電力変換装置の制御装置および制御方法
【課題】制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する出力変動を抑制する。
【解決手段】キャリア周期可変部42は、周期が変動するキャリア信号を発生する。デッドタイム補償演算部43は、デッドタイムにより生じる電力変換装置の電流歪みを補償するデッドタイム補償値αを演算する。キャリア周期可変分デッドタイム補償部44は、デッドタイム補償値αに（制御周期Ｔｓ／平均キャリア周期Ｔc_mn）を乗じて補正する。ＰＷＭ比較部41は、加算器45で電力変換装置に対する指令値とキャリア周期可変分デッドタイム補償部44の出力とを加えたものとキャリア信号との比較に基づいてスイッチング信号を発生する。
【解決手段】キャリア周期可変部42は、周期が変動するキャリア信号を発生する。デッドタイム補償演算部43は、デッドタイムにより生じる電力変換装置の電流歪みを補償するデッドタイム補償値αを演算する。キャリア周期可変分デッドタイム補償部44は、デッドタイム補償値αに（制御周期Ｔｓ／平均キャリア周期Ｔc_mn）を乗じて補正する。ＰＷＭ比較部41は、加算器45で電力変換装置に対する指令値とキャリア周期可変分デッドタイム補償部44の出力とを加えたものとキャリア信号との比較に基づいてスイッチング信号を発生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源の出力をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調することにより、所望の電力に変換する電力変換装置の制御装置及び制御方法に係り、特にキャリア周波数（キャリア周期）に起因する不具合の発生を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パルス幅変調（Pulse Width Modulation、以下ＰＷＭと略す）信号のキャリア周波数およびその高調波の周波数に起因するスイッチングノイズを低減する技術として、下記特許文献１が知られている。この技術によれば、ＰＷＭキャリア周波数に対して、さらに低い周波数を有する正弦波で周波数変調をかけるようにしている。
【特許文献１】特開平７−９９７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、キャリア周波数（キャリア周期）を周期的に変化させた場合、デッドタイムによる出力変動を低減できるとは限らないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、キャリア周期を変化させた場合でも、デッドタイムによる出力変動を低減することができる電力変換装置の制御装置および制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明は、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正することで、電力変換装置の指令値と出力値との間に生じる誤差を補償するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を抑制することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明に係る電力変換装置の制御装置の実施例１の構成を説明する電力変換システムの構成図である。図１において、電力変換システムは、バッテリから構成される直流電源１と、直流電源１を交流電源に変換するインバータ装置を含んで構成される電力変換装置２と、電力変換装置２を制御する制御装置４と、制御装置４に指令値Ｖｕ＊を供給する指令発生部５と、電力変換装置２から出力電流Ｉを供給されるモータである負荷装置６とを備えている。
【０００９】
制御装置４は、指令発生部５の指令値Ｖｕ＊に基づいて、電力変換装置２の内部にあるスイッチング素子をオン・オフさせるスイッチング信号を電力変換装置２へ出力する。その結果、電力変換装置２は、上記スイッチング信号に基づいて直流電流を交流電流に変換して、負荷装置６へ供給する。
【００１０】
制御装置４は、時間経過に伴ってキャリア周期Ｔｃが変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変部４２と、デッドタイムを設けることにより生じる電力変換装置２の電流歪みを補償するデッドタイム補償値αを演算するデッドタイム補償演算部４３と、デッドタイム補償値αを補正することにより、キャリア周期変動が電力変換装置２の指令値と電力変換装置２の出力値との間に生じる誤差を補償するキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４と、指令発生部５が出力する電力変換装置２に対する指令値Ｖｕ＊とキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α’とを加える加算器４５と、加算器４５の出力とキャリア信号との比較に基づいて電力変換装置２へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較部４１とを備える。
【００１１】
キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、制御装置４の制御周期Ｔｓを検出する制御周期検出部４４２と、制御周期Ｔｓ中に変化するキャリア周期Ｔｃの平均周期Ｔc_mnを検出する平均周期検出部４４１と、制御周期Ｔｓとキャリア周期Ｔｃの平均周期Ｔc_mnとの比（Ｔｓ／Ｔc_mn）に応じて、デッドタイム補償演算部４３の出力αを補正した値であるα’を出力するデッドタイム補正部４４４とを備える。
【００１２】
図２は、電力変換装置２が内蔵するスイッチング部の上下アームを説明する回路図である。図２において図１と同じ構成要素は、同じ符号を付与している。電力変換装置２は、入力される直流電圧を平滑するコンデンサＣと、Ｕ相の上アームとなるスイッチング素子Ｔｕ＋と、Ｕ相の下アームとなるスイッチング素子Ｔｕ−と、Ｖ相の上アームとなるスイッチング素子Ｔｖ＋と、Ｖ相の下アームとなるスイッチング素子Ｔｖ−と、Ｗ相の上アームとなるスイッチング素子Ｔｗ＋と、Ｗ相の下アームとなるスイッチング素子Ｔｗ−とを備える。各スイッチング素子Ｔｕ＋、Ｔｕ−、Ｔｖ＋、Ｔｖ−、Ｔｗ＋、Ｔｗ−は、図２ではＮＰＮ型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いているが、その他のスイッチング素子、例えばＭＯＳ−ＦＥＴを用いてもよい。
【００１３】
各スイッチング素子Ｔｕ＋、Ｔｕ−、Ｔｖ＋、Ｔｖ−、Ｔｗ＋、Ｔｗ−のスイッチング信号（駆動信号）は、制御装置４から供給される。ここで、上下アームの対を構成するスイッチング素子Ｔｕ＋とＴｕ−、スイッチング素子Ｔｖ＋とＴｖ−、スイッチング素子Ｔｗ＋とＴｗ−とは、上下アームが同時に導通して直流電源１を短絡させないように、スイッチング信号にデッドタイムが設けられている。
【００１４】
図３は、キャリア信号を説明する図である。キャリア信号は、ＰＷＭ比較部４１で比較される三角波状の信号である。図３（ａ）において、破線が一定周期を示し、実線が図３（ｂ）のように時間経過につれて変動するキャリア周期Ｔｃによるキャリア信号を示す。図１のキャリア周期可変部４２は、時間経過とともにキャリア周期Ｔｃを変化させたキャリア信号をＰＷＭ比較手段４１へ出力する。ＰＷＭ比較部４１は、加算器４５の出力とキャリア信号とを比較して、電力変換装置２の駆動信号を生成する。なお、図３（ａ）および（ｂ）は、キャリア周期Ｔｃが時間変化する一周期分の波形を示している。例えば、キャリア周期はマイコンの周期設定レジスタを書き換えることで変化させることができる。
【００１５】
図４，５は、電力変換装置２の出力を説明する図である。図４に制御周期とキャリア周期が同期していない場合、図５に制御周期とキャリア周期が同期している場合の例を用いて説明する。
【００１６】
図４（ａ）は図１における電力変換装置２の内部にある上下アームを構成するスイッチング素子の一方に供給される信号を説明する図である。この場合、制御周期Ｔｓの中に、キャリア周期Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３と、Ｔｃ４の一部が入っている。このとき、制御周期Ｔｓ中にＴｃ４が、どの程度含まれるかが問題となる。言い換えると、制御周期中に何回デッドタイムが含まれるかで、平均キャリア周期Ｔc_mn及びキャリア周期可変分デッドタイム補償値α’が変化する。このため、制御周期とキャリア周期が同期していない場合、式（３）または式（４）のような判別演算を行うことで平均キャリア周期Ｔc_mnを算出し、この平均キャリア周期Ｔc_mnを用いて式（１）により補償演算を行う。
【００１７】
【数１】
【００１８】
