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特開2024-125012インバータ回路の制御方法、および電力変換装置
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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】P2024125012
(43)【公開日】2024-09-13
(54)【発明の名称】インバータ回路の制御方法、および電力変換装置
(51)【国際特許分類】
   H02M 7/48 20070101AFI20240906BHJP
【FI】
H02M7/48 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023033066
(22)【出願日】2023-03-03
(71)【出願人】
【識別番号】000002853
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】北野 伸起
【テーマコード(参考)】
5H770
【Fターム(参考)】
5H770BA01
5H770CA06
5H770DA03
5H770DA41
5H770EA11
5H770HA02W
5H770HA02Y
5H770HA16W
5H770HA19W
5H770HA19Y
5H770JA10X
5H770LB02
(57)【要約】
【課題】電力変換装置において1パルス制御時の電流検出のタイミングの設定を容易にする。
【解決手段】キャリア信号(CS)をインバータ回路の出力電圧位相が60度進む期間にN(Nは1以上の整数)回分のキャリア周期(C)が対応するように生成する。キャリア周期(C)のN回ごとにスイッチング素子の出力電圧パターンを切り替える1パルス制御を行なう。第1タイミング(t1)において直流部(21)の電流を検出する。第1タイミング(t1)における出力電圧パターンが切り替わった後の第2タイミング(t2)において直流部(21)の電流を検出する。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電圧(Vdc)を三相交流電圧に変換するインバータ回路の制御方法において、
キャリア信号(CS)を、前記インバータ回路の出力電圧位相が60度進む期間に、N(Nは1以上の整数)回分のキャリア周期(C)が対応するように生成し、
前記キャリア周期(C)のN回ごとに、前記インバータ回路が有するスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)の出力電圧パターンを切り替える1パルス制御を行ない、
第1タイミング(t1)において、前記インバータ回路における直流部(21)の電流を第1検出電流(i1)として検出し、
前記第1タイミング(t1)における前記出力電圧パターンが切り替わった後の第2タイミング(t2)において、前記直流部(21)の電流を第2検出電流(i2)として検出する
インバータ回路の制御方法。
【請求項2】
請求項1のインバータ回路の制御方法において、
前記第1タイミング(t1)は、前記出力電圧パターンの切り替わりタイミングの近傍かつ切り替わる前のタイミングであり、
前記第2タイミング(t2)は、前記出力電圧パターンの切り替わりタイミングの近傍かつ切り替わった後のタイミングである
インバータ回路の制御方法。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載のインバータ回路の制御方法において、
前記キャリア信号の波形は、三角波または鋸波である
インバータ回路の制御方法。
【請求項4】
請求項3のインバータ回路の制御方法において、
前記出力電圧パターンを切り替える場合に所定期間のデッドタイム(Td)を設け、
前記第1タイミング(t1)を前記デッドタイム(Td)の開始前の時点に設定し、
前記第2タイミング(t2)を前記デッドタイム(Td)の終了後の時点に設定する
インバータ回路の制御方法。
【請求項5】
請求項3のインバータ回路の制御方法において、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)を、前記インバータ回路における、互いに異なる2相の出力電流の電流値として前記インバータ回路の制御に利用する
インバータ回路の制御方法。
【請求項6】
請求項4のインバータ回路の制御方法において、
前記第1タイミング(t1)および前記第2タイミング(t2)は、前記デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である
インバータ回路の制御方法。
【請求項7】
請求項4のインバータ回路の制御方法において、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)を用いて、前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定し、
前記デッドタイム(Td)内における前記出力電圧パターンの推定、および前記デッドタイム(Td)中における前記直流部(21)の電流である第3検出電流(i3)の検出を行い、
推定した前記出力電圧パターンに基づいて前記第3検出電流(i3)が、前記インバータ回路における何れの相に対応した電流であるかを判断し、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)の何れか一方と、前記第3検出電流(i3)とを、前記インバータ回路における、互いに異なる2相の出力電流の電流値として前記インバータ回路の制御に利用し、
前記出力電圧パターンの推定は、以下の2つの項目
項目1:前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向き、
項目2:前記デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替りが上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるか、
の組み合わせに基づいている、
インバータ回路の制御方法。
【請求項8】
請求項7のインバータ回路の制御方法において、
前記第1タイミング(t1)、前記第2タイミング(t2)、および前記第3検出電流(i3)の検出を行なうタイミングである第3タイミング(t3)のそれぞれは、前記デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である
インバータ回路の制御方法。
【請求項9】
請求項4のインバータ回路の制御方法において、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)を用いて、前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定し、
前記直流部(21)の電流の検出を行なう2つのタイミングを第4タイミング(t4)、第5タイミング(t5)の順に、前記デッドタイム(Td)の期間中に設定し、
前記第4タイミング(t4)における前記直流部(21)の電流である第4検出電流(i4)の検出、前記第5タイミング(t5)における前記直流部(21)の電流である第5検出電流(i5)の検出、および前記デッドタイム(Td)内の前記出力電圧パターンの推定を行い、
推定した前記出力電圧パターンに基づいて、前記第4検出電流(i4)と前記第5検出電流(i5)が、前記インバータ回路における何れの相に対応した電流であるかを判断し、
前記第1検出電流(i1)と前記第4検出電流(i4)の組み合わせ、または前記第2検出電流(i2)と前記第5検出電流(i5)の組み合わせから、前記インバータ回路における互いに異なる2相の出力電流の値を求め、
前記出力電圧パターンの推定は、以下の2つの項目
項目1:前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向き、
項目2:前記デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替えが、上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるか、
の組み合わせに基づいている、
インバータ回路の制御方法。
【請求項10】
請求項9のインバータ回路の制御方法において、
前記第1タイミング(t1)、前記第2タイミング(t2)、前記第4タイミング(t4)、および前記第5タイミング(t5)のそれぞれは、前記デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である
インバータ回路の制御方法。
【請求項11】
請求項7のインバータ回路の制御方法において、
前記デッドタイム(Td)内に前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定する場合に、前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)に加えて、前記第1タイミング(t1)における前記出力電圧パターンが維持されている間に検出した1つ以上の電流値を用いる
インバータ回路の制御方法。
【請求項12】
請求項7のインバータ回路の制御方法において、
前記デッドタイム(Td)内に前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定する場合に、前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)に加えて、
前記第1タイミング(t1)における前記出力電圧パターンが維持されている間に検出した1つ以上の電流値、
および
