号に非導通となるデッドタイムを挿入する方法を備え、
更にそのデッドタイムによる出力電圧低下を防ぐための補償方法を備え、
出力に３レベル以上のＰＷＭパルスを出力するマルチレベルＰＷＭインバータにおいて、
前記直列接続したスイッチング素子を、出力端に流れる出力電流の方向とスイッチング素子の通流方向が一致したスイッチング素子のみスイッチさせ、一致しないスイッチング素子はスイッチしない事を特徴とするＰＷＭ制御方式。
とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施における回路例１である。図において、１はコントローラ、２はデッドタイム補償回路、３はデッドタイム作成回路、４はスイッチング停止回路、５は電流検出回路、１１は平滑コンデンサ、１０１から１０６はスイッチング素子、２０１から２０６はフリーホイールダイオードである。
コントローラ１に指令を入力すると、その指令値に応じてＰＷＭスイッチングパターンを作成し、デッドタイム補償回路２に入力される。このデッドタイム補償回路２は、直列に接続されたスイッチング素子の上下短絡を防止するデッドタイム作成回路３によるデッドタイムの影響を抑えるために設けられている。コントローラ１からのＰＷＭスイッチングパターンと、電流検出回路５より検出された各相の出力電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、を入力する事によって、直列に接続されたスイッチング素子の上下どちらかのＯＮ時間を増加させる。その際、入力された出力電流の方向が、出力のほうへ流れている場合は直列に接続されたスイッチング素子の上側をＯＮする信号を増加させ、出力からインバータへ流れ込んでいる場合は直列に接続されたスイッチング素子の下側をＯＮする信号を増加させる。これらのＰＷＭ信号は、デッドタイム作成回路３に入力され、スイッチング素子の上下短絡を防止するよう、上下ＯＦＦの信号を含んだＰＷＭ信号を発生するよう動作する。
ここで、デッドタイム作成回路３から出力されたＰＷＭ信号をそのままスイッチング素子に出力するか、それとも動作させないのかを、デッドタイム補償回路２に入力される電流検出回路５より検出された各相の出力電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、を用いて判断する。ここで、還流モードとなるフリーホイールダイオードに電流が流れているスイッチング素子は、その期間中動作させない。
図２に、回路例１におけるスイッチ動作を示す。通常のＰＷＭインバータの１相分のスイッチ動作を考え、直列に接続されたスイッチング素子への信号を、上側ＯＮ・下側ＯＦＦを１、上側ＯＦＦ・下側ＯＮを−１、上下ＯＦＦを０として表す。通常、図に示す様に、出力したい電圧に合わせ、スイッチングパターンを上下のスイッチング素子に出力する。ここで、図に示す出力電流Ｉｕが出力側へ流れている（図２ではＩｕ＝＋で図示）場合は、上側のスイッチング素子へのみＯＮ信号を出力し、出力電流Ｉｕが出力側からインバータ側へ流れこんでいる（図２ではＩｕ＝−で図示）場合は、下側のスイッチング素子へのみＯＮ信号を出力し、還流モードのスイッチング素子は動作させないようにする。
また図３は、３レベルＰＷＭインバータ装置に本発明を実施した回路例２である。図において、１はコントローラ、２はデッドタイム補償回路、３はデッドタイム作成回路、４はスイッチング停止回路、５は電流検出回路、１２から１３は平滑コンデンサ、１０７から１１８はスイッチング素子、２０７から２１８はフリーホイールダイオード、３０１から３０６は中間レベル出力用ダイオードである。３レベルインバータに用いる場合でも、実施例１と同様、各相の出力電流を用いて、還流モードとなるフリーホイールダイオードに電流が流れているスイッチング素子は、その期間中動作させない。
この様に、フリーホイールダイオードに電流が流れている還流モード時はスイッチを停止する事によって、今まで無駄に消費されていたＰＷＭインバータの制御電力を大幅に削減し、省エネルギー化する事が出来る。しかも通常のＰＷＭインバータの持つ機能を用いることが出来るため、簡単に実現できる。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、通常のＰＷＭインバータにおいて、スイッチング素子に電流が流れていない、フリーホイールダイオードに電流が流れている還流モード時はスイッチを停止する回路を付加する事によって、今まで無駄に消費されていたＰＷＭインバータの制御電力を大幅に削減し、省エネルギーに貢献する事を目的としている。しかも通常のＰＷＭインバータの持つ機能を用いることが出来るため、簡単に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施における回路例１である。
【図２】本発明の動作原理を示す図である。
【図３】３レベルＰＷＭインバータ装置に本発明を実施した回路例２である。
【図４】従来のＰＷＭインバータ装置を示す回路例である。
【符号の説明】
１　コントローラ
２　デッドタイム補償回路
３　デッドタイム作成回路
４　スイッチング停止回路
５　電流検出回路
６　直流電源
１１　平滑コンデンサ
１２〜１３　分圧コンデンサ
１０１〜１１８　スイッチング素子
２０１〜２１８　フリーホイールダイオード
３０１〜３０６　クランプダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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