JPH08205548A - 電力変換装置および電力変換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチング素子による短絡を出力の歪みな
しに確実に防止するとともに、電流サンプル値の誤差を
的確に回避できる電力変換装置を得る。 【構成】 ブリッジ回路のスイッチング素子３ａ・３ｂ
を三角波比較方式のパルス幅変調制御により相補的にオ
ンオフさせ、三角波の頂点で電流サンプルを行う電力変
換装置において、電流がブリッジ回路から流れ出す場
合、変調信号である出力電圧指令信号と搬送波である三
角波信号とを比較したパルス幅変調信号の立上り時間を
短絡防止時間分早め、電流がブリッジ回路に流れ込む場
合、立下り時間を短絡防止時間分早めることにより、短
絡防止時間に相当するパルス幅減少の補正を電流サンプ
ル点に関し対称的に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力変換装置、特
に、そのパルス幅変調（以下、ＰＷＭという）制御に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開昭６３−２４０３７７号公
報を引用し、電力変換装置の例としてＰＷＭインバータ
を挙げて説明する。第９図に、従来の主回路・制御回路
構成図を示す。主回路の、電圧Ｅを持つ直流電圧源１ａ
・１ｂは、同方向に直列接続されている。第１のダイオ
ード２ａと第１のスイッチング素子３ａおよび第２のダ
イオード２ｂと第２のスイッチング素子３ｂはそれぞれ
逆並列接続され、ブリッジ回路を成す。その接続点ｘと
直流電圧源１ａと１ｂの接続点ｙを入力としてインダク
タ４とコンデンサ５で構成されるフィルタＦが接続さ
れ、その後段に負荷１６が接続されている。制御回路部
Ｃは、インダクタ４に流れ、矢印方向を正とする電流２
５と出力電圧２６を、検出回路１７で検出し、制御回路
演算部１８で出力電圧指令信号７を出力する。これを、
直流バイアス重畳部５９で直流バイアス８を出力電圧指
令信号７に加算し信号６０とし、これと搬送波信号発生
部１９から出力される搬送波信号６とを比較部２０で比
較する。この比較出力がパルス幅変調信号６１であり、
これは更に短絡防止時間（以下Ｔｄという）発生部２３
でＴｄを発生した信号６２となり、駆動回路２４を介し
てスイッチング素子３ａ・３ｂに指令として与えられ
る。

【０００３】スイッチング素子を駆動する際、上下アー
ムのスイッチング素子２ａ・２ｂが同時導通して直流電
源の短絡を防ぐためＴｄを設けて、上下アームの一方の
スイッチング素子がオフした後、一定時間後にもう一方
のスイッチング素子をオンするようにしている。三角波
比較ＰＷＭのパルス幅変調信号は、第１０図に示す搬送
波信号６と出力電圧指令信号７との比較出力１０として
得られる。パルス幅ｔ１は、搬送波信号６と出力電圧指
令信号７の交点をＴ１・Ｔ２とすれば、ｔ１＝Ｔ２−Ｔ
１となり、出力電圧指令信号７の振幅と比例する。

【０００４】このパルスはＴｄの期間だけパルス幅が減
少し、ｔ２＝ｔ１−Ｔｄなるパルス幅（パルス幅変調信
号１１）でスイッチを駆動する。このため、出力電圧の
波形は出力電流の方向（極性）によって振幅が減少し、
平均的にみると出力電圧の振幅が指令値よりも小さくな
り、大きな電圧歪を生ずる。そこで、出力電圧指令信号
７に、Ｔｄと等しいパルスの広がりを与える直流バイア
ス信号８を加算する。

【０００５】第１０図において、直流バイアス信号８を
加算した出力電圧指令信号９と搬送波信号６との交点を
Ｔ３・Ｔ４とすればパルス幅ｔ３はｔ３＝Ｔ４−Ｔ３と
なる。また、直流バイアス信号８により広がるパルス幅
の増分をΔｔｂとすればｔ３＝ｔ１＋Δｔｂと表すこと
ができる。このパルスは、Ｔｄ分減少し、スイッチを駆
動するパルス幅ｔ４はｔ４＝ｔ３−Ｔｄとなる。 ここで、ｔ３＝ｔ１＋Δｔｂ ｔ４＝ｔ３−Ｔｄ なる関係から ｔ４＝ｔ１＋Δｔｂ−Ｔｄ を得る。

【０００６】このΔｔｂがＴｄと等しくなるように直流
バイアス信号８を加算することによりΔｔｂ＝Ｔｄか
ら、ｔ４＝ｔ１なる関係が成立する。このことは、スイ
ッチを駆動するパルス幅ｔ４は出力電圧指令信号７に比
例したパルス幅ｔ１と等しいということであり出力波形
は、Ｔｄによるパルス幅の減少を補正したものとして得
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のようなＴｄ補正
は、パルス幅はＴｄ補正する前のｔ１と同じ幅のｔ４を
得ることができる。しかし、パルスの立上り時間はずれ
てくる。つまり、Ｔｄ補正する前のパルス幅変調信号１
０の立上り点Ｔ１とＴｄ補正後のパルス幅変調指令信号
１３の立上り点はパルス幅変調指令信号１３の立ち上が
りの方がＴｄ／２だけ遅れることになる。インダクタン
ス４に流れる電流はリップルを持ち、電流１４は、電流
が矢印方向を正とした場合、スイッチング素子３ａのオ
ン期間に増加し、オフ期間に減衰する。