前記第2タイミング(t2)における前記出力電圧パターンが維持されている間に検出した1つ以上の電流値
を用いる
インバータ回路の制御方法。
【請求項13】
請求項4のインバータ回路の制御方法において、
前記インバータ回路の出力電圧と出力電流の基本波に基づいて力率を求め、
前記力率と、前記デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替えが、上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるかに基づいて、前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定し、
前記デッドタイム(Td)内における前記出力電圧パターンの推定、および前記デッドタイム(Td)中における前記直流部(21)の電流である第3検出電流(i3)の検出を行い、
推定した前記出力電圧パターンに基づいて前記第3検出電流(i3)が、前記インバータ回路における何れの相に対応した電流であるかを判断し、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)の何れか一方と、前記第3検出電流(i3)とを、前記インバータ回路における、互いに異なる2相の出力電流の電流値として前記インバータ回路の制御に利用し、
前記出力電圧パターンの推定は、以下の2つの項目
項目1:前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向き、
項目2:前記デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替りが上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるか、
の組み合わせに基づいている、
インバータ回路の制御方法。
【請求項14】
インバータ回路と、
請求項1に記載のインバータ回路の制御方法を実行する制御部と、
を備えた電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、インバータ回路の制御方法、および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電力変換装置では、電流の検出が行なわれる(例えば特許文献1を参照)。特許文献1の例では、時間の経過と共にタイマ値を増大させ、タイマ値と設定値との比較結果に応じて、電流を検出するためのタイミング信号を生成している。特許文献1では、直流部に流れる電流を検出する手法が示されている。また、インバータの出力電圧が最大となる1パルス制御についても示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第5853644号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、電流検出のタイミング設定の演算が複雑である。
【0005】
本開示の目的は、電力変換装置において、1パルス制御時の電流検出タイミングの設定を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の第1の態様は、直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ回路の制御方法において、
キャリア信号を、前記インバータ回路の出力電圧位相が60度進む期間に、N(Nは1以上の整数)回分のキャリア周期(C)が対応するように生成し、
前記キャリア周期(C)のN回ごとに、前記インバータ回路が有するスイッチング素子の出力電圧パターンを切り替える1パルス制御を行ない、
第1タイミング(t1)において、前記インバータ回路における直流部(21)の電流を第1検出電流(i1)として検出し、
前記第1タイミング(t1)における前記出力電圧パターンが切り替わった後の第2タイミング(t2)において、前記直流部(21)の電流を第2検出電流(i2)として検出する
インバータ回路の制御方法である。
【0007】
第1の態様では、キャリア信号(CS)に同期した1パルス駆動が行なわれる。それにより、電流検出タイミングの設定を容易に行える。
【0008】
本開示の第2の態様は、
第1の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記第1タイミング(t1)は、前記出力電圧パターンの切り替わりタイミングの近傍かつ切り替わる前のタイミングであり、
前記第2タイミング(t2)は、前記出力電圧パターンの切り替わりタイミングの近傍かつ切り替わった後のタイミングである
インバータ回路の制御方法である。
【0009】
第2の態様では、出力電圧パターンの切り替りに応じて電流が検出される。
【0010】
本開示の第3の態様は
第1または第2の態様に記載のインバータ回路の制御方法において、
前記キャリア信号の波形は、三角波または鋸波である
インバータ回路の制御方法である。
【0011】
本開示の第4の態様は、
第3の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記出力電圧パターンを切り替える場合に所定期間のデッドタイム(Td)を設け、
前記第1タイミング(t1)を前記デッドタイム(Td)の開始前の時点に設定し、
前記第2タイミング(t2)を前記デッドタイム(Td)の終了後の時点に設定する
インバータ回路の制御方法である。
【0012】
第4の態様では、デッドタイム(Td)の前後に電流検出タイミングが設定される。
【0013】
本開示の第5の態様は、
第3の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)を、前記インバータ回路における、互いに異なる2相の出力電流の電流値として前記インバータ回路の制御に利用する
インバータ回路の制御方法である。
【0014】
第5の態様では、三相分の相電流値の取得が可能になる。取得した相電流値は、インバータ回路の制御に利用される。
【0015】
本開示の第6の態様は、
第4の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記第1タイミング(t1)および前記第2タイミング(t2)は、前記デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である
インバータ回路の制御方法である。
【0016】
第6の態様では、電流検出タイミングは、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である。換言すると、この態様では、電流検出タイミングを一々計算する必要がない。
【0017】
本開示の第7の態様は、
第4の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)を用いて、前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定し、
前記デッドタイム(Td)内における前記出力電圧パターンの推定、および前記デッドタイム(Td)中における前記直流部(21)の電流である第3検出電流(i3)の検出を行い、
推定した前記出力電圧パターンに基づいて前記第3検出電流(i3)が、前記インバータ回路における何れの相に対応した電流であるかを判断し、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)の何れか一方と、前記第3検出電流(i3)とを、前記インバータ回路における、互いに異なる2相の出力電流の電流値として前記インバータ回路の制御に利用し、
前記出力電圧パターンの推定は、以下の2つの項目
項目1:前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向き、
項目2:前記デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替りが上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるか、
の組み合わせに基づいている、
インバータ回路の制御方法である。
【0018】
第7の態様では、相電流値の検出のためにデッドタイム(Td)中に検出した電流値が利用されるので、2相の電流検出間隔が短くなる。そのため、本態様では、3相電流検出精度が向上する。
【0019】
本開示の第8の態様は、
第7の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記第1タイミング(t1)、前記第2タイミング(t2)、および前記第3検出電流(i3)の検出を行なうタイミングである第3タイミング(t3)のそれぞれは、前記デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である
インバータ回路の制御方法である。
【0020】
第8の態様では、電流検出タイミングは、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である。換言すると、この態様では、電流検出タイミングを一々計算する必要がない。
【0021】
本開示の第9の態様は、
第4の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)を用いて、前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定し、
前記直流部(21)の電流の検出を行なう2つのタイミングを第4タイミング(t4)、第5タイミング(t5)の順に、前記デッドタイム(Td)の期間中に設定し、
前記第4タイミング(t4)における前記直流部(21)の電流である第4検出電流(i4)の検出、前記第5タイミング(t5)における前記直流部(21)の電流である第5検出電流(i5)の検出、および前記デッドタイム(Td)内の前記出力電圧パターンの推定を行い、
