特許 6296256 変調波制御方法及び三相３線式３レベル回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6296256

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】変調波制御方法及び三相３線式３レベル回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20180312BHJP

   H02M 7/487 20070101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 F

   H02M7/487

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-146290(P2016-146290)

(22)【出願日】2016年7月26日

(65)【公開番号】特開2017-99253(P2017-99253A)

(43)【公開日】2017年6月1日

【審査請求日】2016年7月26日

(31)【優先権主張番号】201510791588.1

(32)【優先日】2015年11月17日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】511268432

【氏名又は名称】台達電子企業管理（上海）有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】陳 鋒

(72)【発明者】

【氏名】陸 城

(72)【発明者】

【氏名】張 偉強

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 洪洋

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１８２４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１９０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７０４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Salvador Ceballos et al.，"Efficient Modulation Technique for a Four-Leg Fault-Tolerant Neutral-Point-Clamped Inverter"，IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS，米国，IEEE，２００８年 ３月，VOL.55, NO.3，pp. 1067-1074

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８−７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３つのブリッジアームがそれぞれ少なくとも３つの変調波に対応する三相３線式３レベル回路に用いられ、前記３つの変調波と搬送波を比較することによって前記三相３線式３レベル回路を制御する変調波制御方法であって、
前記三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流に基づき、前記３つの変調波から第１の変調波を取得するステップと、
前記３つの変調波に並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波のピーク値、ボトム値又はピーク値とボトム値との間に介在する中間値に並進させるステップと、
を含み、
前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波のピーク値、ボトム値又はピーク値とボトム値との間に介在する中間値に並進させるステップは、前記第１の変調波の極性を判断して、前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の前記ピーク値又は前記ボトム値に並進させることを更に含み、
前記変調波制御方法は、
前記第１の変調波を前記搬送波の前記ピーク値又は前記ボトム値に並進させた後で、前記３つの変調波のいずれかが前記搬送波の前記ピーク値を超え又は前記搬送波の前記ボトム値よりも低い場合に、前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の中間値に並進させるステップを更に含む、変調波制御方法。

【請求項2】

前記３つの変調波から前記第１の変調波を取得するステップは、
前記対応する電流中で最大電流値を有する電流を判断することと、
前記最大電流値を有する前記電流に対応する変調波を前記第１の変調波として取ることと、
を含む請求項１に記載の変調波制御方法。

【請求項3】

前記第１の変調波を前記搬送波の前記中間値に並進させた後で、前記３つの変調波のいずれかが前記搬送波の前記ピーク値を超え又は前記搬送波の前記ボトム値よりも低い場合、
前記対応する電流中で二番目に大きい電流値を有する電流を判断することと、
前記二番目に大きい電流値を有する前記電流に対応する変調波を第２の変調波として取ることと、
前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第２の変調波を前記搬送波の前記ピーク値又は前記ボトム値に並進させることと、
を更に含む請求項１に記載の変調波制御方法。

【請求項4】

３つのブリッジアームがそれぞれ少なくとも３つの変調波に対応する三相３線式３レベル回路に用いられ、前記３つの変調波と搬送波を比較することによって前記三相３線式３レベル回路を制御する変調波制御方法であって、
前記三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流に基づき、前記３つの変調波から第１の変調波を取得するステップと、
前記３つの変調波に並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の高値、低値又は高値と低値との間に介在する中間値に並進させるステップと、
を含み、
前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の高値、低値又は高値と低値との間に介在する中間値に並進させるステップは、前記第１の変調波の極性を判断して、前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の前記高値又は前記低値に並進させることを更に含み、
前記変調波制御方法は、
前記第１の変調波を前記搬送波の前記高値又は前記低値に並進させた後で、前記３つの変調波のいずれかが前記搬送波の前記高値を超え又は前記搬送波の前記低値よりも低い場合に、前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の前記中間値に並進させるステップを更に含む、変調波制御方法。

【請求項5】

前記３つの変調波から前記第１の変調波を取得するステップは、
前記対応する電流中で最大電流値を有する電流を判断することと、
前記最大電流値を有する前記電流に対応する変調波を前記第１の変調波として取ることと、
を含む請求項４に記載の変調波制御方法。

