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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023178985
(43)【公開日】2023-12-19
(54)【発明の名称】インバータの制御装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20231212BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 F
H02M7/48 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022091942
(22)【出願日】2022-06-07
(71)【出願人】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100104938
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜澤 英久
(74)【代理人】
【識別番号】100210240
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 友幸
(72)【発明者】
【氏名】小熊 功太
(72)【発明者】
【氏名】濱田 鎮教
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770DA01
5H770DA03
5H770DA41
5H770EA02
5H770LB02
(57)【要約】
【課題】ＰＷＭ制御を適用したインバータの制御装置において、デッドタイムの影響が顕著に発生する過変調領域近辺における電圧誤差を改善する。
【解決手段】デッドタイム補償部３はＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行いデッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力する。電圧指令補正処理部４はデッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する。キャリア比較部１は補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に基づいてゲート指令を出力する。デッドタイム挿入部２はゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力する。
【選択図】図１
【解決手段】デッドタイム補償部３はＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行いデッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力する。電圧指令補正処理部４はデッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する。キャリア比較部１は補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に基づいてゲート指令を出力する。デッドタイム挿入部２はゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直列接続された２つのスイッチング素子を備えたインバータの制御装置であって、
ＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行い、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力するデッドタイム補償部と、
前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し、補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する電圧指令補正処理部と、
前記補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に基づいてゲート指令を出力するキャリア比較部と、
前記ゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力するデッドタイム挿入部と、を備え、
前記電圧指令補正処理部は、
インバータ出力電圧周期を基準周期として前記基準周期のＮ倍の周期を補正周期と定め、
補正周期中の基準周期１～Ｎ周期目は、
０≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、（１）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、
１－２Ｄ≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、（２）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、
上記以外の条件時には、前記補正後ＰＷＭ電圧指令＝前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令とすることを特徴とするインバータの制御装置。
Ｄ：キャリア周期に対するデッドタイム期間の比率
Ｎ：自然数
Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数
ＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行い、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力するデッドタイム補償部と、
