(57)【要約】【課題】  本特許は、交流電源駆動装置に出力フィルタを設置する場合に、容易に負荷の入力電流を検出できるようにする。【解決手段】  電源と負荷の間に設置したノーマルモードフィルタ1次側の電流検出器出力を、過電流等の保護信号として使用する一方、ハードウェア、又はソフトウェアによるフィルタを用いてフィルタリングしたものを負荷入力電流として推定し、電流制御用にフィードバックする。【選択図】    図１
2005143203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ方式を用いた電力変換装置と、前記電力変換装置の出力側に電流検出器を介してノーマルモードフィルタの入力側を接続し、前記ノーマルモードフィルタの出力側を負荷に接続し、前記電流検出の検出信号に基づいて前記電力変換装置の主回路半導体スイッチング素子を過電流から保護する保護回路を備えた負荷駆動装置において、
前記ノーマルモードフィルタと等しいフィルタ定数を持つフィルタを備え、前記電流検出器の出力信号を前記フィルタに入力し、フィルタリングした前記フィルタ出力電流信号を負荷入力電流とみなして前記フィルタ出力電流信号を電流制御器へ入力し、前記電流制御器の出力電流指令を前記電力変換装置にフィードバックすることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記フィルタが、前記電力変換装置の出力電流の基本波成分を検出するためのローパスフィルタである請求項１記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記電流検出器の出力信号を入力するＡ／Ｄ変換器を備え、前記Ａ／Ｄ変換器出力を前記ノーマルモードフィルタと等しいフィルタ定数を持つデジタルフィルタへ入力し、フィルタリングした前記デジタルフィルタ出力電流信号を負荷入力電流とみなして前記デジタルフィルタ出力電流信号を電流制御器へ入力する請求項１記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記デジタルフィルタが、電力変換装置の出力電流の基本波成分を検出するためのローパスフィルタである請求項３記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記Ａ／Ｄ変換器出力をＣＰＵに取り込み  前記デジタルフィルタと電流制御器とをＣＰＵによるソフトウェア上で処理する請求項３記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記電力変換装置がＰＷＭサイクロコンバータである請求項１、２、４記載の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、PWM方式を用いた電源装置の出力段にノーマルモードフィルタ(以下ＮＭＦと適宜記載する)を用いる際の出力電流検出装置に関する。ＰＷＭ方式を用いた電源装置としては、交流を一旦直流電圧に変換する直流中間回路を備えたタイプのインバータ装置や交流から直接交流に変換するＡＣ／ＡＣ変換であるＰＷＭサイクロコンバータ（マトリクスコンバータと称される）等がある。
【背景技術】
【０００２】
従来の交流電源装置の構成図を図３に示す。図３において、１はＰＷＭ方式を用いた電源装置、２は電源装置の負荷、３はノーマルモードフィルタ、４と１４は電流検出器、６は電力変換用半導体素子を過電流から守る保護回路、７は電流制御器、８は保護回路６から電源装置１へ出力される過電流保護信号、９は電流制御器から電源装置１へ出力される電流指令である。図３において、電源装置1と負荷2の間にＮＭＦ３を設置し、ＮＭＦ3の1次側に電流検出器4を設け、ＮＭＦ1次側の電流を検出している。この電流検出器4の出力は保護回路6に接続され、電源装置が過電流となったときに過電流保護信号8を出力する。一方、ＮＭＦ3の2次側には、ＮＭＦ3の2次側の電流を検出するために電流検出器10を設けてあり、この電流検出器10の出力を負荷電流として電流制御器7にフィードバックさせる。電流指令器7はこのフィードバックの値を基に、電流指令9を設定し、電源装置１の出力を制御する。
【０００３】
従来のインバータ等の電力変換装置を用いた電源装置は、モータサージ抑制のため、インバータ出力にノーマルモードフィルタ（ＮＭＦ）を用いる場合がある。通常は電流制御のためにモータ等の負荷に流れる電流を検出し制御するが、この場合ＮＭＦの１次側電流のみを検出したのでは、キャリアリプル電流も検出してしまいトルクリプルの原因となる。    一方、ＮＭＦの２次側電流のみを検出したのではインバータの主回路素子である電力変換用半導体素子（例えばＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ）の保護が瞬時にできないことになる。そのため、ＮＭＦの１次（入力側）、２次（出力側）両側に各々電流検出器を備えていた。
【特許文献１】特開平９−８４３５７号公報（第５頁、図１）
