JP2021097514A - Control system of power conversion device - Google Patents

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Abstract

To stably estimate a phase of an AC power source both in operation and non-operation of a power conversion device.SOLUTION: In a power conversion device configured to charge a battery by chopper operating a semiconductor switching element within one leg in a three phase inverter connected between positive and negative electrodes of a battery, a control block includes a current control block which calculates an output voltage instruction value V* by controlling a detection current Ichp under a chopper operation becomes a current amplitude instruction value Ichp*, a PLL block 50 which calculates a phase signal θ synchronized with a voltage of the AC power source on the basis of a detection signal (Vds) of the voltage of the semiconductor switching element within one leg during non-operation of the device, and on the basis of the output voltage instruction value V* before one calculation cycle during operation of the device, and a PWM block 60 which generates a gate signal for the semiconductor switching element of one leg on the basis of the phase signal θ, output voltage instruction value V*, and a carrier signal.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電力変換装置の制御システムに係り、例えば、電気車両のモータ駆動用3相インバータのうち1レグ(3相ブリッジ接続される半導体スイッチング素子の1相分の一組の半導体スイッチング素子)をバッテリ充電回路に兼用した回路において、別途PT(Potential Transformer、計器用変圧器)や絶縁アンプを使用せずにバッテリ充電用交流電源の位相を推定しPLL(Phase Locked Loop)をかける技術に関する。 The present invention relates to a control system of a power converter, for example, one leg of a three-phase inverter for driving a motor of an electric vehicle (a set of semiconductor switching elements for one phase of a semiconductor switching element connected by a three-phase bridge). The present invention relates to a technique for estimating the phase of an AC power supply for battery charging and applying PLL (Phase Locked Loop) without using a separate PT (Pontential Transformer, instrument transformer) or an insulating amplifier in a circuit that also serves as a battery charging circuit.

電気車両では、部品搭載スペースが限られるためできる限り部品点数を削減する必要がある。また、重量は航続距離に大きく影響するため、できる限りの軽量化が求められる。 In electric vehicles, the space for mounting parts is limited, so it is necessary to reduce the number of parts as much as possible. In addition, since the weight greatly affects the cruising range, it is required to reduce the weight as much as possible.

図1に、非特許文献1で提案されている、モータ駆動用3相インバータの1レグをバッテリ充電回路に兼用し、ダイオードを追加してバッテリ充電用単相交流チョッパを構成した回路を示す。 FIG. 1 shows a circuit in which one leg of a three-phase inverter for driving a motor, which is proposed in Non-Patent Document 1, is also used as a battery charging circuit, and a diode is added to form a single-phase AC chopper for battery charging.

図1において、10は、バッテリ11の正負極端間に3相ブリッジ接続された半導体スイッチング素子(FETやIGBT等、図1の例ではFETで表記している)Sa〜Sfを備えたモータ駆動用3相インバータである。 In FIG. 1, 10 is for driving a motor provided with semiconductor switching elements (FETs, IGBTs, etc., represented by FETs in the example of FIG. 1) Sa to Sf connected by a three-phase bridge between the positive and negative ends of the battery 11. It is a 3-phase inverter.

モータ駆動用3相インバータ10の3相各相の交流出力側はモータ12に接続されている。 The AC output side of each of the three phases of the three-phase inverter 10 for driving the motor is connected to the motor 12.

モータ駆動用3相インバータ10のうち、いずれか1相の交流を出力する1レグの、例えば直列接続された半導体スイッチング素子Sa,Sbは、兼用レグ10Uとして、バッテリ11の充電回路の一部に兼用される。 Of the three-phase inverter 10 for driving a motor, one leg that outputs alternating current of any one phase, for example, semiconductor switching elements Sa and Sb connected in series, is used as a dual-purpose leg 10U as a part of the charging circuit of the battery 11. Also used.

この兼用レグ10Uには、ダイオード13a,13bの直列回路が並列に接続されている。14は単相交流電源であり、この単相交流電源14の出力側はトランス15の一次巻線に接続されている。 A series circuit of diodes 13a and 13b is connected in parallel to the combined leg 10U. Reference numeral 14 denotes a single-phase AC power supply, and the output side of the single-phase AC power supply 14 is connected to the primary winding of the transformer 15.

前記兼用レグ10Uの半導体スイッチング素子SaとSbの共通接続点はリアクトル16を介してトランス15の二次巻線の一端に接続され、トランス15の二次巻線の他端はダイオード13aと13bの共通接続点に接続されている。 The common connection point of the semiconductor switching elements Sa and Sb of the dual-purpose leg 10U is connected to one end of the secondary winding of the transformer 15 via the reactor 16, and the other end of the secondary winding of the transformer 15 is the diodes 13a and 13b. It is connected to a common connection point.

ただし、トランス15の漏れインダクタンスで十分な場合には、リアクトル16を設けずに、前記兼用レグ10Uの半導体スイッチング素子SaとSbの共通接続点はトランス15の二次巻線の一端に接続されている。 However, if the leakage inductance of the transformer 15 is sufficient, the common connection point of the semiconductor switching element Sa and Sb of the dual-purpose leg 10U is connected to one end of the secondary winding of the transformer 15 without providing the reactor 16. There is.

したがって、単相交流電源14、トランス15、リアクトル16、ダイオード13a,13b、兼用レグ10Uによってバッテリ11の充電回路(バッテリ充電用単相交流チョッパ)を構成している。 Therefore, the charging circuit of the battery 11 (single-phase AC chopper for battery charging) is composed of the single-phase AC power supply 14, the transformer 15, the reactor 16, the diodes 13a and 13b, and the combined leg 10U.

兼用レグ10Uの下アームの半導体スイッチング素子Sbの両端間(ドレイン−ソース間)には、半導体スイッチング素子電圧検出回路として作用する抵抗17、18が直列に接続されている。これら抵抗17、18によって分圧された電圧がVds検出信号として出力される。 Resistors 17 and 18 acting as a semiconductor switching element voltage detection circuit are connected in series between both ends (drain and source) of the semiconductor switching element Sb of the lower arm of the combined leg 10U. The voltage divided by these resistors 17 and 18 is output as a Vds detection signal.

リアクトル16に流れる電流は変流器(CT)19によって検出され、リアクトル電流Ichp検出信号として出力される。 The current flowing through the reactor 16 is detected by the current transformer (CT) 19 and is output as a reactor current Ichp detection signal.

上記のように構成された装置において、3相インバータ10の各半導体スイッチング素子Sa〜Sfを図示省略の制御回路によってオン、オフ制御することにより、バッテリ11の直流電力は、交流電力に変換されてモータ12に供給される。 In the device configured as described above, the DC power of the battery 11 is converted into AC power by controlling the semiconductor switching elements Sa to Sf of the three-phase inverter 10 on and off by a control circuit (not shown). It is supplied to the motor 12.

また、兼用レグ10Uの半導体スイッチング素子Sa,Sbをオン、オフ制御してチョッパ動作させることによって、単相交流電源14からトランス15、リアクトル16、ダイオード13a,13bおよび兼用レグ10Uを介してバッテリ11へ充電が行われる。 Further, by controlling the on / off control of the semiconductor switching elements Sa and Sb of the dual-purpose leg 10U to operate the chopper, the battery 11 is operated from the single-phase AC power supply 14 via the transformer 15, the reactor 16, the diodes 13a and 13b and the dual-purpose leg 10U. Is charged.

