JP7088063B2 - Unit parallel inverter - Google Patents
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Description
本発明は、 インターリーブ駆動を行うユニット並列インバータに係り、特に、デッドタイム補償に関する。 The present invention relates to a unit parallel inverter that performs interleave drive, and particularly relates to dead time compensation.
特許文献1,2,非特許文献1には、電力変換装置において、インバータのユニットを複数接続して、各ユニットのスイッチング素子のゲート信号の位相をずらすインターリーブという手法が開示されている。
図1にユニットを3並列とした構成を示す。インターリーブは、各ユニットが発生するリプルを互いに打ち消し合うことができるという特長を有する。直流側の出力電流の合計では、リプル低減により直流コンデンサの容量を削減でき、コスト低減および小型化の効果が得られる。交流側出力電流の合計では、リプル低減・全高調波歪THD(Total Harmonic Distortion)低減ができることから高品質な電源装置への適用に有効である。 FIG. 1 shows a configuration in which three units are arranged in parallel. Interleaving has the feature that the ripples generated by each unit can cancel each other out. In the total output current on the DC side, the capacity of the DC capacitor can be reduced by reducing the ripple, and the effects of cost reduction and miniaturization can be obtained. The total AC output current can reduce ripple and total harmonic distortion THD (Total Harmonic Distortion), which is effective for application to high-quality power supply devices.
一方、各ユニット交流側出力電流にはスイッチング周波数の大きなリプルが重畳するという問題がある。 On the other hand, there is a problem that a ripple having a large switching frequency is superimposed on the output current on the AC side of each unit.
ユニット並列インバータの主回路は、直流コンデンサに2つのスイッチング素子を直列接続したユニットが並列接続された構成であり、各ユニットにおける2つのスイッチング素子の接続点が交流側出力端子OUTである。 The main circuit of the unit parallel inverter has a configuration in which units in which two switching elements are connected in series to a DC capacitor are connected in parallel, and the connection point of the two switching elements in each unit is an AC side output terminal OUT.
各ユニットにおいて、2つのスイッチング素子を同時にONすると直流コンデンサを短絡してしまう。短絡を防ぐため、両方のスイッチング素子を数μ秒程度OFFするデッドタイムが挿入される。デッドタイム中は想定通りの電圧を出力できず、電圧ひずみ・THD悪化の原因となるため、デッドタイムの補償方法が検討されている。 If two switching elements are turned on at the same time in each unit, the DC capacitor will be short-circuited. In order to prevent a short circuit, a dead time is inserted to turn off both switching elements for several μs. Since it is not possible to output the expected voltage during the dead time, which causes voltage distortion and deterioration of THD, a method for compensating for the dead time is being studied.
特許文献3,4にデッドタイム補償方法の一例が開示されている。デッドタイム中のユニット出力電圧はユニット出力電流の向きに依存することから、特許文献3ではユニット出力電流の符号を検出し、ゲート指令の立ち上がりを遅らせるか、立ち下がりを遅らせるかを選択する。
同様に、電圧指令値にオフセットを重畳する方法もあり、オフセットの符号はユニット出力電流の向きにより決定される。特許文献4では、ゲート指令と実際の出力電圧を比較し、差が生じている時間をカウンタにより計測し、カウンタに比例した量を電圧指令値にフィードバックしデッドタイム補償を行う。
Similarly, there is also a method of superimposing an offset on the voltage command value, and the sign of the offset is determined by the direction of the unit output current. In
図17にインターリーブ駆動時のデッドタイムが問題となる例を示す。図17の主回路構成は図1であり、出力電流一定制御が行われている。ユニット電流検出値i1には大きなリプルが重畳し、スイッチング時のユニット電流検出値i1は時刻Aにおいてマイナス、時刻Bではプラスである。 FIG. 17 shows an example in which the dead time during interleave driving becomes a problem. The main circuit configuration of FIG. 17 is shown in FIG. 1, and constant output current control is performed. A large ripple is superimposed on the unit current detection value i1, and the unit current detection value i1 at the time of switching is negative at time A and positive at time B.
デッドタイムはユニット出力電圧v1が切り替わる時刻A,Bにおいて発生し、デッドタイム中のユニット出力電圧はユニット電流検出値とは逆の符号となる。時刻Aではプラス、時刻Bではマイナスの電圧が出力され互いに打ち消し合い、想定通りの電圧が出力される。 The dead time occurs at the times A and B when the unit output voltage v1 is switched, and the unit output voltage during the dead time has a sign opposite to the unit current detection value. A positive voltage is output at time A and a negative voltage is output at time B, canceling each other out, and the expected voltage is output.
ここで、負荷の電圧が急変した場合を考える。ユニット出力電圧v1のデューティ比が変化すると、ユニット電流検出値i1のリプルも変化し、スイッチング時のユニット電流検出値i1は時刻C,Dともにプラスとなった。デッドタイム中のユニット出力電圧v1は、時刻C,Dともにマイナスとなり、出力電圧は想定よりも低下する。その結果、ユニット電流検出値の合計値i1+i2+i3は少しであるが減少する。電流が元に戻るまでには、出力電流一定制御の応答速度に相当する時間がかかってしまう。このような電流の変動は、高品質電源に適用する際には特に問題となる。 Here, consider the case where the voltage of the load suddenly changes. When the duty ratio of the unit output voltage v1 changed, the ripple of the unit current detection value i1 also changed, and the unit current detection value i1 at the time of switching became positive at both time C and D. The unit output voltage v1 during the dead time becomes negative at both times C and D, and the output voltage becomes lower than expected. As a result, the total value i1 + i2 + i3 of the unit current detection values is slightly reduced. It takes time corresponding to the response speed of the constant output current control until the current returns to the original value. Such current fluctuations are particularly problematic when applied to high quality power supplies.
対策としてデッドタイム補償の適用が考えられる。しかし、特許文献3の方法では、時刻A,B,C,Dにおける電流振幅を正確に検出する必要がある。そのためには、高周波成分を遅延や減衰なく検出できる電流検出器が必要となる。制御をディジタルで行う場合は、高速なA/D変換器も必要になり、コストが増加してしまう。
As a countermeasure, application of dead time compensation can be considered. However, in the method of
特許文献4の方法ならば電流検出を必要としないため、インターリーブを適用しても適切なデッドタイム補償を行うことができる。しかし、別途インバータアームごとに電圧検出器、プリント基板にその信号を入力するためのポート、カウンタなどが必要になり、特許文献4の方法もコスト増加の要因となる。リアクトルを磁気結合させ電流リプルを低減する方法もあるが、これもコスト増加となるほか、並列接続するユニット台数が増加すると配線が複雑になるという問題が生じる。
Since the method of
インターリーブを行わないインバータでは、ユニット出力電流に重畳するリプルは通常10%以内と小さく、ユニット出力電流の急峻な変化は起こらない。そのためユニット出力電流からリプルを除去した信号を用いて特許文献3によるデッドタイム補償を行っても、ほとんどの場合において問題にならない。
In an inverter that does not perform interleaving, the ripple superimposed on the unit output current is usually as small as 10% or less, and a sharp change in the unit output current does not occur. Therefore, even if the dead time compensation according to
しかし、インターリーブを行うとリアクトルを介して直流電圧が短絡されるため、ユニット出力電流の傾きは大きくなり、大きなリプルが重畳し、設計によっては20%を超える場合もある。このような条件では、デッドタイム期間内と期間外のユニット出力電流の向きが異なる場合が頻繁に発生し、問題が発生する可能性が高くなる。 However, when interleaving is performed, the DC voltage is short-circuited via the reactor, so that the slope of the unit output current becomes large, large ripples are superimposed, and it may exceed 20% depending on the design. Under such conditions, the direction of the unit output current within and outside the dead time period often differs, and the possibility of a problem increases.
