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JP2014110730A - Power conversion device and control device - Google Patents

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JP2014110730A JP2012265332A JP2012265332A JP2014110730A JP 2014110730 A JP2014110730 A JP 2014110730A JP 2012265332 A JP2012265332 A JP 2012265332A JP 2012265332 A JP2012265332 A JP 2012265332A JP 2014110730 A JP2014110730 A JP 2014110730A
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switching
pattern
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switching pattern
phase
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Koji Maki
康次 真木
Koshin Maki
康臣 真木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

【課題】複数のスイッチング素子に生じる損失の均一化を可能とする。
【解決手段】実施形態の電力変換装置は、直流電源を短絡接続する2つのスイッチング素子が直列に接続されたレグを並列に一対有し、この一対のレグのスイッチング素子間から交流電圧を出力する電力変換部と、電力変換部の複数のスイッチング素子を、所定のスイッチングパターンでスイッチングする制御を行う制御部とを備え、制御部は、複数のスイッチング素子の中で損失が大きいスイッチング素子の組み合わせが互いに異なる複数のスイッチングパターンを周期的に切り替える。
【選択図】図4
Loss generated in a plurality of switching elements can be made uniform.
A power conversion device according to an embodiment includes a pair of legs in which two switching elements that are short-circuited to a DC power supply are connected in series, and outputs an AC voltage between the switching elements of the pair of legs. A power conversion unit, and a control unit that performs control to switch a plurality of switching elements of the power conversion unit with a predetermined switching pattern, and the control unit includes a combination of switching elements having a large loss among the plurality of switching elements. A plurality of different switching patterns are periodically switched.
[Selection] Figure 4

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置及び制御装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a power conversion device and a control device.

従来、複数のスイッチング素子のオン、オフの組み合わせにより、直流電源から供給される電力を交流に変換する電力変換装置がある。この電力変換装置には、直流電源を短絡接続する2つのスイッチング素子が直列に接続されたレグを並列に一対有し、この一対のレグのスイッチング素子間から交流電圧を出力する単相フルブリッジインバータがある。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a power conversion device that converts electric power supplied from a DC power source into AC by a combination of ON and OFF of a plurality of switching elements. This power conversion device includes a pair of legs connected in series with two switching elements that are short-circuited to a DC power supply, and a single-phase full-bridge inverter that outputs an AC voltage between the switching elements of the pair of legs. There is.

特開平10−337045号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-337045

しかしながら、上述した従来技術では、電力変換装置における複数のスイッチング素子に生じる損失にばらつきが生じる場合があった。例えば、U相でスイッチングするレグと、V相でスイッチングするレグとにおいて、U相、V相間に位相差を持たせて交流電圧を出力する場合は、全波整流後の負荷特性が誘導性であるか容量性であるかの違いで、U相でスイッチングするレグの2つのスイッチング素子に生じる損失と、V相でスイッチングするレグの2つのスイッチング素子に生じる損失とに偏りが生じる。より具体的には、誘導性負荷時には、進み位相のスイッチング時に電流リプルの最小値をとり、遅れ位相のスイッチング時に電流リプルの最大値をとるため、遅れ位相でスイッチングするレグの2つのスイッチング素子に損失が偏る。逆に、容量性負荷時には、進み位相のスイッチング時に電流リプルの最大値をとり、遅れ位相のスイッチング時に電流リプルの最小値をとるため、進み位相でスイッチングするレグの2つのスイッチング素子に損失が偏る。   However, in the above-described conventional technology, there is a case where variations occur in losses generated in a plurality of switching elements in the power conversion device. For example, when an AC voltage is output with a phase difference between the U phase and the V phase between the U phase switching leg and the V phase switching leg, the load characteristics after full-wave rectification are inductive. Depending on whether it is capacitive or capacitive, there is a bias between the loss that occurs in the two switching elements of the leg that switches in the U phase and the loss that occurs in the two switching elements of the leg that switches in the V phase. More specifically, at the time of inductive load, the minimum value of the current ripple is taken at the switching of the leading phase, and the maximum value of the current ripple is taken at the switching of the lagging phase. Loss is biased. On the other hand, at the capacitive load, the maximum value of the current ripple is taken at the switching of the leading phase and the minimum value of the current ripple is taken at the switching of the lagging phase, so the loss is biased to the two switching elements of the leg that switches at the leading phase. .

このように、複数のスイッチング素子に生じる損失にばらつきが生じる場合は、ワーストケースに合わせた設計上の制約により、例えば損失により生じる熱を冷やすための冷却器を大きく設計する、スイッチング素子の容量を多く設計する必要があるため、小型化、軽量化、低コスト化などが困難であった。   In this way, if the loss that occurs in multiple switching elements varies, the capacity of the switching element can be increased by designing a cooler that cools the heat generated by the loss, for example, due to the design restrictions in accordance with the worst case. Since many designs are required, it is difficult to reduce the size, weight, and cost.