図1の回路を用いて充電動作を正常に行うためには単相交流電源14の位相を検出し、これにあわせて兼用レグ10Uを適切にスイッチングさせる必要がある。しかし、トランス15の交流電源側で位相の検出を行う場合は絶縁が必要となり、PTや絶縁アンプなど追加の部品が必要となる。PTや絶縁アンプは磁性材料を使用するため重量増加につながる。 In order to normally perform the charging operation using the circuit of FIG. 1, it is necessary to detect the phase of the single-phase AC power supply 14 and appropriately switch the dual-purpose leg 10U accordingly. However, when the phase is detected on the AC power supply side of the transformer 15, insulation is required, and additional parts such as a PT and an isolated amplifier are required. Since PTs and insulated amplifiers use magnetic materials, they lead to an increase in weight.

トランス15の交流チョッパ側で電圧検出を行えば絶縁は不要である。しかし、検出した電圧信号にはスイッチングにより大きなリプルやノイズが重畳するため、これを用いての位相検出は困難である。フィルタによるリプルなどの除去を行う方法が考えられるが、フィルタによる遅延を補償する必要がある。適切な遅延補償量は周波数によって変動し、周波数の検出には位相を使用する必要があるため、例えば遅延補償量が過剰で位相が進みであると誤検出し、その結果周波数が増加したと誤判断し、周波数が高くなると遅延が大きくなるため補償により位相をさらに進め、その結果周波数がさらに増加する、というように動作が不安定になる恐れがある。 If voltage detection is performed on the AC chopper side of the transformer 15, insulation is not required. However, since large ripples and noise are superimposed on the detected voltage signal due to switching, it is difficult to detect the phase using this. A method of removing ripples by a filter can be considered, but it is necessary to compensate for the delay caused by the filter. Since the appropriate delay compensation amount varies depending on the frequency and it is necessary to use the phase to detect the frequency, for example, it is erroneously detected that the delay compensation amount is excessive and the phase is advanced, and as a result, the frequency is increased. Judging, the higher the frequency, the larger the delay, so the phase is further advanced by compensation, and as a result, the frequency is further increased, and the operation may become unstable.

非特許文献1には、電圧検出器を使用せず交流電源位相を推定する技術が紹介されている。非特許文献1では、電圧検出信号の代わりに電流制御器から出力された電圧指令値を使用し、電源インピーダンスでの電圧降下を考慮して交流電源位相を推定する。この方法では、装置が運転中ならば正常に動作するが、停止中では電流制御が停止するため位相を推定できない。そのため、運転開始直後に交流電源電圧と装置出力電圧の差が大きくなり大電流が流れてしまう場合がある。 Non-Patent Document 1 introduces a technique for estimating an AC power supply phase without using a voltage detector. In Non-Patent Document 1, the voltage command value output from the current controller is used instead of the voltage detection signal, and the AC power supply phase is estimated in consideration of the voltage drop in the power supply impedance. In this method, the device operates normally when it is in operation, but the phase cannot be estimated because the current control is stopped when the device is stopped. Therefore, the difference between the AC power supply voltage and the device output voltage becomes large immediately after the start of operation, and a large current may flow.

また特許文献2には、装置停止中の交流電源位相の推定方法が提案されている。特許文献2では、停止中の装置がダイオード整流器と同等であることから交流側電流の符号が交流電圧の符号に一致することに基づいて交流電源位相の推定を行う。 Further, Patent Document 2 proposes a method for estimating the phase of an AC power supply while the device is stopped. In Patent Document 2, since the stopped device is equivalent to a diode rectifier, the phase of the AC power supply is estimated based on the fact that the sign of the AC side current matches the sign of the AC voltage.

竹下隆晴、松井信行、「電源位相角および電圧検出器を除去した単相高力率PWMコンバータ」、電学論D、113巻10号、平成5年、p1209〜p1215Takaharu Takeshita, Nobuyuki Matsui, "Single-Phase High Power Factor PWM Converter with Power Supply Phase Angle and Voltage Detector Removed", Institute of Electrical Engineers of Japan D, Vol. 113, No. 10, 1993, p1209 to p1215

特開2011−211889号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-211889 特開2000−32760号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-32760

特許文献2において、交流側電流が流れる条件は交流電源電圧のピークがバッテリ電圧よりも大きい場合に限られる。ある程度バッテリ残量があるなど、この条件を満たさない場合は装置停止中において電流が零となるため交流電源位相を推定できない。 In Patent Document 2, the condition for the AC side current to flow is limited to the case where the peak of the AC power supply voltage is larger than the battery voltage. If this condition is not met, such as when there is a certain amount of remaining battery power, the current becomes zero while the device is stopped, and the AC power supply phase cannot be estimated.

対策として、バッテリ充電用交流チョッパを構成する4アームのどれかに抵抗を並列に接続する方法が考えられる。しかし、電流検出にHCT(Hall CT;ホール電流検出器)を使用する場合、HCTにはオフセットが重畳しやすく、温度による変化も発生する。正確に電流符号を検出するためには数A程度の電流が必要となるが、そのために並列抵抗の値を小さくすると損失が増加してしまう。 As a countermeasure, a method of connecting a resistor in parallel to any of the four arms constituting the AC chopper for charging the battery can be considered. However, when an HCT (Hall CT; Hall current detector) is used for current detection, an offset is likely to be superimposed on the HCT, and a change due to temperature also occurs. A current of about several A is required to accurately detect the current code, but if the value of the parallel resistance is reduced for that purpose, the loss increases.

一方でモータ駆動用3相インバータには、スイッチング素子の短絡故障検出やデッドタイム補償のために、ドレイン・ソース間電圧Vds検出器が、図1の抵抗17,18のように搭載されている場合がある。前述の通り、装置運転中のVds検出信号には非常に大きなリプルやノイズが重畳するため、位相検出には不適切である。 On the other hand, when the three-phase inverter for driving the motor is equipped with a drain-source voltage Vds detector as shown in the resistors 17 and 18 in FIG. 1 for short-circuit failure detection of the switching element and dead time compensation. There is. As described above, the Vds detection signal during operation of the device is superposed with extremely large ripples and noise, which is inappropriate for phase detection.

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、電力変換装置の運転中も、停止中も安定して交流電源位相を推定することができる電力変換装置の制御システムを提供することにある。 The present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide a control system for a power conversion device capable of stably estimating an AC power supply phase while the power conversion device is operating or stopped. It is in.

