JPWO2014068686A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

実施形態に係る電力変換装置の制御部は、第１のスイッチング素子のオン・オフによって、直流電源から供給される電力をインダクタからダイオードを介してコンデンサに蓄積するチョッパ部に直流電源の電圧よりも絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成させ、インバータ部に直流電源の電圧よりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成させ、インバータ部から交流電圧を出力させる。制御部は、ダイオードに逆並列に接続された第２のスイッチング素子と第１のスイッチング素子とを交互にオンさせる。

Description

開示の実施形態は、電力変換装置に関する。
従来、供給される直流電圧よりも高い交流電圧を生成して出力する装置として、チョッパ部とインバータ部とを組み合わせた電力変換装置が知られている。
例えば、特許文献１に記載の電力変換装置では、チョッパ部によって昇圧された直流電圧をインバータ部によってＰＷＭ制御して交流電圧に変換し、交流電動機へ出力するように制御部によって制御される。
特許第４１４２８７９号公報
しかしながら、従来の電力変換装置では、チョッパ部によって昇圧された直流電圧をインバータ部によってＰＷＭ制御して交流電圧に変換することから、電力変換効率の点で課題がある。
実施形態の一態様は、電力変換効率を向上させつつ、直流電圧から交流電圧への電力変換を精度よく行うことができる電力変換装置を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る電力変換装置は、第１のスイッチング素子、インダクタ、ダイオードおよびコンデンサを有するチョッパ部と、インバータ部と、第２のスイッチング素子と、制御部とを備える。チョッパ部は、前記第１のスイッチング素子のオン・オフによって、直流電源から供給される電力を前記インダクタから前記ダイオードを介して前記コンデンサに蓄積する。インバータ部は、前記チョッパ部の出力に接続される。第２のスイッチング素子は、前記ダイオードに逆並列に接続される。制御部は、前記チョッパ部を制御して前記直流電源の電圧よりも絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成し、前記インバータ部を制御して前記直流電源の電圧よりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成して、前記インバータ部から交流電圧を出力させる。そして、前記制御部は、前記チョッパ部を制御して前記直流電源の電圧よりも絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成する期間に、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を交互にオンにする。
図１は、実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。 図２は、実施形態に係るチョッパ電圧の波形を示す図である。 図３は、実施形態に係る出力電圧の波形を示す図である。 図４は、実施形態に係る電力変換装置が行う通常時運転の動作を示す図である。 図５は、実施形態に係る電力変換装置が行う非常時運転の動作を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
図１は、実施形態に係る電力変換装置１の構成を示す図である。図１に示すように、電力変換装置１は、チョッパ部２と、インバータ部３と、制御部５とを備える。
制御部５は、チョッパ部２を制御して直流電源の電圧（以下、「電源電圧Ｖｉｎ」と記載する）を昇圧させ、電源電圧Ｖｉｎより絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成させる。また、制御部５は、インバータ部３を制御して、チョッパ部２を介して入力される電源電圧Ｖｉｎより絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成させる。制御部５は、かかる制御により、電源電圧Ｖｉｎを交流の出力電圧Ｖｏｕｔへ変換してインバータ部３から出力させる。
かかる制御部５では、インバータ部３が電源電圧Ｖｉｎより絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成している期間に、チョッパ部２からインバータ部３へ電源電圧Ｖｉｎをそのまま入力する。そのため、チョッパ部２で昇圧した直流電圧をインバータ部３で交流電圧へ変換する場合に比べ、インバータ部３におけるスイッチングロスが低減される。さらには、チョッパ制御中はインバータ部３のスイッチング制御が行われないために、インバータ部３のスイッチングロスも低減する。
また、インバータ部３が電源電圧Ｖｉｎより絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成している期間では、チョッパ部２のスイッチング制御が行われない。このため、チョッパ部２で常時スイッチングを行って一定の直流電圧をインバータ部３へ出力させ、インバータ部３のスイッチングによって交流電圧波形の全体を生成する場合に比べて、チョッパ部２のスイッチング回数を低減可能である。したがって、チョッパ部２のスイッチングロスも低減する。
ところで、電力変換装置１では、チョッパ部２によって電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が高い部分の交流電流波形を生成する期間に、低負荷状態や無負荷状態となる場合がある。かかる場合に、例えば、チョッパ部２によって単純に電源電圧Ｖｉｎを昇圧して交流電圧波形を生成させると、昇圧した電力が負荷によって消費されず、交流電圧波形の生成精度が低下することがある。
