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JP2010016937A - Power conversion device and dead time compensation method - Google Patents

Power conversion device and dead time compensation method Download PDF

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JP2010016937A
JP2010016937A JP2008173004A JP2008173004A JP2010016937A JP 2010016937 A JP2010016937 A JP 2010016937A JP 2008173004 A JP2008173004 A JP 2008173004A JP 2008173004 A JP2008173004 A JP 2008173004A JP 2010016937 A JP2010016937 A JP 2010016937A
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JP
Japan
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switching element
time
dead time
gate
delay time
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008173004A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahito Higuchi
雅人 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device and a dead time compensation method wherein dead time is compensated by a simple, low-cost, and small circuit without adding any high breakdown voltage circuit or an insulating device. <P>SOLUTION: The power conversion device includes: a gate signal generation unit 26 that provides an on-delay time in a PWM signal for alternately driving a first switching element and a second switching element and generates a first gate signal and a second gate signal; a first gate drive 23 that drives the first switching element; and a second gate drive 24 that drives the second switching element. It includes a dead time generation unit 25 that generates the following dead time based on the gate voltage of the second switching element: first dead time from when the second switching element is turned off to when the first switching element is turned on; and second dead time from when the first switching element is turned off to when the second switching element is turned on. The gate signal generation unit varies the on-delay time of the first switching element and the on-delay time of the second switching element based on the first dead time and the second dead time. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電力変換装置とデッドタイム補償方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device and a dead time compensation method.

従来、インバータ装置、サーボアンプ装置、スイッチング電源装置などの出力回路には、2つのスイッチング素子を直列接続し、接続点を出力端子としたアーム回路を採用しているが、2つのスイッチング素子間のデッドタイムを計測するためには、それぞれの素子のソース−ゲート間電圧、またはエミッタ−ゲート電圧、ソース−ドレイン間電圧、またはエミッタ−コレクタ間電圧などを検出する必要がある。2つのスイッチング素子のソースまたはエミッタは、電位が異なるため、絶縁回路、高耐圧回路(レベルシフト回路)、大電力用抵抗などを利用し、検出した電圧値をもう一方側のスイッチング素子の電圧検出値の基準電位と同電位の信号へ変換する必要がある。   Conventionally, an output circuit such as an inverter device, a servo amplifier device, or a switching power supply device employs an arm circuit in which two switching elements are connected in series and the connection point is an output terminal. In order to measure the dead time, it is necessary to detect the source-gate voltage, the emitter-gate voltage, the source-drain voltage, the emitter-collector voltage, or the like of each element. Since the source or emitter of the two switching elements have different potentials, an insulation circuit, a high withstand voltage circuit (level shift circuit), a high power resistor, etc. are used to detect the detected voltage value of the other switching element. It is necessary to convert to a signal having the same potential as the reference potential of the value.

図9は、第1従来技術におけるインバータ回路の1アーム回路と、スイッチング素子のスイッチング状態とスイッチングデバイの駆動指令信号を論理演算し、その結果によりスイッチング素子のゲートを駆動させるゲート駆動回路を示したブロック図である。
図9において、41のQ1は、直流電源の正極(P)に接続されたスイッチング素子、42のQ2は直流電源の負極(N)に接続されたスイッチング素子、47、53は、それぞれのスイッチング素子のゲート電圧VGと48、54の基準電圧VEを比較し、それぞれのスイッチング素子がON状態であるかOFF状態であるか推測するための比較器、44、45、50、51は、それぞれのスイッチング素子のゲート抵抗、43、46、49、52のT1、T2、T3、T4は、それぞれのスイッチング素子のゲートにゲート抵抗を介して電圧を入り切りするためのスイッチ、60はスイッチング素子のスイッチングを指令するインバータ制御回路、59はインバータ制御回路から出力される正極側のスイッチング素子のゲート駆動指令信号を正極側のスイッチング素子の電位へレベルシフト伝送する高耐圧回路、58は53の比較器の出力を正極側のスイッチング素子の電位へレベルシフト伝送する高耐圧回路、57は47の比較器の出力を負極側のスイッチング素子の電位へレベルシフト伝送する高耐圧回路、55、56は、ゲート駆動指令信号と各比較器の出力信号を入力し、スイッチのT1、T2、T3、T4の駆動指令を出力する論理回路である。(例えば特許文献1参照)
FIG. 9 shows a 1-arm circuit of the inverter circuit in the first prior art, and a gate drive circuit that logically calculates the switching state of the switching element and the drive command signal of the switching device, and drives the gate of the switching element based on the result. It is a block diagram.
9, Q1 of 41 is a switching element connected to the positive electrode (P) of the DC power supply, Q2 of 42 is a switching element connected to the negative electrode (N) of the DC power supply, and 47 and 53 are the respective switching elements. The comparators 44, 45, 50, 51 for comparing the gate voltage VG of 48 and the reference voltage VE of 48, 54 and inferring whether each switching element is in the ON state or the OFF state The gate resistance of the element, T1, T2, T3, and T4 of 43, 46, 49, and 52 are switches for turning on and off the voltage to the gate of each switching element through the gate resistance, and 60 is a command to switch the switching element 59 is an inverter control circuit, and 59 is a gate drive command signal for the positive side switching element output from the inverter control circuit. Is a high withstand voltage circuit for level-shifting and transmitting the output to the potential of the switching element on the positive side, 58 is a high withstand voltage circuit for level-shifting the output of the 53 comparator to the potential of the switching element on the positive side, and 57 is the output of the 47 comparator High voltage circuit 55, 56 that inputs the gate drive command signal and the output signal of each comparator, and inputs the drive commands of switches T1, T2, T3, T4 to the potential of the switching element on the negative electrode side. This is a logic circuit to output. (For example, see Patent Document 1)

次に動作について説明する。図9のQ1のスイッチング素子をONさせるときは、Q2のスイッチング素子のターンOFFを、例えばそのゲート電圧VEを比較器53にて基準電圧VEと比較することにより検出し、所定値以下になった場合はQ2がターンOFFしていると判断し、その比較器53の出力の出力信号を高耐圧回路58を介し論理回路55に導き、またQ1のゲート駆動指令信号UAも高耐圧回路59を介して論理回路55に導き、論理回路の出力よりスイッチT1をONしてQ1をターンONさせることにより、デッドタイムの設定を実質的に不要にする従来技術である。
特開2002−272131号公報(第4頁 第1図)
Next, the operation will be described. When the switching element of Q1 in FIG. 9 is turned on, the turn-off of the switching element of Q2 is detected, for example, by comparing the gate voltage VE with the reference voltage VE by the comparator 53, and becomes below a predetermined value. In this case, it is determined that Q2 is turned off, the output signal of the comparator 53 is guided to the logic circuit 55 through the high voltage circuit 58, and the gate drive command signal UA of Q1 is also transmitted through the high voltage circuit 59. This is a conventional technique that leads to the logic circuit 55 and turns on the switch T1 from the output of the logic circuit to turn on Q1, thereby substantially eliminating the need for setting the dead time.
JP 2002-272131 A (page 4, Fig. 1)