上記課題を解決するための請求項1に記載の電力変換装置の制御システムは、
バッテリの正負極端間に半導体スイッチング素子を3相ブリッジ接続してモータ駆動用の3相インバータを構成し、
前記3相インバータのいずれか1相の交流を出力する1レグ内の一組の半導体スイッチング素子を、前記バッテリの充電回路の一部として兼用し、前記1レグ内の一組の半導体スイッチング素子に並列に接続された一組のダイオードの直列回路と、前記直列回路の一組のダイオードの共通接続点および前記1レグ内の一組の半導体スイッチング素子の共通接続点の間に接続された単相交流電源とによってバッテリの充電回路を構成した電力変換装置であり、
前記3相インバータの前記1レグ内の一組の半導体スイッチング素子のうち下アームに接続された半導体スイッチング素子の両端間電圧を検出する半導体スイッチング素子電圧検出回路と、
前記リアクトルに流れる電流を検出し、前記電流が電流振幅指令値になるように制御して出力電圧指令値を演算する電流制御ブロックと、
電力変換装置の停止中は、前記半導体スイッチング素子電圧検出回路の検出電圧に、設定したゲインGを乗じた信号に基づいて、電力変換装置の運転中は、前記電流制御ブロックで演算された1演算周期前の出力電圧指令値に基づいて、前記単相交流電源の電圧に同期した位相信号を各々演算するPLLブロックと、
前記電流制御ブロックで演算された出力電圧指令値、キャリア信号および前記PLLブロックで演算された位相信号に基づいて、前記3相インバータの、前記1レグ内の一組の半導体スイッチング素子のゲート信号を生成するPWMブロックと、
を備えたことを特徴とする。
The control system for the power conversion device according to claim 1 for solving the above problems is
A semiconductor switching element is connected to the positive and negative ends of the battery in a three-phase bridge to form a three-phase inverter for driving the motor.
A set of semiconductor switching elements in one leg that outputs AC of any one phase of the three-phase inverter is also used as a part of the charging circuit of the battery, and is used as a set of semiconductor switching elements in the one leg. A single phase connected between a series circuit of a set of diodes connected in parallel, a common connection point of a set of diodes in the series circuit, and a common connection point of a set of semiconductor switching elements in the one leg. It is a power conversion device that constitutes a battery charging circuit with an AC power supply.
A semiconductor switching element voltage detection circuit that detects the voltage between both ends of the semiconductor switching element connected to the lower arm of the set of semiconductor switching elements in the one leg of the three-phase inverter.
A current control block that detects the current flowing through the reactor, controls the current to be the current amplitude command value, and calculates the output voltage command value.
One calculation calculated by the current control block during operation of the power conversion device based on a signal obtained by multiplying the detection voltage of the semiconductor switching element voltage detection circuit by the set gain G while the power conversion device is stopped. Based on the output voltage command value before the cycle, the PLL block that calculates the phase signal synchronized with the voltage of the single-phase AC power supply, and
Based on the output voltage command value calculated by the current control block, the carrier signal, and the phase signal calculated by the PLL block, the gate signal of a set of semiconductor switching elements in the one leg of the three-phase inverter is generated. The PWM block to be generated and
It is characterized by being equipped with.

請求項2に記載の電力変換装置の制御システムは、請求項1において、
前記単相交流電源は、リアクトルを介して接続されていることを特徴とする。
The control system for the power conversion device according to claim 2 is claimed in claim 1.
The single-phase AC power supply is characterized in that it is connected via a reactor.

請求項3に記載の電力変換装置の制御システムは、請求項1又は2において、 前記ダイオードの直列回路のうち、前記3相インバータの前記1レグ内の下アームの半導体スイッチング素子に接続されている側のダイオードに、抵抗を並列に接続したことを特徴とする。 The control system of the power conversion device according to claim 3 is connected to the semiconductor switching element of the lower arm in the one leg of the three-phase inverter in the series circuit of the diode in claim 1 or 2. The feature is that a resistor is connected in parallel to the diode on the side.

請求項4に記載の電力変換装置の制御システムは、請求項1から3のいずれか1項において、
前記半導体スイッチング素子電圧検出回路からはアナログの電圧検出信号が出力され、前記PLLブロックにおけるゲインGはG=2に設定されていることを特徴とする。
The control system for the power conversion device according to claim 4 is the control system according to any one of claims 1 to 3.
An analog voltage detection signal is output from the semiconductor switching element voltage detection circuit, and the gain G in the PLL block is set to G = 2.

請求項5に記載の電力変換装置の制御システムは、請求項1から3のいずれか1項において、
前記半導体スイッチング素子電圧検出回路からはアナログの電圧検出信号が出力され、前記PLLブロックにおけるゲインGはG>2に設定されていることを特徴とする。
The control system for the power conversion device according to claim 5 is the control system according to any one of claims 1 to 3.
An analog voltage detection signal is output from the semiconductor switching element voltage detection circuit, and the gain G in the PLL block is set to G> 2.

請求項6に記載の電力変換装置の制御システムは、請求項1から3のいずれか1項において、
前記半導体スイッチング素子電圧検出回路からは、半導体スイッチング素子のオン時に想定される最大電流が通過したときの両端間電圧を超えたときに1、それ以下ならば0であるディジタルの電圧検出信号が出力され、前記PLLブロックにおけるゲインGはG=2/πに設定されていることを特徴とする。
The control system for the power conversion device according to claim 6 is the control system of the power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
From the semiconductor switching element voltage detection circuit, a digital voltage detection signal is output, which is 1 when the voltage between both ends when the maximum current assumed when the semiconductor switching element is turned on is exceeded, and 0 when the voltage is less than that. The gain G in the PLL block is set to G = 2 / π.

請求項7に記載の電力変換装置の制御システムは、請求項1から3のいずれか1項において、
前記半導体スイッチング素子電圧検出回路からは、半導体スイッチング素子のオン時に想定される最大電流が通過したときの両端間電圧を超えたときに1、それ以下ならば0であるディジタルの電圧検出信号が出力され、前記PLLブロックにおけるゲインGはG>2/πに設定されていることを特徴とする。
The control system for the power conversion device according to claim 7 is the control system according to any one of claims 1 to 3.
From the semiconductor switching element voltage detection circuit, a digital voltage detection signal is output, which is 1 when the voltage between both ends when the maximum current assumed when the semiconductor switching element is turned on is exceeded, and 0 when the voltage is less than that. The gain G in the PLL block is set to G> 2 / π.

(1)請求項1〜7に記載の発明によれば、電力変換装置が停止中の時は、半導体スイッチング素子電圧検出回路の検出信号から交流電源電圧の位相を検出しているので、運転直後の過電流を防ぐことができる。電力変換装置の運転中は電流制御ブロックで演算された出力電圧指令値を使用しているため、半導体スイッチング素子電圧検出回路の検出信号を用いた場合とは異なり、スイッチングリプルの影響を受けずに交流電源電圧位相を推定することができる。 (1) According to the inventions of claims 1 to 7, when the power conversion device is stopped, the phase of the AC power supply voltage is detected from the detection signal of the semiconductor switching element voltage detection circuit, and therefore immediately after the operation. Overcurrent can be prevented. Since the output voltage command value calculated by the current control block is used during the operation of the power converter, it is not affected by the switching ripple, unlike the case where the detection signal of the semiconductor switching element voltage detection circuit is used. The AC power supply voltage phase can be estimated.