図４（ａ）の場合、ｎ＝３となる。このとき、制御周期ＴｓとＴｃ（１）＋Ｔｃ（２）＋Ｔｃ（３）の差分がＴｃ（４）の半周期と比較して大きい場合、つまり制御周期中にデッドタイムの回数が増える場合、上記（３）式を用い、逆の場合は上記（４）式を用い、キャリア周期可変分デッドタイム補償演算式（８）を行う。
【００１９】
図４（ｂ）は電力変換装置２の出力であり、実線Ａは所望の出力、破線Ｂは指令値Ｖｕ＊とキャリア波形とを比較した出力にデッドタイムを付加した場合の出力を示している。
これに対し、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４により、補償された場合を図４（ｂ）の破線Ｃに示す。
【００２０】
本発明のキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４を備えない比較例では、式（５）、（６）に示すように、図１における指令発生部５が出力する指令値Ｖｕ＊と、デッドタイム補償部４３の出力αとを加算器４５で加算したＶu_ref をＰＷＭ比較部４１の入力としていた。
【００２１】
ここで、式（６）におけるＴｄは、上下アームの短絡を防止するために、上下アームのスイッチング素子が共にオフとなる短絡防止時間として一定値に設定したものである。またＶｄｃは、直流電源１の電圧である。
【００２２】
【数２】
【００２３】
これに対して本実施例では、制御周期Ｔｓがキャリア周期Ｔｃよりも長い場合、デッドタイム補償部４３の出力αに対して、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４で以下の式（８）の補正を行う。これにより、ＰＷＭ比較部４１の入力は式（７）となる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
図５は、制御周期Ｔｓとキャリア周期Ｔｃとが同期している場合の例を示す。即ち、制御周期Ｔｓが複数のキャリア周期の和に等しい場合である。図５の例では、制御周期Ｔｓの長さがキャリア周期Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３の和に等しい状態を示している。この場合、上記式（３）、式（４）のような判別演算は必要なく、平均キャリア周期Ｔc_mnは、次に示す式（９）となる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
図５の場合、ｎ＝３となる。この式（９）により算出した平均キャリア周期Ｔc_mnを用いて、式（８）により補正値を算出する。そして加算器４５で式（７）により求めた値Ｖu_ref をＰＷＭ比較部４１に供給する。
【００２８】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００２９】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期とが同期している場合、制御周期の長さと連続する複数キャリア周期の長さの和とが等しくなるので、制御周期内に最後のキャリア周期がどの程度含まれるかの判別が不要となり、デッドタイム補償値の補正演算を容易にすることができるという効果がある。
【実施例２】
【００３０】
図６は、本発明の実施例２の構成を説明するシステム構成図である。図１に示した実施例１の制御装置４に対して、制御周期を可変する制御周期可変部４６を追加した構成となっている。そして、制御周期検出部４４２は、制御周期可変部４６が変更した制御周期を検出する。その他の構成要素は、実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【００３１】
次に図７を参照して実施例２の動作を説明する。図３における制御周期Ｔｓが時間と共にＴｓ(1) 、Ｔｓ(2) 、…、Ｔｓ(N) と変化する。図７では、制御周期とキャリア周期が同期している場合を例に説明する。制御周期Ｔｓ１の中に入るキャリア周期の個数が３、制御周期Ｔｓ２の中に入るキャリア周期の個数が４、制御周期ＴｓＮの中に入るキャリア周期の個数がｎの場合のそれぞれのキャリア周期可変分デッドタイム補償部出力を示している。
【００３２】
このとき、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α'(N)は以下のようになる。
【００３３】
【数５】
【００３４】
加算器４５は、指令発生部５の指令値Ｖｕ＊に、このキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α'(N)を加算したＶu_ref をＰＷＭ比較部４１に供給する。
【００３５】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００３６】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期とが同期している場合、制御周期の長さと連続する複数キャリア周期の長さの和とが等しくなるので、制御周期内に最後のキャリア周期がどの程度含まれるかの判別が不要となり、デッドタイム補償値の補正演算を容易にすることができるという効果がある。
【００３７】
さらに本実施例によれば、制御周期が時間と共に変化する場合においても、変化した制御周期を検出して、制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じてデッドタイム補償値を補正しているので、キャリア周期の変化に起因する電力変換装置の出力の変動を平均的に低減することができるという効果がある。
【実施例３】
【００３８】
図８は、本発明の実施例３の構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、図１に示した実施例１の制御装置４に対して、電力変換装置２の出力電流を検出する電流検出部３の電流検出値に基づいて、出力電流Ｉの極性を判別する電流極性判別部４８を有する構成である。その他の構成要素は、実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【００３９】
ここで、電流極性判別部４８が、電流検出部３の電流検出値より電力変換装置２の出力電流Ｉの極性を判別した場合、デッドタイム補償演算部４３に、出力電流Ｉの極性の判別に係る信号である電流極性信号を出力する。そして、デッドタイム補償演算部４３は、出力電流Ｉの極性が正の場合、デッドタイム補償値αとして正の一定値を発生する。一方、出力電流Ｉの極性が負の場合、デッドタイム補償値αとして負の一定値を発生する。また、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、出力電流Ｉの極性が正の場合、時間と共に変化するキャリア周期ＴｃとＴｓの比と同じ傾きで時間変化するキャリア周期分補正値α’を発生する。一方、出力電流Ｉの極性が負の場合、時間と共に変化するキャリア周期ＴｃとＴｓの比と同じ傾きで時間変化するキャリア周期分補正値α’を発生する。
【００４０】
図９は、図８に示すキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α’を説明する図である。ここで、図９（ａ）は電力変換装置２の出力電流Ｉの時間変化を表している。図９（ｂ）はデッドタイム補償演算部４３からの出力αを表している。図９（ｃ）は制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期Ｔc_mnの比（Ｔｓ／Ｔc_mn）を表している。図９（ｄ）はキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α’を表している。
【００４１】
なお、図９（ａ）〜（ｄ）は出力電流Ｉの一周期分の波形を示している。図９（ａ）に示すように、電流極性判別部４８が、電流検出部３の電流検出値より電力変換装置２の出力電流Ｉの極性を正と判別した場合、デッドタイム補償演算部４３はデッドタイム補償値αを正の一定値とする（図９（ｂ）参照）。このとき、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期Ｔc_mnの比と同じ傾きで時間変化するキャリア周期可変分デッドタイム補償部出力α’（図９（ｄ）参照）を発生する。
【００４２】
一方、図９（ａ）に示すように、電流極性判別部４８が、電流検出部３の電流検出値より電力変換装置２の出力電流Ｉの極性を負と判別した場合、デッドタイム補償演算部４３は出力αを負の一定値とする（図９（ｂ）参照）。このとき、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期の比と符号が逆で数値が同じ傾きで時間変化するキャリア周期可変分デッドタイム補償部出力α’（図９（ｄ）参照）を発生する。
【００４３】
