УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ МУЛЬТИПЛЕКСНЫМ ИНВЕРТОРОМ
SERIES MULTIPLEX INVERTER CONTROL DEVICE

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления для последовательного мультиплексного инвертора, выполненного с возможностью вывода напряжения через инверторы, и, в частности, относится к управлению выравниванием потерь.
Уровень техники
[0002] Далее обсуждается система, в которой входное трехфазное переменное (АС) напряжение преобразуется в постоянное (DC) напряжение с помощью выпрямителя (преобразователя переменного тока в постоянный, AC-DC converter), и постоянное напряжение выводится через инвертор в виде переменного напряжения, имеющего желаемую частоту и желаемую амплитуду.
[0003] В такой системе может использоваться последовательный мультиплексный инвертор, в котором соединены несколько однофазных инверторов, для вывода высокого напряжения или напряжения с небольшим количеством гармоник. Последовательный мультиплексный инвертор также называется каскадным Н-мостовым инвертором или подобным образом.
[0004] Фиг. 1 показывает пример конфигурации основной цепи последовательного мультиплексного инвертора. Конфигурация на фиг. 1 включает в себя N однофазных инверторов, соединенных последовательно в каждой фазе, и способен выдавать фазное напряжение на 2N+1 уровнях. В настоящем описании эта конфигурация упоминается как N-ступенчатый последовательный мультиплексный инвертор. На фиг. 1 переменный ток преобразуется в постоянный с помощью трехфазного выпрямителя, а биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT - Isolated Gate Bipolar Transistors) образуют однофазный инвертор.
[0005] В последовательном мультиплексном инверторе каждый однофазный инвертор (далее именуемый ячейкой) может переключаться независимо, и моменты времени переключения могут комбинироваться поочередно. Таким образом, можно сформировать устройство, имеющее высокую частоту переключения в целом, при подавлении частоты переключения каждой ячейки.
[0006] Фиг. 27 представляет пример переключения последовательного мультиплексного инвертора, имеющего четырехступенчатую конфигурацию ячеек. Время переключения каждой ячейки отличается от времени переключения других ячеек, что не вызывает дисбаланса фазного напряжения, при этом фазное напряжение сохраняет синусоидальную симметричную форму волны. Частота переключения фазного напряжения равна сумме частот переключения ячеек.
[0007] В последовательном мультиплексном инверторе форма сигнала фазного напряжения может быть выражена различными схемами комбинации форм сигналов ячеек. Эта высокая степень свободы позволяет использовать различные способы управления. Однако, поскольку напряжения ячеек не могут быть однозначно определены по фазному напряжению, напряжения ячеек могут выдаваться несбалансированным образом в зависимости от выбранного способа управления.
[0008] Дисбаланс между напряжениями ячеек означает дисбаланс коммутационных потерь среди ячеек и вызывает увеличение потребляемой мощности для охлаждения и сокращение срока службы компонентов. Для предотвращения снижения КПД системы и сокращения срока службы требуется применять управление для оптимального распределения нагрузки каждой ячейки. Далее нагрузка, связанная с дисбалансом между выходными напряжениями ячейки, называется коммутационной нагрузкой каждой ячейки или просто коммутационной нагрузкой.
[0009] Были изучены практические способы управления распределением коммутационной нагрузки, и были представлены два основных направления.
[0010] Первое направление представляет собой усовершенствование способа широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с размещением фазы (Phase Disposition, PD), раскрытого в патентном документе 1. Способ PD осуществляется путем выполнения сравнения треугольных волн с использованием сигналов несущей, сдвинутых в области уровней и имеющих одинаковую фазу. В способе PD межфазное напряжение не смещается на два шага, что обеспечивает предпочтительное напряжение, подаваемое на двигатель. Однако существует проблема дисбаланса коммутационной нагрузки между ячейками. Чтобы решить эту проблему, в патентном документе 1 достигается та же форма волны фазного напряжения, что и в способе PD, со сбалансированной коммутационной нагрузкой путем распределения командного напряжения для несущих сигналов ячеек.
[0011] Второе направление представляет собой усовершенствование способа ШИМ с фазовым сдвигом (Phase Shift, PS), раскрытого в патентном документе 2. Способ PS реализован путем выполнения сравнения треугольных волн с использованием сигналов несущей, имеющих сдвинутые фазы. В способе PS коммутационная нагрузка каждой ячейки может быть распределена без дополнительного специального управления, но межфазное напряжение, вероятно, сдвинется на два шага, и возникает проблема с напряжением, подаваемым на двигатель.
[0012] Для решения этой проблемы патентный документ 2 компенсирует недостаток двухшагового сдвига межфазного напряжения, сохраняя при этом преимущество распределенной коммутационной нагрузки, путем выполнения операции сдвига несущих сигналов в соответствии с командой напряжения.
[0013] Как описано выше, что касается ШИМ со сравнением треугольных волн, традиционный подход заключается в том, чтобы применить способ распределения коммутационной нагрузки в системе управления, в которой распределение коммутационной нагрузки затруднено, или преодолеть недостаток в системе управления, в которой распределение коммутационной нагрузки простое.
[0014] Кроме того, также изучается распределение коммутационной нагрузки, отличное от ШИМ со сравнением треугольных волн. В патентном документе 3, касающемся вывода фиксированной последовательности импульсов, имеющей заданную фазу, распределение коммутационной нагрузки выполняется путем обмена командой напряжения для каждой ячейки в каждом полупериоде ШИМ при сохранении фазного выходного напряжения.
[0015] Патентные документы 1 и 2 основаны на выполнении ШИМ со сравнением треугольных волн. Например, никакие способы распределения коммутационной нагрузки каждой ячейки не изучались для случаев, когда модуляция осуществляется с помощью прямого управления крутящим моментом (Direct Torque Control, DTC), который устанавливает оптимальный уровень выхода для следования целевому крутящему моменту, или модуляция осуществляется с помощью способа фиксированной последовательности импульсов, который выводит табличный уровень синхронно с фазой фундаментальной волны.
[0016] Кроме того, в патентном документе 1 для достижения строгого распределения коммутационной нагрузки каждой ячейки требуется хранить схему распределения несущих для каждой ячейки в виде таблицы, при этом создание таблицы увеличивает стоимость.
[0017] Патентный документ 2 представляет распределение напряжения ячейки, полученное способом PS. В способе PS, когда наклон командного напряжения вблизи перехода через ноль близок к наклону сигнала несущей или превышает наклон сигнала несущей, возникает проблема, заключающаяся в том, что командное напряжение вблизи перехода через ноль, вероятно, будет постоянно пересекать сигнал несущей одной и той же ячейки и тем самым вызвать небольшой дисбаланс в коммутационной нагрузке.
[0018] Что касается патентного документа 3, требуется заранее определить выходное напряжение для каждой ячейки перед управлением распределением коммутационной нагрузки. Кроме того, он основан на обмене командами напряжения в полупериоде ШИМ, и невозможно выполнить способ управления, не основанный на цикле ШИМ, например, такой способ управления, как управление компаратором, который определяет переключение путем сравнения между целевым значением, подлежащим оценке, и пороговым значением.
[0019] Ввиду вышеизложенного, возникает проблема распределения коммутационной нагрузки между ячейками в устройстве управления для последовательного мультиплексного инвертора.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0020] Патентный документ 1: патент Японии №3316801.
Патентный документ 2: публикация заявки на патент Японии №2006-109688.
Патентный документ 3: публикация заявки на патент Японии №2006-320103.
Краткое изложение сущности изобретения
[0021] Настоящее изобретение было сделано с учетом известных проблем, описанных выше. Согласно одному аспекту настоящего изобретения, устройство управления для последовательного мультиплексного инвертора, в котором каждая из фаз включает в себя ячейки, соединенные последовательно, включает в себя: секцию управления высокого уровня, выполненную с возможностью выработки команды уровня на основе значения команды; и секцию управления распределением коммутационной нагрузки, выполненную с возможностью: хранения информации о продолжительности включенного выходного состояния (ON-output duration) для каждой из ячеек и информации о продолжительности выключенного выходного состояния (OFF-output duration) для каждой из ячеек; для схемы сдвига от включения к выключению в ячейках, выключения управляющего сигнала для одной из ячеек, у которой продолжительность включенного выходного состояния является самой большой из ячеек; и для схемы сдвига от выключения к включению в ячейках, включения управляющего сигнала для одной из ячеек, у которой продолжительность выключенного выходного состояния является наибольшей из ячеек; при этом каждая из ячеек определяется как включенная (ON), когда каждая из ячеек по выходному уровню равна уровню +1 или уровню -1; и каждая из ячеек определена как выключенная (OFF), когда выходной уровень каждой из ячеек равен нулю.
[0022] Согласно одному аспекту настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что секция управления распределением коммутационной нагрузки выполнена с возможностью: выполнения операции определения схемы на основе команды уровня и выходного уровня, при этом операция определения схемы заключается в выборе одной из схемы А, схемы В и схемы С, при этом схема А должна вызывать сдвиг от выключения к включению в ячейках, схема В должна вызывать сдвиг от включения к выключению в ячейках, и схема С не должна вызывать сдвига уровня; выполнения операции вычисления счетчика для обработки информации о продолжительности включенного выходного состояния и информации о продолжительности выключенного выходного состояния на основе выбранной схемы; и выполнения операции генерирования управляющего сигнала для генерирования управляющего сигнала на основе информации о продолжительности включенного выходного состояния и информации о продолжительности выключенного выходного состояния.
[0023] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что секция управления распределением коммутационной нагрузки выполнена с возможностью следующего: выполнение операции определения схемы на основе команды уровня и выходного уровня, при этом операция определения схемы заключается в том, чтобы выбрать одну из схемы А, схемы В и схемы С, при этом схема А должна вызывать сдвиг от выключения к включению в ячейках, схема В должна вызывать сдвиг от включения к выключению в ячейках, и схема С не должна вызывать сдвига уровня; выполнение операции вычисления счетчика для обработки информации о продолжительности включенного выходного состояния и информации о продолжительности выключенного выходного состояния на основании выбранной схемы; повторение операции вычисления счетчика, когда команда уровня и выходной уровень отличаются друг от друга на два или более уровня; и выполнение операции генерирования управляющего сигнала для генерирования управляющего сигнала на основе информации о продолжительности включенного выходного состояния и информации о продолжительности выключенного выходного состояния.
[0024] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что операция вычисления счетчика осуществляется посредством следующего: предоставление счетчика включения (ON-counter) в качестве информации о продолжительности включенного выходного состояния и счетчика выключения (OFF-counter) в качестве информации о продолжительности выключенного выходного состояния для каждой из ячеек, при этом значение счетчика включения указывает продолжительность выходного состояния, и значение счетчика выключения указывает продолжительность выходного состояния; для схемы А, установка в ноль счетчика выключения одной из ячеек, счетчик выключения которой является самым большим из ячеек, установка в 1 счетчика включения одной из ячеек, счетчик выключения которой является самым большим из всех ячеек, увеличение счетчика включения каждой из ячеек, счетчик включения которой имеет положительное значение, и увеличение счетчика выключения каждой из ячеек, счетчик выключения которой имеет положительное значение; для схемы В, установка в ноль счетчика включения одной из ячеек, счетчик включения которой является наибольшим из ячеек, установка в 1 счетчика выключения одной из ячеек, счетчик включения которой является наибольшим из всех ячеек, увеличение счетчика включения каждой из ячеек, счетчик включения которой имеет положительное значение, и увеличение счетчика выключения каждой из ячеек, счетчик выключения которой имеет положительное значение; и для схемы С, увеличение счетчика включения каждой из ячеек, счетчик включения которой имеет положительное значение, и увеличение счетчика выключения каждой из ячеек, счетчик выключения которой имеет положительное значение; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала для включения каждой из ячеек, счетчик включения которой является положительным, и генерирования управляющего сигнала для выключения каждой из ячеек, счетчик включения которой равен нулю.
[0025] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что операция вычисления счетчика осуществляется посредством следующего: предоставление счетчика для каждой из ячеек, при этом абсолютное значение счетчика указывает продолжительность выходного состояния, при этом счетчик указывает включенное выходное состояние, когда счетчик положительный, и счетчик указывает выключенное выходное состояние, когда счетчик отрицательный; для схемы А, установка в 1 счетчика одной из ячеек, счетчик которой является наименьшим из ячеек, увеличение счетчика каждой из ячеек, счетчик которой имеет положительное значение, и уменьшение счетчика каждой из ячеек, счетчик которой имеет отрицательное значение; для схемы В, установка в -1 счетчика одной из ячеек, счетчик которой является самым большим из ячеек, увеличение счетчика каждой из ячеек, счетчик которой имеет положительное значение, и уменьшение счетчика каждой из ячеек, счетчик которой имеет отрицательное значение; и для схемы С, увеличение счетчика каждой из ячеек, счетчик которой имеет положительное значение, и уменьшение счетчика каждой из ячеек, счетчик которой имеет отрицательное значение; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала, чтобы включить каждую из ячеек, счетчик которой является положительным, и генерирования управляющего сигнала, чтобы выключить каждую из ячеек, счетчик которой является отрицательным.
[0026] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что операция вычисления счетчика осуществляется посредством следующего: предоставление счетчика включения в качестве информации о продолжительности включенного выходного состояния и счетчика выключения в качестве информации о продолжительности выключенного выходного состояния для каждой из ячеек, при этом значение счетчика включения указывает продолжительность выходного состояния, и значение счетчика выключения указывает продолжительность выходного состояния; для схемы А, установка в ноль счетчика выключения одной из ячеек, счетчик выключения которой является самым большим из ячеек, установка в 1 счетчика включения одной из ячеек, счетчик выключения которой является самым большим из всех ячеек, и увеличение счетчика включения каждой из ячеек, счетчик включения которой имеет положительное значение; для схемы В, установка в ноль счетчика включения одной из ячеек, счетчик включения которой является наибольшим из ячеек, установка в 1 счетчика выключения одной из ячеек, счетчик включения которой является наибольшим из всех ячеек, и увеличение счетчика выключения каждой из ячеек, счетчик выключения которой имеет положительное значение; и для схемы С, не выполнение никаких операций; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала для включения каждой из ячеек, счетчик включения которой положительный, и генерирования управляющего сигнала для выключения каждой из ячеек, счетчик включения которой равен нулю.