上述した課題を解決するために、実施形態の電力変換装置は、直流電源を短絡接続する2つのスイッチング素子が直列に接続されたレグを並列に一対有し、この一対のレグのスイッチング素子間から交流電圧を出力する電力変換部と、前記電力変換部の複数のスイッチング素子を、所定のスイッチングパターンで切り替える制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子の中で損失が大きいスイッチング素子の組み合わせが互いに異なる複数のスイッチングパターンを周期的に切り替える。   In order to solve the above-described problem, the power conversion device according to the embodiment has a pair of legs in which two switching elements that are short-circuited to a DC power source are connected in series, and between the switching elements of the pair of legs. A power conversion unit that outputs an AC voltage; and a control unit that performs control to switch a plurality of switching elements of the power conversion unit with a predetermined switching pattern, wherein the control unit is a loss among the plurality of switching elements. A plurality of switching patterns having different combinations of switching elements having a large value are periodically switched.

実施形態の制御装置は、直流電源を短絡接続する2つのスイッチング素子が直列に接続されたレグを並列に一対有し、この一対のレグのスイッチング素子間から交流電圧を出力する電力変換部の複数のスイッチング素子を、所定のスイッチングパターンで切り替える制御を行い、前記複数のスイッチング素子の中で損失が大きいスイッチング素子の組み合わせが互いに異なる複数のスイッチングパターンを周期的に切り替える。   The control device according to the embodiment includes a plurality of legs that are connected in series with two switching elements that are short-circuited to a DC power supply, and that output an AC voltage between the switching elements of the pair of legs. These switching elements are controlled to switch with a predetermined switching pattern, and among the plurality of switching elements, a plurality of switching patterns having different combinations of switching elements having a large loss are periodically switched.

図1は、実施形態にかかる電力変換装置の構成を例示する図である。Drawing 1 is a figure which illustrates the composition of the power converter concerning an embodiment. 図2は、第1のスイッチングパターンを例示する波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the first switching pattern. 図3は、第2のスイッチングパターンを例示する波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram illustrating the second switching pattern. 図4は、第1のスイッチングパターン、第2のスイッチングパターンを周期的に切り替えた場合を例示する波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram illustrating a case where the first switching pattern and the second switching pattern are periodically switched. 図5は、第3のスイッチングパターンを例示する波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a third switching pattern. 図6は、第4のスイッチングパターンを例示する波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram illustrating a fourth switching pattern. 図7は、第3のスイッチングパターン、第4のスイッチングパターンを周期的に切り替えた場合を例示する波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram illustrating a case where the third switching pattern and the fourth switching pattern are periodically switched.

以下、添付図面を参照して実施形態にかかる電力変換装置及び制御装置を詳細に説明する。この電力変換装置は、複数のスイッチング素子のオン、オフの組み合わせにより、直流電源から供給される電力を交流に変換する。この電力変換装置内の素子については、SiC(シリコンカーバイドデバイス)等の低損失デバイスを適用してよい。   Hereinafter, a power conversion device and a control device according to embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This power conversion device converts power supplied from a DC power source into AC by a combination of ON and OFF of a plurality of switching elements. A low-loss device such as SiC (silicon carbide device) may be applied to the elements in the power converter.

図1は、実施形態にかかる電力変換装置100の構成を例示する図である。図1に示すように、電力変換装置100は、直流電源2を受けて出力端子121、122間に交流の出力電圧Voを生じさせる電力変換回路1と、1次側と2次側とを絶縁して所望の電圧に変換する絶縁トランス6と、ダイオードブリッジ等の全波整流器7と、全波整流器7から出力された出力電圧Vpを測定する電圧測定部4と、電力変換回路1を駆動させる駆動回路5を備える。電力変換装置100は、直流電源2から供給される直流電力を交流に変換し、出力端子121、122と接続する絶縁トランス6を介して、全波整流器7及びその後の直流負荷3に電力を供給する。なお、本実施形態において、全波整流器7及びその後の直流負荷3は誘導性の負荷特性を有するものとするが、容量性の負荷特性を有するものであってもよいことは言うまでもないことである。また、全波整流器7及びその後の直流負荷3は、誘導性又は容量性の負荷特性を有する交流負荷であってもよい。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device 100 according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the power conversion apparatus 100 insulates the power conversion circuit 1 that receives the DC power supply 2 and generates an AC output voltage Vo between the output terminals 121 and 122 from the primary side and the secondary side. Then, the isolation transformer 6 that converts the voltage into a desired voltage, the full-wave rectifier 7 such as a diode bridge, the voltage measuring unit 4 that measures the output voltage Vp output from the full-wave rectifier 7, and the power conversion circuit 1 are driven. A drive circuit 5 is provided. The power conversion apparatus 100 converts DC power supplied from the DC power supply 2 into AC and supplies power to the full-wave rectifier 7 and the subsequent DC load 3 via the insulating transformer 6 connected to the output terminals 121 and 122. To do. In the present embodiment, the full-wave rectifier 7 and the subsequent DC load 3 have inductive load characteristics, but it goes without saying that they may have capacitive load characteristics. . The full-wave rectifier 7 and the subsequent DC load 3 may be an AC load having inductive or capacitive load characteristics.

