JP7089966B2 - Converter device, control signal identification method and program - Google Patents
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Description
本発明は、コンバータ装置、制御信号特定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a converter device, a control signal specifying method and a program.
コンバータ装置は、交流電力を直流電力に変換する装置である。コンバータ装置では、交流電力を直流電力に変換するときの変換効率の向上が求められている。
特許文献1には、関連する技術として、同期整流制御に関する技術が記載されている。
The converter device is a device that converts AC power into DC power. The converter device is required to improve the conversion efficiency when converting AC power into DC power.
ところで、コンバータ装置において同期整流制御を行って交流電力から直流電力への変換効率を向上させる場合には、整流を行うブリッジ回路におけるスイッチング素子を切り替えるタイミングの制御が重要であり、スイッチング素子の切り替えタイミングによっては、交流電力から直流電力への変換効率を悪化させる可能性がある。 By the way, in order to improve the conversion efficiency from AC power to DC power by performing synchronous rectification control in the converter device, it is important to control the timing of switching the switching element in the bridge circuit that performs rectification, and the switching timing of the switching element. Depending on the case, the conversion efficiency from AC power to DC power may be deteriorated.
本発明は、上記の課題を解決することのできるコンバータ装置、制御信号特定方法及びプログラムを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a converter device, a control signal identification method, and a program capable of solving the above problems.
本発明の第1の態様によれば、コンバータ装置は、交流電源から入力される電力を直流に変換する装置であり、スイッチング素子をオン状態にすることで同期整流を行うコンバータ装置であって、前記スイッチング素子と、前記交流電源から入力される入力電流の電流値を取得する入力電流取得部と、前記入力電流の電流値に基づいて、前記交流電源から出力される交流電圧の半周期について、前記入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第1期間を特定する第1期間特定部と、前記第1タイミングの直前及び前記第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、前記第1期間との総和である第2期間を特定する第2期間特定部と、前記第2期間に基づいて、前記スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定する制御信号特定部と、を備える。 According to the first aspect of the present invention, the converter device is a device that converts the power input from the AC power supply into DC, and is a converter device that performs synchronous rectification by turning on the switching element. The switching element, the input current acquisition unit that acquires the current value of the input current input from the AC power supply, and the half cycle of the AC voltage output from the AC power supply based on the current value of the input current. When the input current is extended to at least one of the first period specifying part that specifies the first period from the first timing when the input current starts to flow to the second timing when the input current stops flowing, and immediately before the first timing and immediately after the second timing. Control to specify the control signal for turning on the switching element based on the second period specifying unit that specifies the second period, which is the sum of the extended period and the first period, and the second period. It is equipped with a signal identification unit .
本発明の第2の態様によれば、第1の態様におけるコンバータ装置は、2つのスイッチング素子を有し、前記交流電源の出力する電力を整流するブリッジ回路と、前記制御信号を適用する前記半周期において、前記2つのスイッチング素子の一方へ前記制御信号を出力する制御信号出力部と、を備えるものであってもよい。 According to the second aspect of the present invention, the converter device in the first aspect has two switching elements, a bridge circuit for rectifying the power output from the AC power supply, and the half to which the control signal is applied. A control signal output unit that outputs the control signal to one of the two switching elements may be provided in the cycle.
本発明の第3の態様によれば、第1の態様または第2の態様におけるコンバータ装置において、前記第2期間は、前記半周期内にあってもよい。 According to the third aspect of the present invention, in the converter device in the first aspect or the second aspect, the second period may be within the half cycle.
本発明の第4の態様によれば、第1の態様から第3の態様の何れか1つにおけるコンバータ装置において、前記入力電流の電流値は、前記制御信号が適用される半周期より前の半周期における入力電流の電流値であってもよい。 According to the fourth aspect of the present invention, in the converter device in any one of the first to third aspects, the current value of the input current is before the half cycle to which the control signal is applied. It may be the current value of the input current in a half cycle.
本発明の第5の態様によれば、第4の態様におけるコンバータ装置において、前記入力電流の電流値は、前記制御信号が適用される半周期の直前の半周期における入力電流の電流値であってもよい。 According to the fifth aspect of the present invention, in the converter device according to the fourth aspect, the current value of the input current is the current value of the input current in the half cycle immediately before the half cycle to which the control signal is applied. You may.
本発明の第6の態様によれば、第1の態様から第3の態様の何れか1つにおけるコンバータ装置において、前記入力電流の電流値は、過去の複数の半周期における入力電流の電流値の平均値であってもよい。 According to the sixth aspect of the present invention, in the converter device in any one of the first to third aspects, the current value of the input current is the current value of the input current in the past plurality of half cycles. It may be the average value of.
本発明の第7の態様によれば、第1の態様から第6の態様の何れか1つにおけるコンバータ装置は、前記交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部と、前記ゼロクロス点に基づいて前記半周期の基準となるタイミングを特定する基準特定部と、を備えるものであってもよい。 According to the seventh aspect of the present invention, the converter device in any one of the first to sixth aspects is based on the zero cross detection unit for detecting the zero cross point of the AC voltage and the zero cross point. It may be provided with a reference specifying unit for specifying a timing that serves as a reference for the half cycle.
