JP2009232606A - Device and method for controlling power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負荷装置をPWM(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)駆動する電力変換装置に係り、特にPWM駆動するためのキャリア周波数を可変とした電力変換装置の制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device that drives a load device with PWM (Pulse Width Modulation), and more particularly, to a control device and a control method for a power conversion device with a variable carrier frequency for PWM driving.
PWM駆動の電力変換装置は、PWMのパルス列で負荷装置を駆動するために、スイッチング周波数(キャリア周波数)の高調波の周波数帯域において、電磁波妨害(EMI)ノイズを発生する。このEMIノイズの影響を低減するために、2つの周波数範囲それぞれを繰り返すようにキャリア周波数を時間変化させた電力変換装置が知られている(例えば、特許文献1)。これにより、広帯域にわたるEMIノイズの低減を実現するとともに、一部の特定周波数帯域のレベルを更に低減させている。
しかしながら、前記特許文献の電力変換装置では、複数の特定周波数帯域、例えば特定周波数帯域Aおよび特定周波数帯域BのEMIノイズを同時に低減しようとする場合、特定周波数帯域Aを低減させているときは、特定周波数帯域BのEMIノイズを低減させることができず、逆に特定周波数帯域BのEMIノイズを低減させているときは、特定周波数帯域AのEMIノイズを低減させることができないといった問題点があった。 However, in the power conversion device of the patent document, when trying to simultaneously reduce EMI noise in a plurality of specific frequency bands, for example, the specific frequency band A and the specific frequency band B, when the specific frequency band A is reduced, When the EMI noise of the specific frequency band B cannot be reduced and the EMI noise of the specific frequency band B is reduced, there is a problem that the EMI noise of the specific frequency band A cannot be reduced. It was.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、複数の特定周波数帯域のEMIノイズを同時に低減することができる電力変換装置の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a control device and a control method for a power converter that can simultaneously reduce EMI noises in a plurality of specific frequency bands.
上記問題点を解決するために本発明は、負荷装置をPWM制御で駆動する電力変換装置の制御装置において、それぞれキャリア周波数の高調波からの妨害を抑制したい所望周波数帯域に基づいて選択されたキャリア周波数値の集合である周波数群を周波数群記憶手段に複数記憶させ、周波数群切替手段により周波数群を所定時間tで切替えてキャリア周波数とすることを要旨とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a control device for a power converter that drives a load device by PWM control, and a carrier selected based on a desired frequency band in which interference from harmonics of the carrier frequency is desired to be suppressed. The gist is that a plurality of frequency groups, which are a set of frequency values, are stored in the frequency group storage means, and the frequency groups are switched at a predetermined time t by the frequency group switching means to be carrier frequencies.
本発明によれば、複数の所望周波数帯域においてEMIノイズレベルを同時に低減することができるという効果がある。 According to the present invention, there is an effect that the EMI noise level can be simultaneously reduced in a plurality of desired frequency bands.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、特に限定されないが、以下に説明する各実施例は、車載用機器に対するEMIを効果的に低減することができる電力変換装置の制御装置に好適な実施例である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Although not particularly limited, each embodiment described below is a preferred embodiment for a control device of a power conversion device that can effectively reduce EMI for in-vehicle devices.
