JP3016315B2 - 3値レベルインバータのパルス幅変調方法 - Google Patents
3値レベルインバータのパルス幅変調方法Info
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Description
タのパルス幅変調方法に関するものである。
記載の3値レベルインバータの構成を示した回路図であ
る。1は3値レベルインバータの1相当りの単位回路、
2〜5はそれぞれ互いに直列に接続されたスイッチング
素子、6〜9はそれぞれスイッチング素子2〜5に逆並
列に接続されたダイオード、10,11は直流電源14
間P−N間に直列接続されたコンデンサ、12はスイッ
チング素子2、3の接続点とコンデンサ10、11の接
続点の間に図示の極性で接続されたダイオード、13は
スイッチング素子4、5の接続点とコンデンサ10、1
1の接続点の間に図示の極性で接続されたダイオードを
示す。図6では、スイッチング素子2〜5は、トランジ
スタの回路記号で示したが、GTOやIGBTなどスイ
ッチング可能な素子であれば何でも構わない。また、単
位回路1は3値レベルインバータの1相を示している。
単相インバータの場合は、単位回路1の回路を2並列接
続する。そして、3相インバータの場合は、単位回路1
回路を3並列接続することにより実現される。
すると、コンデンサ10、11の充電電圧は、それぞれ
等しくEdである。この状態でスイッチング素子2〜5
のスイッチング状態を切り替えることにより、単位回路
1の出力点であるスイッチング素子3、4間の接続点の
電位を変化させることができる。コンデンサ10、11
の接続点O、スイッチング素子3、4の接続点をUと表
すと、スイッチング素子2〜5のスイッチング状態に応
じて点U−O間の電圧VUOは、表1に示すように変化す
る。
路1では、スイッチング状態に応じて3種類の電圧を出
力できる。この3値レベルインバータのスイッチング状
態を制御して所望の出力電圧VUOを得るパルス幅変調制
御方式については、様々な方式が提案されているのでこ
こでは、詳細な説明は省略する。例えば、図7に示すゲ
ートシーケンスについて説明する。図7中の21は、3
値レベルインバータの単位回路1に示す第1の素子(ス
イッチング素子2)及び第3の素子(スイッチング素子
4)のパルス幅変調信号(PWM信号1)で、高位のレ
ベルが第1の素子2の点弧指令で低位のレベルが第3の
素子4の点弧指令を示す。同様に22は、第2の素子
(スイッチング素子3)及び第4の素子(スイッチング
素子5)のパルス幅変調信号(PWM信号2)を示す。
このとき実際にスイッチング素子をON・OFFさせる
ためには、各々の素子及び素子間での制約事項がある。
それらを加味した各素子のON期間を31〜34に示
す。この中で、35は第3の素子4のOFF後、第1の
素子2のONを禁止する短絡禁止時間、36は第1の素
子2のON後、第1の素子2のOFFを禁止する最小点
弧時間、37は短絡禁止時間35の逆の短絡禁止時間、
38は第2の素子3と第4の素子5の短絡禁止時間を示
す。さらに、このときの各素子の両端電圧(トランジス
タであればC−E間電圧)を41〜44に示す。これに
よれば、第2の素子3の両端電圧が第3の素子4が再O
Nしたときに直流電源電圧の1/2をこえる。
(例えば保護回路動作)によりゲートストップが発生し
たとき、第1の素子の最小点弧時間であるとき、第2の
素子が第1の素子より先にOFFする。このとき、負荷
電流を第1及び第2の素子を流れている場合、第2の素
子のみで電流をターンオフするため、第2の素子には、
直流電源電圧が印加され、前項と同様高い耐電圧の素子
が必要になる。図9にゲートスタート時に同様に第3の
素子に直流母線電圧の1/2より高い電圧が印加される
ことがわかる。図10にもインバータ動作中に図中に示
す231,232の変調信号が入力された場合、第1の
素子および第2の素子に同様に高電圧が印加される。
は、その出力電圧が3値レベルを示すことがきるが、さ
らにその制御に使用するスイッチング素子に印加される
電圧を直流電源電圧の1/2に抑えることができ、スイ
ッチング素子の耐電圧特性の低い素子を使用することが
可能である。しかしながら、そのスイッチング制御方法
によっては、特定の素子に直流電圧の1/2以上の電圧
が、印加される場合があるという問題点があった。
ためになされたもので、各スイッチング素子に直流母線
電圧の1/2より高い電圧を印加することなく、このた
め素子の耐電圧特性を低く抑えることができる3値レベ
ルインバータのパルス幅変調方法を提供する。
ルインバータのパルス幅変調方法は、3値レベルインバ
ータに使用するスイッチング素子に過電圧が印加される
ゲートシーケンスを変調信号または点弧指令等から予め
検出し、点弧信号を組替えたり、インバータを停止させ
るものである。また、過電圧を印加しないように変調信
号を制御した場合にも、スイッチング素子の禁止時間等
の制約により、点弧指令が素子に過電圧を印加するゲー
トシーケンスになるのを防止するため変調信号のパルス
幅を所定時間より短い信号を出力しないようにしたもの
である。
ス幅変調方法は、直流電源電圧の1/2以上の電圧が素