本発明の第8の態様によれば、第1の態様から第7の態様の何れか1つにおけるコンバータ装置は、前記入力電流に係る物理量に基づいて前記入力電流の電流値を特定する入力電流特定部、を備え、前記入力電流取得部は、前記入力電流特定部が特定した前記電流値を取得するものであってもよい。 According to the eighth aspect of the present invention, the converter device in any one of the first to seventh aspects is an input current that specifies a current value of the input current based on a physical quantity related to the input current. The input current acquisition unit may include a specific unit, and may acquire the current value specified by the input current identification unit.
本発明の第9の態様によれば、制御信号特定方法は、交流電源から入力される電力を直流に変換する装置であり、スイッチング素子を備え、前記スイッチング素子をオン状態にすることで同期整流を行うコンバータ装置が実行する制御信号特定方法であって、前記交流電源から前記コンバータ装置に入力される入力電流の電流値を取得することと、前記入力電流の電流値に基づいて、前記交流電源から出力される交流電圧の半周期について、前記入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第1期間を特定することと、前記第1タイミングの直前及び前記第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、前記第1期間との総和である第2期間を特定することと、前記第2期間に基づいて、前記スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定することと、を含む。 According to the ninth aspect of the present invention, the control signal identification method is a device that converts the power input from an AC power source into a DC, includes a switching element, and synchronously rectifies the switching element by turning it on. This is a control signal specifying method executed by the converter device that performs the above-mentioned method of acquiring the current value of the input current input to the converter device from the AC power supply and the AC power supply based on the current value of the input current. For the half cycle of the AC voltage output from, the first period from the first timing when the input current starts to flow to the second timing when the input current stops flowing is specified, and immediately before the first timing and immediately after the second timing. The second period, which is the sum of the extended period and the first period, is specified, and the control signal for turning on the switching element is set based on the second period. Including to identify .
本発明の第10の態様によれば、プログラムは、交流電源から入力される電力を直流に変換する装置であり、スイッチング素子を備え、前記スイッチング素子をオン状態にすることで同期整流を行うコンバータ装置のコンピュータに、前記交流電源から前記コンバータ装置に入力される入力電流の電流値を取得することと、前記入力電流の電流値に基づいて、前記交流電源から出力される交流電圧の半周期について、前記入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第1期間を特定することと、前記第1タイミングの直前及び前記第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、前記第1期間との総和である第2期間を特定することと、前記第2期間に基づいて、前記スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定することと、を実行させる。 According to the tenth aspect of the present invention, the program is a device that converts the power input from an AC power source into a DC, includes a switching element, and performs synchronous rectification by turning on the switching element. Acquiring the current value of the input current input to the converter device from the AC power supply to the computer of the device, and the half cycle of the AC voltage output from the AC power supply based on the current value of the input current. The first period from the first timing at which the input current starts to flow to the second timing at which the input current stops flowing is specified, and the extension is extended to at least one of immediately before the first timing and immediately after the second timing. The second period, which is the sum of the period and the first period, is specified, and the control signal for turning on the switching element is specified based on the second period .