図1は、本発明に係る電力変換装置の制御装置の実施例1を含む電力制御システム1の構成例を示すシステム構成図である。図1に示すように、電力制御システム1は、図外の直流電源から供給される直流電力をPWM制御により交流へ変換するインバータである電力変換装置2と、電力変換装置2が変換した交流電力で駆動される交流モータである負荷装置3と、負荷装置3の各相の電流を検出する電流検出部4と、電流指令発生部5と、電力変換装置2を制御する制御装置6とを備えている。
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating a configuration example of a
制御装置6は、スイッチング信号生成部7と、キャリア信号生成部8と、キャリア周波数可変部9と、電流制御部10とを備えている。
The control device 6 includes a switching
制御装置6は、電流指令発生部5からの電流指令値と電流検出部4からの電流検出値を電流制御部10で演算し、電流制御部10から電圧指令を出力する。電流制御部10からの電圧指令がスイッチング信号生成部7へ入力されると、スイッチング信号生成部7ではPWM比較を行い電力変換装置2のスイッチング素子へオン/オフ信号を出力する。
The control device 6 calculates a current command value from the current
キャリア周波数可変部9は、キャリア信号生成部8から出力されるキャリア信号の周波数(キャリア周波数)を変化させる。スイッチング信号生成部7から出力されたPWMパターンを示すオン/オフ信号に従って、電力変換装置2の内部にあるスイッチング素子をオン/オフ動作させることで負荷装置3へPWM制御された電力を供給する。
The carrier
キャリア周波数可変部9は、周波数群記憶部91と周波数群切替部99を備えている。周波数群記憶部91は、周波数群A92,周波数群B93,周波数群C94,…というように複数の周波数群を記憶している。ここで、周波数群A92は、周波数群A92に含まれる各キャリア周波数の高調波が第1の周波数帯域とならないキャリア周波数の集合である。また、周波数群B93は、周波数群B93に含まれる各キャリア周波数の高調波が第2の周波数帯域とならないキャリア周波数の集合である。以下同様に、周波数群nは、周波数群nに含まれる各キャリア周波数の高調波が第nの周波数帯域とならないキャリア周波数の集合である。
The carrier
周波数群切替部99は、周波数群記憶部91に記憶された複数の周波数群A92,周波数群B93,周波数群C94,…,を所定時間毎に切り替えてキャリア信号生成部8へ出力する。この周波数群切替部99の出力によりキャリア信号生成部8は、キャリア信号の周波数を変化させる。この結果、複数の所望周波数帯域におけるキャリア周波数からのEMIレベルを抑制することができる。
The frequency
図2は、図1における電流制御部10の構成例を示す図である。図2に示すように、電流制御部10は、電流指令発生部5からの電流指令値と電流検出部4で検出された電流値の偏差を演算する演算部101と、演算部101で演算された値を比例積分制御(PI制御)することで電圧指令値を出力する比例積分制御部102を構成要素として備えている。図2では電流制御部10の例として、比例積分制御で説明を行うがこの限りではない。比例制御(P制御)や比例積分微分制御(PID制御)でも良い。ここで、電流検出部4で検出された電流値とは、例えば電力変換装置2(インバータ)から負荷装置3(交流モータ)に供給されるU相、V相、W相の電流値を電流検出部4で検出し、座標変換器41を介して三相量(U相、V相、W相)から二相量であるd軸座標、q軸座標の電流に変換する三相/二相の座標変換されたものを示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
図3は、図1におけるスイッチング信号生成部7の構成例を示す図である。図3に示すように、スイッチング信号生成部7は、電流制御部10から出力された電圧指令値を座標変換する座標変換部71と、前記座標変換された値と、キャリア信号生成部8が生成したキャリア信号の値との大小関係を比較する比較器72a、72b、72cと、比較器72a、72b、72cの出力信号をそれぞれ反転する信号反転器(インバータ)73a、73b、73cとを構成要素として備えている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the switching
座標変換部71は、電流制御部10から供給される電圧指令値をd軸座標、q軸座標の値からU相、V相、W相の値に変換する二相/三相の座標変換を行っている。座標変換された電圧指令値と、キャリア信号生成部8からの三角波状のキャリア信号とを比較器72a、72b、72cで比較し、その大小関係に応じて電力変換装置2のへオン/オフ信号Tu+、Tv+、Tw+を出力する。また信号反転器73a、73b、73cは、それぞれTu+、Tv+、Tw+を反転したTu−、Tv−、Tw−を電力変換装置2へのオン/オフ信号として出力する。
The
次に、図4を参照してキャリア周波数(fc)の時間変化について説明する。本実施例におけるキャリア周波数の制御は、マイクロコンピュータ等のCPUによって行われる。したがって、本実施例においてキャリア周波数を変化させる場合、キャリア周波数は連続的に変化するのではなく、離散的な値で変化する。例えば、キャリア周波数を三角波状に変化させる場合、キャリア周波数は、図4に示されるように、小さなステップの階段が連続する変化となる。即ち、キャリア周波数の最小値から最大値へ向けて上り階段が続き、最大値に達すると、最小値へ向けて下り階段が続く。最小値に達すると、また上り階段が続くように繰り返している。 Next, the time change of the carrier frequency (fc) will be described with reference to FIG. In this embodiment, the carrier frequency is controlled by a CPU such as a microcomputer. Therefore, when the carrier frequency is changed in the present embodiment, the carrier frequency does not change continuously but changes with discrete values. For example, when the carrier frequency is changed to a triangular wave shape, the carrier frequency is a change in which steps of small steps continue as shown in FIG. That is, the upward staircase continues from the minimum value to the maximum value of the carrier frequency, and when the maximum value is reached, the downward staircase continues toward the minimum value. When it reaches the minimum value, it repeats so that the upstairs will continue again.
