JP6123900B2 - Inverter device - Google Patents

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Description

本発明は、フライングキャパシタを有する3レベル回路を備えたインバータ装置に関するものである。   The present invention relates to an inverter device including a three-level circuit having a flying capacitor.

4つのスイッチ素子とフライングキャパシタを用いて3レベルの電圧を出力する3レベル回路を備え、スイッチ素子のPWM制御によって交流電圧を出力するように構成されたインバータ装置が特許文献1に示されている。   Patent Document 1 discloses an inverter device that includes a three-level circuit that outputs a three-level voltage using four switch elements and a flying capacitor, and that is configured to output an AC voltage by PWM control of the switch elements. .

特公平06−67204号公報Japanese Patent Publication No. 06-67204

直列接続した2つのキャパシタを用いて、入力電圧の1/2の電圧を発生する回路に比べ、フライングキャパシタを用いた回路では、キャパシタのサイズを小さくできたり、部品点数を減らしたりすることができるため、小型化に有利である。   Compared with a circuit that generates two times the input voltage using two capacitors connected in series, a circuit using a flying capacitor can reduce the size of the capacitor and the number of components. Therefore, it is advantageous for downsizing.

フライングキャパシタを用いて3レベルの電圧を出力する3レベル電圧発生回路は、フライングキャパシタに対する単位時間あたりの充電時間と放電時間とが等しくなるようにスイッチ素子が制御される。そのため、フライングキャパシタの両端電圧は入力電圧の1/2の電圧となる。上記3レベル電圧発生回路は、この特性を利用する回路である。   In the three-level voltage generation circuit that outputs a three-level voltage using a flying capacitor, the switch element is controlled so that the charging time and the discharging time per unit time for the flying capacitor are equal. Therefore, the voltage across the flying capacitor is half the input voltage. The three-level voltage generation circuit is a circuit that uses this characteristic.

しかし、スイッチ素子の特性やスイッチ素子を駆動する駆動回路の特性にはばらつきがあり、スイッチ素子のオン・オフタイミングの誤差に起因して、フライングキャパシタに対する単位時間あたりの充電時間と放電時間とに差(充放電時間差)が生じる場合がある。そのため、フライングキャパシタの両端電圧が入力電圧の1/2の電圧からずれる現象(電圧誤差)が生じる。そして、この電圧誤差は電流値が大きくなるほど大きくなる。   However, the characteristics of the switch element and the characteristics of the drive circuit that drives the switch element vary, and due to errors in the on / off timing of the switch element, the charging time and discharge time per unit time for the flying capacitor A difference (charge / discharge time difference) may occur. This causes a phenomenon (voltage error) in which the voltage across the flying capacitor deviates from half the input voltage. This voltage error increases as the current value increases.

上記電圧誤差が大きくなるほど、スイッチ素子への最大印加電圧が高くなって、耐圧の問題が生じる。すなわち、スイッチ素子が破壊するおそれがある。また、破壊を防止するためには高耐圧のスイッチ素子を用いなければならず、損失が増加および高コスト化してしまう。   As the voltage error increases, the maximum applied voltage to the switch element increases and the problem of withstand voltage arises. That is, the switch element may be destroyed. Moreover, in order to prevent destruction, a high voltage | pressure-resistant switch element must be used, A loss will increase and cost will increase.

また、電力系統連系インバータ装置に適用した場合、上記電圧誤差はインバータ装置の出力電流の品質が悪化する原因となる。   Moreover, when applied to a power system interconnection inverter device, the voltage error causes a deterioration in the quality of the output current of the inverter device.

本発明の目的は、フライングキャパシタの電圧誤差に起因する、耐圧の問題および電流品質低下の問題を解消したインバータ装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an inverter device that has solved the problem of withstand voltage and the problem of current quality degradation caused by the voltage error of the flying capacitor.

(1)本発明のインバータ装置は、
直流電源の第1入力端と第2入力端との間に直列接続された第1乃至第4のスイッチ素子と、第1のスイッチ素子と第2のスイッチ素子との接続点に第1端が接続され、第3のスイッチ素子と第4のスイッチ素子との接続点に第2端が接続されたキャパシタとを有し、第2のスイッチ素子と第3のスイッチ素子との接続点を出力端とする、3レベル電圧発生回路と、
三角波信号と変調信号との比較に応じて前記第1乃至第4のスイッチ素子をスイッチングすることにより、前記第1入力端と前記第2入力端との間への入力電圧を(正弦波状に)PWM変調して、前記出力端から出力するPWM変調手段と、
前記キャパシタの電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
前記キャパシタの電圧の前記入力電圧の1/2からの誤差を検出する手段と、
前記誤差が小さくなる方向に前記キャパシタの充電時間および放電時間を調整するキャパシタ充放電時間調整手段と、を備え、
前記変調信号を補正量だけ上昇方向に補正した第1変調信号と、前記変調信号を前記補正量だけ下降方向に補正した第2変調信号とを生成する変調信号補正手段を備え、
前記PWM変調手段は、第1の三角波信号と前記第1変調信号との比較に応じて前記第1のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の制御用信号を生成する第1のPWM変調手段と、前記第1の三角波信号とは位相が180°異なる第2の三角波信号と前記第2変調信号との比較に応じて前記第2のスイッチ素子および前記第3のスイッチ素子の制御用信号を生成する第2のPWM変調手段と、で構成され、
前記キャパシタ充放電時間調整手段は、前記誤差に応じて前記補正量を増減するものである。
(1) The inverter device of the present invention
The first end is connected to the first switch element to the fourth switch element connected in series between the first input terminal and the second input terminal of the DC power supply, and the first switch element and the second switch element. And a capacitor having a second end connected to a connection point between the third switch element and the fourth switch element, the connection point between the second switch element and the third switch element being an output terminal. A three-level voltage generation circuit,
By switching the first to fourth switching elements according to the comparison between the triangular wave signal and the modulation signal, the input voltage between the first input terminal and the second input terminal is changed (in a sine wave form). PWM modulation means for PWM modulation and outputting from the output end;
Capacitor voltage detection means for detecting the voltage of the capacitor;
Means for detecting an error from one half of the input voltage of the voltage of the capacitor;
Capacitor charge / discharge time adjusting means for adjusting the charge time and discharge time of the capacitor in a direction in which the error is reduced,
Modulation signal correction means for generating a first modulation signal in which the modulation signal is corrected in the upward direction by a correction amount and a second modulation signal in which the modulation signal is corrected in the downward direction by the correction amount;
The PWM modulation means, a first PWM modulation for generating the control signal of the first switch element and the fourth switching element in response to the comparison of the first triangular wave signal first modulated signal means and control of said first triangular wave signal and the second switch element and the third switch element in response to the comparison of the second triangular wave signal differing in phase by 180 ° the second modulation signal Second PWM modulation means for generating a signal for use,
The capacitor charge / discharge time adjusting means increases or decreases the correction amount according to the error.

(2)また、前記PWM変調手段は、第1の三角波信号と前記変調信号との比較に応じて前記第1のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の制御信号を生成する第1のPWM変調手段と、前記第1の三角波信号とは位相が180°異なる第2の三角波信号と前記変調信号との比較に応じて前記第2のスイッチ素子および前記第3のスイッチ素子の制御信号を生成する第2のPWM変調手段と、で構成され、
前記第1のPWM変調手段によるPWM変調信号のデッドタイムを補正量だけ増加方向に補正し、前記第2のPWM変調手段によるPWM変調信号のデッドタイムを前記補正量だけ減少方向に補正するデッドタイム補正手段を更に備え、
前記キャパシタ充放電時間調整手段は、前記誤差に応じて前記補正量を増減するものであることが好ましい。
(2) Further, the PWM modulation means, the first for generating a control signal of the first switch element and the fourth switching element in response to a comparison between the modulation signal and the first triangular wave signal a PWM modulation means, the control of the first triangular wave signal and the second switch element and the third switch element in response to a comparison between the modulation signal and the second triangular wave signal differing in phase by 180 ° are Second PWM modulation means for generating a signal,
A dead time for correcting the dead time of the PWM modulation signal by the first PWM modulation means in the increasing direction by a correction amount, and correcting the dead time of the PWM modulation signal by the second PWM modulation means in the decreasing direction by the correction amount. A correction means,
The capacitor charge / discharge time adjusting means preferably increases or decreases the correction amount according to the error.