【請求項6】

３つのブリッジアームがそれぞれ少なくとも３つの変調波に対応する三相３線式３レベル回路に用いられ、前記３つの変調波と搬送波を比較することによって前記三相３線式３レベル回路を制御する変調波制御方法であって、
前記三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流に基づき、前記３つの変調波から第１の変調波を取得するステップと、
前記３つの変調波に並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波のピーク値、ボトム値又はピーク値とボトム値との間に介在する中間値に並進させるステップと、
を含み、
前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波のピーク値、ボトム値又はピーク値とボトム値との間に介在する中間値に並進させるステップは、前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の前記ピーク値、前記ボトム値及び前記中間値の中の１つに並進させることを含み、
前記変調波制御方法は、
前記第１の変調波を前記搬送波の前記ピーク値、前記ボトム値及び前記中間値の中の１つに並進させた後で、前記３つの変調波のいずれかが前記搬送波の前記ピーク値を超え又は前記搬送波の前記ボトム値よりも低い場合に、前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の前記ピーク値、前記ボトム値及び前記中間値の中の別の１つに並進させるステップと、
前記第１の変調波を前記搬送波の前記ピーク値、前記ボトム値及び前記中間値の中の別の１つに並進させた後で、前記３つの変調波のいずれかが前記搬送波の前記ピーク値を超え又は前記搬送波の前記ボトム値よりも低い場合に、前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第１の変調波を前記搬送波の前記ピーク値、前記ボトム値及び前記中間値の中の更に別の１つに並進させるステップと、
を更に含む、変調波制御方法。

【請求項7】

前記第１の変調波を前記更に別の１つに並進させた後で、前記３つの変調波のいずれかが前記搬送波の前記ピーク値を超え又は前記搬送波の前記ボトム値よりも低い場合、
前記対応する電流中で二番目に大きい電流値を有する電流を判断することと、
前記二番目に大きい電流値を有する前記電流に対応する変調波を第２の変調波として取ることと、
前記３つの変調波に前記並進量を重ね合わせて、前記第２の変調波を前記搬送波の前記ピーク値又は前記ボトム値に並進させることと、
を更に含む請求項６に記載の変調波制御方法。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載の変調波制御方法が採用される三相３線式３レベル回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波形制御方法及び回路に関し、且つ特に、変調波制御方法及び三相３線式３レベル回路に関する。

【背景技術】

【0002】

電力電子技術の発展に伴って、半導体スイッチングデバイスを適用したコンバータが幅広く該当分野において採用され、例えば、インバーター（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）、整流器（Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、静止型無効電力発生装置（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ＳＶＧ）などのようなグリッド、オングリッド式の三相３線式コンバータの使用は、ますます多くなってきた。

【0003】

上記の回路のいずれも、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＭＯＳＦＥＴ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）ＭＯＳＦＥＴなどのような半導体スイッチングデバイスを使用する。回路が作動する際に、その内の半導体スイッチングデバイスにスイッチング損失と導通損失が発生し、上記スイッチング損失は、半導体スイッチングデバイスそのものの特性、駆動回路、直流電圧、流した電流及びスイッチング周波数に関係があり、導通損失は、半導体スイッチングデバイスの特性及び流した電流に関係がある。

【0004】

現在、高出力密度、フィルタの体積の減少などの目的を果たすために、一般的に、より高いスイッチング周波数を選択する。しかしながら、一旦スイッチング周波数を向上させると、半導体スイッチングデバイスのスイッチング損失は相応的に増加してしまって、スイッチング損失が大きすぎると、直接半導体スイッチングデバイスの運転温度及びシステム効率に影響を及ぼす。

【0005】

これから見ると、上記の従来の方式は、まだ不便と欠陥が存在し、さらなる改善が待たれている。上記問題を解決するために、関連分野において解決策を取得するために工夫したが、今まで適切な解決手段がまだ開発されていない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の説明は、読者に本開示内容を基本的に理解させるように、本開示内容の簡略化された概要を提供する。この発明の内容は、本掲示内容の完全な記述ではなく、また本発明の実施例の重要な／肝心な素子を指摘し、又は本発明の範囲を限定するものではない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明内容の一局面は、三相３線式３レベル回路及び変調波制御方法を提供して、これによって従来の技術の問題を改善する。

