(57)【要約】【課題】双方向スイッチで生じる電力ロスの増加を抑えることができるマトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係るマトリクスコンバータは、選択部と、転流制御部と、判定部と、条件変更部とを備える。選択部は、交流電源の相電圧の状態および負荷の相電流の状態の少なくともいずれか一方に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する。転流制御部は、選択部によって選択された転流パターンにより双方向スイッチを制御して交流電源と負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う。判定部は、転流制御によって生じる双方向スイッチの電力ロスを判定する。条件変更部は、判定部によって判定された電力ロスに基づいて、選択部の選択対象になる転流パターンまたは当該転流パターンの選択条件を変更する。【選択図】図３
2016046958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相と負荷の各相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、
前記交流電源の相電圧の状態および前記負荷の相電流の状態の少なくともいずれか一方に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された転流パターンにより前記双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う転流制御部と、
前記転流制御によって生じる前記双方向スイッチの電力ロスを判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記電力ロスに基づいて、前記選択部の選択対象になる前記転流パターンまたは当該転流パターンの選択条件を変更する条件変更部と、を備える
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
【請求項２】
前記条件変更部は、
前記複数種類の転流パターンのうち前記選択部の選択対象になる前記転流パターンのグループを変更する
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】
前記判定部は、
前記転流制御によって生じる前記双方向スイッチの導通ロスおよび／またはスイッチングロスを前記電力ロスとして判定し、
前記条件変更部は、
前記電力ロスが予め設定された制限値以下の場合に前記電力ロスの発生が相対的に大きい前記転流パターンのグループを前記選択対象とし、前記電力ロスが前記制限値を超える場合に前記電力ロスの発生が相対的に小さい前記転流パターンのグループを前記選択対象とする
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】
前記条件変更部は、
前記判定部によって判定された前記電力ロスに基づいて、前記相電圧の状態および／または前記相電流の状態に対する前記転流パターンの選択条件を変更する
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５】
前記判定部は、
前記転流制御によって生じる前記双方向スイッチの導通ロスおよび／またはスイッチングロスを前記電力ロスとして判定し、
前記条件変更部は、
前記電力ロスが予め設定された制限値以下になるように、前記相電圧の状態および／または前記相電流の状態に対する前記転流パターンの選択条件を変更する
ことを特徴とする請求項４に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項６】
前記選択部によって選択された転流パターンにより転流制御を行う第１モードと、固定の転流パターンにより転流制御を行う第２モードとを切り替える切替部を備え、
前記転流制御部は、
前記切替部によって切替えられたモードに基づいて前記転流制御を行う
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のマトリクスコンバータ。
【請求項７】
複数の双方向スイッチを有する電力変換部を介して互いに接続される交流電源の各相と負荷の各相のそれぞれの状態に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された転流パターンにより前記双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う転流制御部と、
前記転流制御によって生じる前記双方向スイッチの電力ロスを判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記電力ロスに基づいて、前記選択部の選択対象になる前記転流パターンまたは当該転流パターンの選択条件を変更する条件変更部と、を備える
ことを特徴とするマトリクスコンバータの制御装置。
【請求項８】
複数の双方向スイッチを有する電力変換部を介して互いに接続される交流電源の各相と負荷の各相のそれぞれの状態に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する選択工程と、
前記選択工程によって選択された転流パターンにより前記双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う転流制御工程と、
前記転流制御によって生じる前記双方向スイッチの電力ロスを判定する判定工程と、
前記判定工程によって判定された前記電力ロスに基づいて、前記選択工程の選択対象になる前記転流パターンまたは当該転流パターンの選択条件を変更する条件変更工程と、
を含むマトリクスコンバータの制御方法。
【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、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリクスコンバータは、交流電源と負荷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、双方向スイッチを構成するスイッチング素子を所定の順序で個別にオン／オフ制御することにより、負荷の相と交流電源の相との接続状態を切り替える転流制御を行う。これにより、例えば、交流電源の相間短絡や出力相の開放などが防止される。
【０００４】
転流制御に用いられる転流法として、４ステップの電圧転流法や４ステップの電流転流法を始めとする様々な転流法が提案されており、さらに、複数の転流法を組み合わせ、交流電源の相電圧や負荷の相電流の状態に応じて転流制御に用いる転流法を切り替える手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】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４６１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば、転流法の組み合わせ方や転流法の切り替え条件によっては、双方向スイッチで生じる電力ロスが大きくなるおそれがある。
【０００７】
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、双方向スイッチで生じる電力ロスの増加を抑えることができるマトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法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】
【０００８】