更に、デッドタイム補償補正部４４４は、上記のデッドタイム補償値αと、制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期Ｔc_mnの比（Ｔｓ／Ｔc_mn）とを乗算したキャリア周期可変分デッドタイム補償部出力α’（図９（ｄ）参照）を加算器４５に出力する。加算器４５では、実施例１と同様に、上記キャリア周期可変分デッドタイム補償部出力α’と指令発生部５の指令値Ｖｕ＊とを加算することで新たな指令値として、ＰＷＭ比較部４１へ出力する。ＰＷＭ比較部４１は加算器４５の出力とキャリア周期可変部４２の出力であるキャリア信号との比較に基づいてスイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号を電力変換装置２のスイッチに出力する。
【００４４】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００４５】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期とが同期している場合、制御周期の長さと連続する複数キャリア周期の長さの和とが等しくなるので、制御周期内に最後のキャリア周期がどの程度含まれるかの判別が不要となり、デッドタイム補償値の補正演算を容易にすることができるという効果がある。
【００４６】
さらに本実施例によれば、電力変換装置の出力電流の向きが変化する場合においても、電力変換装置の出力電流の極性に応じて、デッドタイム補償値を補正しているために、キャリア周期が時間と共に変化することに起因する電力変換装置の出力の変動を抑制することができるという効果がある。
【実施例４】
【００４７】
図１０は、本発明の実施例４を説明するシステム構成図である。本実施例では、負荷装置６は永久磁石型３相同期モータとする。
【００４８】
図１０において、本実施例の制御装置４は、時間経過に伴ってキャリア周期Ｔｃが変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変部４２と、デッドタイムを設けることにより生じる電力変換装置２の電流歪みを補償するデッドタイム補償値α''を演算するデッドタイム補償演算部４３と、デッドタイム補償値α''を補正することにより、キャリア周期変動が電力変換装置２の指令値と電力変換装置２の出力値との間に生じる誤差を補償するキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４と、電力変換装置２の出力電流を検出する電流検出部３と、電流検出部３が検出した３相量の電流検出値をｄ−ｑ軸の２相量に変換する座標変換部５０（第１の座標変換手段）と、エンコーダ等を用いて永久磁石同期モータの磁極の位置を検出する位置検出部５２と、指令発生部５が発生する指令値Ｖｕ＊を、第１の座標変換部５０の出力と位置検出部５２の出力に基づいて電圧指令値Ｖｑ＊に変換する電圧指令発生部４７と、電圧指令発生部４７が出力する電圧指令値Ｖｑ＊とキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４が出力する補償値α''' とを加える加算器４５と、加算器４５の出力を２相量から３相量へ変換する第２の座標変換部５１（第２の座標変換手段）と、座標変換部５１の出力とキャリア信号との比較に基づいて電力変換装置２へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較部４１とを備える。
【００４９】
図１０において、ＰＷＭ比較部４１，キャリア周期可変部４２，デッドタイム補償演算部４３の詳細は、実施例１と同様であるので重複する説明を省略する。
【００５０】
本実施例の制御装置４では、実施例３の電流極性判別部を備えていないことが特徴である。これは、出力電流の極性と推定電流の極性に誤差が生じてしまうなど、正確な電流極性判別が困難な場合に有効である。本実施例では電流極性判別部を付加せずに、キャリア周期を可変することによる電力変換装置２の出力電圧（電流）リプルの発生を抑制することができる。
【００５１】
制御装置４は、実施例３と異なり、３相量から２相量へ変換する座標変換部５０と、２相量から３相量へ変換する座標変換部５１とを有している。この座標変換部５０と５１は位置検出部５２の情報を用いて座標変換する。また、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、電圧指令発生部４７から発生する電圧指令値を補償する。
【００５２】
図１１は、図１０のキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４による補償電圧α''' を説明する図である。図１１（ａ）は、図１０における制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期Ｔc_mnとの比（Ｔｓ／Ｔc_mn）の時間変化を表している。図１１（ｂ）は、図１０におけるキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４から発生する補償電圧α''' を表している。補償電圧α''' は、制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期の比に同期している。
【００５３】
具体的には、制御周期中に変化させるキャリア周期の平均Ｔc_mn(N) を、デッドタイムをＴｄ、直流電源１の電圧をＶｄｃとすると、補償電圧α''' は以下のように表される。
【００５４】
【数６】
【００５５】
ここで、デッドタイムＴｄは上下アームの短絡を防止するための短絡防止時間として一定値に設定している。なお、負荷装置６は同期モータなのでキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４はｑ軸電圧のみ補正する。これにより、実施例３と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
実施例４の制御装置４では、負荷が同期モータであるため、出力電流の極性判別部を設けることなく、或いは正確な電流極性判別が難しい場合に、ｑ軸電圧のみ補償することで制御周期に対しキャリア周期Ｔｃを可変させた場合でも出力電圧（電流）リプルの発生を抑制できる。更に、キャリア周期Ｔｃを可変しているので、キャリア周期Ｔｃおよびそのｎ次高調波の周波数に対するノイズレベルの高いスペクトル成分を有するスイッチングノイズを低減することができる。
【００５７】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００５８】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期とが同期している場合、制御周期の長さと連続する複数キャリア周期の長さの和とが等しくなるので、制御周期内に最後のキャリア周期がどの程度含まれるかの判別が不要となり、デッドタイム補償の補正演算を容易にすることができるという効果がある。
【００５９】
さらに本実施例によれば、負荷が同期モータであり、ｑ軸電圧のみ補償しているので、出力電流の極性判別部を設けることなく、或いは正確な出力電流の極性判別が難しい場合にも、キャリア周波数変動による電力変換装置の出力誤差の発生を低減することができるという効果がある。
【実施例５】
【００６０】
図１２（ａ）は、本発明の実施例５を説明するシステム構成図である。図１２（ａ）において、本実施例の制御装置４は、時間経過に伴ってキャリア周期Ｔｃが変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変部４２と、デッドタイム補償値αを補正することにより、キャリア周期変動が電力変換装置２の指令値と電力変換装置２の出力値との間に生じる誤差を補償するキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４と、指令発生部５が出力する電力変換装置２に対する指令値Ｖｕ＊とキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α’（Ｎ）とを加える加算器４５と、加算器４５の出力とキャリア信号との比較に基づいて電力変換装置２へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較部４１とを備える。
【００６１】
そして、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、キャリア周期可変部４２へ指示するキャリア周期Ｔｃと、時間経過に伴って周期が変動する制御周期Ｔｓと、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力となる補正値α’とを関係付けた数値列のマップ４４５を備えている。
【００６２】
図１２（ｂ）はそのマップ４４５の例である。制御周期Ｔｓ１内で用いられるキャリア周期がＴｃ１１、Ｔｃ１２，Ｔｃ１３、Ｔｃ１４、…、Ｔｃ（１ｎ）である。これらのキャリア周期の平均値と制御周期Ｔｓ１により、予め演算された補正値α’がα’１としてマップ４４５に記憶されている。同様に、制御周期Ｔｓ２内で用いられるキャリア周期がＴｃ２１、Ｔｃ２２，…、Ｔｃ（２ｎ）である。これらのキャリア周期の平均値と制御周期Ｔｓ２により、予め演算された補正値α’がα’２としてマップ４４５に記憶されている。そして、このマップ４４５から順次、制御周期と、その制御周期内に用いる複数のキャリア周期と、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４が出力する補正値α’を読み出して、制御周期、キャリア周期、補正値を制御している。