本発明の実施形態によるコンバータ装置、制御信号特定方法及びプログラムによれば、コンバータ装置において、同期整流制御を確実に行うことができる。 According to the converter device, the control signal specifying method and the program according to the embodiment of the present invention, the synchronous rectification control can be reliably performed in the converter device.
<実施形態>
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるモータ駆動装置について説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置1の構成を示す図である。モータ駆動装置1は、図1に示すように、コンバータ装置2、インバータ装置3、を備える。
コンバータ装置2の第1端子は、交流電源4の第1端子に接続される。コンバータ装置2の第2端子は、交流電源4の第2端子に接続される。コンバータ装置2の第3端子は、インバータ装置3の第1端子に接続される。コンバータ装置2の第4端子は、インバータ装置3の第2端子に接続される。インバータ装置3の第3端子は、モータ5の第1端子に接続される。インバータ装置3の第4端子は、モータ5の第2端子に接続される。インバータ装置3の第5端子は、モータ5の第3端子に接続される。モータ駆動装置1は、交流電源4からの交流電力をコンバータ装置2によって直流電力に変換し、その直流電力をインバータ装置3によって三相交流電力に変換してモータ5に出力する装置である。
<Embodiment>
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
A motor drive device according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
The first terminal of the
交流電源4は、単相の交流電力をコンバータ装置2に供給する。交流電源4は、例えば、図2において電源電圧と記載されている電圧と、図2において入力電流と記載されている電流とをコンバータ装置2に供給する。
モータ5は、インバータ装置3から供給される三相交流電力に応じて回転する。モータ5は、例えば、空気調和機に用いられる圧縮機モータである。
The
The
コンバータ装置2は、図1に示すように、整流回路21、入力電流特定部22、ゼロクロス検出部23、コンバータ制御部24を備える。整流回路21は、図1に示すように、ブリッジ回路200、リアクタ211、コンデンサ216を備える。ブリッジ回路200は、ダイオード212a、213a、コンデンサ212b、213b、抵抗212c、213c、スイッチング素子214、215を備える。
コンバータ装置2は、交流電源4から供給される入力電流の流れる第1期間と、その第1期間の直前及び直後の少なくとも一方へ延びた期間との総和である第2期間において、スイッチング素子214または215に電流を流すこと(すなわち、同期整流制御を行うこと)により、交流電源4からの交流電力を効率よく直流電力に変換する装置である。コンバータ装置2は、その直流電力をインバータ装置3に出力する。
As shown in FIG. 1, the
In the
整流回路21において、リアクタ211の第1端子は、ダイオード212aのアノード、抵抗212cの第1端子、スイッチング素子214の第1端子それぞれに接続される。ダイオード212aのカソードは、コンデンサ212bの第1端子、ダイオード213aのカソード、コンデンサ213bの第1端子、コンデンサ216の第1端子それぞれに接続される。コンデンサ212bの第2端子は、抵抗213cの第2端子に接続される。ダイオード213aのアノードは、抵抗213cの第1端子、スイッチング素子215の第1端子それぞれに接続される。スイッチング素子214の第2端子は、スイッチング素子215の第2端子、コンデンサ216の第2端子それぞれに接続される。リアクタ211の第2端子は、整流回路21の第1端子に接続される。ダイオード213aのアノードは、整流回路21の第2端子に接続される。ダイオード212aのカソードは、整流回路21の第3端子に接続される。スイッチング素子214の第2端子は、整流回路21の第4端子に接続される。スイッチング素子214の第3端子は、整流回路21の第5端子に接続される。スイッチング素子215の第3端子は、整流回路21の第6端子に接続される。
なお、ダイオード212a、コンデンサ212b、抵抗212cから成る回路を第1回路212と呼ぶ。また、ダイオード213a、コンデンサ213b、抵抗213cから成る回路を第2回路213と呼ぶ。
In the
The circuit including the
整流回路21の第1端子は、入力電流特定部22の第1端子、ゼロクロス検出部23の第1端子それぞれに接続される。整流回路21の第2端子は、ゼロクロス検出部23の第2端子に接続される。整流回路21の第5端子は、コンバータ制御部24の第1端子に接続される。整流回路21の第6端子は、コンバータ制御部24の第2端子に接続される。入力電流特定部22の第2端子は、コンバータ制御部24の第3端子に接続される。ゼロクロス検出部23の第3端子は、コンバータ制御部24の第4端子に接続される。
整流回路21の第1端子は、コンバータ装置2の第1端子に接続される。整流回路21の第2端子は、コンバータ装置2の第2端子に接続される。整流回路21の第3端子は、コンバータ装置2の第3端子に接続される。整流回路21の第4端子は、コンバータ装置2の第4端子に接続される。
The first terminal of the
The first terminal of the
リアクタ211は、昇圧動作を実現するために設けられるリアクタである。
ブリッジ回路200は、コンバータ制御部24による制御に基づいて、交流電力を直流電力に整流する。スイッチング素子214、215それぞれは、例えば、スーパージャンクションMOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等である。図1は、スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETである場合の例を示している。スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETである場合、スイッチング素子214、215それぞれにおいて、第1端子はドレインであり、第2端子はソースであり、第3端子はゲートである。スイッチング素子214は、図1に示すように、トランジスタ部214a、ソース-ドレイン間の寄生ダイオード214bを有する。また、スイッチング素子215は、図1に示すように、トランジスタ部215a、ソース-ドレイン間の寄生ダイオード215bを有する。
The
The
コンデンサ216は、ブリッジ回路200の出力する直流電力を平滑化するコンデンサである。コンデンサ216によって、電圧値の変動の少ない直流電圧がコンバータ装置2からインバータ装置3へ供給される。コンデンサ216は、例えば、電解コンデンサである。
The