以上示したようなことから、インターリーブ駆動のユニット並列インバータにおいて、低コストでデッドタイム補償を実現することが課題となる。 From the above, it is an issue to realize dead time compensation at low cost in an interleaved unit parallel inverter.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直列接続された2つのスイッチング素子を有するユニットを並列接続し、インターリーブ駆動を行うユニット並列インバータであって、各ユニット電流検出値のキャリア三角波1周期における平均電流を、全ユニットにおけるユニット電流検出値の平均値に等しくするためのユニット間電圧指令値を出力するユニット間電流制御部と、デューティ比に基づいて、各ユニット毎に前記平均電流とターンON電流との差分,前記平均電流とターンOFF電流との差分を出力するスイッチング電流推定器と、前記平均電流と前記差分に基づいて、前記ターンON電流の符号および前記ターンOFF電流の符号を判定し、前記ターンON電流の符号および前記ターンOFF電流の符号に基づいて、デッドタイム補償量を出力するデッドタイム補償量出力部と、電圧指令値と前記ユニット間電圧指令値と前記デッドタイム補償量とを加算した値と前記キャリア三角波を比較し、デッドタイムを付与してゲート信号を生成するPWM制御部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and one aspect thereof is a unit parallel inverter in which units having two switching elements connected in series are connected in parallel to perform interleave drive. Based on the inter-unit current control unit that outputs the inter-unit voltage command value to make the average current of each unit current detection value in one carrier triangle wave equal to the average value of the unit current detection values of all units, and the duty ratio. A switching current estimator that outputs the difference between the average current and the turn-on current and the difference between the average current and the turn-off current for each unit, and the turn-on current based on the average current and the difference. The dead time compensation amount output unit that determines the code and the code of the turn OFF current and outputs the dead time compensation amount based on the code of the turn ON current and the code of the turn OFF current, the voltage command value, and the unit. It is characterized by including a PWM control unit that compares a value obtained by adding an inter-voltage command value and the dead time compensation amount with the carrier triangular wave and adds a dead time to generate a gate signal.
また、その一態様として、前記ユニット並列インバータは、2つのユニットを並列接続したインバータの交流側出力端子と直流側マイナス端子との間に負荷を接続したチョッパ、または、2つのユニットを並列接続したインバータを3台備え、3台のインバータの交流側出力端子を負荷に接続した3相インバータであり、前記平均電流と第1ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(1)式、前記平均電流と第1ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(2)式、前記平均電流と第2ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(2)式、前記平均電流と第2ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(1)式とすることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the unit parallel inverter is a chopper in which a load is connected between an AC side output terminal and a DC side negative terminal of an inverter in which two units are connected in parallel, or two units are connected in parallel. It is a three-phase inverter equipped with three inverters and the AC side output terminals of the three inverters are connected to the load. The difference between the average current and the turn-on current of the first unit is the following equation (1), said. The difference between the average current and the turn-off current of the first unit is the following equation (2), and the difference between the average current and the turn-on current of the second unit is the following equation (2), the average current and the second. The difference between the two units and the turn-off current is the following equation (1).
ただし、Ic:平均電流
Vdc:直流電圧
T:キャリア三角波の1周期の時間
Δt:デューティ比
L:リアクトルのインダクタンス。
However, I c : average current V dc : DC voltage T: time of one cycle of carrier triangle wave Δt: duty ratio L: inductance of reactor.
また、他の態様として、前記ユニット並列インバータは、2つの前記ユニットを並列接続したインバータを2台備え、2台の前記インバータの交流側出力端子を負荷に接続した単相インバータであり、前記平均電流と各インバータにおける第1ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(3)式、前記平均電流と各インバータにおける第1ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(4)式、前記平均電流と各インバータにおける第2ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(5)式、前記平均電流と各インバータにおける第2ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(6)式とすることを特徴とする。 As another aspect, the unit parallel inverter is a single-phase inverter provided with two inverters in which the two units are connected in parallel, and the AC side output terminals of the two inverters are connected to a load, and the average. The difference between the current and the turn-on current of the first unit in each inverter is the following equation (3), and the difference between the average current and the turn-off current of the first unit in each inverter is the following equation (4). The difference between the average current and the turn-on current of the second unit in each inverter is the following equation (5), and the difference between the average current and the turn-off current of the second unit in each inverter is the following (6). It is characterized by making it an expression.
ただし、Vdc:直流電圧
T:キャリア三角波の1周期の時間
Δt:デューティ比
L:リアクトルのインダクタンス。
However, V dc : DC voltage T: Time of one cycle of carrier triangle wave Δt: Duty ratio L: Inductance of reactor.
また、他の態様として、前記ユニット並列インバータは、3つの前記ユニットを並列接続したインバータの交流側出力端子と直流側マイナス端子との間に負荷を接続したチョッパ、または、3つの前記ユニットを並列接続したインバータを3台備え、3台のインバータの交流側出力端子を負荷に接続した3相インバータであり、前記平均電流と前記ターンON電流との差分は以下の(7)式、前記平均電流と前記ターンOFF電流との差分は以下の(8)式とすることを特徴とする。 As another embodiment, the unit parallel inverter is a chopper in which a load is connected between an AC side output terminal and a DC side negative terminal of an inverter in which three units are connected in parallel, or three units are connected in parallel. It is a three-phase inverter equipped with three connected inverters and the AC side output terminals of the three inverters are connected to the load. The difference between the average current and the turn-on current is the following equation (7), the average current. The difference between the turn-off current and the turn-off current is characterized by the following equation (8).
ただし、Vdc:直流電圧
T:キャリア三角波の1周期の時間
Δt:デューティ比
L:リアクトルのインダクタンス。
However, V dc : DC voltage T: Time of one cycle of carrier triangle wave Δt: Duty ratio L: Inductance of reactor.
また、他の態様として、前記ユニット並列インバータは、3つの前記ユニットを並列接続したインバータを2台備え、2台のインバータの交流側出力端子を負荷に接続した単相インバータであり、前記平均電流と各インバータにおける第1ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(9)式、前記平均電流と各インバータにおける第1ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(10)式、前記平均電流と各インバータにおける第2ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(11)式、前記平均電流と各インバータの第2ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(12)式、前記平均電流と各インバータの第3ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(13)式、前記平均電流と各インバータにおける第3ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(14)式とすることを特徴とする。 As another aspect, the unit parallel inverter is a single-phase inverter having two inverters in which the three units are connected in parallel and the AC side output terminals of the two inverters connected to the load, and the average current. The difference between the above and the turn-on current of the first unit in each inverter is the following equation (9), and the difference between the average current and the turn-off current of the first unit in each inverter is the following equation (10). The difference between the average current and the turn-on current of the second unit in each inverter is the following equation (11), and the difference between the average current and the turn-off current of the second unit of each inverter is the following equation (12). The difference between the average current and the turn-on current of the third unit of each inverter is the following equation (13), and the difference between the average current and the turn-off current of the third unit of each inverter is the following (14). ) Is used.