第1従来技術に示したQ1およびQ2のスイッチング素子のエミッタは、電位が異なるため、Q1のゲート電圧を比較器47で比較した結果出力は、高耐圧回路57を介し、Q2のエミッタ電位、もしくはエミッタ電位に近い電位に伝送しなければならない。また、Q2のゲート電圧を比較器で比較した結果出力は、高耐圧回路58を介し、Q1のエミッタ電位、もしくはエミッタ電位に近い電位に伝送しなければならない。以上の通り従来技術では、信号の伝達には高耐圧回路が必要不可欠なものとなっており、高耐圧回路は、複雑な上、高価な高耐圧デバイスが必要であり、しかも回路を構成する部品および部品間にも、高電圧に耐えうる絶縁距離が必要となり、小形化には不向きな回路である。高耐圧回路ではなく、トランス、ホトカプラなどの絶縁デバイスを使用した絶縁回路についても同じく、高価な上、小形化に不向きな回路構成となる。さらに、Q1、Q2のゲート電圧は、それぞれQ2、Q1のスイッチングの影響により電圧変動を起こすことに対し誤検出を防止する手段が無いため、誤った信号を伝送する可能性があり、その結果、Q1、Q2スイッチング誤動作を引き起こす可能性がある。   Since the emitters of the switching elements of Q1 and Q2 shown in the first prior art have different potentials, the output resulting from comparing the gate voltage of Q1 by the comparator 47 is the emitter potential of Q2 via the high withstand voltage circuit 57, or It must be transmitted to a potential close to the emitter potential. Also, the output resulting from comparing the gate voltage of Q2 with the comparator must be transmitted to the emitter potential of Q1 or a potential close to the emitter potential via the high voltage circuit 58. As described above, in the conventional technology, a high voltage circuit is indispensable for signal transmission. The high voltage circuit is complicated and requires an expensive high voltage device, and the components constituting the circuit Also, an insulation distance that can withstand a high voltage is required between components, and this circuit is not suitable for miniaturization. An insulating circuit using an insulating device such as a transformer or a photocoupler instead of a high voltage circuit is also expensive and has a circuit configuration that is not suitable for downsizing. Furthermore, the gate voltages of Q1 and Q2 have no means for preventing false detection against the occurrence of voltage fluctuations due to the effects of switching of Q2 and Q1, respectively. Q1 and Q2 may cause switching malfunction.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高耐圧回路および絶縁デバイスを追加せずに、簡素で低コストで小形な回路でデッドタイムを補償する電力変換装置とデッドタイム補償方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and a power conversion apparatus and dead time compensation that compensate for dead time with a simple, low-cost and small circuit without adding a high voltage circuit and an insulating device. It aims to provide a method.

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたものである。
請求項1記載の発明は、第1スイッチング素子の一端と第2スイッチング素子の一端を相出力端子で直列接続し、前記第1スイッチング素子の他端と直流電源の正極とを接続し、前記第2スイッチング素子の他端と前記直流電源の負極とを接続した電力変換装置であって、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子を交互に駆動するPWM信号にオンディレイ時間を設けて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記第1ゲート信号を増幅して前記第1スイッチング素子を駆動する第1ゲートドライブと、前記第2ゲート信号を増幅し前記第2スイッチング素子を駆動する第2ゲートドライブと、を備えた電力変換装置において、前記第2スイッチング素子のゲート電圧に基づいて、前記第2スイッチング素子がオフしてから前記第1スイッチング素子がオンするまでの第1デッドタイムと、前記第1スイッチング素子がオフしてから前記第2スイッチング素子がオンするまでの第2デッドタイムを生成するデッドタイム生成部を備え、前記ゲート信号生成部は、前記第1デッドタイムと前記第2デッドタイムに基づいて前記第1スイッチング素子のオンディレイ時間、および第2スイッチング素子のオンディレイ時間を可変することを特徴とする電力変換装置。
In order to solve the above problem, the present invention is as follows.
According to the first aspect of the present invention, one end of the first switching element and one end of the second switching element are connected in series at a phase output terminal, the other end of the first switching element is connected to a positive electrode of a DC power source, and the first A power conversion device in which the other end of the two switching elements and the negative electrode of the DC power supply are connected, wherein an on-delay time is provided in a PWM signal that alternately drives the first switching element and the second switching element. A gate signal generator for generating a gate signal and a second gate signal; a first gate drive for amplifying the first gate signal to drive the first switching element; and amplifying the second gate signal for the second And a second gate drive for driving the switching element, wherein the second switch is based on a gate voltage of the second switching element. A first dead time from turning off the first switching element to turning on the first switching element and a second dead time from turning off the first switching element to turning on the second switching element. A dead time generating unit, wherein the gate signal generating unit varies an on delay time of the first switching element and an on delay time of the second switching element based on the first dead time and the second dead time. The power converter characterized by the above-mentioned.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子はIGBTと逆並列に接続されたダイオードのセットであることを特徴とするものである。
請求項3記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子はパワーMOSFETと逆並列に接続されたダイオードのセットであることを特徴とするものである。
請求項4記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、前記デッドタイム生成部は、前記ゲート電圧がオンゲート電圧からオフゲート電圧に下がった時刻から前記第1スイッチング素子がオンするときに発生するゲート浮き電圧が現れはじめる時刻までの時間を前記第1デッドタイムとすることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the first switching element and the second switching element are a set of diodes connected in reverse parallel to the IGBT. is there.
According to a third aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the first switching element and the second switching element are a set of diodes connected in antiparallel with a power MOSFET. It is.
According to a fourth aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the dead time generating unit is generated when the first switching element is turned on from the time when the gate voltage is lowered from the on-gate voltage to the off-gate voltage. The time until the time when the gate floating voltage starts to appear is defined as the first dead time.

請求項5記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、前記デッドタイム生成部は、前記ゲート電圧が前記第1スイッチング素子がオフし還流モードゲート電圧になったときからオンゲート電圧に移行するまでの時間を前記第2デッドタイムとすることを特徴とするものである。
請求項6記載の発明は、
前記デッドタイム生成部は、請求項1記載の電力変換装置において、前記ゲート電圧と閾値電圧を比較する第1比較器と、前記第1比較器の出力の変化に連動して前記閾値電圧を変化させる第1可変閾値部と、前記第1比較器の出力と前記第1ゲート信号と前記第2ゲート信号に基づき第1カウントイネーブル信号を生成する第1カウントイネーブル部と、カウントイネーブルに従いクロックをカウントする第1タイムカウンタと、を備え、前記第1タイムカウンタのカウント値を第1デッドタイムとすることを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the dead time generation unit shifts to the on-gate voltage from the time when the gate voltage becomes the reflux mode gate voltage when the first switching element is turned off. The time until this is set as the second dead time.
The invention described in claim 6
2. The power conversion device according to claim 1, wherein the dead time generation unit changes the threshold voltage in conjunction with a change in the output of the first comparator that compares the gate voltage with the threshold voltage. A first variable threshold value unit, a first count enable unit for generating a first count enable signal based on the output of the first comparator, the first gate signal, and the second gate signal, and counting a clock according to the count enable And a first dead time is set as the count value of the first time counter.

請求項7記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、前記デッドタイム生成部は、前記ゲート電圧と閾値電圧を比較する第2比較器と、前記第2比較器の出力の変化に連動して前記閾値電圧を変化させる第2可変閾値部と、前記第2比較器の出力と前記第1ゲート信号と前記第2ゲート信号に基づき第2カウントイネーブル信号を生成する第2カウントイネーブル部と、カウントイネーブルに従いクロックをカウントする第2タイムカウンタと、を備え、前記第2タイムカウンタのカウント値を第2デッドタイムとすることを特徴とするものである。
請求項8記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、前記ゲート信号生成部は、デッドタイム初期値から第1デッドタイムを減算して第1過剰オンディレイ時間を生成し、前記オンディレイ時間から前記第1過剰オンディレイ時間を減算して第1オンディレイ時間を生成し、前記PWM信号と前記第1オンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号を生成することを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the dead time generation unit is configured to change a second comparator that compares the gate voltage with a threshold voltage, and a change in the output of the second comparator. A second variable threshold unit that changes the threshold voltage in conjunction with the second count enable unit that generates a second count enable signal based on the output of the second comparator, the first gate signal, and the second gate signal. And a second time counter that counts clocks in accordance with the count enable, and the count value of the second time counter is set to a second dead time.
According to an eighth aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the gate signal generation unit generates a first excessive on-delay time by subtracting a first dead time from an initial dead time value, and A first on-delay time is generated by subtracting the first excessive on-delay time from a delay time, and a first gate signal is generated based on the PWM signal and the first on-delay time. is there.