【0008】

本発明内容の一技術的様態は、三相３線式３レベル回路に用いられる変調波制御方法に関する。三相３線式３レベル回路は、３つのブリッジアームがそれぞれ３つの変調波に対応して、３つの変調波と搬送波を比較することによって三相３線式３レベル回路を制御する。変調波制御方法は、三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流に基づき、３つの変調波から第１の変調波を取得するステップと、３つの変調波に並進量を重ね合わせて、第１の変調波を搬送波のピーク値、ボトム値又はピーク値とボトム値との間に介在する中間値に並進させるステップと、を含む。

【0009】

本発明内容の別の技術的様態は、三相３線式３レベル回路に用いられる変調波制御方法に関する。三相３線式３レベル回路は、３つのブリッジアームがそれぞれ３つの変調波に対応して、３つの変調波と搬送波を比較することによって三相３線式３レベル回路を制御する。変調波制御方法は、三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流に基づき、３つの変調波から第１の変調波を取得するステップと、３つの変調波に並進量を重ね合わせて、第１の変調波を搬送波の高値、低値又は高値と低値との間に介在する中間値に並進させるステップと、を含む。

【0010】

本発明内容の更に他の技術的様態は、上記変調波制御方法が採用される三相３線式３レベル回路に関する。

【発明の効果】

【0011】

したがって、本発明の技術的内容によれば、本発明の実施例は、三相３線式３レベル回路及び変調波制御方法を提供することによって、半導体スイッチングデバイスのスイッチング損失を効果的に減少させることで、半導体スイッチングデバイスの熱応力を減少させて、システム全体の効率を向上させる。

【0012】

以下の実施形態により、当業者は、本発明の基本的な精神及びその他の発明目的、並びに本発明が採用された技術的手段と実施態様を容易に理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本発明の上記及び他の目的、特徴、メリット及び実施例をより分かりやすくするために、添付図面の説明は以下の通りである。

【図1】本発明の一実施例による３レベル回路のブリッジアームを示す模式図である。

【図2】本発明の別の実施形態による正弦波変調方法を示す模式図である。

【図3】本発明の更に１つの実施形態による変調波制御方法を示す模式図である。

【図4】本発明の更に他の実施形態による変調波制御方法を示す模式図である。

【図5】本発明の別の実施形態による変調波制御方法を示す模式図である。

【図6】本発明の一実施形態による変調波制御方法を示すフローチャートである。

【図7】本発明の別の実施形態による変調波制御方法を示すフローチャートである。

【図8】本発明の更に１つの実施形態による変調波制御方法を示すフローチャートである。 一般的な作業形態に基づき、図面における各種の特徴及び素子を比例で描写しなく、その描写方式は、最適な形態で本発明に関する具体的な特徴及び素子を表現するためのものである。なお、異なる図面には、同じ又は類似の素子符号で類似の素子／部材を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の記述をより詳細化し充実させるためには、以下、本発明の実施形態と具体的な実施例に対して説明的な記述を提出するが、これは、本発明の具体的な実施例を実施又は適用する唯一の形式ではない。実施形態において複数の具体的な実施例の特徴及びこれらの具体的な実施例を構成及び操作する方法、ステップ及びその順序が含まれる。しかしながら、その他の具体的な実施例を利用して同じ又は等価の機能及びステップ順序を実現してもよい。

【0015】

本明細書で特に定義されない限り、ここで用いられた科学及び技術用語の意味は当業者が理解及び慣用する意味と同様である。なお、コンテキストに衝突しない場合に、本明細書に用いられる単数名詞に該名詞の複数形が含まれ、使用された複数名詞にも該名詞の単数形が含まれる。

【0016】

また、本文に使用される「結合」とは、２つ又は複数の素子が互いに直接的に実体又は電気的に接触し、又は互いに間接的に実体又は電気的に接触してもよく、２つ又は複数の素子が互いに操作し又は動作してもよい。

