CN103733501A - 电力变换装置及电力变换方法 - Google Patents

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Abstract

一种电力变换装置（100），其生成各开关元件的驱动指令信号，该各开关元件的驱动指令信号用于进行断开/接通控制，以使得在多个相的开关元件（S1～S6）中，由一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向与由另一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向相反。而且，电力变换装置对向各关元件输出的驱动指令信号的输出定时进行校正，以使得各开关元件的断开/接通动作的定时一致。

Description

电力变换装置及电力变换方法
技术领域
本发明涉及将直流电力变换为交流电力的电力变换装置及电力变换方法，特别涉及抑制急剧的电流变动而防止对开关元件施加较高的冲击电压的技术。
背景技术
在供给电力的电力变换装置中，对多个开关元件进行接通、断开控制，该电力用于驱动在车辆上搭载的电动机。因此，在与直流电源连接的公用母线中会发生急剧的电流变化，会产生由寄生电感（L）引起的较高的冲击电压（L×di/dt）。为了抑制该电流变化，例如在专利文献1（国际公开WO2005/081389号公报）中公开有下述技术：使多个相（例如，U相、V相、W相）的开关元件的驱动定时变化，防止各开关元件同时接通，从而抑制急剧的电流变化。
专利文献1：国际公开WO2005/081389号公报
发明内容
然而，在上述专利文献1中，虽然能够抑制电流流向相同且同时接通的情况下的电流变化率（di/dt）的增加，但存在不能抑制在开关元件单独地接通或断开时产生的急剧的电流变化的课题。
本发明就是为了解决上述现有的课题而提出的，其目的在于提供一种电流变换装置及电力变换方法，其能够抑制与各开关元件的接通、断开相伴的急剧的电流变化。
为了实现上述目的，本发明的一个方式是电力变换装置，具有：多个相的开关元件，它们连接在公用母线上；以及控制部，其对所述各开关元件进行控制。所述控制部包含：驱动指令生成部，其生成各开关元件的驱动指令信号，该各开关元件的驱动指令信号用于进行断开/接通控制，以使得在所述多个相的开关元件中，由一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向与另一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向相反；以及延迟校正部，其对向所述各开关元件输出的驱动指令信号的输出定时进行校正，以使得所述各开关元件的断开/接通定时一致。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的电力变换装置的结构的电路图。
图2是表示包含本发明的实施方式涉及的电力变换装置在内的电动机控制装置的结构的框图。
图3是表示由本发明的实施方式涉及的电力变换装置生成的驱动脉冲以及对该驱动脉冲进行移位而得到的脉冲的时序图。（a）表示载波信号s1及电压指令值vu、vv，（b）表示驱动脉冲Dup，（c）表示驱动脉冲Dvp，（d）表示通过第1步骤生成的驱动脉冲Tvp，（e）表示通过第2步骤生成的驱动脉冲Tvp。
图4（a）、（b）、（c）分别表示由本发明的实施方式涉及的电力变换装置生成的U相、V相、W相的各相电流的变化的时序图。
图5是表示在通常的电力变换装置中V相的开关元件刚要从接通转到断开之前的电流的说明图。
图6是表示在通常的电力变换装置中V相的开关元件刚从接通转到断开之后的电流的说明图。
图7是表示在通常的电力变换装置中V相的开关元件从接通转到断开时发生的电流变化的说明图。
图8是表示在通常的电力变换装置中V相的开关元件从接通转到断开时流向电容器的电流的变化的特性图。
图9是表示在通常的电力变换装置中U相的开关元件从接通转到断开时在电容器中流过的电流的方向及大小的特性图。（a）表示在U相中正电流流经电动机13，上侧的开关元件S1从接通转到断开的瞬间的电流变化，（b）表示在U相中负电流流经电动机13，下侧的开关元件S2从接通转到断开的瞬间的电流变化。
图10是在通常的电力变换装置中U相的开关元件从断开转到接通时在电容器中流过的电流的方向及大小的特性图。（a）表示在U相中正电流流经电动机13，上侧的开关元件S1从断开转到接通的瞬间的电流变化，（b）表示在U相中负电流流经电动机13，下侧的开关元件S1从断开转到接通的瞬间的电流变化。