ただし、Vdc:直流電圧
T:キャリア三角波の1周期の時間
Δt:デューティ比
L:リアクトルのインダクタンス。
However, V dc : DC voltage T: Time of one cycle of carrier triangle wave Δt: Duty ratio L: Inductance of reactor.
また、他の態様として、前記各ユニットは3レベルの電圧を出力する3レベルインバータであり、交流側出力電圧に2を乗算した値を直流電圧で除算した値が1よりも大きい場合、前記交流側出力電圧に2を乗算した値を前記直流電圧で除算した値から1を減算した値を前記デューティ比とし、前記交流側出力電圧に2を乗算した値を前記直流電圧で除算した値が1以下の場合、前記交流側出力電圧に2を乗算した値を前記直流電圧で除算した値を前記デューティ比とし、前記スイッチング電流推定器の出力に1/2を乗算することを特徴とする。 As another aspect, each unit is a 3-level inverter that outputs a 3-level voltage, and when the value obtained by multiplying the AC side output voltage by 2 and dividing by the DC voltage is larger than 1, the AC The duty ratio is the value obtained by subtracting 1 from the value obtained by dividing the value obtained by multiplying the side output voltage by 2 by the DC voltage, and the value obtained by dividing the value obtained by multiplying the AC side output voltage by 2 by the DC voltage is 1. In the following cases, the duty ratio is a value obtained by dividing the value obtained by multiplying the AC side output voltage by 2 by the DC voltage, and the output of the switching current estimator is multiplied by 1/2.
また、他の態様として、前記各ユニットは3レベルの電圧を出力する3レベルインバータであり、前記電圧指令値が0より大きい場合、前記電圧指令値をデューティ比とし、前記電圧指令値が0以下の場合、前記電圧指令値に1を加算した値をデューティ比とし、前記スイッチング電流推定器の出力に1/2を乗算することを特徴とする。 As another aspect, each unit is a three-level inverter that outputs a three-level voltage, and when the voltage command value is larger than 0, the voltage command value is set as the duty ratio, and the voltage command value is 0 or less. In the case of, the duty ratio is a value obtained by adding 1 to the voltage command value, and the output of the switching current estimator is multiplied by 1/2.
本発明によれば、インターリーブ駆動のユニット並列インバータにおいて、低コストでデッドタイム補償を実現することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize dead time compensation at low cost in an interleaved drive unit parallel inverter.
以下、本願発明におけるユニット並列インバータの実施形態1~5を図1~図16に基づいて詳述する。
Hereinafter,
[実施形態1]
図1はユニット並列インバータの主回路構成の一例を示す構成図である。各ユニットは直列接続された2つのスイッチング素子1U,1X、および、2U,2X、および、3U,3Xを有する。図1に示すユニット並列インバータは1相あたり3台のユニットがリアクトルLを介して並列接続されている。各ユニット電流検出値i1,i2,i3は電流検出器により検出され、制御に使用される。ユニット並列インバータの直流電圧Vdcおよび交流側出力電圧Voについても電圧検出器を用いて検出する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a main circuit configuration of a unit parallel inverter. Each unit has two switching
図1では、直流側に直流電圧源DCが接続されているが、コンデンサやダイオード整流器、他の電力変換装置が接続される場合もある。 In FIG. 1, the DC voltage source DC is connected to the DC side, but a capacitor, a diode rectifier, or another power conversion device may be connected.
図1の構成(インバータ)を1台のみ使用し、交流側出力端子OUTと直流側マイナス端子を負荷に接続すればチョッパとなる。図1の構成(インバータ)を2台使用し、負荷の両端に各インバータの交流側出力端子OUTを接続し、直流側電位を共通にすれば単相インバータとなる。同様に図1の構成(インバータ)を3台使用し、負荷に各インバータの交流側出力端子OUTを接続し、直流側電位を共通にすれば3相インバータとなる。 If only one configuration (inverter) shown in FIG. 1 is used and the AC side output terminal OUT and the DC side negative terminal are connected to the load, it becomes a chopper. If two units (inverters) of FIG. 1 are used, the AC side output terminals OUT of each inverter are connected to both ends of the load, and the DC side potential is shared, a single-phase inverter is obtained. Similarly, if three units (inverters) of FIG. 1 are used, the AC side output terminal OUT of each inverter is connected to the load, and the DC side potential is shared, a three-phase inverter is obtained.
図2にユニット並列インバータにおける制御部の一例を示す。フィルタf1,f2,f3は、ユニット電流検出値i1,i2,i3からノイズおよびキャリア周波数以上のスイッチングリプルを除去し、キャリア三角波1周期あたりの平均電流を求める。 FIG. 2 shows an example of the control unit in the unit parallel inverter. The filters f1, f2, and f3 remove noise and switching ripples above the carrier frequency from the unit current detection values i1, i2, and i3, and obtain the average current per carrier triangular wave cycle.
次に、ユニット間電流制御部20について説明する。ユニット間電流制御部20は、加算器1と、乗算器2と、減算器3a,3b,3cと、比例アンプP1,P2,P3と、を有する。加算器1は、各フィルタf1,f2,f3の出力を合計する。乗算器2は、加算器1の出力を1/3倍し、全ユニットにおけるユニット電流検出値i1,i2,i3の平均値を求める。乗算器2の乗数はユニット並列台数の逆数であり、2並列ならば1/2となる。
Next, the inter-unit
減算器3a,3b,3cは、全ユニットにおけるユニット電流検出値の平均値と、各ユニット電流検出値i1,i2,i3のキャリア三角波1周期あたりの平均電流との偏差を求める。比例アンプP1,P2,P3は、減算器3a,3b,3cの出力を増幅し、ユニット電流検出値i1,i2,i3のキャリア三角波1周期あたりの平均電流を平均値に等しくするためのユニット間電圧指令値を出力する。
The
フィルタf4,f5は、交流側出力電圧Vo,直流電圧検出値Vdcからノイズを除去する。除算器4は、ノイズ除去後のVo/Vdcを求める。正規化後の直流電圧検出値Vdcが1付近であることが既知ならば、除算の代わりにVo×(2-Vdc)で近似すると、演算負荷を低減できる。
The filters f4 and f5 remove noise from the AC side output voltage Vo and the DC voltage detection value Vdc. The
スイッチング電流推定器5は、デューティ比Δt=(Vo/Vdc)を入力し、ユニット電流検出値i1,i2,i3のキャリア三角波1周期あたりの平均電流とターンOFF電流・ターンON電流との差分を出力する。スイッチング電流推定器5の詳細は各実施形態によって異なる。
The switching
次に、デッドタイム補償量出力部30について説明する。デッドタイム補償量出力部30は、加算器6a~6fと、符号判定器7a~7fと、加算器8a~8cと、乗算器9a~9cと、を有する。
Next, the dead time compensation
加算器6aは、ユニット電流検出値i1のキャリア三角波1周期あたりの平均電流とスイッチング電流推定器5の出力を加算し、第1ユニットのターンON電流を求める。加算器6bは、ユニット電流検出値i1のキャリア三角波1周期あたりの平均電流とスイッチング電流推定器5の出力を加算し、第1ユニットのターンOFF電流を求める。符号判定器7a,7bは、加算器6a,6bの出力するターンON電流・ターンOFF電流の符号がプラスならば1を、マイナスならば-1を出力する。加算器8aは、符号判定器7a,7bの出力を加算する。乗算器9aは加算器8aの出力にゲインGdtcを乗算し、第1ユニットのデッドタイム補償量を出力する。第2,第3ユニットについても同様の構成によりデッドタイム補償量を求める。
The adder 6a adds the average current per cycle of the carrier triangular wave of the unit current detection value i1 and the output of the switching
電圧指令値V*は固定値で与えられる他、電流制御や電圧制御により決定される場合もある。 The voltage command value V * is given as a fixed value, and may be determined by current control or voltage control.