そこで、電力変換装置１では、低負荷状態や無負荷状態になった場合であっても、交流波形の生成精度が低下することを抑制する構成とした。以下、電力変換装置１について具体的に説明する。
図１に示すように、チョッパ部２は、直流電源に対して直列に接続されるインダクタＬ１およびスイッチング素子ＳＷａ（第１のスイッチング素子の一例に相当）を備える。なお、スイッチング素子ＳＷａには、保護ダイオードＤ１が逆並列に接続される。
また、チョッパ部２は、インダクタＬ１とスイッチング素子ＳＷａの一端との間にアノードが接続されるダイオードＤ２と、ダイオードＤ２に逆並列に接続されるスイッチング素子ＳＷｂ（第２のスイッチング素子の一例に相当）と、ダイオードＤ２のカソードとスイッチング素子ＳＷａの他端との間に接続されるコンデンサＣ１とを備える。
なお、チョッパ部２の構成は、図１に示す構成に限定されるものではなく、アノードがインダクタＬ１側に接続され、カソードがコンデンサＣ１側に接続されるダイオードＤ２と、ダイオードＤ２に逆並列に接続されるスイッチング素子ＳＷｂを備える構成であれば他は任意の構成であってもよい。
チョッパ部２の出力には、インバータ部３が接続される。インバータ部３は、フルブリッジ接続された４つのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４と、各スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４に、それぞれ一つずつ逆並列に接続される４つの帰還ダイオードＤ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６を備える。
かかるインバータ部３は、出力にフィルタ部４が接続され、チョッパ部２から出力される電圧（以下、「チョッパ電圧Ｖｂｓｔ」と記載する）を交流の出力電圧Ｖｏｕｔへ変換して、フィルタ部４の出力側に接続される負荷（図示せず）へ出力する。なお、フィルタ部４は、２つのインダクタＬ２、Ｌ３とコンデンサＣ３とを備え、インバータ部３から出力されるパルス電圧を平滑化して交流の出力電圧Ｖｏｕｔとしている。
チョッパ部２およびインバータ部３を制御する制御部５は、チョッパ部２のスイッチング素子ＳＷａをオン・オフさせることによって、直流電源から供給される電力をインダクタＬ１からダイオードＤ２を介してコンデンサＣ１に蓄積させる。かかるスイッチングによってチョッパ電圧Ｖｂｓｔは、電源電圧Ｖｉｎよりも高くなる。なお、チョッパ部２へ直流電源から供給される電圧は、コンデンサＣ２によって平滑化される。
制御部５は、チョッパ部２を制御して電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成する期間に、スイッチング素子ＳＷａおよびスイッチング素子ＳＷｂを交互にオンにする。これにより、電力変換装置１では、電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成する期間に低負荷状態や無負荷状態になっても、チョッパ電圧Ｖｂｓｔが不必要に高くなったコンデンサＣ１の電荷をスイッチング素子ＳＷｂおよびインダクタＬ１を介して直流電源側へ逃がすことができる。
したがって、電力変換装置１によれば、電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成する期間に低負荷状態や無負荷状態になっても、交流電圧波形の生成精度が低下することを抑制することができる。
また、制御部５は、インバータ部３を制御して電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する期間にも、スイッチング素子ＳＷｂをオンにする制御を行う。これにより、電力変換装置１は、電力変換効率をさらに向上させることができる。
具体的には、制御部５は、インバータ部３によって電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する期間に、チョッパ部２に対するスイッチング制御を停止して、チョッパ電圧Ｖｂｓｔを電源電圧Ｖｉｎに維持する。このとき、スイッチング素子ＳＷｂがオフの場合、電源電圧Ｖｉｎは、ダイオードＤ２を介してインバータ部３へ出力されるため、ダイオードＤ２において電力損失が生じる。
そこで、制御部５は、インバータ部３によって電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する期間に、ダイオードＤ２よりも電力損失の少ないスイッチング素子ＳＷｂをオンにし、スイッチング素子ＳＷｂを介して電源電圧Ｖｉｎをインバータ部３へ出力させる。これにより、電力変換装置１では、ダイオードＤ２を介して電源電圧Ｖｉｎをインバータ部３へ出力する場合に比べて電力変換効率をさらに向上させることができる。
ここで、図２〜図４を参照し、かかる電力変換装置１の動作の一例について、さらに詳細に説明する。図２は、実施形態に係るチョッパ電圧Ｖｂｓｔの波形を示す図であり、図３は、実施形態に係る出力電圧Ｖｏｕｔの波形を示す図である。また、図４は、実施形態に係る電力変換装置１が行う通常時運転の動作を示す図である。
ここで、図２〜図４に示すチョッパ部スイッチング期間は、チョッパ部２における２つのスイッチング素子ＳＷａ、ＳＷｂを交互にオンさせることで、チョッパ部２によって電源電圧Ｖｉｎよりも高い部分の交流電圧波形を生成させる期間である。
一方、図２〜図４に示すインバータ部スイッチング期間は、チョッパ部２におけるスイッチング素子ＳＷａをオフ、スイッチング素子ＳＷｂをオンの状態に維持させ、インバータ部３を制御して電源電圧Ｖｉｎよりも低い部分の交流電圧波形を生成させる期間である。
また、図４に示す正弦波は、制御部５へ外部から入力される出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊である。また、図４に示す駆動信号Ｓｂ、Ｓａ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、制御部５から各スイッチング素子ＳＷｂ、ＳＷａ、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４へそれぞれ出力される信号である。
