JP2017005821A

JP2017005821A - Power supply device

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Publication number: JP2017005821A
Application number: JP2015115429A
Authority: JP
Inventors: 淳志郎矢尾; Junshiro Yao
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: JP6528999B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device in which the wiring and circuitry are simplified, by generating a timing for use in the correction of a drive signal or measurement of current value in each power conversion unit, without receiving a carrier signal from a common control section.SOLUTION: Each of power conversion units 10 connected in parallel includes a carrier restoration unit 11a which does not receive a carrier signal from a common control unit 20A but restoring from a drive signal. The carrier restoration unit 11a includes a pulse width counter for counting the on-pulse width of the drive signal, and a carrier period counter for counting up a value, proportional to the pulse width count value at a time when the first time on-pulse of the drive signal is turned off, as an initial value. When the carrier period is known, the carrier restoration unit 11a restores the carrier signal, by using the timing when the carrier period count value reaches a value corresponding to the carrier period.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、複数台の電力変換ユニットを互いに並列に接続して構成される電源装置において、各ユニットに対する駆動信号の補正タイミングや出力電流の計測タイミングを生成する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for generating a drive signal correction timing and an output current measurement timing for each unit in a power supply device configured by connecting a plurality of power conversion units in parallel to each other.

複数台の電力変換ユニットを互いに並列に接続して運転する場合、各ユニットの特性のばらつき等によって発生する横流を制御するために、各ユニット内の半導体スイッチング素子に対する駆動信号のタイミングを制御することが必要である。
また、各ユニットの動作を監視するために各ユニットを流れる電流値をセンサにより計測する場合、センシングのタイミングや、制御回路がセンサから計測値を取得するタイミングを厳密に管理することが求められる。
すなわち、複数台の電力変換ユニットからなる電源装置を高精度かつ効率良く運転するためには、所定のタイミングに従って半導体スイッチング素子を駆動し、所定のタイミングで計測した電流値等に応じて半導体スイッチング素子の駆動タイミングを補正する等の制御が必要になる。 When operating multiple power conversion units connected in parallel to each other, control the timing of the drive signal for the semiconductor switching elements in each unit in order to control the cross current generated due to variations in the characteristics of each unit. is necessary.
Further, when the current value flowing through each unit is measured by a sensor in order to monitor the operation of each unit, it is required to strictly manage the timing of sensing and the timing at which the control circuit acquires a measured value from the sensor.
That is, in order to operate a power supply device composed of a plurality of power conversion units with high accuracy and efficiency, the semiconductor switching element is driven according to a predetermined timing, and the semiconductor switching element according to a current value measured at the predetermined timing Control such as correcting the drive timing is required.

例えば、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を備えた複数台の電力変換ユニットを単一の共通制御部により統括的に制御する電源装置では、共通制御部が、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により生成したゲート駆動信号を各ユニットに送信して運転を制御する方法が知られている。この場合、各ユニットは、前述したようにゲート駆動信号の生成タイミングや電流の計測タイミング等を適切に制御することが求められるが、各ユニットはゲート駆動信号を生成していないため、ゲート駆動信号の基準となるタイミングを知り得ないという問題がある。 For example, in a power supply apparatus that collectively controls a plurality of power conversion units having IGBTs (insulated gate bipolar transistors) as semiconductor switching elements by a single common control unit, the common control unit has PWM (pulse width modulation). A method of controlling operation by transmitting a gate drive signal generated by control to each unit is known. In this case, each unit is required to appropriately control the gate drive signal generation timing, the current measurement timing, and the like as described above. However, since each unit does not generate a gate drive signal, the gate drive signal There is a problem in that it is impossible to know the timing that is the basis of the.

上記の問題を解決するためには、図６に示すように、ＰＷＭ制御によりゲート駆動信号を生成するためのキャリア信号を共通制御部が出力し、各ユニットが前記キャリア信号のタイミングを基準として種々のタイミングを決定する方法が考えられる。
この図６において、１００は電源装置、２０は共通制御部、２１はゲート駆動信号生成部、３０は、共通制御部２０と負荷４０との間に複数台、並列に接続された電力変換ユニットである。
なお、図６に示すように、単一の共通制御部により複数台の電力変換ユニットを制御する電源装置は、例えば特許文献１に記載されている。 In order to solve the above problem, as shown in FIG. 6, a common control unit outputs a carrier signal for generating a gate drive signal by PWM control, and each unit can perform various operations based on the timing of the carrier signal. It is conceivable to determine the timing.
In FIG. 6, 100 is a power supply device, 20 is a common control unit, 21 is a gate drive signal generation unit, and 30 is a power conversion unit connected in parallel between the common control unit 20 and the load 40. is there.
Note that, as shown in FIG. 6, a power supply device that controls a plurality of power conversion units by a single common control unit is described in Patent Document 1, for example.

