(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流から直流に変換するＰＷＭコンバータと、該コンバータの交直流制御量を所定の指令値に追従させる制御器と、前記コンバータの交流電流検出信号と直流電圧検出信号とスイッチング信号を入力とし、電源電圧値を推定する電源電圧オブザーバと、からなる電源電圧センサレス制御されるＰＷＭコンバータの制御装置であって、前記ＰＷＭコンバータの直流側に接続される直流負荷が、常時接続された状態で供されるＰＷＭコンバータ装置の制御装置において、前記制御器が起動前のゲートブロック状態では、前記ＰＷＭコンバータのスイッチング素子に接続された逆並列ダイオードを通して直流負荷に流れる電流信号を用いて、各相交流電流の極性を求める第１の手段と、第１の手段で求められた電流極性に基づき、等価スイッチング信号を求める第２の手段とを設け、前記第２の手段で求められた等価スイッチング信号を電源電圧オブザーバに入力して前記電源電圧値を推定することを特徴とするＰＷＭコンバータの電源電圧推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源電圧センサレスで制御されるＰＷＭコンバータの制御装置に係わり、特に制御器が停止状態での電源電圧推定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の技術を説明するための多相交流を直流に変換するＰＷＭコンバータの主回路構成を示す図であって、同図において、１はコンバータを構成するＰＷＭ変換ブリッジ、２は多相交流電源、３は交流リアクトル、４は直流回路である。
コンバータ制御の目的は、交流電流を電源電圧波形から所定の力率角がずれた正弦波指令値に追従させ、直流電圧を所定の電圧指令値に一致させることにあるが、交流電流制御で、電源電圧を基準にして行うので、電源電圧の情報は必要不可欠である。このため、従来ではハード的に検出変圧器等により電源電圧を直接検出することが多い。
【０００３】
しかし、電源電圧検出器は電源変動やスイッチングリップルやノイズ等の影響を受けるために，取り付けスペースを必要とし，コスト的にも不利なので，ソフトウェアでオブザーバを構成し、電源電圧を推定してコンバータ制御を行う電源電圧センサレス制御手法が考案されている。
図３は電源電圧センサレス制御の場合のシステム構成ブロック図を示す。同図において、５は図２の変換器主回路を表すブロック、６は変換器を制御するＣＰＵ演算ブロック、７は直流電圧検出器、８は交流電流検出器である。９はＣＰＵ内部の制御器を表し、交流電流、直流電圧を所定の指令値に一致させるように制御演算を行い、変換器のゲート信号となるスイッチング信号を出力して、制御の目的を果たす。１０は電源電圧オブザーバであり、交流電流検出信号と直流電圧検出信号と制御器９出力のスイッチング信号を入力とし、交流回路モデルとオブザーバ理論より電源電圧値を推定し、制御器９に提供する。
オブザーバを動作させるために、制御器出力のスイッチング信号が必要であるため、制御が始まらないと、オブザーバも動作もできず、従来では、起動時に電源電圧推定値の初期値をゼロにして、オブザーバを制御器と同時にスタートさせいる。この場合、オブザーバの初期誤差が大きいので、収束するまでの期間が長い。この間では、制御器が正確な電源電圧情報が得られないので、誤動作で過電流、過電圧になる恐れが生じる。
【０００４】
スムーズに起動するために，通常の制御動作の前に、特別なテスト動作ステージを設ける手法もある。テスト動作期間では、適当なテストスイッチング信号を変換器に出力しながら、オブザーバを動作させる。適当な時間が経って、電源電圧をある程度推定できたら、通常の制御動作に切換える。この場合、前記の同時スタートより安全であるが、テスト動作中には、交流電流の上昇が避けられず、無負荷時、直流側が充電されつつ、過電圧になる恐れが残る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題点に対して、起動前、過電流、 過電圧を起こさせずに、電源電圧をある程度推定し、起動制御をスムーズに行うＰＷＭコンバータの交流電源電圧推定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するために、交流から直流に変換するＰＷＭコンバータと、該コンバータの交直流制御量を所定の指令値に追従させる制御器と、前記コンバータの交流電流検出信号と直流電圧検出信号とスイッチング信号を入力とし、電源電圧値を推定する電源電圧オブザーバと、からなる電源電圧センサレス制御されるＰＷＭコンバータの制御装置において、