推定した前記出力電圧パターンに基づいて、前記第4検出電流(i4)と前記第5検出電流(i5)が、前記インバータ回路における何れの相に対応した電流であるかを判断し、
前記第1検出電流(i1)と前記第4検出電流(i4)の組み合わせ、または前記第2検出電流(i2)と前記第5検出電流(i5)の組み合わせから、前記インバータ回路における互いに異なる2相の出力電流の値を求め、
前記出力電圧パターンの推定は、以下の2つの項目
項目1:前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向き、
項目2:前記デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替えが、上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるか、
の組み合わせに基づいている、
インバータ回路の制御方法である。
【0022】
第9の態様では、相電流値の検出のためにデッドタイム(Td)中に検出した電流値が利用されるので、2相の電流検出間隔が短くなる。そのため、本態様では、3相電流検出精度が向上する。
【0023】
本開示の第10の態様は、
第9の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記第1タイミング(t1)、前記第2タイミング(t2)、前記第4タイミング(t4)、および前記第5タイミング(t5)のそれぞれは、前記デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である
インバータ回路の制御方法である。
【0024】
第10の態様では、電流検出タイミングは、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値である。換言すると、この態様では、電流検出タイミングを一々計算する必要がない。
【0025】
本開示の第11の態様は、
第7から第10の態様の何れかひとつのインバータ回路の制御方法において、
前記デッドタイム(Td)内に前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定する場合に、前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)に加えて、前記第1タイミング(t1)における前記出力電圧パターンが維持されている間に検出した1つ以上の電流値を用いる
インバータ回路の制御方法である。
【0026】
第11の態様では、電流の向きを推定する場合に複数の電流値が用いられる。この態様では、電流の向きの推定精度が向上する。
【0027】
本開示の第12の態様は、
第7から第10の態様の何れかひとつのインバータ回路の制御方法において、
前記デッドタイム(Td)内に前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定する場合に、前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)に加えて、
前記第1タイミング(t1)における前記出力電圧パターンが維持されている間に検出した1つ以上の電流値、
および
前記第2タイミング(t2)における前記出力電圧パターンが維持されている間に検出した1つ以上の電流値
を用いる
インバータ回路の制御方法である。
【0028】
第12の態様では、電流の向きを推定する場合に複数の電流値が用いられる。この態様では、電流の向きの推定精度が向上する。
【0029】
本開示の第13の態様は、
第4の態様のインバータ回路の制御方法において、
前記インバータ回路の出力電圧と出力電流の基本波に基づいて力率を求め、
前記力率と、前記デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替えが、上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるかに基づいて、前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定し、
前記デッドタイム(Td)内における前記出力電圧パターンの推定、および前記デッドタイム(Td)中における前記直流部(21)の電流である第3検出電流(i3)の検出を行い、
推定した前記出力電圧パターンに基づいて前記第3検出電流(i3)が、前記インバータ回路における何れの相に対応した電流であるかを判断し、
前記第1検出電流(i1)および前記第2検出電流(i2)の何れか一方と、前記第3検出電流(i3)とを、前記インバータ回路における、互いに異なる2相の出力電流の電流値として前記インバータ回路の制御に利用し、
前記出力電圧パターンの推定は、以下の2つの項目
項目1:前記デッドタイム(Td)内において前記スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向き、
項目2:前記デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替りが上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるか、
の組み合わせに基づいている、
インバータ回路の制御方法である。
【0030】
第13の態様では、電流の向きの推定に力率が用いられる。
【0031】
本開示の第14の態様は、
インバータ回路と、
第1から第13の態様の何れかひとつに記載のインバータ回路の制御方法を実行する制御部と、
を備えた電力変換装置である。
【0032】
第14の態様では、電力変換装置において、第1から第13の態様における効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
図1図1は、電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図2図2は、基本電圧ベクトルを示す。
図3図3は、基本電圧ベクトルと、検出できる相電流との関係を示す表である。
図4図4は、1パルス駆動モードにおける出力電圧パターンを示す図である。
図5図5は、1パルス駆動モードにおける電流検出タイミングの設定を説明する図である。
図6図6は、実施形態2における電流検出タイミングを示す図である。
図7図7は、実施形態2における電流検出タイミングを示す図である。
図8図8は、出力電圧パターンの推定を行なうためのテーブルデータの例である。
図9図9は、実施形態3における電流検出タイミングを示す図である。
図10図10は、実施形態3における電流検出タイミングを示す図である。
図11図11は、実施形態4における電流検出タイミングを示す図である。
図12図12は、実施形態4における電流検出タイミングを示す図である。
図13図13は、電流の向きの推定を説明するための図である。
図14図14は、実施形態4の変形例における電流検出タイミングを示す図である。
図15図15は、実施形態5における電流検出タイミングを示す図である。
図16図16は、実施形態5における電流検出タイミングを示す図である。
図17図17は、電流の向きの推定を説明するための図である。
図18図18は、実施形態5の変形例における電流検出タイミングを示す図である。
図19図19は、電流の向きの推定を行なうためのテーブルデータの例である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
《実施形態1》
図1は、電力変換装置(1)の構成を示すブロック図である。電力変換装置(1)は、負荷に電力を供給する。この例では、負荷は、モータ(40)である。モータ(40)は、例えば、IPM(interior permanent magnet)モータである。モータ(40)は、例えば、空気調和装置(図示は省略)の圧縮機に用いられる。
【0035】
〈電力変換装置(1)の構成〉
図1に示すように、電力変換装置(1)は、直流電源(10)、インバータ回路(20)、制御部(30)、およびシャント抵抗(R)を備えている。
【0036】
-直流電源(10)-
直流電源(10)は、直流電圧(Vdc)を出力する。直流電源(10)は、例えば、ダイオードのブリッジ回路(図示を省略)によって構成できる。ブリッジ回路は、単相、あるいは3相の交流電源から直流電圧(Vdc)を生成する。勿論、直流電源(10)は、他の構成でもかまわない。例えば、直流電源(10)は、バッテリー(二次電池など)で構成してもよい。
【0037】
-インバータ回路(20)-
インバータ回路(20)は、直流電源(10)が出力した直流電圧(Vdc)を三相交流電圧に変換する。インバータ回路(20)の出力(三相交流電圧)は、モータ(40)に供給される。
【0038】
インバータ回路(20)には、正負1対の直流母線(P,N)が設けられている。これらの直流母線(P,N)には、直流電源(10)が出力した直流電圧(Vdc)が供給されている。これらの直流母線(P,N)において、インバータ回路(20)の直流部(21)が構成されている。
【0039】
インバータ回路(20)は、6つのスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)、6つのダイオード(D1,D2,D3,D4,D5,D6)を備えている。本実施形態のスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)は、SiC MOSFET(SiC:Silicon Carbide,炭化ケイ素)である。
【0040】