図６の電力変換ユニット３０には、ゲート駆動信号生成部２１から受信した共通のキャリア信号に基づいて補正タイミング信号を生成するタイミング生成部３１と、ゲート駆動信号のタイミングをキャリア信号及び補正タイミング信号に基づいて補正するゲート駆動信号補正部３２と、ゲート駆動信号が供給される半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴ３３と、その出力電流を検出するセンサ３４とがそれぞれ設けられている。なお、タイミング生成部３１は、センサ３４によるセンシングタイミングと、センサ３４による計測値を制御回路（図示せず）が取得するタイミングとを決定する計測タイミング信号を出力している。 The power conversion unit 30 in FIG. 6 includes a timing generation unit 31 that generates a correction timing signal based on a common carrier signal received from the gate drive signal generation unit 21, and the timing of the gate drive signal as a carrier signal and a correction timing signal. A gate drive signal correcting unit 32 for correcting the output based on the above, an IGBT 33 as a semiconductor switching element to which the gate drive signal is supplied, and a sensor 34 for detecting the output current are provided. Note that the timing generation unit 31 outputs a measurement timing signal that determines the sensing timing by the sensor 34 and the timing at which the control circuit (not shown) acquires the measurement value by the sensor 34.

一方、特許文献２には、電力変換ユニットとしての単位主回路部を複数台備え、これらの単位主回路部を単一の制御回路部により制御する電力変換器制御装置において、制御回路部からゲート駆動信号を符号化して単一のケーブルにより全ての単位主回路部に伝送する技術が開示されている。 On the other hand, Patent Document 2 includes a plurality of unit main circuit units as power conversion units, and a power converter control device that controls these unit main circuit units by a single control circuit unit. A technique is disclosed in which a drive signal is encoded and transmitted to all unit main circuit units by a single cable.

特許第５０５６３９６号公報（段落[００１１]〜[００１３]、図１等）Japanese Patent No. 5056396 (paragraphs [0011] to [0013], FIG. 1 etc.) 特開２０１２−６０７９３号公報（段落[００３６]〜[００３８]、図９等）JP 2012-60793 (paragraphs [0036] to [0038], FIG. 9 and the like)

図６に示した従来技術では、共通制御部２０から複数台の電力変換ユニット３０にキャリア信号を伝送するために専用のケーブルが必要であり、配線コストの増加や配線作業の煩雑化を招くという問題がある。また、これらのケーブルにノイズが混入すると、電力変換ユニット３０側でキャリア信号のタイミングを誤認識するおそれもある。 In the prior art shown in FIG. 6, a dedicated cable is required to transmit a carrier signal from the common control unit 20 to a plurality of power conversion units 30, which increases the wiring cost and complicates the wiring work. There's a problem. Moreover, if noise is mixed in these cables, the timing of the carrier signal may be erroneously recognized on the power conversion unit 30 side.

一方、特許文献２に記載された従来技術によれば、ケーブルの数は少なくなる反面、個々の単位主回路部にゲート駆動信号の符号化回路や復号化（復元）回路、伝送回路等を設ける必要があり、回路構成が複雑化してコスト高になるという問題がある。また、複数のゲート駆動信号を符号化してまとめる必要上、単位時間当たりの情報量が増えて信号を高周波化せざるを得ず、符号化された情報がノイズの影響により改変されると、情報の一部または全部を復号化できない事態が発生する。 On the other hand, according to the prior art described in Patent Document 2, although the number of cables is reduced, an encoding circuit, a decoding (restoration) circuit, a transmission circuit, etc. for gate drive signals are provided in each unit main circuit section. There is a problem that the circuit configuration is complicated and the cost is increased. In addition, since it is necessary to encode and collect a plurality of gate drive signals, the amount of information per unit time increases, and the signal must be increased in frequency, and if the encoded information is modified due to the influence of noise, the information A situation occurs in which part or all of the data cannot be decrypted.

従って、図６や特許文献２に記載された従来技術では、何れにしてもコスト上の問題や伝送品質上の問題があるため、これらの解決が求められていた。
そこで、本発明の解決課題は、配線や回路構成の複雑化、伝送品質の低下、コストの増加等を招くことなく、駆動信号の補正タイミングや出力電流の計測タイミングを適切に生成可能とした電源装置を提供することにある。 Therefore, in the prior art described in FIG. 6 and Patent Document 2, there are problems in terms of cost and transmission quality in any case, so these solutions have been required.
Accordingly, the problem to be solved by the present invention is that a power supply that can appropriately generate drive signal correction timing and output current measurement timing without complicating wiring and circuit configuration, lowering transmission quality, and increasing costs. To provide an apparatus.