請求項9記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、前記ゲート信号生成部は、デッドタイム初期値から第2デッドタイムを減算して第2過剰オンディレイ時間を生成し、前記オンディレイ時間から前記第2過剰オンディレイ時間を減算して第2オンディレイ時間を生成し、前記PWM信号と前記第2オンディレイ時間に基づいて第2ゲート信号を生成することを特徴とするものである。
請求項10記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、前記ゲート信号生成部は、前記第1デッドタイムと前記第2デッドタイムのうち、時間の長い方のデッドタイムを選択し、デッドタイム初期値から前記選択したデッドタイムを減算して過剰オンディレイ時間を生成し、前記オンディレイ時間から前記過剰オンディレイ時間を減算して新たなオンディレイ時間を生成し、前記PWM信号と前記新たなオンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成することを特徴とするものである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the gate signal generation unit generates a second excessive on-delay time by subtracting a second dead time from an initial dead time value, and A second on-delay time is generated by subtracting the second excessive on-delay time from a delay time, and a second gate signal is generated based on the PWM signal and the second on-delay time. is there.
Invention of Claim 10 WHEREIN: In the power converter device of Claim 1, the said gate signal production | generation part selects the longer dead time among the said 1st dead time and the said 2nd dead time, Subtracting the selected dead time from an initial dead time value to generate an excessive on delay time, subtracting the excessive on delay time from the on delay time to generate a new on delay time, and generating the PWM signal and the The first gate signal and the second gate signal are generated based on a new on-delay time.

請求項11記載の発明は、第1スイッチング素子の一端と第2スイッチング素子の一端を相出力端子で直列接続し、前記第1スイッチング素子の他端と直流電源の正極とを接続し、前記第2スイッチング素子の他端と前記直流電源の負極とを接続した電力変換装置であって、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子を交互に駆動するPWM信号にオンディレイ時間を設けて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記第1ゲート信号を増幅して前記第1スイッチング素子を駆動する第1ゲートドライブと、前記第2ゲート信号を増幅し前記第2スイッチング素子を駆動する第2ゲートドライブと、前記第2スイッチング素子のゲート電圧に基づいて、前記第2スイッチング素子がオフしてから前記第1スイッチング素子がオンするまでの第1デッドタイムと、前記第1スイッチング素子がオフしてから前記第2スイッチング素子がオンするまでの第2デッドタイムを生成するデッドタイム生成部と、を備えた電力変換装置のデッドタイム補償方法において、第2スイッチング素子がオフしたことを確認したらタイムカウンタを有効にするステップと、前記第1スイッチング素子がオンするときに発生するゲート浮き電圧が現れはじめたら前記タイムカウンタを無効にするステップと、前記タイムカウンタのカウント値を第1デッドタイムとするステップと、前記デッドタイム初期値から第1デッドタイムを減算して第1過剰オンディレイ時間を生成するステップと、前記オンディレイ時間から前記第1過剰オンディレイ時間を減算して第1オンディレイ時間を生成するステップと、前記PWM信号と前記第1オンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号を生成するステップと、前記ゲート電圧が前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子がともにオフのときに発生する還流モードゲート電圧が現れたらタイムカウンタを有効にするステップと、前記ゲート電圧が還流モードゲート電圧よりも上昇しはじめたら前記タイムカウンタを無効にするステップと、前記タイムカウンタのカウント値を第2デッドタイムとするステップと、前記デッドタイム初期値から第2デッドタイムを減算して第2過剰オンディレイ時間を生成するステップと、前記オンディレイ時間から前記第2過剰オンディレイ時間を減算して第2オンディレイ時間を生成するステップと、前記PWM信号と前記第2オンディレイ時間に基づいて第2ゲート信号を生成するステップと、を備えたことを特徴とするものである。   According to an eleventh aspect of the present invention, one end of the first switching element and one end of the second switching element are connected in series at a phase output terminal, the other end of the first switching element is connected to a positive electrode of a DC power source, and the first A power conversion device in which the other end of the two switching elements and the negative electrode of the DC power supply are connected, wherein an on-delay time is provided in a PWM signal that alternately drives the first switching element and the second switching element. A gate signal generator for generating a gate signal and a second gate signal; a first gate drive for amplifying the first gate signal to drive the first switching element; and amplifying the second gate signal for the second Based on a second gate drive for driving the switching element and a gate voltage of the second switching element, the second switching element is turned off and then the second switching element is turned off. A power comprising: a first dead time until a switching element is turned on; and a dead time generation unit that generates a second dead time from when the first switching element is turned off until the second switching element is turned on In the dead time compensation method of the converter, the step of enabling the time counter when it is confirmed that the second switching element is turned off, and the time when the gate floating voltage generated when the first switching element is turned on starts to appear. Invalidating the counter, setting the count value of the time counter as a first dead time, subtracting the first dead time from the initial dead time value, and generating a first excessive on-delay time; Subtracting the first excess on-delay time from the on-delay time results in a first Generating a delay time; generating a first gate signal based on the PWM signal and the first on-delay time; and when the gate voltage is off for both the first switching element and the second switching element. A time counter is activated when a recirculation mode gate voltage appears, a step of disabling the time counter when the gate voltage starts to rise above the recirculation mode gate voltage, and a count value of the time counter A second dead time, subtracting the second dead time from the initial dead time value to generate a second excessive on-delay time, and subtracting the second excessive on-delay time from the on-delay time Generating a second on-delay time, and the PWM signal And a step of generating a second gate signal based on the second on-delay time.

請求項12記載の発明は、請求項11記載の電力変換装置のデッドタイム補償方法において、前記第1デッドタイムと前記第2デッドタイムのうち、時間の長い方のデッドタイムを選択するステップと、デッドタイム初期値から前記選択したデッドタイムを減算して過剰オンディレイ時間を生成するステップと、前記オンディレイ時間から前記過剰オンディレイ時間を減算して新たなオンディレイ時間を生成するステップと、前記PWM信号と前記新たなオンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成するステップと、を備えたことを特徴とするものである。   The invention according to claim 12 is the dead time compensation method of the power conversion device according to claim 11, wherein a step of selecting a longer dead time out of the first dead time and the second dead time; Subtracting the selected dead time from an initial dead time value to generate an excessive on delay time; subtracting the excessive on delay time from the on delay time to generate a new on delay time; and Generating a first gate signal and a second gate signal based on the PWM signal and the new on-delay time.

請求項1乃至10に記載の発明によると、高耐圧回路および絶縁デバイスを追加せずに、簡素で小形で且つ低コストな回路で、アームの両スイッチング素子ともオフ状態となる無駄なデッドタイム時間を極力無くし、最適なデッドタイムで制御する電力装置を提供できる。
請求項11乃至12に記載の発明によると、高耐圧回路および絶縁デバイスを追加せずに、簡素で小形で且つ低コストな回路で、アームの両スイッチング素子ともオフ状態となる無駄なデッドタイム時間を極力無くし、最適なデッドタイムで制御する電力装置のデッドタイム補償方法を提供できる。
According to the first to tenth aspects of the present invention, a dead time period in which both the switching elements of the arm are turned off with a simple, small and low cost circuit without adding a high voltage circuit and an insulating device. As a result, it is possible to provide a power device that can be controlled with an optimum dead time.
According to the invention described in claims 11 to 12, a dead time period in which both the switching elements of the arm are turned off with a simple, small and low cost circuit without adding a high voltage circuit and an insulating device. As a result, it is possible to provide a dead time compensation method for a power device that performs control with an optimum dead time.