勿論、スイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)は、SiC MOSFETには限定されない。スイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)として、Si(ケイ素)、GaN(窒化ガリウム)、あるいはダイヤモンド(炭素)を主材料とした半導体で形成されたスイッチング素子等を用いてもよい。
【0041】
インバータ回路(20)では、スイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)は、ゲート信号がローレベル(L)の場合にオンになり、ハイレベル(H)の場合にオフになるものとする。換言すると、スイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)は、ローアクティブのスイッチング素子である。
【0042】
6つのスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)は、ブリッジ結線されている。それぞれのスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)は、ダイオード(D1,D2,D3,D4,D5,D6)がひとつずつ逆並列に接続されている。これらのダイオード(D1,D2,D3,D4,D5,D6)は、いわゆる還流ダイオードとして機能する。
【0043】
-制御部(30)-
制御部(30)は、6つのスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)のスイッチング(オンオフ)を制御する。制御部(30)は、オンに制御するスイッチング素子に直列接続されているスイッチング素子をオフに制御する。
【0044】
制御部(30)は、スイッチング制御をキャリア信号(CS)に同期して行う。キャリア信号(CS)は、例えば三角波である。キャリア信号(CS)は、鋸波でもよい。
【0045】
キャリア信号(CS)の周波数は、固定値であることがある。換言すると、キャリア信号(CS)は、インバータ回路(20)の出力周波数に非同期である。
【0046】
制御部(30)は、キャリア信号(CS)に同期したスイッチングパターン(後述)によって、所定タイミングにおける出力波形が1パルスモードとなる制御モードを実施する。この時には、キャリア信号(CS)の周波数は変化し、インバータ回路(20)の出力周波数に同期する。この制御モードの実施中においても、制御部(30)は、インバータ回路(20)の出力電流の検出(算出)を行う。
【0047】
制御部(30)は、CPU(Central Processing Unit)、メモリディバイス、A/D変換器(何れも図示を省略)を備えている。メモリディバイスには、CPUを動作させるためのプログラム(以下、制御プログラムという)が格納される。
【0048】
-シャント抵抗(R)-
シャント抵抗(R)は、直流部(21)に設けられている。具体的にシャント抵抗(R)は、負側の直流母線(N)の途中に設けられている(図1参照)。シャント抵抗(R)は、直流部(21)(直流母線(N))における電流の検出に使用される。シャント抵抗(R)の両端に生じた電圧は、制御部(30)(正確には前記A/D変換器)に入力される。
【0049】
〈制御部(30)の機能〉
制御部(30)のCPUは、他のハードウェア(A/D変換器など)と共働しつつ、前記制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、制御部(30)は、直流電流検出部(31)、3相電流検出部(32)、電圧指令生成部(33)、ゲート信号生成部(35)、およびタイミング設定部(38)として機能する。
【0050】
-直流電流検出部(31)-
直流電流検出部(31)は、直流母線(N)における電流(以下、直流部電流(idc)と呼ぶ)を検出する。直流部電流(idc)の検出タイミングは、タイミング設定部(38)によって指示されたタイミングである。本実施形態のタイミング設定部(38)は、2つのタイミング(t1,t2)(何れも後述)を直流電流検出部(31)に指示する。
【0051】
直流電流検出部(31)は、指示されたそれぞれのタイミング(t1,t2)で、前記A/D変換器の出力(電圧)を直流部電流(idc)の値に変換する。直流電流検出部(31)は、直流部電流(idc)の値を3相電流検出部(32)に出力する。
【0052】
以下では、タイミング(t1)を第1タイミング(t1)と呼び、タイミング(t2)を第2タイミング(t2)と呼ぶ場合がある。第1タイミング(t1)において検出された直流部電流(idc)の値を第1検出電流(i1)と呼ぶ。第2タイミング(t2))において検出された直流部電流(idc)の値を第2検出電流(i2)と呼ぶ。
【0053】
-3相電流検出部(32)-
3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)と第2検出電流(i2)を用いて相電流(iu,iv,iw)を算出する。
【0054】
例えば、第1検出電流(i1)がu相の相電流(iu)に対応し、第2検出電流(i2)がw相の相電流(iw)に対応していると仮定する。3相電流検出部(32)は、3相の相電流(iu,iv,iw)にiu+iv+iw=0という関係があることを利用して、測定されていないv相の相電流(iv)を算出する。3相電流検出部(32)は、算出した3相の相電流(iu,iv,iw)の値を電圧指令生成部(33)に出力する。
【0055】
-電圧指令生成部(33)-
電圧指令生成部(33)は、3相の相電流(iu,iv,iw)の値に基づいて、相毎に電圧指令(V*)を生成する。電圧指令生成部(33)は、電流の目標値と、電流値との差分に基づいて、各相の電圧指令(V*)を決定する。これらの電圧指令(V*)は、矩形波状の信号である。電圧指令(V*)は、対応する相(u,v,w)における電圧値を規定する信号である。電圧指令生成部(33)は、電圧指令(V*)をゲート信号生成部(35)に出力する。
【0056】
-ゲート信号生成部(35)-
ゲート信号生成部(35)は、電圧指令(V*)に基づいて、ゲート信号を生成する。ゲート信号は、スイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)を駆動するための信号である。より具体的に、ゲート信号は、キャリア信号(CS)に同期して3相分のスイッチング素子(S1,S2,S3)のスイッチング状態(オンオフの組み合わせ)を示す信号である。以下では、スイッチング素子(S1,S2,S3)のオンオフの組み合わせをスイッチングパターンと呼ぶ。
【0057】
例えば、ゲート信号生成部(35)は、u相のゲート信号を生成する場合には、u相の電圧指令(V*)とキャリア信号(CS)とを比較する。ゲート信号生成部(35)は、比較結果に応じて、スイッチング素子(S1,S2,S3)をオン状態にする期間を定める。
【0058】
例えば、ゲート信号生成部(35)は、キャリア信号(CS)のレベルの方が電圧指令(V*)よりも大きい期間を、u相に対応したスイッチング素子(S1)をオン状態にする期間に定める。同様に、ゲート信号生成部(35)は、v相、w相のそれぞれについてもスイッチング素子(S2,S3)をオンにする期間を定めることができる。
【0059】
ゲート信号生成部(35)は、基本電圧ベクトルに基づくゲート信号を生成しているとも言える。図2は、基本電圧ベクトルを示す。基本電圧ベクトルの要素は、上アームのスイッチング素子(S1,S2,S3)のスイッチング状態を示している。具体的に、基本電圧ベクトルの要素には、左から順に、u相のスイッチング素子(S1)の状態、v相のスイッチング素子(S2)の状態、w相のスイッチング素子(S3)の状態がそれぞれ対応している。
【0060】
基本電圧ベクトルにおいて値が1の要素は、対応したスイッチング素子(S1,S2,S3)がオン状態であることを示している。例えば、V1(0,0,1)でスイッチングが行われている場合は、スイッチング素子(S3)がオン状態であり、スイッチング素子(S1,S2)がオフ状態である。下アーム側のスイッチング素子(S4,S6,S6)は、直列接続されたスイッチング素子(S1,S2,S3)とは相補的にオンオフが切り替わる。
【0061】
基本電圧ベクトルがV1(0,0,1)の場合には、w相の相電流(iw)が直流部電流(idc)として流れる。換言すると、基本電圧ベクトルがV1(0,0,1)の場合は、直流部電流(idc)をw相の相電流(iw)の検出に利用できる。図3に、基本電圧ベクトルと、検出できる相電流との関係を表で示す。
【0062】
ゲート信号生成部(35)は、スイッチングパターンを切り替える場合に、デッドタイム(Td)を設ける。デッドタイム(Td)は、貫通電流を防止するため期間である。デッドタイム(Td)の期間においては、還流電流が流れる。
【0063】
電力変換装置(1)には、運転モードとして「1パルス駆動モード」と呼ばれる運転モードがある。1パルス駆動モードは、インバータ回路(20)の最大出力電圧となる運転モードである。1パルス駆動モードでは、各相の出力電圧波形は、電気角180度毎に切り替わる1パルス波形となる。
【0064】
1パルス駆動モードでは、キャリア信号(CS)を、インバータ回路(20)の出力電圧位相が60度進む期間に、N(Nは1以上の整数)回分のキャリア周期(C)が対応するように生成する。1パルス駆動モードでは、キャリア周期(C)のN回ごとに、インバータ回路(20)が有するスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)を切り替え、三相の出力電圧(以下、出力電圧パターンと呼ぶ)を決定する。
【0065】
図4は、1パルス駆動モードにおける出力電圧パターンを示す図である。図4における横軸は、位相(度)である。図4内におけるV1,V2等は、基本電圧ベクトルである。