【0017】

図１は、本発明の一実施例による３レベル回路のブリッジアームを示す模式図である。図に示すように、３レベル回路のブリッジアームは、出力レベルＶ_ＡＮで３種の動作状態に分けられ、該ブリッジアームの各種の動作状態で、異なるスイッチング組み合わせを有する可能性があるが、前記動作状態で求められるレベルを出力すればよく、例えば、スイッチトランジスタＳ１とＳ３とが補完的に導通し、Ｓ２とＳ４とが補完的に導通する。上記の３種の動作状態を以下に詳しく説明する。

【0018】

図２を参照して、動作状態Ｐで、スイッチング組み合わせを、例えば、スイッチトランジスタＳ１とＳ２を導通させ、スイッチトランジスタＳ３とＳ４をオフにして、この場合の出力レベルは、以下の通りである。

【0019】

【数1】

【0020】

動作状態Ｏで、スイッチング組み合わせを、例えば、スイッチトランジスタＳ２とＳ３を導通させ、スイッチトランジスタＳ１とＳ４をオフにして、この場合の出力レベルは、以下の通りである。

【0021】

【数2】

【0022】

動作状態Ｎで、スイッチング組み合わせは例えばスイッチトランジスタＳ３とＳ４を導通させ、スイッチトランジスタＳ１とＳ２をオフにし、この場合の出力レベルは、以下の通りである。

【0023】

【数3】

【0024】

上記の３種の動作状態に基づいて、図２は、正弦波変調（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＳＰＷＭ）方式で、１つのスイッチングサイクルにおける各相のスイッチング動作状況を示す。上下の２つの三角形は、搬送波Ｗ１、Ｗ２であり、符号Ｖａ〜Ｖｃは、三相３線式３レベル回路の３つのブリッジアームにそれぞれ対応する変調波をそれぞれ代表する。三角搬送波の２つの隣接する頂点を１つのスイッチングサイクルとし、且つ仮に１つのスイッチングサイクルで変調波が基本的に変わらないようにしてもよい。なお、変調波と搬送波を比較する論理は、変調波が上搬送波Ｗ１よりも大きい時に、ブリッジアームがＰ動作状態に作動し、変調波が下搬送波Ｗ２よりも小さい時に、ブリッジアームがＮ動作状態に作動し、変調波が上下搬送波の中間にある時に、ブリッジアームがＯ動作状態に作動することである。これにより、１つのスイッチングサイクルにおける三相のブリッジアームの動作状況を取得することができるが、本発明はこれに限定されない。図２における１つのスイッチングサイクルで、三相３線式３レベル回路の３つのブリッジアームにそれぞれ対応する３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃは、いずれもそれぞれ２回動作する。

【0025】

最初に説明する必要があるのは、三相３線式３レベル回路において、三相変調波Ｖａ〜Ｖｃを同時に同じ方向に同じ量で移動し、即ち変調波Ｖａ〜Ｖｃにゼロシーケンス成分を注入する場合、各相の出力電圧と電流に影響を及ぼさない。上記の特性によると、本発明の実施例は、三相変調波Ｖａ〜Ｖｃを同時に同じ方向に同じ量で移動することによって、スイッチトランジスタの全体のスイッチング回数を減少させ、このようにして、対応的にスイッチング損失を低減させることができる変調波制御方法を開示して、以降で詳しく説明する。

【0026】

図３〜図５を参照されたい。本発明の実施例の変調波制御方法は、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃと搬送波Ｗ１〜Ｗ２を比較することによって三相３線式３レベル回路を制御する。上記変調波制御方法は、三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流に基づき、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃから第１の変調波を取得するステップと、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波を搬送波Ｗ１〜Ｗ２のピーク値Ｐｅ（図３に示すように、仮にこの時に選択された第１の変調波をＶａとする）、ボトム値Ｖ（図４に示すように、仮にこの時に選択された第１の変調波をＶｃとする）又はピーク値とボトム値との間に介在する中間値Ｍ（図５に示すように、仮にこの時に選択された第１の変調波をＶｂとする）に並進させるステップと、を含む。

【0027】

並進量の重ね合わせは、単一の並進量を一回で重ね合わせることも含み、多回で調整された並進量を一回で重ね合わせることも含み、複数の同じ又は異なる並進量を多回で重ね合わせることを更に含んで、本方法を経た後で、３つの変調波と変調される前のものと同じ並進量を有すればよく、本発明はこれに限定されない。