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、選択部と、転流制御部と、判定部と、条件変更部とを備える。前記電力変換部は、複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相と負荷の各相との間に前記複数の双方向スイッチが設けられる。前記選択部は、前記交流電源の相電圧の状態および前記負荷の相電流の状態の少なくともいずれか一方に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する。前記転流制御部は、前記選択部によって選択された転流パターンにより前記双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う。前記判定部は、前記転流制御によって生じる前記双方向スイッチの電力ロスを判定する。前記条件変更部は、前記判定部によって判定された前記電力ロスに基づいて、前記選択部の選択対象になる前記転流パターンまたは当該転流パターンの選択条件を変更する。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、双方向スイッチで生じる電力ロスの増加を抑えることができるマトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、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、双方向スイッチの構成例を示す図である。
【図３】図３は、各出力相に出力される入力相電圧の切り替わりの一例を示す図である。
【図４】図４は、複数の双方向スイッチの片方向スイッチとゲート信号との対応関係を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、４ステップ電流転流法において出力相電流が正である場合の、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、４ステップ電流転流法において出力相電流が負である場合の、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図６】図６は、図５Ａに示す４ステップ電流転流法における片方向スイッチの状態を示す図である。
【図７】図７は、４ステップ電圧転流法における、出力相電圧、ゲート信号、および、転流動作の各ステップとの関係を示す図である。
【図８】図８は、図７に示す４ステップ電圧転流法における片方向スイッチの状態を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、３ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、３ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、３ステップ電圧転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、３ステップ電圧転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、擬似３ステップ電圧転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、擬似３ステップ電圧転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、３ステップ電圧電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、３ステップ電圧電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１４】図１４は、第１の２ステップ電圧転流法における、出力相電圧、ゲート信号、および、転流動作の各ステップとの関係を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、第２の２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第２の２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、第３の２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、第３の２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、１ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、１ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、擬似１ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、擬似１ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、片方向スイッチの双方がオンにされた場合の出力相電流の流れを示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、一方の片方向スイッチがオンにされ、他方の片方向スイッチがオフにされた場合の出力相電流の流れを示す図である。
【図２０】図２０は、各転流法における、スイッチングロスと導通ロスとの関係を示す図である。
【図２１】図２１は、制御部の構成例を示す図である。
【図２２】図２２は、転流部による転流法の選択例を示す図である。
【図２３】図２３は、転流部の構成の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、出力相電流と所定範囲との関係を示す図である。
【図２５】図２５は、入力相電圧と所定範囲との関係を示す図である。
【図２６】図２６は、転流部の構成の他の例を示す図である。
【図２７】図２７は、電力ロスに対する選択割合の変化例を示す図である。
【図２８】図２８は、制御部の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法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。
【００１２】
［１．マトリクスコンバータの構成］
図１は、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、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。交流電源２は、例えば、電力系統である。また、負荷３は、例えば、交流電動機や交流発電機である。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。
【００１３】
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２０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相交流電圧を任意の電圧および周波数の３相交流電圧に変換して出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗから負荷３へ出力する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、例えば、双方向スイッチＳは、片方向スイッチＳｉｏとダイオードＤｏｉとの並列接続回路と、片方向スイッチＳｏｉとダイオードＤｉｏとを並列に接続した回路とを直列にした構成を有する。
【００１７】
