JPWO2009081561A1 - 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
3、30 コントローラ
4、40 同期整流禁止回路
5、51〜56 ANDゲート
6、61〜66 比較器
7、21 しきい値指定部
8 温度測定器
9 電圧測定器
10、10a〜10f、20、22 同期整流回路
11 IPM
12、13、41〜46 MOSFET
12a、13a ボディダイオード
12b チャネル
14 電源
15 負荷
16、17 インダクタ
18 キャパシタ
19 3相モータ
19a〜19c コイル
31〜33 電流測定器
34〜37 演算器
100、101、102 ブーストコンバータ
200、201 バックコンバータ
301 フルブリッジインバータ
401、501、502 3相インバータ
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置としてのブーストコンバータ101の構成の一例を示す機能ブロック図である。
次に、本発明に係る電力変換装置の一例としてのバック(降圧)コンバータについて説明する。
次に、実施の形態2として、複数のMOSFETを含んで構成される同期整流回路の変形例について説明する。
次に、本発明に係る電力変換装置の一例としてのフルブリッジインバータおよび3相インバータについて説明する。
次に、本発明に係る電力変換装置の一例としての3相インバータでの別の形態について説明する。
[0001]
本発明は、電力変換装置に関し、特に、電力変換装置において良好な電力変換効率を得る技術に関する。
背景技術
[0002]
電源からインダクタへの給電を断続することにより調整された電圧または電流を得る電力変換装置(例えばコンバータおよびインバータ)が、広く実用化されている。そのような電力変換装置において、一般に、電力変換装置の内部に設けられる電圧発生用コイルや外部の負荷コイルであるインダクタの回生電流を整流するフリーホイールダイオードが用いられる。
[0003]
図11は、周知のブースト(昇圧)コンバータの一例を示す回路図である。
[0004]
図11に示すブーストコンバータ100は、コントローラ3から出力されるゲート信号により、周期的かつ排他的にオンされるローサイドのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)13およびハイサイドのMOSFET12を用いて構成される。
[0005]
MOSFET12およびMOSFET13には、それぞれドレイン−ソース間に並列に寄生するボディダイオード12aおよびボディダイオード13aが含まれている。
[0006]
コントローラ3からのゲート信号に応じて、MOSFET13が電源14からインダクタ16への給電を断続することで、電源14の電圧にインダクタ16の逆起電力によって生じる電圧を加えて得られる出力電圧が負荷15へ供給される。
[0007]
MOSFET12に含まれるボディダイオード12aはフリーホイールダイオードとして機能し、インダクタ16の回生電流(この例では負荷15へ
用的に処理する可能性が考えられる。その場合に、やみくもに同期整流を行ったのでは、導通損失が増加するのみならず、無駄な駆動損失のために、電力変換効率を大きく損なうことになる。
[0019]
しかしながら、そのような量の電流を同期整流する電力変換装置において、良好な電力変換効率を得るための好ましい構成は、知られていない。
[0020]
本発明は、このような背景の下になされたものであり、同期整流を行う電力変換装置において良好な電力変換効率を得るための新たな構成を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0021]
上記の課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、電源からインダクタへの給電を断続することにより、調整された電圧または電流を得る電力変換装置であって、供給される制御信号に応じて導通して前記インダクタの回生電流の流路を形成するスイッチング素子である電界効果トランジスタと、前記インダクタの前記回生電流の方向を順方向とするダイオードとが並列に接続されてなり、前記インダクタの前記回生電流が前記電界効果トランジスタのソースからドレインの方向に流れるように前記電界効果トランジスタが配置されているスイッチ部と、前記スイッチ部に流れる電流量および前記スイッチ部の両端に生じる電圧値のうちのいずれか一方を測定する測定器と、前記ダイオードの順方向に同じ量の電流が流れた場合における前記スイッチング素子のオン抵抗と前記ダイオードのオン抵抗との比較によってあらかじめ定められたしきい値を指定するしきい値指定部と、前記測定器で測定された電流量または電圧値が前記しきい値指定で指定されたしきい値よりも大きいときに、前記スイッチング素子への前記制御信号の供給を禁止する禁止制御部とを備える。
[0022]
[0023]
[0024]
また、前記スイッチ部は、並列に接続され、かつ前記制御信号で共通に制御される複数のスイッチ部からなり、前記測定器は、前記複数のスイッチ部を構成するいずれかのスイッチ部に接続され、接続された前記スイッチ部に
