(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を有し前記スイッチング素子の動作により出力レベルとして＋１レベル、０レベル、−１レベルを出力するセルを各相それぞれ複数直列接続した直列多重インバータの制御装置であって、
指令値に基づいてレベル指令を生成する上位制御部と、
前記各セルの出力レベルが＋１レベルあるいは−１レベルであることをセルがＯＮである、前記各セルの出力レベルが０レベルであることをセルがＯＦＦであるとすると、前記各セルのＯＮ出力期間情報およびＯＦＦ出力期間情報を記憶しておき、前記セルをＯＮ→ＯＦＦに変化させるパターンの場合はＯＮ出力期間が最も長いセルのゲート信号をＯＦＦし、前記セルをＯＦＦ→ＯＮに変化させるパターンの場合はＯＦＦ出力期間が最も長いセルのゲート信号をＯＮするスイッチング負荷分散制御部と、
を備えたことを特徴とする直列多重インバータの制御装置。
【請求項２】
前記スイッチング負荷分散制御部は、
前記レベル指令と出力レベルに基づいて、前記セルをＯＦＦ→ＯＮに変化させるパターンＡ，前記セルをＯＮ→ＯＦＦに変化させるパターンＢ，レベル変化なしのパターンＣのうち何れかのパターンかを判定するパターン決定処理を行い、
前記パターン決定処理の判定に基づいて、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報のカウンタ演算処理を行い、
前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報に基づいて、ゲート信号を生成するゲート信号生成処理を行うことを特徴とする請求項１記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項３】
前記スイッチング負荷分散制御部は、
前記レベル指令と出力レベルに基づいて、前記セルをＯＦＦ→ＯＮに変化させるパターンＡ，前記セルをＯＮ→ＯＦＦに変化させるパターンＢ，レベル変化なしのパターンＣのうち何れかのパターンかを判定するパターン決定処理を行い、
前記パターン決定処理の判定に基づいて、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報のカウンタ演算処理を行い、
前記レベル指令と前記出力レベルに２レベル以上差がある場合は、前記パターン決定処理および前記カウンタ演算処理を繰り返し、
前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報に基づいて、ゲート信号を生成するゲート信号生成処理を行うことを特徴とする請求項１記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項４】
前記カウンタ演算処理は、
各セルごとに、前記ＯＮ出力期間情報としてＯＮカウンタおよび前記ＯＦＦ出力期間情報としてＯＦＦカウンタを有し、
前記パターンＡの場合、全てのセルの前記ＯＦＦカウンタのうち値が最も大きいセルの前記ＯＦＦカウンタの値を０とし、全てのセルの前記ＯＦＦカウンタのうち値が最も大きいセルの前記ＯＮカウンタの値を１とし、値が正である前記ＯＮカウンタの値および値が正である前記ＯＦＦカウンタの値をインクリメントし、
前記パターンＢの場合、全てのセルの前記ＯＮカウンタのうち値が最も大きいセルの前記ＯＮカウンタの値を０とし、全てのセルの前記ＯＮカウンタのうち値が最も大きいセルの前記ＯＦＦカウンタの値を１とし、値が正である前記ＯＮカウンタの値および値が正である前記ＯＦＦカウンタの値をインクリメントし、
前記パターンＣの場合、値が正である前記ＯＮカウンタの値および値が正である前記ＯＦＦカウンタの値をインクリメントし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記ＯＮカウンタの値が正ならそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮカウンタの値が０ならそのセルをＯＦＦとするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項５】
前記カウンタ演算処理は、
各セルごとに、正であればＯＮ出力、負であればＯＦＦ出力を示すカウンタを有し、
前記パターンＡの場合、全てのセルの前記カウンタのうち値が最も小さいセルの前記カウンタの値を１とし、値が正である前記カウンタの値をインクリメントし、値が負である前記カウンタの値をデクリメントし、
前記パターンＢの場合、全てのセルの前記カウンタのうち値が最も大きいセルの前記カウンタの値を−１とし、値が正である前記カウンタの値をインクリメントし、値が負である前記カウンタの値をデクリメントし、
前記パターンＣの場合、値が正である前記カウンタの値をインクリメントし、値が負である前記カウンタの値をデクリメントし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記カウンタの値が正ならそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記カウンタの値が負ならそのセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項６】
前記カウンタ演算処理は、
各セルごとに、前記ＯＮ出力期間情報としてＯＮカウンタおよび前記ＯＦＦ出力期間情報としてＯＦＦカウンタを有し、
前記パターンＡの場合、全てのセルの前記ＯＦＦカウンタのうち値が最も大きいセルの前記ＯＦＦカウンタの値を０とし、全てのセルの前記ＯＦＦカウンタのうち値が最も大きいセルの前記ＯＮカウンタの値を１とし、値が正であるＯＮカウンタの値をインクリメントし、
前記パターンＢの場合、全てのセルの前記ＯＮカウンタのうち値が最も大きいセルの前記ＯＮカウンタの値を０とし、全てのセルの前記ＯＮカウンタのうち値が最も大きいセルの前記ＯＦＦカウンタの値を１とし、値が正である前記ＯＦＦカウンタの値をインクリメントし、
前記パターンＣの場合、処理無しとし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記ＯＮカウンタの値が正ならそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮカウンタの値が０ならそのセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項７】
前記カウンタ演算処理は、
各セルごとに、正であればＯＮ出力、負であればＯＦＦ出力を示すカウンタを有し、
前記パターンＡの場合、全てのセルの前記カウンタのうち値が最も小さいセルの前記カウンタの値を１とし、値が正である前記カウンタの値をインクリメントし、
前記パターンＢの場合、全てのセルの前記カウンタのうち値が最も大きいセルの前記カウンタの値を−１とし、値が負である前記カウンタの値をデクリメントし、
前記パターンＣの場合、処理無しとし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記カウンタの値が正ならそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記カウンタの値が負ならそのセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項８】
前記カウンタ演算処理は、
前記ＯＮ出力期間情報として、ＯＮ状態のセルのセル番号をＯＮの出力期間順に配列したＯＮカウンタと、前記ＯＦＦ出力期間情報として、ＯＦＦ状態のセルのセル番号をＯＦＦの出力期間順に配列したＯＦＦカウンタと、を有し、
前記パターンＡの場合、前記ＯＦＦカウンタに配列されたセル番号のうち、ＯＦＦの出力期間が最も長いセルのセル番号を前記ＯＮカウンタの最後尾に移動し、その他の前記ＯＦＦカウンタに配列されたセル番号を出力期間が長い方向へ１列詰め、
前記パターンＢの場合、前記ＯＮカウンタに配列されたセル番号のうち、ＯＮの出力期間が最も長いセルのセル番号を前記ＯＦＦカウンタの最後尾に移動し、その他の前記ＯＮカウンタに配列されたセル番号を出力期間が長い方向へ１列詰め、
前記パターンＣの場合は、処理無しとし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記ＯＮカウンタに配列されたセル番号のセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮカウンタに配列されていないセル番号のセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項９】
前記カウンタ演算処理は、
前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報として、セルの段数の列数を有し、ＯＦＦ状態のセルのセル番号をＯＦＦの出力期間が長い順に一列目から配列し、その次の列からＯＮ状態のセルのセル番号をＯＮの出力期間が長い順に配列し、ＯＦＦ状態のセルのセル番号が配列された領域をＯＦＦ領域とし、ＯＮ状態のセルのセル番号が配列された領域をＯＮ領域とするカウンタを備え、
前記パターンＡの場合、ＯＦＦ領域に配列されたセル番号のうち、ＯＦＦの出力期間が最も長いセルのセル番号をＯＮ領域の最後尾に移動し、その他のセル番号を出力期間が長い方向へ一列詰め、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＦＦ領域を１つ分減らしＯＮ領域を１つ分増やす方向に変化させ、
前記パターンＢの場合、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＦＦ領域を１つ分増やしＯＮ領域を１つ分減らす方向に変化させ、
前記パターンＣの場合、処理無しとし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記ＯＮ領域に配列されたセル番号のセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮ領域に配列されていないセル番号のセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項１０】
前記カウンタ演算処理は、
前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報として、セルの段数の列数を有し、ＯＮ状態のセルのセル番号をＯＮの出力期間が長い順に一列目から配列し、その次の列からＯＦＦ状態のセルのセル番号をＯＦＦの出力期間が長い順に配列し、ＯＮ状態のセルのセル番号が配列された領域をＯＮ領域とし、ＯＦＦ状態のセルのセル番号が配列された領域をＯＦＦ領域とするカウンタを備え、
前記パターンＡの場合、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＮ領域を１つ分増やしＯＦＦ領域を１つ分減らす方向に変化させ、
前記パターンＢの場合、ＯＮ領域に配列されたセル番号のうち、ＯＮの出力期間が最も長いセルのセル番号をＯＦＦ領域の最後尾に移動し、その他のセル番号を出力期間が長い方向へ一列詰め、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＮ領域を１つ分減らしＯＦＦ領域を１つ分増やす方向に変化させ、
前記パターンＣの場合、処理無しとし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記ＯＮ領域に配列されたセル番号のセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮ領域に配列されていないセル番号のセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項１１】
前記カウンタ演算処理は、
前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報として、セルの段数の列数を有し、ＯＦＦ状態のセルのセル番号をＯＦＦの出力期間が長い順に一列目から配列し、その次の列からＯＮ状態のセルのセル番号をＯＮの出力期間が長い順に配列し、ＯＦＦ状態のセルのセル番号が配列された領域をＯＦＦ領域とし、ＯＮ状態のセルのセル番号が配列された領域をＯＮ領域とするカウンタを備え、
前記パターンＡの場合、優先度変更スイッチが０であればＯＦＦ領域に配列されたセル番号のうちＯＦＦの出力期間が最も長いセルのセル番号をＯＮ領域の最後尾に移動し、優先度変更スイッチが１であればＯＦＦ領域に配列されたセル番号のうちＯＦＦの出力期間が２番目に長いセルのセル番号をＯＮ領域の最後尾に移動し、その他のセル番号を出力期間が長い方向へ一列詰め、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＦＦ領域を１つ分減らしＯＮ領域を１つ分増やす方向に変化させ、
前記パターンＢの場合、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＦＦ領域を１つ分増やしＯＮ領域を１つ分減らす方向に変化させ、
前記パターンＣの場合、処理無しとし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記ＯＮ領域に配列されたセル番号のセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮ領域に配列されていないセル番号のセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項１２】