子に印加しないようなゲートシーケンスにするととも
に、万一、印加されるゲートシーケンスが発生した場合
にも、印加される前にインバータ停止等の処置を行うも
のである。
る。なお、実施例に対する回路の構成は、図6に示す従
来のものと同様である。図1において、215は従来例
図7の21に相当する変調信号1(本図では破線で示し
ている)を本発明により読み替えた信号である。22,
35,36,37及び38は、図7と同様である。31
5,325,335及び345は、本発明による各スイ
ッチング素子2〜5のON(点弧)期間を示す。41
5,425,435及び445は、上記点弧状態により
各スイッチング素子2〜5の両端に印加される電圧波形
を示す。
場合を示したものである。なお、時間t1は第1の素子
2および第3の素子4間の短絡禁止時間35と、第1の
素子2の最小点弧時間36との和である。この場合、図
1の315〜345に示すように各素子2〜5は、第1
の素子2および第2の素子3がOFFしてから、時間t
2の間において全てOFFである。そして、まず第3の
素子4がONすると、第1の素子2および第2の素子3
に印加される電圧は、図1の415、425に示すよう
に直流電源14の電圧の1/2である充電電圧Edの1
/2に抑制される。次に第4の素子5もONすると、第
1の素子2および第2の素子3に印加される電圧は、直
流電源14の電圧の1/2である充電電圧Edに抑制さ
れる。また、各素子2〜5が全てOFFしてから、まず
第2の素子3がONし、次に第1の素子2がONした場
合、第3の素子4および第4の素子5に印加される電圧
ついても同様に充電電圧Ed以下に抑制される。
号の最小時間を時間t1に制限したが、時間t1よりも
短い時間の変調信号が発生した場合に、その信号を無視
する等の方法によっても同様の効果が得られることは言
うまでもない。
1はゲートスタート指令で、高位のレベルはインバータ
起動状態を指令しており各スイッチング素子の動作指令
にあたる。311は第1の素子のON期間を示し、ゲー
トスタート信号が、低位のレベル即ちゲート停止すべき
ところが、この素子の最小点弧期間の制約により、停止
が遅れていることを示している。このとき、第2の素子
が第1の素子より先にOFFすると従来例図7に示すと
おりとなるが、本発明では、第1の素子が少なくともO
FFする時刻より後に第2の素子をOFFすることによ
り、第2の素子に印加する電圧を抑制している。316
の場合は、第1の素子と第2の素子が同時にOFFする
ことにより、直流電源電圧を2個の素子で分担した場合
で、素子のターンオフ特性にも依存するが、少なくとも
全電圧を1素子で負担することがない。
ば、第1の素子2をOFFした後、第2の素子3をOF
Fさせるため、第1の素子2及び第2の素子3にも直流
電源電圧の1/2の電圧しか印加されない。本実施例で
は、第1の素子2と第2の素子3について述べたが、第
1の素子2を第4の素子5に、第2の素子3を第3の素
子4に読み替えた場合も同種の効果を得ることは、言う
までもない。
施例は、全素子2〜5がOFFの状態から、スイッチン
グ開始したときの例を示している。この場合、中間の第
2の素子3と第1の素子2を最初に点弧しており、これ
によれば、各スイッチング素子2〜5には、上述の例と
同様、直流電源電圧の1/2の電圧までしか印加されな
い。
子3を最初に点弧する例を述べたが、第2の素子3また
は、第3の素子4のどちらか一方を点弧すればよい。ま
た、本実施例は、全素子2〜5がOFF後の例とした
が、インバータ起動時のように、動作し始めるときで
も、何等かの条件で全素子OFF状態が発生した後のス
イッチング動作でも構わない。
8,228は、1相分の変調信号で、218が高位のレ
ベル、228が低位のレベルとなった場合、このまま、
ゲート指令を各4素子に分配すると、直流電源電圧の1
/2以上の電圧印加されるため本実施例では、インバー
タを停止し、各スイッチング素子を消弧させる例であ
る。また、同上の状態となった場合に、例えばインバー
タを電源から切り離したり、またはインバータの電源を
充電されている図10中の10,11のフィルタコンデ
ンサをサイリスタ等のスイッチにより、抵抗等の負荷に
より放電させる等の例もある。
219,229は、図4の例では、インバータを停止さ
せたが、本実施例では、変調信号を25,26のように
読み替えることにより、変調信号1が高位、変調信号2
が低位になることを回避した例である。
バータのパルス幅変調方法によれば、スイッチング素子
に過大な電圧が印加されるゲートシーケンスを取り除く
ことができ、素子の耐電圧特性を直流電源電圧の1/2
にすることができる。
の最小制限を示した説明図である。
ゲートシーケンスを示す説明図である。
ゲートシーケンスを示す説明図である。
ートシーケンスを示す説明図である。
調信号変換を示す説明図である。
成図である。
スを示す説明図である。
時の信号を示す説明図である。
時の信号を示す説明図である。
るゲートシーケンスを示す説明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 直流電源に直列接続された4個のスイッ
チング素子と、このスイッチング素子にそれぞれ逆並列