【0066】
-タイミング設定部(38)-
タイミング設定部(38)は、直流電流検出部(31)が電流検出を行うタイミングを設定(決定)する。本実施形態では、タイミング設定部(38)は、1パルス駆動モードにおける電流検出タイミングとして第1タイミング(t1)と第2タイミング(t2)を設定する。タイミング設定部(38)は、設定結果を直流電流検出部(31)に出力する。
【0067】
図5は、1パルス駆動モードにおける電流検出タイミングの設定を説明する図である。図5では、電圧パターンが、第1電圧パターンから第2電圧パターンに切り替わっている。電力変換装置(1)では、出力電圧パターンが切り替わる場合には、デッドタイム(Td)が設けられている(図5参照)。
【0068】
1パルス駆動モードにおいては、第1タイミング(t1)は、出力電圧パターンの切り替わりタイミングの近傍、且つ切り替わる前のタイミングである。図5の例では、第1タイミング(t1)は、デッドタイム(Td)の開始前、且つ第1電圧パターンの終了タイミングの近傍に設定されている。ここで「近傍」とは、インバータ回路(20)における出力電圧の電気角10度未満に相当する時間である。
【0069】
何れの出力電圧パターンの切り替わりタイミングにおいても、第1タイミング(t1)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。本実施形態では、第1タイミング(t1)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングに対する間隔が一定値(固定値)である(図5参照)。
【0070】
第2タイミング(t2)は、出力電圧パターンの切り替わりタイミングの近傍、且つ切り替わった後のタイミングである。図5の例では、第2タイミング(t2)は、デッドタイム(Td)の終了後、且つ第2電圧パターンの開始タイミングの近傍に設定されている。ここでも「近傍」とは、インバータ回路(20)における出力電圧の電気角10度未満に相当する時間である。
【0071】
何れの出力電圧パターンの切り替わりタイミングにおいても、第2タイミング(t2)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。本実施形態では、第2タイミング(t2)は、デッドタイム(Td)の終了タイミングに対する間隔が一定値(固定値)である(図5参照)。
【0072】
〈動作例〉
電力変換装置(1)では、1パルス駆動モードで運転が行なわれる場合がある。1パルス駆動モードにおいて、タイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)と第2タイミング(t2)を設定する。タイミング設定部(38)は、設定した第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)を直流電流検出部(31)に通知する。
【0073】
直流電流検出部(31)は、第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)のそれぞれのタイミングにおいて、直流部電流(idc)の値を検出する。直流電流検出部(31)は、検出した2つの電流値(第1検出電流(i1)、第2検出電流(i2))を3相電流検出部(32)に出力する。
【0074】
3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)、第2検出電流(i2)を用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。3相電流検出部(32)は、求めた3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を電圧指令生成部(33)に出力する。
【0075】
電圧指令生成部(33)は、3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を用いて、相毎の電圧指令(V*)を生成する。ゲート信号生成部(35)は、電圧指令(V*)に基づいて、ゲート信号を生成する。インバータ回路(20)では、スイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)がゲート信号に応じてスイッチングを行なう。スイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)のスイッチングによって、所定の交流電圧がモータ(40)に印加される。
【0076】
〈本実施形態における効果〉
電力変換装置(1)では、キャリア信号(CS)を、インバータ回路(20)の出力電圧位相が60度進む期間に、N(Nは1以上の整数)回分のキャリア周期(C)が対応するように生成する。電力変換装置(1)では、キャリア信号(CS)に同期した1パルス駆動が行なわれる。電力変換装置(1)では、電流検出のタイミングが、出力電圧パターンの切り替わり前後に設定される。
【0077】
この構成によって、出力電圧パターンの切り替えタイミングは、キャリアタイマ(キャリア信号を生成するタイマ)に同期する。そのため、電力変換装置(1)では、電流検出タイミングの設定が容易になる。
【0078】
電力変換装置(1)では、何れの出力電圧パターンの切り替わりタイミングにおいても、第1タイミング(t1)および第2タイミング(t2)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。そのため、電力変換装置(1)では、容易に電流検出のタイミングを設定できる。
【0079】
《実施形態2》
実施形態2の電力変換装置(1)は、直流電流検出部(31)、3相電流検出部(32)、タイミング設定部(38)の構成が実施形態1と異なる。
【0080】
-タイミング設定部(38)-
本実施形態のタイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)に加え、第3タイミング(t3)を設定する。具体的にタイミング設定部(38)は、デッドタイム(Td)中に第3タイミング(t3)を設定する。
【0081】
図6および図7は、何れも、電流検出タイミングを示す図である。第3タイミング(t3)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。本実施形態では、第3タイミング(t3)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングに対する間隔が一定値(固定値)である。
【0082】
本実施形態でも、第1タイミング(t1)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。第2タイミング(t2)も、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。
【0083】
-直流電流検出部(31)-
直流電流検出部(31)は、タイミング設定部(38)が設定した3つのタイミング(t1,t2,t3)のそれぞれにおいて、直流部電流(idc)の値を検出する。以下では、第3タイミング(t3)において直流電流検出部(31)が検出した直流部電流(idc)の値を第3検出電流(i3)と呼ぶ。
【0084】
-3相電流検出部(32)-
本実施形態の3相電流検出部(32)は、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンを推定する機能を有している。3相電流検出部(32)は、出力電圧パターンを推定する場合に以下の処理を行なう。
【0085】
3相電流検出部(32)は、デッドタイム(Td)の期間内においてスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)のオンオフが切り替わる相の電流の向きを推定する。以下では、「デッドタイム(Td)の期間内においてスイッチング素子(S1,S2,S3,S4,S6,S6)のオンオフが切り替わる相の電流の向き」のことを単に「電流の向き」と標記する場合がある。
【0086】
3相電流検出部(32)は、デッドタイム(Td)においてスイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流(i)を、次式によって求める。次式において、i1は第1検出電流(i1)であり、i2は第2検出電流(i2)である。
【0087】
i=-i1-i2
3相電流検出部(32)は、電流(i)の符号を求める。3相電流検出部(32)は、求めた符号によって、電流の向きを推定する。
【0088】
図6は、上アームのスイッチング素子がオンからオフに切り替わる例である。図6から分るように、上アームのスイッチング素子がオンからオフに切り替わる場合において、電流(i)が正の場合、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンは、デッドタイム(Td)終了後の出力電圧パターンと同一であると推定できる。上アームのスイッチング素子がオンからオフに切り替わる場合において、電流(i)が負の場合は、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンは、デッドタイム開始前の出力電圧パターンと同一であると推定できる。
【0089】
図7は、下アームのスイッチング素子がオンからオフに切り替わる例である。図7から分るように、下アームのスイッチング素子がオンからオフに切り替わる場合において、電流(i)が正の場合は、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンは、デッドタイム開始前の出力電圧パターンと同一であると推定できる。下アームのスイッチング素子がオンからオフに切り替わる場合において、電流(i)が負の場合は、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンは、デッドタイム終了後の出力電圧パターンと同一であると推定できる。