前記カウンタ演算処理は、
前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報として、セルの段数の列数を有し、ＯＮ状態のセルのセル番号をＯＮの出力期間が長い順に一列目から配列し、その次の列からＯＦＦ状態のセルのセル番号をＯＦＦの出力期間が長い順に配列し、ＯＮ状態のセルのセル番号が配列された領域をＯＮ領域とし、ＯＦＦ状態のセルのセル番号が配列された領域をＯＦＦ領域とするカウンタを備え、
前記パターンＡの場合、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＮ領域を１つ分増やしＯＦＦ領域を１つ分減らす方向に変化させ、
前記パターンＢの場合、優先度変更スイッチが０であればＯＮ領域に配列されたセル番号のうちＯＮの出力期間が最も長いセルのセル番号をＯＦＦ領域の最後尾に移動し、優先度変更スイッチが１であればＯＮ領域に配列されたセル番号のうちＯＮの出力期間が２番目に長いセルのセル番号をＯＦＦ領域の最後尾に移動し、その他のセル番号を出力期間が長い方向へ一列詰め、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＮ領域を１つ分減らしＯＦＦ領域を１つ分増やす方向に変化させ、
前記パターンＣの場合、処理無しとし、
前記ゲート信号生成処理は、
前記ＯＮ領域に配列されたセル番号のセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮ領域に配列されていないセル番号のセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする請求項２または３記載の直列多重インバータの制御装置。
【請求項１３】
前記スイッチング負荷分散制御部は、
所定の条件時に、
前記セルをＯＮ→ＯＦＦに変化させるパターンの場合はＯＮ出力期間が最も長いセルではないセルのゲート信号をＯＦＦし、前記セルをＯＦＦ→ＯＮに変化させるパターンの場合はＯＦＦ出力期間が最も長いセルではないセルのゲート信号をＯＮすることを特徴とする請求項１〜８のうち何れかに記載の直列多重インバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータを用いて電圧を出力する直列多重インバータの制御装置に係り、特に、損失均等化制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力された三相交流電圧をレクティファイア（交流−直流変換器）で直流電圧に変換し、直流電圧をインバータによって所望の周波数，振幅の交流電圧として出力するシステムを考える。
【０００３】
このようなシステムにおいて、高電圧を出力するために、あるいは、高調波の少ない電圧を出力するために、単相インバータを多重化した直列多重インバータが用いられることがある。この直列多重インバータはカスケードＨブリッジインバータなどとも呼ばれる。
【０００４】
図１に直列多重インバータの主回路構成の一例を示す。図１は各相で単相インバータをＮ直列にした構成であり、相電圧は２Ｎ＋１レベル出力可能である。本明細書ではこの構成をＮ段の直列多重インバータと称する。図１は三相整流器によって交流を直流に変換し、ＩＧＢＴで単相インバータを構成している。
【０００５】
直列多重インバータでは、各単相インバータ（以下、セルと称する）を独立にスイッチングさせることができ、スイッチングタイミングを互い違いに組み合わせることができる。これを行うことで、セルごとのスイッチング周波数を抑えながら、装置全体では高スイッチング周波数とすることが可能である。
【０００６】
図２７に、セル４段構成の直列多重インバータのスイッチング例を示す。各セルにおいて、スイッチングタイミングは互い違いだが、相電圧波形は崩れることなく正弦波状の対称性を維持している。また、各セルのスイッチング周波数の合計が相電圧のスイッチング周波数となっている。
【０００７】
直列多重インバータにおいては、相電圧波形をセルごとの波形の組み合わせとして表現する際、多様な表現のパターンが存在する。この自由度の高さは多彩な制御方式を可能とする。だが、相電圧から一意にセル電圧を決定できないため、制御方式によってはセル電圧出力に偏りが生じてしまう。
【０００８】
セル電圧が偏ることは、セルによってスイッチング損失が偏ることを意味し、冷却の消費電力の増加，部品寿命の低下などの原因となる。すなわち、システム効率の低下，短寿命化を防ぐためには、セルごとの負荷を最適に分散する制御を検討しなければならない。セル電圧出力の偏りに関する負荷を以下ではセルごとのスイッチング負荷，あるいは単にスイッチング負荷と記す。
【０００９】
実用的なスイッチング負荷分散制御は過去にも検討されており、主に２種類の方向性が提示されている。
【００１０】
１つ目は、特許文献１に開示されたＰＤ（Ｐｈａｓｅ  Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式ＰＷＭの改良である。ＰＤ方式は、レベル領域ごとにずらした同位相のキャリア信号で三角波比較を行う方式である。この方式は、線間電圧に２段変化が生じないためモータへの印加電圧が良好となる反面、セルごとのスイッチング負荷に偏りができてしまう問題があった。これに対して特許文献１では、指令電圧を各セルのキャリア信号に割り振ることで、ＰＤ方式と同じ相電圧波形を均等なスイッチング負荷で達成した。
【００１１】
２つ目は、特許文献２に開示されたＰＳ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ）方式ＰＷＭの改良である。ＰＳ方式は、位相をずらしたキャリア信号で三角波比較を行う方式である。この方式は、特別な制御を追加せずともセルごとのスイッチング負荷を分散できるが、線間電圧に２段変化が生じやすく、モータへの印加電圧に問題があった。
【００１２】
これに対して、特許文献２では、キャリア信号を電圧指令に合わせてずらす処理を行うことで、スイッチング負荷の分散という利点を保ちつつ、線間電圧の２段変化という欠点を補った。
【００１３】
以上のように、三角波比較ＰＷＭについて、スイッチング負荷が分散しにくい制御方式にてスイッチング負荷の分散法を考えるか、スイッチング負荷が分散しやすい制御方式にて短所を克服することが従来のアプローチであった。
【００１４】
その他、三角波比較ＰＷＭ以外のスイッチング負荷分散も検討されている。特許文献３では、位相を予め定めた固定パルスパターンの出力について、相電圧出力が同じになるようＰＷＭ半周期でセルごとの電圧指令を入れ替えることで、スイッチング負荷の分散を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３３１６８０１号
【特許文献２】特開２００６−１０９６８８号公報
【特許文献３】特開２００６−３２０１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１，２では、三角波比較ＰＷＭを行うことを前提としている。例えば、目標トルクへの追従のために最適な出力レベルを決定するＤＴＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）や、テーブル設計したレベルを基本波位相に同期して出力する固定パルスパターン方式による変調を行う場合などに、セルごとのスイッチング負荷を分散する方法は検討されていない。
【００１７】
また、特許文献１は、厳密なセルごとのスイッチング負荷分散のためにはセルごとのキャリア割り振りパターンを事前にテーブルとして保持する必要があり、テーブル作成のコストがかかる。
【００１８】
特許文献２はＰＳ方式に由来するセル電圧割り振りであるが、ＰＳ方式ではゼロクロス付近の指令電圧の傾きがキャリア信号の傾きに接近している場合、または、キャリア信号の傾きを超えている場合、指令電圧ゼロクロス付近にて同じセルのキャリア信号と連続して交差しやすく、スイッチング負荷がわずかに偏る問題がある。
【００１９】
特許文献３については、スイッチング負荷分散制御の前に、セルごとの電圧出力を予め定めておく必要がある。また、ＰＷＭ半周期で電圧指令を入れ替えるという考え方を用いており、ＰＷＭ周期の考え方を持たない制御、例えば、コンパレータ制御など評価対象の閾値との比較でスイッチングを定める制御法に対応できない。
【００２０】
以上示したようなことから、直列多重インバータの制御装置において、セルごとのスイッチング負荷を分散させることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、各相それぞれ複数のセルを直列接続した直列多重インバータの制御装置であって、指令値に基づいてレベル指令を生成する上位制御部と、前記各セルの出力レベルが＋１レベルあるいは−１レベルであることをセルがＯＮである、前記各セルの出力レベルが０レベルであることをセルがＯＦＦであるとすると、前記各セルのＯＮ出力期間情報およびＯＦＦ出力期間情報を記憶しておき、前記セルをＯＮ→ＯＦＦに変化させるパターンの場合はＯＮ出力期間が最も長いセルのゲート信号をＯＦＦし、前記セルをＯＦＦ→ＯＮに変化させるパターンの場合はＯＦＦ出力期間が最も長いセルのゲート信号をＯＮするスイッチング負荷分散制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、その一態様として、前記スイッチング負荷分散制御部は、前記レベル指令と出力レベルに基づいて、前記セルをＯＦＦ→ＯＮに変化させるパターンＡ，前記セルをＯＮ→ＯＦＦに変化させるパターンＢ，レベル変化なしのパターンＣのうち何れかのパターンかを判定するパターン決定処理を行い、前記パターンに基づいて、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報のカウンタ演算処理を行い、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報に基づいて、ゲート信号を生成するゲート信号生成処理を行うことを特徴とする。
【００２３】
また、他の態様として、前記スイッチング負荷分散制御部は、前記レベル指令と出力レベルに基づいて、前記セルをＯＦＦ→ＯＮに変化させるパターンＡ，前記セルをＯＮ→ＯＦＦに変化させるパターンＢ，レベル変化なしのパターンＣのうち何れかのパターンかを判定するパターン決定処理を行い、前記パターンに基づいて、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報のカウンタ演算処理を行い、前記レベル指令と前記出力レベルに２レベル以上差がある場合は、前記パターン決定処理および前記カウンタ演算処理を繰り返し、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報に基づいて、ゲート信号を生成するゲート信号生成処理を行うことを特徴とする。
【００２４】
また、その一態様として、前記カウンタ演算処理は、各セルごとに、前記ＯＮ出力期間情報として値が出力期間の長さを示すＯＮカウンタおよび前記ＯＦＦ出力期間情報として値が出力期間の長さを示すＯＦＦカウンタを有し、前記パターンＡの場合、前記ＯＦＦカウンタが最大値であるセルの前記ＯＦＦカウンタを０とし、前記ＯＦＦカウンタが最大値であるセルの前記ＯＮカウンタを１とし、値が正である前記ＯＮカウンタおよび値が正である前記ＯＦＦカウンタをインクリメントし、前記パターンＢの場合、前記ＯＮカウンタが最大値であるセルの前記ＯＮカウンタを０とし、前記ＯＮカウンタが最大値であるセルの前記ＯＦＦカウンタを１とし、値が正である前記ＯＮカウンタおよび値が正である前記ＯＦＦカウンタをインクリメントし、前記パターンＣの場合、値が正である前記ＯＮカウンタおよび値が正である前記ＯＦＦカウンタをインクリメントし、前記ゲート信号生成処理は、前記ＯＮカウンタが正ならそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮカウンタが０ならそのセルをＯＦＦとするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００２５】
また、他の態様として、前記カウンタ演算処理は、各セルごとに、絶対値が出力期間の長さを示し、正であればＯＮ出力、負であればＯＦＦ出力を示すカウンタを有し、前記パターンＡの場合、前記カウンタが最小値であるセルの前記カウンタを１とし、値が正である前記カウンタをインクリメントし、値が負である前記カウンタをデクリメントし、前記パターンＢの場合、前記カウンタが最大値であるセルの前記カウンタを−１とし、値が正である前記カウンタをインクリメントし、値が負である前記カウンタをデクリメントし、前記パターンＣの場合、値が正である前記カウンタをインクリメントし、値が負である前記カウンタをデクリメントし、前記ゲート信号生成処理は、前記カウンタが正ならそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記カウンタが負ならそのセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００２６】