图11是在本发明的实施方式涉及的电力变换装置中根据载波信号和电压指令值的关系生成驱动脉冲时的说明图。
图12是在本发明的实施方式涉及的电力变换装置中对基于载波信号和电压指令值生成的驱动脉冲进行移位时的说明图。
图13是表示在电容器流过的电流的变化的说明图。（a）表示开关元件S1为接通状态且开关元件S3为断开状态，（b）表示开关元件S1为断开状态且开关元件S3为断开状态，（c）表示开关元件S1为接通状态且开关元件S3为接通状态。
图14表示在向开关元件输出了驱动指令时在开关元件中流过的电流以及在开关元件中产生的电压的变化的特性图。
图15是表示本发明的第1实施方式涉及的延迟校正部的详细结构的框图。
图16是表示断开U相上桥臂的开关元件的定时、和接通V相下桥臂的开关元件的定时的说明图。（a）表示对延迟时间进行校正之前，（b）表示对延迟时间校正之后。
图17是表示开关元件的开启时相对于电流、周围温度的延迟时间的变化的特性图。
图18是表示开关元件的关闭时相对于电流、周围温度的延迟时间的变化的特性图。
图19是表示本发明的第2实施方式涉及的延迟校正部的详细结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
【第1实施方式的说明】
图1是表示本发明的实施方式涉及的电力变换装置100及由该电力变换装置100供给电力而驱动的电动机13的结构的电路图。此外，在本实施方式中示出电力变换装置100将直流变换为3相交流的例子，但进行变换的电流并不限定于3相，也可以是大于或等于4相的多相交流。
如图1所示，电力变换装置100具有逆变器装置11及电动机控制装置（控制部）14。
逆变器装置11具有供给直流电压Ed的直流电源12、和与该直流电源12连接的电容器C1，而且，具有使用了IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的开关元件S1、S2、S3、S4、S5、S6，和相对于各开关元件S1～S6反向并联连接的二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6。而且，彼此串联连接的开关元件对即S1和S2、S3和S4、S5和S6，分别构成逆变器装置11的各相的上桥臂和下桥臂。此外，开关元件并不限定于IGBT。
开关元件S1的发射极与开关元件S2的集电极连接，其连接点成为3相交流U相的输出点，与电动机13的U相连接。同样地，开关元件S3的发射极和开关元件S4的集电极连接，其连接点成为3相交流V相的输出点，并与电动机13的V相连接。同样地，开关元件S5的发射极与开关元件S6的集电极连接，其连接点成为3相交流W相的输出点，并与电动机13的W相连接。
开关元件S1、S3、S5的各集电极经由公用母线与直流电源12的正极连接，开关元件S2、S4、S6的各发射极经由公用母线与直流电源12的负极连接。通过由电动机控制装置14输出的控制信号驱动开关元件S1～S6的各栅极。
电动机控制装置14基于由电流传感器（图2中的标号19）检测的流向电动机13的各相的负载电流Iu、Iv、Iw、和由转速传感器（图2中的标号18）检测的电动机13的旋转位置、以及由省略图示的上位装置施加的扭矩指令值，生成对各开关元件S1～S6进行PMW控制的控制信号，并向各开关元件S1～S6的栅极输出。
虽然并不特别地限定，但在本实施方式中，电动机控制装置14由具有运算处理装置CPU、程序ROM、作业用RAM和输入输出接口的微处理器构成。而且，电动机控制装置14的控制功能通过由CPU执行在ROM中存储的程序而实现。
下面，参照图2所示的框图，说明对图1所示的逆变器装置11进行控制的电动机控制装置（控制部）14的详细结构。如图2所示，电动机控制装置14例如对车辆驱动用电动机13进行控制，具有扭矩控制部21、电流控制部22、驱动指令生成部31以及延迟校正部26。而且，驱动指令生成部31具有电压指令运算部23、脉冲宽度运算部24和定时控制部25。而且，驱动指令生成部31由后述的方法生成在逆变器装置11中设置的各开关元件S1～S6的驱动信号，并向延迟校正部26输出。延迟校正部26对该驱动信号的输出定时进行校正，并向各开关元件S1～S6的栅极输出。由此，电动机控制装置驱动逆变器装置11。另外，电力变换装置100具有对在电动机13中流过的电流进行检测的电流传感器19。
扭矩控制部21基于从外部施加的扭矩指令值T、和由对电动机13的转速进行检测的转速传感器18检测出的电动机转速ω，分别运算电动机13的d轴及q轴电流指令值id、iq。