(3)上記(1)または(2)において、前記補正量は、前記誤差に対し、前記キャパシタのキャパシタンスに関する係数および前記キャパシタに流れる電流に関する係数を乗じたものであることが好ましい。 (3) In the above (1) or (2), it is preferable that the correction amount is obtained by multiplying the error by a coefficient related to a capacitance of the capacitor and a coefficient related to a current flowing through the capacitor.

(4)上記(1)〜(3)において、
入力部が前記キャパシタの両端に接続された、平衡入力不平衡出力の差動増幅回路を備え、
前記キャパシタ電圧検出手段は、前記キャパシタが充電された後の充電電流遮断期間での前記差動増幅回路の出力電圧と、前記キャパシタが放電された後の放電電流遮断期間での前記差動増幅回路の出力電圧と、の平均値を求めることによって、キャパシタの電圧を検出するものであることが好ましい。
(4) In the above (1) to (3),
A differential amplifier circuit having a balanced input and an unbalanced output, the input unit being connected to both ends of the capacitor,
The capacitor voltage detection means includes an output voltage of the differential amplifier circuit in a charging current cutoff period after the capacitor is charged, and the differential amplifier circuit in a discharge current cutoff period after the capacitor is discharged. It is preferable that the voltage of the capacitor is detected by obtaining an average value of the output voltage of the capacitor.

(5)上記(1)〜(3)において、前記キャパシタ電圧検出手段は、前記第2のスイッチ素子と前記第4のスイッチ素子とがオン状態である期間の中央タイミングでの前記出力端の電圧を検出するものであることが好ましい。 (5) In the above (1) to (3), the capacitor voltage detecting means is configured such that the voltage at the output terminal at a central timing during a period in which the second switch element and the fourth switch element are on. It is preferable to detect this.

本発明によれば、フライングキャパシタの電圧誤差に起因する、フライングキャパシタやスイッチング素子の耐圧の問題および電流品質の問題が解消されたインバータ装置が構成される。   According to the present invention, an inverter device is constructed in which the problem of the withstand voltage of the flying capacitor and the switching element and the problem of current quality due to the voltage error of the flying capacitor are solved.

図1は第1の実施形態に係るインバータ装置201の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of an inverter device 201 according to the first embodiment. 図2は、3レベル電圧発生回路20の4つのスイッチ素子S1〜S4の状態と出力電圧(電位)Voとの関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the states of the four switch elements S1 to S4 of the three-level voltage generation circuit 20 and the output voltage (potential) Vo. 図3は4つの状態における3レベル電圧発生回路20の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the three-level voltage generation circuit 20 in four states. 図4は、4つのスイッチ素子S1〜S4のPWM変調について示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing PWM modulation of the four switch elements S1 to S4. 図5は、図1に示した負荷電流(インダクタL1に流れる電流)Io、キャパシタCfの両端電圧Vcfおよびインバータ装置201の出力電圧Vuの波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram of the load current (current flowing through the inductor L1) Io, the voltage Vcf across the capacitor Cf, and the output voltage Vu of the inverter device 201 shown in FIG. 図6は目標信号Fpが正弦波信号であるときの、インバータ装置201の各部の電圧および状態の波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram of the voltage and state of each part of the inverter device 201 when the target signal Fp is a sine wave signal. 図7はキャパシタCfの電圧Vcfを検出するタイミングを示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating timing for detecting the voltage Vcf of the capacitor Cf. 図8AはキャパシタCfの電圧Vcfの平均値を変化させるための、PWM制御について示す波形図であり、目標信号FpがVdc/2相当値未満であるときの各部の波形図である。FIG. 8A is a waveform diagram showing PWM control for changing the average value of the voltage Vcf of the capacitor Cf, and is a waveform diagram of each part when the target signal Fp is less than the value corresponding to Vdc / 2. 図8BはキャパシタCfの電圧Vcfの平均値を変化させるための、PWM制御について示す波形図であり、目標信号FpがVdc/2相当値を超えるときの各部の波形図である。FIG. 8B is a waveform diagram showing PWM control for changing the average value of the voltage Vcf of the capacitor Cf, and is a waveform diagram of each part when the target signal Fp exceeds a value corresponding to Vdc / 2. 図9は、図1に示したスイッチング制御回路100の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of the switching control circuit 100 shown in FIG. 図10は、スイッチ素子駆動回路90の真理値表である。FIG. 10 is a truth table of the switch element driving circuit 90. 図11は負荷電流Io と、負荷電流Io に関する係数k(Io)との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the load current Io and the coefficient k (Io) related to the load current Io. 図12(A)は、第1の実施形態に係るインバータ装置201のキャパシタCfの電圧Vcfの波形図である。図12(B)はキャパシタの充放電時間の補正を行わない場合のキャパシタCfの電圧Vcfの波形図ある。FIG. 12A is a waveform diagram of the voltage Vcf of the capacitor Cf of the inverter device 201 according to the first embodiment. FIG. 12B is a waveform diagram of the voltage Vcf of the capacitor Cf when the capacitor charge / discharge time is not corrected. 図13は、第2の実施形態に係るインバータ装置のフライングキャパシタの電圧を測定するタイミングについて示す波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram showing the timing for measuring the voltage of the flying capacitor of the inverter device according to the second embodiment. 図14は、第3の実施形態に係るインバータ装置のフライングキャパシタに対する充放電時間の調整回路を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram showing an adjustment circuit for charging / discharging time of the flying capacitor of the inverter device according to the third embodiment. 図15は第4の実施形態に係るインバータ装置204Aの主要部の回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram of a main part of an inverter device 204A according to the fourth embodiment. 図16は第4の実施形態に係る別のインバータ装置204Bの主要部の回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram of a main part of another inverter device 204B according to the fourth embodiment. 図17は第5の実施形態に係るインバータ装置205Aの主要部の回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram of a main part of an inverter device 205A according to the fifth embodiment. 図18は第5の実施形態に係る別のインバータ装置205Bの主要部の回路図である。FIG. 18 is a circuit diagram of a main part of another inverter device 205B according to the fifth embodiment. 図19は第6の実施形態に係る三相インバータ装置のブロック図である。FIG. 19 is a block diagram of a three-phase inverter device according to the sixth embodiment.

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。   Hereinafter, several specific examples will be given with reference to the drawings to show a plurality of modes for carrying out the present invention. In each figure, the same reference numerals are assigned to the same portions. Each embodiment is an exemplification, and needless to say, partial replacement or combination of configurations shown in different embodiments is possible.

《第1の実施形態》
図1は第1の実施形態に係るインバータ装置201の回路図である。インバータ装置201は、直流電源電圧を入力する第1入力端IN1、第2入力端IN2、交流電圧を出力する第1出力端OUT1および第2出力端OUT2を備える。この例では、第2入力端IN2および第2出力端OUT2は基準電位(グランド)に共通接続される。第1入力端IN1および第2入力端IN2には例えば太陽光発電パネルにより発電された直流電圧が印加される。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a circuit diagram of an inverter device 201 according to the first embodiment. The inverter device 201 includes a first input terminal IN1 that inputs a DC power supply voltage, a second input terminal IN2, a first output terminal OUT1 that outputs an AC voltage, and a second output terminal OUT2. In this example, the second input terminal IN2 and the second output terminal OUT2 are commonly connected to a reference potential (ground). For example, a DC voltage generated by a photovoltaic power generation panel is applied to the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2.

第1入力端IN1と第2入力端IN2との間に3レベル電圧発生回路20が接続される。3レベル電圧発生回路20は、第1入力端IN1と第2入力端IN2との間に直列接続された第1乃至第4のスイッチ素子(S1〜S4)と、第1のスイッチ素子S1と第2のスイッチ素子S2との接続点に第1端が接続され、第3のスイッチ素子S3と第4のスイッチ素子S4との接続点に第2端が接続されたフライングキャパシタ(以下、単に「キャパシタ」)Cfと、で構成される。   A three-level voltage generation circuit 20 is connected between the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2. The three-level voltage generation circuit 20 includes first to fourth switch elements (S1 to S4) connected in series between the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2, the first switch element S1, and the first switch element S1. A flying capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”) having a first end connected to the connection point of the second switch element S2 and a second end connected to the connection point of the third switch element S3 and the fourth switch element S4. ]) Cf.

スイッチ素子S1〜S4はいずれもMOS-FETであり、図1においてはボディダイオードも図示している。なお、スイッチ素子はMOS-FETに限定されるものではなく、その他のトランジスタなどであってもよい。   The switch elements S1 to S4 are all MOS-FETs, and the body diode is also shown in FIG. Note that the switch element is not limited to a MOS-FET, and may be another transistor.