なお、双方向スイッチＳは、複数の片方向スイッチ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るものではない。例えば、片方向スイッチＳｉｏとダイオードＤｉｏとの直列接続回路と、片方向スイッチＳｏｉとダイオードＤｏｉとの直列接続回路とを並列に接続した構成でもよい。
【００１８】
また、片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉは、半導体スイッチング素子であり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor)などのユニポーラトランジスタである。片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉは、例えば、ＧａＮのＦＥＴやＳｉＣのＭＯＳＦＥＴなどのようなワイドギャップの半導体スイッチング素子であってもよい。また、片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの半導体スイッチング素子であってもよい。
【００１９】
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。
【００２０】
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。例えば、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。
【００２１】
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。例えば、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。
【００２２】
なお、以下、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の電圧を総称して入力相電圧Ｖｉと記載し、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを総称して出力相電流Ｉｏと記載する場合がある。また、電力変換部１０から負荷３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに出力される電圧を出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと記載する場合がある。
【００２３】
制御部２０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、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗを生成する。
【００２４】
図３は、出力相に出力される入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの切り替わりの一例を示す図である。入力相電圧Ｅｐは、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔのうち最も大きい入力相電圧である。入力相電圧Ｅｍは、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔのうち中間の入力相電圧である。入力相電圧Ｅｎは、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔのうち最も小さい入力相電圧である。
【００２５】
図３に示すように、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗによる双方向スイッチＳの制御により、ＰＷＭ電圧指令のキャリア期間Ｔｃ毎に、例えば、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、転流パターンによっては異なることがあり、図３に示すものに限定されるものではない。
【００２６】
図４は、複数の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗの片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉとゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗとの対応関係を示す図である。なお、図４において、ＬＣフィルタ１１や出力電流検出部１３は省略している。
【００２７】
双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕの片方向スイッチＳｉｏ（図２参照）は、それぞれゲート信号Ｓ１ｕ、Ｓ３ｕ、Ｓ５ｕによって制御される。また、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕの片方向スイッチＳｏｉ（図２参照）は、それぞれゲート信号Ｓ２ｕ、Ｓ４ｕ、Ｓ６ｕによって制御される。
【００２８】
制御部２０は、入力相電圧Ｖｉの状態および出力相電流Ｉｏの状態に基づき、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択し、選択した転流パターンにより双方向スイッチＳを制御して交流電源２と負荷３との接続状態を切り替える転流制御を行う。制御部２０の選択対象となる転流パターンは、双方向スイッチＳで生じる電力ロスの増加を抑制するように選択される。以下、転流パターンの種類、双方向スイッチＳで生じる電力ロス、および、制御部２０について順次説明する。
【００２９】
［２．転流パターン］
転流パターンは、転流法によりそれぞれ異なる。転流法として、例えば、４ステップ電流転流法、４ステップ電圧転流法、３ステップ電流転流法、３ステップ電圧転流法、擬似３ステップ電流転流法、３ステップ電圧電流法、２ステップ電流転流法、第１〜第３の２ステップ電圧転流法、１ステップ電流転流法、擬似１ステップ電流転流法などがある。以下、これらの転流法の転流パターンについてそれぞれ説明する。
【００３０】
（４ステップ電流転流法の転流パターン）
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、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、次のステップ１〜ステップ４からなる転流パターンで転流制御が行われる。
ステップ１：  切り替え元の双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチのうち、出力相電流Ｉｏと逆極性の片方向スイッチをオフにする。
ステップ２：  切り替え先の双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチのうち、出力相電流Ｉｏと同極性の片方向スイッチをオンにする。
ステップ３：  切り替え元の双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチのうち、出力相電流Ｉｏと同極性の片方向スイッチをオフにする。
ステップ４：  切り替え先の双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチのうち、出力相電流Ｉｏと逆極性の片方向スイッチをオンにする。
【００３１】
４ステップ電流転流による転流制御は、例えば、図５Ａおよび図５Ｂに示すように実行される。図５Ａおよび図５Ｂは、４ステップ電流転流法における出力相電圧Ｖｕおよびゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕの関係を示す図である。図５Ａは、出力相電流Ｉｕが正である場合の転流制御を示し、図５Ｂは、出力相電流Ｉｕが負である場合の転流制御を示す。また、図６は、図５Ａに示す時刻ｔ１〜ｔ４での片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉの状態を示す図である。なお、Ｅｐ＝Ｅｒ、Ｅｍ＝Ｅｓ、Ｅｎ＝Ｅｔの状態であるとする。