以下、本発明について図を用いて説明する。     The present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の電力変換装置のデッドタイム補償のブロック図であり、図2のインバータ回路の1アーム分を詳細に記した図である。図1において、1は第1スイッチング素子、2は第2スイッチング素子、21は第1ゲート抵抗、22は第2ゲート抵抗、23は第1ゲートドライブ、24は第2ゲートドライブである。また、25はデッドタイム生成部、26はゲート信号生成部である。第1、第2のスイッチング素子はIGBTやパワーMOSFETに逆並列に接続したダイオードのセット、もしくパワーMOSFET単品で構成される。
ゲート信号生成部は、PWM信号にオンディレイ時間を設けて第1ゲート信号G1、第2ゲート信号G2を生成する。第1ゲートドライブは第1ゲート信号G1を増幅し、スイッチング素子1を第1ゲート抵抗21を介して駆動する。第2ゲートドライブは第2ゲート信号G2を増幅し、スイッチング素子2をゲート抵抗22を介して駆動する。デッドタイム生成部25は、第2スイッチング素子がオフしてから第1スイッチング素子がオンするまでの第1デッドタイムと第1スイッチング素子がオフしてから第2スイッチング素子がオンするまでの第2デッドタイムを第2スイッチング素子のゲート電圧の変化より生成する。
FIG. 1 is a block diagram of dead time compensation of the power conversion device of the present invention, and is a diagram in which one arm of the inverter circuit of FIG. 2 is described in detail. In FIG. 1, 1 is a first switching element, 2 is a second switching element, 21 is a first gate resistance, 22 is a second gate resistance, 23 is a first gate drive, and 24 is a second gate drive. Reference numeral 25 denotes a dead time generator, and 26 denotes a gate signal generator. The first and second switching elements are composed of a set of diodes connected in reverse parallel to the IGBT or power MOSFET, or a single power MOSFET.
The gate signal generation unit generates the first gate signal G1 and the second gate signal G2 by providing an on-delay time for the PWM signal. The first gate drive amplifies the first gate signal G 1 and drives the switching element 1 through the first gate resistor 21. The second gate drive amplifies the second gate signal G 2 and drives the switching element 2 through the gate resistor 22. The dead time generator 25 includes a first dead time from when the second switching element is turned off to when the first switching element is turned on, and a second time from when the first switching element is turned off to when the second switching element is turned on. A dead time is generated from a change in the gate voltage of the second switching element.

図3は、図1のブロック図をさらに詳しく説明するためのブロック図である。相出力端子から出力電流を流し出している時、スイッチング素子2がオフして第1スイッチング素子1がオンしたとき、直流電源の正極から第1スイッチング素子1を介してトランジスタモード電流が相出力端子より流れ出るため、出力端子電圧は、電源正極電位に近い電圧となる。この時、第2スイッチング素子2のゲート−ソース間容量Cgsにゲートードレイン間の容量Cgdを介して電流が流れ込みCgsが充電されるため、ゲート電圧が上昇する現象が現れる。また、第1スイッチング素子1がオフすると、直流電源の負極から第2スイッチング素子2の逆並列ダイオードを介して還流モード電流が相出力端子から流れでるため、相出力端子電圧は、スイッチング素子のソース−ドレイン間電圧Vsd分N電位より低くなる。この時、スイッチング素子2のゲート−ソース間容量CgsはNから充電電流が流れ込み、ゲートードレイン間の容量Cgdを介して充電するため、ゲート電圧が電源負電位より降下する現象が現れる。第2スイッチング素子2のゲート−ソース間電圧をVgs、ドレイン−ソース間電圧をVdsとすると、Vdsの変化に対するVgsの変化は、(1)式で表すことができる。
ΔVgs=Cgd/(Cgs+Cgd)x ΔVds ・・・ (1)
第1ゲート信号G1と、第2ゲート信号G2のレベルの変化と、それに対するスイッチング素子2のゲート電圧の変化について図4のタイミングチャートで説明する。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the block diagram of FIG. 1 in more detail. When the output current is flowing from the phase output terminal, when the switching element 2 is turned off and the first switching element 1 is turned on, the transistor mode current is passed through the first switching element 1 from the positive electrode of the DC power supply. Therefore, the output terminal voltage is close to the power supply positive electrode potential. At this time, a current flows into the gate-source capacitance Cgs of the second switching element 2 via the gate-drain capacitance Cgd and the Cgs is charged, so that a phenomenon in which the gate voltage rises appears. When the first switching element 1 is turned off, the return mode current flows from the negative electrode of the DC power source through the antiparallel diode of the second switching element 2 from the phase output terminal, so that the phase output terminal voltage is the source of the switching element. −Drain voltage Vsd lower than N potential. At this time, a charging current flows from N to the gate-source capacitance Cgs of the switching element 2 and is charged via the gate-drain capacitance Cgd, so that a phenomenon in which the gate voltage drops from the negative power supply potential appears. Assuming that the gate-source voltage of the second switching element 2 is Vgs and the drain-source voltage is Vds, the change in Vgs relative to the change in Vds can be expressed by equation (1).
ΔVgs = Cgd / (Cgs + Cgd) × ΔVds (1)
A change in the level of the first gate signal G1 and the second gate signal G2 and a change in the gate voltage of the switching element 2 corresponding thereto will be described with reference to the timing chart of FIG.

図4の第1ゲート信号G1と第2ゲート信号G2は、信号レベルが“L”の時がスイッチング素子をオンにする指令であり、“H”の時がオフの指令である。まず時間軸t0で第2ゲート信号G2がオフとなると、図3の第2ゲートドライブ24の内部遅延、および第2スイッチング素子のCgs、Cgdの充電期間を経て第2スイッチング素子2のゲート電圧NGは、下降しt2に至る。t1からt3の間に第1ゲート信号G1がオンとなると、第2スイッチング素子2のCgsが充電されるので、t4のようにゲート電圧NGがいったん上昇する。しかし、第2ゲートドライブの出力GD2の電位は“L”であるため、第2ゲート抵抗22を介してCgsは放電されt5に至る。次に、t6で第1ゲート信号G1がオフとなると、相出力端子がVsd分N電位より低くなる。この時、第2スイッチング素子2のCgsは電源負極から充電電流が流れ込み、Cgdを介して充電するため、第2ゲート電圧NGが電源負極電位より降下する現象が現れ、t8に至る。t7からt9の間に第2ゲート信号G2がオンとなると、第2ゲート電圧NGは、t10から上昇し始める。ここで、t2〜t4の区間が、第2スイッチング素子2がオフして第1スイッチング素子1がオンするまでの時間であり、t8〜t10の区間が、第1スイッチング素子1がオフして第2スイッチング素子2がオンするまでの時間である。これらの時間を計測し、計測結果を第1ゲート信号G1、第2ゲート信号G2に反映できれば、最適なデッドタイム制御ができることになる。このt2〜t4の区間とt8〜t10の区間の時間を計測する手段を図5以降で説明する。   The first gate signal G1 and the second gate signal G2 in FIG. 4 are commands to turn on the switching element when the signal level is “L”, and are commands to turn off when the signal level is “H”. First, when the second gate signal G2 is turned off on the time axis t0, the gate voltage NG of the second switching element 2 passes through the internal delay of the second gate drive 24 of FIG. 3 and the charging period of Cgs and Cgd of the second switching element. Descends to t2. When the first gate signal G1 is turned on between t1 and t3, the Cgs of the second switching element 2 is charged, so that the gate voltage NG once rises like t4. However, since the potential of the output GD2 of the second gate drive is “L”, Cgs is discharged through the second gate resistor 22 and reaches t5. Next, when the first gate signal G1 is turned off at t6, the phase output terminal becomes lower than the N potential by Vsd. At this time, Cgs of the second switching element 2 is charged through the power supply negative electrode and charged via Cgd, so that the phenomenon that the second gate voltage NG falls from the power supply negative electrode potential appears and reaches t8. When the second gate signal G2 is turned on between t7 and t9, the second gate voltage NG starts to increase from t10. Here, the period from t2 to t4 is the time from when the second switching element 2 is turned off until the first switching element 1 is turned on, and the period from t8 to t10 is the first period after the first switching element 1 is turned off. 2 is a time until the switching element 2 is turned on. If these times are measured and the measurement results can be reflected in the first gate signal G1 and the second gate signal G2, optimum dead time control can be performed. Means for measuring the time in the section from t2 to t4 and the section from t8 to t10 will be described with reference to FIG.

