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JP2018148595A - Multilevel power conversion device and control method of the same - Google Patents

Multilevel power conversion device and control method of the same Download PDF

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JP2018148595A
JP2018148595A JP2017037905A JP2017037905A JP2018148595A JP 2018148595 A JP2018148595 A JP 2018148595A JP 2017037905 A JP2017037905 A JP 2017037905A JP 2017037905 A JP2017037905 A JP 2017037905A JP 2018148595 A JP2018148595 A JP 2018148595A
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switching devices
phase
voltage source
voltage
common
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JP2017037905A
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正太 漆畑
Shota Urushibata
正太 漆畑
鎮教 濱田
Shizunori Hamada
鎮教 濱田
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent occurence of a voltage change of two levels or more with line-to-line voltage upon switch control for controlling charging/discharging of a flying capacitor in a multilevel power conversion device sharing the flying capacitor by a plurality of phases.SOLUTION: When two or more phases for outputting potential using a flying capacitor Cexist, and switching of a switch group for controlling current polarity flowing in the flying capacitor Cis required, the potential of the phase for outputting the potential using the flying capacitor Cis changed to potential which does not use the flying capacitor Cwith one level difference with the potential. In all the phases for changing the potential, the polarity for changing the potential is made the same. A charging/discharging pattern for inverting the current polarity flowing in the flying capacitor Cis switched. Lastly, the potential of each phase is returned to the original potential.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フライングキャパシタ方式のマルチレベル変換装置に係り、特に、フライングキャパシタの充放電制御に伴うスイッチの制御に関する。   The present invention relates to a flying capacitor type multi-level converter, and more particularly to control of a switch accompanying charge / discharge control of a flying capacitor.

電圧型の直流/交流電力変換器(インバータ)において、その交流出力の高電圧化・大容量化・高品質化・低損失化・装置の小型化などを目的として、その出力電圧レベルを3レベル以上に増加させるマルチレベルインバータ回路が種々公開されている。   In the voltage type DC / AC power converter (inverter), the output voltage level is 3 levels for the purpose of high voltage, large capacity, high quality, low loss and downsizing of the AC output. Various multi-level inverter circuits to be increased are disclosed.

特許文献1は、直流電圧源に対し、コンデンサ及びそのコンデンサの両端に接続されるスイッチングデバイスによって構成される回路が開示されている。直流電圧源と交流出力端子との間の電流経路のスイッチングデバイスをオンオフすることにより、直流電圧源に対しコンデンサを直列接続したり、切り離したり、コンデンサの接続向きを切り替える。   Patent Document 1 discloses a circuit constituted by a capacitor and a switching device connected to both ends of the capacitor with respect to a DC voltage source. By switching on and off the switching device in the current path between the DC voltage source and the AC output terminal, the capacitor is connected in series to or disconnected from the DC voltage source, and the connection direction of the capacitor is switched.

これにより、直流電圧源の両端電位に加えて、その複数のコンデンサによる電圧を、任意の数だけ加算・減算した電位を交流出力端子に出力することが可能となる。一般的に、このコンデンサはフライングキャパシタと呼ばれ、このような電力変換装置はフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置などと呼ばれる。   As a result, in addition to the potentials at both ends of the DC voltage source, it is possible to output to the AC output terminal a potential obtained by adding or subtracting an arbitrary number of voltages from the plurality of capacitors. Generally, this capacitor is called a flying capacitor, and such a power converter is called a flying capacitor type multi-level power converter.

特許文献2には、フライングキャパシタを複数の交流出力相において共有する構成のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置が開示されている。特許文献1では、交流出力相毎に独立したフライングキャパシタが設けられている。例えば、三相のフライングキャパシタ式3レベル電力変換回路の場合、一つの直流電圧源に対して、フライングキャパシタは3つ必要となる。   Patent Document 2 discloses a flying capacitor type multi-level power converter configured to share a flying capacitor in a plurality of AC output phases. In Patent Document 1, an independent flying capacitor is provided for each AC output phase. For example, in the case of a three-phase flying capacitor type three-level power conversion circuit, three flying capacitors are required for one DC voltage source.

特許文献2では、フライングキャパシタは複数の出力相において共同で利用できる構成となっている。例えば、3レベル電力変換回路の場合、1つの直流電圧源に対して、出力相数がいくつであってもフライングキャパシタは1つでよい。5レベル電力変換回路の場合、直流電圧源が2つ(2分圧される)に対して、出力相数がいくつであってもフライングキャパシタは2つで良い。   In Patent Document 2, the flying capacitor is configured to be used jointly in a plurality of output phases. For example, in the case of a three-level power conversion circuit, one flying capacitor is sufficient for one DC voltage source regardless of the number of output phases. In the case of a 5-level power conversion circuit, two flying capacitors are sufficient for two DC voltage sources (divided by two), regardless of the number of output phases.

これにより、マルチレベル電力変換回路を構成するために必要なフライングキャパシタの数・容量を減らすことができる。   As a result, the number and capacity of flying capacitors necessary for configuring the multilevel power conversion circuit can be reduced.

フライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置におけるフライングキャパシタの両端電圧は、所望の電圧出力をパルス幅変調(PWM)によって実現するため、規定の電圧に維持されることを前提としている。例えば、直流リンク電圧の1/2,1/4などに維持される。   It is assumed that the voltage across the flying capacitor in the flying capacitor multilevel power converter is maintained at a specified voltage in order to realize a desired voltage output by pulse width modulation (PWM). For example, it is maintained at 1/2, 1/4, etc. of the DC link voltage.