【００６３】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００６４】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期との組み合わせを予め決めておき、制御周期とこの制御周期内に含まれるキャリア周期の平均周期とから予め補正値α’を演算してマップに記憶させることにより、制御装置４の演算負荷を低減することができるという効果がある。
【００６５】
なお、以上に説明した実施例は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、実施例１及び実施例２では、直流電源１としてバッテリを用いた例を示しているが、特にこれに限定されるものでなく、商用交流電源を整流して直流とする直流電源回路でもよい。更に、電力変換装置２はインバータ装置を含んで構成される例を示しているが、特にこれに限定されるものでなく、他の回路でも良い。同様に、負荷装置６の例としてモータを示しているが、特にこれに限定されるものでなく、他の負荷装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る電力変換装置の実施例１の構成を説明する構成図である。
【図２】電力変換装置の上アームと下アームの例を説明する図である。
【図３】キャリアキャリア信号を説明する図である。
【図４】制御周期とキャリア周期が同期しない場合のＰＷＭ比較部を説明する図である。
【図５】制御周期とキャリア周期が同期する場合のＰＷＭ比較部を説明する図である。
【図６】本発明に係る電力変換装置の実施例２の構成を説明する構成図である。
【図７】実施例２のＰＷＭ比較部を説明する図である。
【図８】本発明に係る電力変換装置の実施例３の構成を説明する構成図である。
【図９】実施例３におけるキャリア周期可変分デッドタイム補償部の出力を説明する図である。
【図１０】本発明に係る電力変換装置の実施例４の構成を説明する構成図である。
【図１１】実施例４におけるキャリア周期可変分デッドタイム補償部の出力を説明する図である。
【図１２】（ａ）本発明に係る電力変換装置の実施例５の構成を説明する構成図、（ｂ）実施例５におけるマップの例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…直流電源、２…電力変換装置、３…電流検出装置、４…制御装置、５…指令発生部、６…負荷装置、４１…ＰＷＭ比較部、４２…キャリア周期可変部、４３…デッドタイム補償演算部、４４…キャリア周期可変分デッドタイム補償部、４５…加算器、４６…制御周期可変部、４７…電圧指令発生部、４８…電流極性判別部、５０…座標変換部、５１…座標変換部、５２…位置検出部、４４１…平均周期検出部、４４２…制御周期検出部、４４３…除算器、４４４…デッドタイム補正部、４４５…マップ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源の出力をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調することにより、所望の電力に変換する電力変換装置の制御装置及び制御方法に係り、特にキャリア周波数（キャリア周期）に起因する不具合の発生を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パルス幅変調（Pulse Width Modulation、以下ＰＷＭと略す）信号のキャリア周波数およびその高調波の周波数に起因するスイッチングノイズを低減する技術として、下記特許文献１が知られている。この技術によれば、ＰＷＭキャリア周波数に対して、さらに低い周波数を有する正弦波で周波数変調をかけるようにしている。
【特許文献１】特開平７−９９７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、キャリア周波数（キャリア周期）を周期的に変化させた場合、デッドタイムによる出力変動を低減できるとは限らないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、キャリア周期を変化させた場合でも、デッドタイムによる出力変動を低減することができる電力変換装置の制御装置および制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明は、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正することで、電力変換装置の指令値と出力値との間に生じる誤差を補償するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を抑制することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明に係る電力変換装置の制御装置の実施例１の構成を説明する電力変換システムの構成図である。図１において、電力変換システムは、バッテリから構成される直流電源１と、直流電源１を交流電源に変換するインバータ装置を含んで構成される電力変換装置２と、電力変換装置２を制御する制御装置４と、制御装置４に指令値Ｖｕ＊を供給する指令発生部５と、電力変換装置２から出力電流Ｉを供給されるモータである負荷装置６とを備えている。
【０００９】
制御装置４は、指令発生部５の指令値Ｖｕ＊に基づいて、電力変換装置２の内部にあるスイッチング素子をオン・オフさせるスイッチング信号を電力変換装置２へ出力する。その結果、電力変換装置２は、上記スイッチング信号に基づいて直流電流を交流電流に変換して、負荷装置６へ供給する。
【００１０】
制御装置４は、時間経過に伴ってキャリア周期Ｔｃが変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変部４２と、デッドタイムを設けることにより生じる電力変換装置２の電流歪みを補償するデッドタイム補償値αを演算するデッドタイム補償演算部４３と、デッドタイム補償値αを補正することにより、キャリア周期変動が電力変換装置２の指令値と電力変換装置２の出力値との間に生じる誤差を補償するキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４と、指令発生部５が出力する電力変換装置２に対する指令値Ｖｕ＊とキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α’とを加える加算器４５と、加算器４５の出力とキャリア信号との比較に基づいて電力変換装置２へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較部４１とを備える。
【００１１】
キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、制御装置４の制御周期Ｔｓを検出する制御周期検出部４４２と、制御周期Ｔｓ中に変化するキャリア周期Ｔｃの平均周期Ｔc_mnを検出する平均周期検出部４４１と、制御周期Ｔｓとキャリア周期Ｔｃの平均周期Ｔc_mnとの比（Ｔｓ／Ｔc_mn）に応じて、デッドタイム補償演算部４３の出力αを補正した値であるα’を出力するデッドタイム補正部４４４とを備える。
【００１２】
図２は、電力変換装置２が内蔵するスイッチング部の上下アームを説明する回路図である。図２において図１と同じ構成要素は、同じ符号を付与している。電力変換装置２は、入力される直流電圧を平滑するコンデンサＣと、Ｕ相の上アームとなるスイッチング素子Ｔｕ＋と、Ｕ相の下アームとなるスイッチング素子Ｔｕ−と、Ｖ相の上アームとなるスイッチング素子Ｔｖ＋と、Ｖ相の下アームとなるスイッチング素子Ｔｖ−と、Ｗ相の上アームとなるスイッチング素子Ｔｗ＋と、Ｗ相の下アームとなるスイッチング素子Ｔｗ−とを備える。各スイッチング素子Ｔｕ＋、Ｔｕ−、Ｔｖ＋、Ｔｖ−、Ｔｗ＋、Ｔｗ−は、図２ではＮＰＮ型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いているが、その他のスイッチング素子、例えばＭＯＳ−ＦＥＴを用いてもよい。
【００１３】
各スイッチング素子Ｔｕ＋、Ｔｕ−、Ｔｖ＋、Ｔｖ−、Ｔｗ＋、Ｔｗ−のスイッチング信号（駆動信号）は、制御装置４から供給される。ここで、上下アームの対を構成するスイッチング素子Ｔｕ＋とＴｕ−、スイッチング素子Ｔｖ＋とＴｖ−、スイッチング素子Ｔｗ＋とＴｗ−とは、上下アームが同時に導通して直流電源１を短絡させないように、スイッチング信号にデッドタイムが設けられている。
【００１４】
