(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の電流を制御可能な単方向スイッチを複数組み合わせて双方向の電流を制御可能な交流スイッチを構成し、前記単方向スイッチのオン、オフにより三相交流電圧を任意の大きさ、周波数を有する三相交流電圧に直接変換する交流交流直接変換器において、
三相交流電源の各相電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相電圧のうち最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相の何れの相間における転流かを判別する転流方向判別手段と、
最小電圧相に接続されている交流スイッチ内の、電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチを常時オンさせる手段と、
前記転流方向判別手段により最大電圧相と中間電圧相との間での転流を判別した際に、この転流期間中は、中間電圧相に接続されている交流スイッチ内の電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチを常時オフさせる手段と、
を備えたことを特徴とする交流交流直接変換器の制御装置。
【請求項２】
一方向の電流を制御可能な単方向スイッチを複数組み合わせて双方向の電流を制御可能な交流スイッチを構成し、前記単方向スイッチのオン、オフにより三相交流電圧を任意の大きさ、周波数を有する三相交流電圧に直接変換する交流交流直接変換器において、
三相交流電源の各相電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相電圧のうち最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相の何れの相間における転流かを判別する転流方向判別手段と、
最大電圧相の電圧と中間電圧相の電圧とがほぼ等しい期間を判別する領域判別手段と、
この領域判別手段により最大電圧相の電圧と中間電圧相の電圧とがほぼ等しいと判別された期間において、最小電圧相に接続されている交流スイッチ内の、電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチを常時オンさせる手段と、
上記期間において、前記転流方向判別手段により最大電圧相と中間電圧相との間での転流を判別した際に、この転流期間中は、中間電圧相に接続されている交流スイッチ内の電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチを常時オフさせる手段と、
を備えたことを特徴とする交流交流直接変換器の制御装置。
【請求項３】
一方向の電流を制御可能な単方向スイッチを複数組み合わせて双方向の電流を制御可能な交流スイッチを構成し、前記単方向スイッチのオン、オフにより三相交流電圧を任意の大きさ、周波数を有する三相交流電圧に直接変換する交流交流直接変換器において、
三相交流電源の各相電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相電圧のうち最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相の何れの相間における転流かを判別する転流方向判別手段と、
最大電圧相に接続されている交流スイッチ内の、負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチを常時オンさせる手段と、
前記転流方向判別手段により最小電圧相と中間電圧相との間での転流を判別した際に、この転流期間中は、中間電圧相に接続されている交流スイッチ内の負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチを常時オフさせる手段と、
を備えたことを特徴とする交流交流直接変換器の制御装置。
【請求項４】
一方向の電流を制御可能な単方向スイッチを複数組み合わせて双方向の電流を制御可能な交流スイッチを構成し、前記単方向スイッチのオン、オフにより三相交流電圧を任意の大きさ、周波数を有する三相交流電圧に直接変換する交流交流直接変換器において、
三相交流電源の各相電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相電圧のうち最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相の何れの相間における転流かを判別する転流方向判別手段と、
