JP2012244642A - 昇降圧双方向dc/dcコンバータ及びこれを用いた交流モータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】昇降圧双方向DC/DCコンバータのDCリアクトル3の電流を制御するために一次側と二次側の電圧V1,V2とDCリアクトル3の電流の検出値ILを用いるが、このうち一方の電圧検出値V2はリアクトル電流制御の際の積分初期値にのみ使用し、通流率指令値を作成する際には逐次の値を演算に使用せず、他方の電圧検出値V1のみを逐次の値として使用する。
【選択図】図1
Description
上記主回路部は、上記一次側の直流電源に接続される一次側端子の両端に接続された一次側の一対のスイッチと、上記二次側の直流電源に接続される二次側端子の両端に接続された二次側の一対のスイッチと、DCリアクトルと、このDCリアクトルに流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出器とを有し、上記各一対のスイッチ同士は互いに直列に接続され、かつ上記一次側と上記二次側の各一対のスイッチの互いの直列接続点同士が上記DCリアクトルを介して接続され
上記制御部は、上記DCリアクトルに流れるリアクトル電流の制御指令値となるリアクトル電流指令値と上記リアクトル電流検出器で検出されるリアクトル電流検出値との誤差が0となるように上記リアクトル電流を制御するリアクトル電流制御部と、
このリアクトル電流制御部で得られる電圧指令値に基づいて上記スイッチの通流率を作成する通流率指令作成部と、この通流率指令作成部で作成された通流率を有する上記スイッチのオン、オフ制御用のゲート信号を作成するゲート信号作成部とを備え、
上記リアクトル電流制御部は、上記リアクトル電流指令値と上記リアクトル電流検出値との差を積分制御する積分器を有し、この積分器の初期値に上記一次側端子の電圧値および上記二次側端子の電圧値のうちのいずれか一方を用いており、また上記通流率指令作成部は、上記一次側端子の電圧値および上記二次側端子の電圧値のうち上記積分器の初期値に用いていない他方の電圧値を用いて通流率を計算するものである。
図1は本発明の実施の形態1における昇降圧双方向DC/DCコンバータの全体を示す構成図である。
なお、上記の各IGBT1a〜1dと、これに個別に逆並列に接続された還流ダイオード2a〜2dが特許請求の範囲のスイッチに対応している。また、一次側あるいは二次側の端子10a,10b、10c,10dがコンデンサなどと接続される際には、平滑コンデンサ4a,4bの何れかあるいは両方は省略されることがある。
さらに、この主回路部8には、一次側端子10a,10bや二次側端子10c,10dの電圧を検出する電圧検出器5a,5bやDCリアクトル3の電流を検出する電流検出器6が設けられている。
図2はDCリアクトル3に流れるリアクトル電流ILの定常時の電流波形例を示しており、平均電流にリプル電流が重畳されている。リアクトル電流ILに含まれるリプル電流を図2のように、上下のピーク間の変動幅として定義する。このとき、IGBT1a〜IGBT1dの通流率(オンデューティ比)は原則的には、次の表1に示すようになる。
図3はリアクトル電流ILが変化する様子を示したものである。まず、図2に示すような定常状態において、IGBT1aとIGBT1cの通流率がDa,Dcとする。リアクトル電流ILの平均値を変化させる場合、IGBT1a,IGBT1cの通流率をDa+ΔDa,Dc+ΔDcに変更する。ここに、ΔDaは通流率Daについての変化分、ΔDcは通流率Dcについての変化分である。
制御部7は、リアクトル電流制御部11、通流率指令作成部12、およびゲート信号作成部13からなる。
リアクトル電流制御部11では、図示しない上位の制御部から入力されるリアクトル電流指令値IL*からリアクトル電流検出値ILを減算器21で減算し、PI制御器22に入力する。
なお、図5には示さないがPI制御器22の積分値や二次側電圧指令値V2*にリミッタにより制限をかけることができるのは言うまでもない。このとき、制限値の例としては、固定値ならば(二次側の電圧検出値V2の上限+所定値)と(二次側の電圧検出値V2の下限−所定値)である。
リアクトル電流制御部11から入力される二次側電圧指令値V2*は、除算器24により一次側の電圧検出値V1で除算される。なお、実際には一次側の電圧検出値V1はリミッタ23で現実的な電圧範囲に制限され、除算器24には制限後の値が入力される。リミッタ23の制限値の下限は“0”で除算することを防ぐため“0”より大きい値に設定する。概ね一次側電圧の変動範囲を設定すれば問題ない。
図7では図6の逆数演算器26の代わりに除算器28を用いたもので、同様の効果が得られる。
通流率指令作成部12からの通流率D1,D2の信号をコンパレータ29a,29bでキャリア信号Scと比較する。このときキャリア信号Scは、0〜1の値をとる三角波、ないしはのこぎり波とする。これにより、一方のコンパレータ29aの出力がIGBT1aのゲート信号G1p、このゲート信号G1pの反転パターンとなるNOT演算器30aの出力がIGBT1bのゲート信号G1nとなる。また、他方のコンパレータ29bの出力がIGBT1cのゲート信号G2p、その反転パターンとなるNOT演算器30bの出力がIGBT1dのゲート信号G2nとなる。