电流控制部22基于d轴及q轴电流指令值id、iq和d轴及q轴电流值Id、Iq，分别运算用于使指令值和实际值一致的d轴及q轴电压指令值vd、vq。在这里，在利用电流传感器19检测电动机13的各相（U相、V相、W相）的电流iu、iv、iw的基础上，利用电压指令运算部23变换为d轴及q轴电流值Id、Iq，从而运算d轴及q轴电流值Id、Iq。此外，电动机13的各相电流之和为零，因此，通过检测至少2相的电流iu、iv，也能获得电动机13的3相的电流iu、iv、iw。
驱动指令生成部31的电压指令运算部23将d轴及q轴电压指令值vd、vq变换为3相的输出电压指令值vu、vv、vw。
脉冲宽度运算部24生成与由电压指令运算部23输出的U相、V相、W相的各电压指令值vu、vv、vw对应的逆变器装置11的驱动脉冲Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn，并向定时控制部25输出。此外，并不限定于电压指令值，也可以使用电流指令值。
定时控制部25为了对在逆变器装置11中设置的各开关元件S1～S的接通、断开定时进行控制，通过后述的方法，生成变更后的驱动脉冲Tup、Tun、Tvp、Tvn、Twp、Twn，向延迟校正部26输出。此外，Tup、Tun表示向U相的上段、下段的开关元件S1、S2供给的驱动脉冲，Tvp、Tvn表示向V相的上段、下段的开关元件S3、S4供给的驱动脉冲，Twp、Twn表示向W相的上段、下段的开关元件S5、S6供给的驱动脉冲。
延迟校正部26计算由定时控制部25输出的针对各开关元件的驱动脉冲的输出定时与实际连接或断开各开关元件的定时之间的延迟时间。而且，基于该延迟时间，对由定时控制部25输出的各驱动脉冲的输出定时进行校正。
下面，参照图3所示的时序图，对利用图2所示的脉冲宽度运算部24，根据3相的电压指令值vu、vv、vw生成向各开关元件S1～S6输出的驱动脉冲Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn的流程进行说明。此外，在图3中，为了简化说明，只记载了根据2相的电压指令值vu、vv，生成上侧桥臂的驱动脉冲Dup（向开关元件S1供给的驱动脉冲）、Dvp（向开关元件S3供给的驱动脉冲）的情况。
如果接收到图3（a）所示的三角波的载波信号s1，则在脉冲宽度运算部24中，对该载波信号s1和各电压指令值vu、vv进行比较。然后，脉冲宽度运算部24对于上侧桥臂生成下述驱动脉冲，即，在电压指令值与载波信号s1相比较大的时间带成为ON，在较小的时间带成为OFF的驱动脉动，对下侧桥臂生成下述驱动脉冲，即，在电压指令值与载波信号s1相比较小的时间带成为ON，在较大的时间带成为OFF的驱动脉冲。而且，脉冲宽度运算部24，通过使从OFF切换至ON的时刻延迟而设置死区时间。通过设置死区时间，能够防止上下桥臂的短路。
因而，U相的上侧桥臂的电压指令值vu在时刻t1超过载波信号s1，因此，如图3（b）所示，驱动脉冲Dup在比该时刻t1延迟了Δt的时刻t2成为ON。在时刻t3，电压指令值vu小于载波信号s1，因此，驱动脉冲Dup在该时刻t3成为OFF。即，生成如图3（b）所示的驱动脉冲Dup。
同样地，V相的上侧桥臂的电压指令值vv在时刻t4超过载波信号s1，因此，如图3（c）所示，驱动脉冲Dvp在比该时刻t4延迟了Δt的时刻t5成为ON。在时刻t6，电压指令值vv小于载波信号s1，因此，驱动脉冲Dvp在该时刻t6成为OFF。即，生成如图3（c）所示的驱动脉冲Dvp。此外，对于W相的电压指令值vw也同样，在图3中省略。
下面，对在图2所示的定时控制部25中，对各驱动脉冲Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn的相位进行移相，而生成驱动脉冲Tup、Tun、Tvp、Tvn、Twp、Twn的第1流程进行说明。此外，在这里，说明对V相的上侧桥臂（开关元件S3）的驱动脉冲Dvp的定时进行变更，生成驱动脉冲Tvp的例子。即，对图3（c）所示的驱动脉冲Dvp的相位进行移相，生成如图3（d）所示的驱动脉冲Tvp。
如果对该驱动脉冲的变更流程进行说明，则首先，在时刻t4电压指令值vv超过载波信号s1时，在经过Δt后的时刻t5不使驱动脉冲Tvp成为ON，求出直至电压指令值vv小于载波信号s1为止的时间、即时刻t5～t6间的时间（占空比宽度），并对该占空比宽度进行记录。而且，在驱动脉冲Dup成为OFF的时刻t3，将驱动脉冲Tvp设为ON，将ON状态维持与上述占空比宽度相应的宽度后，设为OFF。其结果，驱动脉冲Tvp变更为图3（d）所示的驱动脉冲。在这里，使得驱动脉冲Dup的下降沿时刻（成为OFF的定时）与驱动脉冲Tvp的上升沿时刻（成为ON的定时）一致的理由是，使方向不同的双方的电流相互抵消，从而使流向图1所示的电容器C1的电流减少。其详细内容将后述。