図5は、第2スイッチング素子のゲート電圧の波形変化から第1デッドタイムおよび第2デッドタイムを生成するデッドタイム生成部のブロック図である。図5において、31は第1比較器、32は第2比較器、33は第1可変閾値部、34は第2可変閾値部、35は第1タイムカウンタ、36は第2タイムカウンタ、37はクロック発生部、38は第1カウントイネーブル部、39は第2カウントイネーブル部である。第1比較器31は、t2〜t4の区間を検出し、第2比較器32は、t8〜t10の区間を検出する。第1比較器31では、出力が “L”となる閾値は高めに設定しており、 “H”となる閾値は低めに設定している。図4のゲート電圧NGに記した第1閾値が“L”となる閾値であり、第2閾値が “H”となる閾値である。これは、t2およびt4のタイミングのみを検出させるために、t2のゲート電圧NGの下降およびt4のゲート電圧NGの上昇については検出するがt5の電圧下降の時は検出しないようにしている。第2比較器32は、出力が “H”となる閾値は低めに設定しており、 “L”となる閾値は高めに設定している。図4のNGに記した第3閾値が “H”となる閾値であり、第4閾値が “L”となる閾値である。第3閾値は、t8でしか現れないゲート電圧を検出するために設定しており、第3、第4閾値でt8、t10のタイミングのみを検出できるように設定している。t2、t4のタイミングについては第1比較器31の出力NGOFF、t8、t10のタイミングについては第2比較器34の出力NGONとして、それぞれカウントイネーブル38、カウントイネーブル39に入力される。第1カウントイネーブル38は、NGOFFとG1とG2のレベルをモニタし、ある条件を満たす時、第1タイムカウンタ35によりカウントを開始し、またある条件を満たす時、第1タイムカウンタ35のカウントを停止する。第2カウントイネーブル39は、NGONとG1とG2のレベルをモニタし、ある条件を満たす時、第2タイムカウンタ36によりカウントを開始し、またある条件を満たす時、第2タイムカウンタ36のカウントを停止する。タイムカウンタ35,36は、クロック37に従いカウントし、カウント値はそれぞれ第1デッドタイム、第2デッドタイムを表す。   FIG. 5 is a block diagram of a dead time generation unit that generates the first dead time and the second dead time from the waveform change of the gate voltage of the second switching element. In FIG. 5, 31 is a first comparator, 32 is a second comparator, 33 is a first variable threshold unit, 34 is a second variable threshold unit, 35 is a first time counter, 36 is a second time counter, and 37 is A clock generation unit 38 is a first count enable unit, and 39 is a second count enable unit. The first comparator 31 detects a section from t2 to t4, and the second comparator 32 detects a section from t8 to t10. In the first comparator 31, the threshold value at which the output becomes “L” is set high, and the threshold value at which “H” is set low. The first threshold value indicated in the gate voltage NG in FIG. 4 is a threshold value that is “L”, and the second threshold value is a threshold value that is “H”. In order to detect only the timing of t2 and t4, the fall of the gate voltage NG at t2 and the rise of the gate voltage NG at t4 are detected, but not at the time of the voltage drop at t5. In the second comparator 32, the threshold value at which the output becomes “H” is set low, and the threshold value at which “L” is set high. The third threshold value indicated by NG in FIG. 4 is a threshold value that is “H”, and the fourth threshold value is a threshold value that is “L”. The third threshold value is set to detect a gate voltage that appears only at t8, and the third and fourth threshold values are set so that only the timings t8 and t10 can be detected. The timings t2 and t4 are input to the count enable 38 and the count enable 39 as the output NGOFF of the first comparator 31 and the timings t8 and t10 are output NGON of the second comparator 34, respectively. The first count enable 38 monitors the levels of NGOFF, G1, and G2, and starts counting by the first time counter 35 when a certain condition is satisfied, and counts the first time counter 35 when a certain condition is satisfied. Stop. The second count enable 39 monitors the levels of NGON, G1, and G2, starts counting by the second time counter 36 when a certain condition is satisfied, and counts the second time counter 36 when a certain condition is satisfied. Stop. The time counters 35 and 36 count according to the clock 37, and the count values represent the first dead time and the second dead time, respectively.

ゲート信号生成部は、デッドタイム初期値から第1デッドタイムを減算して第1過剰オンディレイ時間を生成し、オンディレイ時間から第1過剰オンディレイ時間を減算して第1オンディレイ時間を生成する。次にPWM信号と第1オンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号を生成し、デッドタイム初期値から第2デッドタイムを減算して第2過剰オンディレイ時間を生成する。次にオンディレイ時間から第2過剰オンディレイ時間を減算して第2オンディレイ時間を生成し、PWM信号と第2オンディレイ時間に基づいて第2ゲート信号を生成する。
また、ゲート信号生成部は、次のようにすることもできる。第1デッドタイムと第2デッドタイムのうち、時間の長い方のデッドタイムを選択し、デッドタイム初期値から選択したデッドタイムを減算して過剰オンディレイ時間を生成する。次にオンディレイ時間から過剰オンディレイ時間を減算して新たなオンディレイ時間を生成し、PWM信号と新たなオンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成する。
The gate signal generation unit generates a first excessive on-delay time by subtracting the first dead time from the initial dead time, and generates a first on-delay time by subtracting the first excessive on-delay time from the on-delay time. To do. Next, a first gate signal is generated based on the PWM signal and the first on-delay time, and a second excess on-delay time is generated by subtracting the second dead time from the dead time initial value. Next, a second excessive on delay time is subtracted from the on delay time to generate a second on delay time, and a second gate signal is generated based on the PWM signal and the second on delay time.
The gate signal generation unit can also be configured as follows. The longer dead time is selected from the first dead time and the second dead time, and the selected dead time is subtracted from the initial dead time value to generate the excessive on-delay time. Next, a new on-delay time is generated by subtracting the excessive on-delay time from the on-delay time, and a first gate signal and a second gate signal are generated based on the PWM signal and the new on-delay time.