加算器10a~10cは、電圧指令値V*と、比例アンプP1,P2,P3の出力(ユニット間電圧指令値)と、乗算器9a,9b,9cの出力(デッドタイム補償量)をそれぞれ足し合わせる。PWM変調器PWMは、加算器10a~10cの出力とキャリア三角波を比較し、デッドタイムを付与してゲート信号G1U,G1X,G2U,G2X,G3U,G3Xを出力する。ゲート信号G1U,G1X,G2U,G2X,G3U,G3Xは、対応する図1のスイッチング素子1U,1X,2U,2X,3U,3Xに入力される。
The
本実施形態1では、2つのユニットを並列接続したインバータの交流側出力端子OUTと直流側マイナス端子との間に負荷を接続したチョッパ、または、2つのユニットを並列接続したインバータを3台備え、3台のインバータの交流側出力端子OUTを負荷に接続した3相インバータに適用する場合を想定している。この条件におけるスイッチング時の電流の推定方法を、図3を用いて説明する。図3では、負荷を2ICの電流源としている。図3において、V1はスイッチング素子1U,1Xの接続点と直流側マイナス端子間の電圧を示し、V2はスイッチング素子2U,2Xの接続点と直流側マイナス端子間の電圧を示す。
In the first embodiment, a chopper in which a load is connected between the AC side output terminal OUT and the DC side minus terminal of an inverter in which two units are connected in parallel, or three inverters in which two units are connected in parallel are provided. It is assumed that the AC side output terminal OUT of three inverters is applied to a three-phase inverter connected to a load. A method of estimating the current during switching under this condition will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the load is a 2IC current source. In FIG. 3, V1 shows the voltage between the connection point of the
図4で動作を説明する。図4では2IC=0とする。V1がVdc,V2が0で、ユニット電流検出値i1がプラス,ユニット電流検出値i2がマイナスである(1)の期間は、スイッチング素子1U,2XがONし、スイッチング素子2U,1XがOFFする。電流は、Vdc→1U→2Xの経路で流れる。
The operation will be described with reference to FIG. In FIG. 4, 2IC = 0. During the period (1) when V1 is Vdc and V2 is 0, the unit current detection value i1 is positive, and the unit current detection value i2 is negative, the
V1が0,V2が0の(2)の期間は、スイッチング素子1X,2XがONし、スイッチング素子1U,2UがOFFする。電流は、1X→2Xの経路で流れる。
During the period (2) when V1 is 0 and V2 is 0, the
V1が0,V2がVdcで、ユニット電流検出値i1がプラス,ユニット電流検出値i2がマイナスである(3)の期間は、スイッチング素子2U,1XがONし、スイッチング素子1U,2XがOFFする。電流は、1X→2Uの経路で流れる。
During the period (3) when V1 is 0, V2 is Vdc, the unit current detection value i1 is positive, and the unit current detection value i2 is negative, the
V1が0,V2がVdcで、ユニット電流検出値i1がマイナス,ユニット電流検出値i2がプラスである(4)の期間は、スイッチング素子2U,1XがONし、スイッチング素子1U,2XがOFFする。電流は、Vdc→2U→1Xの経路で流れる。
During the period (4) when V1 is 0, V2 is Vdc, the unit current detection value i1 is negative, and the unit current detection value i2 is positive, the
V1が0,V2が0の(5)の期間は、スイッチング素子1X,2XがONし、スイッチング素子1U,2UがOFFする。電流は、2X→1Xの経路で流れる。
During the period (5) when V1 is 0 and V2 is 0, the
V1がVdc,V2が0で、ユニット電流検出値i1がマイナス,ユニット電流検出値i2がプラスである(6)の期間は、スイッチング素子1U,2XがONし、スイッチング素子2U,1XがOFFする。電流は、2X→1Uの経路で流れる。
During the period (6) when V1 is Vdc and V2 is 0, the unit current detection value i1 is negative, and the unit current detection value i2 is positive, the
図3,図4におけるユニット電流検出値i1,i2は計算により求めることができる。ユニット出力電圧v1が0→Vdcに変化した時点でのユニット電流検出値i1,i2を平均電流ICとしたときのユニット電流検出値i1,i2の波形を図5に示す。 The unit current detection values i1 and i2 in FIGS. 3 and 4 can be obtained by calculation. FIG. 5 shows the waveforms of the unit current detection values i1 and i2 when the unit current detection values i1 and i2 at the time when the unit output voltage v1 changes from 0 to Vdc are defined as the average current IC.
図5において、Tはキャリア三角波1周期の時間、Δtはデューティ比を示している。図5では第1ユニットと第2ユニットでキャリア三角波の位相は180degずれているため、ユニット出力電圧v1,v2も180degの位相差がある。 In FIG. 5, T indicates the time of one cycle of the carrier triangular wave, and Δt indicates the duty ratio. In FIG. 5, since the phase of the carrier triangle wave is 180 deg out of phase between the first unit and the second unit, the unit output voltages v1 and v2 also have a phase difference of 180 deg.
ユニット出力電圧v1とユニット出力電圧v2が等しい場合はユニット電流検出値i1,i2は一定であり、v1=Vdc,v2=0ならばリアクトルLにはVdc/2の電圧が印加されるため、ユニット電流検出値i1は傾きVdc/2Lで増加、ユニット電流検出値i2は傾きVdc/2Lで減少する。図5の丸印で示した部分がスイッチング時の電流である。スイッチングは必ず電流ピークで行われることがわかる。 When the unit output voltage v1 and the unit output voltage v2 are equal, the unit current detection values i1 and i2 are constant, and when v1 = Vdc and v2 = 0, the voltage of Vdc / 2 is applied to the reactor L, so that the unit The current detection value i1 increases with a slope Vdc / 2L, and the unit current detection value i2 decreases with a slope Vdc / 2L. The part indicated by the circle in FIG. 5 is the current at the time of switching. It can be seen that switching is always performed at the current peak.
図5では、電流の基準点をv1が0→Vdcに変化した時点としている。キャリア三角波1周期あたりの平均電流ICを基準としたスイッチング時の電流を求めると、第1ユニットの上アームのターンON電流(すなわち、平均電流ICと第1ユニットの上アームのターンON電流との差分)は以下の(1)式となる。なお、(1)式中のLはリアクトルLのインダクタンスを示す。 In FIG. 5, the reference point of the current is the time when v1 changes from 0 to Vdc. When the current during switching based on the average current IC per carrier triangle wave cycle is obtained, the turn - on current of the upper arm of the first unit (that is, the average current IC and the turn - on current of the upper arm of the first unit) is obtained. (Difference from) is given by the following equation (1). Note that L in Eq. (1) indicates the inductance of the reactor L.