また、追加のPT(計器用変圧器)や絶縁アンプなどの部品を削減でき、コストおよび航続距離への影響を抑えることができる。
(2)請求項3に記載の発明によれば、検出信号へのノイズ重畳を抑えることができる。また、請求項1、2の構成に比べて、半導体スイッチング素子電圧検出回路の抵抗値、例えば分圧抵抗の抵抗値を大きくすることができるため、損失を抑制でき、効率や航続距離を向上させることができる。
(3)請求項4、6に記載の発明によれば、電力変換装置の運転中と停止中とで、PLLブロックのPLL応答速度を略等しくすることができる。
(4)請求項5、7に記載の発明によれば、電力変換装置の運転中のPLL安定性を維持したまま、停止中のみPLLの応答速度を向上させて交流電源投入後から運転準備完了までの時間を短縮することができる。また、請求項1、2、3と同一の演算負荷により請求項1、2、3と同様の効果を得ることができる。
In addition, parts such as additional PTs (instrument transformers) and insulated amplifiers can be reduced, and the impact on cost and cruising range can be suppressed.
(2) According to the invention of claim 3, noise superposition on the detection signal can be suppressed. Further, as compared with the configurations of claims 1 and 2, the resistance value of the semiconductor switching element voltage detection circuit, for example, the resistance value of the voltage dividing resistor can be increased, so that loss can be suppressed and efficiency and cruising range can be improved. be able to.
(3) According to the inventions of claims 4 and 6, the PLL response speed of the PLL block can be made substantially equal between the operation and the stop of the power conversion device.
(4) According to the inventions of claims 5 and 7, the response speed of the PLL is improved only when the power converter is stopped while maintaining the stability of the PLL during operation, and the operation preparation is completed after the AC power is turned on. It is possible to shorten the time until. Further, the same effect as that of claims 1, 2 and 3 can be obtained by the same calculation load as those of claims 1, 2 and 3.

本発明が適用される電力変換装置の構成図。The block diagram of the power conversion apparatus to which this invention is applied. 本発明の実施形態例による制御ブロックの構成図。The block diagram of the control block according to the Example of Embodiment of this invention. 本発明の実施形態例によるPLLブロックの構成図。The block diagram of the PLL block according to the Example of Embodiment of this invention. 本発明の実施例3の主回路構成図。The main circuit block diagram of Example 3 of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図1の半導体スイッチング素子電圧検出回路として作用する抵抗17、18の分圧点から出力されるVds検出信号には、装置運転中に大きなリプルやノイズが重畳されるため位相検出には不適切であるが、装置停止中ならばスイッチングは行われずリプルやノイズも非常に小さくなる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following examples of embodiments. The Vds detection signal output from the voltage dividing points of the resistors 17 and 18 acting as the semiconductor switching element voltage detection circuit in FIG. 1 is not suitable for phase detection because large ripples and noise are superimposed during device operation. However, if the device is stopped, switching is not performed and ripples and noise are very small.

そこで本発明では、装置の停止中は前記Vds検出信号から交流電源電圧の位相を検出し、装置の運転中は電流制御ブロックから出力される電圧指令値に基づいて交流電源電圧の位相を推定するように構成した。 Therefore, in the present invention, the phase of the AC power supply voltage is detected from the Vds detection signal while the device is stopped, and the phase of the AC power supply voltage is estimated based on the voltage command value output from the current control block during the operation of the device. It was configured as follows.

図2は、本発明の電力変換装置の制御システムの実施形態例による制御ブロックの構成を示している。図2の制御ブロックは、電力変換装置の、図1に示す主回路構成および後述の図4に示す実施例3の主回路構成に適用されるものである。 FIG. 2 shows the configuration of the control block according to the embodiment of the control system of the power conversion device of the present invention. The control block of FIG. 2 is applied to the main circuit configuration shown in FIG. 1 and the main circuit configuration of the third embodiment shown in FIG. 4 described later in the power conversion device.

図2において、21は、図1の変流器19から出力されるリアクトル電流Ichp検出信号を入力とし、Ichpからノイズやスイッチングリプルなどを除去するLPF(低域通過フィルタ)である。 In FIG. 2, FIG. 21 is an LPF (low-pass filter) that takes the reactor current Ichp detection signal output from the current transformer 19 of FIG. 1 as an input and removes noise, switching ripple, and the like from the Ichp.

22は、後述のPLLブロック50で演算された、単相交流電源14の電圧に同期した位相θに対応する余弦値(cosθ)と、設定した電流振幅指令値Ichp*とを乗算する乗算器である。ただし、余弦値(cosθ)は予め用意した余弦値テーブル31を参照して求める。 Reference numeral 22 denotes a multiplier that multiplies the cosine value (cosθ) corresponding to the phase θ synchronized with the voltage of the single-phase AC power supply 14 calculated by the PLL block 50 described later with the set current amplitude command value Ichp *. is there. However, the cosine value (cosθ) is obtained by referring to the cosine value table 31 prepared in advance.

23は、乗算器22の出力である瞬時の電流振幅指令値Ichp*cosθから、LPF21の出力を減算する減算器である。 Reference numeral 23 denotes a subtractor that subtracts the output of the LPF 21 from the instantaneous current amplitude command value Ichp * cos θ, which is the output of the multiplier 22.

24は、減算器23の出力を入力し、ゲインをかけて比例した値を出力するPアンプである。尚、Pアンプ24は、基本波周波数に対してゲインが無限大になる共振アンプを併用する場合がある。 Reference numeral 24 denotes a P amplifier that inputs the output of the subtractor 23, applies a gain, and outputs a proportional value. The P amplifier 24 may be used in combination with a resonance amplifier whose gain becomes infinite with respect to the fundamental wave frequency.

32は、図1のバッテリ11の電圧を検出したバッテリ電圧検出信号Vdcからその逆数を除算器33によって求めた1/Vdcと、前記cosθとを乗算して基準正弦波cosθ/Vdcを求める乗算器である。 Reference numeral 32 denotes a multiplier for obtaining the reference sine wave cosθ / Vdc by multiplying 1 / Vdc obtained by the reciprocal 33 from the battery voltage detection signal Vdc that detected the voltage of the battery 11 in FIG. 1 by the cosθ. Is.

25は、乗算器32の出力である基準正弦波cosθ/VdcからPアンプ24の出力を減算して出力電圧指令値V*を出力する減算器である。 Reference numeral 25 denotes a subtractor that outputs an output voltage command value V * by subtracting the output of the P amplifier 24 from the reference sine wave cosθ / Vdc which is the output of the multiplier 32.

34は、減算器25の出力である出力電圧指令値V*を一時的に記憶し、1演算周期前の出力電圧指令値V*´を出力するバッファである。 Reference numeral 34 denotes a buffer that temporarily stores the output voltage command value V * , which is the output of the subtractor 25, and outputs the output voltage command value V * ′ one calculation cycle before.

前記LPF21、乗算器22、減算器23,25およびPアンプ24は、リアクトル電流検出信号Ichpが瞬時の電流振幅指令値Ichp*cosθになるように制御して出力電圧指令V*を演算する電流制御ブロックを構成しており、一般的な電流制御により出力電圧指令値V*を求めている。 The LPF 21, multiplier 22, subtractors 23, 25 and P amplifier 24 control the reactor current detection signal Ichp so that it becomes the instantaneous current amplitude command value Ichp * cos θ, and calculate the output voltage command V *. It constitutes a block, and the output voltage command value V * is obtained by general current control.

すなわち、瞬時の電流振幅指令値Ichp*cosθと、LPF21を通したリアクトル電流検出値Ichpとの偏差をPアンプ24で増幅し、減算器25において基準正弦波cosθ/Vdc(cosθ×バッテリ検出電圧の逆数1/Vdc)から減算する。 That is, the deviation between the instantaneous current amplitude command value Ichp * cosθ and the reactor current detection value Ichp through the LPF 21 is amplified by the P amplifier 24, and the reference sine wave cosθ / Vdc (cosθ × battery detection voltage) is amplified by the subtractor 25. Subtract from the reciprocal 1 / Vdc).