【０００８】この場合パルス幅指令信号１３がスイッチ
ング素子３ａの指令信号とすると、電流波形は第１０図
の電流１４のようになる。この電流１４の電流サンプル
点を考えると、電流サンプルは、搬送波信号６の頂点で
行っているので、電流１４のサンプル点は、Ａ点とな
り、電流１４の増加期間の中間点でサンプルすることが
できず、サンプルした電流値に誤差を与えるという問題
があった。

【０００９】この発明は、かかる問題を解決するために
なされたもので、Ｔｄによる出力電圧の振幅減少を補正
しながら、電流サンプル点を適切な時点にもってくるこ
とによって、電流を誤差なくサンプルすることを目的と
している。

【００１０】第１の発明は、スイッチング素子による短
絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、電流サ
ンプル値の誤差を的確に回避できる電力変換装置を得る
ことを目的とする。

【００１１】第２の発明は、スイッチング素子による短
絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、電流サ
ンプル値の誤差を更に的確に回避できる電力変換方法を
得ることを目的とする。

【００１２】第３の発明は、スイッチング素子による短
絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、電流サ
ンプル値の誤差を的確に回避でき、かつ、力率１制御を
行うことができる電力変換方法を得ることを目的とす
る。

【００１３】第４の発明は、スイッチング素子による短
絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、電流サ
ンプル値の誤差をより一層的確に回避できる電力変換方
法を得ることを目的とする。

【００１４】第５の発明は、スイッチング素子による短
絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、電流サ
ンプル値の誤差を的確に回避できる、適切な構成の電力
変換装置を得ることを目的とする。

【００１５】第６の発明は、スイッチング素子による短
絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、電流サ
ンプル値の誤差をより的確に回避できる、適切な構成の
電力変換装置を得ることを目的とする。

【００１６】第７の発明は、スイッチング素子による短
絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、電流サ
ンプル値の誤差を一層的確に回避できる、適切な構成の
電力変換装置を得ることを目的とする。

【００１７】この発明の実施例では、次のような具体的
目的を有する。この発明は、かかる問題を解決するため
になされたもので、Ｔｄによる出力電圧の振幅減少を補
正しながら、電流サンプル点を傾斜の中心に持ってくる
ことで電流を誤差なくサンプルする方法及びその回路を
提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、パルス
幅変調信号に対する前記スイッチング素子の短絡防止時
間に相当するパルス幅減少の補正を、パルス幅変調信号
について電流サンプル点に関し対称的に行う。

【００１９】第２の発明では、電流がブリッジ回路から
流れ出す場合、変調信号である出力電圧指令信号と搬送
波である三角波信号とを比較したパルス幅変調信号の立
上り時間を短絡防止時間分早め、電流がブリッジ回路に
流れ込む場合、立下り時間を短絡防止時間分早めること
により、前記第１および第２スイッチング素子の短絡防
止時間によるパルス幅変調波形パルス幅の減少のため起
る出力電圧の歪みを補正するとともに、電流サンプル値
に誤差を生じさせないようにする。

【００２０】第３の発明では、力率１制御のための位相
制御を行い、出力電圧指令信号が正の場合、パルス幅変
調信号の立上り時間を短絡防止時間分早め、負の場合、
立下り時間を短絡防止時間分早めることにより、第１お
よび第２のスイッチング素子の短絡防止時間によるパル
ス幅変調波形パルス幅の減少のため起る出力電圧の歪み
を補正するとともに、電流サンプル値に誤差を生じさせ
ないようにする。

【００２１】第４の発明では、電流がブリッジから流れ
だし、パルス幅変調信号のＬＯＷレベルの時間が短絡防
止時間よりも短い場合、その期間中第２のスイッチング
素子をオフさせ第１のスイッチング素子を短絡防止時間
を設けずにオンさせることにより、前記第１および第２
のスイッチング素子の短絡防止時間によるパルス幅変調
波形パルス幅の減少のため起る出力電圧の歪みを補正す
るとともに、電流サンプル値に誤差を生じさせないよう
にする。

【００２２】第５の発明では、出力電流および出力電圧
を検出する検出部と、この電流および電圧から出力電圧
指令信号を導出する制御演算部と、この出力電圧指令信
号と搬送波信号発生部からの搬送波信号とを比較しパル
ス幅変調信号を導出する比較部と、前記電流の極性を判
別する極性判別部と、この極性判別部の判別結果に応じ
てパルス幅を操作するパルス幅操作部と、短絡防止時間
に相当する信号を発生しパルス幅を補正する短絡防止時
間発生部とを備える。

【００２３】第６の発明では、出力電流および出力電圧
を検出する検出部と、この電流および電圧から出力電圧
指令信号を導出する制御演算部と、この出力電圧指令信
号と搬送波信号発生部からの搬送波信号とを比較しパル
ス幅変調信号を導出する比較部と、短絡防止時間に相当
する信号を発生しパルス幅を補正する短絡防止時間発生
部と、前記電流の極性を判別する極性判別部と、この極
性判別部の判別結果によって切り替わり極性に応じてパ
ルス幅変調信号の補正を行う複数の切り替え部とを備え
る。