前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し、補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する電圧指令補正処理部と、
前記補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に基づいてゲート指令を出力するキャリア比較部と、
前記ゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力するデッドタイム挿入部と、を備え、
前記電圧指令補正処理部は、
インバータ出力電圧周期を基準周期として前記基準周期のＮ倍の周期を補正周期と定め、
補正周期中の基準周期１～Ｎ周期目は、
０≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、（１）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、
１－２Ｄ≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、（２）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、
上記以外の条件時には、前記補正後ＰＷＭ電圧指令＝前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令とすることを特徴とするインバータの制御装置。
【数1】
【数2】
Ｄ：キャリア周期に対するデッドタイム期間の比率
Ｎ：自然数
Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数
【請求項2】
直列接続された２つのスイッチング素子を備えたインバータの制御装置であって、
ＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行い、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力するデッドタイム補償部と、
前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し、補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する電圧指令補正処理部と、
前記補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に基づいてゲート指令を出力するキャリア比較部と、
前記ゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力するデッドタイム挿入部と、を備え、
前記電圧指令補正処理部は、
三角波キャリア周期を基準周期として前記基準周期のＮ倍の周期を補正周期と定め、
補正周期中の基準周期１～Ｎ周期目は、
０≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、（１）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、
１－２Ｄ≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、（２）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、
上記以外の条件時には、前記補正後ＰＷＭ電圧指令＝前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令とすることを特徴とするインバータの制御装置。
Ｄ：キャリア周期に対するデッドタイム期間の比率
Ｎ：自然数
Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数
ＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行い、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力するデッドタイム補償部と、
前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し、補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する電圧指令補正処理部と、
前記補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に基づいてゲート指令を出力するキャリア比較部と、
前記ゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力するデッドタイム挿入部と、を備え、
前記電圧指令補正処理部は、
三角波キャリア周期を基準周期として前記基準周期のＮ倍の周期を補正周期と定め、
補正周期中の基準周期１～Ｎ周期目は、
０≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、（１）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、
１－２Ｄ≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、（２）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、
上記以外の条件時には、前記補正後ＰＷＭ電圧指令＝前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令とすることを特徴とするインバータの制御装置。
【数1】
【数2】
Ｄ：キャリア周期に対するデッドタイム期間の比率
Ｎ：自然数
Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数