電力変換回路1は、単相フルブリッジインバータ回路であり、直流電源2を短絡接続する2つのスイッチング素子101、102が直列に接続されたレグ100U(U相)と、同じく短絡接続する2つのスイッチング素子103、104が直列に接続されたレグ100V(V相)とを並列に一対有する。また、電力変換回路1は、レグ100Uのスイッチング素子101、102間と出力端子121とが接続され、レグ100Vのスイッチング素子103、104間と出力端子122とが接続されており、所定のスイッチングパターン(詳細は後述する)でスイッチング素子101、102、103、104をスイッチングすることで、交流電圧を出力する。   The power conversion circuit 1 is a single-phase full-bridge inverter circuit, and a leg 100U (U-phase) in which two switching elements 101 and 102 that are short-circuited to a DC power supply 2 are connected in series, and two switching that are also short-circuited. A leg 100V (V phase) to which the elements 103 and 104 are connected in series is provided in parallel. In addition, the power conversion circuit 1 is connected between the switching elements 101 and 102 of the leg 100U and the output terminal 121, and is connected between the switching elements 103 and 104 of the leg 100V and the output terminal 122, and has a predetermined switching pattern. By switching the switching elements 101, 102, 103, and 104 (details will be described later), an alternating voltage is output.

スイッチング素子101、102、103、104は、自己消弧能力を有し、コレクタ−エミッタ間のオン/オフをゲートに印加するゲート電圧Su、Sx、Sv、Syによって任意に切り替える。また、スイッチング素子101、102、103、104の各々には、逆並列に還流ダイオード111、112、113、114が接続されている。   The switching elements 101, 102, 103, and 104 have a self-extinguishing capability, and are arbitrarily switched according to gate voltages Su, Sx, Sv, and Sy that apply on / off between the collector and the emitter to the gate. In addition, free-wheeling diodes 111, 112, 113, and 114 are connected to the switching elements 101, 102, 103, and 104 in antiparallel.

電圧測定部4は、全波整流器7が出力する電圧値(出力電圧Vp)を検出する。検出した電圧値は駆動回路5に出力される。駆動回路5は、所定のスイッチングパターン(詳細は後述する)に従ってゲート電圧Su、Sx、Sv、Syを印加することで、電力変換回路1の複数のスイッチング素子(101、102、103、104)をスイッチングする。なお、駆動回路5は、スイッチング素子(101、102、103、104)をスイッチングするタイミングを、パルス発生器(図示しない)から所定のキャリア周波数で出力されるU相、V相のキャリア波形と、変調率とを比較して得る。なお、本実施形態では、キャリア波形の一例として三角波形の場合を例示するが、キャリア波形は鋸波形であってもよいことは言うまでもないことである。   The voltage measuring unit 4 detects the voltage value (output voltage Vp) output from the full-wave rectifier 7. The detected voltage value is output to the drive circuit 5. The drive circuit 5 applies the gate voltages Su, Sx, Sv, Sy in accordance with a predetermined switching pattern (details will be described later), so that the plurality of switching elements (101, 102, 103, 104) of the power conversion circuit 1 are applied. Switch. The drive circuit 5 switches the switching elements (101, 102, 103, 104) with respect to the U-phase and V-phase carrier waveforms output at a predetermined carrier frequency from a pulse generator (not shown). It is obtained by comparing with the modulation rate. In this embodiment, the case of a triangular waveform is illustrated as an example of the carrier waveform, but it goes without saying that the carrier waveform may be a sawtooth waveform.

また、駆動回路5は、内部メモリなどに、複数のスイッチング素子(101、102、103、104)の中で損失が大きいスイッチング素子の組み合わせが互いに異なる複数のスイッチングパターンを保持しており、この複数のスイッチングパターンを周期的に切り替える。なお、駆動回路5は、電力変換装置100内に組み込まれるものであってもよいし、電力変換装置100の外部からスイッチング素子101、102、103、104にゲート電圧Su、Sx、Sv、Syを印加する制御装置であってもよい。   The drive circuit 5 holds, in an internal memory or the like, a plurality of switching patterns in which combinations of switching elements having a large loss among the plurality of switching elements (101, 102, 103, 104) are different from each other. The switching pattern is periodically switched. The drive circuit 5 may be incorporated in the power conversion device 100, or the gate voltages Su, Sx, Sv, Sy are applied to the switching elements 101, 102, 103, 104 from the outside of the power conversion device 100. The control apparatus which applies may be sufficient.

ここで、駆動回路5による所定のスイッチングパターンでのスイッチングについて詳細に説明する。図2は、第1のスイッチングパターンを例示する波形図である。図3は、第2のスイッチングパターンを例示する波形図である。なお、図2、3では、上から順に、出力電圧Vo、出力電流Io、U相キャリア波形WU及びV相キャリア波形WV、ゲート電圧Su、Sx、Sv、Syの波形を例示している。   Here, switching in a predetermined switching pattern by the drive circuit 5 will be described in detail. FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the first switching pattern. FIG. 3 is a waveform diagram illustrating the second switching pattern. 2 and 3 exemplify the waveforms of the output voltage Vo, the output current Io, the U-phase carrier waveform WU and the V-phase carrier waveform WV, and the gate voltages Su, Sx, Sv, and Sy in order from the top.