【００２４】第７の発明では、出力電流および出力電圧
を検出する検出部と、この電流および電圧から出力電圧
指令信号を導出する制御演算部と、この出力電圧指令信
号と搬送波信号発生部からの搬送波信号とを比較しパル
ス幅変調信号を導出する比較部と、出力電圧指令または
電流により前記電流の極性を判別する極性判別部と、こ
の極性判別部の判別結果に応じてパルス幅を操作するパ
ルス幅操作部と、短絡防止時間に相当する信号を発生し
パルス幅を補正する短絡防止時間発生部と、前記パルス
幅変調信号と短絡防止時間とを比較しパルス幅変調信号
の補正の要否を判別するパルス幅判別部とを備える。

【００２５】この発明の実施例では、次のような具体的
手段を有する。スイッチング素子とダイオードとを逆並
列接続してなるブリッジ回路の前記スイッチング素子を
三角波比較方式のＰＷＭ制御により相補的にオンオフさ
せ、三角波の頂点で電流サンプルする電力変換装置にお
いて、電流がブリッジから流れ出す場合、変調信号であ
る出力電圧指令信号と搬送波である三角波信号とを比較
したパルス幅変調信号の立ち上がる時間を短絡防止時間
分早め、電流がブリッジに流れ込む場合、立ち下がり時
間を短絡防止時間分早めることにより、Ｔｄ補正を行う
ようにしたものである。

【００２６】スイッチング素子とダイオードとを逆並列
接続してなるブリッジ回路の前記スイッチング素子を三
角波比較方式のＰＷＭ制御により相補的にオンオフさ
せ、三角波の頂点で電流サンプルする電力変換装置にお
いて、力率１制御を行い、出力電圧指令信号が正の場
合、パルス幅変調信号の立ち上がる時間を短絡防止時間
分早め、負の場合、立ち下がり時間を短絡防止時間分早
めることにより、Ｔｄ補正を行うようにしたものであ
る。

【００２７】この発明に関わる三角波比較ＰＷＭ制御方
法で、電流がブリッジから流れだし、パルス幅変調信号
のＬＯＷレベルの時間が短絡防止時間よりも短い場合、
その期間中下スイッチング素子をオフさせ上スイッチン
グ素子を短絡防止時間を設けずにオンさせることによ
り、Ｔｄ補正を行うようにしたものである。

【００２８】この発明に関わるＰＷＭ制御回路において
は、検出部、制御演算部、搬送波信号発生部、比較部、
電流による極性判別部、パルス幅操作部、Ｔｄ発生部、
を備えたものである。

【００２９】この発明に関わるＰＷＭ制御回路において
は、検出部、制御演算部、搬送波信号発生部、比較部、
出力電圧指令による極性判別部、パルス幅操作部、Ｔｄ
発生部、を備えたものである。

【００３０】この発明に関わるＰＷＭ制御回路において
は、検出部、制御演算部、搬送波信号発生部、比較部、
出力電圧指令信号又は電流による極性判別部、パルス幅
操作部、Ｔｄ発生部、極性判別部の結果で切り替わる切
り替え部を備えたものである。

【００３１】

【作用】第１の発明においては、パルス幅変調信号に対
するスイッチング素子の短絡防止時間に相当するパルス
幅減少の補正が、パルス幅変調信号について電流サンプ
ル点に関し対称的に行われる。

【００３２】第２の発明においては、電流がブリッジ回
路から流れ出す場合、変調信号である出力電圧指令信号
と搬送波である三角波信号とを比較したパルス幅変調信
号の立上り時間が短絡防止時間分だけ早められ、また、
電流がブリッジ回路に流れ込む場合、立下り時間が短絡
防止時間分だけ早められる。

【００３３】第３の発明においては、力率１制御のため
の位相制御が行われる。

【００３４】第４の発明においては、電流がブリッジか
ら流れだし、パルス幅変調信号のＬＯＷレベルの時間が
短絡防止時間よりも短い場合、その期間中第２のスイッ
チング素子がオフとなり、第１のスイッチング素子が短
絡防止時間を設けずにオンされる。

【００３５】第５の発明においては、検出部、制御演算
部、搬送波信号発生部、比較部、電流による極性判別
部、パルス幅操作部、Ｔｄ発生部がスイッチング素子駆
動用のパルス幅変調信号を生成する。

【００３６】第６の発明においては、検出部、制御演算
部、出力電圧指令信号による極性判別部、出力電圧指令
信号操作部、搬送波信号発生部、比較部、極性判別部の
結果によって切り替わる複数の切り替え部、Ｔｄ発生部
がスイッチング素子駆動用のパルス幅変調信号を生成す
る。

【００３７】第７の発明においては、検出部、制御演算
部、搬送波信号発生部、比較部、出力電圧指令又は電流
による極性判別部、パルス幅操作部、パルス幅判別部、
Ｔｄ発生部がスイッチング素子駆動用のパルス幅変調信
号を生成する。

【００３８】この発明の実施例においては、次のような
具体的作用を有する。この発明によれば、Ｔｄ補正を電
流のリップルの傾斜が左右されるスイッチング素子の指
令である、搬送波信号と出力電圧指令信号比較出力であ
るパルス幅変調信号のパルスの立ち上がり時間を短絡防
止時間分早めることによって行っているので、Ｔｄ発生
後のスイッチング素子の指令はパルス幅変調信号と同一
になり、電流サンプル点である搬送波信号の頂点が電流
リップルの傾斜の中央に位置するようになる。