図6は、本発明の第1デッドタイムの補償方法を示すフローチャートで、図4のt2〜t4の区間の時間、つまり第2スイッチング素子2のオフから第1スイッチング素子1のオンまでの第1デッドタイムを生成する。ステップSA1では第2スイッチング素子がオフしたかどうかを判定し、オフしたらステップSA2へ進む。ステップSA2でカウントを開始し、ステップSA3では、第1ゲート信号G1の指令がオンになったかをチェックしている。ステップSA4では、カウンタとデフォルト値と比較し、デフォルト値を超えていればステップ9に進み、デフォルト値より小さければステップ5へ進む。ステップSA5では、ゲート電圧NGがオフ電圧よりも浮き上ったゲート浮き電圧が現れたかどうかを判定し、現れたらステップSA6に進む。ステップSA6ではカウントを停止し、ステップSA7へ進む。ステップSA7ではカウンタの値を読み込み、ステップSA8でFLG1=0にする。ステップSA9ではカウンタをクリアしてステップSA8へ進む。このように、図4のt2とt4のタイミングを第1比較器31の出力NGOFFのレベルより判定するが、第1ゲート信号G1と第2ゲート信号G2のレベルも見ながら判定するため、確実にスイッチング素子のオンオフのタイミングを見極めることができる。t2からt4までの時間を第1タイムカウンタ35でカウントすることにより第2スイッチング素子2のオフから第1スイッチング素子1のオンまでのデッドタイムを生成できる。このデッドタイムを第1ゲート信号G1と第2ゲート信号G2のタイミングに反映すれば、両スイッチング素子が同時にオフしている時間を極力短くできることになり、最適なデッドタイムの制御が可能となる。また、スイッチング素子の制御には、キャリア周期より長い時間スイッチング素子を常時オンまたはオフする場合があり、この制御期間にはt4のゲート電圧のような変化がキャリア周期毎に現れないため、ある一定のデフォルト値を超えると、カウント値をクリアしデッドタイム時間の演算処理を終了する。   FIG. 6 is a flowchart illustrating a first dead time compensation method according to the present invention. The first dead time from the time when the second switching element 2 is turned on to the time when the second switching element 2 is turned on is shown in FIG. Generate dead time. In step SA1, it is determined whether or not the second switching element is turned off. If turned off, the process proceeds to step SA2. Counting is started in step SA2, and in step SA3, it is checked whether the command of the first gate signal G1 is turned on. In step SA4, the counter is compared with the default value. If the default value is exceeded, the process proceeds to step 9, and if smaller than the default value, the process proceeds to step 5. In step SA5, it is determined whether or not a gate floating voltage appears in which the gate voltage NG has risen above the off voltage. If it appears, the process proceeds to step SA6. In step SA6, the count is stopped and the process proceeds to step SA7. In step SA7, the counter value is read, and in step SA8, FLG1 = 0 is set. In step SA9, the counter is cleared and the process proceeds to step SA8. As described above, the timings t2 and t4 in FIG. 4 are determined based on the level of the output NGOFF of the first comparator 31. However, since the determination is performed while also viewing the levels of the first gate signal G1 and the second gate signal G2, it is ensured. The on / off timing of the switching element can be determined. By counting the time from t2 to t4 with the first time counter 35, a dead time from when the second switching element 2 is turned off to when the first switching element 1 is turned on can be generated. If this dead time is reflected in the timings of the first gate signal G1 and the second gate signal G2, the time during which both switching elements are simultaneously turned off can be shortened as much as possible, and the optimum dead time can be controlled. In addition, in the control of the switching element, there is a case where the switching element is always turned on or off for a time longer than the carrier cycle. During this control period, a change such as the gate voltage at t4 does not appear for each carrier cycle, so a certain constant. If the default value is exceeded, the count value is cleared and the dead time time calculation process is terminated.

図7は、本発明の第2デッドタイムの補償方法を示すフローチャートで、図4のt8〜t10の区間の時間、つまり第1スイッチング素子1のオフから第2スイッチング素子2のオンまでの第2デッドタイムを生成する。ステップSB1で第1スイッチング素子がオフしたかどうか判定し、オフしたらステップSB2に進む。ステップSB2ではカウンタを開始させ、ステップSB3は、第2ゲート信号G2の指令がオンになったかをチェックしている。
ステップSB4ではカウンタ値がデフォルト値よにも小さいかどうか判定し、小さければステップSB5へ進み、大きければステップSB9へ進む。ステップSB5ではゲート電圧NGが還流モード電圧に下がっていたものから上昇を始めたかどうか判定し、上昇を始めたらステップSB6へ進む。ステップSB6でカウントを終了する。ステップSB7でカウンタの内容を読み込み、ステップSB7でフラグFLG2を0にし終了する。ステップSB9ではカウンタをクリアしステップSB8へ進む。このように、図4のt8とt10のタイミングを第2比較器32の出力NGONのレベルより判定するが第1ゲート信号G1と第2ゲート信号G2のレベルも見ながら判定するため、確実にスイッチング素子のオンオフのタイミングを見極めることができる。t8からt10までの時間を第2タイムカウンタ36でカウントすることにより第1スイッチング素子1のオフから第2スイッチング素子2のオンまでのデッドタイムを生成できる。このデッドタイムを第1ゲート信号G1および第2ゲート信号G2のタイミングに反映すれば、両スイッチング素子が同時にオフしている時間を極力短くできることになり、最適なデッドタイムの制御が可能となる。また、スイッチング素子の制御には、キャリア周期より長い時間スイッチング素子を常時オンまたはオフする場合があり、この制御期間にはt8〜t10のゲート電圧のような変化がキャリア周期毎に現れないため、ある一定のデフォルト値を超えると、カウント値をクリアしデッドタイム時間の演算処理を終了する。
FIG. 7 is a flowchart showing the second dead time compensation method according to the present invention. The second dead time from the time when the first switching element 1 is turned on to the time when the second switching element 2 is turned on is shown in FIG. Generate dead time. In step SB1, it is determined whether or not the first switching element is turned off. If turned off, the process proceeds to step SB2. In step SB2, the counter is started, and in step SB3, it is checked whether the command of the second gate signal G2 is turned on.
In step SB4, it is determined whether the counter value is smaller than the default value. If it is smaller, the process proceeds to step SB5, and if larger, the process proceeds to step SB9. In step SB5, it is determined whether or not the gate voltage NG has started to increase from what has been reduced to the reflux mode voltage, and if it has started to increase, the process proceeds to step SB6. In step SB6, the count ends. In step SB7, the contents of the counter are read. In step SB7, the flag FLG2 is set to 0, and the process ends. In step SB9, the counter is cleared and the process proceeds to step SB8. As described above, the timing of t8 and t10 in FIG. 4 is determined from the level of the output NGON of the second comparator 32. However, since the determination is also made while observing the levels of the first gate signal G1 and the second gate signal G2, switching is surely performed. The on / off timing of the element can be determined. By counting the time from t8 to t10 by the second time counter 36, a dead time from when the first switching element 1 is turned off to when the second switching element 2 is turned on can be generated. If this dead time is reflected in the timings of the first gate signal G1 and the second gate signal G2, the time during which both switching elements are simultaneously turned off can be shortened as much as possible, and the optimum dead time can be controlled. Further, in the control of the switching element, there is a case where the switching element is always turned on or off for a time longer than the carrier cycle, and a change such as the gate voltage from t8 to t10 does not appear every carrier cycle in this control period. When a certain default value is exceeded, the count value is cleared and the calculation process of the dead time is terminated.

図8は、図5のカウントイネーブル部を実現した論理回路である。第2スイッチング素子2のオフ時は、NGOFF信号は“L”であり、第1カウントイネーブル部の生成する第1カウントイネーブル信号CE1は “H”になる。また、第1スイッチング素子1がオンになる時はNGOFF信号は“H”であり、第1カウントイネーブル部の生成する第1イネーブル信号CE1は“L”となる。CE1信号を演算子に取り込み、“H”から“L”までの時間をカウントすれば、そのカウント値が、第2スイッチング素子2のオフから第1スイッチング素子1のオンまでの第1デッドタイムとなる。
また、第1スイッチング素子1のオフ時は、NGON信号は“H”であり、第2カウントイネーブル部の生成する第2カウントイネーブル信号CE2は“H”となる。第2スイッチング素子2のオン時は、NGON信号は“L”であり、第2カウントイネーブル部の生成する第2カウントイネーブル信号CE2は“L”となる。CE2信号を演算子に取り込み、“H”から“L”までの時間をカウントすれば、そのカウント値が、第1スイッチング素子1のオフから第2スイッチング素子2のオンまでの第2デッドタイムとなる。タイムカウンタは、カウントイネーブルが有効のときにクロックをカウントすれば、デッドタイムになる。
FIG. 8 is a logic circuit that implements the count enable unit of FIG. When the second switching element 2 is off, the NGOFF signal is “L”, and the first count enable signal CE1 generated by the first count enable unit is “H”. When the first switching element 1 is turned on, the NGOFF signal is “H”, and the first enable signal CE1 generated by the first count enable unit is “L”. If the CE1 signal is taken into the operator and the time from “H” to “L” is counted, the count value is the first dead time from when the second switching element 2 is turned off to when the first switching element 1 is turned on. Become.
When the first switching element 1 is off, the NGON signal is “H”, and the second count enable signal CE2 generated by the second count enable unit is “H”. When the second switching element 2 is on, the NGON signal is “L”, and the second count enable signal CE2 generated by the second count enable unit is “L”. If the CE2 signal is taken into the operator and the time from “H” to “L” is counted, the count value is calculated as the second dead time from the first switching element 1 to the second switching element 2 being turned on. Become. If the clock is counted when the count enable is valid, the time counter becomes dead time.