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、半導体スイッチング素子を備えた複数台の電力変換ユニットが互いに並列に接続され、単一の共通制御部から伝送される駆動信号により前記半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動して負荷に電力を供給する電源装置において、
前記電力変換ユニットは、前記共通制御部が前記駆動信号を生成するために用いたキャリア信号を前記共通制御部から受信せずに前記駆動信号から復元するキャリア復元部を備え、
前記キャリア復元部は、
前記駆動信号のオンパルス幅をカウントするパルス幅カウンタと、前記駆動信号の第１回目のオンパルスがオフする時刻の前記パルス幅カウンタのカウント値に比例した値を初期値としてカウントアップするキャリア周期カウンタと、を備え、
前記キャリア復元部においてキャリア周期が既知である時に、前記キャリア周期カウンタのカウント値が前記キャリア周期の相当値に達したタイミングを用いて前記キャリア信号を復元し、
前記電力変換ユニットは、
前記キャリア復元部により復元したキャリア信号のタイミングを用いて、前記駆動信号の補正タイミングまたは前記電力変換ユニットの出力電流の計測タイミングを生成するものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is characterized in that a plurality of power conversion units including semiconductor switching elements are connected in parallel to each other, and the semiconductor switching is performed by a drive signal transmitted from a single common control unit. In a power supply device that drives each element and supplies power to a load,
The power conversion unit includes a carrier restoration unit that restores the drive signal without receiving the carrier signal used by the common control unit to generate the drive signal from the common control unit,
The carrier restoration unit
A pulse width counter that counts the on-pulse width of the drive signal; and a carrier period counter that counts up using a value proportional to the count value of the pulse width counter at the time when the first on-pulse of the drive signal is turned off as an initial value; With
When the carrier period is known in the carrier restoration unit, the carrier signal is restored using the timing when the count value of the carrier period counter reaches the equivalent value of the carrier period,
The power conversion unit is
The correction timing of the drive signal or the measurement timing of the output current of the power conversion unit is generated using the timing of the carrier signal restored by the carrier restoration unit.

請求項２に係る発明は、半導体スイッチング素子を備えた複数台の電力変換ユニットが互いに並列に接続され、単一の共通制御部から伝送される駆動信号により前記半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動して負荷に電力を供給する電源装置において、
前記電力変換ユニットは、前記共通制御部が前記駆動信号を生成するために用いたキャリア信号を前記共通制御部から受信せずに前記駆動信号から復元するキャリア復元部を備え、
前記キャリア復元部は、
前記駆動信号のオンパルス幅をカウントするパルス幅カウンタと、前記駆動信号の第１回目のオンパルスがオフする時刻の前記パルス幅カウンタのカウント値に比例した値を初期値としてカウントアップするキャリア周期カウンタと、を備え、
前記キャリア復元部においてキャリア周期が不明である時に、
前記駆動信号の第２回目のオンパルスがオフする時刻の前記パルス幅カウンタのカウント値から当該カウント値に比例した値を減算した値を前記キャリア周期の相当値とし、
前記キャリア周期カウンタのカウント値が前記相当値に達したタイミングを用いて前記キャリア信号を復元し、
前記電力変換ユニットは、
前記キャリア復元部により復元したキャリア信号のタイミングを用いて、前記駆動信号の補正タイミングまたは前記電力変換ユニットの出力電流の計測タイミングを生成するものである。 According to a second aspect of the present invention, a plurality of power conversion units each provided with a semiconductor switching element are connected in parallel to each other, and the semiconductor switching element is driven by a drive signal transmitted from a single common control unit. In a power supply device that supplies power to
The power conversion unit includes a carrier restoration unit that restores the drive signal without receiving the carrier signal used by the common control unit to generate the drive signal from the common control unit,
The carrier restoration unit
A pulse width counter that counts the on-pulse width of the drive signal; and a carrier period counter that counts up using a value proportional to the count value of the pulse width counter at the time when the first on-pulse of the drive signal is turned off as an initial value; With
When the carrier period is unknown in the carrier restoration unit,
A value obtained by subtracting a value proportional to the count value from the count value of the pulse width counter at the time when the second on-pulse of the drive signal is turned off is set as an equivalent value of the carrier period,
The carrier signal is restored using the timing when the count value of the carrier period counter reaches the equivalent value,
The power conversion unit is
The correction timing of the drive signal or the measurement timing of the output current of the power conversion unit is generated using the timing of the carrier signal restored by the carrier restoration unit.

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した電源装置において、前記共通制御部が前記駆動信号を生成するために用いたキャリア信号の波形が三角波であり、前記三角波の上下何れかの頂点が前記駆動信号のオンパルスの中点と一致していることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the power supply device according to the first or second aspect, the waveform of the carrier signal used by the common control unit to generate the drive signal is a triangular wave, and is either one above or below the triangular wave. Of the driving signal coincides with the midpoint of the on-pulse of the driving signal.

本発明は、共通制御部から各電力変換ユニットにキャリア信号を伝送せず、各電力変換ユニットが受信した駆動信号に基づいてキャリア信号を復元し、この復元キャリア信号のタイミングを用いて駆動信号の補正タイミングまたは出力電流の計測タイミングを生成するものである。
このため、図６に示した従来技術のように共通制御部から複数台の電力変換ユニットにキャリア信号を伝送する場合の、配線数の増加や配線・組立作業の煩雑化、ノイズによる誤動作、信頼性の低下等の問題を解消することができる。
また、特許文献２に記載された従来技術と比較すると、回路構成の簡略化が可能であると共に、複数台の電力変換ユニットの相互間で符号化情報を送受信する必要がなく、耐ノイズ性に優れ、低コストの電源装置を実現することができる。 The present invention does not transmit a carrier signal from the common control unit to each power conversion unit, restores the carrier signal based on the drive signal received by each power conversion unit, and uses the timing of the restored carrier signal to A correction timing or an output current measurement timing is generated.
Therefore, when a carrier signal is transmitted from a common control unit to a plurality of power conversion units as in the prior art shown in FIG. 6, the number of wires is increased, wiring / assembly work is complicated, malfunction due to noise, reliability It is possible to solve problems such as deterioration of the property.
Compared with the prior art described in Patent Document 2, it is possible to simplify the circuit configuration, and it is not necessary to transmit / receive encoded information between a plurality of power conversion units. An excellent and low-cost power supply device can be realized.