入力電流特定部22は、交流電源4からコンバータ装置2へ供給される入力電流の電流値を、交流電源4が出力する交流電圧の周期よりも充分に短い周期ごとに特定する。例えば、入力電流特定部22は、交流電源4とコンバータ装置2との間に設けられた電流センサを含み、その電流センサの読み取った入力電流の電流値(入力電流に係る物理量の一例)を特定する。また、例えば、入力電流特定部22は、交流電源4とコンバータ装置2との間に設けられたシャント抵抗を含み、そのシャント抵抗の両端の電位差(入力電流に係る物理量の一例)を抵抗値で除算して電流値を特定するものであってもよい。
入力電流特定部22は、検出した入力電流の電流値をコンバータ制御部24に与える。
The input current specifying
The input current specifying
ゼロクロス検出部23は、交流電源4が出力する電圧のゼロクロス点を検出する。ゼロクロス点は、交流電源4が出力する電圧がゼロボルトを交差するタイミングを示し、そのタイミングがモータ駆動装置1の処理において基準のタイミングとなる。ゼロクロス検出部23は、ゼロクロス点の情報を含むゼロクロス信号を生成する。ゼロクロス検出部23は、ゼロクロス信号をコンバータ制御部24に出力する。
The zero-
コンバータ制御部24は、入力電流特定部22から入力電流の情報を受ける。コンバータ制御部24は、スイッチング素子214、215それぞれのオン状態となる期間とオフ状態となる期間とを制御する。
スイッチング素子214、215の両方を同時にオン状態にすることはなく、スイッチング素子214、215の両方をオフ状態にし、または、スイッチング素子214をオフ状態かつスイッチング素子215をオン状態にする。また、コンバータ制御部24は、交流電源4の第1端子の電位が第2端子の電位よりも低い場合、スイッチング素子214、215の両方を同時にオン状態にすることはなく、スイッチング素子214、215の両方をオフ状態にし、または、スイッチング素子214をオン状態かつスイッチング素子215をオフ状態にする。
The
Both the switching
例えば、スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETであり、交流電源4の第1端子の電位が第2端子の電位よりも高く、コンバータ制御部24がスイッチング素子214、215の両方をオフ状態にした場合(条件1の場合)、交流電源4の第1端子からリアクタ211、第1回路212、コンデンサ216、寄生ダイオード215b、交流電源4の第2端子へと電流が流れて、コンデンサ216が充電される。
また、例えば、スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETであり、交流電源4の第1端子の電位が第2端子の電位よりも高く、スイッチング素子214がオフ状態かつスイッチング素子215がオン状態である場合(条件2の場合)、交流電源4の第1端子からリアクタ211、第1回路212、コンデンサ216、トランジスタ部215a、交流電源4の第2端子へと電流が流れて、コンデンサ216が充電される。
なお、条件2の場合においてトランジスタ部215aのソース-ドレイン間電圧はほぼゼロであるのに対して、条件1の場合における寄生ダイオード215bでは順方向電圧分の電圧降下が生じる。そのため、コンバータ制御部24は、交流電源4の第1端子からコンバータ装置2に電流を供給する場合には、スイッチング素子215をオフ状態にして寄生ダイオード215bに電流を流すよりも、スイッチング素子215をオン状態にしてトランジスタ部215aに電流を流した方が寄生ダイオード215bによる順方向電圧の分だけ交流電力から直流電力への変換効率をよくすることができる。
For example, each of the switching
Further, for example, the switching
In the case of
また、スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETであり、交流電源4の第1端子の電位が第2端子の電位よりも低く、コンバータ制御部24がスイッチング素子214、215の両方をオフ状態にした場合(条件3の場合)、交流電源4の第2端子から第2回路213、コンデンサ216、寄生ダイオード214b、リアクタ211、交流電源4の第1端子へと電流が流れて、コンデンサ216が充電される。
また、スイッチング素子214、215それぞれがスーパージャンクションMOSFETであり、交流電源4の第1端子の電位が第2端子の電位よりも低く、スイッチング素子214がオン状態かつスイッチング素子215がオフ状態である場合(条件4の場合)、交流電源4の第2端子から第2回路213、コンデンサ216、トランジスタ部214a、リアクタ211、交流電源4の第1端子へと電流が流れて、コンデンサ216が充電される。
なお、条件4の場合においてトランジスタ部214aのソース-ドレイン間電圧はほぼゼロであるのに対して、条件3の場合における寄生ダイオード214bでは順方向電圧分の電圧降下が生じる。そのため、コンバータ制御部24は、交流電源4の第2端子からコンバータ装置2に電流を供給する場合には、スイッチング素子214をオフ状態にして寄生ダイオード214bに電流を流すよりも、スイッチング素子214をオン状態にしてトランジスタ部214aに電流を流した方が寄生ダイオード214bによる順方向電圧の分だけ交流電力から直流電力への変換効率をよくすることができる。
Further, each of the switching
Further, when each of the switching
In the case of
すなわち、本発明の一実施形態によるコンバータ制御部24は、交流電源4の第1端子からコンバータ装置2に電流を供給する場合に、スイッチング素子215をオフ状態にして寄生ダイオード215bに電流を流すのではなく、スイッチング素子215をオン状態にしてトランジスタ部215aに電流を流すことによって交流電力から直流電力への変換効率をよくする制御部である。また、本発明の一実施形態によるコンバータ制御部24は、交流電源4の第2端子からコンバータ装置2に電流を供給する場合に、スイッチング素子214をオフ状態にして寄生ダイオード214bに電流を流すのではなく、スイッチング素子214をオン状態にしてトランジスタ部214aに電流を流すことによって交流電力から直流電力への変換効率をよくする制御部である。
That is, when the
コンバータ制御部24は、図3に示すように、基準特定部241、入力電流取得部242、制御信号生成部243、記憶部244を備える。
基準特定部241は、基準となるタイミングを特定する。例えば、基準特定部241は、ゼロクロス検出部23からゼロクロス信号を取得する。基準特定部241は、取得したゼロクロス信号の示す基準のタイミングを特定する。基準特定部241は、特定した基準のタイミングを制御信号生成部243に出力する。
As shown in FIG. 3, the
The
入力電流取得部242は、入力電流特定部22から入力電流の電流値(すなわち、交流電源4からコンバータ装置2へ入力される入力電流の電流値)を、入力電流特定部22の入力電流の検出タイミングごとに取得する。入力電流取得部242は、取得した電流値を制御信号生成部243に出力する。
The input
制御信号生成部243は、基準特定部241から基準のタイミングを取得する。また、制御信号生成部243は、入力電流取得部242から入力電流の電流値を取得する。制御信号生成部243は、基準特定部241から取得した基準のタイミングにおける位相を位相θの基準0度とする。そして、制御信号生成部243は、位相0度から180度までの間オフ状態に制御されているスイッチング素子(スイッチング素子214または215)を、位相0度から180度までの間に入力電流特定部22が入力電流を検出した第1期間(第1期間において入力電流が流れ始めるタイミングが第1タイミングの一例であり、第1期間において入力電流が流れなくなるタイミングが第2タイミングの一例である)と、その期間の直前及び直後の少なくとも一方に延長した期間との総和である第2期間に、オン状態にする信号を特定する。