図４に示すように、チョッパ部２では、出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊の絶対値が電源電圧Ｖｉｎよりも高い期間（以下、「チョッパ部スイッチング期間」と記載する）に、スイッチング素子ＳＷａ、ＳＷｂが交互にオンする。このとき、制御部５は、デューティー比が（Ｖｏｕｔ＊−Ｖｉｎ）/Ｖｏｕｔ＊となる駆動信号Ｓａをスイッチング素子ＳＷａへ出力する。
また、制御部５は、出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊の値が電源電圧Ｖｉｎよりも高いチョッパ部スイッチング期間に、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４をオンの状態に維持させ、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３をオフの状態に維持させる。また、出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊の正負反転値が電源電圧Ｖｉｎよりも高いチョッパ部スイッチング期間に、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３をオンの状態に維持させ、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４をオフの状態に維持させる。これにより、図２に示すように、チョッパ電圧Ｖｂｓｔの波形は、チョッパ部スイッチング期間に、電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が高い部分の交流電圧波形となる。
ここで、チョッパ部スイッチング期間に、負荷が極めて低い低負荷状態や無負荷状態となる場合がある。かかる場合に、実施形態のチョッパ部２におけるスイッチング素子ＳＷｂ（図１参照）が設けられていなければ、コンデンサＣ１に蓄積された電荷が負荷によって消費されず、余分な電荷がコンデンサＣ１に残留してしまう。
この場合、例えば、図２に一点鎖線で示すように、チョッパ電圧Ｖｂｓｔが実線で示す出力電圧指令Ｖｏｕｔ＊に沿った所望の交流電圧波形よりも高くなる。そして、このように不必要に高いチョッパ電圧Ｖｂｓｔによって生成される交流電圧波形と、インバータ部３によって生成される交流電圧波形とを合成した場合、合成部分に段差が生じて滑らかに合成されず、出力電圧Ｖｏｕｔの精度が低下する。
そこで、電力変換装置１では、チョッパ部２に、スイッチング素子ＳＷｂを設け、チョッパ部スイッチング期間に、チョッパ部２のスイッチング素子ＳＷａをオフさせると同時にスイッチング素子ＳＷｂをオンさせる構成とした。これにより、負荷が低負荷状態や無負荷状態となった場合に、不必要に高いチョッパ電圧ＶｂｓｔとなったコンデンサＣ１の電荷を、チョッパ部２のスイッチング素子ＳＷｂおよびインダクタＬ１を介して直流電源側のコンデンサＣ２へ逃がすことができる。
これにより、電力変換装置１では、チョッパ部スイッチング期間に、図２に実線で示すような所望の交流電圧波形を生成することができる。したがって、電力変換装置１によれば、電力変換効率を向上させつつ、直流電圧から交流電圧への電力変換を精度よく行うことができる。
一方、図４に示すように、チョッパ部スイッチング期間以外の期間であるインバータ部スイッチング期間に、制御部５は、チョッパ部２のスイッチング素子ＳＷａをオフにし、スイッチング素子ＳＷｂをオンにする。
そして、制御部５は、インバータ部スイッチング期間に、インバータ部３の各スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４に対して、直流交流変換で一般に用いられるＰＷＭ制御（図４参照）を行うことで電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する。なお、図４に示すインバータ部３のＰＷＭ制御は一例であり、これに限定されるものではない。
そして、電力変換装置１では、図３に示すように、インバータ部３によって生成された電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形と、チョッパ部２によって生成された電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が高い部分の交流電圧波形とを合成して出力電圧Ｖｏｕｔの電圧波形を生成する。
このように、電力変換装置１では、インバータ部スイッチング期間に、チョッパ部２に対するスイッチング制御を停止させた状態でインバータ部３によって電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する。
これにより、実施形態に係る電力変換装置１では、チョッパ部で常時スイッチングを行って一定の直流電圧を出力させながら、インバータ部のスイッチングで交流電圧波形の全体を生成する場合に比べて、チョッパ部２のスイッチング回数を低減することができる。したがって、実施形態に係る電力変換装置１によれば、チョッパ部２におけるスイッチングロスを低減することができる。さらには、チョッパ制御中はインバータ部３のスイッチング制御が行われないために、インバータ部３のスイッチングロスも低減する。
また、電力変換装置１では、インバータ部３によって電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する期間に、チョッパ部２のスイッチング素子ＳＷｂをオンとする。これにより、電力変換装置１では、電源電圧Ｖｉｎよりも低い部分の交流電圧波形を生成する期間に、ダイオードＤ２経由ではなく、スイッチング素子ＳＷｂ経由でインバータ部３へ電源電圧Ｖｉｎを出力することができる。