図2に示すように、第1のスイッチングパターンにおいて、駆動回路5は、V相に対してU相が進むスイッチングパターンでレグ100U、100Vのスイッチング素子101、102、103、104をスイッチングしている。この第1のスイッチングパターンでは、直流負荷3の負荷特性が誘導性であることから、出力電流Ioが少ない出力電圧Voの立ち上がりのタイミング(時刻t11、t13)でゲート電圧Su、Sxがターンオン/ターンオフして、スイッチング素子101、102がターンオン/ターンオフする。また、出力電流Ioが多い出力電圧Voの立ち下がりのタイミング(時刻t12、t14)でゲート電圧Sv、Syがターンオン/ターンオフして、スイッチング素子103、104がターンオン/ターンオフする。したがって、U相よりもV相でターンオン/ターンオフするスイッチング素子103、104に生じる損失が大きくなる。   As shown in FIG. 2, in the first switching pattern, the drive circuit 5 switches the switching elements 101, 102, 103, and 104 of the legs 100U and 100V in a switching pattern in which the U phase advances with respect to the V phase. . In the first switching pattern, since the load characteristic of the DC load 3 is inductive, the gate voltages Su and Sx are turned on / off at the rising timing (time t11, t13) of the output voltage Vo with a small output current Io. Then, the switching elements 101 and 102 are turned on / off. Further, the gate voltages Sv and Sy are turned on / off at the falling timing (time t12, t14) of the output voltage Vo with a large output current Io, and the switching elements 103 and 104 are turned on / off. Therefore, the loss generated in the switching elements 103 and 104 that turn on / off in the V phase is larger than that in the U phase.

図3に示すように、第2のスイッチングパターンにおいて、駆動回路5は、U相に対してV相が進むスイッチングパターンでレグ100U、100Vのスイッチング素子101、102、103、104をスイッチングしている。この第2のスイッチングパターンでは、直流負荷3の負荷特性が誘導性であることから、出力電流Ioが少ない出力電圧Voの立ち上がりのタイミング(時刻t21、t23)でゲート電圧Sv、Syがターンオン/ターンオフして、スイッチング素子103、104がターンオン/ターンオフする。また、出力電流Ioが多い出力電圧Voの立ち下がりのタイミング(時刻t22、t24)でゲート電圧Su、Sxがターンオン/ターンオフして、スイッチング素子101、102がターンオン/ターンオフする。したがって、V相よりもU相でターンオン/ターンオフするスイッチング素子101、102に生じる損失が大きくなる。   As shown in FIG. 3, in the second switching pattern, the drive circuit 5 switches the switching elements 101, 102, 103, and 104 of the legs 100U and 100V in a switching pattern in which the V phase advances with respect to the U phase. . In the second switching pattern, since the load characteristic of the DC load 3 is inductive, the gate voltages Sv and Sy are turned on / off at the rising timing (time t21, t23) of the output voltage Vo with a small output current Io. Thus, the switching elements 103 and 104 are turned on / off. Further, the gate voltages Su and Sx are turned on / off at the falling timing (time t22, t24) of the output voltage Vo with a large output current Io, and the switching elements 101 and 102 are turned on / off. Therefore, the loss generated in the switching elements 101 and 102 that turn on / off in the U phase is larger than that in the V phase.

上述したように、第1のスイッチングパターンと第2のスイッチングパターンとでは、一対のレグ100U、100Vの内、一方のレグのスイッチング素子をスイッチングする位相と、他方のレグのスイッチング素子をスイッチングする位相とが互いに異なっている。例えば、第1のスイッチングパターンでは、レグ100Vの位相に対してレグ100Uの位相が進んでいる。このため、第1のスイッチングパターンにおいては、直流負荷3の負荷特性が誘導性である場合、損失が大きい組み合わせはスイッチング素子103、104となる。また、第2のスイッチングパターンでは、レグ100Uの位相に対してレグ100Vの位相が進んでいる。このため、第2のスイッチングパターンにおいては、直流負荷3の負荷特性が誘導性である場合、損失が大きい組み合わせはスイッチング素子101、102となる。   As described above, in the first switching pattern and the second switching pattern, of the pair of legs 100U and 100V, the phase for switching the switching element of one leg and the phase for switching the switching element of the other leg Are different from each other. For example, in the first switching pattern, the phase of the leg 100U is advanced with respect to the phase of the leg 100V. For this reason, in the first switching pattern, when the load characteristic of the DC load 3 is inductive, the combination having a large loss is the switching elements 103 and 104. Further, in the second switching pattern, the phase of the leg 100V is advanced with respect to the phase of the leg 100U. For this reason, in the second switching pattern, when the load characteristic of the DC load 3 is inductive, the combination having a large loss is the switching elements 101 and 102.

図4は、第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2を周期的に切り替えた場合を例示する波形図である。図4に示すように、駆動回路5は、損失が大きい組み合わせがスイッチング素子103、104となる第1のスイッチングパターンP1、損失が大きい組み合わせがスイッチング素子101、102となる第2のスイッチングパターンP2を周期的に交互に切り替えることで、スイッチング素子101、102、103、104に生じる損失を均一化する。   FIG. 4 is a waveform diagram illustrating a case where the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2 are periodically switched. As shown in FIG. 4, the drive circuit 5 includes a first switching pattern P1 in which a combination with a large loss becomes the switching elements 103 and 104, and a second switching pattern P2 in which a combination with a large loss becomes the switching elements 101 and 102. By switching alternately periodically, the loss generated in the switching elements 101, 102, 103, 104 is made uniform.