キャリア周期の値は、CPUのクロック周期をΔtとすると、Δtの整数倍になる。キャリア周波数はその逆数になる。システム要件(例えばインバータのスイッチング素子の発熱の抑制、音響ノイズの発生の抑制、等)から、キャリア周波数として使用可能な範囲がfcmin 以上fcmax 以下と与えられたとする。またCPUのクロック周期がΔtだとすると、キャリア周波数の変化に用いることができるキャリア周波数値は、Δtの整数倍の逆数で、かつfcmin 以上fcmax 以下の値となる。 The value of the carrier period is an integral multiple of Δt, where Δt is the CPU clock period. The carrier frequency is the reciprocal. It is assumed that the range that can be used as the carrier frequency is given as fcmin or more and fcmax or less from system requirements (for example, suppression of heat generation of switching elements of the inverter, suppression of generation of acoustic noise, etc.). If the clock period of the CPU is Δt, the carrier frequency value that can be used to change the carrier frequency is a reciprocal of an integral multiple of Δt and a value that is greater than or equal to fcmin and less than or equal to fcmax.
図5にスイッチング信号生成部7におけるキャリア信号の波形例を示す。図5に示すように、キャリア信号は三角波状であり、キャリア信号の周波数(キャリア周波数)が一定の場合、三角波のピークとピークの間隔は一定である(破線)。キャリア周波数を時間と共に変化させたものを実線で示す。図示のように、キャリア周波数を時間と共に変化させると、キャリア信号のピークとピークの間隔が変化することで、周波数が変化していく。
FIG. 5 shows a waveform example of the carrier signal in the
図6は、図1における電力変換装置2の構成例を示す要部回路図である。図6に示すように、電力変換装置2は、バッテリなどの直流電源21、コンデンサ22、6個のスイッチング素子を含むスイッチング回路23、電流検出部4を構成要素として備えている。スイッチング回路23を構成する各スイッチング素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やMOS−FET等の半導体素子により構成されている。
FIG. 6 is a principal circuit diagram illustrating a configuration example of the
電流検出部4はそれぞれ電力変換装置2(インバータ)から負荷装置3(モータ)に供給されるU相、V相、W相の電流値を検出する。スイッチング回路23はスイッチング信号生成部7の比較器72a、72b、72c、及び信号反転器73a、73b、73cから出力されるオン/オフ信号に従って、直流電源21およびコンデンサ22からなる直流電源の正極または負極を選択し、選択した電極と負荷装置3(モータ)のU相、V相、W相の各電極とを導電し、負荷装置3(モータ)へ交流電力を供給する。
The
次に、図7を参照してキャリア周波数可変部9における周波数群を説明する。図7(a)は、周波数群の各要素であるキャリア周波数(fc)の選択方法である。図7(b)は、周波数群記憶部91に記憶された周波数群のマップの例である。図7(a)に示すように、本発明で用いるキャリア周波数fcは、キャリア周波数fcの整数倍の周波数の値、すなわち各fcの高調波に相当する周波数が、所望の周波数帯域(fch)に入らないfcの値を選択する。このようなfcを選択することで所望の周波数帯域(fch)におけるEMIスペクトルのレベルを局所的に低減させることができる。
Next, frequency groups in the carrier frequency
図7(b)は、図7(a)で説明した所望の帯域にキャリア周波数の整数倍の高調波がはいらないようなキャリア周波数値の集合である周波数群を示したものである。縦軸のカウンタは、各周波数群が備えるキャリア周波数値の個数である。また、横軸に示した各々の周波数群(周波数群A、周波数群B,…,周波数群n)は、図7(a)で説明したように所望の周波数帯域にキャリア周波数の高調波が入らないようなキャリア周波数の各値である。表記したfc(m、n)は、mがキャリア周波数値の順番であり、nが周波数群である。例えば、fc(1、5)とは、周波数群Aにおける、5番目のキャリア周波数値を示す。 FIG. 7B shows a frequency group that is a set of carrier frequency values that do not require a harmonic that is an integral multiple of the carrier frequency in the desired band described in FIG. 7A. The counter on the vertical axis is the number of carrier frequency values included in each frequency group. Each frequency group (frequency group A, frequency group B,..., Frequency group n) shown on the horizontal axis has carrier frequency harmonics in a desired frequency band as described with reference to FIG. Each value of the carrier frequency is not present. In the notation fc (m, n), m is the order of carrier frequency values, and n is a frequency group. For example, fc (1, 5) indicates the fifth carrier frequency value in the frequency group A.