【００３９】上記のようなＴｄ補正で、パルス幅変調信
号のＨＩＧＨ或いはＬＯＷのパルス幅がＴｄの幅より狭
い場合でも、出力電圧指令通りの電圧を得られ、電流サ
ンプル点である搬送波信号の頂点が電流リップルの傾斜
の中央に位置するようになる。

【００４０】

【実施例】

実施例１．図１に、この発明の実施例を示す。図１に示
す回路において、電圧Ｅを持つ直流電圧源１ａ・１ｂは
同方向に直列接続されている。第１のダイオード２ａと
第１のスイッチング素子３ａおよび第２のダイオード２
ｂと第２のスイッチング素子３ｂは、それぞれ逆並列接
続されたものが直列に接続され、その接続部ｘにインダ
クタ４の一端も接続されている。インダクタ４に流れる
出力電流２５は、矢印方向を正とする。インダクタ４の
他端はインダクタ４とともにフィルタＦを構成するコン
デンサ１５と負荷１６に接続され、コンデンサ１５と負
荷１６のもう一端は直流電圧源１ａと１ｂの接続部ｙに
接続される。

【００４１】この回路の動作は、次の通りである。イン
ダクタ４の電流２５が正のとき、スイッチング素子３ａ
がオンであれば、電流２５は経路３４を流れ、接続部ｘ
の接続点３３の電圧はＥを持ち、スイッチング素子３ａ
と３ｂがオフのとき、ダイオード２ｂの導通により、電
流２５は経路３５を流れ、接続点３３は−Ｅの電圧を持
つ。スイッチング素子３ｂがオンしても同様で、経路３
５で電流が流れ接続点３３の電圧は−Ｅである。

【００４２】電流２５が負のとき、スイッチング素子３
ｂがオンであれば電流２５は経路３６を流れ、接続点３
３の電圧は−Ｅを持ち、スイッチング素子３ａと３ｂが
オフのとき、ダイオード２ａの導通により、電流２５は
３７の経路を流れ、３３はＥの電圧を持つ。スイッチン
グ素子３ａがオンしても同様で、経路３７で電流が流れ
接続点３３の電圧はＥである。電流２５は接続点３３が
Ｅの電圧のとき増加、電圧が−Ｅのとき減少の傾斜を持
った、リップル電流である。

【００４３】出力電流２５と出力電圧２６は検出部１７
から制御演算部１８に入力され、出力電圧指令信号７を
出力する。出力電圧指令信号７は比較部２０で搬送波信
号発生部１９から出力される搬送波信号６と比較され、
その比較出力が、第１のパルス幅変調信号２７である。
インダクタ４の電流２５から極性判別部２１ａにより電
流２５の極性を判定する。その結果から、パルス幅操作
部２２で第１のパルス幅変調信号２７のパルス幅を操作
し、スイッチング素子３ａ駆動用の第２のパルス幅変調
信号２９として出力する。

【００４４】スイッチング素子３ａ駆動用の第２のパル
ス幅変調信号２９と第２のパルス幅変調信号２９を反転
したスイッチング素子３ｂ駆動用の第２のパルス幅変調
信号３０は、Ｔｄ発生部２３でＴｄを与えられ、それぞ
れスイッチング素子３ａ駆動用の第３のパルス幅変調信
号３１とスイッチング素子３ｂ駆動用の第３のパルス幅
変調信号３２となる。この信号が２４駆動回路を介し、
スイッチング素子３ａ、３ｂを駆動する。以上、検出部
１７からＴｄ発生部２３までで制御回路部Ｃを構成す
る。

【００４５】各部の波形を、図２および図３を用いて説
明する。まず、インダクタ４の電流２５が正の場合につ
いて述べる。図２において、出力電圧指令信号７は、交
番波形である三角波形の搬送波信号６と比較部２０で比
較され、第１のパルス幅変調信号２７を出力する。この
ときのＨＩＧＨレベルのパルス幅をｔ１とする。パルス
幅操作部２２では、極性判別部２１ａの出力が正方向で
あるのを受けて、第１のパルス幅変調信号２７のそれぞ
れのパルスの立ち上がり時間をＴｄ分だけ早め、パルス
幅ｔ１をＴｄだけ太くし、スイッチング素子３ａ駆動用
の第２のパルス幅変調信号２９とする。このときのパル
ス幅をｔ６とすると、ｔ６＝ｔ１＋Ｔｄである。

【００４６】ここで、スイッチング素子３ａ駆動用の第
２のパルス幅変調信号２９はスイッチング素子３ａの指
令であるから、スイッチング素子３ｂの指令は、第２の
パルス幅変調信号３ａを反転させたものをスイッチング
素子３ｂ駆動用の第２のパルス幅変調信号３０とし、両
者のＨＩＧＨレベルのパルス幅をＴｄ発生部２３でＴｄ
だけ細め、スイッチング素子３ａ駆動用の第３のパルス
幅変調信号３１とスイッチング素子３ｂ駆動用の第３の
パルス幅変調信号３２となる。このときのＨＩＧＨレベ
ルパルス幅は、スイッチング素子３ａ駆動用の第３のパ
ルス幅変調信号３１のパルス幅をｔ７とすると、ｔ７＝
ｔ６−Ｔｄ＝ｔ１であり、立上り時間Ｔ１、ＨＩＧＨレ
ベルのパルス幅ｔ１、立下り時間Ｔ２の、第１のパルス
幅変調信号２７と同様の信号が得られる。つまり、電圧
３３は、第１のパルス幅変調信号２７がＨＩＧＨレベル
のとき、Ｅ、ＬＯＷレベルのとき、−Ｅとなり、電流２
５のリップルも第１のパルス幅変調信号がＨＩＧＨレベ
ルのとき増加の傾斜、ＬＯＷレベルのとき減少の傾斜を
持つ。