[0027] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что операция вычисления счетчика осуществляется посредством следующего: предоставление счетчика для каждой из ячеек, при этом абсолютное значение счетчика указывает продолжительность выходного состояния, при этом счетчик указывает включенное выходное состояние, когда счетчик является положительным, и счетчик указывает выключенное выходное состояние, когда счетчик является отрицательным; для схемы А, установка в 1 счетчика одной из ячеек, счетчик которой является наименьшим из ячеек, и увеличение счетчика каждой из ячеек, счетчик которой имеет положительное значение; для схемы В, установк в -1 счетчика одной из ячеек, счетчик которой является наибольшим из ячеек, и уменьшение счетчика каждой из ячеек, счетчик которой имеет отрицательное значение; и для схемы С, не выполнение никаких операций; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала для включения каждой из ячеек, счетчик которой является положительным, и генерирование управляющего сигнала для выключения каждой из ячеек, счетчик которой является отрицательным.
[0028] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что: операция вычисления счетчика осуществляется путем следующего: предоставление счетчика включения в качестве информации о продолжительности включенного выходного состояния и счетчика выключения в качестве информации о продолжительности выключенного выходного состояния, при этом счетчик включения представляет собой массив, в котором каждая из ячеек, находящихся во включенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности включенного выходного состояния, и счетчик выключения представляет собой массив, в котором каждая из ячеек, находящихся в выключенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности выключенного выходного состояния; для схемы А, перемещение одной из ячеек, расположенных в счетчике выключения, чья продолжительность выключенного выходного состояния является наибольшей из ячеек, в позицию, следующую за последней из ячеек в счетчике включения, и сдвиг на один столбец оставшихся ячеек, расположенных в счетчике выключения, в направлении увеличения продолжительности выключенного выходного состояния; для схемы В, перемещение одной из ячеек, расположенных в счетчике включения, чья продолжительность включенного выходного состояния является наибольшей из ячеек, в позицию, следующую за последней из ячеек в счетчике выключения, и сдвиг на один столбец оставшихся ячеек, расположенных в счетчике включения, в направлении увеличения продолжительности включенного выходного состояния; и для схемы С, не выполнение никаких операций; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала для включения каждой из ячеек, расположенных в счетчике включения, и генерирования управляющего сигнала для выключения каждой из ячеек, не расположенных в счетчике включения.
[0029] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что операция вычисления счетчика осуществляется посредством следующего: предоставления счетчика в качестве информации о продолжительности включенного выходного состояния и информации о продолжительности выключенного выходного состояния, при этом счетчик представляет собой массив, включающий в себя область выключенного состояния (OFF-region) и область включенного состояния (ON-region), при этом каждая из ячеек, находящихся в выключенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности выключенного выходного состояния в области выключенного состояния, и каждая из ячеек, находящихся во включенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности включенного выходного состояния в области включенного состояния; для схемы А, перемещение одной из ячеек, расположенных в области выключенного состояния, чья продолжительность выключенного выходного состояния является наибольшей из ячеек, в замыкающее положение в области включенного состояния, сдвиг на один столбец оставшихся ячеек в направлении, в котором продолжительность выходного состояния увеличивается, и сдвиг границы между областью выключенного состояния и областью включенного состояния в направлении уменьшения области выключенного состояния на единицу и увеличения области включенного состояния на единицу; для схемы В, сдвиг границы между областью выключенного состояния и областью включенного состояния в направлении увеличения области выключенного состояния на единицу и уменьшения области включенного состояния на единицу; и для схемы С, не выполнение никаких операций; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала для включения каждой из ячеек, расположенных в области включенного состояния, и генерирования управляющего сигнала для выключения каждой из ячеек, не расположенных в области включенного состояния.
[0030] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что операция вычисления счетчика осуществляется посредством следующего: предоставление счетчика в качестве информации о продолжительности включенного выходного состояния и информации о продолжительности выключенного выходного состояния, при этом счетчик представляет собой массив, включающий в себя область выключенного состояния и область включенного состояния, при этом каждая из ячеек, находящихся в выключенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности выключенного выходного состояния в области выключенного состояния, и каждая из ячеек, находящихся во включенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности включенного выходного состояния в области включенного состояния; для схемы А, сдвиг границы между областью выключенного состояния и областью включенного состояния в направлении увеличения области включенного состояния на единицу и уменьшения области выключенного состояния на единицу; для схемы В, перемещение одной из ячеек, расположенных в области включенного состояния, чья продолжительность включенного выходного состояния является наибольшей из ячеек, в замыкающее положение в области выключенного состояния, сдвиг на один столбец оставшихся ячеек в направлении, в котором продолжительность выходного состояния увеличивается, и сдвиг границы между областью выключенного состояния и областью включенного состояния в направлении уменьшения области включенного состояния на единицу и увеличения области выключенного состояния на единицу; и для схемы С, не выполнение никаких операций; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала для включения каждой из ячеек, расположенных в области включенного состояния, и генерирование управляющего сигнала для выключения каждой из ячеек, не расположенных в области включенного состояния.
[0031] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения устройство управления сконфигурировано таким образом, что операция вычисления счетчика осуществляется посредством следующего: предоставление счетчика в качестве информации о продолжительности включенного выходного состояния и информации о продолжительности выключенного выходного состояния, при этом счетчик представляет собой массив, включающий в себя область выключенного состояния и область включенного состояния, при этом каждая из ячеек, находящихся в выключенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности выключенного выходного состояния в области выключенного состояния, и каждая из ячеек, находящихся во включенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности включенного выходного состояния в области включенного состояния; для схемы А, когда переключатель изменения приоритета установлен на ноль, перемещение одной из ячеек, расположенных в области выключенного состояния, чья продолжительность выключенного выходного состояния является наибольшей из ячеек, в замыкающее положение в области включенного состояния, когда переключатель изменения приоритета установлен на 1, перемещение одой из ячеек, расположенных в области выключенного состояния, чья продолжительность выключенного выходного состояния является второй по величине из ячеек, в замыкающее положение в области включенного состояния, и сдвиг оставшихся ячеек в направлении, в котором продолжительность выходного состояния увеличивается, и сдвиг границы между областью выключенного состояния и областью включенного состояния в направлении уменьшения области выключенного состояния на единицу и увеличения области включенного состояния на единицу; для схемы В, сдвиг границы между областью выключенного состояния и областью включенного состояния в направлении увеличения области выключенного состояния на единицу и уменьшения области включенного состояния на единицу; и для схемы С, не выполнение никаких операций; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала для включения каждой из ячеек, расположенных в области включенного состояния, и генерирования управляющего сигнала для выключения каждой из ячеек, не расположенных в области включенного состояния.
[0032] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано таким образом, что операция вычисления счетчика осуществляется посредством следующего: предоставление счетчика в качестве информации о продолжительности включенного выходного состояния и информации о продолжительности выключенного выходного состояния, при этом счетчик представляет собой массив, включающий в себя область выключенного состояния и область включенного состояния, при этом каждая из ячеек, находящихся в выключенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности выключенного выходного состояния в области выключенного состояния, и каждая из ячеек, находящихся во включенном состоянии, расположена в порядке убывания продолжительности включенного выходного состояния в области включенного состояния; для схемы А, сдвиг границы между областью выключенного состояния и областью включенного состояния в направлении увеличения области включенного состояния на единицу и уменьшения области выключенного состояния на единицу; для схемы В, когда переключатель изменения приоритета установлен в ноль, перемещение одной из ячеек, расположенных в области включенного состояния, чья продолжительность включенного выходного состояния является наибольшей из ячеек, в замыкающее положение в области выключенного состояния, когда переключатель изменения приоритета установлен в 1, перемещение одой из ячеек, расположенных в области включенного состояния, чья продолжительность включенного выходного состояния является второй по величине из ячеек, в замыкающее положение в области выключенного состояния, и сдвиг на один столбец оставшихся ячеек в направлении, в котором продолжительность выходного состояния увеличивается, и сдвиг границы между областью выключенного состояния и областью включенного состояния в направлении уменьшения области включенного состояния на единицу и увеличения области выключенного состояния на единицу; и для схемы С, не выполнение никаких операций; и операция генерирования управляющего сигнала осуществляется посредством генерирования управляющего сигнала для включения каждой из ячеек, расположенных в области включенного состояния, и генерирования управляющего сигнала для выключения каждой из ячеек, не расположенных в области включенного состояния.
[0033] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство управления сконфигурировано так, что секция управления распределением коммутационной нагрузки выполнена таким образом, чтобы при заранее заданном условии для схемы, вызывающей сдвиг из включенного состояния в выключенное в ячейках, выключать управляющий сигнал для одной из ячеек, чья продолжительность включенного выходного состояния не является самой большой из ячеек, а для схемы, вызывающей сдвиг из выключенного состояния во включенное в ячейках, включать управляющий сигнал для одной из ячеек, чья продолжительность выключенного выходного состояния не самая большая из ячеек.
[0034] Согласно настоящему изобретению можно распределить коммутационную нагрузку между ячейками в устройстве управления последовательного мультиплексного инвертора.
Краткое описание чертежей
[0035] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение, показывающее пример конфигурации основной цепи последовательного мультиплексного инвертора.
Фиг. 2 представляет собой структурную схему, показывающую конфигурацию системы согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 представляет собой структурную схему, показывающую секцию управления высокого уровня.
Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение, показывающее определение каждой ячейки.
Фиг. 5 представляет собой пояснительную схему, показывающую сдвиги состояния напряжения ячейки.
Фиг. 6 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс, выполняемый секцией управления распределением коммутационной нагрузки согласно вариантам осуществления с первого по седьмой.
Фиг. 7 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс вычисления счетчика согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 8 представляет собой графическое представление, показывающее пример процесса вычисления счетчика согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 9 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс генерирования управляющего сигнала согласно вариантам осуществления с первого по четвертый.
Фиг.10 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс вычисления счетчика согласно второму варианту осуществления.
Фиг. 11 представляет собой графическое представление, показывающее пример процесса вычисления счетчика согласно второму варианту осуществления.
Фиг. 12 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс вычисления счетчика согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 13 представляет собой графическое представление, показывающее пример процесса вычисления счетчика согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 14 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс вычисления счетчика согласно четвертому варианту осуществления.
Фиг. 15 представляет собой графическое представление, показывающее пример процесса вычисления счетчика согласно четвертому варианту осуществления.
Фиг. 16 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс вычисления счетчика согласно пятому варианту осуществления.
Фиг. 17 представляет собой графическое представление, показывающее пример процесса вычисления счетчика согласно пятому варианту осуществления.
Фиг. 18 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс генерирования управляющего сигнала согласно пятому варианту осуществления.
Фиг. 19 является пояснительной схемой, показывающей концепцию счетчика согласно шестому варианту осуществления.
Фиг. 20 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс вычисления счетчика согласно шестому варианту осуществления.
Фиг. 21 представляет собой графическое представление, показывающее пример процесса вычисления счетчика согласно шестому варианту осуществления.
Фиг. 22 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс генерирования управляющего сигнала согласно шестому и седьмому вариантам осуществления.
Фиг. 23 представляет собой графическое представление, показывающее пример переключения, при котором напряжения на элементах не изменяются между циклами.
Фиг. 24 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс вычисления счетчика согласно седьмому варианту осуществления.
Фиг. 25 представляет собой графическое представление, показывающее пример поведения процесса вычисления счетчика согласно седьмому варианту осуществления.
Фиг. 26 представляет собой блок-схему алгоритма, показывающую процесс управления распределением коммутационной нагрузки согласно восьмому варианту осуществления.
Фиг. 27 является диаграммой, показывающей пример взаимосвязи между фазным напряжением и напряжениями ячейки в последовательном мультиплексном инверторе.
Варианты осуществления изобретения
[0036] Настоящее изобретение предназначено для управления последовательным мультиплексным инвертором. Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение, показывающее конфигурацию основной цепи типичного последовательного мультиплексного инвертора. Фиг. 1 показывает просто пример последовательного мультиплексного инвертора, и настоящее изобретение может быть применено к последовательному мультиплексному инвертору, сконфигурированному по-другому. Далее, со ссылкой на фиг. 1, предполагается, что последовательный мультиплексный инвертор имеет N ступеней ячеек.
1
N
1
N
1
N
[0037] На фиг. 1 последовательный мультиплексный инвертор включает в себя входной источник 1 питания, трансформатор 2 и блок 3 преобразования электрической мощности. В блоке 3 преобразования электрической мощности Ν (N≥2) ячеек U-U, V-V, W-W соединены последовательно в каждой фазе.
1
N
1
N
1
N
[0038] Каждая ячейка U-U, V-V, W-W включает в себя схему 13 выпрямителя, в которой диоды соединены мостом; секцию 14 связи постоянного тока, включающую в себя конденсатор С; и секцию 15 инвертора, в которой переключающие элементы соединены мостом.
1
N
1
N
N
1
1
1
N
N
N
U
UV
[0039] Сторона схемы 13 выпрямителя каждой ячейки U-U, V-V, W1-W подключена к трансформатору 2, а сторона секции 15 инвертора соединена последовательно в каждой фазе. Ячейки U, V, W каждой фазы соединены друг с другом. Кроме того, ячейка U, V, W каждой фазы подключена к нагрузке (двигатель, нагрузка LR и т.д.). На фиг. 1 фазное напряжение U-фазы обозначено V, а межфазное напряжение между U-фазой и V-фазой обозначено V.