最小電圧相の電圧と中間電圧相の電圧とがほぼ等しい期間を判別する領域判別手段と、
この領域判別手段により最小電圧相の電圧と中間電圧相の電圧とがほぼ等しいと判別された期間において、最大電圧相に接続されている交流スイッチ内の、負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチを常時オンさせる手段と、
上記期間において、前記転流方向判別手段により最小電圧相と中間電圧相との間での転流を判別した際に、この転流期間中は、中間電圧相に接続されている交流スイッチ内の負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチを常時オフさせる手段と、
を備えたことを特徴とする交流交流直接変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子のオン、オフにより多相交流電圧を任意の大きさ及び周波数を有する多相交流電圧に変換する半導体電力変換器に関し、特に、大型のエネルギーバッファを有しない交流交流直接変換器において、電源短絡を防止するための転流方法に特徴を有する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に交流交流直接変換器は双方向の電流を制御可能な交流スイッチにより構成されているが、電源短絡及び負荷端開放が発生するようなスイッチングは、以下の理由によって避ける必要がある。すなわち、電源短絡により発生する過大な短絡電流はスイッチを破壊する恐れがあり、また、誘導性負荷の場合に負荷端の開放が発生すると、負荷に蓄積されたエネルギーの環流経路が消失するため過大なサージ電圧が発生し、スイッチの破壊につながるためである。
【０００３】
ここで、多相交流電源として最も一般的な三相交流電源を使用し、直接変換器として周波数変換が可能なマトリクスコンバータを使用した場合を例にとって説明する。
図１１（ａ）は、マトリクスコンバータの出力側一相分（Ｕ相）の回路を示している。
図１１（ａ）において、ｖｍａｘは三相交流電源の最大電圧相（以下、単に最大相ともいう）、ｖｍｉｄは中間電圧相（同中間相）、ｖｍｉｎは最小電圧相（同最小相）に接続される入力端子であり、以下では最大電圧、中間電圧、最小電圧自体もｖｍａｘ，ｖｍｉｄ，ｖｍｉｎによってそれぞれ表すものとする。
【０００４】
交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３はそれぞれ一方向の電流を制御可能なＩＧＢＴ等の２個の単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ／ｂ，Ｓ２ｂ／ａ、Ｓ３ａ，Ｓ３ｂによって構成されており、スイッチＳ１ａ，Ｓ３ａはＩＧＢＴモード（コレクタ−エミッタ間に順電圧が印加されている状態で、ゲートオンと同時に電流が流れるモード）で動作し、スイッチＳ１ｂ，Ｓ３ｂは環流ダイオードモード（コレクタ−エミッタ間に逆電圧が印加されており、順電圧が印加されてゲートオンしないと電流が流れないモード）で動作する。なお、スイッチＳ２ａ／ｂ，Ｓ２ｂ／ａは、交流スイッチＳ２が他の交流スイッチＳ１，Ｓ３との関係で下アームで動作するか上アームで動作するかによってＩＧＢＴモード、環流ダイオードモードの何れでも動作するため、添字をａ／ｂ，ｂ／ａと表記してある。
【０００５】
ここで、図１１（ｂ）はマトリクスコンバータの概略的な全体構成図であり、三相交流入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔと同出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗとの間に接続されるスイッチ群ＳＲ，ＳＳ，ＳＴからなっている。各スイッチ群ＳＲ，ＳＳ，ＳＴはそれぞれ３個の交流スイッチから構成されており、例えば入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔと出力端子Ｕとの間にそれぞれ接続された交流スイッチＳＲＵ，ＳＳＵ，ＳＴＵが図１１（ａ）の交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３に相当する。すなわち、最大相がＲ相、中間相がＳ相、最小相がＴ相であれば、図１１（ａ）の交流スイッチＳ１は図１１（ｂ）のＳＲＵに、Ｓ２はＳＳＵに、Ｓ３はＳＴＵにそれぞれ相当することとなる。
【０００６】