また、他の態様として、前記カウンタ演算処理は、各セルごとに、前記ＯＮ出力期間情報として値が出力期間の長さを示すＯＮカウンタおよび前記ＯＦＦ出力期間情報として値が出力期間の長さを示すＯＦＦカウンタを有し、前記パターンＡの場合、前記ＯＦＦカウンタが最大値であるセルの前記ＯＦＦカウンタを０とし、前記ＯＦＦカウンタが最大値であるセルの前記ＯＮカウンタを１とし、値が正であるＯＮカウンタをインクリメントし、前記パターンＢの場合、前記ＯＮカウンタが最大値であるセルの前記ＯＮカウンタを０とし、前記ＯＮカウンタが最大値であるセルの前記ＯＦＦカウンタを１とし、値が正である前記ＯＦＦカウンタをインクリメントし、前記パターンＣの場合、処理無しとし、前記ゲート信号生成処理は、前記ＯＮカウンタが正ならそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮカウンタが０ならそのセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００２７】
また、他の態様として、前記カウンタ演算処理は、各セルごとに、絶対値が出力期間の長さを示し、正であればＯＮ出力、負であればＯＦＦ出力を示すカウンタを有し、前記パターンＡの場合、前記カウンタが最小値であるセルの前記カウンタを１とし、値が正である前記カウンタをインクリメントし、前記パターンＢの場合、前記カウンタが最大値であるセルの前記カウンタを−１とし、値が負である前記カウンタをデクリメントし、前記パターンＣの場合、処理無しとし、前記ゲート信号生成処理は、前記カウンタが正ならそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記カウンタが負ならそのセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００２８】
また、他の態様として、前記カウンタ演算処理は、前記ＯＮ出力期間情報として、ＯＮ状態のセルをＯＮの出力期間順に配列したＯＮカウンタと、前記ＯＦＦ出力期間情報として、ＯＦＦ状態のセルをＯＦＦの出力期間順に配列したＯＦＦカウンタと、を有し、前記パターンＡの場合、前記ＯＦＦカウンタに配列されたセルのうち、ＯＦＦの出力期間が最も長いセルを前記ＯＮカウンタの最後尾に移動し、その他の前記ＯＦＦカウンタに配列されたセルを出力期間が長い方向へ１列詰め、前記パターンＢの場合、前記ＯＮカウンタに配列されたセルのうち、ＯＮの出力期間が最も長いセルを前記ＯＦＦカウンタの最後尾に移動し、その他の前記ＯＮカウンタに配列されたセルを出力期間が長い方向へ１列詰め、前記パターンＣの場合は、処理無しとし、前記ゲート信号生成処理は、前記ＯＮカウンタに配列されたセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮカウンタに配列されていないセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００２９】
また、他の態様として、前記カウンタ演算処理は、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報として、ＯＦＦ状態のセルをＯＦＦの出力期間順に配列するＯＦＦ領域と、ＯＮ状態のセルをＯＮの出力期間順に配列するＯＮ領域と、を有するカウンタを備え、前記パターンＡの場合、ＯＦＦ領域に配列されたセルのうち、ＯＦＦの出力期間が最も長いセルをＯＮ領域の最後尾に移動し、その他のセルを出力期間が長い方向へ一列詰め、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＦＦ領域を１つ分減らしＯＮ領域を１つ分増やす方向に変化させ、前記パターンＢの場合、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＦＦ領域を１つ分増やしＯＮ領域を１つ分減らす方向に変化させ、前記パターンＣの場合、処理無しとし、前記ゲート信号生成処理は、前記ＯＮ領域に配列されたセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮ領域に配列されていないセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００３０】
また、他の態様として、前記カウンタ演算処理は、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報として、ＯＦＦ状態のセルをＯＦＦの出力期間順に配列するＯＦＦ領域と、ＯＮ状態のセルをＯＮの出力期間順に配列するＯＮ領域と、を有するカウンタを備え、前記パターンＡの場合、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＮ領域を１つ分増やしＯＦＦ領域を１つ分減らす方向に変化させ、前記パターンＢの場合、ＯＮ領域に配列されたセルのうち、ＯＮの出力期間が最も長いセルをＯＦＦ領域の最後尾に移動し、その他のセルを出力期間が長い方向へ一列詰め、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＮ領域を１つ分減らしＯＦＦ領域を１つ分増やす方向に変化させ、前記パターンＣの場合、処理無しとし、前記ゲート信号生成処理は、前記ＯＮ領域に配列されたセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮ領域に配列されていないセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００３１】
また、他の態様として、前記カウンタ演算処理は、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報として、ＯＦＦ状態のセルをＯＦＦの出力期間順に配列するＯＦＦ領域と、ＯＮ状態のセルをＯＮの出力期間順に配列するＯＮ領域と、を有するカウンタを備え、前記パターンＡの場合、優先度変更スイッチが０であればＯＦＦ領域に配列されたセルのうちＯＦＦの出力期間が最も長いセルをＯＮ領域の最後尾に移動し、優先度変更スイッチが１であればＯＦＦ領域に配列されたセルのうちＯＦＦの出力期間が２番目に長いセルをＯＮ領域の最後尾に移動し、その他のセルを出力期間が長い方向へ一列詰め、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＦＦ領域を１つ分減らしＯＮ領域を１つ分増やす方向に変化させ、前記パターンＢの場合、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＦＦ領域を１つ分増やしＯＮ領域を１つ分減らす方向に変化させ、前記パターンＣの場合、処理無しとし、前記ゲート信号生成処理は、前記ＯＮ領域に配列されたセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮ領域に配列されていないセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００３２】
また、他の態様として、前記カウンタ演算処理は、前記ＯＮ出力期間情報および前記ＯＦＦ出力期間情報として、ＯＦＦ状態のセルをＯＦＦの出力期間順に配列するＯＦＦ領域と、ＯＮ状態のセルをＯＮの出力期間順に配列するＯＮ領域と、を有するカウンタを備え、前記パターンＡの場合、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＮ領域を１つ分増やしＯＦＦ領域を１つ分減らす方向に変化させ、前記パターンＢの場合、優先度変更スイッチが０であればＯＮ領域に配列されたセルのうちＯＮの出力期間が最も長いセルをＯＦＦ領域の最後尾に移動し、優先度変更スイッチが１であればＯＮ領域に配列されたセルのうちＯＮの出力期間が２番目に長いセルをＯＦＦ領域の最後尾に移動し、その他のセルを出力期間が長い方向へ一列詰め、ＯＦＦ領域とＯＮ領域の境界をＯＮ領域を１つ分減らしＯＦＦ領域を１つ分増やす方向に変化させ、前記パターンＣの場合、処理無しとし、前記ゲート信号生成処理は、前記ＯＮ領域に配列されたセルをＯＮするゲート信号を生成し、前記ＯＮ領域に配列されていないセルをＯＦＦするゲート信号を生成することを特徴とする。
【００３３】
また、他の態様として、前記スイッチング負荷分散制御部は、所定の条件時に、前記セルをＯＮ→ＯＦＦに変化させるパターンの場合はＯＮ出力期間が最も長いセルではないセルのゲート信号をＯＦＦし、前記セルをＯＦＦ→ＯＮに変化させるパターンの場合はＯＦＦ出力期間が最も長いセルではないセルのゲート信号をＯＮすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、直列多重インバータの制御装置において、セルごとのスイッチング負荷を分散させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】直列多重インバータの主回路構成の一例を示す概略図。
【図２】本願発明のシステム構成を示すブロック図。
【図３】上位制御部を示すブロック図。
【図４】各セルの定義を示す概略図。
【図５】セル電圧のステート変化を示す説明図。
【図６】実施形態１〜７のスイッチング負荷分散制御部の処理を示すフローチャート。
【図７】実施形態１におけるカウンタ演算処理を示すフローチャート。
【図８】実施形態１におけるカウンタ演算処理の動作例を示す図。
【図９】実施形態１〜４におけるゲート信号生成処理を示すフローチャート。
【図１０】実施形態２におけるカウンタ演算処理を示すフローチャート。
【図１１】実施形態２におけるカウンタ演算処理の動作例を示す図。
【図１２】実施形態３におけるカウンタ演算処理を示すフローチャート。
【図１３】実施形態３におけるカウンタ演算処理の動作例を示す図。
【図１４】実施形態４におけるカウンタ演算処理を示すフローチャート。
【図１５】実施形態４におけるカウンタ演算処理の動作例を示す図。
【図１６】実施形態５におけるカウンタ演算処理を示すフローチャート。
【図１７】実施形態５におけるカウンタ演算処理の動作例を示す図。
【図１８】実施形態５におけるゲート信号生成処理を示すフローチャート。
【図１９】実施形態６のカウンタの考え方を示す説明図。
【図２０】実施形態６におけるカウンタ演算処理を示すフローチャート。
【図２１】実施形態６におけるカウンタ演算処理の動作例を示す図。
【図２２】実施形態６，７のゲート信号生成処理を示すフローチャート。
【図２３】セル電圧が各周期で固定されるスイッチング例を示す図。
【図２４】実施形態７におけるカウンタ演算処理を示すフローチャート。
【図２５】実施形態７におけるカウンタ演算処理の動作例を示す図。
【図２６】実施形態８のスイッチング負荷分散制御処理を示すフローチャート。
【図２７】直列多重インバータのセル電圧と相電圧の関係例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本願発明が制御対象とするのは直列多重インバータである。図１は、一般的な直列多重インバータの主回路構成を示す概略図である。なお、図１は直列多重インバータの一例であり、本願発明は他の構成の直列多重インバータでも適用可能である。図１に基づいて、以下では直列多重インバータのセル段数をＮ［段］とする。
【００３７】
図１において、直列多重インバータは、入力電源１と、トランス２と、電力変換部３と、を備える。電力変換部３は、各相それぞれＮ（Ｎ≧２）個のセルＵ1〜ＵN，Ｖ1〜ＶN，Ｗ1〜ＷNが直列接続される。
【００３８】
各セルＵ1〜ＵN，Ｖ1〜ＶN，Ｗ1〜ＷNは、ダイオードをブリッジ接続した整流回路１３と、コンデンサＣを有する直流リンク部１４と、スイッチング素子をブリッジ接続した逆変換部１５と、を有する。
【００３９】
各セルＵ1〜ＵN，Ｖ1〜ＶN，Ｗ1〜ＷNの整流回路１３側はトランス２に接続され、逆変換部１５側は各相直列接続される。各相のセルＵ1，Ｖ1，Ｗ1同士は接続される。また、各相のセルＵN，ＶN，ＷNは負荷（モータやＬＲ負荷など）に接続される。なお、図１に示すように、Ｕ相の相電圧をＶU，ＵＶ相間の線間電圧をＶUVとする。
【００４０】
図２に、本願発明のシステム構成図を示す。図２は操作盤などから与えられた指令値にもとづいて直列多重インバータ（電力変換部３）を動作させ、モータ等の負荷４における電流や周波数の制御を行うシステムである。
【００４１】
指令値ｃｍｄと検出電流ｉｄｅｔが上位制御部５に入力され、後述の図３の制御に基づき、レベル指令Ｌ＊が出力される。レベル指令Ｌ＊はスイッチング負荷分散制御部６に入力され、セルごとのスイッチング負荷を分散させることを考慮したゲート信号ｇが出力される。ゲート信号ｇに基づいて直列多重インバータ（電力変換部３）のスイッチングを行う。指令値ｃｍｄに関しては電流指令，速度指令といった指令値を上位制御部５の構成に合わせて入力するものとする。
【００４２】
本システムはスイッチング負荷分散制御を用いる代表的な構成であり、構成は図２に限定されない。例えば、上位制御部５に検出電流ｉｄｅｔが入力されずともよく、上位制御部５に負荷（モータ）４の位置情報をフィードバックしてもよく、指令値がｄ軸電流指令と速度指令など複数であってもよく、スイッチング負荷分散制御部６の後段にてスイッチング負荷分散効果を損なわない別の制御を設けてゲート信号を生成してもよい。
【００４３】