【請求項3】
前記電圧指令補正処理部は、
０≦デッドタイム補償後電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、前記補正後ＰＷＭ電圧指令の最小値を０、最大値を２Ｄにリミットし、
１－２Ｄ≦デッドタイム補償後電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、前記補正後ＰＷＭ電圧指令の最小値を１－２Ｄ、最大値を１にリミットすることを特徴とする請求項１または２記載のインバータの制御装置。
０≦デッドタイム補償後電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、前記補正後ＰＷＭ電圧指令の最小値を０、最大値を２Ｄにリミットし、
１－２Ｄ≦デッドタイム補償後電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、前記補正後ＰＷＭ電圧指令の最小値を１－２Ｄ、最大値を１にリミットすることを特徴とする請求項１または２記載のインバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御を適用した電力変換装置の出力電圧制御精度向上に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的な２レベルインバータを例に、従来技術について解説する。図３に２レベルインバータの一相分の回路図を示す。インバータは直列接続された２つのスイッチング素子を備え、正側を上アーム、負側を下アームと呼ぶ。上下アームの中点は負荷に接続され、電圧・電流を出力する。電流極性は、図３に示すように上下アームの中点から流出する方向を流出方向、上下アームの中点に流入する方向を流入方向と呼称する。
【0003】
図４に、後述のデッドタイム補償を適用しない場合のゲート指令生成のための制御装置を示す。キャリア比較部１では、三角波キャリアとＰＷＭ電圧指令との比較によるＰＷＭ制御を行うことでパルス電圧指令を生成し、この電圧を出力するようゲート指令を生成する。
【0004】
デッドタイム挿入部２は、ゲート指令の生成段階において上下アームがともにオン状態となり短絡することを防ぐためにデッドタイムを挿入する。デッドタイム期間中は、上下アームともゲートオフ状態のため、電流極性に応じてスイッチング素子の還流ダイオードがオンする。その結果、図５および図６のように出力電圧はパルス電圧指令と不一致になる領域がある。図５はデッドタイム補償を適用しない場合の各波形のタイムチャート、図６はデッドタイム補償を適用しない場合のＰＷＭ電圧指令と出力電圧ｄｕｔｙの関係を示す。
【0005】
上記のパルス電圧指令と出力電圧との不一致を解消するために、ＰＷＭ電圧指令を補正する制御であるデッドタイム補償を用いる。図７に、デッドタイム補償を適用した場合のゲート指令生成のための制御装置を示す。一般的には、デッドタイム補償部３では電流極性に応じて補償量を決定し、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を出力する。
【0006】
デッドタイム補償では、三角波比較前のＰＷＭ電圧指令を補償することで、パルス電圧指令と出力電圧を一致させる。図８はデッドタイム補償を適用した場合の各波形のタイムチャート、図９はデッドタイム補償を適用した場合のＰＷＭ電圧指令と出力電圧ｄｕｔｙの関係を示す。
【0007】
ここで、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令が０または１付近の場合を考える。キャリア周期に対するデッドタイム期間の比率をＤとする。例えば、キャリア周期１００ｕｓでデッドタイム期間が１０ｕｓの場合、Ｄ＝１０ｕｓ／１００ｕｓ＝０．１となる。デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令が２Ｄから１－２Ｄの区間であれば、デッドタイム補償により出力電圧をパルス電圧指令に一致させることができる。一方、デッドタイム補償後のＰＷＭ電圧指令が０から２Ｄまたは１－２Ｄから１までの場合、デッドタイムの影響により図９のように、ＰＷＭ電圧指令値に対して出力電圧が一致しない。
【0008】
上記の電圧誤差の解決方法として、同期ＰＷＭ制御においてインバータ出力周期に対するパルス数を減らしてデッドタイムの影響を減らす方法が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開２０２０－１３７２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
特許文献１の方法は同期ＰＷＭ制御に適用でき、周波数が一定である系統連系用途や速度を大まかに制御できればいい可変速駆動に適用できる。一方、シームレスな可変速駆動には非同期ＰＷＭ制御が必要となる。また、同期ＰＷＭを適用する場合、キャリア周波数はインバータ出力周波数に依存し、サンプリングタイミングやキャリア周期に依存した制御（フィルタ処理やＰＩ制御）などに課題が生じる。
【0011】