また、フライングキャパシタの両端電圧は,通常外部からの電力供給・消費によって制御されるのではなく、そのフライングキャパシタを利用することによって流れる電流によって充電・放電され変動する。従って、フライングキャパシタの両端電圧を規定電圧に維持するためには、そのフライングキャパシタに流れる電流を任意に制御する事によって規定電圧に制御する必要がある。   Also, the voltage across the flying capacitor is not normally controlled by power supply / consumption from the outside, but is charged / discharged and fluctuated by the current flowing by using the flying capacitor. Therefore, in order to maintain the voltage across the flying capacitor at a specified voltage, it is necessary to control the current flowing through the flying capacitor to a specified voltage by arbitrarily controlling the current.

図19は、特許文献1における3レベルマルチレベル電力変換回路の例である。直流電圧源の電圧VDCの大きさをEとした場合,フライングキャパシタCFCの電圧をE/2に制御することで、3レベルの電圧が出力可能である。ここで、出力電圧VOUTはE/2,0,−E/2となる。なお、図19では、基準電位を決める便宜上、直流電圧源を構成するコンデンサをCDC1とCDC2に分割し、同時に電圧EをE/2に分圧している。また、CDC1とCDC2との共通接続点を基準電位点とする。 FIG. 19 is an example of a three-level multilevel power conversion circuit in Patent Document 1. If the magnitude of the voltage V DC of the DC voltage source was set to E, by controlling the voltage of the flying capacitor C FC to E / 2, a three-level voltage can be output. Here, the output voltage V OUT is E / 2, 0, −E / 2. In FIG. 19, for convenience in determining the reference potential, the capacitor constituting the DC voltage source is divided into C DC1 and C DC2 , and the voltage E is divided into E / 2 at the same time. A common connection point between C DC1 and C DC2 is set as a reference potential point.

フライングキャパシタCFCに電流が流れるスイッチングパターンは、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオンで第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフの時と、第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオンで、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオフの時がある。 The switching pattern in which a current flows through the flying capacitor C FC includes the second and fourth switching patterns when the first and third switching devices S 1 and S 3 are on and the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are off. There are times when the switching devices S 2 and S 4 are on and the first and third switching devices S 1 and S 3 are off.

フライングキャパシタCFCの電圧がE/2であるとすると、この両者の場合に交流出力端子に出力される出力電圧VOUTはいずれも0となる。従って、0の電圧を出力するためのスイッチングパターンには2通り存在することになる。 Assuming that the voltage of the flying capacitor C FC is E / 2, in both cases, the output voltage V OUT output to the AC output terminal is zero. Therefore, there are two types of switching patterns for outputting a voltage of 0.

交流出力電流IOUTが、図19に示すように直流側から交流端子側の方向に流れている場合、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフのスイッチングパターンを選択すると、フライングキャパシタCFCが充電する方向に電流が流れる。一方、第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオン,第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオフのスイッチングパターンを選択すると、フライングキャパシタCFCが放電する方向に電流が流れることになる。 When the AC output current I OUT flows from the DC side to the AC terminal side as shown in FIG. 19, the first and third switching devices S 1 and S 3 are on, and the second and fourth switching devices S When 2, S 4 selects the switching pattern of off, current flows in a direction that flying capacitor C FC charges. On the other hand, when a switching pattern in which the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are on and the first and third switching devices S 1 and S 3 are off is selected, a current flows in a direction in which the flying capacitor C FC is discharged. It will be.

よって、出力電圧に0を出力する期間において、この2つのスイッチングパターンを適切な割合で選択することにより、フライングキャパシタCFCの充電・放電を制御する事ができる。例えば、出力電流IOUTの方向が検出できる場合、スイッチング制御によって、適切なスイッチングパターンを選択することにより、フライングキャパシタCFCの充放電を任意に制御する事ができる。 Therefore, in the period for outputting 0 to the output voltage, by selecting the two switching patterns in appropriate proportions, it can be controlled charging and discharging the flying capacitor C FC. For example, when the direction of the output current I OUT can be detected, charging / discharging of the flying capacitor C FC can be arbitrarily controlled by selecting an appropriate switching pattern by switching control.

以上のフライングキャパシタ回路特性,およびその電圧制御の基本的な方法は、特許文献2で開示された複数の出力相でフライングキャパシタCFCを共有する回路方式についても同様である。図20に、特許文献2の実施形態14〜17で開示されているマルチレベル電力変換装置が備える基本回路を示し、それに含まれるフライングキャパシタCFCの電圧制御について説明する。 The basic method of the above flying capacitor circuit characteristics, and the voltage control is the same for the circuit method of sharing flying capacitor C FC at multiple power phases disclosed in Patent Document 2. Figure 20 shows a basic circuit included in the multi-level power converter disclosed in the embodiments 14 to 17 of Patent Document 2 will be described voltage control of the flying capacitor C FC contained therein.

図19と同様、直流電圧源に対して、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4と、フライングキャパシタCFCで構成されるフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路が並列に接続される。直流電圧源の電圧VDCをEとしたとき、フライングキャパシタCFCの電圧VFCをE/2と制御する事で、端子P2に0の電圧を出力することができる。 As in FIG. 19, the first to fourth switching devices S 1 to S 4 and the flying capacitor type multi-level power conversion circuit configured by the flying capacitor C FC are connected in parallel to the DC voltage source. When the voltage V DC of the DC voltage source is E, the voltage V FC of the flying capacitor C FC is controlled to E / 2, so that a voltage of 0 can be output to the terminal P 2 .