另外，从实际输出驱动脉冲Dup的OFF指令开始，直至实际开关元件S1成为断开（切断）为止，会产生延迟时间。同样地，从输出驱动脉冲Tvp的ON指令开始，直至实际开关元件S3成为接通（连接）为止，会产生延迟时间。
下面，参照图14所示的特性图，说明该延迟时间。图14是表示在由定时控制部25输出的驱动脉冲（S21）停止后的开关元件的集电极电流Ic（S22）、发射极/栅极间电压Vge（S23）、以及发射极/集电极间电压Vce（S24）的变化的特性图。而且，从图14可以理解，从停止驱动脉冲开始，直至电压Vce间的电压上升为止，即直至切断开关元件为止，产生2[μsec]左右的时间的延迟时间。
另外，通常，接通时的延迟时间比断开时的延迟时间长。因此，在使驱动脉冲Dup的OFF指令（参照图3（b））和驱动脉冲Tvp（参照图3（d））的ON指令的输出定时一致的情况下，实际开关元件S1成为断开的定时与开关元件S3成为接通的定时之间会产生时间差，产生不能有效地降低流向电容器C1的电流的效果的情况。因此，在本实施方式中，延迟校正部26通过后述的方法，对驱动脉冲的输出定时进行校正，使得开关元件的断开/接通的定时一致。
下面，对在图2所示的定时控制部25中，对各驱动脉冲Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn的相位进行移相，而生成驱动脉冲Tup、Tun、Tvp、Tvn、Twp、Twn的第2流程进行说明。在第2流程中，对图3（c）所示的驱动脉冲Dvp进行分割，而且，对相位进行移相，变更为图3（e）的标号s2、s3所示的2个驱动脉冲。
对该驱动脉冲的变更流程进行说明，首先，在时刻t4电压指令值vv超过载波信号s1，在Δt后的时刻t5将驱动脉冲Tvp设为ON，其后，在载波信号s1达到最下点的时刻t8，将驱动脉冲Tvp设为OFF。其结果，生成图3（e）的标号s2所示的驱动脉冲。另外，求出从电压信号vv超过载波信号s1开始，直至小于该载波信号s1为止时间，即求出图3（c）所示的时刻t5～t6之间的时间（占空比宽度），并记录该占空比宽度。然后，在驱动脉冲Dup成为OFF的时刻t3，将驱动脉冲Tvp再次设为ON，将ON状态维持与从上述占空比宽度中减去时刻t5～t8间的时间（驱动脉冲s2）相应的时间后，将驱动脉冲Tvp设为OFF。此外，也可以对t8～t6间的时间（占空比宽度）进行记录，使用该占空比确定从时刻t3开始的ON时间。其结果，驱动脉冲Tvp变更为图3（e）所示的2个驱动脉冲s2、s3。在该情况下，2个驱动脉冲s2、s3的合计的脉冲宽度与图3（c）所示的时刻t5～t6的驱动脉冲宽度相同。
在上述的第1流程中，在图3（d）所示的Tvp中t5～t6的驱动脉冲跨过时刻t8。相对于此，在第2流程中，不会产生跨过载波信号s1的边界（时刻t8）的驱动脉冲，因此，具有不会使与载波信号的同步特性恶化的优点。
此外，在图3中，针对使U相和V相的驱动脉冲的定时相匹配的例子进行了说明，但其他2相之间也同样地，能够使驱动脉冲的定时匹配。另外，在3相中使驱动脉冲匹配的情况下，也可以利用与在2相间定时匹配的构思相同的构思。例如，使V相及W相的驱动脉冲的上升沿与U相的驱动脉冲的下降沿一致即可。
下面，说明如图3（d）、（e）所示，使另一个驱动脉冲的上升沿与一个驱动脉冲的下降沿一致的目的。
图4（a）～（c）是表示分别设置在U相、V相、W相的各相中的各开关元件S1～S6的接通、断开动作的时序图。图中的空白部分表示上侧的开关元件S1、S3、S5接通的定时，斜线部分表示下侧的开关元件S2、S4、S6接通的定时。而且，各相的波形分别是错开120度相位的正弦波形。
而且，在图4（b）中的标号q1所示的V相上侧的开关元件S3刚要成为断开的定时，如图5所示，电流流向各相。即，在V相上侧的开关元件S3中流过＋350A的电流I1，在U相下侧的开关元件S2中流过＋200A的电流I2，而且，在W相上侧的二极管D5中流过－150A的电流I3。此外，电流的方向是将各开关元件S1～S6的正向设为正，逆向设为负。
然后，如果V相上侧的开关元件S3从接通转到断开，则成为续流模式，如图6所示，V相下侧的二极管D4成为接通，电流I1继续向电动机13侧（图中右方向）流动。此时，V相上侧的开关元件S3从接通转到断开的瞬间的电流变化如图7所示。