【００４７】次に、インダクタ４の電流２５が負の場合
について述べる。図３において、パルス幅操作部２２で
は極性判別部２１ａの出力が負であるのを受けて、第１
のパルス幅変調信号２７を操作し、立下り部の時間をＴ
ｄだけ早める。第１のパルス幅変調信号２７のＨＩＧＨ
レベルのパルス幅をｔ８とすると、スイッチング素子３
ａ駆動用の第２のパルス幅変調信号２９のパルス幅ｔ１
０はｔ１０＝ｔ８−Ｔｄとなる。

【００４８】電流２５が負の方向に流れる場合、スイッ
チング素子３ｂの動作で電流のリップルが決まるのでス
イッチング素子３ｂの動作について述べる。スイッチン
グ素子３ａ駆動用の第２のパルス幅変調信号２９を反転
させた信号３０がスイッチング素子３ｂの指令で、その
パルス幅ｔ１１はｔ１１＝ｔ９＋Ｔｄを持つ。この信号
がＴｄ発生部２３でＴｄをもち、スイッチング素子３ｂ
駆動用の第３のパルス幅変調信号３２となる。このと
き、パルス幅ｔ１２は、ｔ１２＝ｔ１１−Ｔｄ＝ｔ９と
なり、立上り時間Ｔ５、立下り時間Ｔ６の第１のパルス
幅変調信号２７を反転させた信号でスイッチング素子３
ｂを駆動することができる。このため、電流２５のリッ
プルの頂点が第１のパルス幅変調信号２５の立上り部、
立下り部に当たるようになり、つまりは、電流サンプル
点である搬送波信号６の頂点が、電流リップルの傾斜の
中央に当たり、誤差なく電流をサンプルすることができ
る。

【００４９】実施例２．実施例２の回路構成を図４に示
す。図１と同一部分には同一符号を付した。前記図１で
示す回路に、パルス幅判別部３８、パルス幅判別部３８
の結果によって切り替えを行う切り替え部３９・４１、
切り替え部３９と４１の間にパルス幅操作部４０を付加
したものである。

【００５０】パルス幅判別部３８で第１のパルス幅変調
信号２７のＬＯＷレベルの幅がＴｄよりも狭いと判断さ
れたとき、切り替え部３９は接点４８に切り替え、切り
替え部４１では接点４６ａ・４６ｂに切り替える。Ｔｄ
よりも広いと判断されたときは、切り替え部３９は接点
４７に、切り替え部４１は接点４５ａ、４５ｂに切り替
わり、実施例１と同様の動作をする。

【００５１】図４を用いて、この実施例について説明す
る。インダクタ４の電流２５が正の方向に流れ、図４の
ように出力電圧指令信号７が搬送波信号６の振幅に近い
値をとり、パルス幅判別部３８で第１のパルス幅変調信
号２７のＬＯＷレベルの幅ｔ１３がＴｄよりも狭いと判
断されたとき、第１のパルス幅変調信号２７がＴｄを発
生させずにそのままスイッチング素子３ａ駆動用の第４
のパルス幅変調信号４３となり、スイッチング素子３ａ
の指令となる。また、スイッチング素子３ｂの指令は、
第１のパルス幅変調信号を反転し（スイッチング素子３
ｂ駆動用の第１のパルス幅変調信号４２）、パルス幅操
作部４０においてすべてＬＯＷレベルとしたスイッチン
グ素子３ｂ駆動用の第４のパルス幅変調信号４４を与え
る。また、電流２５が負の方向に流れている場合も同様
に、スイッチング素子３ｂの指令であるスイッチング素
子３ｂ駆動用の第４のパルス幅変調信号４４は、第１の
パルス幅変調信号を反転した信号となる。こうしたこと
により、電流のリップルの頂点を左右するスイッチング
素子３ａのオンオフは第１のパルス幅変調信号の立上り
時間、立下り時間、オン期間とも同一のものとなる。実
施例１で行ったＴｄ補正において電流サンプル点の誤差
もなく第１のパルス幅変調信号のＨＩＧＨレベル或いは
ＬＯＷレベルのパルス幅がＴｄの幅より狭い場合でも、
出力電圧指令通りの電圧を得ることができる。

【００５２】実施例３．図６に、この実施例の回路構成
図を示す。図１と同一部分には同一符号を付した。主回
路の部分はコンバータの機能を有し、フィルタの出力側
に接続された交流電圧源６３と、直列に接続された平滑
コンデンサ６４ａ、６４ｂがブリッジと並列に接続さ
れ、制御演算部１８では力率１制御を行う機能を持つ。
このためインダクタ電流２５と交流電圧源６３と出力電
圧指令信号７の位相は同一となるので、出力電圧指令信
号７による極性判別部２１ｂを持ち、出力電圧指令信号
７に直流バイアスを重畳する出力電圧指令信号操作部４
９を持つ。