以上示したようなことから、ＰＷＭ制御を適用したインバータの制御装置において、デッドタイムの影響が顕著に発生する過変調領域近辺における電圧誤差を改善することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直列接続された２つのスイッチング素子を備えたインバータの制御装置であって、ＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行い、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力するデッドタイム補償部と、前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し、補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する電圧指令補正処理部と、前記補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に基づいてゲート指令を出力するキャリア比較部と、前記ゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力するデッドタイム挿入部と、を備え、前記電圧指令補正処理部は、インバータ出力電圧周期を基準周期として前記基準周期のＮ倍の周期を補正周期と定め、補正周期中の基準周期１～Ｎ周期目は、０≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、（１）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、１－２Ｄ≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、（２）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、上記以外の条件時には、前記補正後ＰＷＭ電圧指令＝前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令とすることを特徴とする。
【0013】
【数1】
【0014】
【数2】
【0015】
Ｄ：キャリア周期に対するデッドタイム期間の比率
Ｎ：自然数
Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数。
Ｎ：自然数
Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数。
【0016】
また、他の態様として、直列接続された２つのスイッチング素子を備えたインバータの制御装置であって、ＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行い、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力するデッドタイム補償部と、前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し、補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する電圧指令補正処理部と、前記補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に基づいてゲート指令を出力するキャリア比較部と、前記ゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力するデッドタイム挿入部と、を備え、前記電圧指令補正処理部は、三角波キャリア周期を基準周期として前記基準周期のＮ倍の周期を補正周期と定め、補正周期中の基準周期１～Ｎ周期目は、０≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、（１）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、１－２Ｄ≦前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、（２）式に従って前記補正後ＰＷＭ電圧指令を生成し、上記以外の条件時には、前記補正後ＰＷＭ電圧指令＝前記デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令とすることを特徴とする。
【0017】
【数1】
【0018】
【数2】
【0019】
Ｄ：キャリア周期に対するデッドタイム期間の比率
Ｎ：自然数
Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数。
Ｎ：自然数
Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数。
【0020】
また、その一態様として、前記電圧指令補正処理部は、０≦デッドタイム補償後電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向の場合、前記補正後ＰＷＭ電圧指令の最小値を０、最大値を２Ｄにリミットし、１－２Ｄ≦デッドタイム補償後電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向の場合、前記補正後ＰＷＭ電圧指令の最小値を１－２Ｄ、最大値を１にリミットすることを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、ＰＷＭ制御を適用したインバータの制御装置において、デッドタイムの影響が顕著に発生する過変調領域近辺における電圧誤差を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】実施形態１，２におけるインバータの制御装置を示すブロック図。
【図2】実施形態１の場合のＰＷＭ電圧指令と出力電圧ｄｕｔｙの関係を示す図。
【図3】インバータの一相分を示す回路図。
【図4】デッドタイム補償を適用しない場合のインバータの制御装置を示すブロック図。
【図5】デッドタイム補償を適用しない場合のＰＷＭ制御の概要を示す図（電流流出の場合）。
【図6】デッドタイム補償を適用しない場合のＰＷＭ電圧指令と出力電圧ｄｕｔｙの関係を示す図。
【図7】一般的なデッドタイム補償を適用した場合のインバータの制御装置を示すブロック図。
【図8】デッドタイム補償を適用した場合のＰＷＭ制御の概要を示す図（電流流出の場合）。
【図9】デッドタイム補償を適用した場合のＰＷＭ電圧指令と出力電圧ｄｕｔｙの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0023】