[0040] На фиг. 2 представлена схема конфигурации системы согласно настоящему изобретению. Фиг. 2 показывает систему, которая управляет последовательным мультиплексным инвертором (секция 3 преобразования электрической мощности) на основе значения команды, подаваемой с панели управления и т.п., чтобы управлять током и частотой в нагрузке 4, такой как двигатель.
[0041] Значение cmd команды и измеренный электрический ток idet вводятся в секцию 5 управления высокого уровня, которая выводит команду уровня L* на основе управления согласно фиг.3, как описано ниже. Команда уровня L* вводится в секцию 6 управления распределением коммутационной нагрузки, которая выдает управляющий сигнал g с учетом распределения коммутационной нагрузки между ячейками. На основании управляющего сигнала g осуществляется переключение последовательного мультиплексного инвертора (секции 3 преобразования электрической мощности). В качестве значения команды cmd, значение команды, такое как команда электрического тока или команда скорости, вводится в соответствии с конфигурацией секции 5 управления высокого уровня.
[0042] Настоящая система имеет типичную конфигурацию с использованием управления распределением коммуникационной нагрузки, которое не ограничивается фиг. 2. Например, измеренный электрический ток может не вводиться в секцию 5 управления высокого уровня; информация о положении нагрузки (двигателя) 4 может быть возвращена в секцию 5 управления высокого уровня; значение команды может включать в себя множество значений команды, таких как команда тока по оси d и команда скорости; и отдельное управление может быть добавлено в качестве этапа, следующего за секцией 6 управления распределением коммутационной нагрузки, для генерирования управляющего сигнала, при этом отдельное управление не ухудшает эффект распределения коммутационной нагрузки.
[0043] На фиг. 3 показан пример конфигурации секции 5 управления высокого уровня, показанной на фиг. 2. На фиг. 3 показана схема управления электрическим током без датчика положения. Часть 7 преобразования двухфазного сигнала в трехфазный выполняет преобразование UVW/dq для преобразования измеренного электрического тока idet. Часть 8 вычитания вычисляет разницу между значением cmd команды и измеренным электрическим током idet после преобразования UVW/dq. ACR (автоматический регулятор тока) 9 выполняет PI-управление и т.п.на основе разности, вычисленной частью 8 вычитания, и выводит команду Vdq* напряжения по оси dq.
[0044] Затем часть 11 наложения промежуточного напряжения выполняет преобразование dq/UVW и наложение промежуточного напряжения на команду Vdq* напряжения по оси dq для генерирования команды Vuvw* напряжения по оси UVW. Часть 12 ШИМ-модуляции генерирует команду уровня L* на основе сравнения между командой Vuvw* напряжения оси UVW и сигналами несущей и выводит команду уровня L*.
[0045] Часть 10 оценки фазы вычисляет расчетную фазу θest для преобразования координат на основе измеренного по оси dq электрического тока idet и команды Vdq* напряжения по оси dq. Например, вычисление расчетной фазы осуществляется комбинацией оценки угловой скорости на основе параметров модели и фазовой автоподстройки частоты (Phase Locked Loop, PLL).
[0046] Конфигурация на фиг. 3 является просто примером, и управление может быть сконфигурировано произвольно, пока команда уровня L* передается секции 6 управления распределением коммутационной нагрузки. То есть, секция 5 управления высокого уровня может быть сконфигурирована для выполнения управления скоростью, управления положением или управление электрическим током с датчиком. Кроме того, бездатчиковое управление током может быть сконфигурировано по-другому, без наложения промежуточного напряжения, или может быть сконфигурировано для установки команды L* уровня с помощью способа, отличного от сравнения треугольных волн.
[0047] Существует способ управления, который напрямую получает управляющий сигнал из ШИМ со сравнением треугольных волн. Однако здесь предполагается, что только уровень фазного напряжения определяется сравнением треугольных волн. Если конфигурация самого ШИМ со сравнением треугольных волн не может быть изменена, управляющий сигнал может быть получен и затем преобразован в команду уровня L* с учетом конфигурации схемы.
[0048] Следующие варианты осуществления с первого по восьмой описаны с механизмом определения управляющего сигнала для одной фазы последовательного мультиплексного инвертора. Однако настоящее изобретение нацелено на системы, не ограничивающиеся одной фазой. При использовании в фактическом управлении, управление в соответствии с каждым из вариантов осуществления с первого по восьмой выполняется для всех фаз в соответствии с конфигурацией схемы для определения всех управляющих сигналов.
[0049] Кроме того, в последовательном мультиплексном инверторе предусмотрен буферный период (мертвое время) в управляющем сигнале для предотвращения короткого замыкания однофазного инвертора каждой ячейки. Несмотря на то, что его описание опущено в настоящем описании, управление на самом деле обеспечивается с использованием мертвого времени, надлежащим образом предусмотренного на последующем этапе секции 6 управления распределением коммутационной нагрузки.
[0050] Для описания работы варианта осуществления, ячейка однофазного инвертора определяется следующим образом. На фиг. 4 показано определение ячейки. Трансформатор 2 и схема 13 выпрямителя являются механизмами для надлежащей изоляции входного источника 1 питания и генерирования напряжения постоянного тока в последовательном мультиплексном инверторе, показанном на фиг. 1. Поскольку они не имеют прямого отношения к цели настоящего изобретения, их конфигурация описана в упрощенной форме. Каждый переключающий элемент в этом управлении можно рассматривать как идеальный переключатель. Соответственно, предполагаются идеальные переключатели от g1 до g4. Относительно взаимосвязи между работой идеальных переключателей g1-g4 и уровнем напряжения ячейки vcell [уровень] можно выразить математическим выражением (1), учитывая полярность конденсатора, точку соединения линии, ведущей к нейтральной точке, и точку подключения линии, ведущей к нагрузке.
[0051]
[0052] В настоящем описании обозначение «giX» представляет управляющий сигнал в i-й ячейке, где X(1≤X≤4, X - натуральное число) обозначает один из идеальных переключателей от g1 до g4 на фиг. 4. Например, g82 представляет управляющий сигнал, соответствующий идеальному переключателю g2 на фиг. 4 в восьмой ячейке соответствующей фазы.
[0053] Затем, если нет запроса на двухшаговый сдвиг напряжения в ячейке, можно предположить, что уровень напряжения ячейки vcell смещается в состояния, показанные на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, уровень напряжения ячейки vcell смещается с нулевого уровня на уровень +1 или уровень -1. В настоящем описании, когда уровень напряжения ячейки vcell находится на нулевом уровне, считается, что ячейка выключена, а когда уровень напряжения ячейки находится на уровне ±1, считается, что ячейка включена.
[0054] В нижеследующем описании вариантов осуществления с первого по восьмой используются такие выражения как счетчик включения и счетчик выключения, где «включение» и «выключение» в этой терминологии соответствуют «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на фиг. 5. Далее подробно описывается устройство управления последовательным мультиплексным инвертором в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения с первого по восьмой.
[0055] <Первый вариант осуществлений> Далее описывается политика способа распределения коммутационной нагрузки каждой ячейки. Коммутационная нагрузка каждой ячейки не сбалансирована в условиях, когда конкретная ячейка не переключается в течение длительного времени, или в условиях, когда конкретная ячейка часто переключается за короткое время.
[0056] Соответственно, коммутационная нагрузка может быть распределена путем управления таким образом, чтобы ни одна ячейка не оставалась не переключенной в течение длительного времени, и ни одна ячейка не переключалась в течение короткого времени. Например, это означает, что. когда ячейка А назначена и сдвинута по уровню для сдвига уровня фазного напряжения, не должно быть никакой ячейки (называемой ячейкой В), которая продолжает иметь то же выходное состояние, что и ячейка А, в течение более длительного периода времени.
[0057] Если ячейка В не назначена, частота переключения ячейки В относительно понижена среди всех ячеек, так что частота переключения ячейки А относительно повышена, поскольку ячейка А выбрана, даже если ячейка А имеет наибольшую продолжительность выходного состояния. Следовательно, для сдвига уровня фазного напряжения назначается и сдвигается по уровню ячейка, имеющая наибольшую продолжительность выходного состояния. Это дает возможность распределить коммутационную нагрузку каждой ячейки.
[0058] Выполняя блок-схему алгоритма на фиг.6, в секции 6 управления распределением коммутационной нагрузки, коммутация может быть распределена между ячейками последовательного мультиплексного инвертора. Далее описывается блок-схема алгоритма на фиг. 6. В блок-схеме на фиг. 6, вводится команда уровня L* и выводится управляющий сигнал g. Фиг. 6 показывает общую блок-схему работы секции 6 управления распределением коммутационной нагрузки, при этом конфигурация фиг.6 является общей для вариантов осуществления с первого по седьмой. Операции (3) и (4) конфигурируются по-разному в каждом варианте осуществления. В первом варианте осуществления операция (3) вычисления счетчика на фиг. 6 соответствует фиг. 7, и операция (4) генерирования управляющего сигнала на фиг.6 соответствует фиг. 9.
(1) Ввести команду уровня L*,
(2) Выполнить операцию определения схемы для определения схемы работы счетчика путем наблюдения за изменениями команды L* уровня по отношению к выходному уровню Lout,
(3) Выполнить операцию вычисления счетчика, чтобы выровнять продолжительность выходного состояния; при этом выполнить другую операцию в зависимости от схемы, определяемой посредством (2),
(4) Выполнить операцию генерирования управляющего сигнала для генерирования управляющего сигнала со ссылкой на значение счетчика, и
(5) Вывести сигнал управления.
[0059] С помощью операций (1)-(5) коммутационная нагрузка каждой ячейки может быть распределена.
[0060] Далее следует описание операции (2) определения схемы. Для сдвига уровня фазного напряжения необходимо назначить ячейку как ячейку, которая должна быть сдвинута по уровню, учитывая, что ячейка может выдавать только уровни +1, 0, -1. Например, при сдвиге фазного напряжения с уровня +2 на уровень +3, если ячейка, выдающая уровень +1, назначена как ячейка, уровень которой должен быть сдвинут, выход ячейки не может быть установлен на уровень +2, и фазное напряжение не может быть поднято до уровня +3. В этом случае назначение ячейки недействительно. Таким образом, назначение ячейки должно быть сделано осмотрительно.
[0061] Посредством операции (2) определения схемы, имеют место следующие три типа разветвления для назначения соответствующей одной из ячеек.
(A) Сдвиг уровня со сдвигом ячейки от выключения к включению,
(B) Сдвиг уровня со сдвигом ячейки от включения к выключению, и
(C) Без сдвига уровня.
При ветвлении по этим трем типам можно предотвратить недействительное назначение ячейки. На этапе 2-1 на фиг.6 определяется, равна ли команда уровня L* выходному уровню Lout. Когда команда уровня L* не равна выходному уровню Lout, процесс переходит к этапу 2-2 на фиг. 6. Когда команда уровня L* равна выходному уровню Lout, процесс переходит к (3)-С на фиг. 6. Таким образом, можно определить, удовлетворяется ли (С) «отсутствие сдвига уровня». Выходной уровень Lout представляет собой выдаваемый в настоящий момент уровень фазного напряжения, который обновляется операцией (4) генерирования управляющего сигнала.
[0062] На этапе 2-2 на фиг. 6 сравнивают абсолютное значение команды уровня L* и абсолютное значение выходного уровня Lout. Когда абсолютное значение команды уровня L* больше, процесс переходит к (3)-А. Когда абсолютное значение команды уровня L* меньше, процесс переходит к (3)-В. Для (3)-А и (3)-В достаточно проверить, должно ли фазное напряжение сместиться от нулевого уровня или сместиться к нулевому уровню, так что разветвление определяется сравнением по величине абсолютного значения команды уровня L* и абсолютного значения выходного уровня Lout.
[0063] Далее следует описание операции (3) вычисления счетчика. Счетчик включения и счетчик выключения подготавливают как счетчики. Каждый счетчик имеет N столбцов, соответствующих количеству ступеней N ячеек, где номера столбцов соответствуют ячейкам. Счетчик включения указывает продолжительность, когда соответствующая ячейка находится во включенном выходном состоянии, а счетчик выключения указывает продолжительность, когда соответствующая ячейка находится в выключенном выходном состоянии.
[0064] Значение каждого счетчика указывает величину продолжительности выходного состояния, при этом по мере увеличения значения увеличивается продолжительность выходного состояния. Значение счетчика представляет собой целое число 0 или более, при этом, когда вывод не выполняется, значение счетчика равно 0. Например, когда вторая ячейка находится во включенном выходном состоянии, положительное значение сохраняется во втором столбце счетчика включения, а ноль хранится во втором столбце счетчика выключения.
[0065] Далее обсуждается коммутационное распределение нагрузки с использованием счетчиков на основе правил, описанных выше. Фиг. 7 показывает блок-схему операции (3) вычисления счетчика согласно первому варианту осуществления. Эта блок-схема алгоритма соответствует части (3) на фиг. 6, и существует три типа схем А, В и С в зависимости от результата ветвления посредством операции (2) определения схемы. В этой блок-схеме обработка счетчика и увеличение счетчика выполняются в соответствии с выбранной схемой сдвига уровня. Операция счетчика выполняется в случаях А, В и С следующим образом.
[0066] <Случай (3)-А (ВЫКЛ->ВКЛ)> На этапе 1-3А-1 выбирается максимальный Coff счетчиков выключения. Эта операция выбирает ячейку с наибольшей продолжительностью выключенного выходного состояния.