具体的には、駆動回路5は、電圧測定部4により検出された電圧値に基いて、交流の出力電圧Voの立ち上がり又は立ち下がりのタイミングをもとに第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2の切り替えを行う。より具体的には、出力電流Ioが少ない出力電圧Voの立ち上がりタイミング(時刻t1、t2)で第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2の切り替えを行う。   Specifically, based on the voltage value detected by the voltage measurement unit 4, the drive circuit 5 uses the first switching pattern P <b> 1 and the second switching pattern P <b> 1 based on the rising or falling timing of the AC output voltage Vo. Switching of the switching pattern P2 is performed. More specifically, the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2 are switched at the rising timing (time t1, t2) of the output voltage Vo with a small output current Io.

このように、第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2を周期的に交互に切り替えることで、電力変換装置100では、スイッチング素子101、102、103、104に生じる損失を均一化できることから、ワーストケースに合わせた設計上の制約がなくなる。このため、スイッチング素子101、102、103、104の冷却器の小型化や、スイッチング素子101、102、103、104の容量を同じに設計することができ、小型化、軽量化、低コスト化を実現できる。   As described above, the power conversion device 100 can uniformize the loss generated in the switching elements 101, 102, 103, and 104 by periodically switching the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2 alternately. This eliminates the design restrictions for the worst case. For this reason, the size of the cooler of the switching elements 101, 102, 103, and 104 can be reduced, and the capacity of the switching elements 101, 102, 103, and 104 can be designed to be the same, thereby reducing size, weight, and cost. realizable.

なお、実施形態では、誘導性負荷の場合を例示しているが、容量性負荷の場合は損失の偏りが逆になるだけであり、第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2を周期的に切り替えることで、同様に損失を均一化できる。また、図4に例示した第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2の周期的な切り替えはあくまで一例であり、第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2を周期的に切り替えるものであれば、交流の出力電圧Voの1周期ごとに第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2を切り替える構成に限定しない。例えば、…→P1→P1→P2→P2→…と切り替える場合や、…→P1→P2→…→P1→P1→P2→P2…などのように切り替える周期の法則は多様であってよい。   In the embodiment, the case of an inductive load is illustrated. However, in the case of a capacitive load, only the bias of loss is reversed, and the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2 are set to be periodic. By switching automatically, the loss can be made uniform in the same manner. Further, the periodic switching between the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2 illustrated in FIG. 4 is merely an example, and the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2 are periodically switched. If it is, it will not be limited to the structure which switches the 1st switching pattern P1 and the 2nd switching pattern P2 for every period of AC output voltage Vo. For example, when switching from .fwdarw.P1.fwdarw.P1.fwdarw.P2.fwdarw.P2.fwdarw..fwdarw..fwdarw.P1.fwdarw.P2.fwdarw..fwdarw.P1.fwdarw.P1.fwdarw.P2.fwdarw.P2...

(変形例)
以下では、駆動回路5におけるスイッチングパターンの変形例を説明する。図5は、第3のスイッチングパターンを例示する波形図である。図6は、第4のスイッチングパターンを例示する波形図である。なお、図5、6では、上から順に、出力電圧Vo、出力電流Io、U相キャリア波形WU及びV相キャリア波形WV、ゲート電圧Su、Sx、Sv、Syの波形を例示している。
(Modification)
Below, the modification of the switching pattern in the drive circuit 5 is demonstrated. FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a third switching pattern. FIG. 6 is a waveform diagram illustrating a fourth switching pattern. 5 and 6 illustrate the waveforms of the output voltage Vo, the output current Io, the U-phase carrier waveform WU and the V-phase carrier waveform WV, and the gate voltages Su, Sx, Sv, and Sy in order from the top.

図5に示すように、第3のスイッチングパターンにおいて、駆動回路5は、V相キャリア波形WV、U相キャリア波形WUと変調率により、時刻t31、t32、t33、t34のタイミングでゲート電圧Su、Sx、Sv、Syをターンオン/ターンオフしている。具体的には、駆動回路5は、出力電圧Voのゼロ電圧を、上アームのスイッチング素子101、103のゲート電圧Su、Svをオンし、下アームのスイッチング素子102、104のゲート電圧Sx、Syをオフすることで、上アームのスイッチング素子101、103のオン、下アームのスイッチング素子102、104のオフで出力している。この第3のスイッチングパターンでは、上アームのスイッチング素子101、103の導通期間が長く、下アームのスイッチング素子102、104の導通期間が短くなることから、下アームに比べて上アームのスイッチング素子101、103に生じる損失が大きくなる。   As shown in FIG. 5, in the third switching pattern, the drive circuit 5 uses the V-phase carrier waveform WV, the U-phase carrier waveform WU, and the modulation rate to generate the gate voltage Su, at the timings t31, t32, t33, and t34. Sx, Sv, and Sy are turned on / off. Specifically, the drive circuit 5 turns on the zero voltage of the output voltage Vo, turns on the gate voltages Su and Sv of the upper arm switching elements 101 and 103, and turns on the gate voltages Sx and Sy of the lower arm switching elements 102 and 104. Is turned off, and the switching elements 101 and 103 of the upper arm are turned on and the switching elements 102 and 104 of the lower arm are turned off. In this third switching pattern, the conduction period of the switching elements 101 and 103 of the upper arm is long and the conduction period of the switching elements 102 and 104 of the lower arm is short, so that the switching element 101 of the upper arm is shorter than the lower arm. , 103 increases.