【0028】

このようにして、図２の変調波Ｖａ〜Ｖｃが１つのスイッチングサイクルでそれぞれ２回変わることと比べて、図３〜図５における変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれも１つのスイッチングサイクルで少なくとも１相が同一の動作状態に保持され、例えば、図３におけるＡ相ブリッジアームがずっとＰ動作状態を保持し、図４におけるＣ相ブリッジアームがずっとＮ動作状態を保持し、そして図５におけるＢ相ブリッジアームがすっとＯ動作状態を保持する。一旦ブリッジアームが１つのスイッチングサイクルで同一の動作状態に保持されると、このブリッジアームにスイッチング（オン／オフ）動作がないため、本発明の実施例の変調波制御方法を採用して、スイッチトランジスタの全体のスイッチング回数を減少させることができ、このようにして、スイッチング損失を効果的に低減させ、且つ半導体スイッチングデバイスの熱応力を減少させ、且つシステム全体の効率を向上させることができる。しかしながら、本発明が上記の実施例に限定されず、当業者は、実際の回路配置状況に応じて、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波を搬送波Ｗ１〜Ｗ２の搬送波の高値、低値又は高値と低値との間に介在する中間値に並進させるが、搬送波Ｗ１〜Ｗ２のピーク値Ｐｅ、ボトム値Ｖ又はピーク値とボトム値との間に介在する中間値Ｍに限定されなく、高値が例えば０.９〜１であり、低値が例えば-１〜-０.９である。スイッチトランジスタの駆動設置を組み合わせて、スイッチトランジスタの全体のスイッチング回数を減少させてもよい。

【0029】

図３〜図５を参照されたい。一実施例において、上記の３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃから第１の変調波を取得するステップは、三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流中のいずれが最大電流値であるかを判断することと、該最大電流値に対応する変調波を第１の変調波として取ることと、を含む。

【0030】

注意すべきなのは、本発明の実施例の変調波制御方法によって問題を解決する技術的手段に対して以上のように説明し、以下、本発明をより理解しやすくするために、変調波制御方法を実現するいくつかの実施例を例示したが、本発明は後続きの実施例に限定されない。

【0031】

図６を参照されたい。図６は、本発明の一実施形態による変調波制御方法を示すフローチャートである。まず、ステップ４０１において、三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃをサンプリングし、例えば、直接各相のインダクタンスを流した電流をサンプリングして、或いは三相の対応なブリッジアームスイッチトランジスタの電流を採用し、次に三相電流値を比較してもよいが、本発明はこれらに限定されない。ステップ４０３において、最大電流値に対応した相ｘを見つけ、最大電流値に対応した相ｘの変調波を第１の変調波Ｖｘとして取る。例えば、ｉａが最大であると、相Ａに対応する変調波Ｖａを第１の変調波として選択する。前記電流値の比較には一般的に絶対値の比較を採用するが、本発明はこれに限定されない。その後、ステップ４０７において、第１の変調波Ｖｘが３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃ中で最大であるか、最小であるか、あるいは最大と最小との間に介在する中間であるかを判断する。

【0032】

ステップ４０７において、第１の変調波Ｖｘが３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で最大であると判定すると、ステップ４０９を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖｘを搬送波のピーク値Ｐｅに並進させる。本ステップを理解しやすくするために、図３を参照されたい。第１の変調波が３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で最大である、例えばＡ相変調波であると判定すると、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖａを搬送波のピーク値Ｐｅに並進させ、このようにして、図３において、Ａ相ブリッジアームがこの動作サイクルでずっとＰ動作状態を保持して、スイッチトランジスタの全体のスイッチング回数を低下させて、効果的にスイッチング損失を低減させることができる。

【0033】

ステップ４０７を参照し続けて、第１の変調波Ｖｘが３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で最小であると判定すると、ステップ４１３を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖｘを搬送波のボトム値Ｖに並進させる。本ステップを理解しやすくするために、図４を参照されたい。第１の変調波が該３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で最小である、例えばＣ相変調波であると判定すると、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖｃを搬送波のボトム値Ｖに並進させ、このようにして、図４において、Ｃ相ブリッジアームがこの動作サイクルでずっとＮ動作状態を保持して、スイッチトランジスタの全体のスイッチング回数を低下させて、効果的にスイッチング損失を低減させることができる。