さて、図１１（ａ）の交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３間で転流を行うときは、前述したように電源短絡及び負荷端開放が発生しないようにそれぞれの単方向スイッチを制御する必要がある。そのためには、各相の交流スイッチに印加されている電圧の大きさを検出し、電圧の大きな相から小さな相への転流か、あるいは電源電圧の小さな相から大きな相への転流かを判別し、それぞれのモードに応じて転流パターンを生成する必要がある。
【０００７】
図１２は、最大相と中間相との間で転流を行う場合の各スイッチのＰＷＭパルス（ＰＷＭパターン）を示し、図１３は、中間相と最小相との間で転流を行う場合の各スイッチのＰＷＭパルスを示している。
例えば、最大相から中間相へ転流を行う場合には、スイッチＳ１ａ，Ｓ２ａ／ｂをＩＧＢＴとして、スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ／ａを環流ダイオードとして動作させる。図１２（ｂ）に示すように、まず、スイッチＳ２ｂ／ａをオンにして環流経路を確保する。このように環流ダイオードモードの素子を常にオンさせている期間を転流期間と定義する。次に、スイッチＳ１ａオフ、Ｓ２ａ／ｂオンと順に切り替え、最後にスイッチＳ１ｂをオフにして転流が完了する。
【０００８】
図１２（ｂ）から明らかなように、転流期間に交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３のうち複数がオンすることはないので、電源短絡は発生しない。また、電流経路が常に確保されているため負荷端が開放されることもない。なお、図１２（ａ），（ｂ）に示すごとく、最大相と中間相との間で転流を行う場合には、スイッチングを行っていない交流スイッチＳ３は常時オフである。
この種の技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−６１２７６号公報（［００２５］〜［００４４］、図５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された従来技術では、転流を行う二相の電源電圧の大小関係に応じてＰＷＭパターンを決定するため、電源電圧の大小関係を正確に判別することが必須となる。しかし、スイッチングにより発生するリプルの影響により、線間電圧が０〔Ｖ〕付近になる領域においては、電源電圧の大小関係を正確に判別することが困難であり、電源電圧の大小関係を誤って判別すると、転流失敗による電源短絡が発生する。
【００１１】
図１４は、交流スイッチＳ１からＳ２への転流期間において、最大相と中間相との大小判別を誤った場合の動作説明図であり、図１４（ａ）はＰＷＭパルスを、図１４（ｂ）はマトリクスコンバータの出力側一相分（Ｕ相）の等価回路を示している。
ＰＷＭパルス発生回路は、常に、交流スイッチＳ１には最大相が、Ｓ２には中間相が、Ｓ３には最小相がそれぞれ接続されていると判断するため、最大相から中間相への転流時には、図１４（ａ）に示すように、図１２（ｂ）と同一のＰＷＭパルスを出力する。このため、転流期間中はスイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ／ａが常時オンとなる。
【００１２】
しかしながら、最大相と中間相との大小判別を誤り、交流スイッチＳ１が中間相に接続されると共に交流スイッチＳ２が最大相に接続されると、図１４（ｂ）のような接続状態となる。このとき、転流期間中は図１４（ａ）のようにスイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ／ａが常時オンしているので、これらのスイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ／ａを介して最大相と中間相との間で短絡電流が破線のように流れることになる。
中間相から最小相、すなわち交流スイッチＳ２からＳ３への転流を行う場合も、中間相と最小相との大小判別を誤ると、同様の理由によって電源短絡が発生する。
その結果、定格以上の電流がスイッチング素子に流れて破壊に至るおそれがあり、装置の信頼性の低下が懸念される。
【００１３】
そこで本発明の解決課題は、電源電圧の大小関係を誤判別した場合にも電源短絡が発生しないＰＷＭパターンを簡単に実現するようにした、信頼性が高く、安価な交流交流直接変換器の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、一方向の電流を制御可能な単方向スイッチを複数組み合わせて双方向の電流を制御可能な交流スイッチを構成し、前記単方向スイッチのオン、オフにより三相交流電圧を任意の大きさ、周波数を有する三相交流電圧に直接変換する交流交流直接変換器において、