図３は、キャリア信号を説明する図である。キャリア信号は、ＰＷＭ比較部４１で比較される三角波状の信号である。図３（ａ）において、破線が一定周期を示し、実線が図３（ｂ）のように時間経過につれて変動するキャリア周期Ｔｃによるキャリア信号を示す。図１のキャリア周期可変部４２は、時間経過とともにキャリア周期Ｔｃを変化させたキャリア信号をＰＷＭ比較手段４１へ出力する。ＰＷＭ比較部４１は、加算器４５の出力とキャリア信号とを比較して、電力変換装置２の駆動信号を生成する。なお、図３（ａ）および（ｂ）は、キャリア周期Ｔｃが時間変化する一周期分の波形を示している。例えば、キャリア周期はマイコンの周期設定レジスタを書き換えることで変化させることができる。
【００１５】
図４，５は、電力変換装置２の出力を説明する図である。図４に制御周期とキャリア周期が同期していない場合、図５に制御周期とキャリア周期が同期している場合の例を用いて説明する。
【００１６】
図４（ａ）は図１における電力変換装置２の内部にある上下アームを構成するスイッチング素子の一方に供給される信号を説明する図である。この場合、制御周期Ｔｓの中に、キャリア周期Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３と、Ｔｃ４の一部が入っている。このとき、制御周期Ｔｓ中にＴｃ４が、どの程度含まれるかが問題となる。言い換えると、制御周期中に何回デッドタイムが含まれるかで、平均キャリア周期Ｔc_mn及びキャリア周期可変分デッドタイム補償値α’が変化する。このため、制御周期とキャリア周期が同期していない場合、式（３）または式（４）のような判別演算を行うことで平均キャリア周期Ｔc_mnを算出し、この平均キャリア周期Ｔc_mnを用いて式（１）により補償演算を行う。
【００１７】
【数１】
【００１８】
図４（ａ）の場合、ｎ＝３となる。このとき、制御周期ＴｓとＴｃ（１）＋Ｔｃ（２）＋Ｔｃ（３）の差分がＴｃ（４）の半周期と比較して大きい場合、つまり制御周期中にデッドタイムの回数が増える場合、上記（３）式を用い、逆の場合は上記（４）式を用い、キャリア周期可変分デッドタイム補償演算式（８）を行う。
【００１９】
図４（ｂ）は電力変換装置２の出力であり、実線Ａは所望の出力、破線Ｂは指令値Ｖｕ＊とキャリア波形とを比較した出力にデッドタイムを付加した場合の出力を示している。
これに対し、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４により、補償された場合を図４（ｂ）の破線Ｃに示す。
【００２０】
本発明のキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４を備えない比較例では、式（５）、（６）に示すように、図１における指令発生部５が出力する指令値Ｖｕ＊と、デッドタイム補償部４３の出力αとを加算器４５で加算したＶu_ref をＰＷＭ比較部４１の入力としていた。
【００２１】
ここで、式（６）におけるＴｄは、上下アームの短絡を防止するために、上下アームのスイッチング素子が共にオフとなる短絡防止時間として一定値に設定したものである。またＶｄｃは、直流電源１の電圧である。
【００２２】
【数２】
【００２３】
これに対して本実施例では、制御周期Ｔｓがキャリア周期Ｔｃよりも長い場合、デッドタイム補償部４３の出力αに対して、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４で以下の式（８）の補正を行う。これにより、ＰＷＭ比較部４１の入力は式（７）となる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
図５は、制御周期Ｔｓとキャリア周期Ｔｃとが同期している場合の例を示す。即ち、制御周期Ｔｓが複数のキャリア周期の和に等しい場合である。図５の例では、制御周期Ｔｓの長さがキャリア周期Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３の和に等しい状態を示している。この場合、上記式（３）、式（４）のような判別演算は必要なく、平均キャリア周期Ｔc_mnは、次に示す式（９）となる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
図５の場合、ｎ＝３となる。この式（９）により算出した平均キャリア周期Ｔc_mnを用いて、式（８）により補正値を算出する。そして加算器４５で式（７）により求めた値Ｖu_ref をＰＷＭ比較部４１に供給する。
【００２８】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００２９】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期とが同期している場合、制御周期の長さと連続する複数キャリア周期の長さの和とが等しくなるので、制御周期内に最後のキャリア周期がどの程度含まれるかの判別が不要となり、デッドタイム補償値の補正演算を容易にすることができるという効果がある。
【実施例２】
【００３０】
図６は、本発明の実施例２の構成を説明するシステム構成図である。図１に示した実施例１の制御装置４に対して、制御周期を可変する制御周期可変部４６を追加した構成となっている。そして、制御周期検出部４４２は、制御周期可変部４６が変更した制御周期を検出する。その他の構成要素は、実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【００３１】
次に図７を参照して実施例２の動作を説明する。図３における制御周期Ｔｓが時間と共にＴｓ(1) 、Ｔｓ(2) 、…、Ｔｓ(N) と変化する。図７では、制御周期とキャリア周期が同期している場合を例に説明する。制御周期Ｔｓ１の中に入るキャリア周期の個数が３、制御周期Ｔｓ２の中に入るキャリア周期の個数が４、制御周期ＴｓＮの中に入るキャリア周期の個数がｎの場合のそれぞれのキャリア周期可変分デッドタイム補償部出力を示している。
【００３２】
このとき、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α'(N)は以下のようになる。
【００３３】
【数５】
【００３４】
加算器４５は、指令発生部５の指令値Ｖｕ＊に、このキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α'(N)を加算したＶu_ref をＰＷＭ比較部４１に供給する。
【００３５】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００３６】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期とが同期している場合、制御周期の長さと連続する複数キャリア周期の長さの和とが等しくなるので、制御周期内に最後のキャリア周期がどの程度含まれるかの判別が不要となり、デッドタイム補償値の補正演算を容易にすることができるという効果がある。
【００３７】
さらに本実施例によれば、制御周期が時間と共に変化する場合においても、変化した制御周期を検出して、制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じてデッドタイム補償値を補正しているので、キャリア周期の変化に起因する電力変換装置の出力の変動を平均的に低減することができるという効果がある。
【実施例３】
【００３８】
図８は、本発明の実施例３の構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、図１に示した実施例１の制御装置４に対して、電力変換装置２の出力電流を検出する電流検出部３の電流検出値に基づいて、出力電流Ｉの極性を判別する電流極性判別部４８を有する構成である。その他の構成要素は、実施例１と同様であるので、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【００３９】
ここで、電流極性判別部４８が、電流検出部３の電流検出値より電力変換装置２の出力電流Ｉの極性を判別した場合、デッドタイム補償演算部４３に、出力電流Ｉの極性の判別に係る信号である電流極性信号を出力する。そして、デッドタイム補償演算部４３は、出力電流Ｉの極性が正の場合、デッドタイム補償値αとして正の一定値を発生する。一方、出力電流Ｉの極性が負の場合、デッドタイム補償値αとして負の一定値を発生する。また、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、出力電流Ｉの極性が正の場合、時間と共に変化するキャリア周期ＴｃとＴｓの比と同じ傾きで時間変化するキャリア周期分補正値α’を発生する。一方、出力電流Ｉの極性が負の場合、時間と共に変化するキャリア周期ＴｃとＴｓの比と同じ傾きで時間変化するキャリア周期分補正値α’を発生する。
【００４０】