【0034】

ステップ４０７を参照し続けて、第１の変調波Ｖｘが３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で中間であると判定すると、ステップ４１１を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖｘを搬送波の中間値Ｍに並進させる。本ステップを理解しやすくするために、図５を参照されたい。第１の変調波が３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で中間である、例えばＢ相変調波であると判定すると、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖｂを搬送波の中間値Ｍに並進させ、このようにして、図５において、Ｂ相ブリッジアームがこの動作サイクルでずっとＯ動作状態を保持して、スイッチトランジスタの全体のスイッチング回数を低下させて、効果的にスイッチング損失を低減させることができる。

【0035】

説明する必要があるのは、ステップ４１１を採用すると、第１の変調波Ｖｘが搬送波の中間値Ｍに並進されることができるが、その他の相の変調波が搬送波のピーク値Ｐｅ又はボトム値Ｖを超えて、過変調現象が発生し、３レベル回路にエラーが出ることを招く。この時、後述するように、ある修正方式を使用して、上記の状況を改善することができる。

【0036】

ステップ４１１の後に、ステップ４１５を実行して、第１の変調波Ｖｘを搬送波の中間値に並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超えるか、又は搬送波のボトム値Ｖよりも低いかを判断してもよいが、本発明はこれらに限定されない。第１の変調波Ｖｘを搬送波の中間値に並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれも搬送波のピーク値Ｐｅを超えなく又は搬送波のボトム値Ｖよりも低くない場合、過変調現象が発生しなく、本発明の実施例の変調波制御方法は、このスイッチングサイクルでの作用が終了でき、且つ次のスイッチングサイクルで作用し続け、本発明はこれに限定されない。なお、第１の変調波Ｖｘを搬送波の中間値に並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超え又は搬送波のボトム値Ｖよりも低く、即ち過変調現象が発生する場合、後続きのステップ４１７、４１９、４２１、４２３に示すような修正方式を採用する。

【0037】

ステップ４１７において、三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流中のいずれが二番目に大きい電流値であるかを判断して、二番目に大きい電流値に対応する変調波を第２の変調波Ｖｙとして取る。その後、ステップ４１９において、第２の変調波Ｖｙは３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で最大であるか、あるいは最小であるかを判断する。第２の変調波Ｖｙが３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で最大であると判定すると、ステップ４２１を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第２の変調波Ｖｙを搬送波のピーク値Ｐｅに並進させる。第２の変調波Ｖｙが３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃの中で最小であると判定すると、ステップ４２３を実行して、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第２の変調波Ｖｙを搬送波のボトム値Ｖに並進させる。上記の説明から分かるように、修正方式を採用して、過変調現象の発生を避けることができるが、本発明はこれに限定されなく、例えば電流値が最小であるものの変調波を第２の変調波としてもよい。

【0038】

図７を参照されたい。図７は、本発明の別の実施形態による変調波制御方法を示すフローチャートである。まず、ステップ５０１において、サンプリングした三相電流情報に基づき、最大電流に対応した相ｘを比較し、最大電流値に対応した相ｘの変調波を第１の変調波Ｖｘとして取る。前記電流値の比較に一般的に絶対値の比較を採用するが、実効値又はその他の電流量を代表できる比較方法でもよいが、本発明はこれらに限定されない。ステップ５０３において、第１の変調波Ｖｘの極性を判断する。第１の変調波Ｖｘが零よりも大きいと、ステップ５０５を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖｘを搬送波のピーク値Ｐｅに並進させる。第１の変調波Ｖｘが零よりも小さいと、ステップ５０７を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖｘを搬送波のボトム値Ｖに並進させる。

【0039】

説明する必要があるのは、上記ステップ５０５、５０７を実行した後で、過変調現象が発生する可能性があるため、過変調現象が発生するかどうかを判断するように、ステップ５０９を実行することができる。詳細的に、第１の変調波Ｖｘを搬送波のピーク値Ｐｅ又はボトム値Ｖに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超えるか、搬送波のボトム値Ｖよりも低いかを判断するように、ステップ５０９を実行する。第１の変調波Ｖｘを並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれも搬送波のピーク値Ｐｅを超えなく又は搬送波のボトム値Ｖよりも低くない場合、過変調現象が発生しなく、本発明の実施例の変調波制御方法は、本スイッチングサイクルで終了することができる。なお、第１の変調波を搬送波のピーク値Ｐｅ又はボトム値Ｖに並進された後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超え又は搬送波のボトム値Ｖよりも低い場合、ステップ５１１を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波を搬送波の中間値Ｍに並進させる。