【００５３】主回路部の動作を説明する。この主回路は
コンバータの機能を有するので、スイッチング素子の動
作は、実施例１と反対である。力率１制御を行わない場
合、交流電圧源６３が正方向のとき、電流２５はダイオ
ード２ａを通ってコンデンサ６４ａを充電し、ダイオー
ド２ａのカソード側はＥの電位を持つ。交流電圧源６３
が負方向のとき、電流２５はコンデンサ６４ｂを充電
し、ダイオード２ｂが通電、ダイオード２ｂのアノード
側は−Ｅの電位をもち、負荷１６の両端には２Ｅの電圧
がかかる。

【００５４】力率１制御を行ったとき、力率１制御を行
わない場合の動作に加えて、交流電圧源６３が正方向な
らばスイッチング素子３ｂがオンのとき、インダクタ４
にエネルギーが充電され、交流電圧源６３が負方向なら
ばスイッチング素子３ａがオンの時、インダクタ４にエ
ネルギーが充電され電流２５の位相を交流電圧源６３の
位相と一致させるようにコントロールする。

【００５５】出力電圧指令信号７の値をＶｓ、Ｔｄを補
正するための直流バイアス値をＶｂ、搬送波信号６のピ
ーク値をＣｐとし、搬送波信号の周期をＴとしたとき、
直流バイアス値Ｖｂは、Ｖｂ＝２×Ｔｄ×Ｃｐ／Ｔで求
められる。

【００５６】この回路の動作を図７および図８を用いて
説明する。極性判別部２１ｂが出力電圧指令信号７が正
であると判別した場合、力率１制御を行っているので交
流電圧源６３が正、インダクタ４の電流２５も正であ
る。この時、出力電圧指令信号操作部４９から出力電圧
指令信号７に直流バイアス値−Ｖｂが重畳された第２の
出力電圧指令信号５８が出力される。比較部２０で搬送
波信号６の下り勾配時は搬送波信号６と出力電圧信号７
が、登り勾配時は搬送波信号６と第２の出力電圧信号５
８とが比較され、５３第５のパルス幅変調信号３ａが出
力される。この信号のパルス幅ｔ１５は、搬送波信号６
と出力電圧指令７とを比較したパルス幅ｔ１の立下り部
をＴｄだけ早めたものとなり、スイッチング素子３ｂの
指令であるスイッチング素子３ａ用の第５のパルス幅変
調信号５３を反転したスイッチング素子３ｂ駆動用の第
５のパルス幅変調信号５４は立上り部がＴｄだけ早ま
る。これにより、スイッチング素子３ｂはＴｄを発生し
ても、出力電圧指令信号７と搬送波信号６を比較して得
られる第１のパルス幅変調信号２７を反転した信号と一
致した動作をする。

【００５７】また、出力電圧指令信号７が負のとき、出
力電圧指令信号操作部４９から出力電圧指令信号７に直
流バイアス値＋Ｖｂが重畳された第２の出力電圧指令信
号５８が出力される。比較部２０で搬送波信号６の登り
勾配時は搬送波信号６と出力電圧信号７が、下り勾配時
は搬送波信号６と第２の出力電圧信号５８とが比較さ
れ、スイッチング素子３ａ駆動用の第５のパルス幅変調
信号５３が出力される。立上り時間Ｔ１、立下り時間Ｔ
２の搬送波信号６と出力電圧指令７とを比較したパルス
幅ｔ１でスイッチング素子３ａを駆動することができ
る。このため電流２５のリップルは搬送波信号６と出力
電圧指令信号７とを比較したパルスの立ち上がり部、立
ち下がり部でリップルの頂点が当たるようになり、つま
りは、Ｔｄ補正をしながらも、電流サンプル点である搬
送波信号６の頂点が、電流リップルの傾斜の中心に当た
り、誤差なく電流をサンプルすることができる。

【００５８】ところで、上記説明では、Ｔｄ補正にとも
なう、電流サンプル点のズレについて利用する場合を述
べているが、スイッチング素子のターンオン、ターンオ
フ遅れ、検出回路、駆動回路等の遅れに対しても有効で
あることはいうまでもない。

【００５９】更に、上記説明では、出力電圧指令７で極
性判別しているが、電流２５で判別しても有効である。

【００６０】この発明の実施例によれば、次のような具
体的効果を有する。以上説明したように、この発明によ
れば、Ｔｄ補正を電流のリップルの傾斜が左右されるス
イッチング素子の指令である。搬送波信号と出力電圧指
令信号比較出力パルス幅変調信号のパルスの立ち上がり
時間を短絡防止時間分早めることによって行っているの
で、Ｔｄ発生後のスイッチング素子指令はパルス幅変調
司令信号同一になり、従って正しく電流リップルの中間
点でサンプルでき、電流サンプル誤差をなくすことがで
きる。

【００６１】上記のようなＴｄ補正でパルス幅変調信号
のＨＩＧＨ或いはＬＯＷのパルス幅はＴｄの幅より狭い
場合でも、出力電圧指令通りの電圧を得られ、電流サン
プル点である搬送波信号の頂点が電流リップルの傾斜の
中央に位置するようになるので正しく電流リップルの中
間点でサンプルでき、電流サンプル誤差をなくすことが
できる。