図19の場合と異なり、第2,第3スイッチングデバイスS2,S3の中間点から出力される端子P2の電位は、常に0に制御される。従って、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4は、第1,第2スイッチングデバイスS1とS2,第3,第4スイッチングデバイスS3とS4が同時にオンすることはなく、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフのパターン、又は、第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオン,第1,第3スイッチングデバイスS1,S3をオフのパターンのみを選択する。 Unlike the case of FIG. 19, the potential of the terminal P 2 output from the intermediate point between the second and third switching devices S 2 and S 3 is always controlled to zero. Accordingly, the first to fourth switching devices S 1 to S 4 do not turn on the first and second switching devices S 1 and S 2 and the third and fourth switching devices S 3 and S 4 at the same time. 1, the third switching devices S 1 , S 3 are on, the second, fourth switching devices S 2 , S 4 are off, or the second, fourth switching devices S 2 , S 4 are on, the first , Only the pattern of turning off the third switching devices S 1 and S 3 is selected.

各相の出力は、直流電圧源の正極端P1の電位V1=+E/2,直流電圧源の負極端P3の電位V3=−E/2,端子P2の電位V2=0の3つの電位を入力し、それら3つの電位から一つの電位を電圧選択回路1,2によって選択することによって、マルチレベル(3レベル)電圧を出力する。 The output of each phase is the potential V 1 at the positive terminal P 1 of the DC voltage source = + E / 2, the potential V 3 at the negative terminal P 3 of the DC voltage source = −E / 2, the potential V 2 = 0 at the terminal P 2. These three potentials are input, and one potential is selected from the three potentials by the voltage selection circuits 1 and 2, thereby outputting a multi-level (three-level) voltage.

図20では出力が2相ある場合の例を示しており、電圧選択回路1によって出力電位VOUT1,電圧選択回路2によって出力電位VOUT2の二つの出力が得られる。 FIG. 20 shows an example in which there are two phases of output. Two outputs of the output potential V OUT1 are obtained by the voltage selection circuit 1 and the output potential V OUT2 is obtained by the voltage selection circuit 2.

以下の説明は出力が3相以上の場合においても、同様の原理となるが、簡単化のため、図20のとおり2相で説明する。   The following explanation is based on the same principle even when the output is three or more phases. However, for the sake of simplicity, explanation will be made with two phases as shown in FIG.

フライングキャパシタCFCの電圧は、図19の場合と同じく、フライングキャパシタCFCに流れる電流によって変動する。フライングキャパシタCFCに流れる電流IFCは、端子P2に流れる電流と、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のスイッチングパターンによって決まり、端子P2に流れる電流は、端子P2の電位を選択した出力相の出力電流の合計によって決まる。 Voltage of the flying capacitor C FC, like the case of FIG. 19, varies with the current flowing through the flying capacitor C FC. Current I FC that flows through the flying capacitor C FC, the current flowing in terminal P 2, determined by the switching pattern of the first to fourth switching devices S 1 to S 4, the current flowing through the terminal P 2 is the terminal P 2 potential Is determined by the total output current of the selected output phase.

フライングキャパシタCFCに流れる電流IFCおよび出力電流IOUT1,IOUT2の極性を、図20の矢印方向が正とする。その時、例えば、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフで、電圧選択回路1が端子P2,電圧選択回路2が端子P2以外を選択していた場合,IFC=IOUT1となる。 The polarity of the current I FC flowing through the flying capacitor C FC and the output currents I OUT1 and I OUT2 is positive in the direction of the arrow in FIG. At that time, for example, the first and third switching devices S 1 and S 3 are on, the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are off, the voltage selection circuit 1 is a terminal P 2 , and the voltage selection circuit 2 is a terminal. If you selected the non-P 2, the I FC = I OUT1.

第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオン,第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオフで,電圧選択回路1,2が上記と同じ状況の場合、IFC=−IOUT1となる。さらに、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフで、電圧選択回路1,電圧選択回路2の両方が端子P2を選択していた場合,IFC=IOUT1+IOUT2となる。 When the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are on, the first and third switching devices S 1 and S 3 are off, and the voltage selection circuits 1 and 2 are in the same situation as above, I FC = −I OUT1 . Furthermore, the first and third switching devices S 1 and S 3 are on, the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are off, and both the voltage selection circuit 1 and the voltage selection circuit 2 select the terminal P 2 . In this case, I FC = I OUT1 + I OUT2 .

電圧選択回路1,2の両方が端子P2以外を選択していた場合は、当然IFC=0となり、電圧変動も発生しない。以上から、端子P2に流れる電流(極性)と、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のパターンによって、フライングキャパシタCFCが充電するか放電するかが決定される。 If both the voltage selection circuits 1 and 2 have selected other than the terminal P 2 , naturally, I FC = 0 and no voltage fluctuation occurs. From the above, the current flowing through the terminal P 2 (polarity), the first to fourth pattern switching device S 1 to S 4, or flying capacitor C FC discharges or charges is determined.

従って、検出や推定などによって得られる出力電流情報や電圧選択回路1,2の選択状況と、フライングキャパシタCFCの電圧情報を元に、端子P2に流れる電流を推定することによって、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のスイッチングパターンを決定し、フライングキャパシタCFCの電圧制御を行うことができる。 Therefore, based on the selection status of the output current information and voltage selection circuits 1 and 2 obtained by such detection or estimation, the voltage information of the flying capacitor C FC, by estimating the current flowing through the terminal P2, the first to The switching pattern of the four switching devices S 1 to S 4 can be determined, and the voltage control of the flying capacitor C FC can be performed.