このように、電力変換装置１では、電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する期間に、ダイオードＤ２よりも電力損失の小さなスイッチング素子ＳＷｂを介してインバータ部３へ電源電圧Ｖｉｎを提供するので、電力変換効率をさらに向上させることができる。
ここで、図１へ戻り、電力変換装置１が備える他の構成要素の説明を続ける。また、以下では、図５を合わせて参照しながら、電力変換装置１が備える他の構成要素に関連して行う電力変換装置１の動作の一例について説明する。図５は、実施形態に係る電力変換装置１が行う非常時運転の動作を示す図である。
図１に示すフィルタ部４の出力側に設けられる電流検出部６は、電力変換装置１から負荷へ供給される交流電流の電流値を検出して過電流検知部７へ出力する。電流検出部６は、たとえば、磁電変換素子であるホール素子を利用した電流センサである。
過電流検知部７は、電流検出部６から入力される電流値と所定の閾値とを比較し、電流検出部６から入力される電流値が閾値を超えた期間に、Ｈｉｇｈレベルの過電流検知信号Ｓｄを制御部５へ出力する処理部である。
なお、過電流検知部７は、電流検出部６から入力される電流値が閾値を超えない期間に、Ｌｏｗレベルの過電流検知信号Ｓｄを制御部５へ出力する。また、電圧検出部８は、チョッパ電圧Ｖｂｓｔの電圧値を検出して制御部５へ出力する回路素子である。
そして、制御部５は、過電流検知部７からＨｉｇｈレベルの過電流検出信号Ｓｄが入力された場合、電力変換装置１による負荷への電力供給を停止させることで、負荷および電力変換装置１の破損を防止する。
例えば、図５に示すように、制御部５は、時刻Ｔで過電流検知部７によって過電流が検知される前の期間には、図４に示す動作と同様に通常時運転を行う。そして、制御部５は、時刻Ｔで過電流検知部７によって過電流が検知された場合、全てのスイッチング素子ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４をオフし、電動機への過電流の供給を停止させる。これにより、電動機への過電流の供給を停止されるので、過電流による電動機の破損を防止することができる。また、過電流によるインバータ部３の破損も防止することができる。
このとき、全てのスイッチング素子ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４をオフするため、フィルタ部４のインダクタＬ２、Ｌ３および電動機のインダクタに蓄えられたエネルギーが帰還ダイオードＤ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６を介してチョッパ部２に入力される。そして、かかるエネルギーがコンデンサＣ１に蓄積され、チョッパ電圧Ｖｂｓｔが異常上昇することがある。かかるチョッパ電圧Ｖｂｓｔの異常上昇は、電力変換装置１の破損の原因となる。
そこで、制御部５は、時刻Ｔ１でチョッパ電圧Ｖｂｓｔが所定の閾値Ｔｈに達した場合、チョッパ部２のスイッチング素子ＳＷｂをオンさせる。これにより、電力変換装置１では、異常上昇したチョッパ電圧Ｖｂｓｔを電源電圧Ｖｉｎまで低下させることができるので、過電流による破損を防止することができる。
また、実施形態に係る電力変換装置１に用いるスイッチング素子ＳＷｂとしてＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのユニポーラ系デバイスを用いる場合、電源電圧Ｖｉｎよりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する期間に、ダイオードＤ２よりも電力損失の小さなスイッチング素子ＳＷｂを介してインバータ部３へ電源電圧Ｖｉｎを提供することが可能となるため、損失低減の効果がより大きい。
このようにして、交流電動機やパワーコンディショナへの適応において重要な、高い電力変換効率と電力変換精度を両立した電力変換装置を提供できる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１ 電力変換装置
２ チョッパ部
３ インバータ部
４ フィルタ部
５ 制御部
６ 電流検出部
７ 過電流検知部
８ 電圧検出部
ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４ スイッチング素子
Ｓｂ、Ｓｂ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 駆動信号
Ｓｄ 過電流検知信号
Ｖｉｎ 電源電圧
Ｖｂｓｔ チョッパ電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
Ｖｏｕｔ＊ 出力電圧指令

Claims (5)

  1. 第１のスイッチング素子、インダクタ、ダイオードおよびコンデンサを有し、前記第１のスイッチング素子のオン・オフによって、直流電源から供給される電力を前記インダクタから前記ダイオードを介して前記コンデンサに蓄積するチョッパ部と、
    前記チョッパ部の出力に接続されるインバータ部と、
    前記ダイオードに逆並列に接続される第２のスイッチング素子と、
    前記チョッパ部を制御して前記直流電源の電圧よりも絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成し、前記インバータ部を制御して前記直流電源の電圧よりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成して、前記インバータ部から交流電圧を出力させる制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記チョッパ部を制御して前記直流電源の電圧よりも絶対値が高い部分の交流電圧波形を生成する期間に、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を交互にオンにすることを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記制御部は、