接続された第1のダイオードと、上記直流電源に直列接
続された2個のコンデンサと、上記スイッチング素子の
うち直流高圧側の2素子の接続点と上記両コンデンサの
接続点間に接続された第2のダイオードと、上記スイッ
チング素子のうち直流低圧側の2素子の接続点と上記両
コンデンサの接続点間に接続された第3のダイオードと
からなる3値レベルインバータのスイッチング状態を制
御し、上記各スイッチング素子の最小点弧時間、直流高
圧側から数えて第1の素子消弧後第3の素子の点弧を禁
止する短絡禁止時間、同様にその逆の短絡禁止時間およ
び第2の素子と第4の素子間の短絡禁止時間を有するパ
ルス幅変調制御方法において、上記各スイッチング素子
を指令する変調信号は最小点弧時間と短絡禁止時間との
和より短かいものを禁止することを特徴とする3値レベ
ルインバータのパルス幅変調方法。 - 【請求項2】 請求項1において、直流高圧側の第1お
よび第2の素子が点弧中にインバータ停止して、全素子
を消弧状態に移行するとき、直流高圧側の第1の素子を
消弧させた後、第2の素子を消弧させ、また、直流低圧
側の第3および第4の素子点弧中に同様にインバータ停
止状態に移行するとき、直流低圧側の第4の素子を消弧
させた後、第3の素子を消弧させることを特徴とする3
値レベルインバータのパルス幅変調方法。 - 【請求項3】 請求項1において、消弧状態に移行する
とき、直流高圧側の第1の素子および第2の素子が点弧
状態で、かつ直流低圧側の第3の素子および第4の素子
が消弧状態の場合には、第1の素子および第2の素子を
同時に消弧させ、直流低圧側の第3の素子および第4の
素子が点弧状態で、かつ直流高圧側の第1の素子および
第2の素子が消弧状態の場合には、第3の素子および第
4の素子を同時に消弧させることを特徴とする3値レベ
ルインバータのパルス幅変調方法。 - 【請求項4】 請求項1において、インバータ起動させ
るとき、即ち全スイッチング素子消弧状態から順次点弧
させるとき、まず最初に直流高圧側の第2の素子と直流
低圧側の第3の素子の少なくともどちらか一方を点弧さ
せることでインバータ起動させることを特徴とする3値
レベルインバータのパルス幅変調方法。 - 【請求項5】 請求項1において、第1の素子と第4の
素子を点弧させる変調信号が発生したとき、インバータ
を停止させることを特徴とする3値レベルインバータの
パルス幅変調方法。 - 【請求項6】 請求項1において、第1の素子と第4の
素子を点弧させる変調信号が発生したとき、変調信号を
他の信号に読み替えることを特徴とする3値レベルイン
バータのパルス幅変調方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4298571A JP3016315B2 (ja) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | 3値レベルインバータのパルス幅変調方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4298571A JP3016315B2 (ja) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | 3値レベルインバータのパルス幅変調方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06153517A JPH06153517A (ja) | 1994-05-31 |
JP3016315B2 true JP3016315B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=17861472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4298571A Expired - Lifetime JP3016315B2 (ja) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | 3値レベルインバータのパルス幅変調方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3016315B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009052488A1 (de) * | 2009-11-09 | 2011-05-12 | Andreas Stihl Ag & Co. Kg | Zündmodul mit einer Busleitung |
JP6111726B2 (ja) * | 2013-02-19 | 2017-04-12 | 富士電機株式会社 | マルチレベル電力変換回路の制御方式 |
-
1992
- 1992-11-09 JP JP4298571A patent/JP3016315B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH06153517A (ja) | 1994-05-31 |
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