特許3301761号Patent 3301761 特開2015−47056号公報JP 2015-47056 A

フライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置は、フライングキャパシタに付属するスイッチングデバイスのうち、フライングキャパシタを介して電流を流す2つのスイッチングパターンを制御する事によって、フライングキャパシタの充電・放電の状態を切り替えて、その電圧を任意の大きさになるように制御する。   The flying capacitor type multi-level power converter switches the charging / discharging state of the flying capacitor by controlling two switching patterns in which a current flows through the flying capacitor among the switching devices attached to the flying capacitor, The voltage is controlled to an arbitrary magnitude.

この2つのスイッチングパターンは、フライングキャパシタの電圧が規定値にあるとすると、どちらを選択しても同じ出力電位となる。図19において、フライングキャパシタCFCの電位が+E/2ならば、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフのパターンと、第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオン,第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオフのパターンのいずれを選択しても出力電位VOUTは0になる。 These two switching patterns have the same output potential no matter which one is selected, assuming that the voltage of the flying capacitor is at a specified value. 19, and if the potential of the flying capacitor C FC is + E / 2, the first, third switching device S 1, S 3 is turned on, the second, the fourth switching device S 2, S 4 is off patterns, The output potential V OUT becomes 0 regardless of which of the patterns in which the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are on and the first and third switching devices S 1 and S 3 are off.

特許文献1に見られるような一般的なフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置における充放電の切り替え時の問題について考える。図19において、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3をオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4をオフとし、フライングキャパシタCFCに電流が流れるスイッチングパターンを選択しているとする。 A problem at the time of switching between charge and discharge in a general flying capacitor type multi-level power converter as seen in Patent Document 1 will be considered. In FIG. 19, the first and third switching devices S 1 and S 3 are turned on, the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are turned off, and a switching pattern in which a current flows through the flying capacitor C FC is selected. And

この状態から、第2,第4スイッチングデバイスS2,S4をオン,第1,第3スイッチングデバイスS1,S3をオフとするもう一つのフライングキャパシタCFCに電流が流れるスイッチングパターンに切り替える場合、直流電圧源およびフライングキャパシタの短絡を防ぐために、一時的にすべての第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4スイッチをオフする必要がある。 From this state, switches the second, the fourth switching device S 2, S 4 on, first, the switching pattern in which a current flows in the third switching device S 1, another of the flying capacitor to the S 3 Off C FC In this case, it is necessary to temporarily turn off all the first to fourth switching devices S 1 to S 4 in order to prevent a short circuit between the DC voltage source and the flying capacitor.

その際、出力電流の経路は、フライングキャパシタCFCに流れる経路から、第1,第2スイッチングデバイスS1,S2または第3,第4スイッチングデバイスS3,S4のスイッチ(IGBTなど)に逆並列に接続されたダイオードを介して流れる経路に切り替わる。 At that time, the path of the output current is from the path flowing through the flying capacitor C FC to the switch (IGBT or the like) of the first and second switching devices S 1 and S 2 or the third and fourth switching devices S 3 and S 4. It switches to the path which flows through the diode connected in antiparallel.

従って、出力電位VOUTは、出力電流IOUTの方向に従って、+E/2または−E/2となる。このような意図しない出力電位の変化により、指令値に対する出力電位VOUTの誤差や転流によるスイッチング損失の発生が生じる。 Therefore, the output potential V OUT becomes + E / 2 or −E / 2 according to the direction of the output current I OUT . Such an unintended change in the output potential causes an error in the output potential V OUT with respect to the command value and a switching loss due to commutation.

また、複数相でインバータを構成(例えば単相(2相)や3相など)している場合においては、別の相のPWMなどによる電位変化と、この意図しない電位変化のタイミングが重なることによって、その2相間の線間電圧出力に、同時もしくはごく短時間で2レベル分の変化が発生する可能性がある。   In addition, in the case where an inverter is configured with a plurality of phases (for example, single phase (two phases) or three phases), the potential change due to PWM of another phase overlaps with the timing of this unintended potential change. The line voltage output between the two phases may change by two levels simultaneously or in a very short time.

線間電圧の電位変化が通常の2倍になると、電位の変化速度も倍となり、その電位変化率や、大きなサージ電圧によって、その負荷に通常よりも大きな負担がかかり、負荷の種類によっては様々な悪影響が発生する可能性がある。   When the potential change of the line voltage doubles the normal, the rate of change of the potential also doubles, and the load changes more than usual due to the potential change rate and a large surge voltage, depending on the type of load. Adverse effects may occur.

例えば、負荷がモータの場合、モータ端子やモータ巻線間に通常よりも大きな電圧が加わることで絶縁が低下する可能性があり、結果として寿命低下の要因となる。また、電圧変化に伴うノイズの増加や、損失が増加するなどの問題も発生する。   For example, when the load is a motor, insulation may be reduced by applying a voltage larger than usual between the motor terminals and the motor windings, resulting in a reduction in life. In addition, problems such as an increase in noise accompanying a voltage change and an increase in loss occur.