図6に示すように、第4のスイッチングパターンにおいて、駆動回路5は、V相キャリア波形WV、U相キャリア波形WUと変調率により、時刻t41、t42、t43、t44のタイミングでゲート電圧Su、Sx、Sv、Syをターンオン/ターンオフしている。具体的には、駆動回路5は、出力電圧Voのゼロ電圧を、下アームのスイッチング素子102、104のゲート電圧Sx、Syをオンし、上アームのスイッチング素子101、103のゲート電圧Su、Svをオフすることで、下アームのスイッチング素子102、104のオン、上アームのスイッチング素子101、103のオフで出力している。この第4のスイッチングパターンでは、下アームのスイッチング素子102、104の導通期間が長く、上アームのスイッチング素子101、103の導通期間が短くなることから、上アームに比べて下アームのスイッチング素子102、104に生じる損失が大きくなる。   As shown in FIG. 6, in the fourth switching pattern, the drive circuit 5 uses the V-phase carrier waveform WV, the U-phase carrier waveform WU, and the modulation rate to generate the gate voltage Su, at the timings t41, t42, t43, and t44. Sx, Sv, and Sy are turned on / off. Specifically, the drive circuit 5 turns on the zero voltage of the output voltage Vo, turns on the gate voltages Sx and Sy of the lower arm switching elements 102 and 104, and sets the gate voltages Su and Sv of the upper arm switching elements 101 and 103. Is turned off, the switching elements 102 and 104 of the lower arm are turned on, and the switching elements 101 and 103 of the upper arm are turned off. In the fourth switching pattern, the conduction period of the switching elements 102 and 104 of the lower arm is long and the conduction period of the switching elements 101 and 103 of the upper arm is short. Therefore, the switching element 102 of the lower arm is shorter than the upper arm. , 104 is increased.

図7は、第3のスイッチングパターンP3、第4のスイッチングパターンP4を周期的に切り替えた場合を例示する波形図である。図7に示すように、駆動回路5は、損失が大きい組み合わせがスイッチング素子101、103となる第3のスイッチングパターンP3、損失が大きい組み合わせがスイッチング素子102、104となる第4のスイッチングパターンP4を周期的に交互に切り替えることで、スイッチング素子101、102、103、104に生じる損失を均一化する。   FIG. 7 is a waveform diagram illustrating a case where the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4 are periodically switched. As shown in FIG. 7, the drive circuit 5 includes a third switching pattern P3 in which the combination with large loss becomes the switching elements 101 and 103, and a fourth switching pattern P4 in which the combination with large loss becomes the switching elements 102 and 104. By switching alternately periodically, the loss generated in the switching elements 101, 102, 103, 104 is made uniform.

具体的には、駆動回路5は、V相キャリア波形WV、U相キャリア波形WUをもとに、そのV相キャリア波形WV、U相キャリア波形WUの山(極大)又は谷(極小)となるタイミング(時刻t3、t4)に基づいて第3のスイッチングパターンP3、第4のスイッチングパターンP4の切り替えを行う。図示例では、V相キャリア波形WVが極大となる山のところで(時刻t3、t4)、変調率を切り替えて第3のスイッチングパターンP3、第4のスイッチングパターンP4を切り替える。このように、第3のスイッチングパターンP3、第4のスイッチングパターンP4を切り替える場合においては、出力電圧Voの検出を行う必要がないことから、電圧測定部4を備える必要はない。   Specifically, the drive circuit 5 becomes a peak (maximum) or a valley (minimum) of the V-phase carrier waveform WV and the U-phase carrier waveform WU based on the V-phase carrier waveform WV and the U-phase carrier waveform WU. Switching between the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4 is performed based on the timing (time t3, t4). In the illustrated example, at the peak of the V-phase carrier waveform WV (time t3, t4), the modulation rate is switched to switch the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4. Thus, in the case of switching between the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4, it is not necessary to detect the output voltage Vo, and therefore it is not necessary to include the voltage measuring unit 4.

このように、第3のスイッチングパターンP3、第4のスイッチングパターンP4を周期的に交互に切り替えることで、電力変換装置100では、スイッチング素子101、102、103、104に生じる損失を均一化できることから、ワーストケースに合わせた設計上の制約がなくなる。このため、スイッチング素子101、102、103、104の冷却器の小型化や、スイッチング素子101、102、103、104の容量を同じに設計することができ、小型化、軽量化、低コスト化を実現できる。   As described above, the power conversion device 100 can uniformize the loss generated in the switching elements 101, 102, 103, and 104 by periodically alternately switching the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4. This eliminates the design restrictions for the worst case. For this reason, the size of the cooler of the switching elements 101, 102, 103, and 104 can be reduced, and the capacity of the switching elements 101, 102, 103, and 104 can be designed to be the same, thereby reducing size, weight, and cost. realizable.