【００３２】
（４ステップ電圧転流法の転流パターン）
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ステップ１〜ステップ４からなる転流パターンで転流制御が行われる。
ステップ１：  切り替え先の逆バイアスされる片方向スイッチをオンにする。
ステップ２：  切り替え元の逆バイアスされる片方向スイッチをオフにする。
ステップ３：  切り替え先の順バイアスされる片方向スイッチをオンにする。
ステップ４：  切り替え元の順バイアスされる片方向スイッチをオフにする。
【００３３】
なお、片方向スイッチＳｉｏ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出力側電圧よりも高い状態を順バイアスというものとする。また、片方向スイッチＳｏｉ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出力側電圧よりも高い状態を逆バイアスというものとする。
【００３４】
４ステップ電圧転流による転流制御は、例えば、図７示すように実行される。図７は、４ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。図８は、図７に示す時刻ｔ１〜ｔ４での片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉの状態を示す図である。なお、Ｅｐ＝Ｅｒ、Ｅｍ＝Ｅｓ、Ｅｎ＝Ｅｔの状態であるとする。
【００３５】
（３ステップ電流転流法の転流パターン）
３ステップ電流転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係と出力相電流Ｉｏの極性に応じて、３ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流法である。かかる３ステップ電流転流法は、４ステップ電流転流法の４ステップのうち２ステップを同時に行う。かかる３ステップ電流転流法は、例えば、４ステップ電流転流法のステップ１〜ステップ４のうち、逆バイアスされる２つの片方向スイッチの一方をオフにするステップと他方をオンにするステップとを同時に行う。
【００３６】
３ステップ電流転流法による転流制御は、例えば、図９Ａおよび図９Ｂに示すように実行される。図９Ａおよび図９Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、３ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００３７】
（３ステップ電圧転流法の転流パターン）
３ステップ電圧転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係と出力相電流Ｉｏの極性に応じて、３ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流法である。かかる３ステップ電圧転流法は、４ステップ電圧転流法の４ステップのうち２ステップを同時に行う。３ステップ電圧転流法は、例えば、４ステップ電圧転流法のステップ１〜ステップ４のうち、出力相電流Ｉｏと逆極性のスイッチをオフするステップと出力相電流Ｉｏと逆極性のスイッチをオンするステップとを同時に行う。
【００３８】
３ステップ電圧転流法による転流制御は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように実行される。図１０Ａおよび図１０Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、３ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００３９】
（擬似３ステップ電流転流法の転流パターン）
擬似３ステップ電流転流法は、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、３ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流法である。かかる擬似３ステップ電流転流法は、例えば、４ステップ電流転流法のステップ１〜ステップ４のうち、出力相電流Ｉｏと同極性の２つのスイッチの一方のオフを行うステップと他方のオンを行うステップとを同時に行う。
【００４０】
擬似３ステップ電流転流法による転流制御は、例えば、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように実行される。図１１Ａおよび図１１Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、３ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００４１】
（３ステップ電圧電流転流法の転流パターン）
３ステップ電圧電流転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係と出力相電流Ｉｏの極性に応じて、３ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流法である。かかる３ステップ電圧電流転流法のステップ１〜ステップ３は、例えば、３ステップ電流転流法のステップ１〜３の一部と３ステップ電圧転流法のステップ１〜３の一部とを組み合わせたものである。
【００４２】
３ステップ電圧電流転流法による転流制御は、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように実行される。図１２Ａおよび図１２Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、３ステップ電圧電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００４３】
（２ステップ電流転流法の転流パターン）
２ステップ電流転流法は、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、２ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流方法である。かかる２ステップ電流転流法は、例えば、切り替え先の双方向スイッチＳのうち出力相電流Ｉｏの極性と同極性の片方向スイッチをオンにする（ステップ１）。そして、その後、切り替え元の双方向スイッチＳのうち出力相電流Ｉｏの極性と同極性の片方向スイッチをオフにする（ステップ２）。
【００４４】
２ステップ電流転流法による転流制御は、例えば、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように実行される。図１３Ａおよび図１３Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、２ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００４５】
（第１の２ステップ電圧転流法の転流パターン）
第１の２ステップ電圧転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係に応じて、２ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える電流転流法である。かかる第１の２ステップ電圧転流法は、例えば、Ｅｎ→Ｅｍ→Ｅｐに切り替える場合、切り替え元の片方向スイッチＳｏｉをオフにし、切り替え先の片方向スイッチＳｉｏをオンにする。また、第１の２ステップ電圧転流法は、例えば、Ｅｐ→Ｅｍ→Ｅｎに切り替える場合、切り替え元の片方向スイッチＳｉｏをオフにし、切り替え先の片方向スイッチＳｏｉをオンにする転流法である。