本発明の特徴は、限られたキャリア周波数条件下(上記説明したfcmin 以上fcmax 以下は、モータ・インバータでは数kHzから数十kHz)でも同時に複数個の局所的なEMI低減帯域を作れることである。例えば、はじめから所望の周波数帯域1と所望の周波数帯域2にキャリア周波数の整数倍の高調波が入らないようなキャリア周波数を選択すれば、同時に複数個の局所的な低減帯域が形成できる。しかし、それは図7(b)において、例えばfc(1,1)とfc(2,2)が同値でなければならないことを意味する。[(帯域1に入らないキャリア周波数)且つ(帯域2に入らないキャリア周波数)]を選択しなければならないことである。それに対して本発明は、周波数群同士は相関が無い為、それぞれの帯域に対してのみキャリア周波数を選択すれば良い。つまり、例えばfc(1,1)とfc(2,2)は同じ値でも異なる値でも関係ない。
A feature of the present invention is that a plurality of local EMI reduction bands can be created at the same time even under limited carrier frequency conditions (the above-described fcmin to fcmax is several kHz to several tens kHz in a motor / inverter). . For example, if a carrier frequency is selected from the beginning so that harmonics that are an integral multiple of the carrier frequency do not enter the desired
次に周波数群A92,周波数群B93,周波数群C94,…の各要素であるキャリア周波数値の個数(図7(b)のカウンタ最大数m)について説明する。キャリア周波数を時間とともに離散的な値で変化させた場合に形成されるEMIスペクトルは、その時に用いるキャリア周波数の離散的な値をそれぞれ用いて、キャリア周波数一定の条件のもとで動作させた場合に形成される各EMIスペクトルを平均した値と、ほぼ一致する。またキャリア周波数を一定とした場合のEMIスペクトルは、キャリア周波数の整数倍の周波数にピークを示すスペクトルとなる。 Next, the number of carrier frequency values (maximum counter number m in FIG. 7B) which is each element of frequency group A92, frequency group B93, frequency group C94,... Will be described. The EMI spectrum formed when the carrier frequency is changed with a discrete value with time, when the carrier frequency is operated under the condition of constant carrier frequency using the discrete value of the carrier frequency used at that time. It almost coincides with the averaged value of each EMI spectrum formed in (1). The EMI spectrum when the carrier frequency is constant is a spectrum that shows a peak at a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency.
このように考えると、キャリア周波数を時間とともに変化させる場合に用いるキャリア周波数の値の個数が少ない場合、ノイズスペクトルは大きな凹凸形状を示すことになる。また、キャリア周波数を時間とともに変化させた場合のEMIスペクトルのエネルギの合計は、キャリア周波数を一定とした場合と比較して、同一であると考えられる。これは、EMIノイズの発生要因であるスイッチングの回数の時間平均で同一となることから理解できる。したがって、キャリア周波数を時間とともに変化させる場合に用いるキャリア周波数の値の個数が少ないほど、EMIノイズスペクトルにおいて凹凸が大きくなり、EMIスペクトルのピークレベルは高くなる傾向となる。EMIスペクトルを局所的にレベル低減(所望の帯域にキャリア周波数の整数倍の高調波を入れない)をするだけでなく、その他の帯域においても広帯域にレベル低減をすることが望まれていることから、所望の帯域以外のレベルを低減するためにはスペクトルを平坦にすることが望まれ、そのためにはキャリア周波数を変化させる場合のキャリア周波数として用いる値の個数がある程度以上必要となる。 In view of this, when the number of carrier frequency values used when the carrier frequency is changed with time is small, the noise spectrum shows a large uneven shape. Further, the total energy of the EMI spectrum when the carrier frequency is changed with time is considered to be the same as when the carrier frequency is constant. This can be understood from the fact that the time average of the number of times of switching, which is the cause of EMI noise, is the same. Therefore, the smaller the number of carrier frequency values used when the carrier frequency is changed with time, the greater the unevenness in the EMI noise spectrum and the higher the peak level of the EMI spectrum. Because it is desired not only to reduce the level of the EMI spectrum locally (does not add harmonics of an integral multiple of the carrier frequency in the desired band), but also to reduce the level in a wide band in other bands. In order to reduce the level other than the desired band, it is desired to flatten the spectrum. For this purpose, the number of values used as the carrier frequency when changing the carrier frequency is required to some extent.