平均電流ICを基準とした第1ユニットの上アームのターンOFF電流(すなわち、平均電流ICと第1ユニットの上アームのターンOFF電流との差分)は以下の(2)式となる。 The turn-off current of the upper arm of the first unit (that is, the difference between the average current IC and the turn - off current of the upper arm of the first unit) with respect to the average current IC is given by the following equation (2).
第2ユニットについても電流波形が上下対称であるため同じ式で求めることができる。ただし、ターンON電流、ターンOFF電流は逆となる。すなわち、平均電流ICと第2ユニットの上アームのターンON電流との差分は(2)式、平均電流ICと第2ユニットの上アームのターンOFF電流との差分は(1)式となる。図6に、デューティ比Δt=Vo/Vdcと平均電流とターンON電流(破線)、ターンOFF電流(実線)の差分の関係、すなわち、本実施形態1のスイッチング電流推定器5の入力と出力の関係を示す。
Since the current waveform of the second unit is vertically symmetrical, it can be obtained by the same equation. However, the turn ON current and the turn OFF current are opposite. That is, the difference between the average current IC and the turn-on current of the upper arm of the second unit is the equation (2), and the difference between the average current IC and the turn - off current of the upper arm of the second unit is the equation (1). Become. FIG. 6 shows the relationship between the duty ratio Δt = Vo / Vdc and the difference between the average current, the turn ON current (broken line), and the turn OFF current (solid line), that is, the input and output of the switching
本実施形態1では、スイッチング時の電流を検出するのではなく、ユニット電流検出値i1,i2,i3のキャリア三角波1周期あたりの平均電流とデューティ比から、スイッチング時の電流を推定し、デッドタイム補償に使用する。 In the first embodiment, instead of detecting the current at the time of switching, the current at the time of switching is estimated from the average current and the duty ratio per carrier triangular wave cycle of the unit current detection values i1, i2, i3, and the dead time is estimated. Used for compensation.
図7は、デューティ比Δtが小さい(0に近い)場合の平均電流ICとターンON電流およびターンOFF電流との差分と、デューティ比Δtが1/2に近い場合の平均電流ICとターンON電流およびターンOFF電流との差分を示す図である。図7に示すように、デューティ比Δtが小さい(0に近い)場合、ユニット電流検出値i1,i2の振幅が小さくなり、平均電流ICとターンON電流およびターンOFF電流との差分も小さくなる。デューティ比Δtが1/2に近い場合、ユニット電流検出値i1,i2の振幅が大きくなり、平均電流ICとターンON電流およびターンOFF電流との差分も大きくなる。本実施形態1では、デューティ比Δtが1/2のとき最も平均電流ICとターンON電流およびターンOFF電流との差分が大きくなり、それ以降は低下していく。 FIG. 7 shows the difference between the average current IC and the turn ON current and the turn OFF current when the duty ratio Δt is small (close to 0 ), and the average current IC and the turn when the duty ratio Δt is close to 1/2. It is a figure which shows the difference between an ON current and a turn OFF current. As shown in FIG. 7, when the duty ratio Δt is small (close to 0 ), the amplitudes of the unit current detection values i1 and i2 are small, and the difference between the average current IC and the turn-on current and turn-off current is also small. .. When the duty ratio Δt is close to 1/2, the amplitudes of the unit current detection values i1 and i2 become large, and the difference between the average current IC and the turn ON current and the turn OFF current also becomes large. In the first embodiment, when the duty ratio Δt is 1/2, the difference between the average current IC and the turn - on current and the turn-off current becomes the largest, and then decreases.
以上により、デューティ比Δtからキャリア三角波1周期あたりの平均電流ICとターンON電流、ターンOFF電流との差分を計算により推定することができる。キャリア三角波1周期あたりの平均電流ICは、電流検出値i1,i2,i3をフィルタ処理することにより求めることができる。これらを加算しターンON電流、ターンOFF電流を求め、デッドタイム補償に使用する。 From the above, the difference between the average current IC per cycle of the carrier triangle wave and the turn - on current and turn-off current can be estimated from the duty ratio Δt by calculation. The average current IC per cycle of the carrier triangle wave can be obtained by filtering the current detection values i1 , i2, and i3. These are added to obtain the turn ON current and turn OFF current, which are used for dead time compensation.
ここでは、デューティ比ΔtとしてVo/Vdcを使用したが、電圧指令値V*を用いることもできる。2レベルインバータにおいて、キャリア三角波が-1~1の範囲で変化する場合、電圧指令値V*でデューティ比を表すとΔt=(V*+1)/2となる。これをスイッチング電流推定器5に入力してもよい。
Here, Vo / Vdc is used as the duty ratio Δt, but a voltage command value V * can also be used. In a two-level inverter, when the carrier triangle wave changes in the range of -1 to 1, the duty ratio is expressed by the voltage command value V *, which is Δt = (V * + 1) / 2. This may be input to the switching
以上示したように、本実施形態1によれば、インターリーブ駆動を行うユニット並列インバータにおいて、高速な電流検出器やA/D変換器、各インバータアームの出力電圧検出器、フィードバック回路、カウンタ、結合リアクトルなどが不要となる。よって、低コスト、かつ、少ない部品点数で適切なデッドタイム補償を行うことができる。その結果、出力電圧・電流のひずみ、負荷急変時の出力電圧・電流の変動を低減することができ、出力電力品質の向上やインバータ出力におけるフィルタのリアクトル、コンデンサを小型化できる。 As shown above, according to the first embodiment, in the unit parallel inverter that performs interleave drive, a high-speed current detector, an A / D converter, an output voltage detector of each inverter arm, a feedback circuit, a counter, and a coupling are used. No need for a reactor. Therefore, appropriate dead time compensation can be performed at low cost and with a small number of parts. As a result, it is possible to reduce the distortion of the output voltage / current and the fluctuation of the output voltage / current at the time of sudden load change, improve the output power quality, and reduce the size of the filter reactor and the capacitor in the inverter output.
本実施形態1は、2つのユニットを並列接続したインバータの交流側出力端子OUTと直流側マイナス端子との間に負荷を接続したチョッパ、または、2つのユニットを並列接続したインバータを3台備え、3台のインバータの交流側出力端子OUTを負荷に接続した3相インバータに適用可能である。 The first embodiment includes a chopper in which a load is connected between the AC side output terminal OUT and the DC side minus terminal of an inverter in which two units are connected in parallel, or three inverters in which two units are connected in parallel. It can be applied to a three-phase inverter in which the AC side output terminal OUT of three inverters is connected to the load.
[実施形態2]
本実施形態2は、スイッチング電流推定器5が実施形態1と異なる。図8に本実施形態2のスイッチング電流推定器5の入力と出力の関係を示す。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, the switching
本実施形態2では、2つのユニットを並列接続したインバータを2台備え、2台のインバータの交流側出力端子OUTを負荷に接続した単相インバータに適用する場合を想定している。単相インバータでは、キャリア位相差を90degに設定する必要がある。この条件でのユニット電流検出値i1,i2の波形を図9に示す。 In the second embodiment, it is assumed that two inverters in which two units are connected in parallel are provided and the AC side output terminal OUT of the two inverters is applied to a single-phase inverter connected to a load. In a single-phase inverter, it is necessary to set the carrier phase difference to 90 deg. The waveforms of the unit current detection values i1 and i2 under this condition are shown in FIG.