図３に図２の上位制御部５の構成例を示す。図３は、位置センサレスによる電流制御の構成である。二相三相変換部７は、検出電流ｉｄｅｔをＵＶＷ／ｄｑ変換する。減算部８は、指令値ｃｍｄとＵＶＷ／ｄｑ変換後の検出電流ｉｄｅｔとの差を演算する。ＡＣＲ（Ａｕｔｏ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）９は、減算部８で演算した差に基づいてＰＩ制御などを行い、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄｑ＊を出力する。
【００４４】
そして、中間電圧重畳部１１において、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄｑ＊に対してｄｑ／ＵＶＷ変換と中間電圧重畳を行ってＵＶＷ軸電圧指令Ｖｕｖｗ＊を生成する。ＰＷＭ変調部１２は、ＵＶＷ軸電圧指令Ｖｕｖｗ＊とキャリア信号の比較に基づいてレベル指令Ｌ＊を生成し、これを出力する。
【００４５】
位相推定部１０は、ｄｑ軸上の検出電流ｉｄｅｔとｄｑ軸電圧指令Ｖｄｑ＊に基づいて、座標変換用の推定位相θｅｓｔを演算する。推定位相の演算は例えばモデルパラメータによる角速度推定とＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）の組み合わせによって行う。
【００４６】
図３はあくまで構成例であり、スイッチング負荷分散制御部６にレベル指令Ｌ＊を与える構成であれば制御構成は問わない。すなわち、上位制御部５は速度制御や、位置制御や、センサ有りの電流制御の構成であってもよい。また、同じセンサレスの電流制御でも、中間電圧重畳を行わない，三角波比較以外の方法でレベル指令Ｌ＊を定めるなどの違いがあってもよい。
【００４７】
三角波比較ＰＷＭからゲート信号を直接得る制御方式も存在するが、ここでは三角波比較によって相電圧のレベルのみを確定させるものとする。三角波比較ＰＷＭそのものの構成が変更できない場合などはゲート信号を得てから回路構成を考慮してレベル指令Ｌ＊に変換すればよい。
【００４８】
以下の実施形態１〜８では直列多重インバータ１相分のゲート信号を決定する機構を説明するが、本願発明の対象システムは単相とは限らない。実際の制御で用いる場合は、回路構成に応じて全ての相について実施形態１〜８の制御を行い、全ゲート信号を決定する。
【００４９】
また、直列多重インバータでは各セルの単相インバータの短絡を防止するために、ゲート信号にバッファ期間（デッドタイム）を設ける。本明細書では説明を省略するが、実際の制御においてはスイッチング負荷分散制御部６の後段にて適宜デッドタイムを設けるものとする。
【００５０】
実施形態の動作説明に際してセルの単相インバータを以下のように定義する。図４にセルの定義を示す。トランス２と整流回路１３については図１に示すような直列多重インバータにおいて入力電源１との適切な絶縁と直流電圧生成を行うための機構であり、本願発明の対象とは直接関係ないため構造を簡略化して記した。スイッチング素子については、本制御においては理想スイッチで考えて構わないので理想スイッチｇ１〜ｇ４をおく。このとき理想スイッチｇ１〜ｇ４の動作とセル電圧レベルｖｃｅｌｌ［ｌｅｖｅｌ］の関係について、キャパシタの極性、および、中性点へ至る線，負荷へ至る線の接続位置から、（１）式のようになることがわかる。
【００５１】
【数１】
0006856099.tif 000002
【００５２】
本明細書でｇｉＸなどといった表記は、まずｉ番目のセルにおけるゲート信号を指し、次にＸ（１≦Ｘ≦４，Ｘは自然数）は図４の理想スイッチｇ１〜ｇ４を指定するものである。例えば、ｇ８２であればその相の８番目のセルにおいて、図４の理想スイッチｇ２に相当するゲート信号を指すことになる。
【００５３】
そして、セル単位での電圧２段変化の要求がないとするならばセル電圧レベルｖｃｅｌｌは図５のステートで変化すると考えることができる。図５に示すように、セル電圧レベルｖｃｅｌｌは０レベルを起点に＋１レベルあるいは−１レベルに変化する。本明細書ではセル電圧レベルｖｃｅｌｌが０レベルであることをセルがＯＦＦである，±１レベルであることをセルがＯＮであると表現する。
【００５４】
以下の実施形態１〜８の説明ではＯＮカウンタ，ＯＦＦカウンタなどといった表現を用いるが、この場合のＯＮ，ＯＦＦの意味は図５のＯＮ，ＯＦＦに対応する。以下、本願発明における直列多重インバータの制御装置の実施形態１〜８を詳述する。
【００５５】
［実施形態１］
セルごとのスイッチング負荷分散を行うにあたって、その分散法の方針を説明する。セルごとのスイッチング負荷が偏る場合とは、特定のセルが長い間スイッチングしない場合、また、特定のセルが短い期間に多くのスイッチングをしている場合のことである。
【００５６】
このことから、長い間スイッチングをしないセルも短い間にスイッチングするセルもないように制御すればスイッチング負荷を分散できる。これは例えば、相電圧レベル変化のためにセルＡを指定してレベル変化させるとき、セルＡより同じ出力を続けている期間が長いセル（セルＢとおく）があってはならない、ということを意味する。
【００５７】
もし、セルＢが指定されないようだと、セルＢのスイッチング周波数が全セル中で相対的に下がり、かつ、セルＡが最長でないにも関わらず選ばれているためセルＡのスイッチング周波数が相対的に上がる。よって、相電圧のレベル変化においては、出力期間が最長であるセルを指定し、レベル変化させる。これにより、セルごとのスイッチング負荷を分散できる。
【００５８】
スイッチング負荷分散制御部６で、図６のフローチャートの処理を行うことにより、直列多重インバータにおいて、セルごとのスイッチングを分散できる。図６のフローチャートの動作を説明する。図６のフローチャートでは、レベル指令Ｌ＊が入力され、ゲート信号ｇが出力される。図６はスイッチング負荷分散制御部６の全体の流れを示しており、図６の構成は実施形態１〜７に共通している。実施形態ごとに（３），（４）の構成が変更される。ただし、本実施形態１において図６の（３）カウンタ演算処理は図７に、（４）ゲート信号生成処理は図９に対応する。
（１）レベル指令Ｌ＊を入力する。
（２）出力レベルＬｏｕｔに対するレベル指令Ｌ＊の変化を見てカウンタ演算のパターンを判定するパターン決定処理を行う。
（３）出力期間が平均化されるようカウンタ演算処理を行う。ここでは（２）で定めたパターンによって異なる処理を行う。
（４）カウンタ値を参照してゲート信号を生成するゲート信号生成処理を行う。
（５）ゲート信号を出力する。
【００５９】
以上の（１）〜（５）の処理により、セルごとのスイッチング負荷を分散できる。
【００６０】
次に、（２）パターン決定処理について説明する。相電圧をレベル変化させるときは、セルが＋１，０，−１レベルしか出力できないことを考慮してレベル変化させるセルを指定する必要がある。例えば、相電圧を＋２レベルから＋３レベルへと変化させるとき、レベル変化させるセルに＋１レベルを出力中のセルを指定すると、セル出力を＋２レベルとすることはできないため、相電圧を＋３レベルへと上げることができなくなってしまう。このように、セルの指定が無効になってしまうので、セルの指定には注意しなければならない。
【００６１】
（２）パターン決定処理においては、適切なセル指定のために以下の３種類に分岐する。
（Ａ）レベル変化あり、セルをＯＦＦからＯＮにする変化
（Ｂ）レベル変化あり、セルをＯＮからＯＦＦにする変化
（Ｃ）レベル変化なし
この３種類に分岐することで、無効なセル指定を防ぐことができる。図６の２−１において、レベル指令Ｌ＊と出力レベルＬｏｕｔの値が同じ否かを判定し、同じでない場合は図６の２−２へ移行し、同じ場合は（３）−Ｃへ移行する。これにより、（Ｃ）レベル変化なしか否かを判定できる。出力レベルＬｏｕｔは（４）ゲート信号生成処理にて更新する現在出力中の相電圧レベルである。
【００６２】
図６の２−２において、レベル指令Ｌ＊の絶対値と出力レベルＬｏｕｔの絶対値を比較し、レベル指令Ｌ＊の絶対値の方が大きい場合は（３）−Ａへ移行し、レベル指令Ｌ＊の絶対値の方が小さい場合は（３）−Ｂへ移行する。（３）−Ａ，（３）−Ｂについては、相電圧が０レベルから遠ざかる方向か、０レベルへと近づく方向か、を見ればよいためレベル指令Ｌ＊の絶対値と出力レベルＬｏｕｔの絶対値の大小比較をもって分岐を定める。
【００６３】
次に、（３）カウンタ演算処理について説明する。カウンタにはＯＮカウンタとＯＦＦカウンタを用意する。カウンタはセル段数Ｎに対応してＮ列分用意し、列番号は各セルに対応する。ＯＮカウンタは該当セルがＯＮ出力である期間を示し、ＯＦＦカウンタは該当セルがＯＦＦ出力である期間を示す。
【００６４】
カウンタの値はその出力である期間の長さを示し、大きいほど出力期間が長いことになる。また、カウンタ値は０以上の整数であり、その出力を行っていない場合はカウンタ値が０になる。例えば、２番目のセルがＯＮ出力のとき、ＯＮカウンタの２列目には正の値，ＯＦＦカウンタの２列目には０が格納される。
【００６５】
以上のルールにもとづくカウンタを用いてスイッチング負荷を分散させることを検討する。図７に本実施形態１における（３）カウンタ演算処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図６の（３）部分に対応し、（２）パターン決定処理の分岐の結果により、Ａ，Ｂ，Ｃの三種類のフローチャートが存在する。このフローチャートでは、レベル変化パターンに合わせたカウンタ処理，及び、カウンタインクリメントを行う。カウンタ演算におけるＡ，Ｂ，Ｃの場合の処理は以下のようになる。
【００６６】
（３）−Ａ（ＯＦＦ→ＯＮ）の場合
１−３Ａ−１において、ＯＦＦカウンタＣOFFから最大のものを選ぶ。この処理でＯＦＦの出力期間最長のセルを選択する。
【００６７】
１−３Ａ−２において、そのセルのＯＦＦカウンタの値を０にする。また、選んだＯＦＦカウンタと同じ列のＯＮカウンタを１にする。この処理で選んだセルのレベル変化を行う。また、そのセルのＯＮカウンタＣONを１に設定することで必ずＯＮ出力のセルの中で出力期間最短になる。
【００６８】
１−３Ａ−３〜１−３Ａ−７において、カウンタの値が正のカウンタをインクリメントする。カウンタの値が０のカウンタはそのままとする。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の増加処理である。なお、１−３Ａ−４，１−３Ａ−５について正ならインクリメント、０なら何もしないことを符号関数によって表現した。符号関数ｓｉｇｎの定義を（２）式で示す。本明細書における「ｓｉｇｎ（）」は全て（２）式の符号関数を指す。
【００６９】
【数２】
0006856099.tif 000003
【００７０】
具体的には、１−３Ａ−３において、インデックスｉを１とする。１−３Ａ−４において、インデックスｉのＯＮカウンタＣON［ｉ］が正であればインクリメントし、０であればそのままとする。１−３Ａ−５において、インデックスｉのＯＦＦカウンタＣOFF［ｉ］が正であればインクリメントし、０であればそのままとする。１−３Ａ−６では、インデックスｉをｉ＋１とする。１−３Ａ−７では、インデックスｉがＮ以下か否かを判定し、Ｎ以下であれば１−３Ａ−４に戻り、Ｎより大きければ（３）−Ａの処理を終了する。
【００７１】
（３）−Ｂ（ＯＮ→ＯＦＦ）の場合
１−３Ｂ−１において、ＯＮカウンタＣONから最大のものを選ぶ。この処理でＯＮの出力期間最長のセルを選択する。
【００７２】
１−３Ｂ−２において、そのセルのＯＮカウンタＣONの値を０にする。また、選んだＯＮカウンタと同じ列のＯＦＦカウンタＣOFFを１にする。この処理で選んだセルのレベル変化を行う。また、そのセルのＯＦＦカウンタＣOFFを１に設定することで必ずＯＦＦ出力のセルの中で出力期間最短になる。
【００７３】
１−３Ｂ−３〜１−３Ｂ−７では、（３）−Ａの場合と同様に、カウンタの値が正のカウンタをインクリメントする。カウンタの値が０のカウンタはそのままとする。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の増加処理である。
【００７４】
（３）Ｃ（レベル変化なし）の場合
１−３Ｃ−１〜１−３Ｃ−５において、カウンタの値が正のカウンタをインクリメントする。カウンタの値が０のカウンタはそのままとする。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の増加処理である。
【００７５】
図８に、本実施形態１の（３）カウンタ演算処理の動作例を示す。ここでは、セル４段の場合を仮定した。上述したように、レベル変化の際には、カウンタに代入処理を行ってレベル変化を表現している。そして、Ａ，Ｂ，Ｃいずれの場合でもカウンタをインクリメントして出力期間を表現している。
【００７６】
始めのレベル指令Ｌ＊の変化はＯＮ→ＯＦＦ変化であり、（３）−Ｂの処理となる。ＯＮカウンタＣON最大のセル２が選ばれ、セル２のＯＮカウンタＣON［２］が０となり、ＯＦＦカウンタＣOFF［２］が２となる。
【００７７】
そして、次のレベル指令Ｌ＊の変化はＯＦＦ→ＯＮ変化であり、（３）−Ａの処理となる。ＯＦＦカウンタＣOFF最大のセル４が選ばれ、セル４のＯＦＦカウンタＣOFF［４］が０となり、ＯＮカウンタＣON［４］が２となる。
【００７８】