例えば、制御信号生成部243は、入力電流の電流値がゼロである場合のノイズを入力電流として誤検出しないように、ノイズよりも大きい値の電流しきい値(例えば、図4に示す電流しきい値3アンペア)を予め設定する。制御信号生成部243は、入力電流特定部22から入力電流の電流値を取得する度に、取得した入力電流の電流値とその電流しきい値とを比較する。
制御信号生成部243は、比較結果に基づいて、入力電流の電流値が電流しきい値を超えている期間(例えば、図4に示す期間β1)を特定する。入力電流の電流値が電流しきい値を超えている期間β1の値(期間β1の始まりの位相と終わりの位相との位相差)ごとに、入力電流が流れ始めてから流れ終わるまでの期間(例えば、図4に示す期間β2)を特定するため、すなわち第1期間を特定するための位相の補正値であるθ1、θ2を関連付けて、例えば、記憶部244が予め記憶する。補正値θ1は、期間を直前へ延長する補正値である。補正値θ2は、期間を直後へ延長する補正値である。制御信号生成部243は、比較結果に基づいて、入力電流の電流値が電流しきい値を超えている期間β1があると判定した場合、その期間β1を直前へθ1延長し直後へθ2延長した期間β2に対して、さらに、直前及び直後の少なくとも一方へαだけ延長した期間(図4に示す例では、期間β2に対して、直前及び直後の両方にそれぞれαを延長した期間)を、スイッチング素子をオン状態にする第2期間と特定する。そして、制御信号生成部243は、特定した期間にスイッチング素子をオン状態にする信号を特定する。
制御信号生成部243は、特定した信号の位相を180度遅延させて、次の半周期(制御信号を適用する半周期の一例)の制御信号である第1制御信号としてスイッチング素子(スイッチング素子214または215)に出力する。また、制御信号生成部243は、位相0度から180度までの間にオン状態に制御されたスイッチング素子を次の半周期の間オフ状態にする第2制御信号を、その位相0度から180度までの間に特定する。そして、制御信号生成部243は、次の半周期に特定した第2制御信号を、第1制御信号を出力するスイッチング素子とは別のスイッチング素子(スイッチング素子215または214)に出力する。
なお、入力電流の検出された第1期間を含む第2期間への延長は、その半周期の期間の始まりが限界となる。また、入力電流の検出された第1期間を含む第2期間への延長は、その半周期の期間の終わりが限界となる。
The control
For example, the control
The control
The control
The extension of the input current to the second period including the detected first period is limited to the beginning of the half cycle period. Further, the extension of the input current to the second period including the detected first period is limited to the end of the half cycle period.
例えば、位相0度から180度までの間に制御信号生成部243がスイッチング素子215をオン状態にする制御を行い、入力電流特定部22が図2に示す入力電流を検出した場合、制御信号生成部243は、図3に示す入力電流が正の電流値である期間から前後それぞれに位相α分だけ期間を延ばした信号を特定する。そして、制御信号生成部243は、生成した信号の位相に対して位相180度を加える。すなわち、制御信号生成部243は、特定した信号を次の半周期(位相180度から360度までの期間)におけるスイッチング素子214の制御信号とする。制御信号生成部243は、位相180度から360度までの期間にその制御信号をスイッチング素子214に出力する。また、制御信号生成部243は、スイッチング素子215を、位相180度から360度までの期間オフ状態にする制御信号を特定する。制御信号生成部243は、特定した制御信号を位相180度から360度までの期間にスイッチング素子215に出力する。それ以降、制御信号生成部243は、図3に示す入力電流が負の電流値である期間についても上記処理と同様の処理を行うことで、半周期ごとに第2期間に基づいて次の半周期の制御信号を特定し、特定した制御信号をスイッチング素子214、215それぞれに出力する。
制御信号生成部243は、第1期間特定部の一例、第2期間特定部の一例、制御信号特定部の一例、制御信号出力部の一例である。すなわち、制御信号生成部243は、図5に示すように、第1期間特定部、第2期間特定部、制御信号特定部、制御信号出力部を含む。
For example, when the control
The control
第1期間特定部は、入力電流の電流値に基づいて、交流電源4から出力される交流電圧の半周期について、入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第1期間を特定する。
第2期間特定部は、第1タイミングの直前及び第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、第1期間との総和である第2期間を特定する。
制御信号特定部は、第2期間に基づいて、スイッチング素子(例えば、スイッチング素子214、215)をオン状態にする制御信号を特定する。
制御信号出力部は、制御信号を適用する半周期において、2つのスイッチング素子の一方へ制御信号を出力する。
Based on the current value of the input current, the first period specifying unit sets the first period from the first timing when the input current starts to flow to the second timing when the input current stops flowing for the half cycle of the AC voltage output from the
The second period specifying unit specifies the second period, which is the sum of the extended period when it is extended to at least one of immediately before the first timing and immediately after the second timing, and the first period.
The control signal specifying unit identifies a control signal for turning on the switching element (for example, switching
The control signal output unit outputs a control signal to one of the two switching elements in a half cycle in which the control signal is applied.