本発明の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of this invention. 図１におけるタイミング生成部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the timing generation part in FIG. 本発明の第１実施形態の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of 2nd Embodiment of this invention. 図４の一部を拡大した波形図である。It is the wave form diagram which expanded a part of FIG. 従来の電源装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional power supply device.

以下、本発明の実施形態を図に沿って説明する。
図１は、この実施形態に係る電源装置１００Ａの構成を示すブロック図である。図１において、電源装置１００Ａは、単一の共通制御部２０Ａと、互いに並列に接続された複数台の電力変換ユニット１０とを備え、これらの電力変換ユニット１０により負荷４０へ電力を供給するように構成されている。なお、電力変換ユニット１０の構成は全て同一である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power supply apparatus 100A according to this embodiment. In FIG. 1, a power supply device 100A includes a single common control unit 20A and a plurality of power conversion units 10 connected in parallel to each other, and supplies power to a load 40 by these power conversion units 10. It is configured. In addition, all the structures of the power conversion unit 10 are the same.

共通制御部２０Ａは、ゲート駆動信号生成部２１Ａにより変調波とキャリア信号とを比較して生成したゲート駆動信号を、全ての電力変換ユニット１０に伝送する。
電力変換ユニット１０は、ゲート駆動信号が入力されるタイミング生成部１１及びゲート駆動信号補正部１２と、ゲート駆動信号補正部１２から出力される補正後のゲート駆動信号がゲートに供給されるＩＧＢＴ１３と、その出力電流を検出するセンサ１４とを備えている。ここでは、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴを例示しているが、パワートランジスタやＦＥＴ等でも良いことは言うまでもない。 The common control unit 20A transmits the gate drive signal generated by comparing the modulation wave and the carrier signal by the gate drive signal generation unit 21A to all the power conversion units 10.
The power conversion unit 10 includes a timing generation unit 11 and a gate drive signal correction unit 12 to which a gate drive signal is input, an IGBT 13 to which a corrected gate drive signal output from the gate drive signal correction unit 12 is supplied to the gate, and And a sensor 14 for detecting the output current. Here, IGBT is exemplified as the semiconductor switching element, but it goes without saying that a power transistor, FET, or the like may be used.

タイミング生成部１１は、センサ１４による電流のセンシングタイミングと、センサ１４による計測値を制御回路（図示せず）が取得するタイミングを決定するための計測タイミング信号を生成し、かつ、ゲート駆動信号補正部１２に対して、ゲート駆動信号の補正値を更新するための補正タイミング信号を生成する。 The timing generation unit 11 generates a measurement timing signal for determining a current sensing timing of the sensor 14 and a timing at which a control circuit (not shown) acquires a measurement value of the sensor 14 and corrects the gate drive signal. A correction timing signal for updating the correction value of the gate drive signal is generated for the unit 12.

図２は、図１におけるタイミング生成部１１の構成を示すブロック図である。このタイミング生成部１１は、キャリア復元部１１ａ、補正タイミング生成部１１ｂ及び計測タイミング生成部１１ｃによって構成されている。
キャリア復元部１１ａは、前記補正タイミング信号や計測タイミング信号を算出する基準となるキャリア信号を、共通制御部２０Ａから受信したゲート駆動信号に基づいて復元する。
補正タイミング生成部１１ｂは、復元キャリア信号に基づいて補正タイミング信号を生成し、計測タイミング生成部１１は、復元キャリア信号に基づいて計測タイミング信号を生成する。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the timing generation unit 11 in FIG. The timing generation unit 11 includes a carrier restoration unit 11a, a correction timing generation unit 11b, and a measurement timing generation unit 11c.
The carrier restoration unit 11a restores a carrier signal serving as a reference for calculating the correction timing signal and the measurement timing signal based on the gate drive signal received from the common control unit 20A.
The correction timing generation unit 11b generates a correction timing signal based on the restored carrier signal, and the measurement timing generation unit 11 generates a measurement timing signal based on the restored carrier signal.

次に、本発明の実施形態の動作を説明する。なお、以下の実施形態において、共通制御部２０Ａがゲート駆動信号の生成に用いるキャリア信号の波形は三角波であるものとする。
まず、図３に示すように、ゲート駆動信号生成部２１Ａは、変調波とキャリア信号とを比較してゲート駆動信号を生成する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, it is assumed that the waveform of the carrier signal used by the common control unit 20A to generate the gate drive signal is a triangular wave.
First, as illustrated in FIG. 3, the gate drive signal generation unit 21 </ b> A compares the modulated wave with the carrier signal to generate a gate drive signal.