実施形態1とは異なり、場合分けはデューティ比Δtの0.25と0.75を境に3つに分ける。図9より、ユニット電流検出値i1,i2のキャリア三角波1周期あたりの平均電流ICを基準にスイッチング時の電流を求めると、第1ユニットにおける上アームのターンON電流(すなわち、平均電流ICと第1ユニットの上アームのターンON電流との差分)は以下の(3)式となる。 Unlike the first embodiment, the case classification is divided into three with the duty ratios Δt of 0.25 and 0.75 as boundaries. From FIG. 9, when the current at the time of switching is obtained based on the average current IC per cycle of the carrier triangular waves of the unit current detection values i1 and i2, the turn - on current of the upper arm in the first unit (that is, the average current IC ) is obtained. And the difference between the turn-on current of the upper arm of the first unit) is given by the following equation (3).
平均電流ICを基準とした第1ユニットにおける上アームのターンOFF電流(すなわち、平均電流ICと第1ユニットにおける上アームのターンOFF電流との差分)は以下の(4)式となる。 The turn - off current of the upper arm in the first unit with respect to the average current IC (that is, the difference between the average current IC and the turn - off current of the upper arm in the first unit) is given by the following equation (4).
平均電流ICを基準とした第2ユニットにおける上アームのターンON電流(すなわち、平均電流ICと第2ユニットにおける上アームのターンON電流との差分)は以下の(5)式となる。 The turn-on current of the upper arm in the second unit with respect to the average current IC (that is, the difference between the average current IC and the turn - on current of the upper arm in the second unit) is given by the following equation (5).
平均電流ICを基準とした第2ユニットにおける上アームのターンOFF電流(すなわち、平均電流ICと第2ユニットにおける上アームのターンOFF電流との差分)は以下の(6)式となる。 The turn - off current of the upper arm in the second unit with respect to the average current IC (that is, the difference between the average current IC and the turn - off current of the upper arm in the second unit) is given by the following equation (6).
ユニット電流検出値i2の波形はユニット電流検出値i1に対して上下対称であるため、平均電流ICと第1ユニットのターンON電流との差分の符号を反転すれば平均電流ICと第2ユニットのターンOFF電流との差分が得られ、平均電流ICと第1ユニットのターンOFF電流との差分の符号を反転すれば平均電流ICと第2ユニットのターンON電流との差分が得られる。あとは実施形態1と同様に、キャリア三角波1周期あたりの平均電流ICに上記(3)~(6)を加算しターンON電流、ターンOFF電流を求め、デッドタイム補償を行う。 Since the waveform of the unit current detection value i2 is vertically symmetrical with respect to the unit current detection value i1, if the sign of the difference between the average current IC and the turn - on current of the first unit is inverted, the average current IC and the second The difference between the turn-off current of the unit and the turn - off current of the second unit can be obtained by inverting the sign of the difference between the average current IC and the turn - off current of the first unit. Be done. After that, as in the first embodiment, the above (3) to (6) are added to the average current IC per cycle of the carrier triangular wave to obtain the turn ON current and the turn OFF current, and the dead time compensation is performed.
以上示したように、本実施形態2によれば、実施形態1と同様の作用効果を奏する。本実施形態2は2つのユニットを並列接続したインバータを2台備え、2台のインバータの交流側出力端子OUTを負荷に接続した単相インバータに適用可能である。 As shown above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment are obtained. The second embodiment is applicable to a single-phase inverter provided with two inverters in which two units are connected in parallel, and the AC side output terminal OUT of the two inverters is connected to a load.
[実施形態3]
本実施形態3は、スイッチング電流推定器5が実施形態1,2と異なる。図10に本実施形態3のスイッチング電流推定器5の入力と出力の関係を示す。
[Embodiment 3]
In the third embodiment, the switching
本実施形態3では、3つのユニットを並列接続したインバータの交流側出力端子OUTと直流側マイナス端子との間に負荷を接続したチョッパ、または、3つのユニットを並列接続したインバータを3台備え、3台のインバータの交流側出力端子OUTを負荷に接続した3相インバータに適用する場合を想定している。 In the third embodiment, a chopper in which a load is connected between the AC side output terminal OUT and the DC side minus terminal of an inverter in which three units are connected in parallel, or three inverters in which three units are connected in parallel are provided. It is assumed that the AC side output terminal OUT of three inverters is applied to a three-phase inverter connected to a load.
本実施形態3でのスイッチング時の電流の推定条件を図11に示す。図11では、負荷を3ICの電流源とし、キャリア位相差を120degとする。図11におけるユニット電流検出値i1,i2,i3の電流をこれまでと同様に求めることができる。 FIG. 11 shows the estimation conditions of the current at the time of switching in the third embodiment. In FIG. 11, the load is a 3IC current source, and the carrier phase difference is 120 deg. The currents of the unit current detection values i1, i2, and i3 in FIG. 11 can be obtained in the same manner as before.
この条件でのユニット電流検出値i1,i2,i3の波形を図12に示す。ユニット3並列では、ユニット出力電圧v1,v2,v3がすべて等しい場合、ユニット電流検出値i1,i2,i3は一定である。いずれか1つのみが異なる場合、異なるユニットの出力電流は傾き±2Vdc/3Lで変化し、残り2つの出力電流の傾きは±Vdc/3Lで変化する。各ユニットの電流は位相とオフセットだけが異なり、スイッチング時の電流は以下のように同じ式で表すことができる。平均電流ICと上アームのターンON電流との差分は以下の(7)式となる。
The waveforms of the unit current detection values i1, i2, and i3 under this condition are shown in FIG. In the
平均電流ICと上アームのターンOFF電流との差分は以下の(8)式となる。 The difference between the average current IC and the turn - off current of the upper arm is given by the following equation (8).
以上示したように、本実施形態3によれば、実施形態1,2と同様の作用効果を奏する。本実施形態3は、3つのユニットを並列接続したインバータの交流側出力端子OUTと直流側マイナス端子との間に負荷を接続したチョッパ、または、3つのユニットを並列接続したインバータを3台備え、3台のインバータの交流側出力端子OUTを負荷に接続した3相インバータに適用可能である。 As shown above, according to the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments are obtained. The third embodiment includes a chopper in which a load is connected between the AC side output terminal OUT and the DC side minus terminal of an inverter in which three units are connected in parallel, or three inverters in which three units are connected in parallel. It can be applied to a three-phase inverter in which the AC side output terminal OUT of three inverters is connected to the load.
[実施形態4]
本実施形態4は、スイッチング電流推定器5が実施形態1~3と異なる。図13に本実施形態4のスイッチング電流推定器5の入力と出力の関係を示す。
[Embodiment 4]
In the fourth embodiment, the switching
本実施形態4では、3つのユニットを並列接続したインバータを2台備え、2台のインバータの交流側出力端子OUTを負荷に接続した単相インバータに適用する場合を想定している。 In the fourth embodiment, it is assumed that two inverters in which three units are connected in parallel are provided and the AC side output terminal OUT of the two inverters is applied to a single-phase inverter connected to a load.
単相インバータでは、キャリア位相差を60degに設定する。この条件でのユニット電流検出値i1,i2,i3の波形を図14に示す。0.5<Δtの場合は、ユニット出力電圧v1,v2,v3を反転した場合と等価になる。スイッチング時の電流は以下のように表すことができる。平均電流ICと第1ユニットの上アームのターンON電流との差分は以下の(9)式となる。 In the single-phase inverter, the carrier phase difference is set to 60 deg. The waveforms of the unit current detection values i1, i2, and i3 under this condition are shown in FIG. When 0.5 <Δt, it is equivalent to the case where the unit output voltages v1, v2, and v3 are inverted. The current during switching can be expressed as follows. The difference between the average current IC and the turn - on current of the upper arm of the first unit is given by the following equation (9).