【0024】
［実施形態１］
本実施形態１は、図３に示すような直列接続された２つのスイッチング素子を備えたインバータの主回路に適用する。図３ではインバータ一相分を示しているが、複数相の回路にも適用可能である。また、本実施形態１で説明する技術は、同期ＰＷＭおよび非同期ＰＷＭに適用可能であり、前述の２レベルインバータに限定されない。すなわち、直列接続された２つのスイッチング素子を備えたインバータであれば適用可能である。
本実施形態１は、図３に示すような直列接続された２つのスイッチング素子を備えたインバータの主回路に適用する。図３ではインバータ一相分を示しているが、複数相の回路にも適用可能である。また、本実施形態１で説明する技術は、同期ＰＷＭおよび非同期ＰＷＭに適用可能であり、前述の２レベルインバータに限定されない。すなわち、直列接続された２つのスイッチング素子を備えたインバータであれば適用可能である。
【0025】
図１に、本実施形態１における電圧指令補正処理を適用した場合のインバータの制御装置（ゲート指令生成手法）を示す。図７に示す一般的なデッドタイム補償を適用した場合のゲート指令生成手法と比較し、デッドタイム補償部３の出力部に電圧指令補正処理部４を追加している。
【0026】
デッドタイム補償部３は、ＰＷＭ電圧指令に対してデッドタイム補償を行い、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令として出力する。電圧指令補正処理部４は、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令を電流極性およびデッドタイム長に基づいて補正し、補正後ＰＷＭ電圧指令として出力する。キャリア比較部１は、補正後ＰＷＭ電圧指令と三角波キャリアとの比較によるＰＷＭ制御に基づいてゲート指令を出力する。デッドタイム挿入部２は、ゲート指令にデッドタイムを挿入してゲート信号を出力する。
【0027】
電圧指令補正処理部４では、電流極性、デッドタイム長に応じてデッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令に対して補正を行うことで、デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令が０から２Ｄまたは１－２Ｄから１までの場合であっても、後述の基準周期のＮ倍周期平均で出力電圧をＰＷＭ電圧指令値と一致させることできる（Ｎは自然数）。
【0028】
上記構成は、インバータ出力電圧が交流の場合と直流の場合の両方に適用可能である。本実施形態１ではインバータ出力電圧が交流の場合について説明し、後述する実施形態２ではインバータ出力電圧が直流の場合について説明する。
【0029】
インバータ出力電圧が交流の場合、デッドタイムにより出力電圧に与える影響もインバータ出力である交流電圧周期で生じる。本実施形態１では、上記交流電圧周期を基準周期として、そのＮ倍（Ｎは自然数）の周期で平均的にデッドタイムの影響を打ち消し、平均出力電圧をＰＷＭ電圧指令に一致させる。
【0030】
以降では、基準周期のＮ倍周期を補正周期と呼称し、補正周期中の基準周期１周期目からＮ周期目までのＰＷＭ電圧指令の補正を下記に示す。なお、補正前のＰＷＭ電圧指令は三角波キャリアの山谷で更新、補正タイミングはＰＷＭ電圧指令が三角波キャリアと交差するタイミングとしている。
【0031】
［１．交流電圧周期で「０≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向」を満たす場合］
基準周期Ｍ周期目（Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数）
基準周期Ｍ周期目（Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数）
【0032】
【数1】
【0033】
なお、（１）式のＤはキャリア周期に対するデッドタイム期間の比率を示す。
【0034】
（１）式を基準周期１～Ｎ周期目で展開すると、下記となる。
【0035】
基準周期１周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令＋Ｄ／Ｎ×０
基準周期２周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令＋Ｄ／Ｎ×１
基準周期Ｎ周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令＋Ｄ／Ｎ×（Ｎ－１）
なお、基準周期のカウントは交流電圧周期単位で最大１カウントだけカウントアップする。交流電圧周期１周期中に「０≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向」の条件を満たした最初のタイミングでカウントアップを行い、交流電圧周期１周期中に複数回条件を満たす場合であってもカウントアップは１度のみとする。また、Ｎ＋１周期目はカウントを１に戻し、１周期目からカウントを再開する。
基準周期２周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令＋Ｄ／Ｎ×１
基準周期Ｎ周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令＋Ｄ／Ｎ×（Ｎ－１）
なお、基準周期のカウントは交流電圧周期単位で最大１カウントだけカウントアップする。交流電圧周期１周期中に「０≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向」の条件を満たした最初のタイミングでカウントアップを行い、交流電圧周期１周期中に複数回条件を満たす場合であってもカウントアップは１度のみとする。また、Ｎ＋１周期目はカウントを１に戻し、１周期目からカウントを再開する。
【0036】