本発明の第１実施形態において、図２に示したキャリア復元部１１ａには、キャリア信号の復元処理を行う前に、ゲート駆動信号生成部２１Ａがゲート駆動信号を生成するために必要な以下の情報が与えられているものとする。すなわち、キャリア復元部１１ａに予め与えられている情報は、
（１）変調波が、キャリア信号の上の頂点または下の頂点にて変化すること（図３の例では、キャリア信号の上の頂点で変調波が変化している）。言い換えれば、キャリア信号の一方の頂点、例えば下の頂点が、ゲート駆動信号のオンパルスの中点に一致していること。
（２）キャリア周期
である。 In the first embodiment of the present invention, the carrier restoration unit 11a illustrated in FIG. 2 includes the following necessary for the gate drive signal generation unit 21A to generate a gate drive signal before performing carrier signal restoration processing: Information shall be given. That is, the information given in advance to the carrier restoration unit 11a is
(1) The modulated wave changes at the upper vertex or the lower vertex of the carrier signal (in the example of FIG. 3, the modulated wave changes at the upper vertex of the carrier signal). In other words, one vertex of the carrier signal, for example, the lower vertex, coincides with the midpoint of the on-pulse of the gate drive signal.
(2) Carrier period.

また、キャリア復元部１１ａは、ゲート駆動信号のオンパルスのパルス幅を計測するパルス幅カウンタと、キャリア周期を計測するキャリア周期カウンタと、を備えている。
パルス幅カウンタは、ゲート駆動信号のオンパルス幅を計測するために、ゲート駆動信号がオン状態である間、カウントアップする。そして、パルス幅カウンタは、図３におけるゲート駆動信号がオフする時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３の各カウント値Ａ，Ｂ，Ｃを記憶してからリセット動作する。 The carrier restoration unit 11a includes a pulse width counter that measures the pulse width of the on-pulse of the gate drive signal, and a carrier period counter that measures the carrier period.
The pulse width counter counts up while the gate drive signal is on to measure the on-pulse width of the gate drive signal. The pulse width counter performs a reset operation after storing the count values A, B, and C at times t ₁ , t ₂ , and t _{3 when} the gate drive signal in FIG. 3 is turned off.

ここで、キャリア復元部１１ａは、ゲート駆動信号の第１回目のオンパルスがオフとなる時刻ｔ_１において、カウント値Ａの半分の値（Ａ／２）を、キャリア周期カウンタに初期値としてロードする（図３における処理ａ）。なお、演算等に要する時間を加味する場合には、この時間に相当する値を用いてキャリア周期カウンタにロードする値を補正する。
処理ａにより、キャリア周期カウンタは、ゲート駆動信号の第１回目のオンパルスの中点からカウントを開始した場合と同等のカウント値を、時刻ｔ_１における初期値（Ａ／２）として動作を開始する。 Here, at time t1 when the _{first on-} pulse of the gate drive signal is turned off, the carrier restoration unit 11a loads a half value (A / 2) of the count value A as an initial value to the carrier cycle counter. (Processing a in FIG. 3). When the time required for the calculation is taken into account, the value loaded to the carrier cycle counter is corrected using a value corresponding to this time.
By processing a, the carrier cycle counter starts operation with a count value equivalent to that when the counting starts from the middle point of the first on-pulse of the gate drive signal as an initial value (A / 2) at time t ₁ . .

前述したように、キャリア復元部１１ａでは、復元動作の開始前からキャリア周期が既知であるので、キャリア復元部１１ａは、キャリア周期カウント値が既知のキャリア周期に相当する値に達した時刻を、復元キャリア信号の周期の始点となる時刻ｔ_ａとして認識する。
以後は、キャリア周期カウント値が既知のキャリア周期に相当する値に達するたびにキャリア周期カウンタをリセットすれば、図示するように時刻ｔ_ａ，ｔ_ｂ，……を認識することができ、時刻ｔ_ａ〜ｔ_ｂ間を周期とする復元キャリア信号を得ることができる。 As described above, in the carrier restoration unit 11a, since the carrier period is known before the restoration operation starts, the carrier restoration unit 11a determines the time when the carrier period count value reaches a value corresponding to the known carrier period, recognized as the time t _a which is a starting point of the period of the recovered carrier signal.
Thereafter, if the carrier cycle counter is reset every time the carrier cycle count value reaches a value corresponding to a known carrier cycle, the times t _a , t _b ,... between _a ~t _b can be obtained restoration carrier signal having a period.

以上の処理により、図１の複数台の電力変換ユニット１０では、タイミング生成部１１内のキャリア復元部１１ａの動作により、全て同期した復元キャリア信号をそれぞれ生成することができる。従って、図２の補正タイミング生成部１１ｂ及び計測タイミング生成部１１ｃは、上記復元キャリア信号の頂点のタイミングを基準として補正タイミング信号や計測タイミング信号を生成することができる。 Through the above processing, the plurality of power conversion units 10 in FIG. 1 can each generate a recovered carrier signal that is all synchronized by the operation of the carrier recovery unit 11a in the timing generation unit 11. Accordingly, the correction timing generation unit 11b and the measurement timing generation unit 11c of FIG. 2 can generate a correction timing signal and a measurement timing signal with reference to the timing of the vertex of the restored carrier signal.