三相交流電源の各相電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相電圧のうち最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相の何れの相間における転流かを判別する転流方向判別手段と、
最小電圧相に接続されている交流スイッチ内の、電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチを常時オンさせる手段と、
前記転流方向判別手段により最大電圧相と中間電圧相との間での転流を判別した際に、この転流期間中は、中間電圧相に接続されている交流スイッチ内の電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチを常時オフさせる手段と、を備えたものである。
【００１５】
請求項２に記載した発明は、一方向の電流を制御可能な単方向スイッチを複数組み合わせて双方向の電流を制御可能な交流スイッチを構成し、前記単方向スイッチのオン、オフにより三相交流電圧を任意の大きさ、周波数を有する三相交流電圧に直接変換する交流交流直接変換器において、
三相交流電源の各相電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相電圧のうち最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相の何れの相間における転流かを判別する転流方向判別手段と、
最大電圧相の電圧と中間電圧相の電圧とがほぼ等しい期間を判別する領域判別手段と、
この領域判別手段により最大電圧相の電圧と中間電圧相の電圧とがほぼ等しいと判別された期間において、最小電圧相に接続されている交流スイッチ内の、電源側から負荷側に  電流を通流する単方向スイッチを常時オンさせる手段と、
上記期間において、前記転流方向判別手段により最大電圧相と中間電圧相との間での転流を判別した際に、この転流期間中は、中間電圧相に接続されている交流スイッチ内の電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチを常時オフさせる手段と、を備えたものである。
【００１６】
請求項３に記載した発明は、一方向の電流を制御可能な単方向スイッチを複数組み合わせて双方向の電流を制御可能な交流スイッチを構成し、前記単方向スイッチのオン、オフにより三相交流電圧を任意の大きさ、周波数を有する三相交流電圧に直接変換する交流交流直接変換器において、
三相交流電源の各相電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相電圧のうち最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相の何れの相間における転流かを判別する転流方向判別手段と、
最大電圧相に接続されている交流スイッチ内の、負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチを常時オンさせる手段と、
前記転流方向判別手段により最小電圧相と中間電圧相との間での転流を判別した際に、この転流期間中は、中間電圧相に接続されている交流スイッチ内の負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチを常時オフさせる手段と、を備えたものである。
【００１７】
請求項４に記載した発明は、一方向の電流を制御可能な単方向スイッチを複数組み合わせて双方向の電流を制御可能な交流スイッチを構成し、前記単方向スイッチのオン、オフにより三相交流電圧を任意の大きさ、周波数を有する三相交流電圧に直接変換する交流交流直接変換器において、
三相交流電源の各相電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相電圧のうち最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相の何れの相間における転流かを判別する転流方向判別手段と、
最小電圧相の電圧と中間電圧相の電圧とがほぼ等しい期間を判別する領域判別手段と、
この領域判別手段により最小電圧相の電圧と中間電圧相の電圧とがほぼ等しいと判別された期間において、最大電圧相に接続されている交流スイッチ内の、負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチを常時オンさせる手段と、