即，如图7所示，V相上侧的开关元件S3从接通转到断开时，在V相上侧的开关元件S3、V相下侧的二极管D4、电容器C1中，分别产生相同的电流变化量（相当于－350A）。另外，在开关元件S3从接通转到断开的瞬间，在U相的上下臂电桥以及W相的上下臂电桥中，没有开关动作的变化，因此，电流不变化，由于V相的开关动作引起的急剧的电流变化，形成图6中的箭头Y1所示的电路回路。
图8是表示在开关元件S3从接通转到断开的瞬间流向电容器C1的电流的变化的时序图。在时刻t10，电流从＋200A变动为－150A。其结果，发生由该电流路径中的寄生电感L引起的较大的冲击电压（L×di/dt）。
在本实施方式中，通过对各相的开关元件S1～S6的驱动定时进行变更，降低流入电容器C1的电流的急剧变化，从而抑制由寄生电感L引起的冲击电压。即，如图3中的说明所示，通过使另一个相的驱动脉冲的下降沿与某个相的驱动脉冲的上升沿同步，降低流向电容器C1的电流的急剧变化，从而抑制冲击电压。
而且，如上所述，延迟校正部26对驱动脉冲的输出定时进行校正，以使得开关元件实际成为接通的定时以及成为断开的定时一致。即，通过使一个开关元件的断开/连接动作与另一个开关元件的断开/连接动作同步，从而抑制电流变化，抑制电压窜高的产生。
下面，针对使电流变化成为逆向的开关元件的动作同步，消除电流变化的处理进行说明。
图9（a）、（b）、图10（a）、（b）是表示U相的各开关元件S1、S2的动作例的说明图，均是将在逆变器装置11上设置的U相的开关元件S1、S2的部分取出的电路。上桥臂和下桥臂的中点与电动机13的U相输入端子连接。在图中，向右方向的箭头是表示电流流向电动机13，将该电流设为正电流。向左方向的箭头表示从电动机13流出的电流，将该电流设为负电流。
在图9（a）中示出，在U相上，在电动机13中流过正电流，上侧的开关元件S1从接通转到断开的瞬间的电流变化。此时，从电流由DC高电位侧即图1所示的直流电源12的正极侧流向电动机13侧的状态开始，断开开关元件S1而切断电流，成为来自DC低电位侧的续流模式，电流流向电动机13侧。该电流的变化等价于发生了箭头Y2所示的电流变化。
另外，在图9（b）中示出，在U相上，在电动机13中流过负电流，下侧的开关元件S2从接通转到断开的瞬间的电流变化。在该情况下，也是与图9（a）同样地，在开关元件S2从接通转到断开时，发生箭头Y3所示的电流变化。即，可知在图9（a）、（b）的情况下，发生逆时针方向（箭头Y2，Y3）的电流变化。该电流变化在U相、V相、W相各相中发生。
另一方面，图10（a）示出，从U相上侧的开关元件S1为断开，电流从下侧的二极管D2流向电动机13侧的状态，转到开关元件S1接通的瞬间的电流变化，在箭头Y4的方向上发生电流变化。另外，图10（b）示出，从U相下侧的开关元件S2断开的状态转到开关元件S2接通的瞬间的电流变化，在箭头Y5的方向上发生电流变化。即，可知在图10（a）、（b）的情况下，发生顺时针方向（箭头Y4，Y5）的电流变化。该电流变化在U相、V相、W相各相中发生。
因此，可以理解，通过使图9（a）、（b）中的任一个和图10（a）、（b）中的任一个定时相匹配，可以消除或降低箭头Y2～Y5所示的电流。
以下，对生成向各开关元件S1～S6输出的驱动脉冲的流程进行说明。首先，说明现有技术采用的通常动作。图11是表示通过具有规定的载波频率（例如1[KHz]）的载波信号和U相、V相、W相的各相的电压指令值，确定各相的PWM控制用驱动信号的脉冲宽度流程的说明图。在图11中，示出没有采用本发明的实施方式涉及的定时变更处理的情况。而且，通过该处理，确定向U相、V相、W相的上侧的开关元件S1、S3、S5输出的脉冲信号的脉冲宽度。此外，下侧的开关元件S2、S4、S6与上侧的各开关元件S1、S3、S5相反地动作。例如，在S1为接通时，S2为断开，在S2为接通时，S1为断开。
如图11所示，在从U相上侧的开关元件S1接通的状态（时刻t11，电压0V），变化为该开关元件S1断开的状态（时刻t12，电压300V）的情况下，流过与图9（a）相同的电流。即，在该时间，在包含U相的上下臂电桥和电容器C1的电路回路中，向逆时针方向流过100A的电流。即，从图13（a）所示的状态，变化为图13（b）所示的状态，因此，电容器电流Cap从100A变化为0A，由于寄生在该电路回路中的电感L，产生冲击电压。