記憶部244は、コンバータ制御部24が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。例えば、記憶部244は、入力電流の電流値が電流しきい値を超えている期間β1の値ごとに、入力電流の電流値が流れる始めてから流れ終わるまでの期間(例えば、図4に示す期間β2)、すなわち第1期間を特定するための位相の補正値であるθ1、θ2を関連付けて予め記憶する。
The
インバータ装置3は、IPM(Intelligent Power Module)31、インバータ制御部32を備える。
IPM31は、インバータ制御部32による制御に基づいて、直流電力から三相交流電力を生成する。IPM31は、生成した三相交流電力をモータに供給する。IPM31は、例えば、6つのスイッチング素子から成るブリッジ回路である。
The
The
インバータ制御部32は、IPM31を制御する。具体的には、インバータ制御部32は、IPM31に直流電力から三相交流電力を生成させる。例えば、IPM31が6つのスイッチング素子から成るブリッジ回路である場合、インバータ制御部32は、6つのスイッチング素子それぞれのオン状態となる期間とオフ状態となる期間とを切り替えることによって、6つのスイッチング素子それぞれに流れる電流を制御することで、IPM31に直流電力から三相交流電力を生成させる。
The
次に、本発明の一実施形態によるコンバータ制御部24の処理について説明する。
ここでは、図6に示すコンバータ制御部24の処理について説明する。
入力電流特定部22は、交流電源4からコンバータ装置2へ供給される入力電流を、交流電源4が出力する交流電圧の周期よりも充分に短い周期ごとに検出する。入力電流特定部22は、検出した入力電流の電流値をコンバータ制御部24に与える。
Next, the processing of the
Here, the processing of the
The input current specifying
ゼロクロス検出部23は、交流電源4が出力する電圧のゼロクロス点を検出する。ゼロクロス検出部23は、ゼロクロス点の情報を含むゼロクロス信号を生成する。ゼロクロス検出部23は、ゼロクロス信号をコンバータ制御部24に出力する。
The zero-
基準特定部241は、ゼロクロス検出部23からゼロクロス信号を取得する(ステップS1)。基準特定部241は、取得したゼロクロス信号の示す基準のタイミングを特定する(ステップS2)。基準特定部241は、特定した基準のタイミングを制御信号生成部243に出力する。
The
入力電流取得部242は、入力電流特定部22から入力電流の電流値を、入力電流特定部22の入力電流の検出タイミングごとに取得する(ステップS3)。入力電流取得部242は、取得した電流値を制御信号生成部243に出力する。
The input
制御信号生成部243は、基準特定部241から基準のタイミングを取得する。また、制御信号生成部243は、入力電流取得部242から入力電流の電流値を取得する。制御信号生成部243は、基準特定部241から取得した基準のタイミングを位相θの基準0度とする(ステップS4)。制御信号生成部243は、位相0度から180度までの間オフ状態に制御されているスイッチング素子(スイッチング素子214または215)を、位相0度から180度までの間に第2期間に、オン状態にする第1制御信号を特定する(ステップS5)。
具体的には、制御信号生成部243は、入力電流の電流値がゼロである場合のノイズを入力電流として誤検出しないように、ノイズよりも大きい値の電流しきい値(例えば、図4に示す電流しきい値3アンペア)を予め設定する。制御信号生成部243は、入力電流特定部22から入力電流の電流値を取得する度に、取得した入力電流の電流値とその電流しきい値とを比較する。制御信号生成部243は、比較結果に基づいて、入力電流の電流値が電流しきい値を超えている期間(例えば、図4に示す期間β1)を特定する。入力電流の電流値が電流しきい値を超えている期間β1の長さごとに、入力電流が流れ始めてから流れ終わるまでの期間(例えば、図4において期間β2)、すなわち第1期間を特定するための位相の補正値であるθ1、θ2が関連付けられている。補正値θ1は、期間を直前へ延長する補正値である。補正値θ2は、期間を直後へ延長する補正値である。制御信号生成部243は、入力電流の電流値が電流しきい値を超えている期間β1を直前へθ1延長し、直後へθ2延長した期間β2に対して、さらに、直前及び直後の少なくとも一方へαだけ延長した期間(図4に示す例では、期間β2に対して、直前及び直後の両方にそれぞれαを延長した期間)を、スイッチング素子をオン状態にする第2期間と特定する。
制御信号生成部243は、次の半周期に、特定した第1制御信号をスイッチング素子(スイッチング素子214または215)に出力する(ステップS6)。また、制御信号生成部243は、位相0度から180度までの間にオン状態に制御されたスイッチング素子を次の半周期の間オフ状態にする第2制御信号を、位相0度から180度までの間に特定する(ステップS7)。制御信号生成部243は、特定した第2制御信号を次の半周期の間にスイッチング素子(スイッチング素子215または214)に出力する(ステップS8)。制御信号生成部243は、ステップS1に処理を戻す。
The control
Specifically, the control
The control
以上、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置1について説明した。
本発明の一実施形態によるコンバータ装置2において、入力電流取得部242は、交流電源4からコンバータ装置2へ入力される入力電流の電流値を取得する。制御信号生成部243(第1期間特定部の一例)は、入力電流の電流値に基づいて、交流電源4から出力される交流電圧の半周期について、入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第1期間を特定する。制御信号生成部243(第2期間特定部の一例)は、第1タイミングの直前及び第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、第1期間との総和である第2期間を特定する。制御信号生成部243(制御信号特定部の一例)は、第2期間に基づいて、スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定する。
こうすることで、モータ駆動装置1のコンバータ装置2は、入力電流の流れる第1期間を含む第2期間に、スイッチング素子214または215に確実に電流を流す制御(同期整流制御)を行うことができる。そのため、コンバータ装置2は、ダイオードブリッジによって構成された整流回路を用いる場合に比べてダイオードの順方向電圧による電圧降下の分だけ確実に交流電力から直流電力への変換効率をよくすることができる。
The
In the
By doing so, the
なお、本発明の一実施形態では、制御信号生成部243は、基準のタイミングから半周期ごとにスイッチング素子214または215をオフ状態に制御するものとして説明した。しかしながら、本発明の別の実施形態では、制御信号生成部243は、基準のタイミングから半周期ごとにスイッチング素子214または215をオフ状態に制御する代わりに、入力電流を、交流電源4の出力する交流電圧の周期に近づけるとともに、正弦波に近づけるように(すなわち、高調波歪みを所望の歪み率以下にするように)、例えば、図7に示すようなPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御信号を用いたPAM制御を行うものであってもよい。なお、この場合、制御信号生成部243は、入力電流に応じてPAM制御信号を生成するPWM(Pulse Width Modulation)生成技術を用いればよい。制御信号生成部243がPAM制御を行った場合には、入力電流は、図7において実線によって示される波形から例えば図7において破線によって示される波形になる。その結果、入力電流の歪み率は改善される。なお、入力電流の検出された第1期間の直前への延長による第2期間への延長は、その半周期の期間の始まりが限界となる。また、入力電流の検出された第1期間の直後への延長による第2期間への延長は、その半周期の期間の終わりが限界となる。そのため、PAM制御によって入力電流波形が交流電源4の出力する交流電圧の周期と同様の周期まで改善された場合には、制御信号生成部243は、入力電流の検出された第1期間から第2期間への延長を行わない。また、同期整流とPAM制御が同時に行われる場合において、スイッチング素子214、215の両方が同時にオン状態になる場合があることは、いうまでもない。