例えば、Ｎ＝５の場合、補正後ＰＷＭ電圧指令は表１のようになる。
【0037】
【表1】
【0038】
電圧指令補正処理部４は、補正後ＰＷＭ電圧指令の最小値を０、最大値を２Ｄにリミットする。０≦補正後ＰＷＭ電圧指令＜Ｄの場合、固定のデッドタイム期間の影響により、図９（ｂ）のようにＰＷＭ電圧指令に依らずＰＷＭ電圧指令＝０の場合と同出力電圧となる。同様に、Ｄ≦補正後ＰＷＭ電圧指令＜２Ｄの場合、ＰＷＭ電圧指令に依らずＰＷＭ電圧指令＝Ｄの場合と同出力電圧となる。補正後ＰＷＭ電圧指令＝２Ｄの場合、ＰＷＭ電圧指令通りの出力電圧が出力可能である。以上を考慮すると、表２のようにＮ＝５周期でのＰＷＭ電圧指令値平均が補正前のＰＷＭ電圧指令値に一致する。
【0039】
表２は表１にリミットおよびデッドタイムを考慮した際の出力電圧を示す。
【0040】
【表2】
【0041】
［２．交流電圧周期で「１－２Ｄ≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向」を満たす場合］
基準周期Ｍ周期目（Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数）
基準周期Ｍ周期目（Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの自然数）
【0042】
【数2】
【0043】
なお、（２）式のＤはキャリア周期に対するデッドタイム期間の比率を示す。
【0044】
（２）式を基準周期１～Ｎ周期目で展開すると、下記となる。
【0045】
基準周期１周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令－Ｄ×（Ｎ－１）／Ｎ＋Ｄ／Ｎ＊０
基準周期２周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令－Ｄ×（Ｎ－１）／Ｎ＋Ｄ／Ｎ＊１
基準周期Ｎ周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令－Ｄ×（Ｎ－１）／Ｎ＋Ｄ／Ｎ＊（Ｎ－１）
なお、基準周期のカウントは交流電圧周期単位で最大１カウントだけカウントアップする。交流電圧周期１周期中に「１－２Ｄ≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向」の条件を満たした最初のタイミングでカウントアップを行い、交流電圧周期１周期中に複数回条件を満たす場合であってもカウントアップは１度のみとする。また、Ｎ＋１周期目はカウントを１に戻し、１周期目からカウントを再開する。
基準周期２周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令－Ｄ×（Ｎ－１）／Ｎ＋Ｄ／Ｎ＊１
基準周期Ｎ周期目：補正後ＰＷＭ電圧指令＝デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令－Ｄ×（Ｎ－１）／Ｎ＋Ｄ／Ｎ＊（Ｎ－１）
なお、基準周期のカウントは交流電圧周期単位で最大１カウントだけカウントアップする。交流電圧周期１周期中に「１－２Ｄ≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向」の条件を満たした最初のタイミングでカウントアップを行い、交流電圧周期１周期中に複数回条件を満たす場合であってもカウントアップは１度のみとする。また、Ｎ＋１周期目はカウントを１に戻し、１周期目からカウントを再開する。
【0046】
例えば、Ｎ＝５の場合、補正後ＰＷＭ電圧指令は表３のようになる。
【0047】
【表3】
【0048】
電圧指令補正処理部４は、補正後ＰＷＭ電圧指令の最小値を１－２Ｄ、最大値を１にリミットする。１－Ｄ＜補正後ＰＷＭ電圧指令≦１の場合、固定のデッドタイム期間の影響により、図９（ａ）のようにＰＷＭ電圧指令に依らずＰＷＭ電圧指令＝１の場合と同出力電圧となる。同様に、１－２Ｄ＜補正後ＰＷＭ電圧指令≦１－Ｄの場合、ＰＷＭ電圧指令に依らずＰＷＭ電圧指令＝１－Ｄの場合と同出力電圧となる。補正後ＰＷＭ電圧指令＝１－２Ｄの場合、ＰＷＭ電圧指令通りの出力電圧が出力可能である。以上を考慮すると、表４のようにＮ＝５周期でのＰＷＭ電圧指令値平均が補正前のＰＷＭ電圧指令値に一致する。
【0049】
表４は表３にリミットおよびデッドタイムを考慮した際の出力電圧を示す。
【0050】
【表4】
【0051】
上記２つの条件での処理は独立しており、交流電圧周期１周期中に片方だけもしくは両方とも適用することができる。すなわち、インバータ各相のＰＷＭ電圧指令に対して、上記［１．交流電圧周期で「０≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向」を満たす場合］および［２．交流電圧周期で「１－２Ｄ≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向」を満たす場合］の２つの処理をそれぞれ適用することで、基準周期である交流電圧周期のＮ倍周期（補正周期）平均で、図２のように出力電圧をＰＷＭ電圧指令に一致させることができる。
【0052】
［効果］
一般的に、デッドタイムの影響により、図９のようにデッドタイム補償後もＰＷＭ電圧指令の変化に対して出力電圧が不連続に変化する領域があり、出力電圧をＰＷＭ電圧指令に一致させることができない場合がある。
一般的に、デッドタイムの影響により、図９のようにデッドタイム補償後もＰＷＭ電圧指令の変化に対して出力電圧が不連続に変化する領域があり、出力電圧をＰＷＭ電圧指令に一致させることができない場合がある。
【0053】
図１に示す構成により本実施形態１を適用することで、デッドタイムの影響が顕著に発生する過変調領域近辺の上記不連続変化領域においても図２に示すように、基準周期のＮ倍周期（Ｎは自然数）平均での出力電圧をＰＷＭ電圧指令に一致させることができ、電圧制御精度を向上することができる。