流電力に変換して相ごとに設けられた負荷であるインダクタへ供給する電力変換装置であって、供給される制御信号に応じて導通して前記インダクタの回生電流の流路を形成するスイッチング素子である電界効果トランジスタと、前記回生電流の方向を順方向とするダイオードとが並列に接続されてなり、前記インダクタの前記回生電流が前記電界効果トランジスタのソースからドレインの方向に流れるように前記電界効果トランジスタが配置されているスイッチ部をそれぞれが有する2N個のアームと、相ごとに設けられ、前記アームが2個ずつ直列に接続されてなり、両端が直流電源に接続され、かつ中点が対応する相のインダクタに接続されたN個のレグと、各相のインダクタに流れる電流量を特定する負荷電流特定部と、前記ダイオードの順方向に同じ量の電流が流れた場合における前記スイッチング素子のオン抵抗と前記ダイオードのオン抵抗との比較によってあらかじめ定められたしきい値を指定するしきい値指定部と、前記負荷電流特定部で特定された相ごとの電流量が前記しきい値指定部で指定されたしきい値よりも大きいときに、対応する相の前記レグに含まれる前記スイッチング素子への前記制御信号の供給を禁止する禁止制御部とを備えてもよい。
[0031]
なお、本発明はこのような電力変換装置として実現できるだけでなく、電力変換装置の制御方法として実現することもできる。
発明の効果
[0032]
上述のように、本発明の電力変換装置では、スイッチング素子とダイオードとが並列に接続されてなるスイッチ部にてインダクタの回生電流を同期整流する場合に、前記スイッチング素子のオン抵抗が前記ダイオードのオン抵抗よりも大きくなる量の電流が流れたときには同期整流を禁止することにより、前記スイッチング素子および前記ダイオードのうち電流量に応じて導通損失がより小さくなる一方に前記回生電流を流すことができる。
[0033]
その結果、前記スイッチ部において生じる導通損失を確実に低減するのみならず、同期整流を行うための制御信号の供給、伝送に係る駆動損失をなくし、前記電力変換装置において良好な電力変換効率を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0034]
[図1]図1は、本発明に係るブーストコンバータの構成の一例を示す機能ブロック図である。
[図2]図2(A)および図2(B)は、しきい値電流量を説明する図である。
[図3]図3は、ブーストコンバータにおける主要な信号のタイミングチャートである。
[図4]図4は、本発明に係るブーストコンバータの構成の他の一例を示す機能
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置としてのブーストコンバータ101の構成の一例を示す機能ブロック図である。
次に、本発明に係る電力変換装置の一例としてのバック(降圧)コンバータについて説明する。
次に、実施の形態2として、複数のMOSFETを含んで構成される同期整流回路の変形例について説明する。
次に、本発明に係る電力変換装置の一例としてのフルブリッジインバータおよび3相インバータについて説明する。
次に、本発明に係る電力変換装置の一例としての3相インバータでの別の形態について説明する。
3、30 コントローラ
4、40 同期整流禁止回路
5、51〜56 ANDゲート
6、61〜66 比較器
7、21 しきい値指定部
8 温度測定器
9 電圧測定器
10、10a〜10f、20、22 同期整流回路
11 IPM
12、13、41〜46 MOSFET
12a、13a ボディダイオード
12b チャネル
14 電源
15 負荷
16、17 インダクタ
18 キャパシタ
19 3相モータ
19a〜19c コイル
31〜33 電流測定器
34〜37 演算器
100、101、102 ブーストコンバータ
200、201 バックコンバータ
301 フルブリッジインバータ
401、501、502 3相インバータ
Claims (17)
- 電源からインダクタへの給電を断続することにより、調整された電圧または電流を得る電力変換装置であって、
供給される制御信号に応じて導通して前記インダクタの回生電流の流路を形成するスイッチング素子と前記インダクタの回生電流の方向を順方向とするダイオードとが並列に接続されてなるスイッチ部と、
前記スイッチ部に流れる電流量および前記スイッチ部の両端に生じる電圧値のうちのいずれか一方を測定する測定器と、
しきい値を指定するしきい値指定部と、
前記しきい値指定部で指定されたしきい値と前記測定器で測定された電流量または電圧値との比較に基づいて、前記スイッチング素子への前記制御信号の供給を禁止する禁止制御部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記しきい値指定部は、同じ量の電流が流れた場合における前記スイッチング素子のオン抵抗と前記ダイオードのオン抵抗との比較によってあらかじめ定められたしきい値電流量を前記しきい値として指定する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記禁止制御部は、前記測定器で測定された電流量または電圧値が、前記しきい値指定部で指定されたしきい値よりも大きいときに、前記制御信号の供給を禁止する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチ部は、並列に接続され、かつ前記制御信号で共通に制御される複数のスイッチ部からなり、
前記測定器は、前記複数のスイッチ部を構成するいずれかのスイッチ部に接続され、接続された前記スイッチ部に流れる電流を測定する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - さらに、
前記スイッチ部の温度を測定する温度測定器を備え、
前記しきい値指定部は、複数のしきい値電流量をそれぞれ異なる温度に対応して指定し、
前記禁止制御部は、前記温度測定器によって測定された温度に対応して前記しきい値指定部で指定されたしきい値電流量よりも、前記測定器で測定された電流量が大きいときに、前記スイッチ部への前記制御信号の供給を禁止する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子および前記ダイオードの少なくともいずれか一方は炭化珪素で作られている