【００４６】
第１の２ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１４に示すように実行される。図１４は、図７に対応する図であり、第１の２ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００４７】
（第２の２ステップ電圧転流法の転流パターン）
第２の２ステップ電圧転流法は、入力相の相間電圧の大小関係に応じて、２ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える電流転流法である。かかる第２の２ステップ電圧転流法は、入力相の最小相間電圧での転流が禁止される転流法である。
【００４８】
第２の２ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように実行される。図１５Ａおよび図１５Ｂは、図７に対応する図であり、第２の２ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。図１５Ａは、Ｅｐ−Ｅｍ＞Ｅｍ−Ｅｎの場合の例を示し、図１５Ｂは、Ｅｐ−Ｅｍ＜Ｅｍ−Ｅｎの場合の例を示す。
【００４９】
（第３の２ステップ電圧転流法の転流パターン）
第３の２ステップ電圧転流法は、入力相の相間電圧の大小関係に応じて、２ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える電流転流法である。
【００５０】
第３の２ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように実行される。図１６Ａおよび図１６Ｂは、図７に対応する図であり、第３の２ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。図１６Ａは、Ｅｐ−Ｅｍ＞Ｅｍ−Ｅｎの場合の例を示し、図１６Ｂは、Ｅｐ−Ｅｍ＜Ｅｍ−Ｅｎの場合の例を示す。
【００５１】
（１ステップ電流転流法の転流パターン）
１ステップ電流転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係と出力相電流Ｉｏの極性に応じて、１ステップ毎に出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流方法である。かかる１ステップ電流転流法は、例えば、出力相電流Ｉｏの極性と同極性で且つ順バイアスされた片方向スイッチを順次オンまたは出力相電流Ｉｏの極性と同極性で且つ逆バイアスされた片方向スイッチを順次オフにしていく転流法である。
【００５２】
１ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように実行される。図１７Ａおよび図１７Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、１ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００５３】
（擬似１ステップ電流転流法の転流パターン）
擬似１ステップ電流転流法は、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、１ステップ毎に出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流方法である。かかる擬似１ステップ電流転流法は、例えば、出力相電流Ｉｏの極性と同極性の片方向スイッチを切り替える転流法である。
【００５４】
擬似１ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように実行される。図１８Ａおよび図１８Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、１ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００５５】
［３．双方向スイッチＳで生じる電力ロス］
次に、双方向スイッチＳで生じる電力ロスについて説明する。双方向スイッチＳで生じる電力ロスには、導通ロスとスイッチングロスがある。
【００５６】
まず、導通ロスについて説明する。片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉがモノポーラトランジスタである場合、転流制御において、双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉの一方がオンにされ、他方がオフにされる場合がある。この場合、片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉが共にオンにされる場合に比べ、導通ロスが大きい。
【００５７】
図１９Ａは、片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉの双方がオンにされた場合の出力相電流Ｉｏの流れを示す図であり、図１９Ｂは、片方向スイッチＳｉｏがオンにされ、片方向スイッチＳｏｉがオフにされた場合の出力相電流Ｉｏの流れを示す図である。
【００５８】
図１９Ａに示すように、双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉの双方がオンにされた場合、出力相電流Ｉｏは、片方向スイッチＳｉｏに流れ、さらに、片方向スイッチＳｏｉとダイオードＤｉｏに分流して流れる。
【００５９】
一方、図１９Ｂに示すように、片方向スイッチＳｉｏがオンにされ、片方向スイッチＳｏｉがオフにされた場合、出力相電流Ｉｏは、片方向スイッチＳｉｏを介してダイオードＤｉｏを流れる。ダイオードＤｉｏの順方向電圧Ｖｆによる導通ロスは、片方向スイッチＳｏｉのオン抵抗による導通ロスよりも大きい。そのため、図１９Ｂに示す場合の方が、図１９Ａに示す場合に比べ、導通ロスが大きくなる。
【００６０】
導通ロスは出力相電流Ｉｏが大きければ大きいほど、大きくなるため、双方向スイッチＳの導通方向を双方向とする期間が長いほど導通ロスが少なくなる。したがって、導通ロスを減らすためには、できる限り双方向スイッチＳの導通方向を双方向とする期間を長くすることが望ましい。
【００６１】
次に、双方向スイッチＳで生じるスイッチングロスについて説明する。スイッチングロスとは、双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉがオン、オフされる場合に片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉで消費される電力である。
【００６２】
第２の２ステップ電圧転流の場合、入力相の最小相間電圧での転流を禁止する転流法では、スイッチングロスが増加する。例えば、図１５Ａに示すように、転流パターンがＥｎ→Ｅｐ→Ｅｍ→Ｅｐ→Ｅｎとなるため、線間電圧が高い状態でスイッチングが行われ、例えば、４ステップ電流転流法などに比べて、スイッチングロスが１．５〜２倍増加する。
【００６３】
かかるスイッチングロスは、片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉがモノポーラトランジスタである場合に限らず、片方向スイッチＳｉｏ、ＳｏｉがＩＧＢＴである場合も同じである。
【００６４】