【0054】
本実施形態１では上記基準周期は交流電圧周期とする。
【0055】
また、特許文献１と比較して本実施形態１が優れている点は、非同期ＰＷＭ制御にも適用可能なところである。非同期ＰＷＭ制御では、出力電圧周期ごとにＰＷＭ制御出力であるパルス電圧が変動するが、本実施形態１の方式では上記不連続領域の影響発生回数をカウントして補正できる。
【0056】
なお、本実施形態１は、Ｎ倍周期（Ｎは自然数）平均での出力電圧を指令値に一致させることができるが、１周期毎でみると出力電圧は指令値に対して脈動することになる。しかし、電圧制御精度においてこの脈動は大きな問題とはならない。その理由は、脈動周期を任意に設定することで、抑制しなければいけない周波数での脈動を回避することができるためである。
【0057】
［実施形態２］
インバータ出力電圧が直流の場合、デッドタイムにより出力電圧に与える影響はキャリア周期で生じる。本実施形態２では、上記キャリア周期を基準周期として、そのＮ倍（Ｎは自然数）の周期で平均的にデッドタイムの影響を打ち消し、平均出力電圧をＰＷＭ電圧指令に一致させる。以降では、基準周期のＮ倍周期を補正周期と呼称し、補正周期中の基準周期１周期目からＮ周期目までのＰＷＭ電圧指令の補正を下記に示す。なお、補正前のＰＷＭ電圧指令値は三角波キャリアの山谷で更新、補正タイミングはＰＷＭ電圧指令値が三角波キャリアと交差するタイミングとしている。
インバータ出力電圧が直流の場合、デッドタイムにより出力電圧に与える影響はキャリア周期で生じる。本実施形態２では、上記キャリア周期を基準周期として、そのＮ倍（Ｎは自然数）の周期で平均的にデッドタイムの影響を打ち消し、平均出力電圧をＰＷＭ電圧指令に一致させる。以降では、基準周期のＮ倍周期を補正周期と呼称し、補正周期中の基準周期１周期目からＮ周期目までのＰＷＭ電圧指令の補正を下記に示す。なお、補正前のＰＷＭ電圧指令値は三角波キャリアの山谷で更新、補正タイミングはＰＷＭ電圧指令値が三角波キャリアと交差するタイミングとしている。
【0058】
［１．キャリア周期で「０≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向」を満たす場合］
実施形態１と同様の処理を行うことで、インバータ出力電圧を基準周期（キャリア周期）のＮ倍周期（補正周期）の平均でＰＷＭ電圧に一致させることができる。なお、周期カウント方法は、次のように置き換える。
実施形態１と同様の処理を行うことで、インバータ出力電圧を基準周期（キャリア周期）のＮ倍周期（補正周期）の平均でＰＷＭ電圧に一致させることができる。なお、周期カウント方法は、次のように置き換える。
【0059】
基準周期のカウントはキャリア周期単位で最大１カウントだけカウントアップする。キャリア周期１周期中に「０≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向」の条件を満たした最初のタイミングでカウントアップを行い、キャリア周期１周期中に複数回条件を満たす場合であってもカウントアップは１度のみとする。また、Ｎ＋１周期目はカウントを１に戻し、１周期目からカウントを再開する。
【0060】
［２．キャリア周期で「１－２Ｄ≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向」を満たす場合］
実施形態１と同様の処理を行うことで、インバータ出力電圧を基準周期（キャリア周期）のＮ倍周期（補正周期）の平均でＰＷＭ電圧に一致させることができる。なお、周期カウント方法は、次のように置き換える。
実施形態１と同様の処理を行うことで、インバータ出力電圧を基準周期（キャリア周期）のＮ倍周期（補正周期）の平均でＰＷＭ電圧に一致させることができる。なお、周期カウント方法は、次のように置き換える。
【0061】
基準周期のカウントはキャリア周期単位で最大１カウントだけカウントアップする。キャリア周期１周期中に「１－２Ｄ≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向」の条件を満たした最初のタイミングでカウントアップを行い、キャリア周期１周期中に複数回条件を満たす場合であってもカウントアップは１度のみとする。また、Ｎ＋１周期目はカウントを１に戻し、１周期目からカウントを再開する。
【0062】
上記２つの条件での処理は独立しており、キャリア周期１周期中に片方だけもしくは両方とも適用することができる。すなわち、インバータ各相のＰＷＭ電圧指令に対して、上記［１．キャリア周期で「０≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦２Ｄ、かつ、電流が流入方向」を満たす場合］および［２．キャリア周期で「１－２Ｄ≦デッドタイム補償後ＰＷＭ電圧指令≦１、かつ、電流が流出方向」を満たす場合］の２つの処理をそれぞれ適用することで、基準周期であるキャリア周期のＮ倍周期（補正周期）平均で、図９のように出力電圧をＰＷＭ電圧指令に一致させることができる。
【0063】
以上示したように、本実施形態２はインバータ出力電圧が直流の場合でも、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、前述の特許文献１は、同期ＰＷＭを使用するためインバータ出力が交流である必要があるが、本実施形態２で説明したように、交流に限定されず直流であっても適用可能である。
【0064】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【0065】
１…キャリア比較部
２…デッドタイム挿入部
３…デッドタイム補償部
４…電圧指令補正処理部
２…デッドタイム挿入部
３…デッドタイム補償部
４…電圧指令補正処理部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】