In one embodiment of the present invention, the control
なお、本発明の一実施形態では、ブリッジ回路200は、ダイオード212aを含む第1回路212と、ダイオード213aを含む第2回路213とを含むものとして説明した。しかしながら、本発明の別の実施形態では、第1回路212、第2回路213は、スイッチング素子であってもよい。第1回路212、第2回路213が、スイッチング素子である場合、第1回路212、第2回路213における電圧降下が改善され、さらに交流電力から直流電力への変換効率が向上する。なお、一般的に、スイッチング素子よりもダイオード、抵抗、コンデンサの方が安価であるという理由により、本発明の一実施形態におけるブリッジ回路200は、第1回路212、第2回路213がスイッチング素子である別の実施形態に比べて安価に実現できるという効果が期待できる。
In one embodiment of the present invention, the
なお、本発明の上記各実施形態では、制御信号生成部243は、次の半周期の制御信号を直前の半周期における入力電流に基づいて特定するものとして説明した。しかしながら、本発明の別の実施形態では、制御信号生成部243は、直前の半周期の代わりに、直前の半周期より前の半周期(ただし、急激な入力電流の変化がない、すなわち、制御信号を適用するときの入力電流と同様の入力電流であった過去の期間における任意の半周期)における入力電流に基づいて、制御信号を特定するものであってもよい。なお、過去の期間における任意の半周期は、予め実験などを行って入力電流の波形が所定の違いの範囲内となる過去の期間を決定し、決定した期間内の任意の半周期とすればよい。
また、本発明の別の実施形態では、制御信号生成部243は、過去の複数の半周期における入力電流の平均電流値に基づいて、制御信号を特定するものであってもよい。
In each of the above embodiments of the present invention, the control
Further, in another embodiment of the present invention, the control
なお、本発明の別の実施形態では、第2期間に対して直前へ延長する期間αと直後へ延長する期間αとは異なる期間であってもよい。また、期間αは0(ゼロ)であってもよい。 In another embodiment of the present invention, the period α that extends immediately before and the period α that extends immediately after the second period may be different. Further, the period α may be 0 (zero).
なお、本発明の各実施形態における記憶部244、その他の記憶装置等は、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部244、その他の記憶装置等は、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。
The
なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。 In the processing according to the embodiment of the present invention, the order of the processing may be changed as long as the appropriate processing is performed.
本発明の実施形態について説明したが、上述のコンバータ制御部24、インバータ制御部32、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
図8は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ50は、図8に示すように、CPU60、メインメモリ70、ストレージ80、インターフェース90を備える。
例えば、上述のコンバータ制御部24、インバータ制御部32、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ50に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ80に記憶されている。CPU60は、プログラムをストレージ80から読み出してメインメモリ70に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU60は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ70に確保する。
Although the embodiment of the present invention has been described, the
FIG. 8 is a schematic block diagram showing the configuration of a computer according to at least one embodiment.
As shown in FIG. 8, the
For example, each of the
ストレージ80の例としては、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ80は、コンピュータ50のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース90または通信回線を介してコンピュータ50に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ50に配信される場合、配信を受けたコンピュータ50が当該プログラムをメインメモリ70に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも1つの実施形態において、ストレージ80は、一時的でない有形の記憶媒体である。
Examples of the
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 Further, the above program may realize a part of the above-mentioned functions. Further, the program may be a file that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system, a so-called difference file (difference program).
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、種々の省略、種々の置き換え、種々の変更を行ってよい。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are examples and do not limit the scope of the invention. These embodiments may be subject to various additions, various omissions, various replacements, and various modifications without departing from the gist of the invention.
1・・・モータ駆動装置
2・・・コンバータ装置
3・・・インバータ装置
4・・・交流電源
5・・・モータ
21・・・整流回路
22・・・入力電流特定部
23・・・ゼロクロス検出部
24・・・コンバータ制御部
31・・・IPM
32・・・インバータ制御部
50・・・コンピュータ
60・・・CPU
70・・・メインメモリ
80・・・ストレージ
90・・・インターフェース
200・・・ブリッジ回路
211・・・リアクタ
212・・・第1回路
212a、213a・・・ダイオード
212b、213b、216・・・コンデンサ
212c、213c・・・抵抗
213・・・第2回路
214、215・・・スイッチング素子
241・・・基準特定部
242・・・入力電流取得部
243・・・制御信号生成部
1 ...
32 ...