平均電流ICと第1ユニットにおける上アームのターンOFF電流との差分は以下の(10)式となる。 The difference between the average current IC and the turn - off current of the upper arm in the first unit is given by the following equation (10).
平均電流ICと第2ユニットにおける上アームのターンON電流との差分は以下の(11)式となる。 The difference between the average current IC and the turn - on current of the upper arm in the second unit is given by the following equation (11).
平均電流ICと第2ユニットにおける上アームのターンOFF電流との差分は以下の(12)式となる。 The difference between the average current IC and the turn - off current of the upper arm in the second unit is given by the following equation (12).
平均電流ICと第3ユニットにおける上アームのターンON電流との差分は以下の(13)式となる。 The difference between the average current IC and the turn - on current of the upper arm in the third unit is given by the following equation (13).
平均電流ICと第3ユニットにおける上アームのターンOFF電流との差分は以下の(14)式となる。 The difference between the average current IC and the turn - off current of the upper arm in the third unit is given by the following equation (14).
以上示したように、本実施形態4によれば、実施形態1~3と同様の作用効果を奏する。本実施形態4は、3つのユニットを並列接続したインバータを2台備え、2台のインバータの交流側出力端子OUTを負荷に接続した単相インバータに適用可能である。 As shown above, according to the fourth embodiment, the same effects as those of the first to third embodiments are obtained. The fourth embodiment is applicable to a single-phase inverter provided with two inverters in which three units are connected in parallel and the AC side output terminals OUT of the two inverters are connected to a load.
[実施形態5]
図15に本実施形態5の主回路構成を示す。図15は、図1に対してインバータを3レベルインバータに変更した。図15はT型だが、NPC型やFC型の3レベルインバータにも適用することができる。
[Embodiment 5]
FIG. 15 shows the main circuit configuration of the fifth embodiment. In FIG. 15, the inverter is changed to a three-level inverter with respect to FIG. Although FIG. 15 shows a T-type, it can also be applied to NPC-type and FC-type three-level inverters.
図16に本実施形態5のスイッチング電流推定器5に入力するデューティ比演算ブロックを示す。
FIG. 16 shows a duty ratio calculation block input to the switching
フィルタf4,f5は交流側出力電圧Vo,直流電圧検出値Vdcからノイズを除去する。乗算器11は、直流電圧検出値Vdcに1/2を乗算する。除算器12は、2Vo/Vdcを求める。減算器13は、2Vo/Vdcから1を減算する。比較器14は、2Vo/Vdcと1の大きさを比較する。スイッチ15は、2Vo/Vdcが1より大きければ2Vo/Vdc-1を、1以下ならば2Vo/Vdcを出力する。
The filters f4 and f5 remove noise from the AC side output voltage Vo and the DC voltage detection value Vdc. The
スイッチ15の出力が、デューティ比Δtとしてスイッチング電流推定器5に入力される。スイッチング電流推定器5は、主回路の構成にあわせて実施形態1~4のものをそのまま適用できる。
The output of the
本実施形態5は、これまでの実施形態1~4を3レベルインバータに適用するためデューティ比演算方法に変更を加えた。0<Vo<Vdc/2ならば、ゲート信号G1UaはOFF,ゲート信号G1UbはONとなり、ゲート信号G1Xaとゲート信号G1Xbがスイッチングを行う。デューティ比は、2Vo/Vdcとなる。
In the fifth embodiment, the duty ratio calculation method is changed in order to apply the
Vdc/2<Vo<Vdcならば、ゲート信号G1XaはON,ゲート信号G1XbはOFFとなり、ゲート信号G1Uaとゲート信号G1Ubがスイッチングを行う。デューティ比は、2Vo/Vdc-1となる。 If Vdc / 2 <Vo <Vdc, the gate signal G1Xa is ON, the gate signal G1Xb is OFF, and the gate signal G1Ua and the gate signal G1Ub switch. The duty ratio is 2Vo / Vdc-1.
よって、上記デューティ比Δtをスイッチング電流推定器5に入力すれば、3レベルインバータの場合においてもスイッチング時の電流を推定でき、デッドタイム補償を行うことができる。
Therefore, if the duty ratio Δt is input to the switching
また、3レベルインバータではリアクトルLに印加される電圧が半分になるため、電流リプルも半減する。そのため図6,図8,図10,図13に示すスイッチング電流推定器5の出力を1/2倍することで、3レベルインバータにおける平均電流ICとターンON電流、ターンOFF電流の差分を求めることができる。
Further, in the 3-level inverter, the voltage applied to the reactor L is halved, so that the current ripple is also halved. Therefore, by multiplying the output of the switching
本実施形態5においても、実施形態1同様にデューティ比Δtに電圧指令値V*を用いることもできる。3レベルインバータでは、キャリア三角波として0~1の範囲で変化するものと、-1~0の範囲で変化するものの2つを使用する。デューティ比Δtは、V*>0ならばΔt=V*、V*≦0ならばΔt=V*+1となる。このデューティ比Δtをスイッチング電流推定器5に入力してもよい。
Also in the fifth embodiment, the voltage command value V * can be used for the duty ratio Δt as in the first embodiment. In the three-level inverter, two carrier triangle waves, one that changes in the range of 0 to 1 and the other that changes in the range of -1 to 0, are used. The duty ratio Δt is Δt = V * if V *> 0, and Δt = V * + 1 if V * ≦ 0. This duty ratio Δt may be input to the switching
以上示したように、本実施形態5によれば、実施形態1~4と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態5は3レベルインバータに適用することができる。
As shown above, according to the fifth embodiment, the same effects as those of the first to fourth embodiments are obtained. Further, the
同様にインバータ電流波形の計算を行えば、4並列以上のインバータに適用することができる。 Similarly, if the inverter current waveform is calculated, it can be applied to four or more parallel inverters.
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the above description has been made in detail only for the specific examples described in the present invention, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. It goes without saying that such modifications and modifications fall within the scope of the claims.
i1,i2,i3:ユニット電流検出値
Vo:交流側出力電圧
Vdc:直流電圧
V*:電圧指令値
f1~f5:フィルタ
P1~P3:比例アンプ
1:加算器
2:乗算器
3a~3c:減算器
4:除算器
5:スイッチング電流推定器
6a~6f:加算器
7a~7f:符号判定器
8a~8c;加算器
9a~9c:乗算器
10a~10c:加算器
20:ユニット間電流制御部
30:デッドタイム補償量出力部
PWM:PWM制御部
i1, i2, i3: Unit current detection value Vo: AC side output voltage Vdc: DC voltage V *: Voltage command value f1 to f5: Filter P1 to P3: Proportional amplifier 1: Adder 2:
Claims (7)
各ユニット電流検出値のキャリア三角波1周期における平均電流を、全ユニットにおけるユニット電流検出値の平均値に等しくするためのユニット間電圧指令値を出力するユニット間電流制御部と、
デューティ比に基づいて、各ユニット毎に前記平均電流とターンON電流との差分,前記平均電流とターンOFF電流との差分を出力するスイッチング電流推定器と、
前記平均電流と前記差分に基づいて、前記ターンON電流の符号および前記ターンOFF電流の符号を判定し、前記ターンON電流の符号および前記ターンOFF電流の符号に基づいて、デッドタイム補償量を出力するデッドタイム補償量出力部と、
電圧指令値と前記ユニット間電圧指令値と前記デッドタイム補償量とを加算した値と前記キャリア三角波を比較し、デッドタイムを付与してゲート信号を生成するPWM制御部と、
を備えたことを特徴とするユニット並列インバータ。 A unit parallel inverter that performs interleave driving by connecting units with two switching elements connected in series in parallel.