与此相对，在采用本发明的实施方式涉及的定时变更处理的情况下，对V相上侧的开关元件S3从接通切换至断开的定时进行变更。即，如图12所示，U相上侧的开关元件S1从接通的状态（时刻t13）变化为断开的状态（时刻t14）的情况下，流过与图9（a）相同的电流。如图12的标号SH所示，与该定时匹配，对开关元件S3、S4的定时进行移位，使得V相下侧的开关元件S4成为接通、V相上侧的开关元件S3成为断开。在图12中示出V相上侧的开关元件S3的电压波形，省略了V相下侧的开关元件S4的电压波形。如上所述，开关元件S4的电压波形与S3的电压波形相反。
因此，在V相上侧的开关元件S3成为断开后，V相下侧的开关元件S4成为接通。此时，开关元件S4从断开（图12的t13）变化为接通（图12的t14），流过与图10（b）相同的电流。此时，从图13（c）所示的状态变化为图13（b）所示的状态，因此，在包含V相的上下臂电桥和电容器C1的电路回路中，在顺时针方向上产生60A的电流变化。
同时，在包含U相的上下臂电桥和电容器C1的电路回路中，在逆时针方向上产生100A的电流变化。因此，彼此的电流变化的方向相反，逆时针方向的100A与顺时针方向的60A抵消。因此，电容器电流Cap从40A变化为0A，在逆时针方向上抑制至与40A相当的电流变化。即，在U相上侧的开关元件S1从接通切换至断开，且V相下侧的开关元件S4从断开切换至接通的瞬间，从图13（c）所示的状态变化为图13（b）所示的状态。因此，电流变化成为40A，与不进行定时变更处理的情况相比，降低了电流变化。
在这里，如上所述，如果仅使由图1所示的定时控制部25输出的各驱动脉冲Tup、Tvp、Twp、Tun、Tvn、Twn的输出定时匹配，则因从驱动脉冲输出后至开关元件实际接通、断开为止的时间差（即，断开/接通开关元件所需的时间），接通、断开的定时会产生偏移。由此，会发生彼此的电流变化不同步的情况，因此，有时得不到上述电流变化的抑制效果。在本实施方式中，通过延迟校正部26对驱动脉冲的输出定时进行校正的处理，以使得开关元件实际成为接通或断开的定时一致。即，考虑接通以及断开各开关元件时的延迟时间，对驱动脉冲的输出定时进行校正。
即，例如，在从图13（c）所示的状态变化为图13（b）所示的状态时，由图1所示的定时控制部25输出的驱动脉冲如下述。即，驱动脉冲如图16（a）所示，在U相上桥臂的开关元件S1成为接通的状态的时刻n1，输出断开指令，该开关元件S1成为断开。由此，电流流向U相下桥臂的二极管D2。与此同时，在电流流向V相上桥臂的二极管D3的状态的时刻n1，输出V相下桥臂的开关元件S4的接通指令，该开关元件S4成为接通。在该情况下，开关元件S1成为断开时的延迟时间与开关元件S4成为接通时的延迟时间不一致。
因此，在本实施方式中，如图16（b）所示，使输出开关元件S4的接通指令的定时延迟时间m1，实质上使开关元件S1的断开和开关元件S4的接通的定时一致。
下面，详细说明延迟校正部26的处理动作。图15是表示本发明的第1实施方式涉及的延迟校正部26、设置在逆变器装置11上的一个开关电路41、以及其驱动电路的框图。在开关电路41上设置有：对IGBT等开关元件Sa的周围温度进行测量的温度传感器（温度检测部）42；以及对相电流进行检测的电流传感器（电流检测部）43。而且，由温度传感器42检测出的温度信号、以及由电流传感器43检测出的电流信号一起供给至延迟校正部26。此外，电流传感器43也可以使用图1所示的电流传感器19。
在延迟校正部26中存储有表示如图17、图18所示的特性的延迟量特性图（对应图）M1、M2。图17是表示开关元件Sa从断开状态切换至接通状态的所谓的开启时的延迟时间的延迟量特性图。图18是表示开关元件Sa从接通状态切换至断开状态的所谓的关闭时的延迟时间的延迟量特性图。
在图17所示的延迟量特性图中，横轴表示流向开关元件Sa的电流，纵轴表示延迟时间。而且，设定有作为连接有开关元件的电路的状态的一个例子的针对每个周围温度的特性曲线S1～S3。曲线S1表示周围温度为40℃的情况，曲线S2表示周围温度为80℃的情况，曲线S3表示周围温度为125℃的情况。如图17所示可知，流向开关元件Sa的电流越大，开启的延迟时间越长，另外，周围温度越低，开启的延迟时间越长。
另一方面，在图18所示的延迟量特性图中，横轴表示流向开关元件Sa的电流，纵轴表示延迟时间。而且，设定有作为连接开关元件的电路的状态的一个例子的针对每个周围温度的特性曲线S11～S13。曲线S11表示周围温度为40℃的情况，曲线S12表示周围温度为80℃的情况，曲线S13表示周围温度为125℃的情况。如图18所示可知，流向开关元件Sa的电流越大，关闭的延迟时间越短，另外，周围温度越低，关闭的延迟时间越短。
而且，如图17所示，开启时的延迟时间为700～750[nsec]左右，与此相对，如图18所示，关闭时的延迟时间为2200～2500[nsec]左右。可知在开启时和关闭时延迟时间显著不同。