このような意図しない電位変化を防止するため、充放電パターン間を直接切り替える制御は禁止し、パルス幅変調などによって一旦別の電位に変化した後に、再度フライングキャパシタCFCを介して出力する電位に切り替わるタイミングで切り替える手法が一般的に用いられている。 To prevent such unintentional potential changes, the control of switching between charge and discharge pattern directly prohibited, after once changed to another potential, such as by pulse width modulation, the potential output through again flying capacitor C FC A method of switching at the timing of switching is generally used.

図21に例を示す。同位相でオフセットの異なる2つのキャリア信号(キャリア信号carry1,キャリア信号carry2)と、電圧指令とを比較して3レベルの電圧出力指令を生成するPWM制御である。これを図19の回路に適用することを考える。電圧指令とキャリア信号carry1,carry2の関係により、以下のように出力電位を制御する。
電圧指令≧carry1 :VOUT=+E/2
carry1>電圧指令≧carry2 :VOUT=0
carry2>電圧指令 :VOUT=−E/2
出力電位VOUT=0の時、フライングキャパシタCFCを利用して出力を行うことになるが、このときのスイッチングパターンは既に述べたとおり2通りある。図21に示すように、PWM制御を行いながら、出力電位VOUT=0になるたびに、この2通りのパターンを交互に切り替える。
An example is shown in FIG. This is PWM control that generates a three-level voltage output command by comparing two carrier signals (carrier signal carry1, carrier signal carry2) having the same phase and different offsets with the voltage command. Consider applying this to the circuit of FIG. The output potential is controlled as follows according to the relationship between the voltage command and the carrier signals carry1 and carry2.
Voltage command ≧ carry1: V OUT = + E / 2
carry1> voltage command ≧ carry2: V OUT = 0
carry2> Voltage command: V OUT = −E / 2
When the output potential V OUT = 0, output is performed using the flying capacitor C FC . At this time, there are two switching patterns as described above. As shown in FIG. 21, the two patterns are alternately switched every time the output potential V OUT = 0 while performing the PWM control.

または、フライングキャパシタCFCの電圧および出力電流の極性などを見ながら、フライングキャパシタCFCの電圧が最適値になるように、出力電位VOUT=0になるタイミングで、この2パターンを選択する。 Alternatively, these two patterns are selected at the timing when the output potential V OUT = 0 so that the voltage of the flying capacitor C FC becomes an optimum value while observing the voltage of the flying capacitor C FC and the polarity of the output current.

このようにすることで、出力電位VOUT=0を出力中、すなわちフライングキャパシタCFCを利用した出力中に充放電パターンを切り替えることなく、フライングキャパシタCFCの電圧を制御することができる。 In this way, while an output potential V OUT = 0, that is, without switching the charge and discharge pattern in the output using a flying capacitor C FC, it is possible to control the voltage of the flying capacitor C FC.

一方、特許文献2(特に、実施形態14〜17)のような複数の相でフライングキャパシタを共有するマルチレベル電力変換装置でも同様の問題が発生する。図22にフライングキャパシタ共通方式の回路例を示す。   On the other hand, the same problem occurs in a multilevel power conversion device that shares a flying capacitor in a plurality of phases as in Patent Document 2 (particularly, Embodiments 14 to 17). FIG. 22 shows a circuit example of a common flying capacitor system.

図22は、図20における一つ目の相をX相,二つ目の相をY相とし、また電圧選択回路1,2は、3つのスイッチを用いたT型3レベル回路で構成している。そして、端子P2への接続を制御する電圧選択回路1,2内の第3スイッチSX3,SY3はそれぞれ二つの第3スイッチSX3A,SX3B,および第3SY3A,SY3Bを逆直列に接続することによって構成した逆阻止スイッチとする。また、負荷は例として誘導性負荷とする。 In FIG. 22, the first phase in FIG. 20 is the X phase, the second phase is the Y phase, and the voltage selection circuits 1 and 2 are composed of a T-type three-level circuit using three switches. Yes. The third switches S X3 and S Y3 in the voltage selection circuits 1 and 2 for controlling the connection to the terminal P 2 are two series switches S X3A and S X3B and the third S Y3A and S Y3B in anti-series. The reverse blocking switch is configured by connecting to. The load is an inductive load as an example.

図23に、フライングキャパシタCFCを利用した電位出力中の、フライングキャパシタの充放電パターン切り替えの様子を示す。また、図24に、そのときの各スイッチングデバイス、各スイッチのON/OFF信号およびX相,Y相の出力電位VOUT_X,VOUT_Y,X相−Y相間の線間電圧VOUT_XYを示す。図23において、丸で囲まれているスイッチングデバイス,スイッチはオン状態,点線のスイッチングデバイス,スイッチはオフ状態を示している。 23 shows in potential output using the flying capacitor C FC, the state of charge and discharge pattern switching flying capacitor. FIG. 24 shows the switching devices, the ON / OFF signals of the switches, the X-phase and Y-phase output potentials V OUT_X and V OUT_Y , and the line voltage V OUT_XY between the X and Y phases. In FIG. 23, the switching devices and switches surrounded by circles are in an on state, and the dotted line switching devices and switches are in an off state.

初期状態t0において、フライングキャパシタCFCの充放電特性を決める(フライングキャパシタCFCの充放電電流極性を制御する)第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4の状態(充放電パターン)は、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフの状態である。 In the initial state t 0, determines the charge and discharge characteristics of the flying capacitor C FC (Flying controlling the charging and discharging current polarity of the capacitor C FC) first to fourth state of the switching device S 1 to S 4 (charge-discharge pattern) The first and third switching devices S 1 and S 3 are on, and the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are off.