[0067] На этапе 1-3А-2 счетчик включения выбранной ячейки устанавливается равным нулю. Кроме того, счетчик включения выбранной ячейки в столбце, соответствующем выбранному счетчику выключения, устанавливается в 1. Эта операция сдвигает уровень выбранной ячейки. Кроме того, при установке Con счетчика включения ячейки в 1 продолжительность выходного состояния этой ячейки всегда будет самой малой из ячеек во включенном выходном состоянии.
[0068] От 1-3А-3 до 1-3А-7 значение каждого положительного счетчика увеличивается. Счетчик, значение которого равно нулю, сохраняется неизменным. Это операция по увеличению значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния. Для 1-3А-4 и 1-3А-5 введена знаковая функция, указывающая, что при положительном значении она увеличивается, а при равном нулю не изменяется. Знаковая функция «знак» определяется математическим выражением (2). В настоящем описании каждый «знак ()» относится к функции знака, определяемой математическим выражением (2).
[0069]
[0070] В частности, на этапе 1-3А-3 индекс i устанавливается равным 1. На этапе 1-3А-4, когда Con[i] счетчика включения индекса i положительный, Con[i] счетчика включения увеличивается, и когда Con[i] счетчика включения равен нулю, Con[i] счетчика включения не изменяется. На этапе 1-3А-5, когда Coff[i] счетчика выключения индекса i положителен, Coff[i] счетчика выключения увеличивается, а когда Coff[i] счетчика выключения равен нулю, Coff[i] счетчика выключения не изменяется. В 1-3А-6 индекс i устанавливается равным i+1. В 1-3А-7 определяется, индекс i меньше или равен N. Когда индекс i меньше или равен N, процесс возвращается к 1-3А-4, и когда индекс i больше N, операция (3)-А завершается.
[0071] <Случай (3)-В (ВКЛ->ВЫКЛ)> На этапе 1-3В-1 из Con счетчиков включения выбирается максимальный. Эта операция выбирает ячейку с наибольшей продолжительностью включенного выходного состояния.
[0072] На этапе 1-3В-2 Con счетчика включения выбранной ячейки устанавливается на ноль. Кроме того, Coff счетчика выключения выбранной ячейки в столбце, соответствующем выбранному счетчику ВКЛ, устанавливается на 1. Эта операция сдвигает уровень выбранной ячейки. Кроме того, при установке Coff счетчика выключения ячейки в 1 продолжительность выходного состояния этой ячейки всегда будет самой короткой из ячеек в выключенном выходном состоянии.
[0073] От 1-3В-3 до 1-3В-7 положительное значение каждого счетчика увеличивается, как и в случае (3)-А. Счетчик, значение счетчика которого равно нулю, сохраняется неизменным. Это операция по увеличению значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния.
[0074] <Случай (3)-С (без сдвига уровня)> На этапах 1-3С-1 - 1-3С-5 увеличивается каждый счетчик, значение которого положительное. Каждый счетчик, значение которого равно нулю, сохраняется неизменным. Это операция по увеличению значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния.
[0075] Фиг. 8 показывает пример операции (3) вычисления счетчика согласно первому варианту осуществления, в котором предполагаются четыре ступени ячеек. Как описано выше, когда уровень сдвигается, сдвиг уровня выражается назначением счетчиков. В любом случае А, В и С каждый счетчик увеличивается, чтобы отразить продолжительность выходного состояния.
[0076] Первый сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг ВКЛ->ВЫКЛ, который осуществляется операцией (3)-В. Выбирается ячейка 2 с максимальным Con счетчика включения, так что Con[2] счетчика включения ячейки 2 устанавливается в ноль, a Coff[2] счетчика выключения устанавливается в 2.
[0077] Затем, второй сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг ВЫКЛ->ВКЛ, который осуществляется операцией (3)-А. Выбирается ячейка 4, имеющая максимальное значение Coff счетчика выключения, Coff[4] счетчика выключения ячейки 4 устанавливается на ноль, a Con[4] счетчика включения устанавливается на 2.
[0078] Третий сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг ВКЛ->ВЫКЛ, который осуществляется операцией (3)-В. Выбирается ячейка 3, имеющая максимальное значение Con счетчика включения, так что Соп[3] счетчика включения ячейки 3 устанавливается на ноль, a Coff[3] счетчика выключения устанавливается на 2. В первом варианте осуществления, инкрементирование выполняется сразу после назначения, так что счетчик начинает считать с 2 после сдвига уровня. Следует отметить, что постоянно сохраняется взаимосвязь, при которой по мере увеличения значения счетчика увеличивается продолжительность выходного состояния ячейки.
[0079] Далее следует описание операции (4) генерирования управляющего сигнала. Фиг. 9 показывает блок-схему операции генерирования управляющего сигнала согласно первому варианту осуществления. Эта блок-схема алгоритма соответствует (4) на фиг. 6. N - количество ступеней ячейки, Loutz - предыдущий уровень выхода, Conz - предыдущее значение счетчика включения, K - логическое значение, определяющее режим нулевого уровня, giX - элемент переключения X в однофазном инверторе ячейки i-й ступени (1≤i≤N, 1≤Х≤4, i и Х - натуральные числа).
[0080] Во-первых, выходной уровень Lout обновляется на основании команды уровня L*. Обновление осуществляется следующим образом. При сдвиге уровня один счетчик изменяется посредством (3), так что выходной уровень Lout приближается к команде уровня L* на один шаг. Когда сдвиг уровня отсутствует, выходной уровень Lout не изменяется. На этапе 1-4-1 обновление выражается добавлением выхода функции знака разности между командой уровня L* и выходным уровнем Lout к выходному уровню Lout.
[0081] Затем уровень каждой ячейки определяется следующим образом. Когда Con счетчика включения ячейки имеет положительное значение, ячейка включается (1-4-3). Таким образом, ячейка устанавливается на уровень ± 1, а положительный/отрицательный знак уровня устанавливается таким же, как и у выходного уровня Lout (1-4-6). Когда Con счетчика включения ячейки равен нулю, ячейка выключается (1-4-3). Таким образом, ячейка устанавливается на нулевой уровень. Это назначает уровень напряжения каждой ячейки в соответствии со значением счетчика.
[0082] В частности, на этапе 1-4-2 индекс i устанавливается равным 1. На этапе 1-4-3 определяется, больше нуля или нет значение Con счетчика включения. Когда Con счетчика включения больше нуля, процесс переходит к 1-4-4. Когда Con счетчика включения не больше нуля, процесс переходит к 1-4-7.
[0083] На этапе 1-4-4 определяется, меньше или равно нулю предыдущее значение Conz счетчика включения. Когда предыдущее значение Conz счетчика включения меньше или равно нулю, процесс переходит к 1-4-5. Когда предыдущее значение Conz счетчика больше нуля, процесс переходит к 1-4-6. На этапе 1-4-5 переключается логическое значение K.
[0084] На этапе 1-4-6 определяется, больше ли нуля выходной уровень Lout. Когда выходной уровень Lout больше нуля, процесс переходит к 1-4-8. Когда выходной уровень Lout меньше или равен нулю, процесс переходит к 1-4-9.
[0085] На этапе 1-4-7, когда логическое значение K равно 1, процесс переходит к 1-4-10, а когда логическое значение k равно нулю, процесс переходит к 1-4-11.
[0086] Сигнал управления каждой ячейки определяется следующим образом. Для пояснения, интересующая ячейка называется ячейкой i. На фиг. 4 показана взаимосвязь между номером управляющего сигнала и его положением в схеме.
[0087] Когда ячейка i должна выводить уровень +1, она устанавливается на этапе 1-4-8 так, что gi1=1, gi2=0, gi3=0, gi4=1. Когда ячейка i выводит уровень -1, она устанавливается на этапе 1-4-9 так, что gi1=0, gi2=1, gi3=1, gi4=0.
[0088] Когда ячейка i должна выводить нулевой уровень, происходит разветвление на этапе 1-4-7 в соответствии с логическим значением K, определяющим режим нулевого уровня. В случае K=1 она устанавливается на этапе 1-4-10, так что gi1=1, gi2=0, gi3=1, gi4=0. В случае K=0, она устанавливается на этапе 1-4-11, так что g1=0, gi2=1, gi3=0, gi4=1.
[0089] Посредством этой операции управляющий сигнал устанавливается в соответствии с назначенным уровнем напряжения ячейки. В случае нулевого уровня разветвление осуществляется с использованием логического значения К, которое является управлением для распределения нагрузки между элементами в ячейке. Если управление осуществляется только одним из двух видов режимов назначения управляющих сигналов нулевого уровня, то в момент возврата воздействие оказывается только на конкретный элемент, что ускоряет износ элемента. Во избежание этого переключение режимов производится каждый раз при достижении нулевого уровня.
[0090] В настоящем описании логическое значение K переключается в момент времени, когда ячейка переключается с ВЫКЛ на ВКЛ (1-4-4, 1-4-5). Это переключение может быть выполнено в другой момент времени. Например, переключение логического значения К может выполняться в момент времени переключения из включенного состояния в выключенное или может выполняться в каждом периоде основной волны. Однако, если логическое значение К переключается, в то время как ячейка i продолжает выдавать нулевой уровень, все элементы переключаются одновременно, что приводит к ошибке напряжения и/или увеличению частоты переключения. Следовательно, выполняется переключение логического значения К, чтобы избежать этого явления.
[0091] Выше ячейка i выбрана с целью объяснения. Однако необходимо произвести эти операции над всеми ячейками. На этапе 1-4-12 i устанавливается как i=i+1. Наэтапе 1-4-13, когда i меньше или равно N, процесс возвращается к 1-4-3, а когда i больше N, процесс продолжается до 1-4-14. В конце (4) (на этапе 1-4-14), чтобы использовать предыдущее значение Conz счетчика включения для переключения логического значения K, текущее значение Con счетчика включения подставляется в предыдущее значение Conz счетчика включения.
[0092] Посредством вычисления (4), описанного выше, управляющий сигнал может быть выведен в соответствии со счетчиком, управляемым для распределения коммутационной нагрузки.
[0093] Вышеизложенное описывает фиг. 6 и детали работы (3) и (4) на фиг. 6. Принимая во внимание приведенное выше пояснение, можно понять, что управляющий сигнал g, с помощью которого распределяется коммутационная нагрузка каждой ячейки, может быть выведен в соответствии с командой уровня L*, установленной в (1), посредством конфигурации на фиг. 6.
[0094] Таким образом, с помощью управления распределением коммутационной нагрузки согласно фиг. 6 в системе фиг. 2 можно управлять последовательным мультиплексным инвертором, распределяя коммутационную нагрузку каждой ячейки.
[0095] Важным моментом первого варианта является то, что продолжительность выходного состояния каждой ячейки выражается выполнением операции увеличения счетчика, причем счетчик сбрасывается в соответствии со схемой сдвига уровня фазного напряжения. Конкретный способ расчета не ограничивается способом, показанным на фиг. 7 и 9.
[0096] Как описано выше, согласно первому варианту осуществления можно оптимально распределить коммутационную нагрузку между ячейками посредством управления для предпочтительного сдвига уровня ячейки, имеющей максимальную продолжительность выходного состояния, путем использования счетчиков, которые регистрируют продолжительности выходного состояния.
[0097] За счет использования отдельных элементов управления для назначения уровня напряжения и для генерирования управляющих сигналов, с помощью которых распределяется коммутационная нагрузка, коммутационная нагрузка каждой ячейки может быть распределена независимо от способа генерирования уровня напряжения.
[0098] Кроме того, в отличие от патентных документов 1-3, существуют преимущества, заключающиеся в том, что не требуется таблица, возможен более высокий уровень распределения, чем сравнение треугольных волн на основе способа PS, и нет необходимости заранее определять напряжения ячеек для управления распределением коммутационной нагрузки.
[0099] <Второй вариант осуществления> Во втором варианте осуществления коммутационная нагрузка распределяется между ячейками в соответствии с фиг. 6, как и в первом варианте. Однако операция (3) вычисления счетчика реализована иначе, чем в первом варианте осуществления.
[0100] В первом варианте осуществления каждый счетчик имеет целочисленное значение, большее или равное нулю, а во втором варианте осуществления каждый счетчик имеет значение, управляемое так, чтобы оно также было отрицательным. Это служит для уменьшения количества счетчиков и уменьшения количества необходимых регистров.
[0101] Ниже описывается операция (3) вычисления счетчика согласно второму варианту осуществления. Абсолютное значение каждого счетчика указывает продолжительность выходного состояния. Когда каждый счетчик имеет положительное значение, это указывает на включенное выходное состояние, а когда счетчик имеет отрицательное значение, это указывает на выключенное выходное состояние.
[0102] Фиг. 10 показывает блок-схему операции вычисления счетчика согласно второму варианту осуществления. Подобно фиг. 7, эта блок-схема алгоритма соответствует (3) на фиг. 6, в которой есть три типа схем, выбранных в зависимости от результата ветвления в (2). Операция счетчика выполняется для случаев А, В и С следующим образом.
[0103] <Случай (3)-А (ВЫКЛ->ВКЛ)> На этапе 2-3А-1 выбирается ячейка, счетчик которой имеет отрицательное значение, абсолютное значение которого является наибольшим, то есть выбирается ячейка, которая имеет минимальное значение счетчика. Эта операция выбирает ячейку с наибольшей продолжительностью выключенного выходного состояния. На этапе 2-3А-2 значение счетчика выбранной ячейки устанавливается на 1.
[0104] На этапе 2-3А-3 индекс i устанавливается равным 1. На этапе 2-3А-4 значение счетчика увеличивается, когда значение счетчика является положительным. Значение счетчика уменьшается, когда значение счетчика отрицательное. Это операция по увеличению абсолютного значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния. Увеличение и уменьшение выражаются суммированием значения счетчика и результата ввода значения счетчика в функцию знака. 2-3А-5 и 2-3А-6 такие же, как 1-3А-6 и 1-3А-7.