【特許文献２】特開平２００３−２３０２７５号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電流検出装置は、ＮＭＦの1次と2次の両方に電流検出器を置くため、電流検出器の個数が増えて装置全体としてコストが増加していた。さらにＮＭＦをインバータ装置のオプションとして取り付けた場合、検出機構全体に変更が必要であり、汎用性に乏しいという問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電流検出器の数を増やすことなくノーマルモードフィルタ（ＮＭＦ）の2次の電流を推定し、負荷の電流制御を可能とすること、また、ＮＭＦをオプションとして取り付けた場合においても検出機構の変更をすることのない安価で簡単な電流検出装置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】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、ＰＷＭ方式を用いた電力変換装置と、前記電力変換装置の出力側に電流検出器を介してノーマルモードフィルタの入力側を接続し、前記ノーマルモードフィルタの出力側を負荷に接続し、前記電流検出の検出信号に基づいて前記電力変換装置の主回路半導体スイッチング素子を過電流から保護する保護回路を備えた負荷駆動装置において、
前記ノーマルモードフィルタと等しいフィルタ定数を持つフィルタを備え、前記電流検出器の出力信号を前記フィルタに入力し、フィルタリングした前記フィルタ出力電流信号を負荷入力電流とみなして前記フィルタ出力電流信号を電流制御器へ入力し、前記電流制御器の出力電流指令を前記電力変換装置にフィードバックするものである。
また、前記フィルタが、前記電力変換装置の出力電流の基本波成分を検出するためのローパスフィルタとしたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、前記電流検出器の出力信号を入力するＡ／Ｄ変換器を備え、前記Ａ／Ｄ変換器出力を前記ノーマルモードフィルタと等しいフィルタ定数を持つデジタルフィルタへ入力し、フィルタリングした前記デジタルフィルタ出力電流信号を負荷入力電流とみなして前記デジタルフィルタ出力電流信号を電流制御器へ入力するものである。
また、前記デジタルフィルタが、電力変換装置の出力電流の基本波成分を検出するためのローパスフィルタとしたことを特徴とするものである。
また、前記Ａ／Ｄ変換器出力をＣＰＵに取り込み  前記デジタルフィルタと電流制御器とをＣＰＵによるソフトウェア上で処理することを特徴とするものである。
また、前記電力変換装置がＰＷＭサイクロコンバータであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、ＮＭＦを用いた構成で電流制御を行う場合、新たに電流検出器の数を増やす必要は無く、ＮＭＦと同じ定数を持ったフィルタ定数を電流検出器出力に設定するだけで負荷側の電流が検出できるので、実現が容易である。
また、フィルタの設定をソフトウェアの変更で実現できる。
また、電源出力電流の基本波成分を検出するローパスフィルタを設定してしまえば、ＮＭＦの定数に関わらず利用できるため、汎用性が高い電流検出を容易に実現できる。
また、前記電力変換装置がＰＷＭサイクロコンバータにも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明による第一実施例の全体構成図である。図１において、１はＰＷＭ方式を用いた電源装置、２は電源装置の負荷、３はノーマルモードフィルタ、４は電流検出器、６は電力変換用半導体素子を過電流から守る保護回路、７は電流制御器、８は保護回路６から電源装置１へ出力される過電流保護信号、９は電流制御器から電源装置１へ出力される電流指令である。５はリアクトルとコンデンサからなるローパスフィルタである。従来技術である図３と同一名称には同一符号を付けている。本実施例である図１が従来技術である図３と相違する点は、ノーマルモードフィルタ３の２次側に設けていた電流検出器１４を取り除いた点とローパスフィルタ５を新たに備えた点にある。
次に動作を説明する。図1において、電源装置1と負荷2の間にＮＭＦ3を設置しており、このＮＭＦ3の1次側に電流検出器4を設け、ＮＭＦ3の1次側の電流を検出している。この電流検出器4の出力の一方は、保護回路6に接続され、電源装置1が過電流となったときに、保護のために過電流保護信号8を出力する。また、電流検出器4のもう一方の出力は、ＮＭＦ3と同じ定数を持ったフィルタ5を用いてフィルタリングすることでＮＭＦ2次側の電流を推定し、電流制御器7に負荷電流としてフィードバックさせる。電流制御器7は、このフィードバックの値を基に、電流指令9を決めて出力を制御している。これにより、ＮＭＦ3の1次側の電流検出器4のみで電源装置1の出力電流と、負荷2の入力電流を検出することが可能となる。
【００１０】