図２０は、各転流法における、スイッチングロスと導通ロスとの関係を示す図である。図２０に示すように、スイッチングロスと導通ロスは、転流法毎に様々である。なお、片方向スイッチＳｉｏ、ＳｏｉがＩＧＢＴである場合、導通ロスの差は少ない。
【００６５】
［４．制御部２０の構成］
図２１は、制御部２０の構成例を示す図である。図２１に示すように、制御部２０は、電圧指令演算部３０と、ＰＷＭデューティ比演算部３１と、転流部３２とを有する。
【００６６】
制御部２０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および転流部３２として機能する。
【００６７】
また、電圧指令演算部３０、ＰＷＭデューティ比演算部３１および転流部３２の少なくともいずれかまたは全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成することもできる。
【００６８】
［４．１．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*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。
【００６９】
［４．２．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*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。
【００７０】
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の大きさが大きい順に入力相電圧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。
【００７１】
［４．３．転流部３２］
転流部３２は、出力相に接続する入力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。かかる転流部３２は、例えば、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ毎の極性および入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大きさの大小関係に基づき、転流法Ａ〜Ｄのいずれかの転流法を選択する。転流部３２は、選択した転流法の転流パターンに応じた切り替え順序になるようにＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*からゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗを生成する。
【００７２】
以下、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ毎の極性を出力電流極性と記載する場合があり、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大きさの大小関係を入力電圧順位と記載する場合がある。また、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗをゲート信号Ｓｇと総称する場合がある。
【００７３】
図２２は、転流部３２による転流法の選択例を示す図である。図２２に示すように、転流部３２は、例えば、入力電圧順位を間違える可能性がある場合、転流法Ａを選択し、出力電流極性を間違える可能性がある場合、転流法Ｂを選択する。また、転流部３２は、入力電圧順位と出力電流極性を共に間違える可能性がある場合、転流法Ａ、Ｂを選択せず、転流法Ｃを選択する。また、転流部３２は、入力電圧順位と出力電流極性を共に間違える可能性がない場合、転流法Ｄを選択する。
【００７４】
図２３は、転流部３２の構成の一例を示す図である。図２３に示すように、転流部３２は、電圧判定部４１と、電流判定部４２と、転流制御部４３と、選択部４４と、導通ロス判定部４５と、比較部４６、４８と、スイッチングロス判定部４７と、転流法選択部４９（条件変更部の一例）とを備える。
【００７５】
電圧判定部４１は、入力電圧順位を判定し、判定結果を転流制御部４３へ通知する。また、電圧判定部４１は、図２４に示すように、入力相の相間電圧（例えば、Ｒ相とＳ相との間の電圧）が所定範囲ＲＡ内であるか否かを判定する。図２４は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔと所定範囲ＲＡとの関係を示す図である。なお、電圧判定部４１は、入力相電圧Ｖｉの位相θｉに基づき、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ内であるか否かを判定することもできる。
【００７６】
電流判定部４２は、出力電流極性を判定し、かかる判定結果を転流制御部４３へ通知する。また、電流判定部４２は、図２５に示すように、出力相電流Ｉｏがゼロを含む所定範囲ＲＢ内であるか否かを判定する。図２５は、出力相電流Ｉｏと所定範囲ＲＢとの関係を示す図である。なお、電流判定部４２は、出力相電流Ｉｏの位相θｏに基づき、出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ内であるか否かを判定することもできる。
【００７７】
転流制御部４３は、例えば、第１〜第４の転流制御部５１〜５４を備える。第１〜第４の転流制御部５１〜５４は、出力電流極性および入力電圧順位に基づいて、転流法選択部４９によって選択された転流法グループに含まれる転流法の転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成する。
【００７８】
第１の転流制御部５１は、転流法Ａの転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成し、第２の転流制御部５２は、転流法Ｂの転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成する。また、第３の転流制御部５３は、転流法Ｃの転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成し、第４の転流制御部５４は、転流法Ｄの転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成する。
【００７９】
選択部４４は、電圧判定部４１による判定結果と電流判定部４２による判定結果とに基づき、第１〜第４の転流制御部５１〜５４の中から１つの転流制御部を選択し、選択した転流制御部に転流制御を実行させる。
【００８０】
選択部４４は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ外であり、かつ出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ内である場合、第１の転流制御部５１を選択する。また、選択部４４は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ内であり、かつ、出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ外である場合、第２の転流制御部５２を選択する。
【００８１】
また、選択部４４は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ内であり、かつ出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ内である場合、第３の転流制御部５３を選択する。また、選択部４４は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ外であり、かつ、出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ外である場合、第４の転流制御部５４を選択する。