図９は、図８に示すキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α’を説明する図である。ここで、図９（ａ）は電力変換装置２の出力電流Ｉの時間変化を表している。図９（ｂ）はデッドタイム補償演算部４３からの出力αを表している。図９（ｃ）は制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期Ｔc_mnの比（Ｔｓ／Ｔc_mn）を表している。図９（ｄ）はキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α’を表している。
【００４１】
なお、図９（ａ）〜（ｄ）は出力電流Ｉの一周期分の波形を示している。図９（ａ）に示すように、電流極性判別部４８が、電流検出部３の電流検出値より電力変換装置２の出力電流Ｉの極性を正と判別した場合、デッドタイム補償演算部４３はデッドタイム補償値αを正の一定値とする（図９（ｂ）参照）。このとき、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期Ｔc_mnの比と同じ傾きで時間変化するキャリア周期可変分デッドタイム補償部出力α’（図９（ｄ）参照）を発生する。
【００４２】
一方、図９（ａ）に示すように、電流極性判別部４８が、電流検出部３の電流検出値より電力変換装置２の出力電流Ｉの極性を負と判別した場合、デッドタイム補償演算部４３は出力αを負の一定値とする（図９（ｂ）参照）。このとき、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期の比と符号が逆で数値が同じ傾きで時間変化するキャリア周期可変分デッドタイム補償部出力α’（図９（ｄ）参照）を発生する。
【００４３】
更に、デッドタイム補償補正部４４４は、上記のデッドタイム補償値αと、制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期Ｔc_mnの比（Ｔｓ／Ｔc_mn）とを乗算したキャリア周期可変分デッドタイム補償部出力α’（図９（ｄ）参照）を加算器４５に出力する。加算器４５では、実施例１と同様に、上記キャリア周期可変分デッドタイム補償部出力α’と指令発生部５の指令値Ｖｕ＊とを加算することで新たな指令値として、ＰＷＭ比較部４１へ出力する。ＰＷＭ比較部４１は加算器４５の出力とキャリア周期可変部４２の出力であるキャリア信号との比較に基づいてスイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号を電力変換装置２のスイッチに出力する。
【００４４】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００４５】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期とが同期している場合、制御周期の長さと連続する複数キャリア周期の長さの和とが等しくなるので、制御周期内に最後のキャリア周期がどの程度含まれるかの判別が不要となり、デッドタイム補償値の補正演算を容易にすることができるという効果がある。
【００４６】
さらに本実施例によれば、電力変換装置の出力電流の向きが変化する場合においても、電力変換装置の出力電流の極性に応じて、デッドタイム補償値を補正しているために、キャリア周期が時間と共に変化することに起因する電力変換装置の出力の変動を抑制することができるという効果がある。
【実施例４】
【００４７】
図１０は、本発明の実施例４を説明するシステム構成図である。本実施例では、負荷装置６は永久磁石型３相同期モータとする。
【００４８】
図１０において、本実施例の制御装置４は、時間経過に伴ってキャリア周期Ｔｃが変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変部４２と、デッドタイムを設けることにより生じる電力変換装置２の電流歪みを補償するデッドタイム補償値α''を演算するデッドタイム補償演算部４３と、デッドタイム補償値α''を補正することにより、キャリア周期変動が電力変換装置２の指令値と電力変換装置２の出力値との間に生じる誤差を補償するキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４と、電力変換装置２の出力電流を検出する電流検出部３と、電流検出部３が検出した３相量の電流検出値をｄ−ｑ軸の２相量に変換する座標変換部５０（第１の座標変換手段）と、エンコーダ等を用いて永久磁石同期モータの磁極の位置を検出する位置検出部５２と、指令発生部５が発生する指令値Ｖｕ＊を、第１の座標変換部５０の出力と位置検出部５２の出力に基づいて電圧指令値Ｖｑ＊に変換する電圧指令発生部４７と、電圧指令発生部４７が出力する電圧指令値Ｖｑ＊とキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４が出力する補償値α''' とを加える加算器４５と、加算器４５の出力を２相量から３相量へ変換する第２の座標変換部５１（第２の座標変換手段）と、座標変換部５１の出力とキャリア信号との比較に基づいて電力変換装置２へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較部４１とを備える。
【００４９】
図１０において、ＰＷＭ比較部４１，キャリア周期可変部４２，デッドタイム補償演算部４３の詳細は、実施例１と同様であるので重複する説明を省略する。
【００５０】
本実施例の制御装置４では、実施例３の電流極性判別部を備えていないことが特徴である。これは、出力電流の極性と推定電流の極性に誤差が生じてしまうなど、正確な電流極性判別が困難な場合に有効である。本実施例では電流極性判別部を付加せずに、キャリア周期を可変することによる電力変換装置２の出力電圧（電流）リプルの発生を抑制することができる。
【００５１】
制御装置４は、実施例３と異なり、３相量から２相量へ変換する座標変換部５０と、２相量から３相量へ変換する座標変換部５１とを有している。この座標変換部５０と５１は位置検出部５２の情報を用いて座標変換する。また、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、電圧指令発生部４７から発生する電圧指令値を補償する。
【００５２】
図１１は、図１０のキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４による補償電圧α''' を説明する図である。図１１（ａ）は、図１０における制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期Ｔc_mnとの比（Ｔｓ／Ｔc_mn）の時間変化を表している。図１１（ｂ）は、図１０におけるキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４から発生する補償電圧α''' を表している。補償電圧α''' は、制御周期Ｔｓとその制御周期内で変化するキャリア周期の平均周期の比に同期している。
【００５３】
具体的には、制御周期中に変化させるキャリア周期の平均Ｔc_mn(N) を、デッドタイムをＴｄ、直流電源１の電圧をＶｄｃとすると、補償電圧α''' は以下のように表される。
【００５４】
【数６】
【００５５】
ここで、デッドタイムＴｄは上下アームの短絡を防止するための短絡防止時間として一定値に設定している。なお、負荷装置６は同期モータなのでキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４はｑ軸電圧のみ補正する。これにより、実施例３と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
実施例４の制御装置４では、負荷が同期モータであるため、出力電流の極性判別部を設けることなく、或いは正確な電流極性判別が難しい場合に、ｑ軸電圧のみ補償することで制御周期に対しキャリア周期Ｔｃを可変させた場合でも出力電圧（電流）リプルの発生を抑制できる。更に、キャリア周期Ｔｃを可変しているので、キャリア周期Ｔｃおよびそのｎ次高調波の周波数に対するノイズレベルの高いスペクトル成分を有するスイッチングノイズを低減することができる。
【００５７】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００５８】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期とが同期している場合、制御周期の長さと連続する複数キャリア周期の長さの和とが等しくなるので、制御周期内に最後のキャリア周期がどの程度含まれるかの判別が不要となり、デッドタイム補償の補正演算を容易にすることができるという効果がある。
【００５９】
さらに本実施例によれば、負荷が同期モータであり、ｑ軸電圧のみ補償しているので、出力電流の極性判別部を設けることなく、或いは正確な出力電流の極性判別が難しい場合にも、キャリア周波数変動による電力変換装置の出力誤差の発生を低減することができるという効果がある。
【実施例５】
【００６０】