また、電圧選択回路1,2は,X相は第1,第2スイッチSX1,SX2がオフ,第3スイッチSX3(SX3A,SX3B)がオン,Y相はスイッチ第1,第2SY1,SY2がオフ,第3スイッチSY3(SY3A,SY3B)がオンの状態である。これはX相,Y相いずれも端子P2の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタCFCを利用して電圧を出力している状態である。 In the voltage selection circuits 1 and 2, the first and second switches S X1 and S X2 are off in the X phase, the third switch S X3 (S X3A and S X3B ) is on, and the first and second switches in the Y phase are the first and first switches. 2S Y1 and S Y2 are off, and the third switch S Y3 (S Y3A and S Y3B ) is on. This X-phase, a state where both Y phase and outputs the potential of the terminal P 2, i.e., a state in which the output voltage by using a flying capacitor C FC.

X相の出力電流は直流側から交流側に流れており(IOUT_X>0),Y相の出力電流は交流側から直流側へ流れている(IOUT_Y<0)とする。フライングキャパシタCFCの充放電特性を切り替えるため、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3をオンからオフ,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4をオフからオンに切り替える場合、直流電圧源およびフライングキャパシタCFCの短絡を防止するため、一時的に第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のすべてをオフにする(時刻t1)。 The X-phase output current flows from the DC side to the AC side (I OUT_X > 0), and the Y-phase output current flows from the AC side to the DC side (I OUT_Y <0). In order to switch the charge / discharge characteristics of the flying capacitor C FC , when switching the first and third switching devices S 1 and S 3 from on to off and the second and fourth switching devices S 2 and S 4 from off to on, direct current to prevent shorting of the voltage source and the flying capacitor C FC, temporarily to the first to fourth off all the switching devices S 1 to S 4 (time t 1).

このとき、フライングキャパシタCFCを流れていたX相の出力電流IOUT_Xは、その先のフライングキャパシタCFCないし直流電圧源までの経路が遮断されるために、直流電圧源の負極端P3から、第2スイッチSX2のダイオードを介して流れる経路に転流する。従って、X相の出力電位VOUT_Xは0から−E/2へ変化する。 At this time, the output current I OUT_X the X phase which has been flowing in the flying capacitor C FC, to route to the flying capacitor C FC to the DC voltage source ahead is blocked, the negative terminal P 3 of the DC voltage source , And commutates to a path that flows through the diode of the second switch S X2 . Accordingly, the X-phase output potential V OUT — X changes from 0 to −E / 2.

同様にY相の出力電流IOUT_Yは、直流電圧源の正極端P1から第1スイッチSY1のダイオードを介して流れる電流経路に転流し、Y相の出力電位VOUT_Yは0から+E/2へ変化する。このとき,線間電圧VOUT_XYは0から−Eへ、2レベル分の電圧変化が発生する。 Similarly, the Y-phase output current I OUT_Y is commutated from the positive terminal P 1 of the DC voltage source to the current path flowing through the diode of the first switch S Y1 , and the Y-phase output potential V OUT_Y is changed from 0 to + E / 2. To change. At this time, the line voltage V OUT_XY changes from 0 to −E by two levels.

時刻t2において、第2,第4スイッチングデバイスS2,S4をオンすると、フライングキャパシタCFCへの電流経路が復帰するため、X相,Y相いずれも元の電流経路に戻り、X相の出力電位VOUT_X=0,Y相の出力電位VOUT_Y=0となる。 When the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are turned on at time t 2 , the current path to the flying capacitor C FC is restored, so both the X phase and the Y phase return to the original current path, and the X phase the output potential V OUT_X = 0, Y output potential V Out_Y = 0 in phase.

このとき線間電圧VOUT_XYは−Eから0へ戻り、再度2レベル分の電圧変化が発生する。以上のように、フライングキャパシタCFCを複数の相で共有する回路において、フライングキャパシタCFCを利用した電圧出力中に、フライングキャパシタCFCの充電・放電の制御のためにその充放電パターンの切り替えを行うと、一般的なフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置と同様に、意図しない出力電位の変化が発生する。 At this time, the line voltage V OUT — XY returns from −E to 0, and a voltage change of two levels occurs again. As described above, in the circuit share the flying capacitor C FC in multiple phases, in the voltage output using a flying capacitor C FC, switching of the charging and discharging pattern for controlling the charging and discharging the flying capacitor C FC When this is performed, an unintended change in the output potential occurs as in a general flying capacitor multilevel power converter.

加えて、複数の出力相がフライングキャパシタCFCを利用した電圧出力を行っている場合には、出力相の電流極性によっては,線間電圧に2レベルの電圧変化が発生する。 In addition, when a plurality of output phases is performing a voltage output using a flying capacitor C FC, depending on the current polarity of the output phase voltage change 2-level is generated line voltage.

この意図しない電位変化を防止するため、フライングキャパシタCFCを共有しない従来のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置での一般的な解決手法を適用することを考える。 To prevent this unintentional potential changes, consider applying the general solution techniques on conventional flying capacitor type multilevel power converting apparatus that does not share the flying capacitor C FC.

すなわち、フライングキャパシタCFCを利用した電圧出力中は充放電パターンの切り替えを行わず、フライングキャパシタCFCを利用しない電位からフライングキャパシタCFCを利用する電位に変化する際に,パターンの選択を行う手法を適用する事を検討する。 That is, in the voltage output using a flying capacitor C FC without switching the charging and discharging pattern, when the change from the potential not using flying capacitor C FC to the potential to use the flying capacitor C FC, to select a pattern Consider applying the method.