第2のスイッチ素子S2と第3のスイッチ素子S3との接続点が3レベル電圧発生回路20の出力端であり、この3レベル電圧発生回路20の出力端と第1出力端OUT1との間にインダクタL1が直列に接続される。また、3レベル電圧発生回路20の出力端と第1出力端OUT1との間に出力電流検出回路2が接続される。   A connection point between the second switch element S2 and the third switch element S3 is an output terminal of the three-level voltage generation circuit 20, and between the output terminal of the three-level voltage generation circuit 20 and the first output terminal OUT1. An inductor L1 is connected in series. The output current detection circuit 2 is connected between the output terminal of the three-level voltage generation circuit 20 and the first output terminal OUT1.

第1入力端IN1と第2入力端IN2との間には、入力電圧検出回路1が接続される。また、キャパシタCfの両端にはキャパシタ電圧検出回路3が接続される。このキャパシタ電圧検出回路3は差動増幅回路で構成される。   The input voltage detection circuit 1 is connected between the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2. A capacitor voltage detection circuit 3 is connected to both ends of the capacitor Cf. The capacitor voltage detection circuit 3 is composed of a differential amplifier circuit.

スイッチング制御回路100は、スイッチ素子S1〜S4をPWM制御することによって、出力端OUT1,OUT2に所定電圧を出力する。第2入力端IN2は基準電位0Vであり、第1入力端IN1にVdcが印加されるので、インバータ装置201は0〜Vdcの範囲内の電圧を出力する。   The switching control circuit 100 outputs a predetermined voltage to the output terminals OUT1 and OUT2 by performing PWM control of the switch elements S1 to S4. Since the second input terminal IN2 has a reference potential of 0 V and Vdc is applied to the first input terminal IN1, the inverter device 201 outputs a voltage in the range of 0 to Vdc.

また、スイッチング制御回路100は、後に示すように、キャパシタCfが充電された後の充電電流遮断期間でのキャパシタ電圧検出回路3の出力電圧と、キャパシタCfが放電された後の放電電流遮断期間でのキャパシタ電圧検出回路3の出力電圧と、の平均値をキャパシタCfの電圧として検出する。キャパシタ電圧検出回路3およびスイッチング制御回路100の上記平均演算処理部が本願の請求項に係る「キャパシタ電圧検出手段」に相当する。   Further, as will be described later, the switching control circuit 100 is configured to output the output voltage of the capacitor voltage detection circuit 3 in the charging current cutoff period after the capacitor Cf is charged and the discharge current cutoff period after the capacitor Cf is discharged. The average value of the output voltage of the capacitor voltage detection circuit 3 is detected as the voltage of the capacitor Cf. The average calculation processing unit of the capacitor voltage detection circuit 3 and the switching control circuit 100 corresponds to “capacitor voltage detection means” according to the claims of the present application.

また、スイッチング制御回路100は、入力電圧検出回路1、出力電流検出回路2およびキャパシタ電圧検出回路3の検出結果に応じて、PWM制御に対して調整を施す。この調整については後に詳述する。   The switching control circuit 100 adjusts the PWM control according to the detection results of the input voltage detection circuit 1, the output current detection circuit 2, and the capacitor voltage detection circuit 3. This adjustment will be described in detail later.

図2は、3レベル電圧発生回路20の4つのスイッチ素子S1〜S4の状態と出力電圧(電位)Voとの関係を示す図である。ここでは4つのスイッチ素子S1〜S4は4つの状態H,Mc,Md,Lを採る。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the states of the four switch elements S1 to S4 of the three-level voltage generation circuit 20 and the output voltage (potential) Vo. Here, the four switch elements S1 to S4 adopt four states H, Mc, Md, and L.

図3は前記4つの状態における3レベル電圧発生回路20の等価回路図である。状態Hではスイッチ素子S1,S2がON、S3,S4がOFFであるので、出力電圧VoはVdcである。状態Lではスイッチ素子S3,S4がON、S1,S2がOFFであるので、出力電圧Voは0である。状態Mcではスイッチ素子S1,S3がON、S2,S4がOFFであるので、出力電圧VoはVdc−Vcである。ここでVcはキャパシタCfの充電電圧である。Vc=Vdc/2であるとすると、出力電圧Vo=Vdc/2である。状態Mdではスイッチ素子S2,S4がON、S1,S3がOFFであるので、出力電圧VoはVcである。ここでVc=Vdc/2であるとすると、出力電圧Vo=Vdc/2である。キャパシタCfの充電電荷量と放電電荷量とは等しいものと見なせるので、状態Mcでの出力電圧Voと状態Mdでの出力電圧Voとは等しい。すなわちキャパシタCfの充電電圧VcはVdcの1/2であるVdc/2を中心として充放電される。キャパシタCfに対する充放電時定数がスイッチング周波数に対して十分に大きければ、上記充電電圧Vcの変動幅は小さく、Vc≒Vdc/2と見なせる。キャパシタCfの充放電による出力電圧Voの変動については後に説明する。   FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the three-level voltage generation circuit 20 in the four states. In the state H, since the switch elements S1 and S2 are ON and S3 and S4 are OFF, the output voltage Vo is Vdc. In the state L, since the switch elements S3 and S4 are ON and S1 and S2 are OFF, the output voltage Vo is 0. In the state Mc, since the switch elements S1 and S3 are ON and S2 and S4 are OFF, the output voltage Vo is Vdc-Vc. Here, Vc is a charging voltage of the capacitor Cf. If Vc = Vdc / 2, the output voltage Vo = Vdc / 2. In the state Md, since the switch elements S2 and S4 are ON and S1 and S3 are OFF, the output voltage Vo is Vc. Here, assuming that Vc = Vdc / 2, the output voltage Vo = Vdc / 2. Since the charge amount and the discharge charge amount of the capacitor Cf can be regarded as equal, the output voltage Vo in the state Mc is equal to the output voltage Vo in the state Md. That is, the charging voltage Vc of the capacitor Cf is charged / discharged around Vdc / 2 which is 1/2 of Vdc. If the charging / discharging time constant for the capacitor Cf is sufficiently large with respect to the switching frequency, the fluctuation range of the charging voltage Vc is small and can be regarded as Vc≈Vdc / 2. Variations in the output voltage Vo due to charging / discharging of the capacitor Cf will be described later.

図4は、4つのスイッチ素子S1〜S4のPWM変調について示す波形図である。図4において、第1の三角波信号Vcr1と第2の三角波信号Vcr2は位相が180°異なる(極性が反転している)。第1のPWM変調信号AQ1は、目標信号Fpが第1の三角波信号Vcr1より高いときハイレベル(以下、「Hレベル」)となり、第2のPWM変調信号AQ2は、目標信号Fpが第2の三角波信号Vcr2より高いときHレベルとなる。   FIG. 4 is a waveform diagram showing PWM modulation of the four switch elements S1 to S4. In FIG. 4, the first triangular wave signal Vcr1 and the second triangular wave signal Vcr2 have a phase difference of 180 ° (the polarity is inverted). The first PWM modulation signal AQ1 becomes high level (hereinafter referred to as “H level”) when the target signal Fp is higher than the first triangular wave signal Vcr1, and the second PWM modulation signal AQ2 has the second target signal Fp. It becomes H level when it is higher than the triangular wave signal Vcr2.

第1のスイッチ素子S1に対するゲート信号はAQ1の立ち上がりからデッドタイムtdだけ遅れて立ち上がり、AQ1の立ち下がりと同時に立ち下がる。第4のスイッチ素子S4に対するゲート信号はAQ1の立ち上がりと同時に立ち下がり、AQ1の立ち下がりからデッドタイムtdだけ遅れて立ち上がる。   The gate signal for the first switch element S1 rises with a delay of the dead time td from the rise of AQ1, and falls simultaneously with the fall of AQ1. The gate signal for the fourth switch element S4 falls simultaneously with the rise of AQ1, and rises with a delay of the dead time td from the fall of AQ1.

第2のスイッチ素子S2に対するゲート信号はAQ2の立ち上がりからデッドタイムtdだけ遅れて立ち上がり、AQ2の立ち下がりと同時に立ち下がる。第3のスイッチ素子S3に対するゲート信号はAQ2の立ち上がりと同時に立ち下がり、AQ2の立ち下がりからデッドタイムtdだけ遅れて立ち上がる。   The gate signal for the second switch element S2 rises with a delay of the dead time td from the rise of AQ2, and falls simultaneously with the fall of AQ2. The gate signal for the third switch element S3 falls simultaneously with the rise of AQ2, and rises with a delay of the dead time td from the fall of AQ2.