前記制御器が起動前のゲートブロック状態では、前記ＰＷＭ変換器の各相交流電流の極性を求める第１の手段と、第１の手段で求められた電流極性に基づき、等価スイッチング信号を求める第２の手段と、を設け、前記第２の手段で求められた等価スイッチング信号を電源電圧オブザーバに入力して前記電源電圧値を推定することにある。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のゲートブロック時の電源電圧推定装置の構成を示す図である。同図において、１１は交流電流極性を求める第１の手段であり、１２はゲートブロック時に、第１の手段で求められた電流極性に基づき、変換ブリッジの等価スイッチング信号を求める第２の手段であり、１３は従来の電源電圧オブザーバで、その入力のスイッチング信号を第２の手段で求められた等価スイッチング信号として、電源電圧を推定する。
本発明は、コンバータ起動時、オブザーバが制御器に電源電圧情報を提供できるために、制御器動作前のゲートブロック状態でもオブザーバを動作させ、その時のオブザーバの作動方法に関するものである。以下、本発明のゲートブロック時のオブザーバ作動原理を詳述する。
【０００８】
制御器起動前に、変換ブリッジを構成する半導体スイッチング素子のゲート信号を上下ともオフにして、すなわち、ゲートブロック状態にするのは普通である。この状態では，スイッチング素子がゲートオフ状態にあるが，図２に示したコンバータブリッジ、すなわちＰＷＭ変換器１にある逆並列ダイオードの存在で，コンバータブリッジは多相ダイオード整流器となる。従って、図２の交流リアクトル３に僅かながらも，電流が流れており、等価的にスイッチングしているようにみることができる。その等価スイッチング信号は電流の極性で決められる。これについては、以下図４を用いて、その原理を説明する。
図４は図２の多相ＰＷＭコンバータの一つの相を取り出して示したものであり、同図において，２’は交流電源、３’は交流リアクトル、４’は直流負荷回路、１４，１４’はそれぞれＰＷＭ変換器ブリッジのアームを構成する上下スイッチ、１５，１５’はスイッチと逆並列に接続されているダイオードである。また、ｉは交流電流を示し、以後ブリッジに流す方向を正とする。
電流極性が正の場合，電流がアームの上のスイッチの逆並列ダイオード１５を通して流れるので，これは上のスイッチのゲートにＯＮ信号、下のスイッチのゲートにＯＦＦ信号を与えた場合と同じスイッチング効果になるので、スイッチング信号ｕは等価的に１（上ＯＮ、下ＯＦＦ）とみることができる。同じ理由で，電流極性が負の場合，等価的にｕ＝０（下ＯＮ、上ＯＦＦ）である。
【０００９】
ゲートブロック時のこの等価現象を利用して、本発明は第１の手段を設けて電流極性を求め、第２の手段では上述のように等価スイッチング信号を求める。そして、第２の手段で求められた等価スイッチング信号をオブザーバの入力のスイッチング信号として，オブザーバを動作させて，電源電圧の推定を行う。
よって、制御器が停止状態でもオブザーバを動作させて、電源電圧を推定することができる。これで、制御器が起動時、オブザーバから正確な電源情報を得ることができるので、過電流、過電圧等の不具合が避けられる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電源電圧センサレス制御されるＰＷＭコンバータの電源電圧推定装置において、制御器が停止状態であっても、電源電圧を推定することができる。従って、 制御器が起動時正しい電源電圧情報を得ることができ、過電流、過電圧等を起こさず、順調に起動することができ、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】三相電圧形ＰＷＭコンバータの主回路構成を示す図である。
【図３】従来の技術を説明するための電源電圧センサレス制御ブロック図である。
【図４】本発明の原理を説明のためのゲートブロック時の特性を示す図である。
【符号説明】
１        ＰＷＭコンバータを構成するＰＷＭ変換器
２、２’  交流電源
３、３’  交流リアクトル
４、  ４’直流回路
５        変換器主回路
６        ＣＰＵ演算ブロック
７        直流電圧検出器
８        交流電流検出器
９        コンバータの制御器演算ブロック
１０      電源電圧オブザーバ演算ブロック
１１      本発明の第1 の手段
１２      本発明の第2の手段
１３      電源電圧オブザーバ
１４、１４’半導体スイッチング素子
１５、１５’逆並列ダイオード
ｉ        交流電流
ｕ        スイッチング信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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