[0105] <Случай (3)-В (ВКЛ->ВЫКЛ)> На этапе 2-3В-1 выбирается ячейка, счетчик которой имеет положительное значение, абсолютное значение которого является наибольшим, то есть выбирается ячейка, которая имеет максимальное значение счетчика. Эта операция выбирает ячейку с наибольшей продолжительностью включенного выходного состояния. На этапе 2-3В-2 значение счетчика выбранной ячейки устанавливается равным -1.
[0106] На этапе 2-3В-3 - 2-3В-6 значение счетчика увеличивается, когда значение счетчика положительное, и значение счетчика уменьшается, когда значение счетчика отрицательное. Это операция увеличения абсолютного значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния.
[0107] <Случай (3)-С (без сдвига уровня)> На этапах от 2-3С-1 до -3С-4 значение счетчика увеличивается, когда значение счетчика положительное, и значение счетчика уменьшается, когда значение счетчика отрицательно. Это операция увеличения абсолютного значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния.
[0108] Фиг. 11 показывает пример операции (3) вычисления счетчика согласно второму варианту осуществления. Подобно случаю на фиг. 8, в три момента времени сдвига уровня выполняются операции (3)-В, (3)-А и (3)-В, при этом ячейками в качестве целей назначения являются ячейка 3, ячейка 4 и ячейка 2, соответственно.
[0109] Первый сдвиг команды уровня L* указывает команду ВКЛ->ВЫКЛ, согласно которой выполняется операция (3)-В. Выбирается ячейка 3 со счетчиком С, имеющим максимальное значение 6, а счетчик С[3] устанавливается на -2. Счетчики других ячеек увеличиваются или уменьшаются в соответствии со знаком значения счетчика.
[0110] Второй сдвиг команды уровня L* указывает команду ВЫКЛ >ВКЛ, согласно которой выполняется операция (3)-А. Выбирается ячейка 4 со счетчиком С, имеющим минимальное значение -5, а счетчик С[4] устанавливается равным 2. Счетчики других ячеек увеличиваются или уменьшаются в соответствии со знаком значения счетчика.
[0111] Последний сдвиг команды уровня L* указывает команду ВКЛ->ВЫКЛ, согласно которой выполняется операция (3)-В. Выбирается ячейка 2 со счетчиком С, имеющим максимальное значение 7, а счетчик С[2] устанавливается на -2. Счетчики других ячеек увеличиваются или уменьшаются в соответствии со знаком значения счетчика.
[0112] При уменьшении количества счетчиков до половины по сравнению с первым вариантом осуществления, сохраняется относительное соотношение между продолжительностями включенного выходного состояния и относительное соотношение между продолжительностями выключенного выходного состояния.
[0113] Во втором варианте осуществления модифицируется только операция (3) вычисления счетчика, а (4) осуществляется конфигурацией согласно фиг. 9. Однако, поскольку Con счетчика включения не существует, Con счетчика включения считывается как счетчик С. Кроме того, предыдущее значение Conz счетчика включения считывается как Cz.
[0114] Именно для 1-4-3 и 1-4-4 чтение релевантно. Что касается 1-4-3, чтение не вызывает проблем, потому что в первом варианте, когда Con счетчика включения положительное, ячейка включена, а во втором варианте, когда счетчик С положительный, ячейка включена. То есть, когда значение счетчика С положительное, генерируется управляющий сигнал для включения ячейки, а когда значение счетчика С отрицательное, генерируется управляющий сигнал для выключения ячейки.
[0115] Также, что касается 1-4-4, показание не вызывает изменения значения ветвления и не вызывает проблем, поскольку, когда предыдущее значение Conz счетчика включения равно нулю, это означает состояние ВЫКЛ в первом варианте осуществления, а когда предыдущее значение счетчика Cz является отрицательным, это означает состояние ВЫКЛ во втором варианте осуществления.
[0116] С модификациями, описанными выше, можно реализовать управление последовательным мультиплексным инвертором, в котором распределена коммутационная нагрузка, с меньшим количеством регистров, чем в первом варианте осуществления. Как и в первом варианте осуществления, детали способа расчета второго варианта осуществления не ограничиваются фиг. 10 и 9.
[0117] Как описано выше, согласно второму варианту осуществления можно оптимально распределить коммутационную нагрузку между ячейками посредством управления для предпочтительного сдвига уровня ячейки, имеющей максимальную продолжительность выходного состояния, путем использования счетчиков, которые регистрируют продолжительность выходного состояния посредством положительных и отрицательных значений. Кроме того, это может быть реализовано меньшим количеством регистров, чем в первом варианте осуществления, а также в третьем и пятом вариантах осуществления, описанных ниже.
[0118] Кроме того, в отличие от патентных документов 1-3, существуют преимущества, заключающиеся в том, что не требуется таблица, возможен более высокий уровень распределения, чем сравнение треугольных волн на основе способа PS, и нет необходимости заранее определять напряжения ячее для переключения управления распределением нагрузки.
[0119] <Третий вариант осуществления> В первом и втором вариантах осуществления продолжительность выходного состояния ячейки выражается путем увеличения (или уменьшения) в каждой ветви.
[0120] Например, рассмотрим схему X и схему Y, где схема X представляет собой схему, в которой фазное напряжение сдвигается с уровня +1 на уровень +2 в момент времени t1 [s], и где схема Υ представляет собой схему, в которой один и тот же сдвиг уровня (+1->+2) состоит из отсутствия сдвига уровня в течение периода от t1 [s] до t1+0,1 [s] и сдвига уровня с уровня +1 на уровень +2 в момент t1+0,1 [s].
[0121] В конфигурациях первого и второго вариантов осуществления увеличение (или уменьшение) выполняется постоянно, так что значение счетчика непосредственно перед операцией назначения счетчику больше в случае схемы Y, чем в случае схемы X.
[0122] Однако для назначения ячейки относительное соотношение между значениями счетчика не отличается между схемой X и схемой Y, и схема X и схема Υ имеют одинаковый сдвиг +1->+2, так что одна и та же ячейка должна сдвигаться по уровню как в схеме X, так и в схеме Υ. Ввиду этого, понятно, что назначение ячейки для распределения коммутационной нагрузки в схеме Υ может быть достигнуто без увеличения какого-либо значения счетчика в момент времени t1 [s].
[0123] То есть, ключевым моментом управления распределением коммутационной нагрузки является относительная взаимосвязь того, имеет ли ячейка большую или меньшую продолжительность выходного состояния, чем другие ячейки, при этом абсолютное значение счетчика (или времени) само по себе не имеет значения.
[0124] Ввиду вышеизложенного, в третьем варианте осуществления управление выполняется таким образом, что продолжительность выходного состояния каждой ячейки обрабатывается только с точки зрения относительной взаимосвязи. В первом и втором вариантах осуществления счетчики постоянно увеличиваются, что требует управления переполнением счетчиков. Однако это не нужно учитывать в третьем варианте осуществления.
[0125] Модификации от первого варианта осуществления до третьего варианта осуществления имеются только в операции (3) вычисления счетчика. Далее описывается операция (3) вычисления счетчика согласно третьему варианту осуществления.
[0126] Существует два типа счетчиков, счетчик включения и счетчик выключения.
По мере увеличения значения счетчика, продолжительность выходного состояния увеличивается по отношению к другим ячейкам. Чтобы выразить только относительное отношение продолжительности выходного состояния, счетчики увеличиваются только при сдвиге уровня и не увеличиваются, когда сдвиг уровня отсутствует.
[0127] Фиг. 12 показывает блок-схему операции вычисления счетчика согласно третьему варианту осуществления. Подобно фиг. 7, эта блок-схема алгоритма соответствует (3) на фиг. 6, где есть три типа блок-схем, выбираемых в зависимости от результата ветвления в (2). Операция счетчика выполняется для случаев А, В и С следующим образом.
[0128] <Случай (3)-А (ВЫКЛ->ВКЛ)> На этапе 3-3А-1 выбирается максимальное из Coff счетчиков выключения. Эта операция выбирает ячейку с наибольшей продолжительностью выключенного выходного состояния.
[0129] На этапе 3-3А-2 Coff счетчика выключения выбранной ячейки устанавливается равным нулю. Кроме того, Con счетчика включения выбранной ячейки в столбце, соответствующем выбранному Coff счетчика выключения, устанавливается на 1. Эта операция сдвигает уровень выбранной ячейки. Кроме того, при установке Con счетчика включения ячейки в 1 продолжительность выходного состояния этой ячейки всегда будет самой короткой из ячеек во включенном выходном состоянии.
[0130] На этапах от 3-3А-3 до 3-3А-6 значение Con каждого счетчика включения, являющееся положительным, увеличивается. Каждый счетчик включения, значение счетчика которого равно нулю, сохраняется неизменным. Это операция по увеличению абсолютного значения для значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния. В отличие от первого варианта осуществления, в третьем варианте осуществления увеличиваются только Con счетчиков включения, тогда как Coff счетчиков выключения остаются неизменными.
[0131] <Случай (3)-В (ВКЛ->ВЫКЛ)> На этапе 3-3В-1 из Con счетчиков включения выбирается максимальный. Эта операция выбирает ячейку с наибольшей продолжительностью включенного выходного состояния.
[0132] На этапе 3-3В-2 Con счетчика включения выбранной ячейки устанавливается на ноль. Кроме того, Coff счетчика выключения выбранной ячейки в столбце, соответствующем выбранной Con счетчика включения, устанавливается на 1. Эта операция сдвигает уровень выбранной ячейки. Кроме того, при установке Coff счетчика выключения ячейки в 1, продолжительность выходного состояния этой ячейки всегда будет самой короткой из ячеек в выключенном выходном состоянии.
[0133] На этапах от 3-3В-3 до 3-3В-6 значение Coff каждого счетчика выключения, которое является положительным, увеличивается. Каждый счетчик выключения, значение счетчика которого равно нулю, сохраняется неизменным. Это операция по увеличению абсолютного значения для значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния. В отличие от первого варианта осуществления, в третьем варианте осуществления увеличиваются только Coff счетчиков выключения, тогда как Con счетчиков включения остаются неизменными.
[0134] <Случай (3)-С (без сдвига уровня)> В третьем варианте осуществления на этапе (3)-С никакая операция не выполняется. Это служит для предотвращения ненужного увеличения значений счетчика.
[0135] Фиг. 13 показывает пример операции (3) вычисления счетчика согласно третьему варианту осуществления. В то время как максимальное значение счетчика равно 7 на фиг. 8 (первый вариант осуществления), максимальное значение счетчика равно 4 на фиг. 13, где относительное соотношение между продолжительностями включенного выходного состояния и продолжительностью выключенного выходного состояния может поддерживаться без ненужного увеличения счетчиков. Подобно случаю на фиг. 8, процессы (3)-В, (3)-А и (3)-В выполняются в три момента времени сдвига уровня, при этом назначение выполняется в отношении ячейки 3, ячейки 4 и ячейки 3, соответственно.
[0136] Первый сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг ВКЛ->ВЫКЛ, который осуществляется операцией (3)-В. Выбирается ячейка 2, Con[2] счетчика которой имеет максимальное значение 4, так что Con[2] счетчика устанавливается на ноль, а Coff[2] счетчика устанавливается на 2. Кроме того, из Coff счетчиков выключения, значение Coff[4] счетчика, которое является положительным, увеличивается.
[0137] Второй сдвиг команды уровня L* указывает команду ВЫКЛ->ВКЛ, согласно которой выполняется операция (3)-А. Выбирается ячейка 4, Coff счетчика которой имеет максимальное значение 3, так что Coff[4] счетчика устанавливается на ноль, а Con[4] счетчика устанавливается на 2. Кроме того, из Con счетчиков включения, Con[1] и Con[3], которые являются положительными, увеличиваются.
[0138] Последний сдвиг команды уровня L* указывает команду ВКЛ->ВЫКЛ, согласно которой выполняется операция (3)-В. Выбирается ячейка 3, Con[3] счетчика которой имеет максимальное значение 4, так что Con[3] счетчика устанавливается на ноль, a Coff[3] счетчика устанавливается на 2. Кроме того, из Coff счетчиков выключения, значение Coff[2] счетчика, которое является положительным, увеличивается.
[0139] Поскольку увеличение также выполняется при сдвиге уровня, значение счетчика сразу после сдвига уровня начинается с 2.
[0140] В третьем варианте осуществления модифицируется только операция (3) вычисления счетчика, а (4) осуществляется конфигурацией согласно фиг. 9. С модификациями, описанными выше, управление распределением коммутационной нагрузки может быть реализовано без необходимости учета переполнения. Как и в первом варианте осуществления, детали способа расчета не ограничиваются фиг. 12 и 9.
[0141] Как описано выше, согласно третьему варианту осуществления, коммутационная нагрузка каждой ячейки может быть оптимально распределена посредством управления для предпочтительного сдвига уровня ячейки, имеющей максимальную продолжительность выходного состояния, посредством использования счетчиков, которые регистрируют продолжительности выходного состояния в относительном соотношении. Это также позволяет предотвратить переполнение из-за постоянного увеличения счетчиков.
[0142] Кроме того, в отличие от патентных документов 1-3, существуют преимущества, заключающиеся в том, что не требуется таблица, возможен более высокий уровень распределения, чем сравнение треугольных волн на основе способа PS, и нет необходимости заранее определять напряжения ячеек для управления распределением коммутационной нагрузки.
[0143] <Четвертый вариант осуществления> Третий вариант осуществления использует счетчик включения и счетчик выключения. Количество счетчиков можно уменьшить вдвое, используя отрицательные значения счетчиков, как во втором варианте осуществления.