図１２（ａ）は、本発明の実施例５を説明するシステム構成図である。図１２（ａ）において、本実施例の制御装置４は、時間経過に伴ってキャリア周期Ｔｃが変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変部４２と、デッドタイム補償値αを補正することにより、キャリア周期変動が電力変換装置２の指令値と電力変換装置２の出力値との間に生じる誤差を補償するキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４と、指令発生部５が出力する電力変換装置２に対する指令値Ｖｕ＊とキャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力α’（Ｎ）とを加える加算器４５と、加算器４５の出力とキャリア信号との比較に基づいて電力変換装置２へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較部４１とを備える。
【００６１】
そして、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４は、キャリア周期可変部４２へ指示するキャリア周期Ｔｃと、時間経過に伴って周期が変動する制御周期Ｔｓと、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４の出力となる補正値α’とを関係付けた数値列のマップ４４５を備えている。
【００６２】
図１２（ｂ）はそのマップ４４５の例である。制御周期Ｔｓ１内で用いられるキャリア周期がＴｃ１１、Ｔｃ１２，Ｔｃ１３、Ｔｃ１４、…、Ｔｃ（１ｎ）である。これらのキャリア周期の平均値と制御周期Ｔｓ１により、予め演算された補正値α’がα’１としてマップ４４５に記憶されている。同様に、制御周期Ｔｓ２内で用いられるキャリア周期がＴｃ２１、Ｔｃ２２，…、Ｔｃ（２ｎ）である。これらのキャリア周期の平均値と制御周期Ｔｓ２により、予め演算された補正値α’がα’２としてマップ４４５に記憶されている。そして、このマップ４４５から順次、制御周期と、その制御周期内に用いる複数のキャリア周期と、キャリア周期可変分デッドタイム補償部４４が出力する補正値α’を読み出して、制御周期、キャリア周期、補正値を制御している。
【００６３】
以上説明した本実施例によれば、スイッチング手段の上下アームの短絡を防止するデッドタイムを設けることで生じる電流歪みを補償するデッドタイム補償値を、制御装置の制御周期とキャリア周期の平均周期との比に応じて補正しているので、制御周期がキャリア周期よりも長く、且つキャリア周期が時間と共に変化する電力変換装置のデッドタイム補償に起因する電力変換装置の出力変動を平均的に抑制することができるという効果がある。
【００６４】
また本実施例によれば、制御周期とキャリア周期との組み合わせを予め決めておき、制御周期とこの制御周期内に含まれるキャリア周期の平均周期とから予め補正値α’を演算してマップに記憶させることにより、制御装置４の演算負荷を低減することができるという効果がある。
【００６５】
なお、以上に説明した実施例は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、実施例１及び実施例２では、直流電源１としてバッテリを用いた例を示しているが、特にこれに限定されるものでなく、商用交流電源を整流して直流とする直流電源回路でもよい。更に、電力変換装置２はインバータ装置を含んで構成される例を示しているが、特にこれに限定されるものでなく、他の回路でも良い。同様に、負荷装置６の例としてモータを示しているが、特にこれに限定されるものでなく、他の負荷装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る電力変換装置の実施例１の構成を説明する構成図である。
【図２】電力変換装置の上アームと下アームの例を説明する図である。
【図３】キャリアキャリア信号を説明する図である。
【図４】制御周期とキャリア周期が同期しない場合のＰＷＭ比較部を説明する図である。
【図５】制御周期とキャリア周期が同期する場合のＰＷＭ比較部を説明する図である。
【図６】本発明に係る電力変換装置の実施例２の構成を説明する構成図である。
【図７】実施例２のＰＷＭ比較部を説明する図である。
【図８】本発明に係る電力変換装置の実施例３の構成を説明する構成図である。
【図９】実施例３におけるキャリア周期可変分デッドタイム補償部の出力を説明する図である。
【図１０】本発明に係る電力変換装置の実施例４の構成を説明する構成図である。
【図１１】実施例４におけるキャリア周期可変分デッドタイム補償部の出力を説明する図である。
【図１２】（ａ）本発明に係る電力変換装置の実施例５の構成を説明する構成図、（ｂ）実施例５におけるマップの例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…直流電源、２…電力変換装置、３…電流検出装置、４…制御装置、５…指令発生部、６…負荷装置、４１…ＰＷＭ比較部、４２…キャリア周期可変部、４３…デッドタイム補償演算部、４４…キャリア周期可変分デッドタイム補償部、４５…加算器、４６…制御周期可変部、４７…電圧指令発生部、４８…電流極性判別部、５０…座標変換部、５１…座標変換部、５２…位置検出部、４４１…平均周期検出部、４４２…制御周期検出部、４４３…除算器、４４４…デッドタイム補正部、４４５…マップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内蔵するスイッチング手段の上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムを設けた電力変換装置の制御装置において、
時間経過に伴ってキャリア周期が変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変手段と、
デッドタイムを設けることにより生じる前記電力変換装置の電流歪みを補償するデッドタイム補償値を演算するデッドタイム補償演算手段と、
前記デッドタイム補償値を補正することにより、前記キャリア周期変動が前記電力変換装置の指令値と前記電力変換装置の出力値との間に生じる誤差を補償するキャリア周期可変分デッドタイム補償手段と、
前記電力変換装置に対する指令値と前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段の出力とを加える加算手段と、
該加算手段の出力と前記キャリア信号との比較に基づいて前記電力変換装置へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較手段と、
を備え、
前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段は、
前記制御装置の制御周期を検出する制御周期検出手段と、
前記制御周期中に変化するキャリア周期の平均周期を検出する平均周期検出手段と、
前記制御周期と前記キャリア周期の平均周期との比に応じて、前記デッドタイム補償演算手段の出力を補正するデッドタイム補正手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記制御周期と前記キャリア周期とは同期していることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記制御周期を時間と共に変化させる制御周期可変手段を備え、
前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段は、
前記制御周期と前記キャリア周期との比に応じて、前記誤差を補償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の制御装置。
【請求項４】
前記電力変換装置の出力電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段の電流検出値に基づいて出力電流の極性を判別する電流極性判別手段と、を備え
前記デッドタイム補償演算手段は、前記電流極性判別手段からの前記判別結果に基づいて、前記デッドタイム補償値の極性を変化させ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の制御装置。
【請求項５】
前記電力変換装置の負荷装置は３相同期モータであり、
前記制御装置は、
前記電力変換装置の出力電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段の出力の３相量から２相量へ座標変換する第１の座標変換手段と、
第１の座標変換手段の出力と外部から入力される電力変換装置に対する指令値とに基づいて、電圧指令値を発生する電圧指令発生手段と、
該電圧指令発生手段の出力と前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段の出力とを加算する加算手段と、