図4においてSTATEは図3に示した状態に対応する。このように、目標信号FpがVdc/2未満であるときMc→L→Md→L→・・・の状態遷移を繰り返す。同様に、目標信号FpがVdc/2以上であれば、Mc→H→Md→H→・・・の状態遷移を繰り返す。   In FIG. 4, STATE corresponds to the state shown in FIG. Thus, when the target signal Fp is less than Vdc / 2, the state transition of Mc → L → Md → L →... Is repeated. Similarly, if the target signal Fp is equal to or higher than Vdc / 2, the state transition of Mc → H → Md → H →.

図5は、図1に示した負荷電流(インダクタL1に流れる電流)Io、キャパシタCfの両端電圧Vcfおよびインバータ装置201の出力電圧Vuのシミュレーションによる波形図である。この結果を得た条件は次のとおりである。   FIG. 5 is a waveform diagram by simulation of the load current (current flowing through the inductor L1) Io, the voltage Vcf across the capacitor Cf, and the output voltage Vu of the inverter device 201 shown in FIG. The conditions for obtaining this result are as follows.

Vdc=100V
Cfのキャパシタンス=75μF
インダクタL1のインダクタンス=500μH
並列RC負荷:R=20Ω、C=1.1μF
ここで、上記状態McにおけるキャパシタCfに対する充電時間と状態MdにおけるキャパシタCfの放電時間とに差があると、キャパシタCfの両端電圧Vcfの平均値は入力電圧Vdcの1/2から変位することになる。例えば、キャパシタCfの充放電一周期あたりの充放電時間差が10nsであるとすると、デューティ比80%のとき、キャパシタCfの電圧Vcfの平均値は53.6Vとなる。すなわち充電電圧と放電電圧のアンバランス量(以下、「電圧誤差」)ΔVは3.6Vとなる。また、充放電時間差が100nsであるとすると、キャパシタCfの電圧Vcfの平均値は89V(電圧誤差ΔV=39V)にもなってしまう。
Vdc = 100V
Cf capacitance = 75 μF
Inductance of inductor L1 = 500 μH
Parallel RC load: R = 20Ω, C = 1.1μF
Here, if there is a difference between the charging time for the capacitor Cf in the state Mc and the discharging time for the capacitor Cf in the state Md, the average value of the voltage Vcf across the capacitor Cf is displaced from 1/2 of the input voltage Vdc. Become. For example, assuming that the charge / discharge time difference per cycle of the capacitor Cf is 10 ns, the average value of the voltage Vcf of the capacitor Cf is 53.6 V when the duty ratio is 80%. That is, the unbalance amount (hereinafter referred to as “voltage error”) ΔV between the charge voltage and the discharge voltage is 3.6V. If the charge / discharge time difference is 100 ns, the average value of the voltage Vcf of the capacitor Cf is 89V (voltage error ΔV = 39V).

図1に示したインバータ装置201のスイッチング制御回路100は、上記電圧誤差ΔVが0になるように、スイッチ素子S1〜S4をPWM制御する。その制御については以降に示す。   The switching control circuit 100 of the inverter device 201 shown in FIG. 1 performs PWM control of the switch elements S1 to S4 so that the voltage error ΔV becomes zero. The control will be described later.

図6は目標信号Fpが正弦波信号であるときの、インバータ装置201の各部の電圧および状態の波形図である。第1のPWM変調信号AQ1のタイミングにデッドタイムを設けた信号によってスイッチ素子S1,S4が制御され、また、第2のPWM変調信号AQ2のタイミングにデッドタイムを設けた信号によってスイッチ素子S2,S3が制御される(図4参照)。但し、この図6においては図の煩雑化を避けるため、デッドタイムを0として表す。図6において電圧Vo′はキャパシタCfの電圧が常にVdc/2であると考えたときの、3レベル電圧発生回路20の出力電圧である。実際には、キャパシタCfは上記状態Mcの期間で充電され、上記状態Mdの期間で放電されるので、キャパシタCfの電圧Vcfおよび3レベル電圧発生回路20の出力電圧Voは図6に示すように変位する。   FIG. 6 is a waveform diagram of the voltage and state of each part of the inverter device 201 when the target signal Fp is a sine wave signal. The switch elements S1, S4 are controlled by a signal having a dead time at the timing of the first PWM modulation signal AQ1, and the switch elements S2, S3 are controlled by a signal having a dead time at the timing of the second PWM modulation signal AQ2. Is controlled (see FIG. 4). However, in FIG. 6, the dead time is represented as 0 in order to avoid complication of the drawing. In FIG. 6, a voltage Vo ′ is an output voltage of the three-level voltage generation circuit 20 when the voltage of the capacitor Cf is considered to be always Vdc / 2. Actually, the capacitor Cf is charged in the period of the state Mc and discharged in the period of the state Md, so that the voltage Vcf of the capacitor Cf and the output voltage Vo of the three-level voltage generation circuit 20 are as shown in FIG. Displace.

図7はキャパシタCfの電圧Vcfを検出するタイミングを示す図である。キャパシタCfの電圧Vcfは、状態Mcの期間に上昇し、状態Mdの期間に下降する。そして、状態Lまたは状態Hのとき一定値となる。図7に示す例では、状態McまたはMdを挟む前後の状態Lの期間(図7中で丸印で表すタイミング)に電圧Vcfをサンプリングし、その平均値をキャパシタCfの電圧として扱う。状態Mcと状態Mdの間の期間が本願請求項の「充電電流遮断期間」に相当し、状態Mdと状態Mcの間の期間が本願請求項の「放電電流遮断期間」に相当する。   FIG. 7 is a diagram illustrating timing for detecting the voltage Vcf of the capacitor Cf. The voltage Vcf of the capacitor Cf rises during the state Mc and falls during the state Md. And it becomes a constant value in the state L or the state H. In the example shown in FIG. 7, the voltage Vcf is sampled during the period of the state L before and after the state Mc or Md (the timing indicated by a circle in FIG. 7), and the average value is handled as the voltage of the capacitor Cf. A period between the state Mc and the state Md corresponds to a “charge current cut-off period” in the claims of the present application, and a period between the state Md and the state Mc corresponds to a “discharge current cut-off period” in the claims of the present application.

図8A、図8BはキャパシタCfの電圧Vcfの平均値を変化させるための、PWM制御について示す波形図である。図8Aは目標信号FpがVdc/2相当値未満であるときの図、図8Bは目標信号FpがVdc/2相当値を超えるときの図である。第1のPWM変調信号AQ1を生成するPWM変調回路に対する目標信号をFp+αとすると、第1のPWM変調信号AQ1の立ち上がりタイミングがΔTだけ早くなり、立ち下がりタイミングがΔTだけ遅くなる。すなわち、パルス幅は2ΔTだけ拡がる。また、第2のPWM変調信号AQ2を生成するPWM変調回路に対する目標信号をFp−αとすると、第2のPWM変調信号AQ2の立ち上がりタイミングがΔTだけ遅くなり、立ち下がりタイミングがΔTだけ早くなる。すなわち、パルス幅は2ΔTだけ狭まる。上記目標信号Fp+αは本発明における「第1変調信号」に相当し、上記目標信号Fp−αは本発明における「第2変調信号」に相当する。   8A and 8B are waveform diagrams showing PWM control for changing the average value of the voltage Vcf of the capacitor Cf. FIG. 8A is a diagram when the target signal Fp is less than a value corresponding to Vdc / 2, and FIG. 8B is a diagram when the target signal Fp exceeds a value corresponding to Vdc / 2. If the target signal for the PWM modulation circuit that generates the first PWM modulation signal AQ1 is Fp + α, the rising timing of the first PWM modulation signal AQ1 is advanced by ΔT, and the falling timing is delayed by ΔT. That is, the pulse width is expanded by 2ΔT. If the target signal for the PWM modulation circuit that generates the second PWM modulation signal AQ2 is Fp-α, the rising timing of the second PWM modulation signal AQ2 is delayed by ΔT, and the falling timing is advanced by ΔT. That is, the pulse width is narrowed by 2ΔT. The target signal Fp + α corresponds to the “first modulation signal” in the present invention, and the target signal Fp−α corresponds to the “second modulation signal” in the present invention.