なお、通流率D1,D2の信号を−1〜1の信号にレベル変換した後に、−1〜1の値をとるキャリア信号Scと比較しても同様の結果が得られる。
なお、実際にはゲート信号G1pとG1nの間、ゲート信号G2pとG2nの間にはそれぞれ短絡防止期間が設けられる。短絡防止期間中は還流ダイオード2a〜2dに電流が流れる。
図9は本発明の実施の形態2における制御部7の構成図、図10はゲート信号作成部13の構成図であり、図4および図8に示した実施の形態1と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。また、実施の形態1と同様の構成部分の説明は省略する。
(1)リアクトル電流指令値IL*が両しきい値ILsm〜ILspの間の範囲では、各コンパレータ31a,31bは共に“0”を出力するため、各AND演算器32a〜32dの出力は全て“0”、つまり全ゲートオフの状態になる。
(2)リアクトル電流指令値IL*が一方のしきい値ILsp以上になると、コンパレータ31aの出力が“1”となるため、AND演算器32a,32dを介してゲート信号G1p,G2nが出力される。
(3)リアクトル電流指令値IL*が他方のしきい値ILsm以下になると、コンパレータ31bの出力が“1”となるため、AND演算器32b,32cを介してゲート信号G1n,G2pが出力される。
図11は本発明の実施の形態3における交流モータ駆動装置の全体を示す構成図である。
入力電力制御部14は、交流モータ駆動装置の入力電力の絶対値を所定値内に制限するために必要となるリアクトル電流を求め、これをリアクトル電流指令値IL*として出力するものである。
その他の構成、および動作等は、実施の形態1の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
図16は実施の形態4における制御部7の構成図、図17は入力電力制御部14の構成図であり、実施の形態3の図14、図15と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。また、実施の形態3と同様の構成部分の説明は省略する。
2a,2b,2c,2d 還流ダイオード、3 DCリアクトル、
5a,5b 電圧検出器、6 電流検出器、7 制御部、11 リアクトル電流制御部、12 通流率指令作成部、13 ゲート信号作成部、14 入力電力制御部、
51 直流電源、52 直流母線、53 インバータ、54 交流モータ、
55 電力貯蔵装置、61 電力貯蔵要素、62 昇降圧双方向DC/DCコンバータ。
Claims (3)
- 一次側と二次側の2つの直流電源の間で双方向に直流電力を供給する昇降圧双方向DC/DCコンバータであって、
電力変換用の主回路部と、この主回路部の動作を制御する制御部とを備え、
上記主回路部は、上記一次側の直流電源に接続される一次側端子の両端に接続された一次側の一対のスイッチと、上記二次側の直流電源に接続される二次側端子の両端に接続された二次側の一対のスイッチと、DCリアクトルと、このDCリアクトルに流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出器とを有し、上記各一対のスイッチ同士は互いに直列に接続され、かつ上記一次側と上記二次側の各一対のスイッチの互いの直列接続点同士が上記DCリアクトルを介して接続され
上記制御部は、上記DCリアクトルに流れるリアクトル電流の制御指令値となるリアクトル電流指令値と上記リアクトル電流検出器で検出されるリアクトル電流検出値との誤差が0となるように上記リアクトル電流を制御するリアクトル電流制御部と、
このリアクトル電流制御部で得られる電圧指令値に基づいて上記スイッチの通流率を作成する通流率指令作成部と、この通流率指令作成部で作成された通流率を有する上記スイッチのオン、オフ制御用のゲート信号を作成するゲート信号作成部とを備え、
上記リアクトル電流制御部は、上記リアクトル電流指令値と上記リアクトル電流検出値との差を積分制御する積分器を有し、この積分器の初期値に上記一次側端子の電圧値および上記二次側端子の電圧値のうちのいずれか一方を用いており、また上記通流率指令作成部は、上記一次側端子の電圧値および上記二次側端子の電圧値のうち上記積分器の初期値に用いていない他方の電圧値を用いて通流率を計算するものである昇降圧双方向DC/DCコンバータ。 - 上記各スイッチは、半導体スイッチング素子と、この半導体スイッチング素子と逆並列に接続された還流ダイオードとからなり、上記リアクトル電流指令値または上記リアクトル電流検出値に応じて、少なくとも上記還流ダイオードに電流が流れる期間において上記ゲート信号をオフする請求項1記載の昇降圧双方向DC/DCコンバータ。
- 直流電源から直流電力が供給される直流母線に接続されて交流モータを駆動するインバータと、上記直流母線に接続された電力貯蔵装置とを備える交流モータ駆動装置において、
上記電力貯蔵装置は、エネルギを蓄積する電力貯蔵要素と、上記直流母線を介した上記電力貯蔵要素への充電および上記電力貯蔵要素からの上記直流母線側への放電の双方向に直流電力を供給する昇降圧双方向DC/DCコンバータとを含み、
上記昇降圧双方向DC/DCコンバータが請求項1または請求項2記載の昇降圧双方向DC/DCコンバータである交流モータ駆動装置。
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