ここで注意したいのは、各々の周波数群におけるキャリア周波数値に相関性はない。つまり、周波数群A92のキャリア周波数値は、所望の帯域1(fch1)にキャリア周波数の整数倍の高調波が入らないようなキャリア周波数値の集合である。周波数群B93のキャリア周波数値は、所望の帯域2(fch2)にキャリア周波数の整数倍の高調波が入らないようなキャリア周波数値の集合である。 Note that there is no correlation between carrier frequency values in each frequency group. That is, the carrier frequency value of the frequency group A92 is a set of carrier frequency values that do not include a harmonic that is an integral multiple of the carrier frequency in the desired band 1 (fch1). The carrier frequency value of the frequency group B93 is a set of carrier frequency values such that harmonics that are integral multiples of the carrier frequency do not enter the desired band 2 (fch2).
ここで、所望の周波数帯域について説明する。本発明では、「キャリア周波数に起因するEMIノイズが障害になる周波数帯域のノイズレベルを低減する」ことが目的である。例えば、ラジオ放送を例に所望の周波数帯域について説明する。日本国内におけるAM放送の搬送波は、531kHzから1602kHzの範囲で、各局の放送波のチャンネル周波数は9kHzの倍数の周波数である。またそのチャンネル周波数の±6kHzの範囲がチャンネル周波数帯域である。つまり12kHzが一つの放送波の帯域である。関東地方で受信可能なニッポン放送は1242kHzを受信チャンネルとしており、側帯波を含めた帯域は1236kHzから1248kHzである。 Here, a desired frequency band will be described. The object of the present invention is to “reduce the noise level in the frequency band where EMI noise caused by the carrier frequency becomes an obstacle”. For example, a desired frequency band will be described taking radio broadcasting as an example. The carrier wave of AM broadcasting in Japan is in the range of 531 kHz to 1602 kHz, and the channel frequency of the broadcast wave of each station is a multiple of 9 kHz. The range of ± 6 kHz of the channel frequency is the channel frequency band. That is, 12 kHz is one broadcast wave band. Nippon Broadcasting, which can be received in the Kanto region, uses 1242 kHz as a receiving channel, and the band including sidebands is 1236 kHz to 1248 kHz.
ここでPWMのキャリア周波数の整数倍の高調波が、ラジオ聴取に与える影響を考える。例えばキャリア周波数が20kHzである場合、62次の高調波の周波数は1240kHzである。これはニッポン放送のチャンネルの帯域に入ることから、音声出力に雑音が混入し、その聴取に影響する可能性がある。この場合、所望の周波数帯域とは1236kHzから1248kHzである。このようにして、所望の周波数帯域を決定する。所望の帯域幅(上記例では12kHz)を各周波数群で用いる一番低い周波数にすると良い。 Here, let us consider the influence of harmonics of integer multiples of the PWM carrier frequency on radio listening. For example, when the carrier frequency is 20 kHz, the frequency of the 62nd harmonic is 1240 kHz. Since this enters the band of the Nippon Broadcasting Channel, noise may be mixed into the audio output, which may affect the listening. In this case, the desired frequency band is 1236 kHz to 1248 kHz. In this way, a desired frequency band is determined. A desired bandwidth (12 kHz in the above example) may be set to the lowest frequency used in each frequency group.
次に、図8を参照してキャリア周波数可変部9における周波数群切替部99の動作を説明する。本実施例では、周波数群記憶部91に記憶した周波数群を周波数群切替部99により、所定時間毎に切替えてキャリア信号生成部8へ出力することにより、複数個の所望の周波数帯域(fch)のEMIスペクトルのレベルを局所的に低減させることができる。ここでは、周波数群記憶部91から2つの周波数群A92、周波数群B93を用いて、所望の2つの周波数帯域のEMIスペクトルのレベルを局所的に低減する方法を説明する。
Next, the operation of the frequency
図8(a)は、周波数群A92、周波数群B93のキャリア周波数(fc)の変化を示したものである。図4で説明したようにキャリア周波数を三角波状に変化させた場合、周波数群A92および周波数群B93の変調周期は、それぞれの周波数群で用いたキャリア周波数値の各々の逆数(1/fc)の総和であるt1[ms]およびt2[ms]である。 FIG. 8A shows changes in the carrier frequency (fc) of the frequency group A92 and the frequency group B93. When the carrier frequency is changed to a triangular wave as described with reference to FIG. 4, the modulation periods of the frequency group A92 and the frequency group B93 are the reciprocals (1 / fc) of the carrier frequency values used in the respective frequency groups. The total is t1 [ms] and t2 [ms].