上記±αの調整を行わないときの状態遷移は図4に示したとおりである。図4と比較すれば明らかなように、上記±αの調整を行うことによって、状態Mc(キャパシタCfに対する充電期間)が長くなり、状態Md(キャパシタCfに対する放電期間)が短くなる。その結果、キャパシタCfの電圧Vcfの平均値は上昇する。   The state transition when the adjustment of ± α is not performed is as shown in FIG. As is clear from comparison with FIG. 4, by adjusting the above ± α, the state Mc (charging period for the capacitor Cf) is lengthened, and the state Md (discharging period for the capacitor Cf) is shortened. As a result, the average value of the voltage Vcf of the capacitor Cf increases.

以上の実施形態では、電流が正の向き、つまり負荷電流Ioが図1に示した方向の場合について説明した。電流が「負」の場合は、充電と放電は逆になり、McとMdの期間が互換される。したがって、補正の方向も逆になり、前記αに「−1」をかけて対応すればよい。   In the above embodiment, the case where the current is in the positive direction, that is, the load current Io is in the direction shown in FIG. 1 has been described. When the current is “negative”, charging and discharging are reversed, and the periods of Mc and Md are interchanged. Therefore, the direction of correction is also reversed, and it is sufficient to deal with α by multiplying “−1”.

図9は、図1に示したスイッチング制御回路100の回路図である。スイッチング制御回路100は、キャパシタ充放電時間調整回路70、PWM変調回路80およびスイッチ素子駆動回路90で構成される。PWM変調回路80は本発明における「PWM変調手段」に相当する。キャパシタ充放電時間調整回路70は、補正量生成回路71、目標信号に補正量α分の加減を行う加算回路73および減算回路74を備える。キャパシタ充放電時間調整回路70は本発明における「キャパシタ充放電時間調整手段」に相当する。補正量生成回路71は、入力電圧Vdc、キャパシタCfの電圧Vcfおよび負荷電流Ioに応じて目標信号の補正量αを定める。目標信号生成回路72は上位の制御器(スイッチング制御回路100の外部)に設けられる回路であり、例えば正弦波の値を順次求める演算処理で実現される。   FIG. 9 is a circuit diagram of the switching control circuit 100 shown in FIG. The switching control circuit 100 includes a capacitor charge / discharge time adjustment circuit 70, a PWM modulation circuit 80, and a switch element drive circuit 90. The PWM modulation circuit 80 corresponds to “PWM modulation means” in the present invention. The capacitor charge / discharge time adjustment circuit 70 includes a correction amount generation circuit 71, an addition circuit 73 that adds or subtracts a correction amount α to the target signal, and a subtraction circuit 74. The capacitor charge / discharge time adjustment circuit 70 corresponds to “capacitor charge / discharge time adjustment means” in the present invention. The correction amount generation circuit 71 determines the correction amount α of the target signal according to the input voltage Vdc, the voltage Vcf of the capacitor Cf, and the load current Io. The target signal generation circuit 72 is a circuit provided in a host controller (external to the switching control circuit 100), and is realized by, for example, arithmetic processing for sequentially obtaining a sine wave value.

PWM変調回路80は、三角波発生回路81,82、コンパレータ83,84を備える。三角波発生回路81は第1の三角波信号Vcr1を発生し、三角波発生回路82は第2の三角波信号Vcr2を発生する。   The PWM modulation circuit 80 includes triangular wave generation circuits 81 and 82 and comparators 83 and 84. The triangular wave generation circuit 81 generates a first triangular wave signal Vcr1, and the triangular wave generation circuit 82 generates a second triangular wave signal Vcr2.

図10は、スイッチ素子駆動回路90の真理値表である。このスイッチ素子駆動回路90によって、図8A、図8Bに示したとおりの4つのスイッチ素子S1〜S4のゲート信号を発生する。   FIG. 10 is a truth table of the switch element driving circuit 90. The switch element drive circuit 90 generates gate signals for the four switch elements S1 to S4 as shown in FIGS. 8A and 8B.

以上に示したPWM変調に関する説明では、図解を容易にするために、アナログ回路でPWM変調を行うことを前提とした。しかし、ディジタル回路およびディジタル演算処理によってPWM変調を行うこともできる。図9に示したキャパシタ充放電時間調整回路70およびPWM変調回路80をディジタル回路で構成する場合は、三角波発生回路81,82はカウンタ、コンパレータ83,84はディジタルコンパレータで実現される。そして、補正量生成回路71は、補正量に応じて目標信号の値または三角波のカウント値の補正量を定める。すなわち、本発明における「三角波信号」はアナログ信号に限るものではなく、「三角波状に変化する値」を含むものである。   In the above description regarding PWM modulation, it is assumed that PWM modulation is performed by an analog circuit for easy illustration. However, PWM modulation can also be performed by a digital circuit and digital arithmetic processing. When the capacitor charge / discharge time adjusting circuit 70 and the PWM modulation circuit 80 shown in FIG. 9 are configured by digital circuits, the triangular wave generating circuits 81 and 82 are realized by counters, and the comparators 83 and 84 are realized by digital comparators. Then, the correction amount generation circuit 71 determines the correction amount of the target signal value or the triangular wave count value according to the correction amount. That is, the “triangular wave signal” in the present invention is not limited to an analog signal, but includes a “value changing in a triangular wave shape”.

ここで、キャパシタに流れる電流をIc 、充電時間をTc、キャパシタのキャパシタンスをC 、キャパシタ電圧の充電時の電圧変化量をΔVc 、放電時の電圧変化量をΔVd で表すと、これらは次の関係で表される。   Here, the current flowing through the capacitor is represented by Ic, the charging time is Tc, the capacitance of the capacitor is represented by C, the voltage variation during charging of the capacitor voltage is represented by ΔVc, and the voltage variation during discharging is represented by ΔVd. It is represented by

ΔVc = Ic × Tc / C
ΔVd = -Ic × Td / C
したがって、電圧誤差ΔVは、
ΔV = (Tc - Td) × Ic / C …(1)
の関係にある。一方、充放電時間の誤差ΔTは、
ΔT = ΔV × C / Ic …(2)
の関係にある。すなわち、充放電時間の誤差ΔTは、電圧誤差ΔV およびキャパシタCfのキャパシタンスC と正比例関係にある。また、充放電時間の誤差ΔTは、キャパシタ電流Ic と反比例関係にある。キャパシタ電流Icは負荷電流Ioと等しい。
ΔVc = Ic × Tc / C
ΔVd = -Ic × Td / C
Therefore, the voltage error ΔV is
ΔV = (Tc-Td) × Ic / C (1)
Are in a relationship. On the other hand, the error ΔT of the charge / discharge time is
ΔT = ΔV × C / Ic (2)
Are in a relationship. That is, the charge / discharge time error ΔT is directly proportional to the voltage error ΔV and the capacitance C of the capacitor Cf. The charge / discharge time error ΔT is inversely proportional to the capacitor current Ic. The capacitor current Ic is equal to the load current Io.

電圧誤差ΔV は、入力電圧Vdcの1/2とキャパシタCfの電圧Vcfとの差から求め、この電圧誤差ΔVにフィードバックゲインkを乗じた値をΔTに関する補正量とする。上記フィードバックゲインkは、負荷電流Ioの逆数に関する係数、キャパシタンスC に関する係数、さらには、フィードバック系の安定性を確保するための係数を乗じたものである。   The voltage error ΔV is obtained from the difference between 1/2 of the input voltage Vdc and the voltage Vcf of the capacitor Cf, and a value obtained by multiplying the voltage error ΔV by the feedback gain k is used as a correction amount for ΔT. The feedback gain k is obtained by multiplying a coefficient related to the reciprocal of the load current Io, a coefficient related to the capacitance C, and a coefficient for ensuring the stability of the feedback system.

図11は負荷電流Io と、負荷電流Io に関する係数k(Io)との関係を示す図である。負荷電流Io に関する係数k(Io)は、図11において破線で示すように負荷電流Io と反比例するが、数学的に反比例にする必要はなく、図11において実線で示すように係数k(Io)のランクを段階的に切り替えるようにしてもよい。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the load current Io and the coefficient k (Io) related to the load current Io. The coefficient k (Io) relating to the load current Io is inversely proportional to the load current Io as shown by a broken line in FIG. 11, but does not need to be mathematically inversely proportional, and the coefficient k (Io) as shown by a solid line in FIG. The ranks may be switched in stages.