【００８２】
導通ロス判定部４５は、転流制御部４３の転流制御状態に基づいて、転流制御によって生じる導通ロスを判定する。各転流法の導通ロスは、例えば、図２０に示す関係にある。
【００８３】
導通ロス判定部４５は、例えば、転流制御部４３が使用している転流法ｉ（ｉ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の導通ロスＰｃｉと転流法ｉの選択割合Ｋｉに基づき、転流制御によって生じる導通ロスを判定する。導通ロス判定部４５は、例えば、下記式（１）の演算により、転流制御によって生じる導通ロスＰｃを判定する。
【数１】
2016046958.tif 000003
【００８４】
比較部４６は、導通ロス判定部４５によって判定された導通ロスＰｃ（以下、導通ロス判定値と記載する）と導通ロス制限値Ｐｔｈ１とを比較し、導通ロス判定値Ｐｃが導通ロス制限値Ｐｔｈ１を超える場合に、導通ロス抑制指令を出力する。
【００８５】
スイッチングロス判定部４７は、転流制御部４３の転流制御状態に基づいて、転流制御によって生じるスイッチングロスを判定する。各転流法のスイッチングロスは、例えば、図２０に示す関係にある。
【００８６】
スイッチングロス判定部４７は、例えば、転流制御部４３が使用している転流法ｉ（ｉ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のスイッチングロスＰｓｉと転流法ｉの選択割合Ｋｉに基づき、転流制御によって生じるスイッチングロスＰｓを判定する。スイッチングロス判定部４７は、例えば、下記式（２）の演算により、転流制御によって生じるスイッチングロスＰｓを判定する。
【数２】
2016046958.tif 000004
【００８７】
比較部４８は、スイッチングロス判定部４７によって判定されたスイッチングロスＰｓ（以下、スイッチングロス判定値と記載する）とスイッチングロス制限値Ｐｔｈ２とを比較する。比較部４８は、スイッチングロス判定値Ｐｓがスイッチングロス制限値Ｐｔｈ２を超える場合に、スイッチングロス抑制指令を出力する。
【００８８】
転流法選択部４９は、比較部４６、４８による比較結果に基づき、第１〜第４の転流法グループ７１〜７４の中から転流制御部４３に転流制御を実行させるための転流法グループを選択する。
【００８９】
第１の転流法グループ７１は、例えば、電力変換精度がよくなるように組み合わせた転流法Ａ〜Ｄのグループである。電力変換精度がよい組み合わせは、例えば、転流法Ａ〜Ｃが第２の２ステップ転流法または第３の２ステップ電圧転流法であり、転流法Ｄが１ステップ電流転流法または擬似１ステップ電流転流法である。
【００９０】
第２の転流法グループ７２は、例えば、導通ロスが少なくなるように組み合わせた転流法Ａ〜Ｄのグループである。導通ロスが少ない組み合わせは、例えば、転流法Ａが４ステップ電流転流法、転流法Ｂが４ステップ電圧転流法、転流法Ｃ、Ｄが４ステップ電流転流法または４ステップ電圧転流法である。
【００９１】
第３の転流法グループ７３は、例えば、スイッチングロスが少なくなるように組み合わせた転流法Ａ〜Ｄのグループである。スイッチングロスが少ない組み合わせは、例えば、転流法Ａが３ステップ電流転流法、転流法Ｂが第２の２ステップ電圧転流法、転流法Ｃ、Ｄが３ステップ電流転流法または第２の２ステップ電圧転流法である。
【００９２】
第４の転流法グループ７４は、例えば、導通ロスとスイッチングロスが少なくなるように組み合わせた転流法Ａ〜Ｄのグループである。導通ロスとスイッチングロスが少ない組み合わせは、例えば、転流法Ａが３ステップ電流転流法、転流法Ｂが３ステップ電圧転流法、転流法Ｃ、Ｄが３ステップ電流転流法または３ステップ電圧転流法である。
【００９３】
転流法選択部４９は、例えば、比較部４６が導通ロス抑制指令を出力せず、かつ、比較部４８がスイッチングロス抑制指令を出力しない場合、第１の転流法グループ７１を選択し、転流制御部４３に設定する。これにより、第１の転流法グループ７１の転流法Ａ〜Ｄによる転流制御が転流制御部４３により実行されるため、電力変換精度を高めることができる。
【００９４】
また、転流法選択部４９は、例えば、比較部４６が導通ロス抑制指令を出力し、かつ、比較部４８がスイッチングロス抑制指令を出力しない場合、第２の転流法グループ７２を選択し、転流制御部４３に設定する。これにより、第２の転流法グループ７２の転流法Ａ〜Ｄによる転流制御が転流制御部４３により実行されるため、導通ロスを低減することができる。
【００９５】
また、転流法選択部４９は、例えば、比較部４６が導通ロス抑制指令を出力せず、かつ、比較部４８がスイッチングロス抑制指令を出力した場合、第３の転流法グループ７３を選択し、転流制御部４３に設定する。これにより、第３の転流法グループ７３の転流法Ａ〜Ｄによる転流制御が転流制御部４３により実行されるため、スイッチングロスを低減することができる。
【００９６】
また、転流法選択部４９は、例えば、比較部４６が導通ロス抑制指令を出力し、かつ、比較部４８がスイッチングロス抑制指令を出力した場合、第４の転流法グループ７４を選択し、転流制御部４３に設定する。これにより、第４の転流法グループ７４の転流法Ａ〜Ｄによる転流制御が転流制御部４３により実行されるため、導通ロスとスイッチングロスを低減することができる。
【００９７】
このように、転流法選択部４９は、転流制御によって生じる双方向スイッチＳの電力ロスの判定結果に基づいて、選択部４４によって選択される転流パターンを変更する。これにより、双方向スイッチＳで生じる電力ロスの増加を抑えることができる。
【００９８】
また、転流法選択部４９は、電力ロスが予め設定された制限値以下の場合に電力ロスの発生が相対的に大きい転流パターンの転流グループを選択し、電力ロスが制限値を超える場合に電力ロスの発生が相対的に小さい転流パターンの転流グループを選択する。
【００９９】
これにより、電力ロスが予め設定された制限値以下の場合には、例えば、電力変換精度が高い転流法を用いることにより、マトリクスコンバータ１の電力変換精度を高めることができる。また、電力ロスが制限値を超える場合には、マトリクスコンバータ１の電力ロスの増加を抑えることができる。
【０１００】
なお、上述した実施形態では、転流法選択部４９は、転流法グループを選択したが、電力ロスに基づいて転流法Ａ〜Ｄのそれぞれを個別に変更することもできる。例えば、転流法選択部４９は、転流法Ａ〜Ｄのうち一部の転流法については導通ロス判定値Ｐｃが制限値以下になるように転流法を選択し、残りの転流法についてはスイッチングロス判定値Ｐｓが制限値以下になるように転流法を選択することができる。また、転流法選択部４９は、転流法グループを選択したが、導通ロス判定値Ｐｃやスイッチングロス判定値Ｐｓに基づいて転流法Ａ〜Ｄのうち１つのみを変更することもできる。
【０１０１】
転流法選択部４９は、例えば、決定した転流パターンのテーブルの情報を第１〜第４の転流制御部５１〜５４に設定する。第１〜第４の転流制御部５１〜５４は、例えば、複数の転流パターンのテーブルを記憶し、転流法選択部４９は、転流法の番号を示す情報を第１〜第４の転流制御部５１〜５４へ通知するようにしてもよい。この場合、第１〜第４の転流制御部５１〜５４は、転流法選択部４９から通知された転流法の番号に対応する転流法の転流パターンのテーブルに基づいてゲート信号Ｓｇを生成することもできる。
【０１０２】
切替部５０は、上述のように選択部４４によって選択された転流パターンにより転流制御を行う第１モードと、固定の転流パターンにより転流制御を行う第２モードとを切り替える。転流制御部４３は、切替部５０によって第１モードに設定された場合、第１〜第４の転流制御部５１〜５４のうち選択部４４によって選択された転流制御部によりゲート信号Ｓｇを生成する。