【0090】
以上のことから、デッドタイム(Td)中における出力電圧パターンの推定は、以下の2つの項目の組み合わせに基づいて行える。
【0091】
項目1:デッドタイム(Td)内においてスイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流の向き。
【0092】
項目2:デッドタイム(Td)におけるスイッチング素子のオンオフの切り替りが上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるか。
【0093】
図8は、項目1、項目2に基づく出力電圧パターンの推定を行なうためのテーブルデータである。本実施形態の3相電流検出部(32)は、項目1、項目2に基づく推定を行なうために、図8に示すテーブルをデータとして備えている。
【0094】
3相電流検出部(32)は、推定した出力電圧パターンに基づいて第3検出電流(i3)が、インバータ回路(20)における何れの相に対応した電流であるかを判断する。3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)のうちで、第3検出電流(i3)が対応する相とは異なる相を特定する。
【0095】
3相電流検出部(32)は、特定した相の電流値(i1またはi2)と、第3検出電流(i3)とを用いて、3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。換言すると、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)の何れか一方と、第3検出電流(i3)とを、インバータ回路(20)における、互いに異なる2相の出力電流の電流値としてインバータ回路(20)の制御に利用する。
【0096】
〈本実施形態における効果〉
本実施形態では、第1検出電流(i1)と第3検出電流(i3)の組み合わせ、または第2検出電流(i2)と第3検出電流(i3)の組み合わせを用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)が求められる。本実施形態では、実施形態1と比べ、相電流の算出に用いる2相分の電流値の検出間隔が短い。本実施形態では、実施形態1と比べ、相電流値の検出精度を向上させることが可能になる。
【0097】
本実施形態でも、第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)、第3タイミング(t3)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。そのため、本実施形態の電力変換装置(1)でも、電流検出のタイミングを容易に設定できる。
【0098】
《実施形態3》
実施形態3の電力変換装置(1)は、直流電流検出部(31)、3相電流検出部(32)、タイミング設定部(38)の構成が実施形態1と異なる。
【0099】
-タイミング設定部(38)-
本実施形態のタイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)に加え、第4タイミング(t4)および第5タイミング(t5)を設定する。具体的に、タイミング設定部(38)は、第4タイミング(t4)、第5タイミング(t5)の順に、デッドタイム(Td)の期間中に2つの電流検出タイミングを設定する。
【0100】
図9図10は、何れも、電流検出タイミングを示す図である。第4タイミング(t4)および第5タイミング(t5)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。
【0101】
本実施形態では、第4タイミング(t4)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングに対する間隔が一定値(固定値)である(図9参照)。第5タイミング(t5)は、デッドタイム(Td)の終了タイミングに対する間隔が一定値(固定値)である(図10参照)。
【0102】
本実施形態でも、第1タイミング(t1)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。第2タイミング(t2)も、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。
【0103】
-直流電流検出部(31)-
直流電流検出部(31)は、タイミング設定部(38)が設定した4つのタイミング(t1,t2,t4,t5)のそれぞれにおいて、直流部電流(idc)の値を検出する。以下では、第4タイミング(t4)において直流電流検出部(31)が検出した直流部電流(idc)の値を第4検出電流(i4)と呼ぶ。第5タイミング(t5)において直流電流検出部(31)が検出した直流部電流(idc)の値を第5検出電流(i5)と呼ぶ。
【0104】
-3相電流検出部(32)-
本実施形態の3相電流検出部(32)も、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンを推定する機能を有している。3相電流検出部(32)は、出力電圧パターンの推定を、実施形態2の3相電流検出部(32)と同様の方法で実現している。
【0105】
3相電流検出部(32)は、推定した出力電圧パターンに基づいて、デッドタイム(Td)中に検出した電流(第4検出電流(i4)または第5検出電流(i5))が何れの相に対応するかを判断する。第4検出電流(i4)における出力電圧パターンと、第5検出電流(i5)における出力電圧パターンは同一であるので、第4検出電流(i4)、第5検出電流(i5)の何れの値を用いて相を特定してもよい。
【0106】
3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)のうちで、デッドタイム(Td)中に検出した電流に対応する相とは異なる相を特定する。
【0107】
例えば、第1タイミング(t1)に対応する相と第4タイミング(t4)における相が互いに異なっているとする。この場合、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)と第4検出電流(i4)を用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。
【0108】
例えば、第2タイミング(t2)に対応する相と第4タイミング(t4)における相が互いに異なっているとする。この場合、3相電流検出部(32)は、第2検出電流(i2)と第5検出電流(i5)を用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。電力変換装置(1)では、3相分の相電流(iu,iv,iw)の値は、インバータ回路(20)の制御に利用される。
【0109】
〈本実施形態における効果〉
本実施形態では、第1検出電流(i1)と第4検出電流(i4)組み合わせ、または第2検出電流(i2)と第5検出電流(i5)の組み合わせを用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)が求められる。本実施形態では、実施形態2と比べ、相電流の算出に用いる2相分の相電流値の検出間隔を短くすることが可能になる。本実施形態では、実施形態2と比べ、相電流値の検出精度を向上させることが可能になる。
【0110】
第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)、第4タイミング(t4)、第5タイミング(t5)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である(図9図10を参照)。そのため、本実施形態の電力変換装置(1)でも、電流検出のタイミングを容易に設定できる。
【0111】
《実施形態4》
実施形態4の電力変換装置(1)は、直流電流検出部(31)、3相電流検出部(32)、タイミング設定部(38)の構成が実施形態1とは異なる。
【0112】
-タイミング設定部(38)-
本実施形態のタイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)、第3タイミング(t3)に加え、タイミング(t0)を設定する。
【0113】
図11図12は、何れも、電流検出タイミングを示す図である。タイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)における出力電圧パターンが維持されている期間にタイミング(t0)を設定する。この例では、タイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)よりも前にタイミング(t0)を設定している。
【0114】
タイミング(t0)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。本実施形態では、タイミング(t0)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングに対する間隔が一定値(固定値)である(図11参照)。
【0115】
本実施形態でも、第1タイミング(t1)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。第2タイミング(t2)も、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。
【0116】
-直流電流検出部(31)-