３回目のレベル指令Ｌ＊の変化は、ＯＮ→ＯＦＦ変化であり、（３）−Ｂの処理となる。ＯＮカウンタＣON最大のセル３が選ばれ、セル３のＯＮカウンタＣON［３］が０となり、ＯＦＦカウンタＣOFF［３］が２となる。本実施形態１では代入直後にインクリメントされるため、レベル変化した後はカウンタを２から数え始めることになる。カウンタの値が大きいほどセルの出力期間が長いという関係が、常に崩れないことに注目されたい。
【００７９】
次に、（４）ゲート信号生成処理について説明する。図９に本実施形態１におけるゲート信号生成処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図６の（４）に対応する。Ｎはセル段数，Ｌｏｕｔｚは前回出力レベル，ＣONｚはＯＮカウンタ前回値，Ｋは０レベルモードを決める論理値，ｇｉＸはｉ段目のセルの単相インバータにおけるスイッチング素子Ｘを示す（１≦ｉ≦Ｎ，１≦Ｘ≦４，ｉ，Ｘは自然数）。
【００８０】
まず、出力レベルＬｏｕｔをレベル指令Ｌ＊に基づき更新する。更新時の決まりは以下のようになる。レベル変化時は（３）にて１つのカウンタを変更しているため、出力レベルＬｏｕｔをレベル指令Ｌ＊に１レベル近づける。レベル変化がない場合は、出力レベルＬｏｕｔは変化させない。１−４−１ではレベル指令Ｌ＊と出力レベルＬｏｕｔの差の符号関数出力を出力レベルＬｏｕｔに加算することで表現した。
【００８１】
次に、以下の考え方で各セルのレベルを定める。ＯＮカウンタＣONが正の値ならそのセルはＯＮする（１−４−３）。つまり、そのセルは±１レベルとなり、レベルの正負は出力レベルＬｏｕｔと同じに定める（１−４−６）。ＯＮカウンタＣONが０ならそのセルはＯＦＦとする（１−４−３）。つまり、セルは０レベルである。これで、カウンタ値に対応したセルの電圧レベルが指定される。
【００８２】
具体的には、１−４−２において、インデックスｉを１とする。１−４−３において、ＯＮカウンタＣONが０よりも大きいか否かを判定し、大きい場合は１−４−４へ移行し、そうでない場合は１−４−７へ移行する。
【００８３】
１−４−４では、ＯＮカウンタ前回値ＣONZが０以下か否かを判定し、０以下である場合は１−４−５へ移行し、０よりも大きい場合は１−４−６へ移行する。１−４−５では論理値Ｋの切り換えを行う。
【００８４】
１−４−６では、出力レベルＬｏｕｔが０よりも大きいか否かを判定し、０よりも大きい場合は１−４−８へ移行し、０以下の場合は１−４−９へ移行する。
【００８５】
１−４−７では、論理値Ｋが１であれば１−４−１０へ移行し、論理値Ｋが０であれば１−４−１１へ移行する。
【００８６】
各セルのゲート信号については以下のように定める。説明のために、注目しているセルをセルｉとおく。ゲート信号の番号と回路上での位置の関係については図４を参照する。
【００８７】
セルｉが＋１レベルを出力する場合、１−４−８において、ｇｉ１＝１，ｇｉ２＝０，ｇｉ３＝０，ｇｉ４＝１とする。セルｉが−１レベルを出力する場合、１−４−９において、ｇｉ１＝０，ｇｉ２＝１，ｇｉ３＝１，ｇｉ４＝０とする。
【００８８】
セルｉが０レベルを出力する場合、１−４−７において、０レベルモードを決める論理値Ｋによって分岐する。Ｋ＝１であれば。１−４−１０において、ｇｉ１＝１，ｇｉ２＝０，ｇｉ３＝１，ｇｉ４＝０とする。Ｋ＝０であれば、１−４−１１において、ｇｉ１＝０，ｇｉ２＝１，ｇｉ３＝０，ｇｉ４＝１とする。
【００８９】
これで、セルの電圧レベルの指定に応じたゲート信号が指定される。０レベルの場合、論理値Ｋを用いた分岐が存在するが、これはセル内での素子負荷を分散するための制御である。０レベルの２種類のゲート信号指定モードについて片方しか使わない駆動を行うと、還流時の衝撃を特定の素子だけが負うことになり、劣化を早めることになる。これを避けるために０レベルが来るたびにモードが切り替わるようにしている。
【００９０】
本明細書において、論理値Ｋの切替はセルがＯＦＦ→ＯＮに切り替わるタイミングで行う（１−４−４，１−４−５）。この切替については、別のタイミングで行ってもよい。例えば，ＯＮ→ＯＦＦの切替タイミングでもよいし、基本波１周期ごとに切り替えるようにしてもよい。ただし、セルｉが０レベルを出力し続けているときに論理値Ｋを切り替えると、全素子のスイッチングが同時に行われ、電圧誤差やスイッチング周波数上昇につながるため、これは避けるように切り替える。
【００９１】
ここまで、セルｉを取り上げて説明したが、これらの演算を全セルについて行う必要がある。１−４−１２においてｉ＝ｉ＋１とし、１−４−１３において、ｉがＮ以下であれば１−４−３に戻り、ｉがＮよりも大きければ１−４−１４へ移行する。（４）の最後（１−４−１４）において、論理値Ｋの切替にＯＮカウンタ前回値ＣONｚを用いるため、ＯＮカウンタ前回値ＣONｚに今回のカウンタ値ＣONを代入する。
【００９２】
以上に示す（４）の演算で、スイッチング負荷を分散するよう制御されたカウンタの通りにゲート信号を出力できる。
【００９３】
今、図６および図６の（３），（４）の動作詳細を説明した。ここまでの説明から、図６の構成によって、（１）のレベル指令Ｌ＊に応じて、セルごとのスイッチング負荷を分散したゲート信号ｇが出力できることがわかる。
【００９４】
したがって、図２のシステムにおいて図６のスイッチング負荷分散制御を用いることで、セルごとのスイッチング負荷を分散した直列多重インバータの駆動が可能となる。
【００９５】
なお、本実施形態１の重要な点は、カウンタに増加処理を行うことで各セルの出力期間を表現し、かつ、相電圧のレベル変化のパターンに合わせてカウンタをリセットする点であり、詳細な演算方法は図７，図９の形態に限らない。
【００９６】
以上示したように、本実施形態１によれば、出力期間を記録したカウンタを用いて、出力期間最大のセルを優先してレベル変化させるよう制御することでセルごとのスイッチング負荷の最適な分散を実現することができる。
【００９７】
また、電圧レベルの指定とスイッチング負荷を分散したゲート信号の生成を別の制御とすることで、電圧レベルの生成法に関わらず、セルごとのスイッチング負荷を分散できる。
【００９８】
また、特許文献１〜３に対しては、テーブルを必要としない、ＰＳ方式の三角波比較よりも高度に分散ができる、レベル指定までの制御方式に関係なく用いることができる、スイッチング負荷分散制御の前にセル電圧を定めておく必要がない、という利点がある。
【００９９】
［実施形態２］
本実施形態２では、実施形態１と同様、図６によってセルごとのスイッチング負荷を分散する。ただし、（３）カウンタ演算処理において実施形態１と異なる処理を行う。
【０１００】
実施形態１ではカウンタ値は０以上の整数であるが、本実施形態２ではカウンタ値を負にもなるよう制御する。これにより、カウンタ数を減らし、必要なレジスタ数を削減することができる。
【０１０１】
本実施形態２の（３）カウンタ演算処理について説明する。カウンタについては、その絶対値が出力期間の長さを示すものとする。そして、カウンタ値が正であればＯＮ出力，負であればＯＦＦ出力であるものとする。
【０１０２】
図１０に本実施形態２におけるカウンタ演算処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図７と同様に図６の（３）に対応し、（２）での分岐の結果により３種類のフローチャートが存在する。カウンタ演算におけるＡ，Ｂ，Ｃの場合の処理は以下のようになる。
【０１０３】
（３）−Ａ（ＯＦＦ→ＯＮ）の場合
２−３Ａ−１において、カウンタから負の絶対値最大、つまり最小のセルを選ぶ。この処理でＯＦＦの出力期間最長のセルを選択する。２−３Ａ−２において、そのセルのカウンタ値を１にする。
【０１０４】
２−３Ａ−３において、インデックスｉを１とする。２−３Ａ−４において、カウンタ値について、値が正であればインクリメントする。値が負であればデクリメントする。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の絶対値増加処理である。インクリメントとデクリメントは、カウンタ値に自身を符号関数に入力した結果を加算して表現している。２−３Ａ−５，２−３Ａ−６は、１−３Ａ−６，１−３Ａ−７と同様である。
【０１０５】
（３）−Ｂ（ＯＮ→ＯＦＦ）の場合
２−３Ｂ−１において、カウンタから正の絶対値最大、つまり最大のものを選ぶ。この処理でＯＮの出力期間最長のセルを選択する。２−３Ｂ−２において、そのセルのカウンタ値を−１にする。
【０１０６】
２−３Ｂ−３〜２−３Ｂ−６において、カウンタ値について、値が正であればインクリメントする。値が負であればデクリメントする。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の絶対値増加処理である。
【０１０７】
（３）−Ｃ（レベル変化なし）の場合
２−３Ｃ−１〜−３Ｃ−４において、カウンタ値について、値が正であればインクリメントする。カウンタ値が負であればデクリメントする。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の絶対値増加処理である。
【０１０８】
図１１に本実施形態２における（３）カウンタ演算処理の動作例を示す。図８の場合と同様、３回のレベル変化時にはそれぞれ（３）−Ｂ，（３）−Ａ，（３）−Ｂの処理が行われ、代入対象となるセルはそれぞれセル３，セル４，セル２である。
【０１０９】
始めのレベル指令Ｌ＊の変化はＯＮ→ＯＦＦ指令であり、（３）−Ｂの処理となる。カウンタＣ＝６で最大のセル３が選ばれ、カウンタＣ［３］は−２となる。その他のセルのカウンタはカウンタ値の符号に応じてインクリメントまたはデクリメントされる。
【０１１０】
次のレベル指令Ｌ＊の変化はＯＦＦ→ＯＮ指令であり、（３）−Ａの処理となる。カウンタＣ＝−５で最小のセル４が選ばれ、カウンタＣ［４］は２となる。その他のセルのカウンタはカウンタ値の符号に応じてインクリメントまたはデクリメントされる。
【０１１１】
最後のレベル指令Ｌ＊の変化はＯＮ→ＯＦＦ指令であり、（３）−Ｂの処理となる。カウンタＣ＝７で最大のセル２が選ばれ、カウンタＣ［２］は−２となる。その他のセルのカウンタはカウンタ値の符号に応じてインクリメントまたはデクリメントされる。
【０１１２】
カウンタ数を実施形態１の半分に減らしつつも、ＯＮ出力，ＯＦＦ出力である期間の長さの相対関係を保っている。
【０１１３】
本実施形態２において変更を加えたのは（３）カウンタ演算処理のみであり、（４）は図９の構成を用いる。ただし、ＯＮカウンタＣONが存在しないため、ＯＮカウンタＣONはカウンタＣで読み替えるものとする。また、ＯＮカウンタ前回値ＣONｚはＣｚで読み替える。
【０１１４】
読み替えが問題となるのは１−４−３と１−４−４である。１−４−３については、実施形態１においてＯＮカウンタＣONが正のとき、そのセルはＯＮであり、本実施形態２においてカウンタＣが正のとき、そのセルはＯＮであるため、この読み替えによる問題は生じない。すなわち、カウンタＣが正ならばそのセルをＯＮするゲート信号を生成し、カウンタＣが負ならそのセルをＯＦＦするゲート信号を生成する。
【０１１５】
１−４−４についても、実施形態１においてＯＮカウンタ前回値ＣONｚが０であればＯＦＦで、本実施形態２においてカウンタ前回値Ｃｚが負であればＯＦＦであるため分岐の意味は変わらず、問題は生じない。
【０１１６】
以上の変更で、スイッチング負荷を分散した直列多重インバータの制御を実施形態１よりも少ないレジスタ数で実現できる。なお、本実施形態２は、実施形態１と同様、詳細な演算方法は図１０，図９に限らない。
【０１１７】
以上示したように、本実施形態２によれば、出力期間を正負値で記録したカウンタを用いて、出力期間最大のセルを優先してレベル変化させるよう制御することでセルごとのスイッチング負荷の最適な分散を実現できる。また、実施形態１および後述する実施形態３，５よりも少ないレジスタ数で実装することが可能となる。
【０１１８】
また、特許文献１〜３に対しては、テーブルを必要としない、ＰＳ方式の三角波比較よりも高度に分散ができる、レベル指定までの制御方式に関係なく用いることができる、スイッチング負荷分散制御の前にセル電圧を定めておく必要がない、という利点がある。
【０１１９】
［実施形態３］
実施形態１，２では、どの分岐においてもインクリメント（あるいはデクリメント）を行うことでセルの出力期間を表現していた。
【０１２０】
ここで例えば、相電圧がｔ１［ｓ］で＋１レベルから＋２レベルへ変化する場合（パターンＸ）と、同じレベル変化（＋１→＋２）についてｔ１［ｓ］からｔ１＋０．１［ｓ］までレベル変化をせず、ｔ１＋０．１［ｓ］で初めて＋１レベルから＋２レベルへ変化する場合（パターンＹ）を仮定する。
【０１２１】
実施形態１，２の構成では、絶えずインクリメント（あるいはデクリメント）するため、パターンＸよりもパターンＹの方がカウンタの代入処理を行う直前のカウンタ値が大きい値になっている。
【０１２２】
しかし、ここでセルの指定を考えると、パターンＸでもパターンＹでもカウンタ値の大小関係は変わらず、かつ、パターンＸとパターンＹは同じ＋１→＋２の変化であることから、同じセルがレベル変化することになる。このことから、パターンＹでスイッチング負荷を分散するためのセル指定はｔ１［ｓ］のカウンタ値から一切インクリメントしなくても達成できることがわかる。
【０１２３】
つまり、スイッチング負荷分散制御で問題となるのは、そのセルが他のセルに対して出力期間が長いか短いかという相対関係であり、カウンタ値（あるいは時間）の絶対値そのものは問題とならない。