図12(A)は、第1の実施形態に係るインバータ装置201のキャパシタCfの電圧Vcfの波形図、図12(B)はキャパシタの充放電時間の補正を行わない場合のキャパシタCfの電圧Vcfの波形図ある。いずれも目標信号の一周期分の波形図である。キャパシタCfに対する充電時間と放電時間に差があると、図12(B)に表れているように、目標信号である正弦波の電圧変化に応じて、キャパシタCfの平均電圧が変動する。これに対し、本実施形態によれば、キャパシタCfに対する充電時間と放電時間に差に起因する電圧誤差が補正されるので、図12(A)に示すとおり、キャパシタCfの平均電圧は常にほぼVdc/2となる。   12A is a waveform diagram of the voltage Vcf of the capacitor Cf of the inverter device 201 according to the first embodiment, and FIG. 12B is a voltage Vcf of the capacitor Cf when the charge / discharge time of the capacitor is not corrected. FIG. Both are waveform diagrams of one cycle of the target signal. If there is a difference between the charging time and the discharging time for the capacitor Cf, as shown in FIG. 12B, the average voltage of the capacitor Cf varies according to the voltage change of the sine wave that is the target signal. On the other hand, according to the present embodiment, the voltage error due to the difference between the charging time and discharging time for the capacitor Cf is corrected, so that the average voltage of the capacitor Cf is always approximately Vdc as shown in FIG. / 2.

なお、これらの補正値には限界値を設定する。ここで、図8A、図8Bにおける目標信号Fp+αおよびFp−αが、(1)PWM制御の最大値(Dmax)と最小値(Dmin)の範囲内に収まるようにすること、および(2)目標信号の平均値である((Fp+α)+(Fp−α))/2が変わらないこと、の2つの条件を満たす必要がある。したがって、αの絶対値は(Dmax - Fp)と(Fp - Dmin)の値の間に制限される。   Note that limit values are set for these correction values. Here, the target signals Fp + α and Fp−α in FIGS. 8A and 8B are (1) within the range of the maximum value (Dmax) and the minimum value (Dmin) of the PWM control, and (2) the target. It is necessary to satisfy the following two conditions: ((Fp + α) + (Fp−α)) / 2 that is the average value of the signal does not change. Therefore, the absolute value of α is limited to a value between (Dmax−Fp) and (Fp−Dmin).

《第2の実施形態》
図13は、第2の実施形態に係るインバータ装置のフライングキャパシタの電圧を測定するタイミングについて示す波形図である。インバータ装置の回路構成は第1の実施形態と同じである。状態Mdの期間の開始タイミングで放電が開始され、終了タイミングで放電が終了するので、状態Mdの中央タイミングでの電圧Vcfがフライングキャパシタの平均電圧を表すことになる。図1、図3を参照すると、上記状態Mdは、スイッチ素子S2,S4がオン状態であるので、この状態Mdにおいて、フライングキャパシタCfの電圧が、3レベル電圧発生回路20の出力端に現れる。したがって、図13に示した状態Mdの中央タイミングtcで、3レベル電圧発生回路20の出力電圧Voをサンプリングすれば、フライングキャパシタの平均電圧を求めることができる。スイッチング制御回路の上記サンプリングを行う処理部が、本願の請求項に係る「キャパシタ電圧検出手段」に相当する。
<< Second Embodiment >>
FIG. 13 is a waveform diagram showing the timing for measuring the voltage of the flying capacitor of the inverter device according to the second embodiment. The circuit configuration of the inverter device is the same as that of the first embodiment. Since the discharge starts at the start timing of the period of the state Md and ends at the end timing, the voltage Vcf at the center timing of the state Md represents the average voltage of the flying capacitor. 1 and 3, in the state Md, since the switch elements S2 and S4 are in the on state, the voltage of the flying capacitor Cf appears at the output terminal of the three-level voltage generation circuit 20 in this state Md. Therefore, if the output voltage Vo of the three-level voltage generation circuit 20 is sampled at the central timing tc of the state Md shown in FIG. 13, the average voltage of the flying capacitor can be obtained. The processing unit that performs the sampling of the switching control circuit corresponds to “capacitor voltage detection means” according to the claims of the present application.

本実施形態によれば、第1の実施形態に比べてサンプリング周期が長く、平均値を算出するための演算も不要であるので、演算負荷を軽減できる。また、差動検出は不要であるため、センサを削減することができ、コストを低減できる。   According to the present embodiment, the sampling cycle is longer than that of the first embodiment, and the calculation for calculating the average value is not necessary, so that the calculation load can be reduced. Further, since differential detection is unnecessary, the number of sensors can be reduced, and the cost can be reduced.

《第3の実施形態》
図14は、第3の実施形態に係るインバータ装置のフライングキャパシタに対する充放電時間の調整回路を示すブロック図である。
<< Third Embodiment >>
FIG. 14 is a block diagram showing an adjustment circuit for charging / discharging time of the flying capacitor of the inverter device according to the third embodiment.

第1の実施形態では、PWM制御における目標信号に対して±αの調整を行うことで、フライングキャパシタに対する充放電時間を調整したが、第3の実施形態では、PWM変調信号のデッドタイムを調整することによって、フライングキャパシタに対する充放電時間を補正する。   In the first embodiment, the charge / discharge time for the flying capacitor is adjusted by adjusting ± α with respect to the target signal in the PWM control. However, in the third embodiment, the dead time of the PWM modulation signal is adjusted. Thus, the charging / discharging time for the flying capacitor is corrected.

図14に示すインバータ装置は、デッドタイム調整回路50、PWM変調回路60、遅延回路51〜54、およびデッドタイム増減回路55,56を備える。図14において、デッドタイム調整回路50は、キャパシタCfの電圧Vcfおよび入力電圧Vdcにより電圧誤差ΔVを求め、負荷電流Ioの逆数に関する係数に応じて、スイッチ素子S1〜S4のデッドタイム(図4中のtd参照)の補正量ΔTを定める。デッドタイム調整回路50は本発明における「デッドタイム補正手段」に相当する。PWM変調回路60は、第1のスイッチ素子S1、第4のスイッチ素子S4に対するPWM変調信号、および第2のスイッチ素子S2、第3のスイッチ素子S3に対するPWM変調信号を発生する。第1のスイッチ素子S1に対する制御信号(ゲート信号)と第4のスイッチ素子S4に対する制御信号(ゲート信号)とは反転関係にあり、第2スイッチ素子S2に対する制御信号(ゲート信号)と第3のスイッチ素子S3に対する制御信号(ゲート信号)とは反転関係にある。遅延回路51〜54は、一定のデッドタイムに対してΔT分増減した時間だけ遅延させて、スイッチ素子S1〜S4の制御信号を出力する。   The inverter device shown in FIG. 14 includes a dead time adjustment circuit 50, a PWM modulation circuit 60, delay circuits 51 to 54, and dead time increase / decrease circuits 55 and 56. In FIG. 14, the dead time adjusting circuit 50 obtains a voltage error ΔV from the voltage Vcf of the capacitor Cf and the input voltage Vdc, and the dead times of the switch elements S1 to S4 (in FIG. 4) according to the coefficient relating to the reciprocal of the load current Io. Td) is determined. The dead time adjusting circuit 50 corresponds to “dead time correcting means” in the present invention. The PWM modulation circuit 60 generates PWM modulation signals for the first switch element S1 and the fourth switch element S4, and PWM modulation signals for the second switch element S2 and the third switch element S3. The control signal (gate signal) for the first switch element S1 and the control signal (gate signal) for the fourth switch element S4 are in an inverted relationship, and the control signal (gate signal) for the second switch element S2 and the third signal The control signal (gate signal) for the switch element S3 has an inversion relationship. The delay circuits 51 to 54 delay the time that is increased or decreased by ΔT with respect to a certain dead time, and output the control signals of the switch elements S1 to S4.

本実施形態のように、PWM変調信号のデッドタイムを調整することによって、フライングキャパシタに対する充放電時間を補正してもよい。   As in this embodiment, the charge / discharge time for the flying capacitor may be corrected by adjusting the dead time of the PWM modulation signal.

《第4の実施形態》
第4の実施形態では、直流入力電圧の中性点電位をインバータ装置の出力電圧の基準電位とする例を示す。
<< Fourth Embodiment >>
The fourth embodiment shows an example in which the neutral point potential of the DC input voltage is used as the reference potential of the output voltage of the inverter device.

図15は第4の実施形態に係るインバータ装置204Aの主要部の回路図である。インバータ装置204Aの第1入力端IN1と第2入力端IN2との間にVdcが印加され、その中間電圧(中性電圧)は第2出力端OUT2の電位である。その他の構成は図1に示した回路と同じである。   FIG. 15 is a circuit diagram of a main part of an inverter device 204A according to the fourth embodiment. Vdc is applied between the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2 of the inverter device 204A, and the intermediate voltage (neutral voltage) is the potential of the second output terminal OUT2. Other configurations are the same as those of the circuit shown in FIG.