このように本発明は、簡素で低コストで小形な回路でデッドタイムの補償ができ、かつ高耐圧回路および絶縁デバイスを追加する必要が無いため、装置の小形化が可能となる。   As described above, according to the present invention, the dead time can be compensated with a simple, low-cost and small circuit, and it is not necessary to add a high voltage circuit and an insulating device, so that the apparatus can be miniaturized.

本発明は、工作機械、ロボット、一般産業機械などに使用されるサーボドライブ装置、インバータ装置、または一般的なスイッチング電源に適用できる。   The present invention can be applied to a servo drive device, an inverter device, or a general switching power source used for a machine tool, a robot, a general industrial machine, or the like.

本発明の実施例を示すデッドタイム補償ブロック図Block diagram of dead time compensation showing an embodiment of the present invention 本発明の実施例を示すデッドタイム補償を組み込んだインバータ回路ブロック図Inverter circuit block diagram incorporating dead time compensation according to an embodiment of the present invention スイッチング素子2のゲート電圧が変化する原理説明図Explanation of the principle that the gate voltage of the switching element 2 changes スイッチング素子2のゲート電圧の変化を示すタイミングチャートTiming chart showing change of gate voltage of switching element 2 本発明の実施例のゲート電圧検出回路を詳細に示したブロック図The block diagram which showed the gate voltage detection circuit of the Example of this invention in detail 演算子のデッドタイム演算フローチャート1Operator dead time calculation flowchart 1 演算子のデッドタイム演算フローチャート2Operator dead time calculation flowchart 2 演算子のデッドタイム演算の一部をハードウェアに置き換えたロジック回路ブロック図Logic circuit block diagram with part of the operator's dead time calculation replaced with hardware 第一従来技術でのデッドタイムレス化ブロック図Block diagram of dead timeless in the first conventional technology

符号の説明Explanation of symbols

1〜6 第1〜第6スイッチング素子
7〜9 アーム
10 第1〜第6ゲートドライブ
11 デッドタイム生成部
12 ゲート信号生成部
21、22 第1、第2ゲート抵抗
23、24 第1、第2ゲートドライブ
25 デッドタイム生成部
26 ゲート信号生成部
31、32 第1、第2比較器
33、34 第1、第2可変閾値部
35、36 第1、第2タイムカウンタ
37 クロック
38、39 カウントイネーブル部
1-6 First to sixth switching elements 7-9 Arm 10 First to sixth gate drives 11 Dead time generator 12 Gate signal generators 21, 22 First and second gate resistors 23, 24 First, second Gate drive 25 Dead time generation unit 26 Gate signal generation unit 31, 32 First and second comparators 33 and 34 First and second variable threshold units 35 and 36 First and second time counters 37 Clock 38 and 39 Count enable Part

Claims (12)