図8(b)は、周波数群切替部99により、所定時間毎に周波数群を切替えてキャリア信号生成部8へ出力する際の説明図である。図8(b)に示すように周波数群切替部99は、周波数群Aおよび周波数群BをそれぞれN回ずつ繰り返すことによって、周波数群Aおよび周波数群Bの各々の変調周期の総和(t1×N,t2×N)が所定時間である10[ms]以上且つ200[ms]以下となるように調節する。例えば、周波数群Aの変調周期t1が1ms、周波数群Bの変調周期t2が1.2msとする。各々の周波数群を15回ずつ繰り返すと変調周期の総和が15msおよび18msとなる。ここでは、繰り返す回数Nを周波数群Aと周波数群Bとで同数としたが、これに限定されるものではなく、周波数群AをN回、周波数群BをM回としても良い。ただし、各々の周波数群を変調周期の総和が10msから200msとなるように調節する。
FIG. 8B is an explanatory diagram when the frequency
次に、図9を参照して、周波数群切替部99における周波数群を切り替える所定時間の選択、及び本実施例の効果について説明する。図9(a)は所望の帯域1、図9(b)は所望の帯域2において、本実施例におけるAM放送受信時の雑音レベルをそれぞれ騒音計により測定したものである。縦軸は騒音計(人の耳の特性に沿って音圧レベルを測定するもの)により測定した音圧レベルであり、音圧レベルが大きいほど雑音レベルが大きい(この場合はラジオ聴取に与える影響が大きい)。また、横軸は周波数群の切り替え時間である。
Next, with reference to FIG. 9, the selection of the predetermined time for switching the frequency group in the frequency
なお、図9は音圧レベルで評価したため所望の周波数帯域は両帯域ともAMラジオ放送周波数帯域とした。しかし、所望の周波数帯域はこれに限定されるものではなく、PWMキャリア周波数に起因するEMIノイズが障害になる周波数帯域であればいずれの周波数でもよい。 Note that since FIG. 9 is evaluated based on the sound pressure level, both of the desired frequency bands are AM radio broadcast frequency bands. However, the desired frequency band is not limited to this, and may be any frequency as long as the EMI noise caused by the PWM carrier frequency is an obstacle.
図9において、「キャリア周波数一定」はキャリア周波数を一定として電力変換装置2を動作させて測定したものであり、破線の「平均化」はキャリア周波数を時間と共に変化させて電力変換装置2を動作させて測定したもの(例えば、特開平7−99795号公報)であり、「周波数群Aのみ」は所望の帯域1に基づいて前記のように周波数群Aを選び、周波数群Aのキャリア周波数を時間と共に変化させて電力変換装置2を動作させて測定したものであり、太線の「本発明」は前記のように所望の帯域1に基づいて選択した周波数群Aと所望の帯域2に基づいて選択した周波数群Bを交互に用いてキャリア周波数を時間と共に変化させたものである。なお、横軸の時間は「本発明」に対しての前記で説明した切替え時間を示している。ただし、「本発明」以外のもの(キャリア周波数一定、平均化、周波数群Aのみ)は、切替えるという概念ではない(時間に対して結果も不変)ため時間と記してある。
In FIG. 9, “constant carrier frequency” is measured by operating the
図9より、切替時間が10msから200msまでは、「本発明」は両方の所望周波数帯域において「平均化」の音圧レベル以下の音圧レベルにすることが可能である。この時間の範囲外で周波数群を切替えると、「本発明」でも「平均化」より音圧レベルが大きくなる。なお、本発明の効果が最大限に活かされる切替時間の範囲は、13msから100msまでである。ここで、「周波数群Aのみ」の音圧レベルが図9(a)と図9(b)で異なるのは、周波数群Aは所望の帯域1に基づいてキャリア周波数を選択したため、所望の帯域2の雑音レベルを示す図9(b)においては「本発明」は「平均化」より音圧レベルが大きくなる。
From FIG. 9, when the switching time is from 10 ms to 200 ms, the “present invention” can reduce the sound pressure level below the “averaged” sound pressure level in both desired frequency bands. If the frequency group is switched outside this time range, the sound pressure level in the “present invention” becomes larger than that in “averaging”. Note that the range of the switching time in which the effect of the present invention is utilized to the maximum is from 13 ms to 100 ms. Here, the sound pressure level of “only the frequency group A” is different between FIG. 9A and FIG. 9B because the frequency group A selects the carrier frequency based on the desired
以上説明したように本実施例によれば、負荷装置をPWM制御で駆動する電力変換装置の制御装置において、電力変換装置のスイッチ素子を開閉するための制御周波数であるキャリア周波数を時間と共に変化させるキャリア周波数可変手段を備え、キャリア周波数可変手段は、それぞれキャリア周波数の高調波からの妨害を抑制したい所望周波数帯域に基づいて選択されたキャリア周波数値の集合である周波数群を複数記憶する周波数群記憶手段と、周波数群記憶手段に記憶された周波数群を所定時間tで切替えてキャリア周波数とする周波数群切替手段と、を備えたので、電力変換装置において発生するEMIノイズのレベルを広帯域で低減させることができるとともに、複数個の所望周波数帯域において同時にEMIノイズレベルを局所的に低減することが可能となるという効果がある。 