該加算手段の出力の２相量から３相量へ座標変換する第２の座標変換手段と、
を備え、
前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段はｑ軸電圧を補償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の制御装置。
【請求項６】
内蔵するスイッチング手段の上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムを設けた電力変換装置の制御装置において、
時間経過に伴ってキャリア周期が変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変手段と、
前記キャリア周期変動が前記電力変換装置の指令値と前記電力変換装置の出力値との間に生じる誤差を補正する補正値を出力するキャリア周期可変分デッドタイム補償手段と、
前記電力変換装置に対する指令値と前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段の出力とを加える加算手段と、
該加算手段の出力とキャリア信号との比較に基づいて前記電力変換装置へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較手段と、
を備え、
前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段は、
前記制御周期と前記キャリア周期と前記補正値とを関係付けたマップを有し、
前記制御周期に応じて、前記マップから読み出した複数のキャリア周期を順次前記キャリア周期可変手段へ指示するとともに、前記マップから読み出した制御周期毎の補正値を前記加算手段へ供給することを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項７】
内蔵するスイッチング手段の上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムを設けた電力変換装置の制御方法において、
時間経過に伴ってキャリア周期が変動する三角波形状のキャリア信号を発生し、
前記電力変換装置の電流歪みを補償するデッドタイム補償値を演算し、
制御周期と、前記キャリア周期の平均周期との比に応じて、前記デッドタイム補償値を補正し、
前記電力変換装置に対する指令値と補正されたデッドタイム補償値とを加算し、
該加算された指令値及び補正されたデッドタイム補償値と、前記キャリア信号との比較に基づいて前記電力変換装置へスイッチング信号を供給する電力変換装置の制御方法。
【請求項１】
内蔵するスイッチング手段の上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムを設けた電力変換装置の制御装置において、
時間経過に伴ってキャリア周期が変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変手段と、
デッドタイムを設けることにより生じる前記電力変換装置の電流歪みを補償するデッドタイム補償値を演算するデッドタイム補償演算手段と、
前記デッドタイム補償値を補正することにより、前記キャリア周期変動が前記電力変換装置の指令値と前記電力変換装置の出力値との間に生じる誤差を補償するキャリア周期可変分デッドタイム補償手段と、
前記電力変換装置に対する指令値と前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段の出力とを加える加算手段と、
該加算手段の出力と前記キャリア信号との比較に基づいて前記電力変換装置へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較手段と、
を備え、
前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段は、
前記制御装置の制御周期を検出する制御周期検出手段と、
前記制御周期中に変化するキャリア周期の平均周期を検出する平均周期検出手段と、
前記制御周期と前記キャリア周期の平均周期との比に応じて、前記デッドタイム補償演算手段の出力を補正するデッドタイム補正手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記制御周期と前記キャリア周期とは同期していることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記制御周期を時間と共に変化させる制御周期可変手段を備え、
前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段は、
前記制御周期と前記キャリア周期との比に応じて、前記誤差を補償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の制御装置。
【請求項４】
前記電力変換装置の出力電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段の電流検出値に基づいて出力電流の極性を判別する電流極性判別手段と、を備え
前記デッドタイム補償演算手段は、前記電流極性判別手段からの前記判別結果に基づいて、前記デッドタイム補償値の極性を変化させ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の制御装置。
【請求項５】
前記電力変換装置の負荷装置は３相同期モータであり、
前記制御装置は、
前記電力変換装置の出力電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段の出力の３相量から２相量へ座標変換する第１の座標変換手段と、
第１の座標変換手段の出力と外部から入力される電力変換装置に対する指令値とに基づいて、電圧指令値を発生する電圧指令発生手段と、
該電圧指令発生手段の出力と前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段の出力とを加算する加算手段と、
該加算手段の出力の２相量から３相量へ座標変換する第２の座標変換手段と、
を備え、
前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段はｑ軸電圧を補償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の制御装置。
【請求項６】
内蔵するスイッチング手段の上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムを設けた電力変換装置の制御装置において、
時間経過に伴ってキャリア周期が変動する三角波形状のキャリア信号を発生するキャリア周期可変手段と、
前記キャリア周期変動が前記電力変換装置の指令値と前記電力変換装置の出力値との間に生じる誤差を補正する補正値を出力するキャリア周期可変分デッドタイム補償手段と、
前記電力変換装置に対する指令値と前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段の出力とを加える加算手段と、
該加算手段の出力とキャリア信号との比較に基づいて前記電力変換装置へスイッチング信号を供給するＰＷＭ比較手段と、
を備え、
前記キャリア周期可変分デッドタイム補償手段は、
前記制御周期と前記キャリア周期と前記補正値とを関係付けたマップを有し、
前記制御周期に応じて、前記マップから読み出した複数のキャリア周期を順次前記キャリア周期可変手段へ指示するとともに、前記マップから読み出した制御周期毎の補正値を前記加算手段へ供給することを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項７】
内蔵するスイッチング手段の上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムを設けた電力変換装置の制御方法において、
時間経過に伴ってキャリア周期が変動する三角波形状のキャリア信号を発生し、
前記電力変換装置の電流歪みを補償するデッドタイム補償値を演算し、
制御周期と、前記キャリア周期の平均周期との比に応じて、前記デッドタイム補償値を補正し、
前記電力変換装置に対する指令値と補正されたデッドタイム補償値とを加算し、
該加算された指令値及び補正されたデッドタイム補償値と、前記キャリア信号との比較に基づいて前記電力変換装置へスイッチング信号を供給する電力変換装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−４１８７７（Ｐ２０１０−４１８７７Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０４２９８（Ｐ２００８−２０４２９８）
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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