An inter-unit current control unit that outputs an inter-unit voltage command value for equalizing the average current of each unit current detection value in one carrier triangle wave detection value to the average value of the unit current detection values of all units.
A switching current estimator that outputs the difference between the average current and the turn-on current and the difference between the average current and the turn-off current for each unit based on the duty ratio.
The sign of the turn-on current and the sign of the turn-off current are determined based on the average current and the difference, and the dead time compensation amount is output based on the sign of the turn-on current and the sign of the turn-off current. Dead time compensation amount output unit and
A PWM control unit that compares the value obtained by adding the voltage command value, the voltage command value between units, and the dead time compensation amount with the carrier triangle wave, assigns a dead time, and generates a gate signal.
A unit parallel inverter characterized by being equipped with.
前記平均電流と第1ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(1)式、前記平均電流と第1ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(2)式、前記平均電流と第2ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(2)式、前記平均電流と第2ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(1)式とすることを特徴とする請求項1記載のユニット並列インバータ。
Vdc:直流電圧
T:キャリア三角波の1周期の時間
Δt:デューティ比
L:リアクトルのインダクタンス The unit parallel inverter is equipped with a chopper in which a load is connected between an AC side output terminal and a DC side negative terminal of an inverter in which two units are connected in parallel, or three inverters in which two units are connected in parallel. It is a three-phase inverter in which the AC side output terminal of the stand inverter is connected to the load.
The difference between the average current and the turn-on current of the first unit is the following equation (1), and the difference between the average current and the turn-off current of the first unit is the following equation (2), the average current. The claim is characterized in that the difference between the turn-on current of the second unit and the turn-on current is the following equation (2), and the difference between the average current and the turn-off current of the second unit is the following equation (1). 1. Unit parallel inverter according to 1.
前記平均電流と各インバータにおける第1ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(3)式、前記平均電流と各インバータにおける第1ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(4)式、前記平均電流と各インバータにおける第2ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(5)式、前記平均電流と各インバータにおける第2ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(6)式とすることを特徴とする請求項1記載のユニット並列インバータ。
T:キャリア三角波の1周期の時間
Δt:デューティ比
L:リアクトルのインダクタンス The unit parallel inverter is a single-phase inverter provided with two inverters in which the two units are connected in parallel, and the AC side output terminals of the two inverters are connected to a load.
The difference between the average current and the turn-on current of the first unit in each inverter is the following equation (3), and the difference between the average current and the turn-off current of the first unit in each inverter is the following (4). Equation, the difference between the average current and the turn-on current of the second unit in each inverter is the following equation (5), and the difference between the average current and the turn-off current of the second unit in each inverter is as follows ( 6) The unit parallel inverter according to claim 1, wherein the equation is used.
前記平均電流と前記ターンON電流との差分は以下の(7)式、前記平均電流と前記ターンOFF電流との差分は以下の(8)式とすることを特徴とする請求項1記載のユニット並列インバータ。
T:キャリア三角波の1周期の時間
Δt:デューティ比
L:リアクトルのインダクタンス The unit parallel inverter includes a chopper in which a load is connected between an AC side output terminal and a DC side negative terminal of an inverter in which the three units are connected in parallel, or three inverters in which the three units are connected in parallel. It is a three-phase inverter in which the AC side output terminals of three inverters are connected to the load.
The unit according to claim 1, wherein the difference between the average current and the turn-on current is the following equation (7), and the difference between the average current and the turn-off current is the following equation (8). Parallel inverter.
前記平均電流と各インバータにおける第1ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(9)式、前記平均電流と各インバータにおける第1ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(10)式、前記平均電流と各インバータにおける第2ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(11)式、前記平均電流と各インバータの第2ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(12)式、前記平均電流と各インバータの第3ユニットの前記ターンON電流との差分は以下の(13)式、前記平均電流と各インバータにおける第3ユニットの前記ターンOFF電流との差分は以下の(14)式とすることを特徴とする請求項1記載のユニット並列インバータ。
T:キャリア三角波の1周期の時間
Δt:デューティ比
L:リアクトルのインダクタンス The unit parallel inverter is a single-phase inverter equipped with two inverters in which the three units are connected in parallel, and the AC side output terminals of the two inverters are connected to the load.
The difference between the average current and the turn-on current of the first unit in each inverter is the following equation (9), and the difference between the average current and the turn-off current of the first unit in each inverter is the following (10). Equation, the difference between the average current and the turn-on current of the second unit in each inverter is the following equation (11), and the difference between the average current and the turn-off current of the second unit of each inverter is as follows (11). 12), the difference between the average current and the turn-on current of the third unit of each inverter is the following equation (13), and the difference between the average current and the turn-off current of the third unit of each inverter is as follows. The unit parallel inverter according to claim 1, wherein the unit (14) is used.
交流側出力電圧に2を乗算した値を直流電圧で除算した値が1よりも大きい場合、前記交流側出力電圧に2を乗算した値を前記直流電圧で除算した値から1を減算した値を前記デューティ比とし、
前記交流側出力電圧に2を乗算した値を前記直流電圧で除算した値が1以下の場合、前記交流側出力電圧に2を乗算した値を前記直流電圧で除算した値を前記デューティ比とし、
前記スイッチング電流推定器の出力に1/2を乗算することを特徴とする請求項1~5のうち何れかに記載のユニット並列インバータ。 Each unit is a 3-level inverter that outputs a 3-level voltage.
When the value obtained by dividing the value obtained by multiplying the AC side output voltage by 2 by the DC voltage is larger than 1, the value obtained by subtracting 1 from the value obtained by dividing the value obtained by multiplying the AC side output voltage by 2 by the DC voltage is used. The duty ratio is
When the value obtained by dividing the value obtained by multiplying the AC side output voltage by 2 by the DC voltage is 1 or less, the value obtained by dividing the value obtained by multiplying the AC side output voltage by 2 by the DC voltage is defined as the duty ratio.
The unit parallel inverter according to any one of claims 1 to 5, wherein the output of the switching current estimator is multiplied by 1/2.
前記電圧指令値が0より大きい場合、前記電圧指令値をデューティ比とし、
前記電圧指令値が0以下の場合、前記電圧指令値に1を加算した値をデューティ比とし、
前記スイッチング電流推定器の出力に1/2を乗算することを特徴とする請求項1~5のうち何れかに記載のユニット並列インバータ。 Each unit is a 3-level inverter that outputs a 3-level voltage.
When the voltage command value is larger than 0, the voltage command value is used as the duty ratio.
When the voltage command value is 0 or less, the duty ratio is the value obtained by adding 1 to the voltage command value.
The unit parallel inverter according to any one of claims 1 to 5, wherein the output of the switching current estimator is multiplied by 1/2.
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