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 直流電力をN(Nは3以上の整数)相交流電力に変換する電力変換装置であって、
供給される制御信号に応じて導通するスイッチング素子とダイオードとが並列に接続されてなるスイッチ部をそれぞれが有する2N個のアームと、
相ごとに設けられ、前記アームが2個ずつ直列に接続されてなり、両端が直流電源に接続され、かつ中点が対応する相の負荷に接続されたN個のレグと、
各相の負荷に流れる電流量を特定する負荷電流特定部と、
しきい値を指定するしきい値指定部と、
前記しきい値指定部で指定されたしきい値と、前記負荷電流特定部で特定された相ごとの電流量との比較に基づいて、対応する相の前記レグに含まれる前記スイッチング素子への前記制御信号の供給を禁止する禁止制御部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記しきい値指定部は、同じ量の電流が流れた場合における前記スイッチング素子のオン抵抗と前記ダイオードのオン抵抗との比較によってあらかじめ定められたしきい値電流量を前記しきい値として指定する
ことを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記禁止制御部は、前記負荷電流特定部で特定された相ごとの電流量が、前記しきい値指定部で指定されたしきい値よりも大きいときに、対応する相の前記レグに含まれる前記スイッチング素子への前記制御信号の供給を禁止する
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の電力変換装置。 - 前記負荷電流特定部は、相ごとに設けられたN個の電流測定器からなる
ことを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記負荷電流特定部は、(N−1)個の相のそれぞれに設けられた(N−1)個の電流測定器と他の1相の電流量を算出する演算器とからなる
ことを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 供給される制御信号に応じて導通するスイッチング素子とダイオードとが並列に接続されてなるスイッチ部と、
前記スイッチ部に流れる電流量および前記スイッチ部の両端に生じる電圧値のうちのいずれか一方を測定する測定器と、
しきい値を指定するしきい値指定部と、
前記しきい値指定部で指定されたしきい値と、前記測定器で測定された電流量または電圧値との比較に基づいて、前記スイッチング素子への前記制御信号の供給を禁止する禁止制御部と
を備えることを特徴とするスイッチ装置。 - 前記しきい値指定部は、同じ量の電流が流れた場合における前記スイッチング素子のオン抵抗と前記ダイオードのオン抵抗との比較によってあらかじめ定められたしきい値電流量を前記しきい値として指定する
ことを特徴とする請求項12に記載のスイッチ装置。 - 電源からインダクタへの給電を断続することにより、調整された電圧または電流を得る電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換装置は、供給される制御信号に応じて導通して前記インダクタの回生電流の流路を形成するスイッチング素子と前記インダクタの回生電流の方向を順方向とするダイオードとが並列に接続されてなるスイッチ部を備え、
前記スイッチ部に流れる電流量および前記スイッチ部の両端に生じる電圧値のうちのいずれか一方を測定する測定ステップと、
しきい値を指定するしきい値指定ステップと、
前記しきい値指定ステップで指定されたしきい値と、前記測定ステップで測定された電流量または電圧値との比較に基づいて、前記スイッチング素子への前記制御信号の供給を禁止する禁止制御ステップと
を含むことを特徴とする制御方法。 - 前記しきい値指定ステップで、同じ量の電流が流れた場合における前記スイッチング素子のオン抵抗と前記ダイオードのオン抵抗との比較によってあらかじめ定められたしきい値電流量を前記しきい値として指定する
ことを特徴とする請求項14に記載の制御方法。 - 直流電力をN(Nは3以上の整数)相交流電力に変換する電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換装置は、
供給される制御信号に応じて導通するスイッチング素子とダイオードとが並列に接続されてなるスイッチ部をそれぞれが有する2N個のアームと、
相ごとに設けられ、前記アームが2個ずつ直列に接続されてなり、両端が直流電源に接続され、かつ中点が対応する相の負荷に接続されたN個のレグと
を備え、
各相の負荷に流れる電流量を特定する負荷電流特定ステップと、
しきい値を指定するしきい値指定ステップと、
前記しきい値指定ステップで指定されたしきい値と、前記負荷電流特定ステップで特定された相ごとの電流量との比較に基づいて、対応する相の前記レグに含まれる前記スイッチング素子への前記制御信号の供給を禁止する禁止制御ステップと
を含むことを特徴とする制御方法。 - 前記しきい値指定ステップで、同じ量の電流が流れた場合における前記スイッチング素子のオン抵抗と前記ダイオードのオン抵抗との比較によってあらかじめ定められたしきい値電流量を前記しきい値として指定する
ことを特徴とする請求項16に記載の制御方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007328148 | 2007-12-20 | ||
JP2007328148 | 2007-12-20 | ||
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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