上記期間において、前記転流方向判別手段により最小電圧相と中間電圧相との間での転流を判別した際に、この転流期間中は、中間電圧相に接続されている交流スイッチ内の負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチを常時オフさせる手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、最大相、中間相、最小相の何れの相間における転流か、更には、必要に応じて各相電圧の大小関係を誤判別しやすい期間（領域）であるかを検出して、中間相に接続される環流ダイオードモードの単方向スイッチ等の特定のスイッチのオン、オフを制御することにより、転流時における負荷端開放を防ぐと共に、仮に電源電圧の大小判別を誤ったとしても電源短絡を生じさせない高信頼性の制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は請求項１に相当する本発明の第１実施形態を示す機能ブロック図であり、図１１に示したマトリクスコンバータの出力側一相分に対するＰＷＭパルス発生回路に相当する。
【００２０】
図１において、転流方向判別手段としてのエッジ検出手段１には、図１１（ａ）に示した交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３に対するオンオフ指令値Ｓ１＊，Ｓ２＊，Ｓ３＊が入力されており、これらの指令値のエッジを検出することでどの相からどの相への転流かを判別可能となっている。エッジ検出手段１の検出出力は転流発生手段２に入力されており、転流発生手段２では、エッジ検出手段１の出力に基づいて図１１（ａ）の６個の単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ／ｂ，Ｓ２ｂ／ａ、Ｓ３ａ，Ｓ３ｂのＰＷＭパルスを作成し、パルス分配手段３側に出力する。なお、図１では、符号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ／ｂ，Ｓ２ｂ／ａ、Ｓ３ａ，Ｓ３ｂをＰＷＭパルスを指す場合にも用いるものとする。
【００２１】
一方、大小判別手段４には三相交流電源の各相電圧ｖＲ，ｖＳ，ｖＴが入力されており、各相電圧の振幅に基づき最大相、中間相、最小相を判別して得た大小判別信号がパルス分配手段３に出力されている。パルス分配手段３では、大小判別信号に従って、ＰＷＭパルスＳ１ａ，Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ／ｂ，Ｓ２ｂ／ａ、Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを出力側一相分の単方向スイッチ（例えば、図１１（ｂ）における交流スイッチＳＲＵ，ＳＳＵ，ＳＴＵを構成する合計６個の単方向スイッチ）に分配する。
【００２２】
ここで、転流発生手段２では、最小相に接続されている交流スイッチＳ３のうち電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチＳ３ｂのＰＷＭパルスが常に１となる信号を出力しており、Ｓ３ｂは常時オンとなっている。また、エッジ検出手段１の出力側に接続された中間相環流ダイオード（ＦＷＤ）モードオフ手段５Ａでは、エッジ検出手段１の出力から、最大相と中間相との間の転流発生を検出し、この転流期間において０となる信号を出力する。この信号は中間相に接続されている交流スイッチＳ２のうち電源側から負荷側に電流を通流する単方向スイッチ（最大相と中間相との間の転流時における環流ダイオードモードの単方向スイッチ）Ｓ２ｂ／ａに対するＰＷＭパルスと共に論理積手段６に入力され、その出力が単方向スイッチＳ２ｂ／ａに対する最終的なＰＷＭパルスとなる。
この結果、最大相と中間相との間で転流を行う際は、中間相に接続されている交流スイッチのうち電源側から負荷側へ電流を通流する単方向スイッチＳ２ｂ／ａが、転流期間中は常時オフとなる。なお、その他の単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ／ｂ，Ｓ３ａのＰＷＭパルス及びその作成方法は図１２に示した従来技術と同一である。
【００２３】
図２，図３はこの実施形態におけるＰＷＭパルスを示しており、図２は最大相と中間相との間で転流する場合、図３は中間相と最小相との間で転流する場合である。
図２（ａ）より、交流スイッチＳ２からＳ１への転流が発生すると、単方向スイッチＳ２ｂ／ａが即座にオフとなる。従来技術では、図１２（ａ）に示したように、単方向スイッチＳ２ｂ／ａは正の負荷電流の経路を確保するために、転流終了までオンさせる必要がある。