【０１２４】
よって、本実施形態３ではセルの出力期間を相対関係でのみとらえる制御を行う。実施形態１，２ではカウンタが絶えずインクリメントされるため、オーバーフローしてしまう場合がないか管理する必要があったが、本実施形態３ではその検討が必要ない。
【０１２５】
本実施形態３の実施形態１に対する変更点は（３）カウンタ演算処理に関してのみである。本実施形態３の（３）カウンタ演算処理について説明する。
【０１２６】
カウンタはＯＮカウンタとＯＦＦカウンタの２種類を設ける。そして、カウンタ値が大きいほどその出力期間が他のセルより長いことを示す。出力期間の相対関係のみを表すために、レベル変化時にのみカウンタのインクリメントを行い、レベル変化がない場合には行わない。
【０１２７】
図１２に本実施形態３におけるカウンタ演算処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図７と同様に図６の（３）に対応し、（２）での分岐の結果により３種類のフローチャートが存在する。カウンタ演算処理におけるＡ，Ｂ，Ｃの場合の処理は以下のようになる。
【０１２８】
（３）−Ａ（ＯＦＦ→ＯＮ）の場合
３−３Ａ−１において、ＯＦＦカウンタＣOFFから最大のものを選ぶ。この処理でＯＦＦの出力期間最長のセルを選択する。
【０１２９】
３−３Ａ−２において、そのセルのＯＦＦカウンタＣOFFの値を０にする。また、選んだＯＦＦカウンタＣOFFと同じ列のＯＮカウンタＣONを１にする。この処理で選んだセルのレベル変化を行う。また、そのセルのＯＮカウンタＣONを１に設定することで必ずＯＮ出力のセルの中で出力期間最短になる。
【０１３０】
３−３Ａ−３〜３−３Ａ−６において、ＯＮカウンタＣONについてカウンタ値が正ならインクリメントする。カウンタ値が０であれば何もしない。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の絶対値増加処理である。本実施形態３では、実施形態１と異なり、ＯＮカウンタＣONのみインクリメントし、ＯＦＦカウンタＣOFFはそのままとする。
【０１３１】
（３）−Ｂ（ＯＮ→ＯＦＦ）の場合
３−３Ｂ−１において、ＯＮカウンタＣONから最大のものを選ぶ。この処理でＯＮの出力期間最長のセルを選択する。
【０１３２】
３−３Ｂ−２において、そのセルのＯＮカウンタＣONの値を０にする。また、選んだＯＮカウンタＣONと同じ列のＯＦＦカウンタＣOFFを１にする。この処理で選んだセルのレベル変化を行う。また、そのセルのＯＦＦカウンタＣOFFを１に設定することで必ずＯＦＦ出力のセルの中で出力期間最短になる。
【０１３３】
３−３Ｂ−３〜３−３Ｂ−６において、ＯＦＦカウンタＣOFFについてカウンタ値が正ならインクリメントする。０であれば何もしない。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の絶対値増加処理である。本実施形態３では、実施形態１と異なり、ＯＦＦカウンタＣOFFのみインクリメントし、ＯＮカウンタＣONはそのままとする。
【０１３４】
（３）Ｃ（レベル変化なし）の場合
本実施形態３では、（３）−Ｃの処理は無しとする。これにより、カウンタ値の無用な増加を防ぐことができる。
【０１３５】
図１３に本実施形態３における（３）カウンタ演算処理の動作例を示す。図８（実施形態１）にてカウンタ最大値が７であったのに対し、図１３のカウンタ最大値は４であり、カウンタの無用な増加をせずに、ＯＮ出力，ＯＦＦ出力である期間の長さの相対関係を保つことができている。図８の場合と同様、３回のレベル変化時にはそれぞれ（３）−Ｂ，（３）−Ａ，（３）−Ｂの処理が行われ、代入対象となるセルはそれぞれセル２，セル４，セル３である。
【０１３６】
始めのレベル指令Ｌ＊の変化はＯＮ→ＯＦＦ指令であり、（３）−Ｂの処理となる。カウンタＣON［２］＝４で最大のセル２が選ばれ、カウンタＣON［２］は０となり、カウンタＣOFF［２］は２となる。また、ＯＦＦカウンタＣOFFが正であるカウンタＣOFF［４］がインクリメントされる。
【０１３７】
次のレベル指令Ｌ＊の変化はＯＦＦ→ＯＮ指令であり、（３）−Ａの処理となる。カウンタＣOFF［４］＝３で最大のセル４が選ばれ、カウンタＣOFF［４］は０となり、カウンタＣON［４］は２となる。また、ＯＮカウンタＣONが正であるカウンタＣON［１］，ＣON［３］がインクリメントされる。
【０１３８】
最後のレベル指令Ｌ＊の変化はＯＮ→ＯＦＦ指令であり、（３）−Ｂの処理となる。カウンタＣON［３］＝４で最大のセル３が選ばれ、カウンタＣON［３］は０となり、カウンタＣOFF［３］は２となる。また、ＯＦＦカウンタＣOFFが正であるカウンタＣOFF［２］がインクリメントされる。
【０１３９】
レベル変化時にはインクリメントも行われるため、レベル変化直後のカウンタ値は２から始まっている。
【０１４０】
本実施形態３において変更を加えたのは（３）カウンタ演算処理のみであり、（４）は図９の構成を用いる。以上の変更で、スイッチング負荷分散制御をオーバーフローの検討なしで実現できる。なお、実施形態１と同様、詳細な演算方法は図１２，図９に限らない。
【０１４１】
以上示したように、本実施形態３によれば、出力期間を相対関係で記録したカウンタを用いて、出力期間最大のセルを優先してレベル変化させるよう制御することで、セルごとのスイッチング負荷の最適な分散を実現することができる。また、カウンタが絶えず加算されることによるオーバーフローを防止することが可能となる。
【０１４２】
また、特許文献１〜３に対しては、テーブルを必要としない、ＰＳ方式の三角波比較よりも高度に分散ができる、レベル指定までの制御方式に関係なく用いることができる、スイッチング負荷分散制御の前にセル電圧を定めておく必要がなない、という利点がある。
【０１４３】
［実施形態４］
実施形態３では、ＯＮカウンタとＯＦＦカウンタを用いたが、これについては実施形態２と同様、負のカウンタ値を用いる構成にすることでカウンタの数を半分にすることができる。
【０１４４】
カウンタは実施形態２と同様、正であればＯＮ，負であればＯＦＦとしてとらえる。また、実施形態３にならって無用のカウンタ値のインクリメントを避ける。図１４に本実施形態４におけるカウンタ演算処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図７と同様に図６の（３）に対応し、（２）での分岐の結果により３種類のフローチャートが存在する。カウンタ演算処理におけるＡ，Ｂ，Ｃの場合の処理は以下のようになる。
【０１４５】
（３）−Ａ（ＯＦＦ→ＯＮ）の場合
４−３Ａ−１において、カウンタから負の絶対値最大、つまり最小のものを選ぶ。この処理でＯＦＦの出力期間最長のセルを選択する。
【０１４６】
４−３Ａ−２において、そのセルのカウンタ値を１にする。
【０１４７】
４−３Ａ−３〜４−３Ａ−６において、カウンタ値について、値が正であればインクリメントする。値が０以下であればそのままとする。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の絶対値増加処理である。
【０１４８】
インクリメントは、カウンタ値に自身が正であるかの比較演算の結果を加算して表現している。比較演算結果は一般に論理値で出力され、かつ、カウンタ値は論理値ではないが、論理値を整数値などに適切に変換して加算するものとして、変換に関する記述は省略した。
【０１４９】
（３）−Ｂ（ＯＮ→ＯＦＦ）の場合
４−３Ｂ−１において、カウンタから正の絶対値最大、つまり最大のものを選ぶ。この処理でＯＮの出力期間最長のセルを選択する。
【０１５０】
４−３Ｂ−２において、そのセルのカウンタ値を−１にする。
【０１５１】
４−３Ｂ−３〜４−３Ｂ−６において、カウンタ値について、値が０以上であればそのままとする。値が負であればデクリメントする。この処理は各セルの出力期間を示すカウンタ値の絶対値増加処理である。
【０１５２】
（３）−Ｃ（レベル変化なし）の場合
本実施形態４では、（３）−Ｃの処理を無しとする。これにより、カウンタ値の無用な増加を防ぐことができる。
【０１５３】
図１５に本実施形態４における（３）カウンタ演算処理の動作例を示す。実施形態３の場合と同様、図８にてカウンタ最大値が７であったのに対し、図１５のカウンタ絶対値の最大値は±４であり、カウンタ値の無用な増加をせずに、ＯＮ出力，ＯＦＦ出力である期間の長さの相対関係を保つことができている。
【０１５４】
図８の場合と同様、３回のレベル変化時にはそれぞれ（３）−Ｂ，（３）−Ａ，（３）−Ｂの処理が行われ、代入対象となるセルはそれぞれセル２，セル４，セル３である。
【０１５５】
始めのレベル指令Ｌ＊の変化はＯＮ→ＯＦＦ指令であり、（３）−Ｂの処理となる。カウンタＣ［２］＝４で最大のセル２が選ばれ、カウンタＣ［２］は−２となる。また、カウンタＣが負であるカウンタＣ［４］がデクリメントされる。
【０１５６】
次のレベル指令Ｌ＊の変化はＯＦＦ→ＯＮ指令であり、（３）−Ａの処理となる。カウンタＣ［４］＝−３で最小のセル４が選ばれ、カウンタＣ［４］は２となる。また、カウンタＣが正であるカウンタＣ［１］，Ｃ［３］がインクリメントされる。
【０１５７】
最後のレベル指令Ｌ＊の変化はＯＮ→ＯＦＦ指令であり、（３）−Ｂの処理となる。カウンタＣ［３］＝４で最大のセル３が選ばれ、カウンタＣ［３］は−２となる。また、カウンタＣが負であるカウンタＣ［２］がデクリメントされる。
【０１５８】
レベル変化時にはインクリメントあるいはデクリメントも行われるため、レベル変化直後のカウンタ値は±２から始まっている。
【０１５９】
本実施形態４において変更を加えたのは（３）カウンタ演算処理のみであり、（４）は図９（実施形態２）の構成を用いる。
【０１６０】
以上の変更で、スイッチング負荷分散制御をオーバーフローの検討なしで実現できる。なお、実施形態１と同様、詳細な演算方法は図１４，図９に限らない。
【０１６１】
以上示したように、本実施形態４によれば、出力期間を正負値かつ相対関係で記録したカウンタを用いて、出力期間最大のセルを優先してレベル変化させるよう制御することで、セルごとのスイッチング負荷の最適な分散を実現することができる。
【０１６２】
また、実施形態１，３および後述する実施形態５よりも少ないレジスタ数での実装が可能となる。また、カウンタが絶えず加算されることによるオーバーフローを防止することができる。
【０１６３】
また、特許文献１〜３に対しては、テーブルを必要としない、ＰＳ方式の三角波比較よりも高度に分散ができる、レベル指定までの制御方式に関係なく用いることができる、スイッチング負荷分散制御の前にセル電圧を定めておく必要がない、という利点がある。
【０１６４】
［実施形態５］
実施形態１，２では常にカウンタ値をインクリメントするためオーバーフローの問題があったのに対し、実施形態３，４では、レベル変化の場合のみインクリメントを行いカウンタ値の絶対値を最小限に抑えていた。
【０１６５】
実施形態３，４が注目していたのは「全セル内での相対的な出力期間」であった。つまり、スイッチング負荷分散制御を行うためには、セル間で出力期間の順位付けができていればよい。実施形態３，４は、カウンタ値の大小関係でセル間の出力期間の順位付けを行ったのであり、別の方法によっても順位付けは可能である。
【０１６６】
本実施形態５では、配列内での格納位置を順位として扱い、スイッチング負荷の分散を行う。
【０１６７】
本実施形態５の（３）カウンタ演算処理について説明する。カウンタはＯＮカウンタとＯＦＦカウンタの２種類を設ける。そして、カウンタ値はセル番号を示し、格納されているインデックス値が小さいほどその出力期間が他のセルより長いことを示す。出力期間の相対関係を表すために、レベル変化時に配列値の入れ替え処理を行う。
【０１６８】
ＯＮカウンタとＯＦＦカウンタはそれぞれセル段数Ｎだけの列を持つ必要がある。しかし、出力レベルによって有効な列数が変わるため、無効な列には０を格納するものとする。例えば、出力レベルが＋２レベルのときは、ＯＮのセルは２つであるため、ＯＮカウンタの１，２列目にはセル番号が格納され、３〜Ｎ列目は０が格納されている。
【０１６９】
なお、格納されている値がセル番号であり、インクリメント処理も行わないため、必ずしも「カウンタ」という呼称は適切ではない。だが、実施形態１〜４との対応から便宜上「カウンタ」と呼ぶ。
【０１７０】
図１６に本実施形態５におけるカウンタ演算処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図７と同様に図６の（３）に対応し、（２）での分岐の結果により３種類のフローチャートが存在する。カウンタ演算におけるＡ，Ｂ，Ｃの場合の処理は以下のようになる。
【０１７１】
（３）−Ａ（ＯＦＦ→ＯＮ）の場合
５−３Ａ−１において、ＯＦＦカウンタの１列目の値をＧとして臨時的に保存する。これで、ＯＦＦ期間最長のセルを選択したことになる。
【０１７２】
５−３Ａ−２において、インデックスｉ＝１とする。５−３Ａ−３において、インデックスｉ＝１か否かを判定し、ｉ＝１の場合は５−３Ａ−５へ移行し、ｉ＝１でない場合は５−３Ａ−４へ移行する。
【０１７３】
５−３Ａ−５は、ＯＮカウンタＣON［ｉ］＝０か否かを判定し、ＣON［ｉ］＝０であれば５−３Ａ−６へ移行し、ＣON［ｉ］＝０でない場合は５−３Ａ−７へ移行する。
【０１７４】