[0144] Подобно второму варианту осуществления, каждый счетчик считается указывающим на состояние ВКЛ, когда он положительный, и указывающим на состояние ВЫКЛ, когда он отрицательный. Кроме того, аналогично третьему варианту осуществления исключается ненужное увеличение значений счетчика. Фиг. 14 показывает блок-схему операции вычисления счетчика согласно четвертому варианту осуществления. Подобно фиг. 7, эта блок-схема алгоритма соответствует (3) на фиг. 6, и есть три типа блок-схем, выбранных в зависимости от результата ветвления в (2). Операция вычисления счетчика выполняется в случаях А, В и С следующим образом.
[0145] <Случай (3)-А (ВЫКЛ->ВКЛ)> На этапе 4-3А-1 выбирается ячейка, счетчик которой имеет отрицательное значение, абсолютное значение которого является наибольшим, то есть выбирается ячейка, которая имеет минимальное значение счетчика. Эта операция выбирает ячейку с наибольшей продолжительностью выключенного выходного состояния.
[0146] На этапе 4-3А-2 значение счетчика выбранной ячейки устанавливается равным 1.
[0147] На этапах от 4-3А-3 до 4-3А-6 значение счетчика увеличивается, когда значение счетчика является положительным. Когда значение счетчика меньше или равно нулю, значение счетчика сохраняется неизменным. Это операция увеличения абсолютного значения для значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния.
[0148] Увеличение выражается прибавлением результата сравнения того, является ли значение счетчика положительным. Значение счетчика не является логическим значением, но результат сравнения обычно выводится как логическое значение и соответствующим образом преобразуется в целочисленное значение и т.п. и прибавляется, при этом описание преобразования опущено.
[0149] <Случай (3)-В (ВКЛ  ->ВЫКЛ)> На этапе 4-З3-1 выбирается ячейка, счетчик которой имеет положительное значение, абсолютное значение которого является наибольшим, то есть выбирается ячейка, которая имеет максимальное значение счетчика. Эта операция выбирает ячейку с наибольшей продолжительностью включенного выходного состояния.
[0150] На этапе 4-3В-2 значение счетчика выбранной ячейки устанавливается равным -1.
[0151] На этапе 4-3В-3-4-3В-6 значение счетчика поддерживается неизменным,
когда значение счетчика положительное, и значение счетчика уменьшается, когда значение счетчика отрицательное. Это операция увеличения абсолютного значения для значения счетчика каждой ячейки, указывающего продолжительность выходного состояния.
[0152] <Случай (3)-С (без сдвига уровня)> В четвертом варианте осуществления, на этапе (3)-С, никакая операция не выполняется. Это служит для предотвращения ненужного увеличения значений счетчика.
[0153] Фиг. 15 показывает пример поведения операции (3) вычисления счетчика согласно четвертому варианту осуществления. Как и в третьем варианте осуществления, счетчик, имеющий максимальное абсолютное значение, имеет значение ±4 на фиг. 15, тогда как максимальное значение счетчика равно 7 на фиг. 8. Без ненужного увеличения значений счетчика можно поддерживать относительную взаимосвязь между продолжительностями включенного выходного состояния и продолжительностью выключенного выходного состояния.
[0154] Подобно случаю на фиг. 8, в три момента времени сдвига уровня выполняются операции (3)-В, (3)-А и (3)-В, при этом ячейками в качестве целей назначения являются ячейка 3, ячейка 4 и ячейка 2, соответственно.
[0155] Первый сдвиг команды уровня L* указывает команду ВКЛ->ВЫКЛ, согласно которой выполняется операция (3)-В. Выбирается ячейка 2 со счетчиком С[2], имеющим максимальное значение 4, и счетчик С[2] устанавливается на -2. Из счетчиков С счетчик С[4], который является отрицательным, уменьшается.
[0156] Второй сдвиг команды уровня L* указывает команду ВЫКЛ->ВКЛ, согласно которой выполняется операция (3)-А. Выбирается ячейка 4 со счетчиком С[4], имеющим минимальное значение -3, и счетчик С[4] устанавливается на 2. Из счетчиков С.счетчики С[1] и С[3], которые являются положительными, увеличиваются.
[0157] Последний сдвиг команды уровня L* указывает команду ВКЛ->ВЫКЛ, согласно которой выполняется операция (3)-В. Выбирается ячейка 3 со счетчиком С[3], имеющим максимальное значение 4, и счетчик С[3] устанавливается на -2. Из счетчиков С, счетчик С [2], который является отрицательным, уменьшается.
[0158] Поскольку увеличение или уменьшение также выполняется при сдвиге уровня, значение счетчика сразу после сдвига уровня начинается с ±2.
[0159] В четвертом варианте осуществления модифицируется только операция (3) вычисления счетчика, и (4) осуществляется конфигурацией согласно фиг. 9 (второй вариант).
[0160] С модификациями, описанными выше, управление распределением коммутационной нагрузки может быть реализовано без необходимости учета переполнения. Как и в первом варианте осуществления, детали способа расчета не ограничиваются фиг. 14 и 9.
[0161] Как описано выше, согласно четвертому варианту осуществления, можно оптимально распределить коммутационную нагрузку между ячейками посредством управления для предпочтительного сдвига уровня ячейки, имеющей максимальную продолжительность выходного состояния, путем использования счетчиков, которые регистрируют продолжительности выходного состояния посредством положительных и отрицательных значений в относительной взаимосвязи.
[0162] Кроме того, это может быть реализовано меньшим количеством регистров, чем в первом варианте осуществления и третьем и пятом вариантах осуществления, описанных ниже. Это также позволяет предотвратить переполнение из-за постоянного увеличения счетчиков.
[0163] Кроме того, в отличие от патентных документов 1-3, существуют преимущества, заключающиеся в том, что не требуется таблица, возможен более высокий уровень распределения, чем сравнение треугольных волн на основе способа PS, и нет необходимости заранее определять напряжения ячеек для управления распределением коммутационной нагрузки.
[0164] <Пятый вариант осуществления> Хотя постоянное увеличение значений счетчика вызывает проблему переполнения в первом и втором вариантах осуществления, значения счетчика увеличиваются только при сдвиге уровня в третьем и четвертом вариантах осуществления, что служит для минимизации абсолютных значений для значений счетчика.
[0165] В центре внимания третьего и четвертого вариантов осуществления находится «относительная продолжительность выходного состояния во всех ячейках». То есть, для выполнения управления распределением коммутационной нагрузки достаточно, чтобы продолжительности выходных состояний могли быть ранжированы среди ячеек. В третьем и четвертом вариантах осуществления продолжительности выходных состояний среди ячеек ранжируются в соответствии с относительной взаимосвязью между значениями счетчиков. Ранжирование может быть выполнено другим способом.
[0166] В пятом варианте осуществления выполняется распределение коммутационной нагрузки, в котором позиции хранения в массиве рассматриваются как указывающие порядковые ранги.
[0167] Далее описывается операция (3) вычисления счетчика согласно пятому варианту осуществления. Существует два типа счетчиков: счетчик включения и счетчик выключения. Каждое значение счетчика указывает номер ячейки, и по мере уменьшения значения индекса столбца, в котором хранится номер ячейки, продолжительность выходного состояния увеличивается по отношению к другим ячейкам. Чтобы представить относительную взаимосвязь продолжительности выходного состояния, значения в массиве меняются местами при сдвиге уровня.
[0168] Счетчик включения и счетчик выключения каждый должен иметь N столбцов для количества N ступеней ячеек. Однако, поскольку количество действительных столбцов изменяется в зависимости от уровня выхода, ноль сохраняется в недопустимых столбцах. Например, когда уровень выхода равен уровню +2, имеется две ячейки счетчика включения, номера ячеек хранятся в первом и втором столбцах счетчика включения, а ноль хранится в столбцах с третьего по N-й.
[0169] Поскольку сохраненные значения представляют собой номера ячеек, а операция увеличения не выполняется, название «счетчик» может быть неуместным. Однако для удобства он называется «счетчиком» ввиду его соответствия вариантам осуществления с первого по четвертый.
[0170] Фиг. 16 показывает блок-схему операции вычисления счетчика согласно пятому варианту осуществления. Подобно фиг. 7, эта блок-схема алгоритма соответствует (3) на фиг. 6, в которой есть три типа блок-схем, выбранных в зависимости от результата ветвления в (2). Операция счетчика выполняется для случаев А, В и С следующим образом.
[0171] <Случай (3)-А (ВЫКЛ->ВКЛ)> На этапе 5-3А-1 значение в первом столбце счетчика выключения временно сохраняется как G. Это означает, что выбрана ячейка с наибольшей продолжительностью выключения.
[0172] На этапе 5-3А-2 индекс i устанавливается как i=1. На этапе 5-3А-3 определяется, равен ли индекс i=1. Когда i=1, процесс переходит к этапу 5-3А-5, в противном случае процесс переходит к 5-3А-4.
[0173] На этапе 5-3А-5 определяется, равно ли Con[i]=0 счетчика включения. Когда Con[i]=0, процесс переходит к этапу 5-3А-6, а в противном случае процесс переходит к 5-3А-7.
[0174] На этапе 5-3А-4 определяется, действительно ли Con[i]=0 и Con[i-l]>0. Когда оба условия удовлетворены, процесс переходит к этапу 5-3А-6, а когда хотя бы один из них не удовлетворен, процесс переходит к 5-3А-7. На этапе 5-3А-6 G назначается для Con[i] счетчика включения.
[0175] То есть, на этапах с 5-3А-3 по 5-3А-6 подставляется G в замыкающее положение в счетчике включения. «Замыкающее положение» соответствует индексу, который на единицу больше, чем максимальный индекс с ненулевым значением. Когда все столбцы имеют нулевое значение, G подставляется в первый столбец. Эта операция вызывает сдвиг уровня с выбранной ячейкой, имеющей самую короткую продолжительность включения.
[0176] На этапе 5-3А-7 определяется, равно ли i=N. Когда i=Ν, процесс переходит к этапу 5-3А-9, а в противном случае процесс переходит к этапу 5-3А-8. На этапе 5-3А-9 Coff[i] устанавливается как Coff[i]=0, а на этапе 5-ЗА-8 Coff[i] устанавливается как Cofffi]=Coff[i+1]. Это операция по сдвигу значений счетчика на один столбец для заполнения в ответ на событие включения ячейки с наибольшей продолжительностью выключения. То есть, на этапах от 5-3А-7 до 5-3А-9 каждый счетчик выключения во втором и последующих столбцах сдвигается к индексу на единицу меньше. Значение нуля подставляется в N-й столбец.
[0177] На этапе 5-3А-10 индекс i устанавливается как i=i+1. На этапе 5-3А-11 определяется, меньше ли индекс i или равен N. Когда индекс i меньше или равен N, процесс возвращается к 5-3А-3, а когда индекс i больше N, операция (3)-А завершается.
[0178] <Случай (3)-В (ВКЛ->ВЫКЛ)> На этапе 5-3В-1 значение в первом столбце счетчика включения временно сохраняется как G. Это означает, что выбрана ячейка с самой большой продолжительностью включения.
[0179] То есть, на этапах с 5-3В-3 по 5-3В-6 G подставляется в замыкающее положение в счетчике выключения. Эта операция вызывает сдвиг уровня с выбранной ячейкой, имеющей самую короткую продолжительность выключения.
[0180] На этапах с 5-3В-7 по 5-3В-9 каждый счетчик включения во втором и последующих столбцах сдвигается к индексу на единицу меньше. Значение нуля подставляется в N-й столбец. Это операция по сдвигу значений счетчика на один столбец для заполнения в ответ на событие выключения ячейки с наибольшей продолжительностью включения.
[0181] <Случай (3)-С (без сдвига уровня)> В пятом варианте осуществления на этапе (3)-С никакая операция не выполняется. В конфигурации пятого варианта осуществления достаточно поддерживать ранжирование во время сдвига уровня, так что никаких операций не требуется в то время, когда нет сдвига уровня.
[0182] Фиг. 17 показывает пример операции (3) вычисления счетчика согласно пятому варианту осуществления. Варианты осуществления с первого по четвертый показаны в формате временной диаграммы для представления увеличения значений счетчика, но для ясности поведение пятого варианта осуществления показано в виде массива, поскольку пятый вариант осуществления не имеет операции увеличения. Фиг. 17 также показывает поведение при сдвиге уровня.
[0183] Аналогично случаю на фиг. 8, в три момента времени сдвига уровня
выполняются операции (3)-В, (3)-А и (3)-В, при этом ячейка 3, ячейка 2 и ячейка 4 сдвигаются по уровню соответственно.
[0184] Первый сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг +3->+2 (ВКЛ->ВЫКЛ), который осуществляется операцией (3)-В. Выбирается ячейка 3 в первом столбце Con счетчика включения и перемещается в замыкающее положение в Coff счетчика выключения. Кроме того, второй и последующие столбцы Con счетчика включения сдвигаются на один столбец для заполнения.
[0185] Второй сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг +2->+3
(ВЫКЛ->ВКЛ), который осуществляется операцией (3)-А. Выбирается ячейка 2 в первом столбце Coff счетчика выключения и перемещается в замыкающее положение счетчика в Con счетчика включения. Кроме того, второй и последующие столбцы Coff счетчика выключения сдвигаются на один столбец для заполнения.
[0186] Третий сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг +3->+2 (ВКЛ->ВЫКЛ), который осуществляется операцией (3)-В. То есть, выбирается ячейка 4 в первом столбце Con счетчика включения и перемещается в замыкающее положение в Coff счетчика выключения. Кроме того, второй и последующие столбцы Con счетчика включения сдвигаются на один столбец для заполнения.
[0187] Следует отметить, что сохраняется взаимосвязь, при которой при уменьшении индекса в массиве продолжительность выходного состояния увеличивается, а при увеличении индекса продолжительность выходного состояния уменьшается.