しかしながら、この第１実施形態では、単方向スイッチＳ３ｂが常時オンしていて正の負荷電流の経路が常に確保されているため、単方向スイッチＳ２ｂ／ａを転流開始と同時にオフしても負荷端の開放を防止することができる。
【００２４】
また、線間電圧が０〔Ｖ〕付近になる場合のように最大相電圧と中間相電圧の大きさがほぼ等しい領域では、大小関係を誤判別するおそれがある。従来技術では、図１２（ｂ）のように交流スイッチＳ１からＳ２への転流期間中は単方向スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ／ａが常時オンになっているため、図１４に示したごとく大小関係の誤判別によって電源短絡が発生する。しかし、第１実施形態によれば、交流スイッチＳ１からＳ２への転流期間中は単方向スイッチＳ２ｂ／ａが常時オフとなるため、最大相電圧と中間相電圧の大小関係を誤判別したとしても電源短絡が発生することはない。
【００２５】
一方、交流スイッチＳ１からＳ２への転流が発生した場合、従来技術では、図１２（ｂ）のように転流開始と同時に単方向スイッチＳ２ｂ／ａがオンとなるが、第１実施形態では、図２（ｂ）のごとく転流終了と同時に単方向スイッチＳ２ｂ／ａがオンする。この場合も、常時オンしている単方向スイッチＳ３ｂによって正の負荷電流の経路が常に確保されており、単方向スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ／ａが同時にオンすることはないため、負荷端開放や、最大相電圧と中間相電圧の大小関係誤判別による電源短絡は発生しない。
なお、図３に示すように、交流スイッチＳ２とＳ３との間の転流が発生した場合は、単方向スイッチＳ３ｂが常時オンとなる以外は、図１３に示した従来技術のＰＷＭパルスと同一である。
【００２６】
なお、前述したごとく、第１実施形態では単方向スイッチＳ３ｂを常時オンとしている。つまり、最大相の交流スイッチＳ１と中間相の交流スイッチＳ２との間の転流が発生した場合においても、最小相の交流スイッチＳ３内の単方向スイッチＳ３ｂをオンさせているため、出力可能な最大電圧が低下するという問題を生じる。
【００２７】
本発明の第２実施形態は上記の問題を解決するためのものである。すなわち、第２実施形態は、最大相電圧と中間相電圧との大きさがほぼ等しくなって大小関係を誤判別するおそれが大きい期間にのみ、第１実施形態によるＰＷＭパルスを生成することとした。
【００２８】
図４は、請求項２に相当する本発明の第２実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態では、図１の第１実施形態に対し、各相電圧ｖＲ，ｖＳ，ｖＴが入力される領域判別手段７Ａと、その出力である領域判別信号が単方向スイッチＳ３ｂに対するＰＷＭ信号と共に入力される論理和手段８とが追加されており、論理和手段８の出力が単方向スイッチＳ３ｂに対する最終的なＰＷＭパルスとしてパルス分配手段３に入力されている。
【００２９】
図５は、領域判別手段７Ａの機能を説明する図である。領域判別手段７Ａでは、三相交流電源の各相電圧ｖＲ，ｖＳ，ｖＴに基づいて最大相電圧と中間相電圧とがほぼ等しくなる期間（領域Ａ）を検出し、図５の領域Ａにおいて１となる領域判別信号を発生させる。単方向スイッチＳ３ｂのＰＷＭパルスは転流発生手段２の出力と領域判別信号との論理和となるため、領域ＡではＰＷＭパルスＳ３ｂが常に１となり、実質的に図１と同一の回路構成になると共に、図５の領域Ａ以外の領域ＣではＰＷＭパルスＳ３ｂは転流発生手段２の出力と等しくなり、従来技術と同様になる。
また、エッジ検出手段１の出力信号及び領域判別信号は図４の中間相ＦＷＤモードオフ手段５Ｂにも入力されているので、中間相ＦＷＤモードオフ手段５Ｂでは、最大相と中間相との間の転流期間中であり、かつ、現時点が領域Ａである場合に０となる信号を出力する。よって、領域Ａにおいては第１実施形態と同一のＰＷＭパルスが、領域Ｃにおいては従来技術と同一のＰＷＭパルスが各単方向スイッチに与えられることになる。
【００３０】
なお、領域Ａは短期間であるため、この期間だけ最小電圧相の単方向スイッチＳ３ｂを常時オンとしても出力電圧に大きな影響は与えない。また、領域Ｃにおいては従来技術と同一のＰＷＭパルスとなるが、最大相電圧と中間相電圧との大小関係を誤判別するおそれは少ないため、大小関係誤判別による電源短絡を防止することができる。よって、この第２実施形態でも第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