リアクトル電流検出値Ichpはチョッパに入力する向きをプラスとしたため、Ichpが不足している場合はチョッパ出力電圧を下げてIchpの増加を促す。 Since the reactor current detection value Ichp is positive in the direction of input to the chopper, if the Ichp is insufficient, the chopper output voltage is lowered to promote an increase in Ichp.

60はPWMブロック(PWM変調器)を示し、61bは、余弦値テーブル31の出力であるcosθがプラスであることを検出する比較器であり、図2の例ではデッドタイムを付加する目的で少しだけ零より大きな値(0.001)と比較している。 Reference numeral 60 denotes a PWM block (PWM modulator), and 61b is a comparator that detects that cosθ, which is the output of the cosine value table 31, is positive. Only is compared with a value greater than zero (0.001).

62は、0から1の間で変化するキャリア三角波1を出力するキャリア生成部であり、このキャリア三角波1は減算器63において出力電圧指令値V*から減算される。 Reference numeral 62 denotes a carrier generation unit that outputs a carrier triangular wave 1 that changes between 0 and 1. The carrier triangular wave 1 is subtracted from the output voltage command value V * in the subtractor 63.

64bは、減算器63の減算出力がプラスならば、すなわち出力電圧指令値V*がキャリア三角波1よりも大きければ1を出力する比較器である。 The 64b is a comparator that outputs 1 if the subtraction output of the subtractor 63 is positive, that is, if the output voltage command value V * is larger than the carrier triangle wave 1.

65は、比較器64bの出力を反転した信号と比較器61bの出力信号の論理積を求めるAND素子である。AND素子65の出力は、cosθがプラス且つ出力電圧指令値V*がキャリア三角波1よりも小さいときに1となり、図1の兼用レグ10Uの下アームの半導体スイッチング素子Sbにゲート指令として供給される。 Reference numeral 65 denotes an AND element for obtaining the logical product of the signal obtained by inverting the output of the comparator 64b and the output signal of the comparator 61b. The output of the AND element 65 becomes 1 when cos θ is positive and the output voltage command value V * is smaller than the carrier triangle wave 1, and is supplied as a gate command to the semiconductor switching element Sb of the lower arm of the combined leg 10U of FIG. ..

61aは、余弦値テーブル31の出力であるcosθがマイナスであることを検出する比較器であり、図2の例ではデッドタイムを付加する目的で少しだけ零より小さな値(−0.001)と比較している。 Reference numeral 61pa is a comparator that detects that cosθ, which is the output of the cosine value table 31, is negative. In the example of FIG. 2, the value is slightly smaller than zero (-0.001) for the purpose of adding a dead time. I'm comparing.

66は、0から−1の間で変化するキャリア三角波2を出力するキャリア生成部であり、このキャリア三角波2は減算器67において出力電圧指令値V*から減算される。 Reference numeral 66 denotes a carrier generation unit that outputs a carrier triangular wave 2 that changes between 0 and -1, and the carrier triangular wave 2 is subtracted from the output voltage command value V * by the subtractor 67.

64aは、減算器67の減算出力がプラスならば、すなわち出力電圧指令値V*がキャリア三角波2よりも大きければ1を出力する比較器である。 The 64a is a comparator that outputs 1 if the subtraction output of the subtractor 67 is positive, that is, if the output voltage command value V * is larger than the carrier triangle wave 2.

68は、比較器64aと比較器61aの出力信号の論理積を求めるAND素子である。AND素子68の出力は、cosθがマイナス且つ出力電圧指令値V*がキャリア三角波2よりも大きいときに1となり、図1の兼用レグ10Uの上アームの半導体スイッチング素子Saにゲート指令として供給される。 Reference numeral 68 denotes an AND element for obtaining the logical product of the output signals of the comparator 64a and the comparator 61a. The output of the AND element 68 becomes 1 when cos θ is negative and the output voltage command value V * is larger than the carrier triangle wave 2, and is supplied as a gate command to the semiconductor switching element Sa of the upper arm of the combined leg 10U of FIG. ..

図1の装置において、単相交流電源14の交流電源電圧がプラスの時は兼用レグ10Uの下アームの半導体スイッチング素子Sbを、マイナスの時は上アームの半導体スイッチング素子Saをスイッチングさせる必要がある。そこで、図2のPWMブロック60では、cosθがプラスの時は出力電圧指令値V*とキャリア三角波1を比較してゲート指令(Sb)を求め、cosθがマイナスの時は出力電圧指令値V*とキャリア三角波2を比較してゲート指令(Sa)を求め、それぞれ対応する半導体スイッチング素子に入力している。 In the device of FIG. 1, when the AC power supply voltage of the single-phase AC power supply 14 is positive, it is necessary to switch the semiconductor switching element Sb of the lower arm of the dual-purpose leg 10U, and when it is negative, it is necessary to switch the semiconductor switching element Sa of the upper arm. .. Therefore, in the PWM block 60 of FIG. 2, when cosθ is positive, the output voltage command value V * is compared with the carrier triangle wave 1 to obtain the gate command (Sb), and when cosθ is negative, the output voltage command value V * is obtained. And the carrier triangle wave 2 are compared to obtain a gate command (Sa), which is input to the corresponding semiconductor switching element.

図2のPLLブロック50は図3のように構成されている。PLLブロック50は、図1の抵抗17,18の分圧により検出されたVds検出信号(半導体スイッチング素子Sbの両端間(ドレイン−ソース間)電圧を検出した信号)と、図2のバッファ34から出力される1演算周期前の出力電圧指令値V*´のいずれかを入力し、図1の単相交流電源14の電圧に同期した位相信号θを演算して出力する。 The PLL block 50 of FIG. 2 is configured as shown in FIG. The PLL block 50 is used from the Vds detection signal (the signal that detects the voltage between both ends (drain and source) of the semiconductor switching element Sb) detected by the voltage division of the resistors 17 and 18 in FIG. 1 and the buffer 34 in FIG. One of the output voltage command values V * ´ one calculation cycle before the output is input, and the phase signal θ synchronized with the voltage of the single-phase AC power supply 14 in FIG. 1 is calculated and output.

51は、Vds検出信号に、設定したゲインGをかける乗算器であり、実施例1ではG=2に設定されている。 Reference numeral 51 denotes a multiplier for multiplying the Vds detection signal by the set gain G, and is set to G = 2 in the first embodiment.

52は、電力変換装置が停止中ならば乗算器51の出力である2Vdsを、運転中ならば図2のバッファ34の出力である1演算周期前の出力電圧指令値V*´を各々選択して出力するスイッチである。 52 selects 2Vds, which is the output of the multiplier 51, when the power converter is stopped, and V * ′, which is the output of the buffer 34 in FIG. 2 when the power converter is in operation, one calculation cycle before. It is a switch that outputs.

53は、スイッチ52の出力と、後述の正弦値テーブル58から出力される、交流電源電圧に対して90deg遅れた正弦波sinθとの積を求める乗算器である。 Reference numeral 53 denotes a multiplier for obtaining the product of the output of the switch 52 and the sine wave sin θ output from the sine value table 58 described later, which is delayed by 90 deg with respect to the AC power supply voltage.

54は乗算器53の出力から直流成分を抽出するLPFである。 Reference numeral 54 denotes an LPF that extracts a DC component from the output of the multiplier 53.