【0040】

説明する必要があるのは、上記ステップ５１１を実行した後で、まだ過変調現象が発生する可能性があるため、過変調現象が発生したかどうかを判断するように、ステップ５１３を実行することができる。詳細的に、第１の変調波Ｖｘを搬送波の中間値Ｍに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超えるか、搬送波のボトム値Ｖよりも低いかを判断するように、ステップ５１３を実行する。第１の変調波Ｖｘを並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれも搬送波のピーク値Ｐｅを超えなく又は搬送波のボトム値Ｖよりも低くない場合、過変調現象が発生しなく、本発明の実施例の変調波制御方法は、本スイッチングサイクルでの作用が終了することができ、且つ次のスイッチングサイクル内で作用し続けるが、本発明はこれらに限定されない。なお、第１の変調波Ｖｘを搬送波の中間値Ｍに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超え又は搬送波のボトム値Ｖよりも低い場合、ステップ５１５の修正方式を採用することができる。詳細的に、三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流中のいずれが二番目に大きい電流値であるかを判断し、該二番目に大きい電流値に対応する変調波を第２変調波Ｖｙとして取るように、ステップ５１５を実行する。次に、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第２の変調波を搬送波のピーク値Ｐｅ又はボトム値Ｖに並進させ、例えば、図６でステップ４１７、４１９、４２１、４２３に示すとおりであるが、本発明はこれらに限定されない。上記の説明から分かるように、修正方式を採用して、過変調現象の発生を避けることができる。

【0041】

図８を参照されたい。図８は、本発明の更に他の実施形態による変調波制御方法を示すフローチャートである。まず、ステップ６０１において、サンプリングした三相電流情報に基づき、最大電流に対応した相ｘを比較し、最大電流値に対応した相ｘの変調波を第１の変調波Ｖｘとして取る。前記電流値の比較には一般的に絶対値の比較を採用するが、実効値又はその他の電流量を代表できる比較方法でもよいが、本発明はこれらに限定されない。ステップ６０３において、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波Ｖｘを搬送波のピーク値Ｐｅに並進させる。説明する必要があるのは、上記ステップ６０３を実行した後で、過変調現象が発生する可能性があるため、過変調現象が発生するかどうかを判断するように、ステップ６０５を実行する。詳細的に、第１の変調波Ｖｘを搬送波のピーク値Ｐｅに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超えるか、搬送波のボトム値Ｖよりも低いかを判断するように、ステップ６０５を実行する。第１の変調波Ｖｘを並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれも搬送波のピーク値Ｐｅを超えなく又は搬送波のボトム値Ｖよりも低くない場合、過変調現象が発生しなく、本発明の実施例の変調波制御方法は、本スイッチングサイクルでの作用が終了することができ、且つ次のスイッチングサイクル内で作用し続け、本発明はこれらに限定されない。なお、第１の変調波を搬送波のピーク値Ｐｅに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超え又は搬送波のボトム値Ｖよりも低い場合、ステップ６０７を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波を搬送波のボトム値Ｖに並進させる。

【0042】

説明する必要があるのは、上記ステップ６０７を実行した後で、過変調現象が発生する可能性があるため、過変調現象が発生するかどうかを判断するように、ステップ６０９を実行することができる。詳細的に、第１の変調波Ｖｘを搬送波のボトム値Ｖに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超えるか、搬送波のボトム値Ｖよりも低いかを判断するように、ステップ６０９を実行する。第１の変調波Ｖｘを並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれも搬送波のピーク値Ｐｅを超えなく又は搬送波のボトム値Ｖよりも低くない場合、過変調現象が発生しなく、本発明の実施例の変調波制御方法は、本スイッチングサイクルで終了することができる。なお、第１の変調波を搬送波のボトム値Ｖに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超え又は搬送波のボトム値Ｖよりも低い場合、ステップ６１１を実行し、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに並進量を重ね合わせて、第１の変調波を搬送波の中間値Ｍに並進させる。