而且，在本实施方式中，延迟校正部26在被供给了周围温度及相电流的情况下，参照图17、图18所示的延迟量特性图，获取与此对应的开启时的延迟时间和关闭时的延迟时间，基于这些延迟时间，对输出接通指令信号的定时进行调整。
即，求出图16的标号m1所示的延迟时间，以该延迟时间量延迟后，将开关元件设为接通。具体而言，从图13（c）的状态切换至图13（b）的状态时，将图13（c）所示的开关元件S1设为断开后，延迟图16的标号m1所示的延迟时间量，将图13（b）所示的开关元件S4设为接通。其结果，在开关元件S1设为接通时产生的电流和开关元件S4设为接通时的电流同步，因此，能够抑制电压的窜高。其结果，能够有效地降低由该电路回路的寄生电感L产生的冲击电压。
如上所述，在第1实施方式涉及的电力变换装置中，通过使一个开关元件的断开/接通动作例如图13（c）所示的S1的断开动作、和另一个开关元件的断开/接通动作例如图13（b）所示的S4的接通动作同步，能够抑制相电流的变化。另外，在使各开关元件的断开/接通动作同步时，考虑各开关元件的延迟时间，对向各开关元件输出的接通指令信号、以及断开指令信号的输出定时进行校正。由此，能够可靠地使各开关元件的断开/接通动作同步，能够防止电压的窜高。另外，不需要较多的用于校正延迟时间的结构要素，因此，能够抑制与部件数量的增加相伴的成本提高。
此外，在上述第1实施方式中，说明了如图16所示，校正对开关元件S4的接通指令信号的输出定时以使开关元件S4的接通定时与开关元件S1的断开定时匹配的例子。但是，只要使接通定时和断开定时相对地同步即可。因此，也可以校正对开关元件S1的断开指令信号的输出定时，以使开关元件S4的接通定时与开关元件S1的断开定时匹配。
另外，延迟校正部26作为延迟特性图而存储有开关元件的开启时的延迟时间和关闭时的延迟时间，参照该延迟量特性图，对延迟时间进行校正。由此，不需要较多的运算负载就能够进行延迟时间的校正。
而且，基于开关元件的周围温度、以及相电流的大小，设定延迟时间，因此，能够进行与电路状态对应的高精度的延迟时间的校正。
【第2实施方式的说明】
下面，参照图19，说明第2实施方式涉及的电力变换装置。在第2实施方式中，将图1所示的延迟校正部26变更为图19所示的延迟校正部26a这点、以及在设置于逆变器装置11内的开关电路41中设置电压传感器（电压检测部）45这点不同。除此之外的结构与上述的第1实施方式相同，因此，省略结构的说明。
图19所示的延迟校正部26a具有延迟时间测定部261以及延迟时间存储部262。延迟时间测定部261以任意的控制周期，对从发送开关元件S的驱动指令后，直至该开关元件Sa成为接通为止的时间（断开/接通所需的时间）进行测定。在该测定中，利用电压传感器45，对开关元件Sa的基极和发射极间的电压进行测定，通过该电压变化，判断开关元件Sa已从断开切换至接通，并对至切换完的时刻为止的经过时间进行测定。
而且，延迟时间测定部261以任意的控制周期，对从向开关元件Sa发送的驱动指令停止后，直至该开关元件Sa成为断开为止的时间（断开/接通所需的时间）进行测定。对于该测定也同样地，基于由电压传感器45检测出的电压，判断开关元件Sa已从接通切换至断开，并对至切换完的时刻为止的经过时间进行测定。而且，将接通动作时以及断开动作时的延迟时间存储在延迟时间存储部262中。
而且，在其后的控制周期中，基于存储在延迟时间存储部262中的接通时的延迟时间以及断开时的延迟时间，对接通指令以及断开指令的输出定时进行控制，以使各开关元件的接通、断开的定时一致。具体而言，与上述第1实施方式同样地，例如，在从图13（c）的状态切换至图13（b）的状态的情况下，针对向开关元件S1输出断开指令的定时，使将开关元件S4设为接通的定时延迟图16（b）所示的标号m1。由此，能够使各开关元件的断开/接通动作同步。
如上所述，在第2实施方式涉及的电力变换装置中，分别测定接通时的延迟时间以及断开时的延迟时间，使用这些延迟时间，对向各开关元件输出的接通指令信号、以及断开指令信号的输出定时进行校正。由此，能够可靠地使各开关元件的断开/接通动作同步，能够防止电压的窜高。另外，与上述第1实施方式同样地，不需要较多的用于校正延迟时间的结构要素，因此，能够抑制与部件数量的增加相伴的成本升高。
以上，按照实施例说明了本发明的内容，但本发明并不限定于这些记载内容，能够进行各种变形及改良，这对于本领域的技术人员来说是不言而喻的。
例如，在上述实施方式中，说明了使用PWM类型的逆变器装置而生成3相交流的例子，但针对使用PWM以外的逆变器装置、或多个相的DC/DC变换器而生成3相交流的情况也能使用。