55は、LPF54の出力と位相指令値(零とする)との偏差を求める減算器である。 Reference numeral 55 denotes a subtractor for obtaining the deviation between the output of the LPF 54 and the phase command value (set to zero).

56は、減算器55の出力を入力し、ゲインをかけて比例した値と積分した値を足し合わせて出力するPIアンプであり、PIアンプ56の出力は交流電源電圧の角周波数ωに相当する。 Reference numeral 56 denotes a PI amplifier that inputs the output of the subtractor 55, multiplies the gain, adds the proportional value and the integrated value, and outputs the output. The output of the PI amplifier 56 corresponds to the angular frequency ω of the AC power supply voltage. ..

57は、PIアンプ56の出力である角周波数ωを積分して位相信号θを求める積分器である。積分器57から出力される位相信号θは、図2の余弦値テーブル31に入力されるとともに、正弦値テーブル58に入力され、該正弦値テーブル58に用意された位相θに対応する正弦値が参照され、交流電源電圧に対して90deg遅れた正弦波sinθが生成される。 Reference numeral 57 denotes an integrator that integrates the angular frequency ω, which is the output of the PI amplifier 56, to obtain the phase signal θ. The phase signal θ output from the integrator 57 is input to the cosine value table 31 of FIG. 2 and input to the sine value table 58, and the sine value corresponding to the phase θ prepared in the sine value table 58 is obtained. Referenced, a sine wave sin θ delayed by 90 deg with respect to the AC power supply voltage is generated.

PLLブロック50において、装置の停止中ではVds検出信号を、運転中では1演算周期前の出力電圧指令値V*´を入力し、90degずれた正弦波sinθ(正弦値テーブル58の出力)との積を求める。入力がsinθに対して正確に90degずれているならば、乗算器53の出力からLPF54によって抽出した直流成分は零である。 In the PLL block 50, the Vds detection signal is input while the device is stopped, and the output voltage command value V * ′ one calculation cycle before is input during operation, and the sine wave sinθ (output of the sine value table 58) deviated by 90 deg. Find the product. If the input is exactly 90 deg offset with respect to sin θ, then the DC component extracted by the LPF 54 from the output of the multiplier 53 is zero.

しかし、入力がθに対して遅れていてsinθとの位相ずれが90degに満たない場合は、入力にsinθとの同相成分が含まれるので、直流成分はプラスになる。同様に、入力が進みならばLPF54の出力はマイナスになる。LPF54の出力と位相指令値である0との偏差をPIアンプ56で増幅しており、入力が遅れならば、PIアンプ56の出力である角周波数ωは減少し、位相θも遅れて入力信号に同期する。 However, when the input is delayed with respect to θ and the phase shift from sin θ is less than 90 deg, the input contains an in-phase component with sin θ, so that the DC component becomes positive. Similarly, if the input advances, the output of the LPF 54 becomes negative. The deviation between the output of the LPF 54 and 0, which is the phase command value, is amplified by the PI amplifier 56. If the input is delayed, the angular frequency ω, which is the output of the PI amplifier 56, decreases, and the phase θ is also delayed. Synchronize with.

装置の運転中は、1演算周期前の出力電圧指令値V*´をPLLブロック50の入力信号としている。これは、特許文献1と同じ動作である。ただし、特許文献1は電源電圧の位相を高い精度で推定するのに対し、本発明では異常な電流が流れない程度の精度があればよいので、インピーダンスの電圧降下を無視しPLLブロック50を単純な構成にした。 During operation of the apparatus, the output voltage command value V * ′ one calculation cycle before is used as the input signal of the PLL block 50. This is the same operation as in Patent Document 1. However, while Patent Document 1 estimates the phase of the power supply voltage with high accuracy, in the present invention, it is sufficient that the phase is accurate enough to prevent an abnormal current from flowing. Therefore, the PLL block 50 is simply simplified by ignoring the voltage drop of impedance. The configuration was made.

また、ひずみの小さな電流波形を得るためには、兼用レグ10U内の半導体スイッチング素子Sa,Sbのどちらをスイッチングさせるべきかの判断を、単相交流電源14の電圧位相ではなく半導体スイッチング素子SaとSbの共通接続点における電圧位相で行った方がよい。そのためにはトランス15やリアクトル16のインピーダンス電圧降下を無視した方がよく、本発明では特許文献1に比べて図3に示す単純な構成のPLLが適している。 Further, in order to obtain a current waveform with small distortion, it is determined whether to switch the semiconductor switching element Sa or Sb in the dual-purpose leg 10U, not with the voltage phase of the single-phase AC power supply 14, but with the semiconductor switching element Sa. It is better to use the voltage phase at the common connection point of Sb. For that purpose, it is better to ignore the impedance voltage drop of the transformer 15 and the reactor 16, and in the present invention, the PLL having a simple configuration shown in FIG. 3 is suitable as compared with Patent Document 1.

PLLブロック50の出力位相であるθと交流電源位相が大きくずれた場合、本来ならば異常な電流が流れるが、電流制御ブロックの制御により異常電流が抑制されるよう、すなわち電源電圧位相と装置の出力電圧位相が揃うように出力電圧指令値V*が補正される。その結果をバッファ34を介してPLLブロック50に入力することで、位相信号θを交流電源位相に同期させることができる。 When θ, which is the output phase of the PLL block 50, and the AC power supply phase deviate significantly, an abnormal current normally flows, but the abnormal current is suppressed by the control of the current control block, that is, the power supply voltage phase and the device. The output voltage command value V * is corrected so that the output voltage phases are aligned. By inputting the result to the PLL block 50 via the buffer 34, the phase signal θ can be synchronized with the AC power supply phase.

装置の停止中は、Vds検出信号をPLLブロック50の入力信号としている。Vds検出信号にはゲインGをG=2倍する乗算器51を追加しているが、これは交流電源電圧がプラスの場合電流はVds分圧抵抗(抵抗17,18)とダイオード下アーム(ダイオード13b)を通過し、Vds検出信号は交流電源電圧に比例した値となる。交流電源電圧がマイナスの場合は電流の流れる経路が存在せず、Vds検出信号は零である。 While the device is stopped, the Vds detection signal is used as the input signal of the PLL block 50. A multiplier 51 that doubles the gain G by G = 2 is added to the Vds detection signal, but when the AC power supply voltage is positive, the current is the Vds voltage dividing resistor (resistors 17 and 18) and the diode lower arm (diode). After passing through 13b), the Vds detection signal becomes a value proportional to the AC power supply voltage. When the AC power supply voltage is negative, there is no path through which the current flows, and the Vds detection signal is zero.

そのため、Vds検出信号は半波整流状の波形になり、LPF54の出力は半分になる。一方、1演算周期前の出力電圧指令値V*´は正弦波状の波形のためLPF54の出力に2倍の差が生じる。この差を除去するため、乗算器51においてVdsをあらかじめ2倍してPLLブロック(50)に入力している。 Therefore, the Vds detection signal has a half-wave rectified waveform, and the output of the LPF 54 is halved. On the other hand, since the output voltage command value V * ′ one calculation cycle before is a sinusoidal waveform, the output of the LPF 54 has a double difference. In order to remove this difference, Vds is doubled in advance in the multiplier 51 and input to the PLL block (50).