第1スイッチング素子の一端と第2スイッチング素子の一端を相出力端子で直列接続し、前記第1スイッチング素子の他端と直流電源の正極とを接続し、前記第2スイッチング素子の他端と前記直流電源の負極とを接続した電力変換装置であって、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子を交互に駆動するPWM信号にオンディレイ時間を設けて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記第1ゲート信号を増幅して前記第1スイッチング素子を駆動する第1ゲートドライブと、前記第2ゲート信号を増幅し前記第2スイッチング素子を駆動する第2ゲートドライブと、を備えた電力変換装置において、
前記第2スイッチング素子のゲート電圧に基づいて、前記第2スイッチング素子がオフしてから前記第1スイッチング素子がオンするまでの第1デッドタイムと、前記第1スイッチング素子がオフしてから前記第2スイッチング素子がオンするまでの第2デッドタイムを生成するデッドタイム生成部を備え、
前記ゲート信号生成部は、前記第1デッドタイムと前記第2デッドタイムに基づいて前記第1スイッチング素子のオンディレイ時間、および第2スイッチング素子のオンディレイ時間を可変することを特徴とする電力変換装置。
One end of the first switching element and one end of the second switching element are connected in series at a phase output terminal, the other end of the first switching element and a positive electrode of a DC power source are connected, and the other end of the second switching element and the A power conversion apparatus in which a negative electrode of a direct current power source is connected, wherein an on-delay time is provided in a PWM signal that alternately drives the first switching element and the second switching element, and the first gate signal and the second gate signal are provided. A gate signal generator for generating, a first gate drive for amplifying the first gate signal to drive the first switching element, and a second gate for amplifying the second gate signal to drive the second switching element. A power conversion device including a drive,
Based on the gate voltage of the second switching element, a first dead time from when the second switching element is turned off to when the first switching element is turned on, and after the first switching element is turned off, A dead time generating unit that generates a second dead time until the two switching elements are turned on;
The gate signal generation unit varies an on-delay time of the first switching element and an on-delay time of the second switching element based on the first dead time and the second dead time. apparatus.
前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子はIGBTと逆並列に接続されたダイオードのセットであることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein the first switching element and the second switching element are a set of diodes connected in antiparallel to the IGBT. 前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子はパワーMOSFETと逆並列に接続されたダイオードのセットであることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein the first switching element and the second switching element are a set of diodes connected in antiparallel with a power MOSFET. 前記デッドタイム生成部は、前記ゲート電圧がオンゲート電圧からオフゲート電圧に下がった時刻から前記第1スイッチング素子がオンするときに発生するゲート浮き電圧が現れはじめる時刻までの時間を前記第1デッドタイムとすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The dead time generation unit is defined as a time from the time when the gate voltage is lowered from the on-gate voltage to the off-gate voltage until the time when the gate floating voltage generated when the first switching element is turned on starts to appear as the first dead time. The power conversion device according to claim 1, wherein: 前記デッドタイム生成部は、前記ゲート電圧が前記第1スイッチング素子がオフし還流モードゲート電圧になったときからオンゲート電圧に移行するまでの時間を前記第2デッドタイムとすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The dead time generating unit sets the second dead time as a time from when the gate voltage is turned to a reflux mode gate voltage when the first switching element is turned off to when the gate voltage is changed to an on-gate voltage. Item 4. The power conversion device according to Item 1. 前記デッドタイム生成部は、前記ゲート電圧と閾値電圧を比較する第1比較器と、前記第1比較器の出力の変化に連動して前記閾値電圧を変化させる第1可変閾値部と、前記第1比較器の出力と前記第1ゲート信号と前記第2ゲート信号に基づき第1カウントイネーブル信号を生成する第1カウントイネーブル部と、カウントイネーブルに従いクロックをカウントする第1タイムカウンタと、を備え、
前記第1タイムカウンタのカウント値を第1デッドタイムとすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The dead time generation unit includes a first comparator that compares the gate voltage with a threshold voltage, a first variable threshold unit that changes the threshold voltage in conjunction with a change in the output of the first comparator, A first count enable unit that generates a first count enable signal based on an output of one comparator, the first gate signal, and the second gate signal, and a first time counter that counts a clock according to the count enable,
The power conversion device according to claim 1, wherein a count value of the first time counter is a first dead time.
前記デッドタイム生成部は、前記ゲート電圧と閾値電圧を比較する第2比較器と、前記第2比較器の出力の変化に連動して前記閾値電圧を変化させる第2可変閾値部と、前記第2比較器の出力と前記第1ゲート信号と前記第2ゲート信号に基づき第2カウントイネーブル信号を生成する第2カウントイネーブル部と、カウントイネーブルに従いクロックをカウントする第2タイムカウンタと、を備え、
前記第2タイムカウンタのカウント値を第2デッドタイムとすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The dead time generation unit includes a second comparator that compares the gate voltage with a threshold voltage, a second variable threshold unit that changes the threshold voltage in conjunction with a change in the output of the second comparator, A second count enable unit that generates a second count enable signal based on the output of the two comparators, the first gate signal, and the second gate signal, and a second time counter that counts a clock according to the count enable,
The power conversion device according to claim 1, wherein a count value of the second time counter is set as a second dead time.
前記ゲート信号生成部は、デッドタイム初期値から第1デッドタイムを減算して第1過剰オンディレイ時間を生成し、前記オンディレイ時間から前記第1過剰オンディレイ時間を減算して第1オンディレイ時間を生成し、前記PWM信号と前記第1オンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号を生成することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The gate signal generation unit generates a first excess on-delay time by subtracting a first dead time from a dead time initial value, and subtracts the first excess on-delay time from the on-delay time. The power converter according to claim 1, wherein time is generated, and a first gate signal is generated based on the PWM signal and the first on-delay time. 前記ゲート信号生成部は、デッドタイム初期値から第2デッドタイムを減算して第2過剰オンディレイ時間を生成し、前記オンディレイ時間から前記第2過剰オンディレイ時間を減算して第2オンディレイ時間を生成し、前記PWM信号と前記第2オンディレイ時間に基づいて第2ゲート信号を生成することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The gate signal generation unit generates a second excessive on-delay time by subtracting a second dead time from an initial dead time value, and subtracts the second excessive on-delay time from the on-delay time. The power converter according to claim 1, wherein time is generated, and a second gate signal is generated based on the PWM signal and the second on-delay time. 前記ゲート信号生成部は、前記第1デッドタイムと前記第2デッドタイムのうち、時間の長い方のデッドタイムを選択し、デッドタイム初期値から前記選択したデッドタイムを減算して過剰オンディレイ時間を生成し、前記オンディレイ時間から前記過剰オンディレイ時間を減算して新たなオンディレイ時間を生成し、前記PWM信号と前記新たなオンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The gate signal generation unit selects a longer dead time of the first dead time and the second dead time, and subtracts the selected dead time from an initial dead time value to obtain an excessive on-delay time. And generating a new on-delay time by subtracting the excess on-delay time from the on-delay time, and generating the first gate signal and the second gate signal based on the PWM signal and the new on-delay time. The power converter according to claim 1, wherein the power converter is generated. 第1スイッチング素子の一端と第2スイッチング素子の一端を相出力端子で直列接続し、前記第1スイッチング素子の他端と直流電源の正極とを接続し、前記第2スイッチング素子の他端と前記直流電源の負極とを接続した電力変換装置であって、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子を交互に駆動するPWM信号にオンディレイ時間を設けて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記第1ゲート信号を増幅して前記第1スイッチング素子を駆動する第1ゲートドライブと、前記第2ゲート信号を増幅し前記第2スイッチング素子を駆動する第2ゲートドライブと、前記第2スイッチング素子のゲート電圧に基づいて、前記第2スイッチング素子がオフしてから前記第1スイッチング素子がオンするまでの第1デッドタイムと、前記第1スイッチング素子がオフしてから前記第2スイッチング素子がオンするまでの第2デッドタイムを生成するデッドタイム生成部と、を備えた電力変換装置のデッドタイム補償方法において、
第2スイッチング素子がオフしたことを確認したらタイムカウンタを有効にするステップと、
前記第1スイッチング素子がオンするときに発生するゲート浮き電圧が現れはじめたら前記タイムカウンタを無効にするステップと、
前記タイムカウンタのカウント値を第1デッドタイムとするステップと、
前記デッドタイム初期値から第1デッドタイムを減算して第1過剰オンディレイ時間を生成するステップと、
前記オンディレイ時間から前記第1過剰オンディレイ時間を減算して第1オンディレイ時間を生成するステップと、
前記PWM信号と前記第1オンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号を生成するステップと、
前記ゲート電圧が前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子がともにオフのときに発生する還流モードゲート電圧が現れたらタイムカウンタを有効にするステップと、
前記ゲート電圧が還流モードゲート電圧よりも上昇しはじめたら前記タイムカウンタを無効にするステップと、
前記タイムカウンタのカウント値を第2デッドタイムとするステップと、
前記デッドタイム初期値から第2デッドタイムを減算して第2過剰オンディレイ時間を生成するステップと、
前記オンディレイ時間から前記第2過剰オンディレイ時間を減算して第2オンディレイ時間を生成するステップと、
前記PWM信号と前記第2オンディレイ時間に基づいて第2ゲート信号を生成するステップと、
を備えたことを特徴とする電力変換装置のデッドタイム補償方法。
One end of the first switching element and one end of the second switching element are connected in series at a phase output terminal, the other end of the first switching element and a positive electrode of a DC power source are connected, and the other end of the second switching element and the A power conversion apparatus in which a negative electrode of a direct current power source is connected, wherein an on-delay time is provided in a PWM signal that alternately drives the first switching element and the second switching element, and the first gate signal and the second gate signal are provided. A gate signal generator for generating, a first gate drive for amplifying the first gate signal to drive the first switching element, and a second gate for amplifying the second gate signal to drive the second switching element. Based on the drive and the gate voltage of the second switching element, the first switching element is turned on after the second switching element is turned off. And a dead time generation unit that generates a second dead time from when the first switching element is turned off to when the second switching element is turned on. In the time compensation method,
Enabling the time counter upon confirming that the second switching element is turned off;
Disabling the time counter when a gate floating voltage generated when the first switching element is turned on begins to appear;
Setting the count value of the time counter as a first dead time;
Subtracting a first dead time from the initial dead time value to generate a first excess on-delay time;
Subtracting the first excess on-delay time from the on-delay time to generate a first on-delay time;
Generating a first gate signal based on the PWM signal and the first on-delay time;
Enabling a time counter when a reflux mode gate voltage appears when the gate voltage appears when both the first switching element and the second switching element are off;
Disabling the time counter when the gate voltage begins to rise above the reflux mode gate voltage;
Setting the count value of the time counter as a second dead time;
Subtracting a second dead time from the initial dead time value to generate a second excess on-delay time;
Subtracting the second excessive on-delay time from the on-delay time to generate a second on-delay time;
Generating a second gate signal based on the PWM signal and the second on-delay time;
A dead time compensation method for a power conversion device, comprising:
前記第1デッドタイムと前記第2デッドタイムのうち、時間の長い方のデッドタイムを選択するステップと、
デッドタイム初期値から前記選択したデッドタイムを減算して過剰オンディレイ時間を生成するステップと、
前記オンディレイ時間から前記過剰オンディレイ時間を減算して新たなオンディレイ時間を生成するステップと、
前記PWM信号と前記新たなオンディレイ時間に基づいて第1ゲート信号と第2ゲート信号を生成するステップと、
を備えたことを特徴とする請求項11記載の電力変換装置のデッドタイム補償方法。
Selecting the longer dead time of the first dead time and the second dead time;
Subtracting the selected dead time from an initial dead time value to generate an excessive on-delay time;
Subtracting the excess on-delay time from the on-delay time to generate a new on-delay time;
Generating a first gate signal and a second gate signal based on the PWM signal and the new on-delay time;
The dead time compensation method for a power converter according to claim 11, comprising:
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