直流電流検出部(31)は、タイミング設定部(38)が設定した4つのタイミング(t0,t1,t2,t3)のそれぞれにおいて、直流部電流(idc)の値を検出する。以下では、タイミング(t0)において直流電流検出部(31)が検出した直流部電流(idc)の値を電流(i0)と呼ぶ。
【0117】
-3相電流検出部(32)-
本実施形態の3相電流検出部(32)も、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンを推定する機能を有している。本実施形態でも、3相電流検出部(32)は、電流の向きを推定する。ただし、電流の向きの推定方法は、実施形態1等と異なる。
【0118】
具体的に3相電流検出部(32)は、第2検出電流(i2)、および、後述する電流(ic1)によって電流の向きの推定を行なう。3相電流検出部(32)は、以下の式によって電流(ic1)を算出する。
【0119】
ic1 = i1 + (i1-i0)×(tc-t1)/(t1-t0)
ただし、tcは、デッドタイム(Td)中に設定されたタイミングである。
【0120】
上式から分るように、ic1は、タイミング(t0)における電流値および第1タイミング(t1)における電流値を用いた線形補間によって求められた電流値である。ic1は、タイミング(tc)における電流値に相当する(図13参照)。
【0121】
3相電流検出部(32)は、スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流(i)を次式によって求める。
【0122】
i=-ic1-i2
3相電流検出部(32)は、電流(i)の符号を求める。3相電流検出部(32)は、求めた符号に基づいて電流の向きを推定する。電流(i)の符号に基づいて電流の向きを推定する方法は、実施形態2と同様である。
【0123】
3相電流検出部(32)は、電流の向きを推定した後、実施形態2の3相電流検出部(32)と同様の方法で出力電圧パターンを推定する。
【0124】
3相電流検出部(32)は、推定した出力電圧パターンに基づいて第3検出電流(i3)が、インバータ回路(20)における何れの相に対応した電流であるかを判断する。3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)のうちで、第3検出電流(i3)が対応する相とは異なる相を特定する。
【0125】
3相電流検出部(32)は、特定した相の電流値(i1またはi2)と、第3検出電流(i3)とを用いて、3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。換言すると、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)の何れか一方と、第3検出電流(i3)とを、インバータ回路(20)における、互いに異なる2相の出力電流の電流値としてインバータ回路(20)の制御に利用する。
【0126】
〈本実施形態における効果〉
本実施形態では、電流の向きを推定する場合に、第1検出電流(i1)、第2検出電流(i2)に加え、電流(i0)を用いる。本実施形態では、電流の向きの推定精度を向上させることが可能になる。
【0127】
《実施形態4の変形例》
実施形態4の電力変換装置(1)は、デッドタイム(Td)において、複数回の電流検出を行なうように変更を加えてもよい。図14は、実施形態4の変形例における電流検出タイミングを示す図である。
【0128】
本変形例では、タイミング設定部(38)は、第4タイミング(t4)、第5タイミング(t5)の順に、2つの電流検出タイミングをデッドタイム(Td)の期間中に設定する。この変形例でも、第4タイミング(t4)および第5タイミング(t5)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である(図14参照)。
【0129】
直流電流検出部(31)は、タイミング設定部(38)が設定した5つのタイミング(t0,t1,t2,t4,t5)のそれぞれにおいて、直流部電流(idc)の値を検出する。本変形例でも、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)のうちで、デッドタイム(Td)中に検出した電流(第4検出電流(i4)または第5検出電流(i5))に対応する相とは異なる相を特定する。
【0130】
例えば、第1タイミング(t1)に対応する相とデッドタイム(Td)における相が互いに異なっているとする。この場合、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)と第4検出電流(i4)を用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。
【0131】
例えば、第2タイミング(t2)に対応する相とデッドタイム(Td)における相が互いに異なっているとする。この場合、3相電流検出部(32)は、第2検出電流(i2)と第5検出電流(i5)を用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。電力変換装置(1)でも、3相分の相電流(iu,iv,iw)の値は、インバータ回路(20)の制御に利用される。
【0132】
〈本変形例における効果〉
本変形例では、デッドタイム(Td)の期間内に電流検出タイミングを2つ設定し、それぞれの電流検出タイミングにおいて直流部電流(idc)を検出する。本変形例では、第1検出電流(i1)と第4検出電流(i4)組み合わせ、または第2検出電流(i2)と第5検出電流(i5)の組み合わせを用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)が求められる。
【0133】
本変形例では、実施形態4と比べ、相電流の算出に用いる2相分の相電流値の検出間隔を短くすることが可能になる。本変形例では、実施形態4と比べ、相電流値の検出精度を向上させることが可能になる。
【0134】
《実施形態5》
実施形態5の電力変換装置(1)は、直流電流検出部(31)、3相電流検出部(32)、タイミング設定部(38)の構成が実施形態1とは異なる。
【0135】
-タイミング設定部(38)-
図15図16は、何れも、電流検出タイミングを示す図である。本実施形態のタイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)、第3タイミング(t3)に加え、タイミング(t0)およびタイミング(t6)を設定する。
【0136】
タイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)における出力電圧パターンが維持されている期間にタイミング(t0)を設定する。この例では、タイミング設定部(38)は、第1タイミング(t1)よりも前にタイミング(t0)を設定している。
【0137】
タイミング設定部(38)は、第2タイミング(t2)における前記出力電圧パターンが維持されている期間にタイミング(t6)を設定する。この例では、タイミング設定部(38)は第2タイミング(t2)よりも後にタイミング(t6)を設定している。
【0138】
-直流電流検出部(31)-
直流電流検出部(31)は、タイミング設定部(38)が設定した5つのタイミング(t0,t1,t2,t3,t6)のそれぞれにおいて、直流部電流(idc)の値を検出する。以下では、タイミング(t6)において直流電流検出部(31)が検出した直流部電流(idc)の値を電流(i6)と呼ぶ。
【0139】
-3相電流検出部(32)-
本実施形態の3相電流検出部(32)も、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンを推定する機能を有している。本実施形態でも、3相電流検出部(32)は、電流の向きを推定する。ただし、電流の向きの推定方法は、実施形態1等と異なる。
【0140】
具体的に3相電流検出部(32)は、後述する電流(ic1)および電流(ic2)によって電流の向きの推定を行なう。3相電流検出部(32)は、電流(ic1)および電流(ic2)を、それぞれ以下の式によって求める。
【0141】
ic1 = i1 + (i1-i0)×(tc-t1)/(t1-t0)
ic2 = i2 + (i6-i2)×(tc-t2)/(t6-t2)
本実施形態でも、tcは、デッドタイム(Td)中に設定されたタイミングである。
【0142】
上式から分るように、ic1は、タイミング(t0)および第1タイミング(t1)の電流値を用いた線形補間によって求めた電流値である(図17参照)。ic2は、第2タイミング(t2)およびタイミング(t6)の電流値を用いた線形補間によって求めた電流値である(図17参照)。
【0143】
3相電流検出部(32)は、スイッチング素子のオンオフが切り替わる相の電流(i)を次式によって求める。
【0144】
i=-ic1-ic2
3相電流検出部(32)は、電流(i)の符号を求める。3相電流検出部(32)は、求めた符号に基づいて、電流の向きを推定する。電流(i)の符号に基づいて電流の向きを推定する方法は、実施形態1と同様である。
【0145】
3相電流検出部(32)は、電流の向きを推定した後、実施形態2の3相電流検出部(32)と同様の方法で出力電圧パターンを推定する。
【0146】
3相電流検出部(32)は、推定した出力電圧パターンに基づいて第3検出電流(i3)が、インバータ回路(20)における何れの相に対応した電流であるかを判断する。3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)のうちで、第3検出電流(i3)が対応する相とは異なる相を特定する。
【0147】