70 ...
Claims (10)
前記スイッチング素子と、
前記交流電源から入力される入力電流の電流値を取得する入力電流取得部と、
前記入力電流の電流値に基づいて、前記交流電源から出力される交流電圧の半周期について、前記入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第1期間を特定する第1期間特定部と、
前記第1タイミングの直前及び前記第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、前記第1期間との総和である第2期間を特定する第2期間特定部と、
前記第2期間に基づいて、前記スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定する制御信号特定部と、
を備えるコンバータ装置。 It is a device that converts the power input from an AC power supply into direct current, and is a converter device that performs synchronous rectification by turning on the switching element.
With the switching element
An input current acquisition unit that acquires the current value of the input current input from the AC power supply, and
Based on the current value of the input current, for the half cycle of the AC voltage output from the AC power supply, the first period for specifying the first period from the first timing at which the input current starts to flow to the second timing at which the input current stops flowing is specified. With a specific part
A second period specifying part that specifies the second period, which is the sum of the extended period immediately before the first timing and immediately after the second timing at least one of them, and the first period.
Based on the second period, a control signal specifying unit that specifies a control signal that turns on the switching element, and a control signal specifying unit.
A converter device equipped with.
前記制御信号を適用する前記半周期において、前記2つのスイッチング素子の一方へ前記制御信号を出力する制御信号出力部と、
を備える請求項1に記載のコンバータ装置。 A bridge circuit that has two switching elements and rectifies the power output by the AC power supply,
A control signal output unit that outputs the control signal to one of the two switching elements in the half cycle to which the control signal is applied.
The converter device according to claim 1.
前記半周期内にある、
請求項1または請求項2に記載のコンバータ装置。 The second period is
Within the half cycle,
The converter device according to claim 1 or 2.
前記制御信号が適用される半周期より前の半周期における入力電流の電流値である、 請求項1から請求項3の何れか一項に記載のコンバータ装置。 The current value of the input current is
The converter device according to any one of claims 1 to 3, which is a current value of an input current in a half cycle before the half cycle to which the control signal is applied.
前記制御信号が適用される半周期の直前の半周期における入力電流の電流値である、 請求項4に記載のコンバータ装置。 The current value of the input current is
The converter device according to claim 4, which is the current value of the input current in the half cycle immediately before the half cycle to which the control signal is applied.
過去の複数の半周期における入力電流の電流値の平均値である、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載のコンバータ装置。 The current value of the input current is
The average value of the input currents in the past multiple half cycles,
The converter device according to any one of claims 1 to 3.
前記ゼロクロス点に基づいて前記半周期の基準となるタイミングを特定する基準特定部と、
を備える請求項1から請求項6の何れか一項に記載のコンバータ装置。 A zero-cross detection unit that detects the zero-cross point of the AC voltage,
A reference specifying unit that specifies the reference timing of the half cycle based on the zero cross point,
The converter device according to any one of claims 1 to 6.
を備え、
前記入力電流取得部は、
前記入力電流特定部が特定した前記電流値を取得する、
請求項1から請求項7の何れか一項に記載のコンバータ装置。 An input current specifying unit that specifies the current value of the input current based on the physical quantity related to the input current.
Equipped with
The input current acquisition unit is
Acquires the current value specified by the input current specifying unit.
The converter device according to any one of claims 1 to 7.
前記交流電源から前記コンバータ装置に入力される入力電流の電流値を取得することと、
前記入力電流の電流値に基づいて、前記交流電源から出力される交流電圧の半周期について、前記入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第1期間を特定することと、
前記第1タイミングの直前及び前記第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、前記第1期間との総和である第2期間を特定することと、
前記第2期間に基づいて、前記スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定することと、
を含む制御信号特定方法。 It is a device that converts the power input from an AC power supply into direct current, and is a control signal identification method executed by a converter device that has a switching element and performs synchronous rectification by turning on the switching element.
Acquiring the current value of the input current input to the converter device from the AC power supply, and
Based on the current value of the input current, for the half cycle of the AC voltage output from the AC power supply, the first period from the first timing when the input current starts to flow to the second timing when the input current stops flowing is specified.
To specify the second period, which is the sum of the extended period immediately before the first timing and at least one immediately after the second timing, and the first period.
Identifying the control signal that turns on the switching element based on the second period, and
Control signal identification method including.
前記交流電源から前記コンバータ装置に入力される入力電流の電流値を取得することと、
前記入力電流の電流値に基づいて、前記交流電源から出力される交流電圧の半周期について、前記入力電流が流れ始める第1タイミングから流れなくなる第2タイミングまでの第1期間を特定することと、
前記第1タイミングの直前及び前記第2タイミングの直後の少なくとも一方に延長したときの延長した期間と、前記第1期間との総和である第2期間を特定することと、
前記第2期間に基づいて、前記スイッチング素子をオン状態にする制御信号を特定することと、
を実行させるプログラム。 A device that converts the power input from an AC power supply into direct current, and is a computer of a converter device that has a switching element and performs synchronous rectification by turning on the switching element .
Acquiring the current value of the input current input to the converter device from the AC power supply, and
Based on the current value of the input current, for the half cycle of the AC voltage output from the AC power supply, the first period from the first timing when the input current starts to flow to the second timing when the input current stops flowing is specified.
To specify the second period, which is the sum of the extended period immediately before the first timing and at least one immediately after the second timing, and the first period.
Identifying the control signal that turns on the switching element based on the second period, and
A program to execute.
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