以上のように本実施例1によれば、装置の停止中はVds検出信号から交流電源位相を検出するため、運転直後の過電流を防ぐことができる。装置の運転中は、非常に大きなスイッチングリプルが重畳したVds検出信号は使用せずに電流制御ブロックの出力である出力電圧指令値V*を使用することで、スイッチングリプルの影響を受けずに交流電源位相を推定することができる。 As described above, according to the first embodiment, since the AC power supply phase is detected from the Vds detection signal while the device is stopped, it is possible to prevent an overcurrent immediately after the operation. During operation of the device, the output voltage command value V * , which is the output of the current control block, is used instead of the Vds detection signal on which a very large switching ripple is superimposed, so that the AC is not affected by the switching ripple. The power supply phase can be estimated.

また、追加のPTや絶縁アンプなどの部品を削減でき、コストおよび航続距離への影響を抑えることができる。 In addition, parts such as additional PTs and insulated amplifiers can be reduced, and the impact on cost and cruising range can be suppressed.

本実施例2では、図3(PLLブロック50)の乗算器51のゲインGに2を超える値を設定する。図3では、減算器55に入力する位相指令値が零なので乗算器51のゲインGをG>2に設定するとPIアンプ56のゲインをG/2倍したことと等価である。 In the second embodiment, the gain G of the multiplier 51 of FIG. 3 (PLL block 50) is set to a value exceeding 2. In FIG. 3, since the phase command value input to the subtractor 55 is zero, setting the gain G of the multiplier 51 to G> 2 is equivalent to multiplying the gain of the PI amplifier 56 by G / 2.

これにより装置の停止中のみPLLブロック50の応答速度が向上し、交流電源位相との同期が早く完了し、交流電源投入後から運転準備が完了するまでの時間を短縮することができる。装置の運転中はPLLブロック50の応答速度が低下し、安定性を維持できる。実施例1に対しての変更はゲインGの値だけであるため、実施例1と全く同じ演算負荷で上述の実施例2の効果を得ることができる。 As a result, the response speed of the PLL block 50 is improved only when the device is stopped, the synchronization with the AC power supply phase is completed quickly, and the time from when the AC power supply is turned on until the operation preparation is completed can be shortened. During the operation of the apparatus, the response speed of the PLL block 50 is reduced, and the stability can be maintained. Since the only change to the first embodiment is the value of the gain G, the effect of the second embodiment can be obtained with exactly the same calculation load as that of the first embodiment.

実施例1では、交流電源電圧がプラスの時は電流がVds分圧抵抗(抵抗17,18)とダイオードレグ(ダイオード13a,13bの直列回路)の下アーム(ダイオード13b)を流れ、ダイオードレグの下アームがONになるのでバッテリ11のマイナス側端子に対する交流側の電位が安定し、ノイズの影響を受けにくい。 In the first embodiment, when the AC power supply voltage is positive, the current flows through the Vds voltage dividing resistor (resistors 17 and 18) and the lower arm (diode 13b) of the diode leg (series circuit of the diodes 13a and 13b), and the diode leg Since the lower arm is turned on, the potential on the AC side with respect to the negative terminal of the battery 11 is stable, and it is not easily affected by noise.

しかし、交流電源電圧がマイナスの時は電流が流れず半導体スイッチング素子はすべてOFFとなるので、バッテリ11のマイナス側端子に対する交流側の電位の安定性はVdsの分圧抵抗17,18に依存し、ノイズにより電位が変動するとVds検出信号にもノイズが重畳する。 However, when the AC power supply voltage is negative, no current flows and all semiconductor switching elements are turned off. Therefore, the stability of the AC side potential with respect to the negative terminal of the battery 11 depends on the voltage dividing resistors 17 and 18 of Vds. When the potential fluctuates due to noise, noise is also superimposed on the Vds detection signal.

電位を安定させるにはVds分圧抵抗(17,18)の値を小さくすればよいが、半導体スイッチング素子SaがONになるたびに分圧抵抗(17,18)に電流が流れて損失が発生し、バッテリ充電中の効率が低下するだけでなく航続距離にも影響してしまう。 To stabilize the potential, the value of the Vds voltage dividing resistor (17, 18) may be reduced, but every time the semiconductor switching element Sa is turned on, a current flows through the voltage dividing resistor (17, 18) and a loss occurs. However, not only the efficiency during battery charging is reduced, but also the cruising range is affected.

そこで本実施例3は、交流電源電圧がマイナスの時の交流側電位を安定させるため、図4に示すように、ダイオードレグの下アーム(ダイオード13b)に並列に抵抗70を追加した。図4において図1と同一部分は同一符号をもって示している。 Therefore, in the third embodiment, in order to stabilize the AC side potential when the AC power supply voltage is negative, a resistor 70 is added in parallel to the lower arm (diode 13b) of the diode leg as shown in FIG. In FIG. 4, the same parts as those in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals.

図4の構成とすることにより、交流電源電圧がマイナスの時は、電流が、追加した抵抗70と半導体スイッチング素子Sbの逆並列ダイオードを流れ、半導体スイッチング素子Sbの逆並列ダイオードがONすることで交流側電位が安定する。 With the configuration shown in FIG. 4, when the AC power supply voltage is negative, the current flows through the added resistor 70 and the antiparallel diode of the semiconductor switching element Sb, and the antiparallel diode of the semiconductor switching element Sb is turned on. The AC side potential is stable.

そのため、Vds検出信号はノイズの影響を受けにくくなる。本実施例3は実施例1に比べて部品点数は抵抗1個分増加してしまうが、抵抗には数mAの電流が流れればよく、ダイオードレグ下アーム(ダイオード13b)に追加した並列抵抗70もVds分圧抵抗(17,18)も抵抗値を大きくすることができ、損失を低減し航続距離への影響を抑えることができる。 Therefore, the Vds detection signal is less susceptible to noise. In the third embodiment, the number of parts increases by one resistor as compared with the first embodiment, but it is sufficient that a current of several mA flows through the resistor, and a parallel resistor added to the diode leg lower arm (diode 13b). Both the 70 and the Vds voltage dividing resistance (17, 18) can increase the resistance value, reduce the loss, and suppress the influence on the cruising range.

以上の構成では、Vds検出信号がアナログであることを想定している。しかしVds検出がディジタルであり、半導体スイッチング素子SbのON時に想定される最大電流が通過したときのドレイン・ソース間電圧を超えたときに1、それ以下ならば0で入力される場合でも本方式を適用することができる。 In the above configuration, it is assumed that the Vds detection signal is analog. However, even if Vds detection is digital and the voltage between the drain and source when the maximum current assumed when the semiconductor switching element Sb is turned on is exceeded, it is input as 1, and if it is less than that, it is input as 0. Can be applied.

このとき、装置停止中のVds検出信号は交流電源電圧がプラスならば1、それ以外ならば0の矩形波状の波形になり、基本波成分の振幅はπ/2である。1演算周期前の出力電圧指令値V*´は最大振幅1の正弦波のため、乗算器51のゲインGをG=2/πとすれば運転中と停止中のPLL応答速度をほぼ等しくすることができる。 At this time, the Vds detection signal when the device is stopped has a rectangular wave-like waveform of 1 if the AC power supply voltage is positive, and 0 otherwise, and the amplitude of the fundamental wave component is π / 2. Since the output voltage command value V * ´ before one calculation cycle is a sine wave with a maximum amplitude of 1, if the gain G of the multiplier 51 is set to G = 2 / π, the PLL response speeds during operation and stop are almost equal. be able to.