図16は第4の実施形態に係る別のインバータ装置204Bの主要部の回路図である。インバータ装置204Bの第1入力端IN1と第2入力端IN2との間にキャパシタCi1,Ci2の直列回路が接続され、キャパシタCi1,Ci2の接続点は第2出力端OUT2の電位である。その他の構成は図1に示した回路と同じである。   FIG. 16 is a circuit diagram of a main part of another inverter device 204B according to the fourth embodiment. A series circuit of capacitors Ci1 and Ci2 is connected between the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2 of the inverter device 204B, and the connection point of the capacitors Ci1 and Ci2 is the potential of the second output terminal OUT2. Other configurations are the same as those of the circuit shown in FIG.

《第5の実施形態》
第5の実施形態では、3レベル電圧発生回路20の後段にHブリッジ回路30を備えたインバータ装置について示す。
<< Fifth Embodiment >>
In the fifth embodiment, an inverter device including an H bridge circuit 30 in the subsequent stage of the three-level voltage generation circuit 20 is shown.

図17は第5の実施形態に係るインバータ装置205Aの主要部の回路図である。3レベル電圧発生回路20の後段にHブリッジ回路30が接続される。その他の構成は図1に示した回路と同じである。Hブリッジ回路30は、4つのスイッチ素子S11,S12,S21,S22がブリッジ接続された回路である。これら4つのスイッチ素子S11,S12,S21,S22のスイッチングにより、3レベル電圧発生回路20の出力電圧が交互に反転されて出力される。   FIG. 17 is a circuit diagram of a main part of an inverter device 205A according to the fifth embodiment. An H bridge circuit 30 is connected to the subsequent stage of the three-level voltage generation circuit 20. Other configurations are the same as those of the circuit shown in FIG. The H bridge circuit 30 is a circuit in which four switch elements S11, S12, S21, and S22 are bridge-connected. By switching of these four switch elements S11, S12, S21, and S22, the output voltage of the three-level voltage generation circuit 20 is alternately inverted and output.

3レベル電圧発生回路20は正弦波の半波分の電圧を発生し、Hブリッジ回路30がその電圧を正弦波の周期で反転する。これにより、正弦波電圧を負荷へ出力する。   The three-level voltage generation circuit 20 generates a voltage corresponding to a half wave of a sine wave, and the H bridge circuit 30 inverts the voltage with a period of the sine wave. As a result, a sine wave voltage is output to the load.

図18は第5の実施形態に係る別のインバータ装置205Bの主要部の回路図である。インバータ装置205Bは、直流電源電圧を入力する第1入力端IN1、第2入力端IN2、交流電圧を出力する第1出力端OUT1および第2出力端OUT2を備える。第1入力端IN1および第2入力端IN2には例えば太陽光発電パネルにより発電された直流電圧が印加される。図18においてSu,SwはU相とW相を有する単相三線式電力系統を表す。   FIG. 18 is a circuit diagram of a main part of another inverter device 205B according to the fifth embodiment. The inverter device 205B includes a first input terminal IN1, a second input terminal IN2, and a first output terminal OUT1 and a second output terminal OUT2 that output an AC voltage. For example, a DC voltage generated by a photovoltaic power generation panel is applied to the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2. In FIG. 18, Su and Sw represent a single-phase three-wire power system having a U phase and a W phase.

このインバータ装置205Bは、第1入力端IN1と第2入力端IN2との間に、2つの3レベル電圧発生回路20H,20Lが接続される。20H,20Lの構成は図1に示した3レベル電圧発生回路20と同じである。但し、目標信号の極性は、3レベル電圧発生回路20Hと20Lとで逆の関係である。この2つの3レベル電圧発生回路20H,20Lの接続点はインバータ装置の中性点電位である。Hブリッジ回路30の出力はインダクタL1,L2を介して単相三線式系統に接続される。第1出力端OUT1と中性点NPとの間に実効電圧100Vの交流電圧が掛かり、中性点NPと第2出力端OUT2との間に実効電圧100Vの交流電圧が掛かり、第1出力端OUT1と第2出力端OUT2との間に実効電圧200Vの交流電圧が掛かる。   In the inverter device 205B, two three-level voltage generation circuits 20H and 20L are connected between the first input terminal IN1 and the second input terminal IN2. The configurations of 20H and 20L are the same as those of the three-level voltage generation circuit 20 shown in FIG. However, the polarity of the target signal has an inverse relationship between the three-level voltage generation circuits 20H and 20L. A connection point between the two three-level voltage generation circuits 20H and 20L is a neutral point potential of the inverter device. The output of the H-bridge circuit 30 is connected to a single-phase three-wire system via inductors L1 and L2. An AC voltage having an effective voltage of 100V is applied between the first output terminal OUT1 and the neutral point NP, and an AC voltage having an effective voltage of 100V is applied between the neutral point NP and the second output terminal OUT2. An AC voltage having an effective voltage of 200 V is applied between OUT1 and the second output terminal OUT2.

《第6の実施形態》
図19は第6の実施形態に係る三相インバータ装置のブロック図である。インバータ装置206U,206V,206Wは、例えば図16に示したように、直流入力電圧の中性点電位をインバータ装置の基準電位とするインバータ装置である。これらインバータ装置206U,206V,206Wの出力端U,V,Wの電圧は、正弦波電圧であり、且つ位相差が順に120°異なる。
<< Sixth Embodiment >>
FIG. 19 is a block diagram of a three-phase inverter device according to the sixth embodiment. The inverter devices 206U, 206V, and 206W are inverter devices that use the neutral point potential of the DC input voltage as the reference potential of the inverter device, for example, as shown in FIG. The voltages at the output terminals U, V, and W of these inverter devices 206U, 206V, and 206W are sinusoidal voltages, and the phase differences differ by 120 ° in order.

なお、以上に示した各実施形態では、スイッチ素子として、MOS-FETを用いた例を示したが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)をスイッチ素子としてもよい。   In each of the embodiments described above, an example in which a MOS-FET is used as the switch element has been described, but an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used as the switch element.

AQ1,AQ2…PWM変調信号
Cf…フライングキャパシタ
Ci1,Ci2…キャパシタ
Fp…目標信号
H,Mc,Md,L…状態
IN1…第1入力端
IN2…第2入力端
Io…負荷電流
k…フィードバックゲイン
L1,L2…インダクタ
NP…中性点
OUT1…第1出力端
OUT2…第2出力端
S1…第1のスイッチ素子
S2…第2のスイッチ素子
S3…第3のスイッチ素子
S4…第4のスイッチ素子
tc…中央タイミング
td…デッドタイム
U,V,W…出力端
Vc…充電電圧
Vcf…キャパシタの電圧
Vcr1…第1の三角波信号
Vcr2…第2の三角波信号
Vdc…入力電圧
Vo…出力電圧
Vu…出力電圧
1…入力電圧検出回路
2…出力電流検出回路
3…キャパシタ電圧検出回路
20,20H,20L…3レベル電圧発生回路
30…ブリッジ回路
50…デッドタイム調整回路
51〜54…遅延回路
55,56…デッドタイム増減回路
60…PWM変調回路
70…キャパシタ充放電時間調整回路
71…補正量生成回路
72…目標信号生成回路
73…加算回路
74…減算回路
80…PWM変調回路
81,82…三角波発生回路
83,84…コンパレータ
90…スイッチ素子駆動回路
100…スイッチング制御回路
201…インバータ装置
204A,204B…インバータ装置
205A,205B…インバータ装置
206U,206V,206W…インバータ装置
AQ1, AQ2 ... PWM modulation signal Cf ... Flying capacitors Ci1, Ci2 ... Capacitors
Fp: Target signal H, Mc, Md, L ... State IN1 ... First input terminal IN2 ... Second input terminal
Io… Load current
k ... feedback gains L1, L2 ... inductor NP ... neutral point OUT1 ... first output terminal OUT2 ... second output terminal S1 ... first switch element S2 ... second switch element S3 ... third switch element S4 ... first 4 switch elements
tc ... Center timing
td ... Dead time U, V, W ... Output terminal
Vc: Charging voltage
Vcf: Capacitor voltage
Vcr1: First triangular wave signal
Vcr2: Second triangular wave signal
Vdc ... Input voltage
Vo: Output voltage
Vu ... Output voltage 1 ... Input voltage detection circuit 2 ... Output current detection circuit 3 ... Capacitor voltage detection circuits 20, 20H, 20L ... 3-level voltage generation circuit 30 ... Bridge circuit 50 ... Dead time adjustment circuits 51-54 ... Delay circuit 55 56 ... Dead time increase / decrease circuit 60 ... PWM modulation circuit 70 ... Capacitor charge / discharge time adjustment circuit 71 ... Correction amount generation circuit 72 ... Target signal generation circuit 73 ... Addition circuit 74 ... Subtraction circuit 80 ... PWM modulation circuit 81, 82 ... Triangular wave Generation circuits 83, 84 ... Comparator 90 ... Switch element drive circuit 100 ... Switching control circuit 201 ... Inverter devices 204A, 204B ... Inverter devices 205A, 205B ... Inverter devices 206U, 206V, 206W ... Inverter devices