次に、図６は請求項３に相当する本発明の第３実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態では、中間相ＦＷＤモードオフ手段５Ｃの出力が、中間相に接続されている交流スイッチＳ２のうち負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチＳ２ａ／ｂのＰＷＭパルスと共に論理積手段６に入力され、その出力が単方向スイッチＳ２ａ／ｂの最終的なＰＷＭパルスとしてパルス分配手段３に入力されている。
【００３２】
この実施形態におけるＰＷＭパルスの基本的な作成方法は第１実施形態と同一であるため、以下では第１実施形態と異なる部分を説明する。
本実施形態では、最大相に接続されている交流スイッチＳ１のうち負荷側から電源側に電流を通流する単方向スイッチＳ１ｂのＰＷＭパルスは、転流発生手段２から常に１となる信号を出力することによって常時オンとなる。また、中間相ＦＷＤモードオフ手段５Ｃでは、エッジ検出手段１の出力から中間相と最小相との間の転流発生を検出し、この転流期間において０となる信号を出力する。その結果、中間相と最小相との間で転流を行う際は、中間相に接続されている交流スイッチＳ２のうち負荷側から電源側へ電流を通流する単方向スイッチ（中間相と最小相との間の転流時における環流ダイオードモードの単方向スイッチ）Ｓ２ａ／ｂが、転流期間中、常時オフとなる。
【００３３】
図７，８はこの実施形態におけるＰＷＭパルスを示しており、図７は中間相と最小相との間で転流を行う場合、図８は最大相と中間相との間で転流を行う場合である。
図７（ａ）より、交流スイッチＳ２からＳ３への転流が発生すると、単方向スイッチＳ２ａ／ｂが即座にオフとなる。従来技術では、図１３（ａ）に示したように、単方向スイッチＳ２ａ／ｂは負の負荷電流の経路を確保するために、転流終了までオンさせる必要がある。
しかし、この実施形態では、図７（ａ）のように単方向スイッチＳ１ｂが常時オンしていて負の負荷電流の経路が常に確保されているため、単方向スイッチＳ２ａ／ｂを転流開始と同時にオフしても負荷端の開放を防止することができる。
【００３４】
また、従来技術において、中間相電圧と最小相電圧との大小関係を誤判別すると、図１３（ａ）では、交流スイッチＳ２からＳ３への転流期間中は単方向スイッチＳ３ｂ，Ｓ２ａ／ｂが常時オンとなっているため、電源短絡が発生する。
しかし、この実施形態によれば、図７（ａ）のように交流スイッチＳ２からＳ３への転流期間中は単方向スイッチＳ２ａ／ｂが常時オフしているため、仮に中間相電圧と最小相電圧との大小関係を誤判別しても電源短絡が発生することはない。
【００３５】
一方、交流スイッチＳ３からＳ２への転流が発生した場合、従来技術では、図１３（ｂ）のように転流開始と同時に単方向スイッチＳ２ａ／ｂがオンとなるが、この実施形態では図７（ｂ）のように転流終了と同時に単方向スイッチＳ２ａ／ｂがオンする。この場合も、常時オンしている単方向スイッチＳ１ｂにより負の負荷電流の経路が常に確保されており、単方向スイッチＳ３ｂ，Ｓ２ｂ／ａが同時にオンすることはないため、負荷端開放や、中間相電圧と最小相電圧との大小関係誤判別による電源短絡は発生しない。
なお、図８に示すように、交流スイッチＳ１とＳ２との間の転流が発生した場合は、単方向スイッチＳ１ｂが常時オンとなる以外は、図１２に示した従来技術のＰＷＭパルスと同一である。
【００３６】
上述した第３実施形態では、単方向スイッチＳ１ｂが常時オンとなるため、発生する出力電圧誤差が増加するおそれがある。
そこで、第４実施形態は上記の出力電圧誤差を抑制するようにしたものである。
【００３７】
図９は、請求項４に相当する本発明の第４実施形態を示す機能ブロック図である。
この実施形態は、領域判別手段７Ｂからの領域判別信号を論理和手段８に加えて単方向スイッチＳ１ｂのＰＷＭパルスを生成すると共に、中間相ＦＷＤモードオフ手段５Ｄの出力を論理積手段６に加えて単方向スイッチＳ２ａ／ｂのＰＷＭパルスを生成するようにしたものである。
【００３８】
領域判別手段７Ｂは、各相電圧ｖＲ，ｖＳ，ｖＴから中間相電圧と最小相電圧との大きさがほぼ等しくなる領域を判別する機能を有しおり、図１０はこの機能の説明図である。
すなわち、領域判別手段７Ｂは、中間相電圧と最小相電圧との大きさがほぼ等しくなる図１０の領域Ｂにおいて１となる判別信号を出力する。その結果、領域Ｂでは単方向スイッチＳ１ｂは常時オンとなるが、領域Ｄにおいては従来のＰＷＭパルスと同一となる。
【００３９】
中間相ＦＷＤモードオフ手段５Ｄは、エッジ検出手段１の出力から中間相と最小相との間の転流を検出し、その転流期間であって中間相電圧と最小相電圧との大小関係が領域Ｂに該当する場合に０となる信号を出力する。よって、単方向スイッチＳ２ａ／ｂは、領域Ｂにおいて中間相と最小相との間で転流を行う場合は常時オフとなる。