なお、実施形態では、誘導性負荷の場合を例示しているが、容量性負荷の場合は損失の偏りが逆になるだけであり、第3のスイッチングパターンP3、第4のスイッチングパターンP4を周期的に切り替えることで、同様に損失を均一化できる。また、図7に例示した第3のスイッチングパターンP3、第4のスイッチングパターンP4の周期的な切り替えはあくまで一例であり、第3のスイッチングパターンP3、第4のスイッチングパターンP4を周期的に切り替えるものであれば、交流の出力電圧Voの1周期ごとに第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2を切り替える構成に限定しない。例えば、…→P3→P3→P4→P4→…と切り替える場合や、…→P3→P4→…→P3→P3→P4→P4→…などのように切り替える周期の法則は多様であってよい。   In the embodiment, the case of an inductive load is illustrated. However, in the case of a capacitive load, only the bias of loss is reversed, and the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4 are set to be periodic. By switching automatically, the loss can be made uniform in the same manner. In addition, the periodic switching of the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4 illustrated in FIG. 7 is merely an example, and the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4 are periodically switched. If it is, it will not be limited to the structure which switches the 1st switching pattern P1 and the 2nd switching pattern P2 for every period of AC output voltage Vo. For example, when switching from .fwdarw.P3.fwdarw.P3.fwdarw.P4.fwdarw.P4.fwdarw..fwdarw..fwdarw.P3.fwdarw.P4.fwdarw..fwdarw.P3.fwdarw.P3.fwdarw.P4.fwdarw.P4.fwdarw., Etc., there may be various laws of the cycle.

また、駆動回路5は、第1のスイッチングパターンP1及び第2のスイッチングパターンP2の切り替え、第3のスイッチングパターンP3及び第4のスイッチングパターンP4の切り替えだけでなく、第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2、第3のスイッチングパターンP3及び第4のスイッチングパターンP4の切り替えを行なってもよいことは言うまでもないことである。この第1のスイッチングパターンP1、第2のスイッチングパターンP2、第3のスイッチングパターンP3及び第4のスイッチングパターンP4の切り替えを行う場合、第1のスイッチングパターンP1及び第2のスイッチングパターンP2の切り替えは、交流の出力電圧Voの立ち上がり又は立ち下がりのタイミングに基いて行う。また、第3のスイッチングパターンP3及び第4のスイッチングパターンP4の切り替えは、キャリア波形の山(極大)又は谷(極小)となるタイミングに基づいて行う。また、第1のスイッチングパターンP1及び第2のスイッチングパターンP2と、第3のスイッチングパターンP3及び第4のスイッチングパターンP4との切り替えは、第1のスイッチングパターンP1からは第4のスイッチングパターンP4へ、第2のスイッチングパターンP2からは第3のスイッチングパターンP3へ切り替える、またはその逆の切り替えを行う。   Further, the drive circuit 5 not only switches the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2, and switches the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4, but also the first switching pattern P1, the second switching pattern P4, and the like. Needless to say, the second switching pattern P2, the third switching pattern P3, and the fourth switching pattern P4 may be switched. When switching the first switching pattern P1, the second switching pattern P2, the third switching pattern P3, and the fourth switching pattern P4, the switching of the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2 is , Based on the rise or fall timing of the AC output voltage Vo. The switching between the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4 is performed based on the timing at which the carrier waveform has a peak (maximum) or a valley (minimum). In addition, switching between the first switching pattern P1 and the second switching pattern P2, and the third switching pattern P3 and the fourth switching pattern P4 is changed from the first switching pattern P1 to the fourth switching pattern P4. The second switching pattern P2 is switched to the third switching pattern P3, or vice versa.

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

100…電力変換装置、1…電力変換回路、2…直流電源、3…直流負荷、4…電圧測定部、5…駆動回路、6…絶縁トランス、7…全波整流器、100U、100V…レグ、101〜104…スイッチング素子、111〜114…還流ダイオード、121、122…出力端子、Io…出力電流、P1…第1のスイッチングパターン、P2…第2のスイッチングパターン、P3…第3のスイッチングパターン、P4…第4のスイッチングパターン、Su、Sx、Sv、Sy…ゲート電圧、t1〜t44…時刻、Vo、Vp…出力電圧、WU…U相キャリア波形、WV…V相キャリア波形   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Power converter device, 1 ... Power converter circuit, 2 ... DC power supply, 3 ... DC load, 4 ... Voltage measurement part, 5 ... Drive circuit, 6 ... Insulation transformer, 7 ... Full wave rectifier, 100U, 100V ... Leg, 101-104 ... switching element, 111-114 ... freewheeling diode, 121, 122 ... output terminal, Io ... output current, P1 ... first switching pattern, P2 ... second switching pattern, P3 ... third switching pattern, P4 ... Fourth switching pattern, Su, Sx, Sv, Sy ... Gate voltage, t1-t44 ... Time, Vo, Vp ... Output voltage, WU ... U-phase carrier waveform, WV ... V-phase carrier waveform

Claims (7)