図25は、図22で示す2相でフライングキャパシタCFCを共有するマルチレベル電力変換装置のPWMパターンの例である。X相電圧指令,およびY相電圧指令と、2つのキャリア信号carry1,carry2とを比較し、それぞれの出力電位を決定する。その関係性は図21の説明と同じである。 Figure 25 is an example of the PWM pattern of the multi-level power converter share the flying capacitor C FC in 2 phases shown in Figure 22. The X-phase voltage command and the Y-phase voltage command are compared with the two carrier signals carry1 and carry2, and the respective output potentials are determined. The relationship is the same as described in FIG.

X相の電位がフライングキャパシタCFCを利用しない電位(VOUT_X=+E/2または−E/2)からフライングキャパシタCFCを利用する電位(VOUT_X=0)に切り替わる際に、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のスイッチングパターン(充放電パターン)を選択・決定すると、例えば図25のように時刻t1から時刻t4の期間では第1,第3スイッチングデバイスS1,S3をオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4をオフとし、時刻t5から時刻t8の期間では、第2,第4スイッチングデバイスS2,S4をオン,第1,第3スイッチングデバイスS1,S3をオンすることで、充放電のパターン切り替えを行うことができる。 When the potential of the X phase is switched from the potential not using the flying capacitor C FC (V OUTX = + E / 2 or −E / 2) to the potential using the flying capacitor C FC (V OUT —X = 0), When the switching patterns (charge / discharge patterns) of the four switching devices S 1 to S 4 are selected and determined, for example, as shown in FIG. 25, the first and third switching devices S 1 , S 3 in the period from time t 1 to time t 4. Is turned on, the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are turned off, and during the period from time t 5 to time t 8 , the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are turned on. By turning on the switching devices S 1 and S 3 , charge / discharge pattern switching can be performed.

しかし、ここで問題となるのはY相の出力電位である。X相がフライングキャパシタCFCを利用しない電位を出力している時刻t4から時刻t5の期間において、Y相はフライングキャパシタCFCを利用して出力する期間(VOUT_Y=0)をとなっている。 However, the problem here is the output potential of the Y phase. In the X phase is a period of time t 5 from the time t 4 when outputs a potential not using flying capacitor C FC, Y phase became period (V OUT_Y = 0) and for outputting by using a flying capacitor C FC ing.

時刻t5の瞬間、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4からなるスイッチングパターンの切り替えを行うと、Y相出力は一時的にフライングキャパシタCFCへの電流経路が遮断され、VOUT_Y=0から,+E/2または−E/2の電位に切り替わってしまう。すなわち、X相では電位変動は発生しないが、Y相では図23で説明した電位変動が発生する。その結果、この電位変動とX相の電位変動によって、X−Y間線間電圧に2レベル分の電圧変動が発生する可能性がある。 Instant time t 5, when performing the switching of the switching patterns consisting of first to fourth switching devices S 1 to S 4, Y-phase output is temporarily cut off the current path to the flying capacitor C FC is, V Out_Y = From 0, the potential is switched to a potential of + E / 2 or -E / 2. That is, the potential variation does not occur in the X phase, but the potential variation described in FIG. 23 occurs in the Y phase. As a result, voltage fluctuations of two levels may occur in the XY line voltage due to the potential fluctuation and the X-phase potential fluctuation.

また、3相以上のシステムの場合は、他相の通常PWM制御と、このY相の意図しない電位変動によっても、その他相との線間電圧に2レベルの電圧変動が発生する可能性がある。   In the case of a system with three or more phases, two-level voltage fluctuations may occur in the line voltage with the other phases due to normal PWM control of other phases and unintended potential fluctuations of the Y phase. .

したがって、従来のフライングキャパシタが各相独立に存在するフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置における2レベル変化防止対策は、フライングキャパシタを各相(各電圧選択回路)で共通化するフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置には適用できない。   Therefore, the conventional two-level change prevention measure in the flying capacitor type multi-level power conversion device in which the flying capacitors exist independently for each phase is a flying capacitor type multi-level power in which the flying capacitor is shared by each phase (each voltage selection circuit). It cannot be applied to a conversion device.

以上示したようなことから、フライングキャパシタを複数相で共有するマルチレベル電力変換装置において、そのフライングキャパシタの充電/放電を制御するためのスイッチ制御を行う際に、線間電圧で2レベル以上の電圧変化が生じることを防止することが課題となる。   As described above, in a multi-level power conversion device that shares a flying capacitor in a plurality of phases, when performing switch control for controlling charging / discharging of the flying capacitor, the line voltage exceeds two levels. It is a problem to prevent the voltage change from occurring.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第1〜第4スイッチングデバイスと、前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が2以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、電圧選択回路制御部が、第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する第1ステップと、充放電制御部が、前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第2ステップと、前記電圧選択回路制御部が、前記第2ステップ後に、前記第1ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点に変更する第3ステップと、を有することを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems. One aspect of the present invention is that each phase common first serially connected in series between the positive electrode end and the negative electrode end of the DC voltage source common to each phase. 1 to 4 switching devices, and common flying capacitors connected between common connection points of the first and second switching devices and common connection points of the third and fourth switching devices. A common module; a positive terminal of the DC voltage source; a common connection point of the second and third switching devices; a switch between the negative terminal of the DC voltage source and the output terminal; A voltage selection circuit for each phase that selects one of the common connection point of the second and third switching devices and the negative terminal of the DC voltage source to establish a connection state with the output terminal. In addition, the number of phases is 2 or more A method for controlling a level power converter, wherein the first and third switching devices are turned on, the second and fourth switching devices are turned off, the first and third switching devices are turned off, and the second , All the voltage selection circuits of the phase in which the voltage selection circuit control unit selects the common connection point of the second and third switching devices before the state transition between the ON state of the fourth switching device and the fourth switching device. A first step of changing to the positive terminal of the DC voltage source or all the negative terminal of the DC voltage source, and the charge / discharge control unit turns on the first and third switching devices, and the second and fourth switching devices. A second step of performing a state transition between an off state of the device, an off state of the first and third switching devices, and an on state of the second and fourth switching devices. The voltage selection circuit control unit, after the second step, the voltage selection circuit of the phase in which the positive terminal of the DC voltage source or the negative terminal of the DC voltage source is selected in the first step, , And a third step of changing to a common connection point of the third switching device.