５−３Ａ−４では、ＣON［ｉ］＝０、かつ、ＣON［ｉ−１］＞０か否かを判定し、両方該当すれば５−３Ａ−６へ移行し、何れか一方でも該当しなければ５−３Ａ−７へ移行する。５−３Ａ−６では、ＯＮカウンタＣON［ｉ］にＧを代入する。
【０１７５】
すなわち、５−３Ａ−３〜５−３Ａ−６では、ＯＮカウンタの最後尾にＧを代入する。最後尾とは０でない値をもつ最大インデックスより１大きいインデックスを指す。全て０の場合は先頭に代入する。これで、選択したセルをＯＮ期間最短としてレベル変化したことになる。
【０１７６】
５−３Ａ−７では、ｉ＝Ｎか否かを判定し、ｉ＝Ｎであれば５−３Ａ−９へ移行し、ｉ＝Ｎでなければ５−３Ａ−８へ移行する。５−３Ａ−９では、ＣOFF［ｉ］＝０とし、５−３Ａ−８では、ＣOFF［ｉ］＝ＣOFF［ｉ＋１］とする。これは、ＯＦＦ期間最長セルがＯＮになったため、カウンタ値を１列分詰める処理である。すなわち、５−３Ａ−７〜５−３Ａ−９において、２列目以降のＯＦＦカウンタを１つ小さいインデックスへ移動する。Ｎ列目には０を代入する。
【０１７７】
５−３Ａ−１０では、インデックスｉ＝ｉ＋１とする。５−３Ａ−１１では、インデックスｉがＮ以下か否かを判定し、Ｎ以下であれば５−３Ａ−３に戻り、Ｎより大きければ（３）−Ａの処理を終了する。
【０１７８】
（３）−Ｂ（ＯＮ→ＯＦＦ）の場合
５−３Ｂ−１において、ＯＮカウンタの１列目の値をＧとして臨時的に保存する。これで、ＯＮ期間最長のセルを選択したことになる。
【０１７９】
５−３Ｂ−３〜５−３Ｂ−６において、ＯＦＦカウンタの最後尾にＧを代入する。これで、選択したセルをＯＦＦ期間最短としてレベル変化したことになる。
【０１８０】
５−３Ｂ−７〜５−３Ｂ−９において、２列目以降のＯＮカウンタを１つ小さいインデックスへ移動する。Ｎ列目には０を代入する。これは、ＯＮ期間最長セルがＯＦＦになったため、カウンタ値を１列分詰める処理である。
【０１８１】
（３）−Ｃ（レベル変化なし）の場合
本実施形態５では、（３）−Ｃの処理を無しとする。本実施形態５の構成ではレベル変化時の順位付けを保てばよいため、レベル変化なし時の処理は必要ない。
【０１８２】
図１７に本実施形態５の（３）カウンタ演算処理の動作例を示す。実施形態１〜４はカウンタ値の上昇を表すためにタイムチャート形式であったが、本実施形態５はインクリメント処理がない。このことから、わかりやすさのために配列表示で動作を示した。また、図１７にはレベル変化時の処理の様子も示している。
【０１８３】
図８の場合と同様、３回のレベル変化時にはそれぞれ（３）−Ｂ，（３）−Ａ，（３）−Ｂの処理が行われ、レベル変化するセルはそれぞれセル３，セル２，セル４である。
【０１８４】
始めのレベル指令Ｌ＊の変化は＋３→＋２（ＯＮ→ＯＦＦ）であり、（３）−Ｂの処理となる。ＯＮカウンタＣON１列目のセル３が選択され、セル３をＯＦＦカウンタＣOFFの最後尾に移動する。また、ＯＮカウンタＣONの二列目以降を１列分詰める。
【０１８５】
次のレベル指令Ｌ＊の変化は＋２→＋３（ＯＦＦ→ＯＮ）であり、（３）−Ａの処理となる。ＯＦＦカウンタＣOFF１列目のセル２が選択され、セル２をＯＮカウンタＣONの最後尾に移動する。また、ＯＦＦカウンタＣOFFの２列目以降を１列分詰める。
【０１８６】
３番目のレベル指令Ｌ＊の変化は＋３→＋２（ＯＮ→ＯＦＦ）であり、（３）−Ｂの処理である。つまり、ＯＮカウンタＣON１列目のセル４が選択され、セル４をＯＦＦカウンタＣOFFの最後尾に移動する。また、ＯＮカウンタＣONの２列目以降を１列分詰める。
【０１８７】
配列のインデックスの小さい方が出力期間が長く、インデックスの大きい方が出力期間が短いという関係を常に保っている点に注意されたい。
【０１８８】
次に、本実施形態５の（４）ゲート信号生成処理について説明する。本実施形態５では、カウンタ値のもつ意味を実施形態１〜４から変更したため、ゲート信号生成処理の仕組みを変更する必要がある。
【０１８９】
図１８が本実施形態５のための（４）ゲート信号生成処理のフローチャートとなる。このフローチャートは図６の（４）に対応する。記号の定義は図９と同じものとする。
【０１９０】
まず、図９と変更があるのはセルのレベル指定に関する考え方であり、セルのレベルが指定されたあとのゲート信号指定や出力レベルＬｏｕｔに関する処理については変更する必要がない。つまり、５−４−１〜５−４−２，５−４−５〜５−４−１４については１−４−１〜１−４−２，１−４−５〜１−４−１４と同様の考え方であるため、説明を省略する。
【０１９１】
５−４−３については、セルｉがＯＮであるかどうかで分岐したい。これについては、ＯＮカウンタの中にｉという値が存在するかを確認すればよい。ｉが存在すればそのセルはＯＮである。すなわち、ＯＮカウンタに配列されたセルをＯＮするゲート信号を生成し、ＯＮカウンタに配列されていないセルをＯＦＦするゲート信号を生成する。
【０１９２】
５−４−４については、０レベルモード指定をするＫの反転処理をするための分岐であり、セルｉがＯＦＦ→ＯＮとなる場合を見つけたい。よって、ＯＮカウンタ前回値ＣONｚにｉという値が存在するかどうかで分岐する。
【０１９３】
以上の変更で、本実施形態５においてもカウンタの考え方通りにゲート信号を指定することができる。
【０１９４】
ところで、本実施形態５においてはカウンタの最大値はセル段数Ｎになり、実施形態１のように無用に大きくなる可能性はない。したがって、本実施形態５の図１６，図１８を図６の構成で用いることで、実施形態１のオーバーフローの問題を解決したスイッチング負荷分散制御ができる。
【０１９５】
また、これまでの実施形態と同じく、詳細な演算方法は図１６，図１８に限らない。
【０１９６】
以上示したように、本実施形態５によれば、出力期間を格納位置で記録した配列を用いて、出力期間最大のセルを優先してレベル変化させるよう制御することでセルごとのスイッチング負荷の最適な分散を実現することができる。また、カウンタが絶えず加算されることによるオーバーフローを防止することができる。
【０１９７】
また、特許文献１〜３に対しては、テーブルを必要としない、ＰＳ方式の三角波比較よりも高度に分散ができる、レベル指定までの制御方式に関係なく用いることができる、スイッチング負荷分散制御の前にセル電圧を定めておく必要がない、という利点がある。
【０１９８】
［実施形態６］
実施形態２，４では負のカウンタ値を用いることで、それぞれ実施形態１，３に対しカウンタ数を削減できた。実施形態５においても負のカウンタ値を用いてカウンタ値を減少できるが、別の方法により、カウンタ数を減少しつつ、さらに処理を簡略化できるため、カウンタ値を負で扱う実施形態は省略する。
【０１９９】
本実施形態６では、出力レベル情報を用いてカウンタ参照位置を変更することで、実施形態５よりもカウンタ数を削減し、かつ、処理を簡略化する。
【０２００】
本実施形態６の（３）カウンタ演算処理について説明する。カウンタはセル段数Ｎだけの列数を確保し、各カウンタ値はセル番号を示す。右から出力レベルＬｏｕｔ列目まではＯＮのセルであり、それ以外がＯＦＦのセルであるとみなす。また、ＯＮ，ＯＦＦの領域についてはカウンタの左にあるセルほど出力期間が長いものとする。
【０２０１】
図１９にカウンタの考え方をまとめる。Ｌ＝＋３の場合はセル２がＯＦＦの領域に格納され、セル３，セル４，セル１がＯＮの領域に格納されている。Ｌ＝＋２の場合はセル２，セル３がＯＦＦの領域に格納され、セル４，セル１がＯＮの領域に格納されている。同じカウンタ値でも出力レベルＬｏｕｔによってセル３がＯＮであるか、ＯＦＦであるかが変わっている。
【０２０２】
図２０に本実施形態６におけるカウンタ演算処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図７と同様に図６の（３）に対応し、（２）での分岐の結果により３種類のフローチャートが存在する。カウンタ演算処理におけるＡ，Ｂ，Ｃの場合の処理は以下のようになる。
【０２０３】
（３）−Ａ（ＯＦＦ→ＯＮ）の場合
６−３Ａ−１において、カウンタの１列目の値をＧとして臨時的に保存する。これで、ＯＦＦ期間最長のセルを選択したことになる。
【０２０４】
６−３Ａ−２において、ｉ＝１とする。６−３Ａ−３においてｉ＝Ｎか否かを判定し、ｉ＝Ｎであれば６−３Ａ−５へ移行し、ｉ＝Ｎでなければ６−３Ａ−４へ移行する。
【０２０５】
６−３Ａ−５では、カウンタの最後列（Ｎ列目）Ｃ［Ｎ］にＧを代入する。これで、選択したセルをＯＮ期間最短としてレベル変化したことになる。
【０２０６】
６−３Ａ−４では、Ｃ［ｉ］＝Ｃ［ｉ＋１］とし、２列目以降のカウンタを１つ小さいインデックスへ移動する。これは、ＯＦＦ期間最長（１列目）のカウンタ値をＯＮ領域に移動したため、カウンタ値を１列分詰める処理である。
【０２０７】
６−３Ａ−６では、インデックスｉをインクリメントする。６−３Ａ−７では、インデックスｉがＮ以下か否かを判定し、ｉがＮ以下であれば６−３Ａ−３に戻り、ｉがＮより大きければ（３）−Ａの処理を終了する。
【０２０８】
（３）−Ｂ（ＯＮ→ＯＦＦ）の場合
本実施形態６では、（３）−Ｂの処理は無しとする。（４）ゲート信号生成処理にて出力レベルＬｏｕｔが更新されるときにＯＦＦ領域が広がり、自動的にＯＮ領域の出力期間最長がＯＦＦにレベル変化するため、（３）−Ｂのカウンタ演算処理は必要なくなる。
【０２０９】
（３）−Ｃ（レベル変化なし）の場合
本実施形態６では、（３）−Ｃの処理は無しとする。本実施形態６は実施形態５の構成をベースとしており、実施形態６の構成ではレベル変化時の順位付けを保てばよいため、レベル変化なし時の処理は必要ない。
【０２１０】
図２１に実施形態６の（３）カウンタ演算処理の動作例を示す。実施形態５と同様の配列表示とした。また、レベル変化時の処理の様子も示す。図８の場合と同様、３回のレベル変化時にはそれぞれ（３）−Ｂ，（３）−Ａ，（３）−Ｂの処理が行われ、レベル変化するセルはそれぞれセル３，セル２，セル４である。出力レベルＬｏｕｔは（４）ゲート信号生成処理にてレベル指令Ｌ＊に追従する。
【０２１１】
始めのレベル指令Ｌ＊の変化は＋３→＋２（ＯＮ→ＯＦＦ）であり、（３）−Ｂの処理となる。（３）−Ｂの処理では、カウンタの配列の変更はない。ただし、ＯＮ領域，ＯＦＦ領域の境界が変化し、セル３がＯＦＦ領域となる。
【０２１２】
次のレベル指令Ｌ＊の変化は＋２→＋３（ＯＦＦ→ＯＮ）であり、（３）−Ａの処理である。ＯＦＦの出力期間最大のセル２が最後尾に移動する。また、ＯＮ領域，ＯＦＦ領域の境界が変化する。
【０２１３】
最後のレベル指令Ｌ＊の変化は＋３→＋２（ＯＮ→ＯＦＦ）であり、（３）−Ｂの処理となる。（３）−Ｂの処理では、カウンタの配列の変更はない。ただし、ＯＮ領域，ＯＦＦ領域の境界が変化し、セル４がＯＦＦ領域となる。
【０２１４】
配列のＯＮ，ＯＦＦそれぞれの領域でインデックスの小さい方が出力期間が長く、インデックスの大きい方が出力期間が短いという関係を常に保っている。また、ＯＮ，ＯＦＦ領域変化によって、出力期間最長のセル以外がレベル変化してしまうこともない。
【０２１５】
次に、本実施形態６の（４）ゲート信号生成処理について説明する。実施形態５と同様、カウンタ格納値はセル番号であるが、ＯＮ，ＯＦＦの領域という考え方を設けたため、（４）ゲート信号生成処理に修正が必要となる。
【０２１６】
図２２に実施形態６，７におけるゲート信号生成処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図６の（４）に対応する。記号の定義は図９と同じものとする。ただし、実施形態６，７には図９の対象である実施形態１〜４と違いＯＮカウンタＣONが存在せず、代わりにカウンタＣが存在する。また、新たな記号として補正カウンタＣｃｍｐと、補正カウンタ前回値Ｃｃｍｐｚが用いられる。
【０２１７】
６−４−１，６−４−４，６−４−７〜６−４−１６については実施形態５の５−４−１，５−４−２，５−４−５〜５−４−１４と同様の処理であるため説明を省略する。
【０２１８】
６−４−２，６−４−３は実施形態５におけるＯＮカウンタに相当するものを生成する処理である。保持するカウンタ値とは別に臨時的な補正カウンタＣｃｍｐを作成し、一旦カウンタＣの内容をコピーする。そして、ＯＦＦ領域に相当する列（１〜（Ｌｏｕｔ−Ｎ）列目）を０にする。これで、補正カウンタＣｃｍｐの中にはＯＮにするセルの番号のみが残り、セルの出力レベルを指定することができる。
【０２１９】
６−４−２では配列を代入しているが、これはＣ言語の記述などに見られる配列の先頭アドレスの代入ではない。６−４−２は配列の内容のコピーを適宜行うと考える。
【０２２０】
６−４−５，６−４−６については、セルのレベル指定の処理であるが、６−４−２，６−４−３の処理で補正カウンタＣｃｍｐが実施形態５におけるＯＮカウンタ相当のものになったため、これは５−４−３，５−４−４と同様に考えられる。つまり、カウンタ内にｉという値が存在すればセルｉがＯＮであることになる。よって、ＯＮ領域に配列されたセルのゲート信号をＯＮとし、ＯＮ領域に配列されていないセルのゲート信号をＯＦＦにすることができる。
【０２２１】
以上の変更で、本実施形態６においてもカウンタの考え方通りにゲート信号を指定することができる。
【０２２２】
なお、カウンタについては、左側にＯＮ領域，右側にＯＦＦ領域を設ける構成にすることや、各領域の左にあるセル番号ほど出力期間が短いとみなす構成も考えられる。この設定については自由に決めてよいが、例えば、左側にＯＮ領域を設け、右側にＯＦＦ領域を設ける構成では、（３）−Ａの処理が無くなり、（３）−Ｂで先頭列を最終列に代入することになる。このように、カウンタ演算処理の構成が変化するため、注意する。