直流電源を短絡接続する2つのスイッチング素子が直列に接続されたレグを並列に一対有し、この一対のレグのスイッチング素子間から交流電圧を出力する電力変換部と、
前記電力変換部の複数のスイッチング素子を、所定のスイッチングパターンでスイッチングする制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記複数のスイッチング素子の中で損失が大きいスイッチング素子の組み合わせが互いに異なる複数のスイッチングパターンを周期的に切り替える電力変換装置。
A power conversion unit that has a pair of legs connected in series with two switching elements connected in series to each other for short-circuiting a DC power supply, and that outputs an AC voltage between the switching elements of the pair of legs;
A control unit that performs control to switch a plurality of switching elements of the power conversion unit with a predetermined switching pattern;
The said control part is a power converter device which switches periodically the several switching pattern from which the combination of a switching element with a big loss among these switching elements differs mutually.
前記制御部は、前記一対のレグの内、一方のレグのスイッチング素子をスイッチングする位相と、他方のレグのスイッチング素子をスイッチングする位相とが互いに異なり、前記一方のレグの位相に対して前記他方のレグの位相が進む第1のスイッチングパターンと、前記他方のレグの位相に対して前記一方のレグの位相が進む第2のスイッチングパターンとを周期的に切り替える、
請求項1に記載の電力変換装置。
The control unit is configured such that a phase for switching a switching element of one leg of the pair of legs is different from a phase for switching a switching element of the other leg, and the phase of the one leg is different from that of the other leg. Periodically switching between a first switching pattern in which the phase of the first leg advances and a second switching pattern in which the phase of the one leg advances with respect to the phase of the other leg,
The power conversion device according to claim 1.
前記制御部は、前記一対のレグのスイッチング素子間のゼロ電圧を、前記一対のレグの上アームの前記スイッチング素子のオン、下アームの前記スイッチング素子のオフで出力する第3のスイッチングパターンと、前記一対のレグの下アームの前記スイッチング素子のオン、上アームの前記スイッチング素子のオフで出力する第4のスイッチングパターンとを周期的に切り替える、
請求項1に記載の電力変換装置。
The control unit outputs a zero voltage between the switching elements of the pair of legs when the switching element of the upper arm of the pair of legs is turned on and the switching element of the lower arm is turned off; Periodically switching between the fourth switching pattern output when the switching element of the lower arm of the pair of legs is turned on and the switching element of the upper arm is turned off,
The power conversion device according to claim 1.
前記制御部は、前記第1のスイッチングパターン、前記第2のスイッチングパターン、前記第3のスイッチングパターン及び前記第4のスイッチングパターンを周期的に切り替える、
請求項2又は3に記載の電力変換装置。
The controller periodically switches the first switching pattern, the second switching pattern, the third switching pattern, and the fourth switching pattern;
The power converter according to claim 2 or 3.
前記電力変換部が出力する電圧値を検出する電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記検出された電圧値に基いて、前記交流電圧の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングをもとに前記スイッチングパターンの切り替えを行う、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
A voltage detection unit for detecting a voltage value output by the power conversion unit;
The control unit switches the switching pattern based on the rising or falling timing of the AC voltage based on the detected voltage value.
The power converter device as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
前記制御部は、前記スイッチング素子をターンオン又はターンオフするタイミングにかかるキャリア波形が極大又は極小となるタイミングをもとに前記スイッチングパターンの切り替えを行う、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The control unit performs switching of the switching pattern based on a timing at which a carrier waveform related to a timing at which the switching element is turned on or off is maximized or minimized.
The power converter device as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
直流電源を短絡接続する2つのスイッチング素子が直列に接続されたレグを並列に一対有し、この一対のレグのスイッチング素子間から交流電圧を出力する電力変換部の複数のスイッチング素子を、所定のスイッチングパターンでスイッチングする制御を行い、前記複数のスイッチング素子の中で損失が大きいスイッチング素子の組み合わせが互いに異なる複数のスイッチングパターンを周期的に切り替える制御装置。   A pair of legs in which two switching elements for short-circuiting a DC power source are connected in series are provided in parallel, and a plurality of switching elements of a power conversion unit that outputs an AC voltage from between the switching elements of the pair of legs A control device that performs switching control according to a switching pattern and periodically switches a plurality of switching patterns having different combinations of switching elements having a large loss among the plurality of switching elements.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020078145A (en) * 2018-11-07 2020-05-21 三菱電機株式会社 Power converter
WO2020156276A1 (en) * 2019-01-30 2020-08-06 华为技术有限公司 Power supply rectifying method and device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10295082A (en) * 1997-04-18 1998-11-04 Fuji Electric Co Ltd Control method of single-phase inverter
JP2007306696A (en) * 2006-05-10 2007-11-22 Mitsubishi Electric Corp Inverter device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10295082A (en) * 1997-04-18 1998-11-04 Fuji Electric Co Ltd Control method of single-phase inverter
JP2007306696A (en) * 2006-05-10 2007-11-22 Mitsubishi Electric Corp Inverter device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020078145A (en) * 2018-11-07 2020-05-21 三菱電機株式会社 Power converter
WO2020156276A1 (en) * 2019-01-30 2020-08-06 华为技术有限公司 Power supply rectifying method and device
US11637430B2 (en) 2019-01-30 2023-04-25 Huawei Technologies Co., Ltd. Power rectification method and apparatus

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