【０１０３】
また、転流制御部４３は、切替部５０によって第２モードに設定された場合、予め設定された転流法（例えば、第２の２ステップ電圧転流法）の転流パターンによってゲート信号Ｓｇを生成する。なお、第２モードでは、例えば、第１〜第４の転流制御部５１〜５４のうち第１の転流制御部５１によってゲート信号Ｓｇを生成する。
【０１０４】
また、図２３に示す例では、転流制御部４３が、第１〜第４の転流制御部５１〜５４を有する例を説明したが、転流制御部４３において転流法の転流パターンを必要な組み合わせの全てをテーブルとして記憶することもできる。この場合、転流制御部４３は、転流法選択部４９によって決定された転流法Ａ〜Ｄの組み合わせから出力電流極性や入力電圧順位に応じた転流法を選択し、選択した転流法の転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成する。
【０１０５】
図２６は、転流部３２の構成の他の例を示す図である。図２６に示すように、転流部３２は、電圧判定部４１と、電流判定部４２と、転流制御部４３と、選択部４４と、導通ロス判定部４５と、減算部６１、６２と、増幅部６３、６４と、閾値調整部６５（条件変更部の一例）とを備える。なお、以下においては、図２３に示す転流部３２と異なる点を中心に説明し、図２３に示す転流部３２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おり説明を省略する。
【０１０６】
減算部６１は、導通ロス判定部４５から得られる導通ロス判定値Ｐｃから導通ロス目標値Ｐｔ１を減算し、減算部６２は、スイッチングロス判定部４７から得られるスイッチングロス判定値Ｐｓからスイッチングロス目標値Ｐｔ２を減算する。
【０１０７】
増幅部６３は、減算部６１による減算結果ΔＰｃにゲインＫ１を乗算し、かかる乗算結果を導通ロス調整値Ｐ１として出力する。また、増幅部６４は、減算部６２による減算結果ΔＰｓにゲインＫ２を乗算し、かかる乗算結果をスイッチングロス調整値Ｐ２として出力する。閾値調整部６５は、導通ロス調整値Ｐ１とスイッチングロス調整値Ｐ２に基づいて、選択部４４で用いられる所定範囲ＲＡ、ＲＢを調整する。
【０１０８】
図２７は、電力ロスに対する選択割合の変化例を示す図である。図２７は、転流法Ａ、Ｄを１ステップ電流転流法とし、転流法Ｂを３ステップ電圧転流法とし、転流法Ｃを第２の２ステップ電圧転流法とした場合の例を示している。転流法Ｃに設定された第２の２ステップ電圧転流法はスイッチングロスが大きいため、閾値調整部６５は、スイッチングロス判定値Ｐｓが大きければ、図２７に示すように、所定範囲ＲＡを小さくして、転流法Ｃの選択割合を少なくする。また、転流法Ａ、Ｄに設定された１ステップ電流転流法は導通ロスが大きいため、閾値調整部６５は、導通ロス判定値Ｐｃが大きければ図２７に示すように、所定範囲ＲＢを小さくして、転流法Ｄの選択割合を少なくする。
【０１０９】
このように、閾値調整部６５は、導通ロス判定値Ｐｃが導通ロス目標値Ｐｔ１になり、スイッチングロス判定値Ｐｓがスイッチングロス目標値Ｐｔ２になるように、所定範囲ＲＡ、ＲＢを調整する。これにより、双方向スイッチＳで生じる電力ロスを目標値に抑えることができる。また、例えば、電力変換精度が高い転流法を用いることにより、マトリクスコンバータ１の電力変換精度を高めることができる。
【０１１０】
なお、閾値調整部６５は、導通ロス判定値Ｐｃが導通ロス目標値Ｐｔ１を超える場合やスイッチングロス判定値Ｐｓがスイッチングロス目標値Ｐｔ２を超える場合に、所定範囲ＲＡ、ＲＢを調整することもできる。この場合、導通ロス目標値Ｐｔ１およびスイッチングロス目標値Ｐｔ２が制限値となり、導通ロス判定値Ｐｃが導通ロス目標値Ｐｔ１以下になるように制限され、また、スイッチングロス判定値Ｐｓがスイッチングロス目標値Ｐｔ２以下になるように制限される。
【０１１１】
なお、閾値調整部６５は、導通ロス判定値Ｐｃのみを調整するように所定範囲ＲＡ、ＲＢを調整することもでき、また、スイッチングロス判定値Ｐｓのみを調整するように所定範囲ＲＡ、ＲＢを調整することもできる。
【０１１２】
［５．制御部２０の制御フロー］
図２８は、制御部２０の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。制御部２０は、図２８に示す制御処理を所定周期で繰り返し実行する。
【０１１３】
図２８に示すように、制御部２０は、入力相電圧Ｖｉの状態と出力相電流Ｉｏの状態とに基づいて転流法Ａ〜Ｄの中から一つの転流法を選択する（ステップＳ１０）。制御部２０は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ内であるか否か、および、出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ内であるか否かに基づいて転流法Ａ〜Ｄの中から一つの転流法を選択する。
【０１１４】
制御部２０は、出力電流極性や入力電圧順位に基づき、ステップＳ１０において選択した転流法の転流パターンによる転流制御を行う（ステップＳ１１）。
【０１１５】
次に、制御部２０は、各転流法Ａ〜Ｄの電力ロスと各転流法の選択割合に基づいて、双方向スイッチＳで生じる電力ロスを判定する（ステップＳ１２）。転流法Ａ〜Ｄの電力ロスは、例えば、導通ロスやスイッチングロスである。
【０１１６】
制御部２０は、双方向スイッチＳで生じる電力ロスに基づいて、転流法Ａ〜Ｄの組み合わせまたは選択条件を更新する（ステップＳ１３）。例えば、制御部２０は、電力ロスが制限値以下になるように、転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを選択する、または、電力ロスが制限値以下になるように、所定範囲ＲＡ、ＲＢを変更する。
【０１１７】
なお、上述した実施形態では、転流制御に用いる組み合わせを４つの転流法Ａ〜Ｄの組み合わせとしたが、転流制御に用いる組み合わせは、２つまたは３つの転流法の組み合わせであってもよく、また、５つ以上の転流法の組み合わせであってもよい。
【０１１８】
また、上述した実施形態では、転流部３２は、第１〜第４の転流制御部５１〜５４を有するものとして説明したが、１つの転流制御部で複数種類の転流法の転流パターンによる転流制御を行う構成にしてもよい。
【０１１９】
また、制御部２０は、電力ロスが制限値以下または目標値になるように、転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを選択する処理と、電力ロスが制限値以下または目標値になるように、所定範囲ＲＡ、ＲＢを変更する処理とを同時に行うこともできる。
【０１２０】
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】
【０１２１】
１  マトリクスコンバータ
２  ３相交流電源
３  負荷
１０  電力変換部
１１  ＬＣフィルタ
１２  入力電圧検出部
１３  出力電流検出部
２０  制御部
３０  電圧指令演算部
３１  ＰＷＭデューティ比演算部
３２  転流部
４１  電圧判定部
４２  電流判定部
４３  転流制御部
４４  選択部
４５  導通ロス判定部
４６、４８  比較部
４７  スイッチングロス判定部
４９  転流法選択部（条件変更部の一例）
６５  閾値調整部（条件変更部の一例）
７１    第１の転流法グループ
７２    第２の転流法グループ
７３    第３の転流法グループ
７４    第４の転流法グループ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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