【００６２】

【発明の効果】第１の発明によれば、スイッチング素子
による短絡を出力の歪みなしに確実に防止するととも
に、電流サンプル値の誤差を的確に回避できる電力変換
装置を得ることができる。

【００６３】第２の発明によれば、スイッチング素子に
よる短絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、
電流サンプル値の誤差を更に的確に回避できる電力変換
方法を得ることができる。

【００６４】第３の発明によれば、スイッチング素子に
よる短絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、
電流サンプル値の誤差を的確に回避でき、かつ、力率１
制御を行える電力変換方法を得ることがきる。

【００６５】第４の発明によれば、スイッチング素子に
よる短絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、
電流サンプル値の誤差をより一層的確に回避できる電力
変換方法を得ることができる。

【００６６】第５の発明によれば、スイッチング素子に
よる短絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、
電流サンプル値の誤差を的確に回避できる、適切な構成
の電力変換装置を得ることを目的とする。

【００６７】第６の発明によれば、スイッチング素子に
よる短絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、
電流サンプル値の誤差をより的確に回避できる、適切な
構成の電力変換装置を得ることができる。

【００６８】第７の発明によれば、スイッチング素子に
よる短絡を出力の歪みなしに確実に防止するとともに、
電流サンプル値の誤差を一層的確に回避できる、適切な
構成の電力変換装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の主回路図と制御回路の構成を示す
回路図である。

【図２】 実施例１の電流正方向の動作を示す波形図で
ある。

【図３】 実施例１の電流負方向の動作を示す波形図で
ある。

【図４】 実施例２の主回路図と制御回路の構成を示す
回路図である。

【図５】 実施例２の動作を示す波形図である。

【図６】 実施例３の主回路図と制御回路の構成を示す
回路図である。

【図７】 実施例３の電流正方向の動作を示す波形図で
ある。

【図８】 実施例３の電流負方向の動作を示す波形図で
ある。

【図９】 従来例の主回路図と制御回路の構成を示す回
路図である。

【図１０】 従来例の動作を示す波形図である。

【符号の説明】

１ａ・１ｂ 直流電圧源、２ａ・２ｂ ダイオード、
３ａ・３ｂ スイッチング素子、４ インダクタ、５
コンデンサ、６ 搬送波信号、７ 出力電圧指令信号、
８ 直流バイアス信号、９ 直流バイアス信号が加算さ
れた出力電圧指令信号、１０ パルス幅変調信号、１１
パルス幅変調信号、１２ パルス幅変調信号、１３
パルス幅変調信号、１４ インダクタ電流、１５ コン
デンサ、１６ 負荷、１７ 検出部、１８ 制御演算
部、１９ 搬送波信号発生部、２０比較部、２１ａ・ｂ
極性判別部、２２ パルス幅操作部、２３ Ｔｄ発生
部、２４ 駆動回路部、２５ インダクタ電流、２６
出力電圧、２７ 第１のパルス幅変調信号、２８ 極性
判別信号、２９ スイッチング素子３ａ駆動用の第２の
パルス幅変調信号、３０ スイッチング素子３ｂ駆動用
の第２のパルス幅変調信号、３１ スイッチング素子３
ａ駆動用の第３のパルス幅変調信号、３２スイッチング
素子３ｂ駆動用の第３のパルス幅変調信号、３３ 接続
点、３４電流経路、３５ 電流経路、３６ 電流経路、
３７ 電流経路、３８ パルス幅判別部、３９ 切り替
え部、４０ パルス幅操作部、４１ 切り替え部、４２
スイッチング素子３ｂ駆動用の第１のパルス幅変調信
号、４３ スイッチング素子３ａ駆動用の第４のパルス
幅変調信号、４４ スイッチング素子３ｂ駆動用の第４
のパルス幅変調信号、４５ａ・４５ｂ 接点、４６ａ・
４６ｂ 接点、４７接点、４８ 接点、４９ 出力電圧
指令信号操作部、５３ スイッチング素子３ａ駆動用の
第５のパルス幅変調信号、５４ スイッチング素子３ｂ
駆動用の第５のパルス幅変調信号、５５ スイッチング
素子３ａ駆動用の第６のパルス幅変調信号、５６ スイ
ッチング素子３ｂ駆動用の第６のパルス幅変調信号、５
８第２の出力電圧指令信号、５９ 直流バイアス重畳
部、６０ 出力電圧指令信号、６１ パルス幅変調信
号、６２ パルス幅変調信号、６３ 交流電圧源、６４
ａ、６４ｂ コンデンサ。