但し、ゲート駆動信号生成部２１Ａの動作クロックと、キャリア復元部１１ａのパルス幅カウンタ及びキャリア周期カウンタの動作クロックとが完全に一致しない場合には、元のキャリア信号と復元キャリア信号とがずれていくことが考えられる。
そこで、図３において、ゲート駆動信号の第２回目のオンパルスでは、処理ｂとして示すように、時刻ｔ_２におけるパルス幅カウント値Ｂの半分の値（Ｂ／２）とキャリア周期カウント値とを比較し、上記（Ｂ／２）とキャリア周期カウント値との差が予め設定された許容誤差範囲を超えた場合に、キャリア周期カウント値を補正するようにしても良い。 However, when the operation clock of the gate drive signal generation unit 21A and the operation clocks of the pulse width counter and the carrier cycle counter of the carrier restoration unit 11a do not completely match, the original carrier signal and the restored carrier signal are shifted. It is possible to go.
Therefore, in FIG. 3, in the second on-pulse of the gate drive signal, as shown as processing b, the half value (B / 2) of the pulse width count value B at time t ₂ is compared with the carrier cycle count value. The carrier cycle count value may be corrected when the difference between the (B / 2) and the carrier cycle count value exceeds a preset allowable error range.

また、ゲート駆動信号の第３回目のオンパルスに関して、処理ｃに示すように、時刻ｔ_３におけるパルス幅カウント値Ｃの半分の値（Ｃ／２）とキャリア周期カウント値との差が予め設定された補正可能範囲を超えた場合には、復元するべきキャリア信号を失ったものとして、最初からキャリア信号を復元し直すようにしても良い。
なお、図３の処理ｂでは、（Ｂ／２）とキャリア周期カウント値との差が許容誤差範囲内にあり、処理ｃでは、（Ｃ／２）とキャリア周期カウント値との差が補正可能範囲にある場合を示している。 With respect to the third on-pulse gate drive signals, as shown in process c, the difference between the carrier period count value half the value of the pulse width count value C (C / 2) at time t ₃ is set in advance If the correctable range is exceeded, the carrier signal may be restored from the beginning, assuming that the carrier signal to be restored has been lost.
In the process b of FIG. 3, the difference between (B / 2) and the carrier cycle count value is within the allowable error range, and in the process c, the difference between (C / 2) and the carrier cycle count value can be corrected. The case where it exists in the range is shown.

次に、本発明の第２実施形態として、ゲート駆動信号生成部２１Ａがキャリア周期を設定値として変更可能に構成されているが、変更後のキャリア周期をキャリア復元部１１ａに通知する手段が設けられておらず、キャリア復元部１１ａが変更後のキャリア周期を知り得ない場合における、復元キャリア信号の生成方法について説明する。 Next, as a second embodiment of the present invention, the gate drive signal generation unit 21A is configured to be able to change the carrier cycle as a set value, but means for notifying the carrier recovery unit 11a of the changed carrier cycle is provided. A method for generating a restored carrier signal when the carrier restoration unit 11a cannot know the changed carrier period will be described.

この場合、図４に示すように、キャリア復元部１１ａ内のパルス幅カウンタは、前記同様に、ゲート駆動信号の第１回目のオンパルス幅を計測し、ゲート駆動信号がオフする時刻ｔ_０１のカウント値Ｄを記憶してリセット動作する。
ここで、キャリア復元部１１ａは、上記カウント値Ｄの半分の値（Ｄ／２）を、キャリア周期カウンタに初期値としてロードし（図４における処理ｄ）、キャリア周期カウンタは（Ｄ／２）を時刻ｔ_０１における初期値としてカウントを開始する。この時点でキャリア周期は不明であるため、ゲート駆動信号の第２回目のオンパルスでは、処理ｅとして示すように、時刻ｔ_０２におけるパルス幅カウント値Ｅの半分の値（Ｅ／２）を、キャリア周期カウンタに初期値としてロードする。 In this case, as shown in FIG. 4, the pulse width counter in the carrier recovery unit 11a, the same manner, the count of time t ₀₁ to the first round of the ON pulse width of the gate drive signals is measured, the gate driving signal is turned off The value D is stored and a reset operation is performed.
Here, the carrier restoration unit 11a loads the half value (D / 2) of the count value D to the carrier period counter as an initial value (processing d in FIG. 4), and the carrier period counter is (D / 2). and starts to count as an initial value at time t _01. Since the carrier period is unknown at this time, the second on-pulse of the gate drive signal has a half value (E / 2) of the pulse width count value E at time t ₀₂ as shown in process e. Load the period counter as an initial value.