As described above, according to the present embodiment, in the control device of the power conversion device that drives the load device by PWM control, the carrier frequency that is the control frequency for opening and closing the switch element of the power conversion device is changed with time. The carrier frequency variable means includes a frequency group memory for storing a plurality of frequency groups, each of which is a set of carrier frequency values selected based on a desired frequency band for which interference from harmonics of the carrier frequency is desired to be suppressed. And a frequency group switching means for switching the frequency group stored in the frequency group storage means at a predetermined time t to obtain a carrier frequency, so that the level of EMI noise generated in the power converter is reduced over a wide band. In addition, the EMI noise level can be simultaneously localized in a plurality of desired frequency bands. There is an effect that it is possible to reduce the.
また本実施例によれば、所定時間tは、10[ms]以上、且つ200[ms]以下であることとしたので、単純にキャリア周波数を変化させる従来例よりもEMIノイズレベルを低減させることができるという効果がある。 Further, according to the present embodiment, the predetermined time t is 10 [ms] or more and 200 [ms] or less, so that the EMI noise level can be reduced more than the conventional example in which the carrier frequency is simply changed. There is an effect that can be.
また本実施例によれば、前記周波数群の各々を複数回ずつ繰返すことによって、所定時間tを形成することで、それぞれの所望周波数帯域において、同時にEMIノイズレベルを局所的に低減できるという効果がある。 In addition, according to the present embodiment, by repeating each of the frequency groups a plurality of times to form the predetermined time t, the EMI noise level can be locally reduced simultaneously in each desired frequency band. is there.
次に、図10、図11を参照して、本発明に係る電力変換装置の制御装置の実施例2を説明する。図10は、図1の電力変換システムの構成例に対して、EMI抑制帯域決定部11を追加した実施例2の構成図である。EMI抑制帯域決定部11以外の構成要素は、図1に示した実施例1の構成要素と同様である。
Next, a second embodiment of the control device for the power conversion device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a configuration diagram of the second embodiment in which an EMI suppression
EMI抑制帯域決定部11は、キャリア周波数可変部9に対して、電力変換装置2(インバータ)のキャリア周波数に起因するEMIノイズが障害になる可能性のある帯域の周波数情報を出力する。キャリア周波数可変部9は、EMI抑制帯域決定部11から周波数情報を受け取り、周波数群記憶部91に記憶した複数の周波数群から、受け取った周波数情報を所望の周波数帯域として、実施例1と同様に周波数群を選択する。
The EMI suppression
図11にEMI抑制帯域決定部11の構成例を示す。図11に示すように、EMI抑制帯域決定部11は、ラジオなどの受信機の受信チャンネル周波数を検出する受信チャンネル周波数検出部111と、固定EMI抑制部112を備えている。
FIG. 11 shows a configuration example of the EMI suppression
受信チャンネル周波数検出部111は、受信機が現在受信しているチャンネル情報(チャンネル周波数)をキャリア周波数可変手段9に出力する。ここで固定EMI抑制部112とは、例えば特定の周波数のEMIノイズにより誤動作するシステムや、車両内部で行われている通信周波数(例えばインテリジェントキーで使われている通信周波数)のように、EMIノイズを抑制すべき帯域が変化しない帯域のことである。複数の所望の帯域において、EMIノイズを抑制する場合でも、その一部の帯域が変化せず固定されている場合には、あらかじめ周波数群記憶部91に記憶する周波数群が限定される。そのため周波数群の選択に掛かる負荷が低減される。
The reception channel
以上説明した実施例2によれば、受信機の受信チャンネル周波数を検出する受信チャンネル周波数検出手段と固定EMI抑制部とを備えたので、実施例1の効果に加えて、EMIノイズを局所的に低減するべき周波数帯域が変化するもの(ラジオの受信チャンネル帯域)と、EMIノイズを局所的に低減するべき周波数帯域が変化しないものとの、両方の周波数帯域のEMIノイズレベルを同時に低減することができるという効果がある。 According to the second embodiment described above, since the reception channel frequency detecting means for detecting the reception channel frequency of the receiver and the fixed EMI suppression unit are provided, in addition to the effects of the first embodiment, the EMI noise is locally reduced. It is possible to simultaneously reduce the EMI noise level in both frequency bands, that is, a frequency band to be reduced (radio reception channel band) and a frequency band in which the EMI noise is not locally reduced. There is an effect that can be done.