フロントページの続き (72)発明者 山本 学 名古屋市東区矢田南五丁目１番14号 三菱 電機株式会社名古屋製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１および第２のスイッチング素子と第
   １および第２のダイオードからなるブリッジ回路と、こ
   のブリッジ回路のスイッチング素子を交番波形からなる
   比較波との比較によるパルス幅変調信号により相補的に
   オンオフ動作を行わせる制御回路部とを備え、所定の時
   点で電流サンプルを行うものにおいて、前記パルス幅変
   調信号に対する前記スイッチング素子の短絡防止時間に
   相当するパルス幅減少の補正を、パルス幅変調信号につ
   いて電流サンプル点に関し対称的に行うことを特徴とす
   る電力変換装置。
2. 【請求項２】 第１および第２のスイッチング素子と第
   １および第２のダイオードとを逆並列接続してなるブリ
   ッジ回路の前記スイッチング素子を三角波比較方式のパ
   ルス幅変調制御により相補的にオンオフさせ、三角波の
   頂点で電流サンプルを行うものにおいて、電流がブリッ
   ジ回路から流れ出す場合、変調信号である出力電圧指令
   信号と搬送波である三角波信号とを比較したパルス幅変
   調信号の立上り時間を短絡防止時間分早め、電流がブリ
   ッジ回路に流れ込む場合、立下り時間を短絡防止時間分
   早めることにより、前記第１および第２スイッチング素
   子の短絡防止時間によるパルス幅変調波形パルス幅の減
   少のため起る出力電圧の歪みを補正するとともに、電流
   サンプル値に誤差を生じさせないようにすることを特徴
   とする電力変換方法。
3. 【請求項３】 力率１制御のための位相制御を行い、出
   力電圧指令信号が正の場合、パルス幅変調信号の立上り
   時間を短絡防止時間分早め、負の場合、立下り時間を短
   絡防止時間分早めることにより、第１および第２のスイ
   ッチング素子の短絡防止時間によるパルス幅変調波形パ
   ルス幅の減少のため起る出力電圧の歪みを補正するとと
   もに、電流サンプル値に誤差を生じさせないようにする
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換方法。
4. 【請求項４】 電流がブリッジから流れだし、パルス幅
   変調信号のＬＯＷレベルの時間が短絡防止時間よりも短
   い場合、その期間中第２のスイッチング素子をオフさせ
   第１のスイッチング素子を短絡防止時間を設けずにオン
   させることにより、前記第１および第２のスイッチング
   素子の短絡防止時間によるパルス幅変調波形パルス幅の
   減少のため起る出力電圧の歪みを補正するとともに、電
   流サンプル値に誤差を生じさせないようにすることを特
   徴とする請求項２に記載の電力変換方法。
5. 【請求項５】 第１および第２のスイッチング素子と第
   １および第２のダイオードとを逆並列接続してなるブリ
   ッジ回路の前記スイッチング素子を、三角波比較方式の
   パルス幅変調制御により相補的にオンオフさせ、三角波
   の頂点で電流サンプルする電力変換装置において、出力
   電流および出力電圧を検出する検出部と、この電流およ
   び電圧から出力電圧指令信号を導出する制御演算部と、
   この出力電圧指令信号と搬送波信号発生部からの搬送波
   信号とを比較しパルス幅変調信号を導出する比較部と、
   前記電流の極性を判別する極性判別部と、この極性判別
   部の判別結果に応じてパルス幅を操作するパルス幅操作
   部と、短絡防止時間に相当する信号を発生しパルス幅を
   補正する短絡防止時間発生部とを備え、前記第１および
   第２のスイッチング素子の短絡防止時間によるパルス幅
   変調波形パルス幅の減少のため起る出力電圧の歪みを補
   正するとともに、電流サンプル値に誤差を生じさせない
   ようにすることを特徴とする電力変換装置。
6. 【請求項６】 第１および第２のスイッチング素子と第
   １および第２のダイオードとを逆並列接続してなるブリ
   ッジ回路の前記スイッチング素子を、三角波比較方式の
   パルス幅変調制御により相補的にオンオフさせ、三角波
   の頂点で電流サンプルする電力変換装置において、出力
   電流および出力電圧を検出する検出部と、この電流およ
   び電圧から出力電圧指令信号を導出する制御演算部と、
   この出力電圧指令信号と搬送波信号発生部からの搬送波
   信号とを比較しパルス幅変調信号を導出する比較部と、
   短絡防止時間に相当する信号を発生しパルス幅を補正す
   る短絡防止時間発生部と、前記電流の極性を判別する極
   性判別部と、この極性判別部の判別結果によって切り替
   わり極性に応じてパルス幅変調信号の補正を行う複数の
   切り替え部とを備え、前記第１および第２のスイッチン
   グ素子の短絡防止時間によるパルス幅変調波形パルス幅
   の減少のため起る出力電圧の歪みを補正するとともに、
   電流サンプル値に誤差を生じさせないようにすることを
   特徴とする電力変換装置。
7. 【請求項７】 第１および第２のスイッチング素子と第
   １および第２のダイオードとを逆並列接続してなるブリ
   ッジ回路の前記スイッチング素子を、三角波比較方式の
   パルス幅変調制御により相補的にオンオフさせ、三角波
   の頂点で電流サンプルする電力変換装置において、出力
   電流および出力電圧を検出する検出部と、この電流およ
   び電圧から出力電圧指令信号を導出する制御演算部と、
   この出力電圧指令信号と搬送波信号発生部からの搬送波
   信号とを比較しパルス幅変調信号を導出する比較部と、
   出力電圧指令または電流により前記電流の極性を判別す
   る極性判別部と、この極性判別部の判別結果に応じてパ
   ルス幅を操作するパルス幅操作部と、短絡防止時間に相
   当する信号を発生しパルス幅を補正する短絡防止時間発
   生部と、前記パルス幅変調信号と短絡防止時間とを比較
   しパルス幅変調信号の補正の要否を判別するパルス幅判
   別部とを備え、前記第１および第２のスイッチング素子
   の短絡防止時間によるパルス幅変調波形パルス幅の減少
   のため起る出力電圧の歪みを補正するとともに、電流サ
   ンプル値に誤差を生じさせないようにすることを特徴と
   する電力変換装置。