【0043】

説明する必要があるのは、上記ステップ６１１を実行した後で、まだ過変調現象が発生する可能性があるため、過変調現象が発生するかどうかを判断するように、ステップ６１３を実行することができる。詳細的に、第１の変調波Ｖｘを搬送波の中間値Ｍに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超えるか、搬送波のボトム値Ｖよりも低いかを判断するように、ステップ６１３を実行する。第１の変調波Ｖｘを並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれも搬送波のピーク値Ｐｅを超えなく又は搬送波のボトム値Ｖよりも低くない場合、過変調現象が発生しなく、本発明の実施例の変調波制御方法は、本スイッチングサイクルでの作用が終了することができ、且つ次のスイッチングサイクル内で作用し続け、本発明はこれらに限定されない。なお、第１の変調波を搬送波の中間値Ｍに並進させた後で、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃのいずれかが搬送波のピーク値Ｐｅを超え又は搬送波のボトム値Ｖよりも低い場合、ステップ６１５の修正方式を採用することができる。詳細的に、三相３線式３レベル回路の各相にそれぞれ対応する電流中のいずれが二番目に大きい電流値であるかを判断し、二番目に大きい電流値に対応する変調波を第２の変調波Ｖｙとして取るように、ステップ６１５を実行する。次に、３つの変調波Ｖａ〜Ｖｃに該並進量を重ね合わせて、第２の変調波を搬送波のピーク値Ｐｅ又はボトム値Ｖに並進させ、例えば、図６におけるステップ４１７、４１９、４２１、４２３に示すとおりであるが、本発明はこれらに限定されない。上記の説明から分かるように、修正方式を採用して、過変調現象の発生を避けることができる。本実施例において、ステップ６０３、６０７、６１１の順序を交換及び変更することができ、本発明はこれに限定されない。

【0044】

一実施例において、本発明は、図３〜図５に示すような変調波制御方法を採用でき、且つ図６〜図８に示すような変調波制御方法のフローを実行することができる三相３線式３レベル回路を提供する。別の実施例において、三相３線式３レベル回路は、ダイオード中性点クランプ型３レベル回路（Ｄｉｏｄｅ Ｎｅｕｔｒａｌ− Ｐｏｉｎｔ−Ｃｌａｍｐｅｄ；ＤＮＰＣ）、Ｔ型中性点クランプ型３レベル回路（Ｔ−ｔｙｐｅ Ｎｅｕｔｒａｌ− Ｐｏｉｎｔ−Ｃｌａｍｐｅｄ；ＴＮＰＣ）、アクティブ中性点クランプ型３レベル回路（Ａｃｔｉｖｅ Ｎｅｕｔｒａｌ− Ｐｏｉｎｔ−Ｃｌａｍｐｅｄ；ＡＮＰＣ）又はフライングキャパシタ式３レベル回路であるが、本発明はこれらに限定されない。

【0045】

当業者は、変調波制御方法における各ステップがその実行する機能によって命名され、ただ本発明の技術をより理解しやすいためであり、これらのステップを限定するためではないことを理解すべきである。各ステップを同一のステップに統合するか又は複数のステップを分解するか、又はいずれかのステップを他のステップに切り替えて実行することは、いずれも本発明の内容の実施形態に属する。

【0046】

上記の本発明の実施形態から分かるように、本発明を適用すると以下の利点を有する。本発明の実施例は、三相３線式３レベル回路及び変調波制御方法を提供することにより、半導体スイッチングデバイスのスイッチング損失を効果的に低減させて、且つ半導体スイッチングデバイスの熱応力を減少させ、且つシステム全体の効率を向上させる。

【0047】

本発明の実施形態を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者なら、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、したがって、本発明の範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

【符号の説明】

【0048】

４０１、４０３、４０７、４０９、４１１、４１３、４１５、４１７、４１９、４２１、４２３、５０１、５０３、５０５、５０７、５０９、５１１、５１３、５１５、６０１、６０３、６０５、６０７、６０９、６１１、６１３、６１５ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】