以上の各実施例においては、電力変換装置2は、交流モータを駆動するDC/ACインバータとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、特許文献1の図12に記載されたHブリッジのスイッチの構成で負荷を駆動するものや、直流電力を任意の直流電圧に変換して負荷を駆動するDC/DCコンバータ等、スイッチング回路のスイッチング周波数(キャリア周波数)およびその高調波にEMIノイズを発生するものについて適用することができる。
In the above embodiments, the
さらに本発明では、キャリア周波数の変化は三角波状変化に限定されない。例えば、正弦波状変化、鋸波状変化をはじめ、さまざまなキャリア周波数の時間変化に適用できることは明らかである。 Furthermore, in the present invention, the change in the carrier frequency is not limited to a triangular wave change. For example, it is obvious that the present invention can be applied to time changes of various carrier frequencies including a sinusoidal change and a sawtooth change.
1 電力制御システム
2 電力変換装置
3 負荷装置
4 電流検出部
5 電流指令発生部
6 制御装置
7 スイッチング信号生成部
8 キャリア信号生成部
9 キャリア周波数可変部(キャリア周波数可変手段)
10 電流制御部
11 EMI抑制帯域決定部
91 周波数群記憶部(周波数群記憶手段)
92 周波数群A
93 周波数群B
94 周波数群C
99 周波数群切替部(周波数群切替手段)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
92 Frequency group A
93 Frequency group B
94 Frequency group C
99 Frequency group switching section (frequency group switching means)
Claims (5)
前記制御装置は、前記電力変換装置のスイッチ素子を開閉するための制御周波数であるキャリア周波数を時間と共に変化させるキャリア周波数可変手段を備え、
前記キャリア周波数可変手段は、それぞれキャリア周波数の高調波からの妨害を抑制したい所望周波数帯域に基づいて選択されたキャリア周波数値の集合である周波数群を複数記憶する周波数群記憶手段と、
前記周波数群記憶手段に記憶された周波数群を所定時間tで切替えて前記キャリア周波数とする周波数群切替手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。 In the control device of the power converter that drives the load device by PWM control,
The control device includes carrier frequency variable means for changing a carrier frequency, which is a control frequency for opening and closing the switch element of the power converter, with time,
The carrier frequency variable means is a frequency group storage means for storing a plurality of frequency groups, each of which is a set of carrier frequency values selected based on a desired frequency band in which interference from harmonics of the carrier frequency is desired to be suppressed.
Frequency group switching means for switching the frequency group stored in the frequency group storage means at a predetermined time t to be the carrier frequency;
The control apparatus of the power converter device characterized by comprising.
固定周波数を前記所望周波数帯域とする固定EMI抑制部と、
を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電力変換装置の制御装置。 Receiving channel frequency detecting means for detecting a receiving channel frequency of a receiver as the desired frequency band;
A fixed EMI suppression unit having a fixed frequency as the desired frequency band;
The control apparatus of the power converter device of any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
それぞれキャリア周波数の高調波からの妨害を抑制したい所望周波数帯域に基づいて選択されたキャリア周波数値の集合である周波数群を複数記憶する周波数群記憶過程と、
前記記憶された周波数群を所定時間tで切替えて前記キャリア周波数とする周波数群切替過程と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 In a method for controlling a power conversion device that changes a carrier frequency, which is a control frequency for opening and closing a switching element of a power conversion device that drives a load device by PWM control, with time,
A frequency group storage process for storing a plurality of frequency groups, each of which is a set of carrier frequency values selected based on a desired frequency band in which interference from harmonics of carrier frequencies is desired to be suppressed;
A frequency group switching process of switching the stored frequency group at a predetermined time t to be the carrier frequency;
A method for controlling a power converter, comprising:
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