以上より、図１０の領域Ｂでは第３実施形態によるＰＷＭパルスが、領域Ｄでは従来技術と同一のＰＷＭパルスが各単方向スイッチに与えられることが分かる。
【００４０】
領域Ｄにおいては、中間相電圧と最小相電圧との大小誤判別は発生しないため、従来技術と同様のＰＷＭパルスを使用しても問題は発生しない。また、第３実施形態による単方向スイッチＳ１ｂを常時オンさせるＰＷＭパルスを使用するのは、中間相電圧と最小相電圧とがほぼ等しくなる短期間であるため、出力電圧に与える影響を最小限に抑えて電圧誤差を低減することができる。
【００４１】
以上の説明において、第２実施形態により最大相電圧と中間相電圧との大小誤判別による電源短絡を、第４実施形態により中間相電圧と最小相電圧との大小誤判別による電源短絡を、それぞれ防止することができる。よって、これらの実施形態を併用すれば、どのような条件においても負荷端開放及び電源短絡が発生しない転流動作が可能となり、特に、電源電圧の大小判別を誤った場合にも電源短絡を生じない転流動作を実現することができる。
【００４２】
また、第２，第４実施形態における領域判別手段７Ａ，７Ｂ及び中間相ＦＷＤモードオフ手段５Ｂ，５Ｄはそれぞれ機能的に共通する部分が多いため、これらの実施形態を併用する場合には、領域判別手段７Ａ，７Ｂを単一手段に統合し、かつ、中間相ＦＷＤモードオフ手段５Ｂ，５Ｄを単一手段に統合することができ、回路が複雑化する等の問題もない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】第１実施形態において、最大相−中間相間で転流を行う場合のＰＷＭパルスの説明図である。
【図３】第１実施形態において、中間相−最小相間で転流を行う場合のＰＷＭパルスの説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す機能ブロック図である。
【図５】図４における領域判別手段の機能を説明する図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す機能ブロック図である。
【図７】第３実施形態において、中間相−最小相間で転流を行う場合のＰＷＭパルスの説明図である。
【図８】第３実施形態において、最大相−中間相間で転流を行う場合のＰＷＭパルスの説明図である。
【図９】本発明の第４実施形態を示す機能ブロック図である。
【図１０】図９における領域判別手段の機能を説明する図である。
【図１１】マトリクスコンバータの交流スイッチの接続構成図である。
【図１２】中間相−最大相間で転流を行う場合のＰＷＭパルスの説明図である。
【図１３】中間相−最小相間で転流を行う場合のＰＷＭパルスの説明図である。
【図１４】最大相電圧と中間相電圧との大小判別を誤った場合の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：エッジ検出手段
２：転流発生手段
３：パルス発生手段
４：大小判別手段
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ：中間相環流ダイオード（ＦＷＤ）モードオフ手段
６：論理積手段
７Ａ，７Ｂ：領域判別手段
８：論理和手段
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３：交流スイッチ
Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ／ｂ，Ｓ２ｂ／ａ、Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ：単方向スイッチ
【図１】
0004831303.tif 000002
【図２】
0004831303.tif 000003
【図３】
0004831303.tif 000004
【図４】
0004831303.tif 000005
【図５】
0004831303.tif 000006
【図６】
0004831303.tif 000007
【図７】
0004831303.tif 000008
【図８】
0004831303.tif 000009
【図９】
0004831303.tif 000010
【図１０】
0004831303.tif 000011
【図１１】
0004831303.tif 000012
【図１２】
0004831303.tif 000013
【図１３】
0004831303.tif 000014
【図１４】
0004831303.tif 000015