(57)【要約】【課題】分圧抵抗の故障時に、負荷に安定して電力供給可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】Ｎ相（Ｎは自然数）の電力変換装置２において、ハイサイドスイッチＭＨは、それぞれが相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と上側電源ラインＬＰの間に設けられる。ローサイドスイッチＭＬは、それぞれが相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と下側電源ラインＬＮの間に設けられる。複数の分圧回路２０ａ、２０ｂは、それぞれが、共通のひとつの相の出力端子に生ずる出力電圧を分圧して検出電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２を生成する。コントローラ１２は、負荷の状態に応じて、ハイサイドスイッチＭＨおよびローサイドスイッチＭＬのオン時間を指定する制御指令値を生成し、当該制御指令値を、複数の分圧回路２０ａ、２０ｂからの複数の検出電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２に応じて補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ相（Ｎは自然数）の電力変換装置であって、
上側電源ラインと、
下側電源ラインと、
それぞれが相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記上側電源ラインの間に設けられたＮ個のハイサイドスイッチと、
それぞれが相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記下側電源ラインの間に設けられたＮ個のローサイドスイッチと、
それぞれが、共通のひとつの相の前記出力端子に生ずる出力電圧を分圧して検出電圧を生成する複数の分圧回路と、
負荷の状態に応じて、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのオン時間を指定する制御指令値を生成し、当該制御指令値を、前記複数の分圧回路からの複数の検出電圧に応じて補正するコントローラと、
それぞれが相ごとに設けられ、補正された前記制御指令値と所定のデッドタイムにもとづき、対応する相のハイサイドスイッチを駆動する、Ｎ個のハイサイド駆動回路と、
それぞれが相ごとに設けられ、補正された前記制御指令値と前記デッドタイムにもとづき、対応する相のローサイドスイッチを駆動する、Ｎ個のローサイド駆動回路と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記複数の検出電圧を加算し、加算された検出電圧にもとづいてデッドタイムを補償することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数の分圧回路の分圧比は等しいことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記複数の分圧回路は、すべての相ごとに設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な大容量の電力変換装置（インバータ）２の回路図である。電力変換装置２は、モータをはじめとする負荷４を駆動するために利用される。ハイサイドスイッチＭＨ（Ｕ〜Ｗ）およびローサイドスイッチＭＬ（Ｕ〜Ｗ）は、各相（Ｕ〜Ｗ）ごとに設けられる。ハイサイド駆動回路１０Ｈは、各相のハイサイドスイッチＭＨ（Ｕ〜Ｗ）を駆動し、ローサイド駆動回路１０ＬはローサイドスイッチＭＬ（Ｕ〜Ｗ）を駆動する。コントローラ１２は、駆動回路１０Ｈ、１０Ｌに対する制御指令Ｓ１を生成する。
【０００３】
電源回路１４は、ハイサイド駆動回路１０Ｈ、ローサイド駆動回路１０Ｌそれぞれに対する電源電圧ＶＤＤＨ、ＶＤＤＬを生成する。電流・電圧検出回路１６は、電力変換装置２の各ノードの電圧、電流を検出する。Ａ／Ｄコンバータ１８は、電流・電圧検出回路１６によって検出された電流値、あるいは電圧値Ｓ３をデジタル値に変換する。コントローラ１２は、電流、電圧に応じたデジタル値に基づいて制御指令Ｓ１を生成する。
【０００４】
同相のハイサイドスイッチＭＨとローサイドスイッチＭＬが同時にオンすると貫通電流が流れ、回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。そこで各相のハイサイド駆動回路１０Ｈおよびローサイド駆動回路１０Ｌは、ハイサイドスイッチＭＨがオン、ローサイドスイッチＭＬがオフの状態と、ハイサイドスイッチＭＨがオフ、ローサイドスイッチＭＬがオンの状態と、の間に、ハイサイドスイッチＭＨとローサイドスイッチＭＬがともにオフとなるデッドタイムを挿入し、貫通電流を防止する。
【０００５】
このデッドタイムに起因して負荷４に供給される電力に誤差が発生し、制御性能が悪化することが知られている。この問題を解決するために、デッドタイム補償が行われる（特許文献１−３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−１３３５５９号公報
【特許文献２】特開平０５−１７６５９４号公報