[0188] Далее описывается операция (4) генерирования управляющего сигнала согласно пятому варианту осуществления. В пятом варианте значение значений счетчика отличается от значений в первом-четвертом вариантах осуществления, что требует модификации механизма операции генерирования управляющего сигнала.
[0189] Фиг. 18 представляет блок-схему операции (4) генерирования управляющего сигнала согласно пятому варианту осуществления. Эта блок-схема алгоритма соответствует (4) на фиг. 6. Определение символов такое же, как на фиг. 9.
[0190] Во-первых, то, что изменено по сравнению с фиг. 9, представляет собой способ назначения уровней ячеек, тогда как не требуется модифицировать операцию, связанную с назначением управляющего сигнала и выходным уровнем Lout, после того, как уровни ячеек назначены. То есть, этапы от 5-4-1 до 5-4-2 и от 5-4-5 до 5-4-14 основаны на той же концепции, что и от 1-4-1-1 до 1-4-2 и 1-4-. с 5 по 1-4-14, и их описание опущено.
[0191] На этапе 5-4-3 происходит разветвление в зависимости от того, включена ли ячейка i. Это можно реализовать, проверив, существует ли значение i в счетчике включения. Когда i существует, ячейка i включена. То есть, генерируется управляющий сигнал для включения ячеек, расположенных в счетчике включения, и генерируется управляющий сигнал для выключения ячеек, не расположенных в счетчике включения.
[0192] Этап 5-4-4 представляет собой точку ветвления для инверсии K, которая обозначает режим нулевого уровня, где должен быть найден случай, когда ячейка i переключается из выключенного состояния во включенное. Соответственно, происходит разветвление в зависимости от того, существует ли значение i в предыдущем значении Conz счетчика включения.
[0193] С модификациями, описанными выше, управляющие сигналы могут быть назначены в соответствии с настройкой счетчиков также в пятом варианте осуществления.
[0194] Между тем, в пятом варианте осуществления максимальное значение счетчика равно количеству ступеней ячеек N, и нет возможности того, что каждый счетчик станет излишне большим, как в первом варианте осуществления. Поэтому, используя фиг. 16 и 18 пятого варианта осуществления в конфигурации согласно фиг. 6, управление распределением коммутационной нагрузки может быть выполнено для решения проблемы переполнения в первом варианте осуществления.
[0195] Кроме того, как и в предыдущих вариантах осуществления, детали способа расчета не ограничиваются фиг. 16 и 18.
[0196] Как описано выше, согласно пятому варианту осуществления, коммутационная нагрузка каждой ячейки может быть оптимально распределена посредством управления для предпочтительного сдвига уровня ячейки, имеющей максимальную продолжительность выходного состояния, посредством использования массива, который включает в себя позиции хранения, указывающие продолжительность выходного состояния. Кроме того, можно предотвратить переполнение из-за постоянного увеличения счетчиков.
[0197] Кроме того, в отличие от патентных документов 1-3, существуют преимущества, заключающиеся в том, что не требуется таблица, возможен более высокий уровень распределения, чем сравнение треугольных волн на основе способа PS, и нет необходимости заранее определять напряжения ячеек для управления распределением коммуникационной нагрузки.
[0198] <Шестой вариант осуществления> Во втором и четвертом вариантах осуществления посредством использования отрицательных значений счетчика, количество счетчиков может быть уменьшено по сравнению с первым и третьим вариантами осуществления. Количество счетчиков также может быть уменьшено в пятом варианте осуществления за счет использования отрицательных значений счетчиков. Однако варианты осуществления, обрабатывающие отрицательные значения счетчика, опущены, поскольку работа может быть дополнительно упрощена при уменьшении количества счетчиков другим способом.
[0199] В шестом варианте осуществления количество счетчиков уменьшено, а работа упрощена по сравнению с пятым вариантом осуществления посредством изменения опорного положения счетчика на основании информации об уровне выхода.
[0200] Нижеследующее описывает операцию (3) вычисления счетчика согласно шестому варианту осуществления. Счетчик настроен так, чтобы иметь N столбцов, соответствующих количеству N ступеней ячеек, при этом каждое значение счетчика указывает номер ячейки. Считается, что ячейки в столбцах выходного уровня Lout из крайнего правого столбца являются ячейками во включенном состоянии, а остальные ячейки являются ячейками, которые находятся в выключенном состоянии. В каждой из областей ВКЛ и ВЫКЛ левая из двух произвольных ячеек имеет большую продолжительность выходного состояния, чем правая из двух произвольных ячеек.
[0201] Фиг. 19 резюмирует концепцию счетчика. Когда L=+3, ячейка 2 сохраняется в области выключенного состояния, а ячейка 3, ячейка 4 и ячейка 1 сохраняются в области включенного состояния. Когда L=+2, ячейки 2 и 3 сохраняются в области выключенного состояния, а ячейки 4 и 1 сохраняются в области включенного состояния. Даже при одинаковых значениях счетчика он меняется в зависимости от выходного уровня Lout, независимо от того, включена или выключена ячейка 3.
[0202] Фиг. 20 показывает блок-схему операции вычисления счетчика согласно шестому варианту осуществления. Подобно фиг. 7, эта блок-схема алгоритма соответствует (3) на фиг. 6, где есть три типа блок-схем, выбираемых в зависимости от результата ветвления в (2). Операция счетчика выполняется для случаев А, В и С следующим образом.
[0203] <Случай (3)-А (ВЫКЛ->ВКЛ)> На этапе 6-3А-1 значение в первом столбце счетчика временно сохраняется как G. Это означает, что была выбрана ячейка с наибольшей продолжительностью выключения.
[0204] На этапе 6-3А-2 i устанавливается равным i=1. На этапе 6-3А-3 определяется, равно ли i=N. Когда i=Ν, процесс переходит к этапу 6-3А-5, в противном случае процесс переходит к этапу 6-3А-4.
[0205] На этапе 6-3А-5 назначается G последнему столбцу (N-му столбцу) C[N] счетчика. При этом уровень сдвинут для выбранной ячейки, имеющей самую короткую продолжительность включения.
[0206] На этапе 6-3А-4 C[i] устанавливается как C[i]=C[i+1], и каждый из счетчиков во втором и последующих столбцах перемещается к следующему меньшему индексу. Это операция по перемещению значения счетчика с наибольшей продолжительностью выключения (в первом столбце) в область включенного состояния и, соответственно, сдвигу значений счетчика на один столбец для заполнения.
[0207] На этапе 6-3А-6 индекс i увеличивается. На этапе 6-3А-7 определяется, меньше ли индекс i или равен N. Когда индекс i меньше или равен N, процесс возвращается к этапу 6-3А-3, а когда i больше N, операция (3)-А завершается.
[0208] <Случай (3)-В (ВКЛ->ВЫКЛ)> В шестом варианте осуществления на этапе (3)-В не выполняется никакая операция. Операция (3)-В вычисления счетчика не требуется, потому что, когда выходной уровень Lout обновляется операцией (4) генерирования управляющего сигнала, область выключенного состояния расширяется, и ячейка С максимальной продолжительностью выходного состояния в области включенного состояния автоматически сдвигается в состояние выключения.
[0209] <Случай (3)-С (без сдвига уровня)> В шестом варианте осуществления на этапе (3)-С никакая операция не выполняется. Шестой вариант основан на конфигурации пятого варианта, и в конфигурации шестого варианта достаточно поддерживать ранжирование в момент сдвига уровня, и не требуется выполнять операцию в момент отсутствия сдвига уровня.
[0210] Фиг. 21 показывает пример поведения операции (3) вычисления счетчика согласно шестому варианту осуществления. Это показано в виде массива, как в пятом варианте осуществления. Фиг. 21 показывает поведение при работе, когда уровень сдвигается. Подобно случаю на фиг. 8, в три момента времени сдвига уровня выполняются операции (3)-В, (3)-А и (3)-В, при этом ячейка 3, ячейка 2 и ячейка 4 сдвигаются по уровню, соответственно. Выходной уровень Lout заставляют следовать команде уровня L* с помощью операции (4) генерирования управляющего сигнала.
[0211] Первый сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг +3->+2 (ВКЛ->ВЫКЛ), который осуществляется операцией (3)-В. При выполнении операции (3)-Б массив счетчиков не меняется. Однако граница между областью включенного состояния и областью выключенного состояния сдвигается, так что ячейка 3 принадлежит области выключенного состояния.
[0211] Первый сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг +3->+2 (ВКЛ->ВЫКЛ), который осуществляется операцией (3)-В. При операции (3)-Б массив счетчиков не меняется. Однако граница между областью включенного состояния и областью выключенного состояния сдвигается, так что ячейка 3 принадлежит области выключенного состояния.
[0212] Второй сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг +2->+3 (ВЫКЛ ->ВКЛ), который осуществляется операцией (3)-А. Ячейка 2, имеющая максимальную продолжительность выключенного выходного состояния, перемещается в замыкающее положение. Кроме того, граница между областью включенного состояния и областью выключенного состояния сдвигается.
[0213] Последний сдвиг команды уровня L* представляет собой сдвиг +3->+2 (ВКЛ->ВЫКЛ), который осуществляется операцией (3)-В. При операции (3)-Б массив счетчиков не меняется. Однако граница между областью включенного состояния и областью выключенного состояния сдвигается, так что ячейка 4 принадлежит области выключенного состояния.
[0214] В каждой из областей включения и выключения массива постоянно поддерживается взаимосвязь, и при уменьшении индекса продолжительность выходного состояния увеличивается, а при увеличении индекса продолжительность выходного состояния уменьшается. Кроме того, за исключением ячейки, имеющей наибольшую продолжительность выходного состояния, ни одна ячейка не смещается по уровню в результате изменений области включенного состояния и области выключенного состояния.
[0215] Далее ниже описывается операция (4) генерирования управляющего сигнала согласно шестому варианту осуществления. Подобно пятому варианту осуществления, номера ячеек сохраняются в счетчике, но введение областей включения и выключения требует модификаций операции (4) генерирования управляющего сигнала.
[0216] Фиг. 22 показывает блок-схему операции генерирования управляющего сигнала согласно шестому и седьмому вариантам осуществления. Эта блок-схема алгоритма соответствует (4) на фиг. 6. Определение символов такое же, как на фиг. 9. Однако, в отличие от вариантов осуществления с первого по четвертый, показанных на фиг. 9, Con счетчика включения не существует в шестом и седьмом вариантах осуществления, а вместо него имеется счетчик С. Кроме того, в качестве новых символов используются счетчик Ccmp коррекции и предыдущее значение Ccmpz счетчика коррекции.
[0217] Этапы 6-4-1, 6-4-4 и от 6-4-7 до 6-4-16 основаны на той же концепции, что и 5-4-1, 5-4-2 и от 5-4-5 по 5-14 пятого варианта осуществления, и их описание опущено.
[0218] Этапы 6-4-2 и 6-4-3 являются операциями для генерирования значения, эквивалентного счетчику включения пятого варианта осуществления. Временный счетчик Ccmp коррекции создается отдельно от значений счетчика, подлежащих хранению, и содержимое счетчика С временно копируется в счетчик Ccmp коррекции. Затем столбцы, соответствующие области выключенного состояния (столбцы с 1-го по (Lout-N)-й), устанавливаются равными нулю. Посредством этой операции в счетчике Ccmp коррекции остается только номер каждой ячейки, подлежащей включению, и может быть назначен выходной уровень ячейки.
[0219] На этапе 6-4-2 выполняется назначение массива, которое не является назначением начального адреса массива, как в описаниях языка С (Си), а осуществляется посредством соответствующего копирования содержимого массива.
[0220] Этапы 6-4-5 и 6-4-6 являются операциями для назначения уровня ячейки и осуществляются таким же образом, как 5-4-3, 5-4-4, потому что при операциях 6-4-2 и 6-4-3 счетчик Ccmp коррекции соответствует счетчику включения согласно пятому варианту осуществления. То есть, когда значение i существует в счетчике, ячейка i включена. Таким образом, управляющий сигнал каждой ячейки, расположенной в области включенного состояния, может быть включен, а управляющий сигнал каждой ячейки, не расположенной в области включенного состояния, может быть выключен.
[0221] С модификациями, описанными выше, управляющие сигналы могут быть назначены в соответствии с настройкой счетчиков также в шестом варианте осуществления.
[0222] Счетчик может быть сконфигурирован так, чтобы иметь область включенного состояния с левой стороны и область выключенного состояния с правой стороны, или может быть сконфигурирован так, что левый из двух произвольных номеров ячеек имеет более короткую продолжительность выходного состояния, чем правый из двух произвольных номеров ячеек. Эта установка произвольна, но, например, в конфигурации, в которой область включенного состояния предусмотрена с левой стороны, а область выключенного состояния предусмотрена с правой стороны, операция (3)-А исключается, а при (3)-В значение в первом столбце подставляется в последний столбец. Следует отметить, что конфигурация операции вычисления счетчика должна быть изменена таким образом.
[0223] Кроме того, в зависимости от комбинации способа установки области включенного состояния и области выключенного состояния и способа обработки величины продолжительности выходного состояния, область включенного состояния и область выключенного состояния могут быть прерывистыми относительно друг друга, вместо непрерывной области массива, так что может потребоваться дополнительная операция.
[0224] Пятый вариант осуществления использует 2N счетчиков, но достаточно, чтобы шестой вариант осуществления использовал N счетчиков. По сравнению с пятым вариантом осуществления операция (3)-В опущена, и, как видно из сравнения (3)-А на фиг. 16 и (3)-А на фиг. 20 количество операций также уменьшено в (3)-А.
[0225] Таким образом, используя фиг. 20 и 22 шестого варианта осуществления в конфигурации согласно фиг. 6, можно реализовать управление распределением коммутационной нагрузки, в котором количество счетчиков уменьшено вдвое по сравнению с пятым вариантом осуществления, а операция вычисления упрощена. Как и в предыдущих вариантах осуществления, детали способа расчета не ограничиваются фиг. 20 и 22.