このとき、キャリア周期は、時刻ｔ_０２におけるキャリア周期カウント値Ｃ_Ｅから上記（Ｅ／２）を減算した値、すなわち、Ｃ_Ｅ−（Ｅ／２）に相当する。その理由を、図５に基づいて説明する。
図５は、図４の一部を拡大して示した図である。時刻ｔ_０１におけるキャリア周期カウンタの初期値である（Ｄ／２）や、時刻ｔ_０２におけるキャリア周期カウンタの初期値である（Ｅ／２）は、何れもパルス幅カウンタのオンパルスの中点におけるパルス幅カウント値に等しい。例えば、ゲート駆動信号の第２回目のオンパルスの中点は、元のキャリア信号の下の頂点の時刻ｔ_ａと一致している。また、時刻ｔ_ａにおけるキャリア周期カウンタのカウント値は、図５によれば、Ｃ_Ｅ−（Ｅ／２）である。 At this time, the carrier period corresponds to a value obtained by subtracting (E / 2) from the carrier period count value _{CE at} time t ₀₂ , that is, C _E − (E / 2). The reason will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of a part of FIG. Is the initial value of the carrier cycle counter at time t ₀₁ (D / 2) and an initial value of the carrier cycle counter at time t ₀₂ (E / 2) are both pulses at the midpoint of the on pulse of the pulse width counter Equal to the width count value. For example, the midpoint of the second on pulse gate drive signal coincides with the time t _a of the vertex of the bottom of the original carrier signal. The count value of the carrier cycle counter at time _{t a,} according to FIG. _5, C E - a (E / 2).

従って、時刻ｔ_ａ以後、キャリア周期カウンタのカウント値がＣ_Ｅ−（Ｅ／２）になった時刻ｔ_ｂまでがキャリア周期となり、この時刻ｔ_ｂでキャリア周期カウンタをリセットすることにより、復元キャリア信号を得ることができる。なお、ｔ_ａ〜ｔ_ｂ間の時刻ｔ_ａｂは、キャリア周期カウント値が｛Ｃ_Ｅ−（Ｅ／２）｝／２となる時刻であり、復元キャリア信号の上の頂点に一致する。
このようにして、キャリア復元部１１ａがキャリア周期を知り得ない場合でもキャリア信号を復元することが可能であり、この復元キャリア信号の頂点のタイミングを基準として補正タイミング信号や計測タイミング信号を生成することができる。 Therefore, the time t _a after the count value of the carrier cycle counter C _E - by up to time t _b became (E / 2) becomes a carrier period, it resets the carrier cycle counter at this time t _b, restored carrier A signal can be obtained. The time t _ab between t _a and t _{b is} the time when the carrier cycle count value becomes {C _E − (E / 2)} / 2, and coincides with the top of the restored carrier signal.
In this way, the carrier signal can be restored even when the carrier restoration unit 11a cannot know the carrier cycle, and the correction timing signal and the measurement timing signal are generated with reference to the timing of the vertex of the restored carrier signal. be able to.

なお、前述した処理ｄ，ｅにより算出したキャリア周期に誤差が含まれる場合がある。
この場合、上記の誤差を回避するために、キャリア復元部１１ａでは、複数のキャリア周期を候補として予め記憶しておき、算出したキャリア周期に近いキャリア周期を上記候補の中から選択するようにしても良い。
あるいは、処理ｂを複数回行い、その結果を平均化する等のフィルタ処理を加えてキャリア周期を算出しても良い。 There are cases where an error is included in the carrier period calculated by the above-described processes d and e.
In this case, in order to avoid the above error, the carrier restoration unit 11a previously stores a plurality of carrier periods as candidates, and selects a carrier period close to the calculated carrier period from the candidates. Also good.
Alternatively, the carrier period may be calculated by adding a filtering process such as performing the process b a plurality of times and averaging the results.

上述した各実施形態において、キャリア復元部１１ａの動作によってキャリア信号が復元されるまでは、ゲート駆動信号の適切な補正タイミングや出力電流の計測タイミングが不明であるため、補正値の更新や電流値の計測を行わないようにしても良い。
また、電力変換ユニット１０ごとにキャリア信号の周期等が異なる場合には、そのキャリア信号に応じてキャリア復元部を構成し、キャリア信号が共通する電力変換ユニット１０については同一のキャリア復元部を共有するように構成しても良い。 In each of the above-described embodiments, until the carrier signal is restored by the operation of the carrier restoration unit 11a, the appropriate correction timing of the gate drive signal and the measurement timing of the output current are unknown. It is possible not to perform the measurement.
In addition, when the period of the carrier signal is different for each power conversion unit 10, a carrier restoration unit is configured according to the carrier signal, and the same carrier restoration unit is shared for the power conversion units 10 having a common carrier signal. You may comprise so that it may do.

本発明は、無停電電源装置等を始めとして、複数台の電力変換ユニットを並列運転して負荷に電力を供給する各種の電源装置に利用することができる。なお、電力変換ユニットの主回路の構成は特に限定されるものではない。 The present invention can be used for various power supply devices such as an uninterruptible power supply device and the like that operate a plurality of power conversion units in parallel to supply power to a load. The configuration of the main circuit of the power conversion unit is not particularly limited.