日本特愿2011－192492号（申请日：2011年9月5日）的全部内容引用至本说明书中。
工业实用性
在本发明涉及的电力变换装置及电力变换方法中，以使由一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向与由另一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向相反的方式，输出各开关元件的驱动指令信号，进而，通过延迟校正部，校正对各开关元件输出驱动指令信号的定时进行校正。由此，能够使流向各开关元件的电流同步，能够可靠地抑制公用母线的电流变化。其结果，防止在电路中产生的电压的窜高。由此，本发明能够在工业上使用。
标号的说明
11 逆变器装置
12 直流电源
13 电动机
14 电动机控制装置
18 转速传感器
19 电流传感器
21 扭矩控制部
22 电流控制部
23 电压指令运算部
24 脉冲宽度运算部
25 定时控制部
26、26a 延迟校正部
31 驱动指令生成部
41 开关电路
42 温度传感器
43 电流传感器
45 电压传感器
100 电力变换装置
261 时间测定部
262 时间存储部

Claims (7)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具有：
多个相的开关元件，它们与公用母线连接；以及
控制部，其对所述各开关元件进行控制，
所述控制部包含：
驱动指令生成部，其生成各开关元件的驱动指令信号，该驱动指令信号用于进行断开/接通控制，以使得在所述多个相的开关元件中，由一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向与另一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向相反；以及
延迟校正部，其对向所述各开关元件输出的驱动指令信号的输出定时进行校正，以使得所述各开关元件的断开/接通定时一致。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述延迟校正部，求出所述一个开关元件断开/接通所需的时间与所述另一个开关元件断开/接通所需的时间的时间差，基于该时间差，对向所述各开关元件输出的驱动指令信号的输出定时进行校正，以使得所述各开关元件的断开/接通定时一致。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述延迟校正部，具有表示连接有所述一个开关元件以及所述另一个开关元件的电路的状态与所述断开/接通所需的时间的对应关系的对应图，基于所述电路的状态，参照所述对应图，求出所述时间差。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，
所述电路的状态是在所述各开关元件的断开/接通动作时流过的电流值、以及各开关元件的周围温度，
该电力变换装置还具有对在所述各开关元件中流过的电流进行测定电流测定部、和对所述周围温度进行测定的温度测定部，
所述延迟校正部基于利用所述电流测定部测定的电流、以及利用所述温度测定部测定的周围温度，参照所述对应图，求出所述时间差。
5.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述延迟校正部，对某个控制周期中的所述一个开关元件断开/接通所需的时间、以及所述另一个开关元件断开/接通所需的时间进行测定，将它们的差值作为所述时间差。
6.根据权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，
还具有对在所述各开关元件中产生的电压进行测定的电压测定部，所述延迟校正部，将从发送所述指令信号驱动指令信号开始至发生电压变动为止的时间，作为所述断开/接通所需的时间而进行测定。
7.一种电力变换方法，其特征在于，
生成各开关元件的驱动指令信号，该驱动指令信号用于进行断开/接通控制，以使得在连接在公用母线上的所述多个相的开关元件中，由一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向与另一个开关元件的断开/接通动作引起的电流变化的方向相反，
对向所述各开关元件输出的驱动指令信号的输出定时进行校正，以使得所述各开关元件的断开/接通定时一致。
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