【特許文献３】特開２００３−０４７２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３では、電圧検出器によってインバータの出力電圧が分圧され、その結果にもとづいてデッドタイム補償量が決定される。この構成では、電圧検出器を構成する分圧用の抵抗がオープン故障すると、デッドタイム補償ができなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、分圧抵抗の故障時に、負荷に安定して電力供給可能な電力変換装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、Ｎ相（Ｎは自然数）の電力変換装置に関する。電力変換装置は、上側電源ラインと、下側電源ラインと、それぞれが相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と上側電源ラインの間に設けられたＮ個のハイサイドスイッチと、それぞれが相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と下側電源ラインの間に設けられたＮ個のローサイドスイッチと、それぞれが、共通のひとつの相の出力端子に生ずる出力電圧を分圧して検出電圧を生成する複数の分圧回路と、負荷の状態に応じて、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのオン時間を指定する制御指令値を生成し、当該制御指令値を、複数の分圧回路からの複数の検出電圧に応じて補正するコントローラと、それぞれが相ごとに設けられ、補正された制御指令値と所定のデッドタイムにもとづき、対応する相のハイサイドスイッチを駆動する、Ｎ個のハイサイド駆動回路と、それぞれが相ごとに設けられ、補正された制御指令値と前記デッドタイムにもとづき、対応する相のローサイドスイッチを駆動する、Ｎ個のローサイド駆動回路と、を備える。
【００１０】
この態様によると、複数の分圧回路の少なくともひとつが故障しても、他の分圧回路からの検出電圧にもとづいて、デッドタイム補償が可能となるため、故障に対する堅牢性を高めることができる。
【００１１】
コントローラは、複数の検出電圧を加算し、加算された検出電圧にもとづいてデッドタイムを補償してもよい。あるいはコントローラは、複数の検出電圧を平均し、平均された検出電圧にもとづいてデッドタイムを補償してもよい。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、分圧抵抗の故障時においても、負荷に安定して電力供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一般的な大容量の電力変換装置の回路図である。
【図２】実施の形態に係る電力変換装置の構成の一部を示す回路図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、電力変換装置の動作を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１６】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００１７】
図２は、実施の形態に係る電力変換装置２の構成の一部を示す回路図である。電力変換装置２は、モータをはじめとする負荷４を駆動するために利用される。図２には、Ｕ相のみが示されるが、Ｖ相、Ｗ相も同様に構成される。電力変換装置２は、上側ラインＬＰ、下側ラインＬＮ、出力端子ＯＵＴＵ、ハイサイドスイッチＭＨＵ、ローサイドスイッチＭＬＵ、複数の分圧回路２０ａ、２０ｂおよびコントローラ１２を備える。第１分圧回路２０ａ、第２分圧回路２０ｂのペアは、相ごとに設けられるが、図２ではＵ相のみを示す。
【００１８】
ハイサイドスイッチＭＨＵは、対応する相Ｕの出力端子ＯＵＴＵと上側電源ラインＬＰの間に設けられる。ローサイドスイッチＭＬＵは、対応する相Ｕの出力端子ＯＵＴＵと下側電源ラインＬＮの間に設けられる。
【００１９】
複数の分圧回路（第１分圧回路２０ａ、第２分圧回路２０ｂという）は、共通のひとつの相Ｕの出力端子ＯＵＴＵに生ずる出力電圧ＶＵを分圧して検出電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２を生成する。第１分圧回路２０ａは第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２を含み、その分圧比ｄ１は、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）である。第２分圧回路２０ｂは第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を含み、その分圧比ｄ２はＲ４／（Ｒ３＋Ｒ４）である。検出電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２は以下の式で与えられる。
Ｖｄ１＝ｄ１×ＶＵ
Ｖｄ２＝ｄ２×ＶＵ
【００２０】
分圧比ｄ１とｄ２は等しく設計され、Ｒ１＝Ｒ３、Ｒ２＝Ｒ４とすることが好ましい。分圧比は、電力変換装置２の入力電圧レンジに応じて定めればよく、たとえばＶｄ１、Ｖｄ２の振幅が２０Ｖ程度となるように、分圧比ｄ１、ｄ２が定められる。
【００２１】
コントローラ１２は、負荷の状態に応じて、ハイサイドスイッチＭＨＵ〜ＭＨＷ、ローサイドスイッチＭＬＵ〜ＭＬＷのオン時間を指定する制御指令値ＣＭＤを生成する。そして、制御指令値ＣＭＤを、複数の分圧回路２０ａ、２０ｂからの複数の検出電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２に応じて補正する。
【００２２】