１０：電力変換ユニット
１１：タイミング生成部
１１ａ：キャリア復元部
１１ｂ：補正タイミング生成部
１１ｃ：計測タイミング生成部
１２：ゲート駆動信号補正部
１３：ＩＧＢＴ
１４：センサ
２０Ａ：共通制御部
２１Ａ：ゲート駆動信号生成部
４０：負荷
１００Ａ：電源装置 10: Power conversion unit 11: Timing generation unit 11a: Carrier restoration unit 11b: Correction timing generation unit 11c: Measurement timing generation unit 12: Gate drive signal correction unit 13: IGBT
14: Sensor 20A: Common controller 21A: Gate drive signal generator 40: Load 100A: Power supply device

Claims

半導体スイッチング素子を備えた複数台の電力変換ユニットが互いに並列に接続され、単一の共通制御部から伝送される駆動信号により前記半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動して負荷に電力を供給する電源装置において、
前記電力変換ユニットは、前記共通制御部が前記駆動信号を生成するために用いたキャリア信号を前記共通制御部から受信せずに前記駆動信号から復元するキャリア復元部を備え、
前記キャリア復元部は、
前記駆動信号のオンパルス幅をカウントするパルス幅カウンタと、前記駆動信号の第１回目のオンパルスがオフする時刻の前記パルス幅カウンタのカウント値に比例した値を初期値としてカウントアップするキャリア周期カウンタと、を備え、
前記キャリア復元部においてキャリア周期が既知である時に、前記キャリア周期カウンタのカウント値が前記キャリア周期の相当値に達したタイミングを用いて前記キャリア信号を復元し、
前記電力変換ユニットは、
前記キャリア復元部により復元したキャリア信号のタイミングを用いて、前記駆動信号の補正タイミングまたは前記電力変換ユニットの出力電流の計測タイミングを生成することを特徴とする電源装置。 In a power supply apparatus in which a plurality of power conversion units including semiconductor switching elements are connected in parallel to each other, and each of the semiconductor switching elements is driven by a drive signal transmitted from a single common control unit to supply power to a load. ,
The power conversion unit includes a carrier restoration unit that restores the drive signal without receiving the carrier signal used by the common control unit to generate the drive signal from the common control unit,
The carrier restoration unit
A pulse width counter that counts the on-pulse width of the drive signal; and a carrier period counter that counts up using a value proportional to the count value of the pulse width counter at the time when the first on-pulse of the drive signal is turned off as an initial value; With
When the carrier period is known in the carrier restoration unit, the carrier signal is restored using the timing when the count value of the carrier period counter reaches the equivalent value of the carrier period,
The power conversion unit is
A power supply apparatus that generates a correction timing of the drive signal or a measurement timing of an output current of the power conversion unit using the timing of the carrier signal restored by the carrier restoration unit.

半導体スイッチング素子を備えた複数台の電力変換ユニットが互いに並列に接続され、単一の共通制御部から伝送される駆動信号により前記半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動して負荷に電力を供給する電源装置において、
前記電力変換ユニットは、前記共通制御部が前記駆動信号を生成するために用いたキャリア信号を前記共通制御部から受信せずに前記駆動信号から復元するキャリア復元部を備え、
前記キャリア復元部は、
前記駆動信号のオンパルス幅をカウントするパルス幅カウンタと、前記駆動信号の第１回目のオンパルスがオフする時刻の前記パルス幅カウンタのカウント値に比例した値を初期値としてカウントアップするキャリア周期カウンタと、を備え、
前記キャリア復元部においてキャリア周期が不明である時に、
前記駆動信号の第２回目のオンパルスがオフする時刻の前記パルス幅カウンタのカウント値から当該カウント値に比例した値を減算した値を前記キャリア周期の相当値とし、
前記キャリア周期カウンタのカウント値が前記相当値に達したタイミングを用いて前記キャリア信号を復元し、
前記電力変換ユニットは、
前記キャリア復元部により復元したキャリア信号のタイミングを用いて、前記駆動信号の補正タイミングまたは前記電力変換ユニットの出力電流の計測タイミングを生成することを特徴とする電源装置。 In a power supply apparatus in which a plurality of power conversion units including semiconductor switching elements are connected in parallel to each other, and each of the semiconductor switching elements is driven by a drive signal transmitted from a single common control unit to supply power to a load. ,
The power conversion unit includes a carrier restoration unit that restores the drive signal without receiving the carrier signal used by the common control unit to generate the drive signal from the common control unit,
The carrier restoration unit
A pulse width counter that counts the on-pulse width of the drive signal; and a carrier period counter that counts up using a value proportional to the count value of the pulse width counter at the time when the first on-pulse of the drive signal is turned off as an initial value; With
When the carrier period is unknown in the carrier restoration unit,
A value obtained by subtracting a value proportional to the count value from the count value of the pulse width counter at the time when the second on-pulse of the drive signal is turned off is set as an equivalent value of the carrier period,
The carrier signal is restored using the timing when the count value of the carrier period counter reaches the equivalent value,
The power conversion unit is
A power supply apparatus that generates a correction timing of the drive signal or a measurement timing of an output current of the power conversion unit using the timing of the carrier signal restored by the carrier restoration unit.

請求項１または２に記載した電源装置において、
前記共通制御部が前記駆動信号を生成するために用いたキャリア信号の波形が三角波であり、前記三角波の上下何れかの頂点が前記駆動信号のオンパルスの中点と一致していることを特徴とする電源装置。 In the power supply device according to claim 1 or 2,
The carrier signal used by the common control unit to generate the drive signal is a triangular wave, and the top or bottom of the triangular wave coincides with the midpoint of the on-pulse of the drive signal. Power supply.