    前記インバータ部を制御して前記直流電源の電圧よりも絶対値が低い部分の交流電圧波形を生成する期間に、前記第２のスイッチング素子をオンにすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記制御部は、
    前記インバータ部から交流電圧の出力を停止させる場合に、前記第２のスイッチング素子をオンにすることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 前記インバータ部から出力する交流電流を検出する電流検出部を備え、
    前記制御部は、
    前記インバータ部から出力する交流電流が所定値以上の場合に、前記インバータ部から交流電圧の出力を停止させることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記第２のスイッチング素子は、ＦＥＴであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の電力変換装置。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106716807A (zh) * 2014-09-30 2017-05-24 大金工业株式会社 电力转换装置
CA2978689C (en) * 2015-03-06 2022-04-12 Nissan Motor Co., Ltd. Electric power adjustment system and control method for electric power adjustment system
CN105322795A (zh) * 2015-09-18 2016-02-10 天水电气传动研究所有限责任公司 针对慢响应感性负载快变化要求的高精度电源
JP6558254B2 (ja) * 2016-01-18 2019-08-14 住友電気工業株式会社 電力変換システム及びその制御方法
JP2017163777A (ja) * 2016-03-11 2017-09-14 オムロン株式会社 インバータ装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001037246A (ja) * 1999-07-27 2001-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 系統連系インバータ
JP2005304172A (ja) * 2004-04-12 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd インバータ制御装置
JP4142879B2 (ja) * 2002-03-04 2008-09-03 株式会社東芝 電力変換装置
JP2009126319A (ja) * 2007-11-22 2009-06-11 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置のモータ駆動用昇圧装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005102476A (ja) * 2003-08-29 2005-04-14 Fuji Electric Systems Co Ltd 電力変換装置の起動方法
DE102005041825A1 (de) * 2005-09-02 2007-03-15 Siemens Ag Regelvorrichtung für eine dreiphasige Drehstrommaschine
EP2521253A4 (en) * 2009-12-28 2014-01-01 Toyota Motor Co Ltd POWER SUPPLY DEVICE
CN201742107U (zh) * 2010-08-03 2011-02-09 大连理工大学 基于超级电容器储能的电能质量调节装置
JP5267589B2 (ja) * 2011-02-03 2013-08-21 株式会社日本自動車部品総合研究所 電力変換装置
CN102684523A (zh) * 2011-03-18 2012-09-19 上海神飞能源科技有限公司 太阳能光伏逆变器拓扑电路
CN102185329A (zh) * 2011-05-04 2011-09-14 华北电力大学 基于超级电容的直流方式电压暂降抑制装置及其抑制方法
CN102231527B (zh) * 2011-06-30 2013-05-15 重庆大学 一种提高风电***不对称故障穿越能力的控制方法
EP2765693A4 (en) * 2011-10-07 2016-02-24 Toyota Motor Co Ltd DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING A VOLTAGE CONVERSION DEVICE
CN102751895B (zh) * 2012-06-12 2014-12-03 阳光电源股份有限公司 一种多电平电路、并网逆变器及其调制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001037246A (ja) * 1999-07-27 2001-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 系統連系インバータ
JP4142879B2 (ja) * 2002-03-04 2008-09-03 株式会社東芝 電力変換装置
JP2005304172A (ja) * 2004-04-12 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd インバータ制御装置
JP2009126319A (ja) * 2007-11-22 2009-06-11 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置のモータ駆動用昇圧装置

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