Vds検出をディジタルとし実施例2を適用する場合は、乗算器51のゲインGをG>2/πに指定する。 When Vds detection is digital and Example 2 is applied, the gain G of the multiplier 51 is specified as G> 2 / π.

10…3相インバータ
10U…兼用レグ
11…バッテリ
12…モータ
13a,13b…ダイオード
14…単相交流電源
15…トランス
16…リアクトル
17,18,70…抵抗
19…変流器
21,54…LPF
22,32,51,53…乗算器
23,25,55,63,67…減算器
24…Pアンプ
31…余弦値テーブル
33…除算器
34…バッファ
50…PLLブロック
52…スイッチ
56…PIアンプ
57…積分器
58…正弦値テーブル
60…PWMブロック
61a,61b,64a,64b…比較器
62,66…キャリア生成部
65,68…AND素子
Sa〜Sf…半導体スイッチング素子
10 ... 3-phase inverter 10U ... Combined leg 11 ... Battery 12 ... Motor 13a, 13b ... Diode 14 ... Single-phase AC power supply 15 ... Transformer 16 ... Reactor 17, 18, 70 ... Resistor 19 ... Current transformer 21, 54 ... LPF
22, 32, 51, 53 ... Multiplier 23, 25, 55, 63, 67 ... Subtractor 24 ... P amplifier 31 ... Cosine value table 33 ... Divider 34 ... Buffer 50 ... PLL block 52 ... Switch 56 ... PI amplifier 57 ... Integrator 58 ... Sine value table 60 ... PWM block 61a, 61b, 64a, 64b ... Comparator 62, 66 ... Carrier generator 65, 68 ... AND element Sa to Sf ... Semiconductor switching element

Claims (7)

バッテリの正負極端間に半導体スイッチング素子を3相ブリッジ接続してモータ駆動用の3相インバータを構成し、
前記3相インバータのいずれか1相の交流を出力する1レグ内の一組の半導体スイッチング素子を、前記バッテリの充電回路の一部として兼用し、前記1レグ内の一組の半導体スイッチング素子に並列に接続された一組のダイオードの直列回路と、前記直列回路の一組のダイオードの共通接続点および前記1レグ内の一組の半導体スイッチング素子の共通接続点の間に接続された単相交流電源とによってバッテリの充電回路を構成した電力変換装置であり、
前記3相インバータの前記1レグ内の一組の半導体スイッチング素子のうち下アームに接続された半導体スイッチング素子の両端間電圧を検出する半導体スイッチング素子電圧検出回路と、
前記リアクトルに流れる電流を検出し、前記電流が電流振幅指令値になるように制御して出力電圧指令値を演算する電流制御ブロックと、
電力変換装置の停止中は、前記半導体スイッチング素子電圧検出回路の検出電圧に、設定したゲインGを乗じた信号に基づいて、電力変換装置の運転中は、前記電流制御ブロックで演算された1演算周期前の出力電圧指令値に基づいて、前記単相交流電源の電圧に同期した位相信号を各々演算するPLLブロックと、
前記電流制御ブロックで演算された出力電圧指令値、キャリア信号および前記PLLブロックで演算された位相信号に基づいて、前記3相インバータの、前記1レグ内の一組の半導体スイッチング素子のゲート信号を生成するPWMブロックと、
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御システム。
A semiconductor switching element is connected to the positive and negative ends of the battery in a three-phase bridge to form a three-phase inverter for driving the motor.
A set of semiconductor switching elements in one leg that outputs AC of any one phase of the three-phase inverter is also used as a part of the charging circuit of the battery, and is used as a set of semiconductor switching elements in the one leg. A single phase connected between a series circuit of a set of diodes connected in parallel, a common connection point of a set of diodes in the series circuit, and a common connection point of a set of semiconductor switching elements in the one leg. It is a power conversion device that constitutes a battery charging circuit with an AC power supply.
A semiconductor switching element voltage detection circuit that detects the voltage between both ends of the semiconductor switching element connected to the lower arm of the set of semiconductor switching elements in the one leg of the three-phase inverter.
A current control block that detects the current flowing through the reactor, controls the current to be the current amplitude command value, and calculates the output voltage command value.
One calculation calculated by the current control block during operation of the power conversion device based on a signal obtained by multiplying the detection voltage of the semiconductor switching element voltage detection circuit by the set gain G while the power conversion device is stopped. Based on the output voltage command value before the cycle, the PLL block that calculates the phase signal synchronized with the voltage of the single-phase AC power supply, and
Based on the output voltage command value calculated by the current control block, the carrier signal, and the phase signal calculated by the PLL block, the gate signal of a set of semiconductor switching elements in the one leg of the three-phase inverter is generated. The PWM block to be generated and
A control system for a power converter, which is characterized by being equipped with.
前記単相交流電源は、リアクトルを介して接続され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システム。 The control system for a power conversion device according to claim 1, wherein the single-phase AC power supply is connected via a reactor. 前記ダイオードの直列回路のうち、前記3相インバータの前記1レグ内の下アームの半導体スイッチング素子に接続されている側のダイオードに、抵抗を並列に接続したことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置の制御システム。 Claim 1 or 2 of the series circuit of the diodes, wherein a resistor is connected in parallel to the diode on the side connected to the semiconductor switching element of the lower arm in the one leg of the three-phase inverter. The control system of the power converter described in. 前記半導体スイッチング素子電圧検出回路からはアナログの電圧検出信号が出力され、前記PLLブロックにおけるゲインGはG=2に設定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置の制御システム。 The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein an analog voltage detection signal is output from the semiconductor switching element voltage detection circuit, and the gain G in the PLL block is set to G = 2. Power converter control system. 前記半導体スイッチング素子電圧検出回路からはアナログの電圧検出信号が出力され、前記PLLブロックにおけるゲインGはG>2に設定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置の制御システム。 The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein an analog voltage detection signal is output from the semiconductor switching element voltage detection circuit, and the gain G in the PLL block is set to G> 2. Power converter control system. 前記半導体スイッチング素子電圧検出回路からは、半導体スイッチング素子のオン時に想定される最大電流が通過したときの両端間電圧を超えたときに1、それ以下ならば0であるディジタルの電圧検出信号が出力され、前記PLLブロックにおけるゲインGはG=2/πに設定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置の制御システム。 From the semiconductor switching element voltage detection circuit, a digital voltage detection signal is output, which is 1 when the voltage between both ends when the maximum current assumed when the semiconductor switching element is turned on is exceeded, and 0 when the voltage is less than that. The control system for a power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the gain G in the PLL block is set to G = 2 / π. 前記半導体スイッチング素子電圧検出回路からは、半導体スイッチング素子のオン時に想定される最大電流が通過したときの両端間電圧を超えたときに1、それ以下ならば0であるディジタルの電圧検出信号が出力され、前記PLLブロックにおけるゲインGはG>2/πに設定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置の制御システム。 From the semiconductor switching element voltage detection circuit, a digital voltage detection signal is output, which is 1 when the voltage between both ends when the maximum current assumed when the semiconductor switching element is turned on is exceeded, and 0 when the voltage is less than that. The control system for a power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the gain G in the PLL block is set to G> 2 / π.
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