【０２２３】
また、ＯＮ，ＯＦＦ領域の設定の仕方と出力期間の長短の考え方の組み合わせ次第ではＯＮ，ＯＦＦ領域が配列の連続した領域でなく不連続な領域となり処理が増加する可能性があるため、このことにも注意して定める。
【０２２４】
ところで、実施形態５ではカウンタ数が２Ｎ個であったが、本実施形態６ではＮ個あればよい。そして、実施形態５に比べ（３）−Ｂの処理が無くなる他、図１６と図２０の（３）−Ａを見比べるとわかる通り、（３）−Ａにおいても処理の数が減少した。
【０２２５】
したがって、本実施形態６の図２０，図２２を図６の構成で用いることで、実施形態５からカウンタの数を半減し、かつ、演算処理を簡略化したスイッチング負荷分散制御を実現できる。なお、これまでの実施形態と同じく、詳細な演算方法は図２０，図２２に限らない。
【０２２６】
以上示したように、本実施形態６によれば、出力期間を格納位置で記録した配列を用いて、出力期間最大のセルを優先してレベル変化させるよう制御することでセルごとのスイッチング負荷の最適な分散を実現することができる。
【０２２７】
また、カウンタが絶えず加算されることによるオーバーフローの防止することが可能となる。また、実施形態１，３，５よりも少ないレジスタ数での実装が可能となる。さらに、実施形態１〜５よりも処理を簡略化することができる。
【０２２８】
また、特許文献１〜３に対しては、テーブルを必要としない、ＰＳ方式の三角波比較よりも高度に分散ができる、レベル指定までの制御方式に関係なく用いることができる、スイッチング負荷分散制御の前にセル電圧を定めておく必要がない、という利点がある。
【０２２９】
［実施形態７］
実施形態１〜６においては、常に出力期間最長のセルを優先してレベル変化させるようにフローチャートが設計されている。しかし、出力電圧１周期（基本波１周期）に対してスイッチング回数が非常に少なく、なおかつ出力電圧に同期してスイッチングを行う場合、問題を生じることがある。
【０２３０】
図２３に問題を生じるスイッチング例を示す。図２３はセル４段の例であり、相電圧が１／４周期に４回レベル変化をしており、かつ正弦波状の対称性をもって同期出力を行っている。このとき、出力期間が長い順にセルのスイッチングを行っているが、セル電圧を見比べると各セルが２周期で基本波の同じ部分を担当している。定常的に波形が続けば毎周期でセル電圧が同じ部分を担当することになる。つまり、セルの出力タイミングが各周期で固定化している。
【０２３１】
セルのＯＮ出力時には電流がキャパシタを通る経路となり、電流極性に応じて直流電圧に変動が生じる。スイッチング回数が多い場合やランダムなタイミングのスイッチングであれば、ＯＮ期間での極性が固定化されず、直流電圧は平均的に保たれやすい。しかし、セルの出力タイミングが基本波１周期で固定化する場合、セルのＯＮタイミングと電流極性が固定化してしまう。そのため、毎周期の直流電圧変動が同じ極性になり、直流電圧が０になる、あるいは上昇し続ける問題が生じる。
【０２３２】
本実施形態７はこれを避けるために、レベル変化させるセルの指定を最適からあえてずらすことで直流電圧に問題が生じないようにする。最適からずらす場合、例えばランダムなセルの選定としてしまっては、スイッチングの負荷分散の度合いが局所的に悪くなり、損失を均等化できない問題が生じる。
【０２３３】
よって、本願発明のこれまでの実施形態に変更を加えることで最適から適度にずらした制御を検討する。ここでは、実施形態６に対し簡易な変更を行う場合を説明する。
【０２３４】
まず、（３）カウンタ演算処理について述べる。図２４に本実施形態７におけるカウンタ演算処理のフローチャートを示す。このフローチャートは図７と同様に図６の（３）に対応し、（２）での分岐の結果により３種類のフローチャートが存在する。
【０２３５】
図２４を見ると、７−３Ａ−１にＰという変数が追加されている。Ｐは優先度変更スイッチであり、論理値である。
【０２３６】
７−３Ａ−１において、優先度変更スイッチＰが０か否かを判定し、優先度変更スイッチＰ＝０であれば７−３Ａ−２において実施形態６と同じくカウンタの１列目をＧに代入し、優先度変更スイッチＰ＝１であれば７−３Ａ−３において、２列目をＧに代入する。これで、ＯＦＦ期間が最も長いセルを選択する処理だけでなく２番目に長いセルを選択する処理も行えるようになる。
【０２３７】
優先度変更スイッチＰについては、基本的には０に設定し、出力期間最長を選択することで最適なスイッチング負荷分散を行う。そして、問題が生じるスイッチングとなる場合は適切に優先度変更スイッチＰを１に切り替える。例えば、基本波半周期ごとに優先度変更スイッチＰを１と０で切り替えればよい。ただし、Ｎ段構成の最大レベルである±Ｎレベルへと移行する場合は、優先度変更スイッチＰが０でないと不適切なセル指定となってしまうので注意する。
【０２３８】
７−３Ａ−４では、インデックスｉ＝１とし、７−３Ａ−５ではインデックスｉ＝２とする。７−３Ａ−５については、２列目を優先する場合は１列目の要素を変更しないため、ループを２番目から始めるということを考慮している。
【０２３９】
７−３Ａ−６〜７−３Ａ−１０については、実施形態６の６−３Ａ−３〜６−３Ａ−７と同じく、指定したセルを最終列へ移動し、それ以外を１列分詰める処理である。以上が最適からずらすカウンタ演算処理の方法となる。
【０２４０】
図２５に本実施形態７のカウンタ演算処理の動作例を示す。実施形態６をベースとしているため、図２１とほぼ同じ動作であるがＰ＝１で設定しているため、２回目のレベル変化は２列目のセル３を採用しＯＮにしている。実施形態６においてレベル変化したセルはセル３，セル２，セル４であったが、本実施形態７ではセル３，セル３，セル４となっている。本実施形態７においても出力期間の長短の関係は崩れることなく保っている。
【０２４１】
以上が本実施形態７における（３）カウンタ演算処理である。（４）ゲート信号生成処理については、図２２のまま用いることができるため、図２４，図２２を図６にて用いることで、最適からずらしたスイッチング負荷分散制御ができる。
【０２４２】
なお、ＯＦＦ→ＯＮの場合に２番目に出力期間の長いセルを設定するという方式で行ったが、ＯＮ→ＯＦＦの場合に２番目のセルを選定する方式としてもよい。また、ずらす場合に選定するセルを出力期間の長さの３番目以降のセルとしてもよい。
【０２４３】
また、実施形態６をベースにした変更でずらし方を検討したが、本制御の本質はあえて最適からずらすようセルを選択することにあり、実施形態１〜５をベースにした方式を用いてもよい。これまでの実施形態と同じく、詳細な演算方法は図２４に限らない。
【０２４４】
以上示したように、本実施形態７によれば、出力期間を格納位置で記録した配列を用いて、出力期間最大のセルを優先してレベル変化させるよう制御することでセルごとのスイッチング負荷の高度な分散を実現することができる。また、カウンタが絶えず加算されることによるオーバーフローを防止することが可能となる。
【０２４５】
また、実施形態１，３，５よりも少ないレジスタ数での実装が可能となる。さらに、実施形態１〜５よりも処理を簡略化することができる。また、基本波１周期のスイッチング回数が少ない場合の直流電圧異常を防止することができる。
【０２４６】
また、特許文献１〜３に対しては、テーブルを必要としない、最適モード時はＰＳ方式の三角波比較よりも高度に分散ができる、レベル指定までの制御方式に関係なく用いることができる、スイッチング負荷分散制御の前にセル電圧を定めておく必要がない、という利点がある。
【０２４７】
［実施形態８］
これまでの実施形態１〜７は，スイッチング負荷分散制御を実行する周期ごとに出力レベルを１変化させるか、あるいは変化させない場合を前提としていた。しかし、この制御においてはレベル指令Ｌ＊が１周期に２以上変化した場合にその周期では追従できない。
【０２４８】
直列多重インバータを駆動する場合、電圧の２段変化はモータ等の負荷でのサージ電圧を上昇し、絶縁破壊の危険が生じるため避けることが好ましいとされている。ただ、これに関してはサージ電圧を十分に考慮したＬＣフィルタを用いるなどの対策で絶縁破壊の問題を回避できる。
【０２４９】
また、多段の直列多重インバータの三角波比較ＰＷＭにおいて、基本波周波数とキャリア周波数が接近した状態で最大電圧レベルを用いる場合、電圧が一度に２段以上変化することは避けられず、２段変化を避けてゲート信号を出力すれば電圧の立ち上がりの遅れとなり、電圧誤差の原因となる。
【０２５０】
したがって、絶縁破壊の問題が生じないならば、電圧誤差の観点から、２段以上の電圧変化に対して遅れなく出力できることが望ましい。本実施形態８では、２段変化に対応するための構成を検討する。
【０２５１】
図２６に本実施形態８のスイッチング負荷分散制御のフローチャートを示す。このフローチャートは、図６と同様スイッチング負荷分散制御全体の流れを示す。入力はレベル指令Ｌ＊，出力はゲート信号ｇである。（３），（４）の構成は実施形態１〜７のものを用いる。図６からは（３）カウンタ演算処理の後に８−１，８−２が追加された点が変更されている。
【０２５２】
８−１にて出力レベルＬｏｕｔをレベル指令Ｌ＊に１つ分近づけ、Ｓ８−２で出力レベルＬｏｕｔとレベル指令Ｌ＊が等しくなったかを確認する。そして、出力レベルＬｏｕｔとレベル指令Ｌ＊が等しければ（４）ゲート信号生成処理に進み、異なれば２−２および（３）カウンタ演算処理を再び行う。このようなループを設けることで、出力レベルＬｏｕｔがレベル指令Ｌ＊に一致するまでカウンタ演算処理が繰り返し行われることになる。
【０２５３】
（３）カウンタ演算処理，（４）ゲート信号生成処理については実施形態１〜７のどれを用いてもよい。なお、（４）ゲート信号生成処理には、始めにＬｏｕｔ＝Ｌｏｕｔ＋ｓｉｇｎ（Ｌ＊−Ｌｏｕｔ）という処理がある。これは、Ｓ８−１ですでに行っているため省略してよい。ただ、出力レベルＬｏｕｔとレベル指令Ｌ＊が一致している状態で（４）ゲート信号生成処理が始まるため、処理があったとしても特に作用はなさず、省略せずとも問題は生じない。
【０２５４】
以上が、本実施形態８の構成であり、図２６によってレベル指令Ｌ＊に１制御周期で追従できるスイッチング負荷分散制御を行うことができる。また、本実施形態８は、これまでの実施形態と同様、詳細な演算方法は図２６に限らない。
【０２５５】
以上示したように、本実施形態８によれば、出力期間を格納位置で記録した配列を用いて、出力期間最大のセルを優先してレベル変化させるよう制御することでセルごとのスイッチング負荷の高度な分散を実現できる。
【０２５６】
また、実施形態６と組み合わせて用いることで、カウンタが絶えず加算されることによるオーバーフローを防止することが可能となる。また、実施形態１，３，５よりも少ないレジスタ数での実装が可能となる。また、実施形態１〜５よりも処理を簡略化できる。
【０２５７】
また、実施形態７と組み合わせて用いることで、基本波１周期のスイッチング回数が少ない場合の直流電圧異常を防止できる。また、電圧２段変化への遅れ無き追従を行うことができる。
【０２５８】
また、特許文献１〜３に対しては、テーブルを必要としない、最適モード時はＰＳ方式の三角波比較よりも高度に分散ができる、レベル指定までの制御方式に関係なく用いることができる、スイッチング負荷分散制御の前にセル電圧を定めておく必要がないという利点がある。
【０２５９】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【０２６０】
１…入力電源
２…トランス
３…電力変換部
４…負荷
５…上位制御部
６…スイッチング負荷分散制御部
【図１】
0006856099.tif 000004
【図２】
0006856099.tif 000005
【図３】
0006856099.tif 000006
【図４】
0006856099.tif 000007
【図５】
0006856099.tif 000008
【図６】
0006856099.tif 000009
【図７】
0006856099.tif 000010
【図８】
0006856099.tif 000011
【図９】
0006856099.tif 000012
【図１０】
0006856099.tif 000013
【図１１】
0006856099.tif 000014
【図１２】
0006856099.tif 000015
【図１３】
0006856099.tif 000016
【図１４】
0006856099.tif 000017
【図１５】
0006856099.tif 000018
【図１６】
0006856099.tif 000019
【図１７】
0006856099.tif 000020
【図１８】
0006856099.tif 000021
【図１９】
0006856099.tif 000022
【図２０】
0006856099.tif 000023
【図２１】
0006856099.tif 000024
【図２２】
0006856099.tif 000025
【図２３】
0006856099.tif 000026
【図２４】
0006856099.tif 000027
【図２５】
0006856099.tif 000028
【図２６】
0006856099.tif 000029
【図２７】
0006856099.tif 000030