実施例の変形例として、この電流検出器4の出力のもう一方の出力は、ローパスフィルタ13に接続することができる。ローパスフィルタは、出力電流の基本波成分を検出できるような定数を予め設定し、このフィルタリングによって電源装置1の出力電流の基本波成分を検出し、これを負荷電流として電流制御機7にフィードバックさせる。電流制御機7は、このフィードバックの値を基に電流指令9を設定し出力を制御している。これにより、ＮＭＦ3の1次側の電流検出器4のみで電源装置1の出力電流と、負荷2の入力電流を検出することが可能となる。
【００１１】
図2は、本発明の請求項2の電流検出装置における全体構成図である。図2において、図1と同様に電源装置1と負荷2の間にＮＭＦ3を設置し、ＮＭＦ3の1次側に電流検出器4を設け、ＮＭＦ3の1次側の電流を検出している。この電流検出器4の出力の一方は、保護回路6に接続され、電源装置1が過電流になったときに、保護のために過電流保護信号8を出力する。また、この電流検出器4の出力のもう一方をA/D変換器5でデジタル量に変換してCPU12に入力し、ソフトウェア上にてＮＭＦ3と同じ定数を持ったデジタルフィルタ10によりフィルタリングすることで、ＮＭＦ3の2次側の電流を推定し、電流制御器7に、負荷電流としてフィードバックさせる。電流制御器7は、このフィードバックの値を基に電流指令9を設定し出力を制御している。これにより、ＮＭＦ3の1次側の電流検出器4のみで電源装置1の出力電流と、負荷2の入力電流を検出することが可能となる。
【００１２】
実施例の変形例として、デジタルフィルタの定数は出力電流の基本波を検出できるような定数に設定してもよい。これにより電源装置1の出力電流の基本波成分を検出し、負荷電流として電流制御機7にフィードバックさせる。電流制御器7は、このフィードバックの値を基に電流指令9を設定し出力を制御している。これにより、ＮＭＦ3の1次側の電流検出器4のみで電源装置1の出力電流と、負荷2の入力電流を検出することが可能となる。
【００１３】
可変周波数・可変電圧（ＶＶＶＦ）である電力変換装置の出力周波数が変化した時は電流検出器で基本波電流周波数を検出するか又は電力変換装置の出力周波数指令に基づき、デジタルフィルタのフィルタ定数を自動的に設定してもよい。例えば電力変換装置の出力周波数指令Ｆが１００Ｈｚの場合は、デジタルフィルタの出力電流の基本波成分は１００Ｈｚに設定すればよい。
また、本発明は電力変換装置がＰＷＭサイクロコンバータにも適用できる。
【００１４】
本発明が従来技術と異なる部分は、電流検出器10を外した点と、ＮＭＦ3と同じ定数をもつフィルタ5を加えた点であり、従来技術では電流検出器10の出力を電流制御器7に接続することで制御を行っているが、電流検出器の使用数が増えるため、コストアップにつながる。一方、本発明の場合は、ＮＭＦの定数にあわせたチップ部品で基板上にフィルタを組むだけであり、容易で、且つコスト上昇はごく小さい。
【００１５】
その他に本発明が従来技術と異なる部分は、電流検出器10を外した点と、電流検出器4の出力をソフトウェアで演算させるためのA/D変換器11が必要な点である。これにより、電流検出器の使用数を変えることなくＮＭＦ3の1時と2次の電流を検出することが可能であり、またＮＭＦ3の変更が生じた場合でも、ソフトウェアの変更するだけで対応が出来るため、汎用性が高いことが特徴である。
【００１６】
その他に本発明が従来技術と異なる部分は、電流検出器10を外した点と、出力電流の基本波成分を検出できるような定数を持ったローパスフィルタ13を加えた点である。電流検出器を増やすことなくＮＭＦ3の1次側、2次側の電流検出が可能であり、チップ部品でフィルタを組むため、容易で、且つコスト上昇はごく小さくて済む。また、出力電流の基本波成分を検出できるローパスフィルタ13の定数を決めてしまえば、ＮＭＦ3の定数とは関係なく電流検出が行えるため、汎用性が高いことが特徴である。
【００１７】
その他に本発明が従来技術と異なる部分は、電流検出器10を外した点と、電流検出器4の出力をソフトウェアで演算させるためのA/D変換器11が必要な点である。電流検出器を増やすことなくＮＭＦの1次側、2次側の電流検出が可能であり、ソフトウェアの変更をするだけで対応が可能で、出力電流の基本波成分を検出できるローパスフィルタ13の定数を決めてしまえば、ＮＭＦ3の定数とは関係なく電流検出が行えるため、汎用性が非常に高いことが特徴である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による負荷駆動装置の第一実施例を示す構成図
【図２】本発明による負荷駆動装置の第二実施例を示す構成図
【図３】従来の技術による負荷駆動装置の構成図
【符号の説明】
【００１９】
１  交流電源装置、電力変換装置
２  負荷
３  ノーマルモードフィルタ
４、１４  電流検出器
５  フィルタ
６  保護回路
７  電流制御器
８  過電流保護信号
９  電流指令
１０  デジタルフィルタ
１１  A/D変換器
１２  CPU
【図１】
2005143203.tif 000003
【図２】
2005143203.tif 000004
【図３】
2005143203.tif 000005