[0226] Как описано выше, согласно шестому варианту осуществления, коммутационная нагрузка каждой ячейки может быть оптимально распределена посредством управления для предпочтительного сдвига уровня ячейки, имеющей максимальную продолжительность выходного состояния, посредством использования массива, который включает в себя позиции хранения, указывающие продолжительность выходного состояния.
[0227] Кроме того, можно предотвратить переполнение из-за постоянного увеличения счетчиков. Кроме того, его можно реализовать с меньшим количеством регистров, чем в первом, третьем и пятом вариантах осуществления. Кроме того, процесс может быть упрощен по сравнению с первым-пятым вариантами осуществления.
[0228] Кроме того, в отличие от патентных документов 1-3, существуют преимущества, заключающиеся в том, что не требуется таблица, возможен более высокий уровень распределения, чем сравнение треугольных волн на основе способа PS, и нет необходимости заранее определять напряжения ячеек для управления распределением коммутационной нагрузки.
[0229] <Седьмой вариант осуществления> В вариантах осуществления с первого по шестой блок-схема алгоритма разработана таким образом, чтобы постоянно выбирать ячейку, имеющую наибольшую продолжительность выходного состояния, с более высоким приоритетом и сдвигать уровень выбранной ячейки. Однако может возникнуть проблема, когда количество операций переключения очень мало для одного цикла выходного напряжения (один цикл основной волны), и переключение выполняется синхронно с выходным напряжением.
[0230] Фиг. 23 показывает пример переключения, вызывающего проблему. Фиг. 23 показывает пример четырех ступеней ячеек, в которых фазное напряжение сдвигается по уровню четыре раза за четверть периода, а синхронный выход выполнен с синусоидальной симметрией. В этой ситуации ячейки переключаются в порядке увеличения продолжительности выходного состояния, при этом из сравнения напряжений ячеек видно, что каждая ячейка отвечает за одну и ту же часть каждой основной волны в двух циклах. Если форма сигнала продолжается устойчиво, напряжение каждой ячейки должно отвечать за одну и ту же часть в каждом цикле. То есть, время вывода каждой ячейки фиксируется в каждом цикле.
[0231] Когда элемент включен, электрический ток течет по пути через конденсатор, и постоянное напряжение колеблется в соответствии с полярностью электрического тока. Если количество операций переключения велико, или если переключение выполняется в случайные моменты времени, полярность в течение периода включения не является фиксированной, и напряжение постоянного тока, вероятно, будет поддерживаться усредненным. Однако, когда время выходного состояния ячейки фиксировано в соответствии с одним циклом основной волны, время включения и полярность тока ячейки фиксированы. Соответственно, флуктуация постоянного напряжения в каждом цикле имеет одинаковую полярность, тем самым вызывая проблему, заключающуюся в том, что постоянное напряжение становится равным нулю или продолжает расти.
[0232] Чтобы избежать этой проблемы, седьмой вариант осуществления выполнен с возможностью преднамеренного отклонения от оптимального назначения ячейки, уровень которой должен быть сдвинут, и тем самым предотвращения возникновения проблемы с напряжением постоянного тока. Если отклонение от оптимального назначения осуществляется, например, путем случайного выбора ячейки, может возникнуть проблема, при которой степень распределения коммутационной нагрузки локально ухудшается, и потери не могут быть уравновешены.
[0233] Таким образом, ниже рассматривается управление, которое соответствующим образом отклоняется от оптимальной точки путем внесения модификаций в варианты осуществления настоящего изобретения, описанные выше. Далее поясняется случай, когда делается простая модификация шестого варианта осуществления.
[0234] Во-первых, далее описывается операция (3) вычисления счетчика. Фиг. 24 показывает блок-схему операции вычисления счетчика согласно седьмому варианту осуществления. Подобно фиг. 7, эта блок-схема алгоритма соответствует (3) на фиг. 6, и есть три типа блок-схем, выбранных в зависимости от результата ветвления в (2).
[0235] Как показано на фиг. 24, переменная Ρ добавляется к 7-3А-1. Ρ является переключателем изменения приоритета и является логическим значением.
[0236] На этапе 7-3А-1 определяется, равен ли переключатель изменения приоритета Ρ нулю. Когда переключатель изменения приоритета Ρ=0, в 7-3А-2 значение в первом столбце счетчика заменяется на G, как в шестом варианте осуществления. Когда переключатель изменения приоритета Ρ=1, в 7-3А-3 значение во втором столбце подставляется в G. Это позволяет выполнять не только операцию выбора ячейки с наибольшей продолжительностью выключения, но и операцию выбора ячейки, имеющей вторую по длительности продолжительность выключения.
[0237] Переключатель изменения приоритета Ρ в основном устанавливается на ноль, так что ячейка, имеющая наибольшую продолжительность выходного состояния, выбирается для выполнения оптимального распределения коммутационной нагрузки. Когда переключение вызывает проблему, переключатель изменения приоритета Ρ соответствующим образом переключается в 1. Например, переключатель изменения приоритета Ρ может переключаться между 1 и 0 каждый полупериод основной волны. Однако следует отметить, что для перехода на уровень ±Ν, который является максимальным уровнем N-ступенчатой конфигурации, происходит неправильное назначение ячейки, если только переключатель изменения приоритета Ρ не установлен в ноль.
[0238] На этапе 7-3А-4 индекс i устанавливается как i=1, а на этапе 7-3А-5 индекс i устанавливается как i=2. На этапе 7-3А-5 цикл начинается со второго столбца, потому что второй столбец имеет приоритет, а элемент первого столбца не должен сдвигаться.
[0239] На этапах с 7-3А-6 по 7-3А-10, аналогично 6-3А-3 до 6-3А-7 шестого варианта осуществления, назначенная ячейка перемещается в последний столбец, а другие ячейки сдвигаются на один столбец для заполнения. Вышеупомянутый способ работы счетчика отклоняется от оптимального.
[0240] Фиг. 25 показывает пример операции вычисления счетчика согласно седьмому варианту осуществления. Поскольку седьмой вариант осуществления основан на шестом варианте осуществления, работа происходит почти так же, как на фиг. 21. Однако, поскольку установлено Ρ=1, сдвиг второго уровня осуществляется путем выбора и включения ячейки 3 во втором столбце. В шестом варианте осуществления ячейка 3, ячейка 2 и ячейка 4 имеют сдвиг уровня, а в седьмом варианте осуществления ячейка 3, ячейка 3 и ячейка 4 имеют сдвиг уровня. Также в седьмом варианте осуществления относительная взаимосвязь между продолжительностями выходного состояния не нарушается, а сохраняется.
[0241] Вышеизложенное описывает операцию (3) вычисления счетчика согласно седьмому варианту осуществления. Операция (4) генерирования управляющего сигнала может использоваться так, как показано на фиг. 22, так что с помощью фиг. 24 и 22 на фиг. 6 можно выполнять управление распределением коммутационной нагрузки, отклоняющееся от оптимального.
[0242] Хотя способ осуществляется путем выбора ячейки, имеющей вторую по величине продолжительность выходного состояния в случае ВЫКЛ->ВКЛ, способ может быть реализован путем выбора второй ячейки в случае ВКЛ->ВЫКЛ. Кроме того, в случае отклонения может быть выбрана ячейка, имеющая третью или последующую наибольшую продолжительность выходного состояния.
[0243] Кроме того, хотя способ отклонения обсуждался на основе шестого варианта осуществления, способ может быть основан на вариантах осуществления с первого по пятый, поскольку суть этого управления заключается в намеренном выборе ячейки, отклоненной от оптимума. Как и в предыдущих вариантах осуществления, детали способа расчета не ограничиваются фиг. 24.
[0244] Как описано выше, согласно седьмому варианту осуществления, высокоуровневое распределение коммутационной нагрузки между ячейками может быть достигнуто путем управления для предпочтительного сдвига уровня ячейки, имеющей максимальную продолжительность выходного состояния, путем использования массива, включающего в себя позиции хранения, указывающие продолжительность выходного состояния. Кроме того, можно предотвратить переполнение за счет постоянного увеличения счетчиков.
[0245] Кроме того, вариант осуществления можно реализовать с меньшим количеством регистров, чем в первом, третьем и пятом вариантах осуществления. Кроме того, процесс может быть упрощен по сравнению с первым-пятым вариантами осуществления. Кроме того, можно предотвратить аномалию напряжения постоянного тока, когда количество операций переключения в одном цикле основной волны невелико.
[0246] Кроме того, в отличие от патентных документов 1-3, существуют преимущества, заключающиеся в том, что не требуется таблица, возможен более высокий уровень распределения, чем сравнение треугольных волн на основе способа PS, и нет необходимости заранее определять напряжения ячеек для управления распределением коммутационной нагрузки.
[0247] <Восьмой вариант осуществления> Варианты осуществления с первого по седьмой, описанные выше, основаны на случае, когда уровень выхода сдвигается на 1 или остается неизменным в каждом цикле, в котором выполняется управление распределением коммутационной нагрузки. Однако это управление, основанное на этом цикле, не может следовать ситуации, когда команда уровня L* сдвигается на 2 или более в одном цикле.
[0248] Для управления инвертором с последовательным мультиплексированием предпочтительно избегать двухшагового сдвига напряжения, поскольку это повышает импульсное напряжение на нагрузке, такой как двигатель, и тем самым вызывает риск пробоя диэлектрика. Однако этой проблемы диэлектрического пробоя можно избежать, приняв такие меры как использование LC-фильтра, подготовленного с достаточным учетом перенапряжения.
[0249] Кроме того, что касается ШИМ со сравнением треугольных волн для многоступенчатого инвертора с последовательным мультиплексированием, когда максимальный уровень напряжения используется в состоянии, когда основная частота волны и несущая частота близки друг к другу, неизбежно, что напряжение сдвигается на два или более шага за раз. Если управляющий сигнал выдается без такого двухступенчатого сдвига, напряжение возрастает с задержкой, что вызывает ошибку напряжения.
[0250] Поэтому, если нет проблемы пробоя диэлектрика, желательно выводить сдвиг напряжения на два или более шагов без задержки ввиду такой ошибки напряжения. В восьмом варианте осуществления проводится исследование конфигурации для достижения двухступенчатого сдвига.
[0251] Фиг. 26 показывает блок-схему алгоритма управления распределением коммутационной нагрузки согласно восьмому варианту осуществления. Подобно фиг. 6, эта блок-схема алгоритма показывает общий поток управления распределением коммутационной нагрузки. Вводится команда уровня L* и выводится управляющий сигнал g. Операции (3) и (4) выполняют так же, как в вариантах осуществления с первого по седьмой. Что касается фиг. 6, то изменения заключаются в том, что операции 8-1 и 8-2 добавляются после операции (3) вычисления счетчика.
[0252] На этапе 8-1 выходной уровень Lout приближается к команде уровня L* на один шаг. На этапе S8-2 подтверждается, равны ли друг другу выходной уровень Lout и команда уровня L*. Когда выходной уровень Lout и команда уровня L* равны друг другу, процесс переходит к операции генерирования управляющего сигнала (4), а в противном случае снова выполняются операция 2-2 и операция (3) вычисления счетчика. В этом цикле операция вычисления счетчика повторяется до тех пор, пока выходной уровень Lout не станет равным команде уровня L*.
[0253] Операция (3) вычисления счетчика и операция (4) генерирования управляющего сигнала могут быть реализованы любым из вариантов осуществления с первого по седьмой. Операция (4) генерирования управляющего сигнала включает в себя операцию Lout=Lout+sign(L* - Lout) в начале. Это можно опустить, поскольку это уже было сделано на этапе S8-1. Тем не менее, нет никаких проблем, даже если эта операция не пропущена, потому что операция (4) генерирования управляющего сигнала начинается в состоянии, когда выходной уровень Lout и команда уровня L* равны друг другу, и никакого особого эффекта не возникает, даже с этой операцией.
[0254] Вышеизложенное описывает конфигурацию восьмого варианта осуществления, которая может выполнять управление распределением коммутационной нагрузки, способное следовать команде уровня L* в одном цикле управления согласно фиг. 26. Как и в предыдущих вариантах осуществления, детали способа расчета согласно восьмому варианту осуществления не ограничены фиг. 26.
[0255] Как описано выше, согласно восьмому варианту осуществления, высокоуровневое распределение коммутационной нагрузки между ячейками может быть достигнуто посредством управления для предпочтительного сдвига уровня ячейки, имеющей максимальную продолжительность выходного состояния, посредством использования массива, включающего в себя позиции хранения, указывающие продолжительность выходного состояния.
[0256] Кроме того, при использовании в сочетании с шестым вариантом осуществления можно предотвратить переполнение из-за постоянного увеличения счетчиков. Более того, его можно реализовать с меньшим количеством регистров, чем в первом, третьем и пятом вариантах осуществления. Кроме того, процесс может быть упрощен по сравнению с первым-пятым вариантами осуществления.
[0257] Кроме того, при использовании в сочетании с седьмым вариантом
осуществления можно предотвратить аномалию в напряжении постоянного тока, когда количество операций переключения в одном цикле основной волны невелико. Кроме того, можно без задержек следовать двухшаговому сдвигу напряжения.
[0258] Кроме того, в отличие от патентных документов 1-3, существуют преимущества, заключающиеся в том, что не требуется таблица, возможен более высокий уровень распределения, чем сравнение треугольных волн на основе способа PS, и нет необходимости заранее определять напряжения ячее для управления распределением коммуникационной нагрузки.
[0259] Хотя настоящее изобретение подробно описано выше со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники ясно, что в пределах объема настоящего изобретения могут быть сделаны различные модификации. Естественно, такие модификации входят в объем формулы изобретения.