コントローラ１２は、制御指令値生成部３０、加算器３２、デッドタイム補償回路３４、駆動信号生成部３６を含む。制御指令値生成部３０は、モータ４の駆動状態を示すデジタル値Ｓ４と駆動状態の目標値ＲＥＦの誤差にもとづいて、ＰＩ制御（あるいはＰ制御、ＰＩＤ制御）などによって、制御指令値ＣＭＤを生成する。デジタル値Ｓ４は、図１のＡ／Ｄコンバータ１８により生成される。
【００２３】
加算器３２は、複数の検出電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２を加算する。デッドタイム補償回路３４は、加算された検出電圧Ｖｄ３にもとづいて、制御指令値ＣＭＤの補正量を示すデータＣＭＰを生成する。デッドタイム補償回路３４は、特許文献１〜３、あるいはその他の公知技術を用いればよく、その構成は特に限定されない。
【００２４】
駆動信号生成部３６は、制御指令値ＣＭＤに補正値ＣＭＤを加算（あるいは減算）することにより、制御指令値ＣＭＤを補正する。駆動信号生成部３６は、補正後の制御指令値ＣＭＤ’と、所定のデッドタイムＴｄにもとづいて、ハイサイドスイッチＭＨＵ〜ＭＨＷおよびローサイドスイッチＭＬＵ〜ＭＬＷの駆動信号ＧＨＵ〜ＧＨＷ、ＧＬＷ〜ＧＬＷを生成する。
【００２５】
各相のハイサイド駆動回路１０Ｈは、対応する相の駆動信号ＧＨにもとづいて、対応するハイサイドスイッチＭＨをスイッチングする。また各相のローサイド駆動回路１０Ｌは、対応する相の駆動信号ＧＬにもとづいて、対応するローサイドスイッチＭＬをスイッチングする。
その結果、各相のハイサイド駆動回路１０Ｈは、補正された制御指令値ＣＭＤ’とデッドタイムＴｄにもとづき、対応する相のハイサイドスイッチＭＨを駆動する。また各相のローサイド駆動回路１０Ｌは、補正された制御指令値ＣＭＤ’とデッドタイムＴｄにもとづき、対応する相のローサイドスイッチＭＬを駆動する。
【００２６】
以上が電力変換装置２の構成である。続いてその動作を説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、電力変換装置２の動作を示す波形図である。図３（ａ）は、第１分圧回路２０ａ、第２分圧回路２０ｂが正常であるときの波形図である。図３（ｂ）は、第１分圧回路２０ａの第１抵抗Ｒ１がオープン故障したときの波形図である。図３（ｃ）は、第２分圧回路２０ｂの第３抵抗Ｒ３がオープン故障したときの波形図である。
【００２７】
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１分圧回路２０ａおよび第２分圧回路２０ｂの一方に故障が発生した場合であっても、デッドタイム補償回路３４には、電力変換装置２の出力電圧に応じたパルス状の波形を有する検出電圧Ｖｄ３が入力される。したがって、故障時においても、制御指令値ＣＭＤのデッドタイムに起因する誤差を補正することができ、負荷に安定した電力を供給できる。
【００２８】
分圧回路２０に代えて、フォトカップラを用いる技術も提案されているが、こうした技術に対して実施の形態に係る電力変換装置２は、以下の利点を有する。
第１に、分圧回路を構成する抵抗は、フォトカップラに比べてコストが安い。また、ひとつのフォトカップラの実装面積よりも、２つの分圧回路（つまり４個の抵抗）の実装面積の方が小さいという利点もある。また分圧回路の抵抗値を大きくすることにより、フォトカップラよりも消費電力を低下できる。
【００２９】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。
【００３０】
本実施の形態では、三相の場合を説明したが、相数は特に限定されず、単相であってもよい。
【００３１】
実施の形態では、相ごとに分圧回路を２個設ける場合を説明したが、３個以上設けてもよい。個数を増やすほど、故障に対する堅牢性を高めることができる。
【００３２】
第１分圧回路２０ａと第２分圧回路２０ｂのペアを、いずれかひとつの相、たとえばＵ相のみに設けてもよい。この場合、Ｕ相出力電圧ＶＵが検出できない期間は、直前のＵ相の駆動期間において生成された補正量を用いてもよい。
【００３３】
実施の形態では、複数の検出電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２を加算する場合を説明したが、それらを平均してもよい。
【００３４】
実施の形態では、三相モータを駆動する電力変換装置２について説明したが、本発明は駆動対象のモータは三相に限定されず、ＤＣモータや多相モータに適用可能である。また、実施の形態では、電力変換装置２に直接的にモータ４が接続される場合を説明したが、電力変換装置２とモータ４の間に、別の変換装置あるいはその他の回路ブロックが挿入されていてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
２…電力変換装置、４…モータ、６…電源、ＭＨ…ハイサイドスイッチ、ＭＬ…ローサイドスイッチ、１０Ｈ…ハイサイド駆動回路、１０Ｌ…ローサイド駆動回路、１２…コントローラ、１４…電源回路、１６…電流・電圧検出回路、１８…Ａ／Ｄコンバータ、ＬＰ…上側ライン、ＬＮ…下側ライン、２０ａ…第１分圧回路、２０ｂ…第２分圧回路、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、Ｒ３…第３抵抗、Ｒ４…第４抵抗、３０…制御指令値生成部、３２…加算器、３４…デッドタイム補償回路、３６…駆動信号生成部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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