Claims (5)

直流電源の第1入力端と第2入力端との間に直列接続された第1乃至第4のスイッチ素子と、第1のスイッチ素子と第2のスイッチ素子との接続点に第1端が接続され、第3のスイッチ素子と第4のスイッチ素子との接続点に第2端が接続されたキャパシタとを有し、第2のスイッチ素子と第3のスイッチ素子との接続点を出力端とする、3レベル電圧発生回路と、
三角波信号と変調信号との比較に応じて前記第1乃至第4のスイッチ素子をスイッチングすることにより、前記第1入力端と前記第2入力端との間への入力電圧をPWM変調して、前記出力端から出力するPWM変調手段と、
前記キャパシタの電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
前記キャパシタの電圧の前記入力電圧の1/2からの誤差を検出する手段と、
前記誤差が小さくなる方向に前記キャパシタの充電時間および放電時間を調整するキャパシタ充放電時間調整手段と、
前記変調信号を補正量だけ上昇方向に補正した第1変調信号と、前記変調信号を前記補正量だけ下降方向に補正した第2変調信号とを生成する変調信号補正手段と、を備え、
前記PWM変調手段は、第1の三角波信号と前記第1変調信号との比較に応じて前記第1のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の制御用信号を生成する第1のPWM変調手段と、前記第1の三角波信号とは位相が180°異なる第2の三角波信号と前記第2変調信号との比較に応じて前記第2のスイッチ素子および前記第3のスイッチ素子の制御用信号を生成する第2のPWM変調手段と、で構成され、
前記キャパシタ充放電時間調整手段は、前記誤差に応じて前記補正量を増減する、インバータ装置。
The first end is connected to the first switch element to the fourth switch element connected in series between the first input terminal and the second input terminal of the DC power supply, and the first switch element and the second switch element. And a capacitor having a second end connected to a connection point between the third switch element and the fourth switch element, the connection point between the second switch element and the third switch element being an output terminal. A three-level voltage generation circuit,
By switching the first to fourth switch elements according to the comparison between the triangular wave signal and the modulation signal, the input voltage between the first input terminal and the second input terminal is PWM-modulated, PWM modulation means for outputting from the output end;
Capacitor voltage detection means for detecting the voltage of the capacitor;
Means for detecting an error from one half of the input voltage of the voltage of the capacitor;
Capacitor charge / discharge time adjusting means for adjusting the charge time and discharge time of the capacitor in a direction in which the error is reduced;
Modulation signal correction means for generating a first modulation signal obtained by correcting the modulation signal in the upward direction by a correction amount and a second modulation signal obtained by correcting the modulation signal in the downward direction by the correction amount;
The PWM modulation means, a first PWM modulation for generating the control signal of the first switch element and the fourth switching element in response to the comparison of the first triangular wave signal first modulated signal means and control of said first triangular wave signal and the second switch element and the third switch element in response to the comparison of the second triangular wave signal differing in phase by 180 ° the second modulation signal Second PWM modulation means for generating a signal for use,
The inverter charging / discharging time adjusting means increases or decreases the correction amount according to the error.
直流電源の第1入力端と第2入力端との間に直列接続された第1乃至第4のスイッチ素子と、第1のスイッチ素子と第2のスイッチ素子との接続点に第1端が接続され、第3のスイッチ素子と第4のスイッチ素子との接続点に第2端が接続されたキャパシタとを有し、第2のスイッチ素子と第3のスイッチ素子との接続点を出力端とする、3レベル電圧発生回路と、
三角波信号と変調信号との比較に応じて前記第1乃至第4のスイッチ素子をスイッチングすることにより、前記第1入力端と前記第2入力端との間への入力電圧をPWM変調して、前記出力端から出力するPWM変調手段と、
前記キャパシタの電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
前記キャパシタの電圧の前記入力電圧の1/2からの誤差を検出する手段と、
前記誤差が小さくなる方向に前記キャパシタの充電時間および放電時間を調整するキャパシタ充放電時間調整手段と、を備え、
前記PWM変調手段は、第1の三角波信号と前記変調信号との比較に応じて前記第1のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の制御信号を生成する第1のPWM変調手段と、前記第1の三角波信号とは位相が180°異なる第2の三角波信号と前記変調信号との比較に応じて前記第2のスイッチ素子および前記第3のスイッチ素子の制御信号を生成する第2のPWM変調手段と、で構成され、
前記第1のPWM変調手段によるPWM変調信号のデッドタイムを補正量だけ増加方向に補正し、前記第2のPWM変調手段によるPWM変調信号のデッドタイムを前記補正量だけ減少方向に補正するデッドタイム補正手段を更に備え、
前記キャパシタ充放電時間調整手段は、前記誤差に応じて前記補正量を増減する、インバータ装置。
The first end is connected to the first switch element to the fourth switch element connected in series between the first input terminal and the second input terminal of the DC power supply, and the first switch element and the second switch element. And a capacitor having a second end connected to a connection point between the third switch element and the fourth switch element, the connection point between the second switch element and the third switch element being an output terminal. A three-level voltage generation circuit,
By switching the first to fourth switch elements according to the comparison between the triangular wave signal and the modulation signal, the input voltage between the first input terminal and the second input terminal is PWM-modulated, PWM modulation means for outputting from the output end;
Capacitor voltage detection means for detecting the voltage of the capacitor;
Means for detecting an error from one half of the input voltage of the voltage of the capacitor;
Capacitor charge / discharge time adjusting means for adjusting the charge time and discharge time of the capacitor in a direction in which the error is reduced,
The PWM modulation means includes a first PWM modulation means for generating a control signal of the first switch element and the fourth switching element in response to a comparison between the modulation signal and the first triangular wave signal, the generating the control signal of the first triangular wave signal and the second switch element and the third switch element in response to a comparison between the modulation signal and the second triangular wave signal differing in phase by 180 ° are Two PWM modulation means,
A dead time for correcting the dead time of the PWM modulation signal by the first PWM modulation means in the increasing direction by a correction amount, and correcting the dead time of the PWM modulation signal by the second PWM modulation means in the decreasing direction by the correction amount. A correction means,
The inverter charging / discharging time adjusting means increases or decreases the correction amount according to the error.
前記補正量は、前記誤差に対し、前記キャパシタのキャパシタンスに関する係数および前記キャパシタに流れる電流に関する係数を乗じたものである、請求項1または2に記載のインバータ装置。   The inverter device according to claim 1, wherein the correction amount is obtained by multiplying the error by a coefficient related to a capacitance of the capacitor and a coefficient related to a current flowing through the capacitor. 前記インバータ装置は、入力部が前記キャパシタの両端に接続された、平衡入力不平衡出力の差動増幅回路を備え、
前記キャパシタ電圧検出手段は、前記キャパシタが充電された後の充電電流遮断期間での前記差動増幅回路の出力電圧と、前記キャパシタが放電された後の放電電流遮断期間での前記差動増幅回路の出力電圧と、の平均値を求める、請求項1〜3のいずれかに記載のインバータ装置。
The inverter device includes a differential input circuit having a balanced input and an unbalanced output, and an input unit connected to both ends of the capacitor.
The capacitor voltage detection means includes an output voltage of the differential amplifier circuit in a charging current cutoff period after the capacitor is charged, and the differential amplifier circuit in a discharge current cutoff period after the capacitor is discharged. The inverter apparatus in any one of Claims 1-3 which calculates | requires the average value of these output voltages.
前記キャパシタ電圧検出手段は、前記第2のスイッチ素子と前記第4のスイッチ素子とがオン状態である期間の中央タイミングでの前記出力端の電圧を検出する、請求項1〜3のいずれかに記載のインバータ装置。   The said capacitor voltage detection means detects the voltage of the said output terminal in the center timing of the period when the said 2nd switch element and the said 4th switch element are in an ON state. The described inverter device.
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