3相電流検出部(32)は、特定した相の電流値(i1またはi2)と、第3検出電流(i3)とを用いて、3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。換言すると、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)の何れか一方と、第3検出電流(i3)とを、インバータ回路(20)における、互いに異なる2相の出力電流の電流値としてインバータ回路(20)の制御に利用する。
【0148】
〈本実施形態における効果〉
電力変換装置(1)では、電流の向きを検出する場合に、第1検出電流(i1)、第2検出電流(i2)に加え、電流(i0)および電流(i6)を用いる。本実施形態では、電流の向きを推定する場合に、電流(i0)、電流(i6)を追加して用いることによって、電流の向きの推定精度を向上させることが可能になる。
【0149】
《実施形態5の変形例》
実施形態5の電力変換装置(1)は、デッドタイム(Td)において、複数回の電流検出を行なうように変更を加えてもよい。図18は、実施形態5の変形例における電流検出タイミングを示す図である。
【0150】
本変形例では、タイミング設定部(38)は、第4タイミング(t4)、第5タイミング(t5)の順に、2つの電流検出タイミングをデッドタイム(Td)の期間中に設定する。この変形例でも、第4タイミング(t4)、第5タイミング(t5)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である(図18参照)。
【0151】
直流電流検出部(31)は、タイミング設定部(38)が設定した6つのタイミング(t0,t1,t2,t4,t5,t6)のそれぞれにおいて、直流部電流(idc)の値を検出する。本変形例でも、第4タイミング(t4)において直流電流検出部(31)が検出した直流部電流(idc)の値を第4検出電流(i4)と呼ぶ。第5タイミング(t5)において直流電流検出部(31)が検出した直流部電流(idc)の値を第5検出電流(i5)と呼ぶ。
【0152】
本変形例でも、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)のうちで、デッドタイム(Td)中に検出した電流値(第4検出電流(i4)または第5検出電流(i5))に対応する相とは異なる相を特定する。
【0153】
例えば、第1タイミング(t1)に対応する相とデッドタイム(Td)における相が互いに異なっているとする。この場合、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)と第4検出電流(i4)を用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。
【0154】
第2タイミング(t2)に対応する相とデッドタイム(Td)における相が互いに異なっているとする。この場合、3相電流検出部(32)は、第2検出電流(i2)と第5検出電流(i5)を用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。電力変換装置(1)では、3相分の相電流(iu,iv,iw)の値は、インバータ回路(20)の制御に利用される。
【0155】
〈本変形例における効果〉
本変形例では、デッドタイム(Td)の期間内に電流検出タイミングを2つ設定し、それぞれの電流検出タイミングにおいて直流部電流(idc)を検出する。本変形例では、第1検出電流(i1)と第4検出電流(i4)組み合わせ、または第2検出電流(i2)と第5検出電流(i5)の組み合わせを用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)が求められる。
【0156】
本変形例では、実施形態5と比べ、算出に用いる2相分の相電流値の検出間隔を短くすることが可能になる。本変形例では、実施形態4と比べ、相電流値の検出精度を向上させることが可能になる。
【0157】
《実施形態6》
実施形態6の電力変換装置(1)は、直流電流検出部(31)、3相電流検出部(32)、タイミング設定部(38)の構成が実施形態1とは異なる。
【0158】
-タイミング設定部(38)-
本実施形態のタイミング設定部(38)は、実施形態2のタイミング設定部(38)と同様に、第1タイミング(t1)、第2タイミング(t2)に加え、第3タイミング(t3)を設定する。具体的にタイミング設定部(38)は、デッドタイム(Td)中に第3タイミング(t3)を設定する(図6および図7を参照)。
【0159】
本実施形態でも、第3タイミング(t3)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。より詳しくは、第3タイミング(t3)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングに対する間隔が一定値(固定値)である。
【0160】
本実施形態でも、第1タイミング(t1)は、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。第2タイミング(t2)も、デッドタイム(Td)の開始タイミングおよび終了タイミングの何れか一方に対する間隔が一定値(固定値)である。
【0161】
-直流電流検出部(31)-
直流電流検出部(31)は、タイミング設定部(38)が設定した3つのタイミング(t1,t2,t3)のそれぞれにおいて、直流部電流(idc)の値を検出する。本実施形態でも、第3タイミング(t3)において直流電流検出部(31)が検出した直流部電流(idc)の値を第3検出電流(i3)と呼ぶ。
【0162】
-3相電流検出部(32)-
本実施形態の3相電流検出部(32)も、デッドタイム(Td)中の出力電圧パターンを推定する機能を有している。本実施形態では、電流の向きを推定する手法が他の実施形態と異なっている。電流の向きを推定する場合に、3相電流検出部(32)は、以下の処理を行なう。
【0163】
3相電流検出部(32)は、インバータ回路(20)の出力電圧と出力電流の基本波に基づいて力率を求める。3相電流検出部(32)は、デッドタイム(Td)における前記スイッチング素子のオンオフの切り替りが上アームのオンからオフであるか、下アームのオンからオフであるかという情報と、求めた力率とを用いて電流の向きを推定する。
【0164】
図19は、電流の向きを推定するためのテーブルデータである。本実施形態の3相電流検出部(32)は、電流の向きを推定するために、図19に示すテーブルをデータとして備えている。
【0165】
例えば、スイッチング素子のオンオフの切り替えが、上アームのオンからオフの場合で、且つ力率が遅れている場合には、3相電流検出部(32)は、電流の向きを正と判定する。
【0166】
3相電流検出部(32)は、電流の向きを推定できたら、前記項目1、前記項目2に基づく出力電圧パターンの推定を行なう。3相電流検出部(32)は、推定した出力電圧パターンに基づいて第3検出電流(i3)が、インバータ回路(20)における何れの相に対応した電流であるかを判断する。
【0167】
3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)のうちで、第3検出電流(i3)が対応する相とは異なる相を特定する。3相電流検出部(32)は、特定した相の電流値(i1またはi2)と、第3検出電流(i3)とを用いて、3相分の相電流(iu,iv,iw)の値を求める。換言すると、3相電流検出部(32)は、第1検出電流(i1)および第2検出電流(i2)の何れか一方と、第3検出電流(i3)とを、インバータ回路(20)における、互いに異なる2相の出力電流の電流値としてインバータ回路(20)の制御に利用する。
【0168】
〈本実施形態における効果〉
本実施形態でも、第1検出電流(i1)と第3検出電流(i3)の組み合わせ、または第2検出電流(i2)と第3検出電流(i3)の組み合わせを用いて3相分の相電流(iu,iv,iw)が求められる。本実施形態では、実施形態1と比べ、算出に用いる2相分の相電流値の検出間隔が短い。本実施形態では、実施形態1と比べ、相電流値の検出精度を向上させることが可能になる。
【0169】
《その他の実施形態》
実施形態4、実施形態5等では、電流の向きの推定用に、更に多くのタイミングにおいて電流を検出してもよい。
【0170】
キャリア信号(CS)は、インバータ回路(20)の出力電圧位相が60度進む期間に、N(Nは1以上の整数)回分のキャリア周期(C)が対応すれば、キャリア信号(CS)と、出力電圧パターンの位相は、ずれていてもよい。
【0171】
電力変換装置(1)の用途には限定はない。
【0172】
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。以上の実施形態、変形例、その他の実施形態に係る要素を適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0173】
以上説明したように、本開示は、インバータ回路の制御方法、および電力変換装置について有用である。
【符号の説明】
【0174】
1 電力変換装置
20 インバータ回路
21 直流部
30 制御部
C キャリア周期
CS キャリア信号
i 電流
i0 電流
i1 第1検出電流
i2 第2検出電流
i3 第3検出電流
i4 第4検出電流
i5 第5検出電流
i6 電流
ic1 電流
ic2 電流
S1,S2,S3,S4,S6,S6 スイッチング素子
t0 タイミング
t1 第1タイミング(タイミング)
t2 第2タイミング(タイミング)
t3 第3タイミング
t4 第4タイミング
t5 第5タイミング
t6 タイミング
tc タイミング
Td デッドタイム
u,v,w 相
Vdc 直流電圧
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19