また、他の態様として、各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第1〜第4スイッチングデバイスと、前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が2以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、電圧選択回路制御部が、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第1ステップと、充放電制御部が、前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第2ステップと、前記電圧選択回路制御部が、前記第2ステップ後に、前記第1ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第3ステップと、有することを特徴とする。   Further, as another aspect, the first to fourth switching devices common to each phase sequentially connected in series between the positive electrode end and the negative electrode end of the DC voltage source common to each phase, and the first and second switching devices A common module having a common connection point between each of the third and fourth switching devices, and a common module having a flying capacitor common to each phase, and a positive terminal of the DC voltage source, A common connection point of the third switching device; a switch between a negative electrode end of the DC voltage source and an output terminal; a positive electrode end of the DC voltage source; a common connection point of the second and third switching devices; A control method for a multilevel power conversion device having two or more phases, comprising: a voltage selection circuit for each phase that selects any one of negative electrode ends of a DC voltage source and establishes a connection state between the DC voltage source and an output terminal. And before The first and third switching devices are turned on, the second and fourth switching devices are turned off, the first and third switching devices are turned off, and the second and fourth switching devices are turned on. Before the state transition between them, the voltage selection circuit control unit selects the voltage selection circuit of the phase in which the common connection point of the second and third switching devices is selected as the positive terminal of the DC voltage source or the DC voltage source. A first step of changing the negative electrode end of each phase at a constant time interval, and a state in which the charge / discharge control unit turns on the first and third switching devices, and turns off the second and fourth switching devices, A second step of performing a state transition between the first and third switching devices being turned off and the second and fourth switching devices being turned on; and the voltage selection circuit control unit After the second step, a phase voltage selection circuit in which the positive terminal of the DC voltage source or the negative terminal of the DC voltage source is selected in the first step is connected to the common connection of the second and third switching devices. And a third step of changing each point with a constant time interval for each phase.

また、その一態様として、前記マルチレベル電力変換装置は、前記共通モジュールをN(N=2以上の整数)個備え、K(1〜N−1までの整数)番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端と、K+1番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続し、K番目の前記共通モジュールの第4スイッチングデバイスと、K+1番目の前記共通モジュールの第1スイッチングデバイスと、を接続し、K番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端とK+1番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端との前記電圧選択回路の接続を共通とすることを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the multilevel power conversion device includes N (N = 2 or greater integer) common modules, and the DC voltage of the K (integer from 1 to N−1) th common module. A negative terminal of the source and a positive terminal of the DC voltage source of the K + 1th common module, a fourth switching device of the Kth common module, and a first switching device of the K + 1th common module, The voltage selection circuit is commonly connected to the negative terminal of the direct current voltage source of the Kth common module and the positive terminal of the direct current voltage source of the (K + 1) th common module.

本発明によれば、フライングキャパシタを複数相で共有するマルチレベル電力変換装置において、そのフライングキャパシタの充電/放電を制御するためのスイッチ制御を行う際に、線間電圧で2レベル以上の電圧変化が生じることを防止することが可能となる。   According to the present invention, in a multi-level power conversion device that shares a flying capacitor in a plurality of phases, when performing switch control for controlling charging / discharging of the flying capacitor, a voltage change of two or more levels in line voltage Can be prevented from occurring.

実施形態1におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。3 is a time chart showing a switching pattern, an output potential, and a line voltage in the first embodiment. 実施形態1における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 1, the on-off state of a switch, and the state of an electric current. 実施形態1における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 1, the on-off state of a switch, and the state of an electric current. 実施形態1における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 1, the on-off state of a switch, and the state of an electric current. 実施形態1における制御構成を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a control configuration in the first embodiment. 5レベル電力変換装置の一例を示す図。The figure which shows an example of 5 level power converter device. 実施形態1におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。3 is a time chart showing a switching pattern, an output potential, and a line voltage in the first embodiment. 実施形態1における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 1, the on-off state of a switch, and the state of an electric current. 実施形態1における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 1, the on-off state of a switch, and the state of an electric current. 実施形態1における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 1, the on-off state of a switch, and the state of an electric current. 実施形態2におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。4 is a time chart showing a switching pattern, an output potential, and a line voltage in Embodiment 2. 実施形態2における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 2, the state of ON / OFF of a switch, and the state of an electric current. 実施形態2における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 2, the state of ON / OFF of a switch, and the state of an electric current. 実施形態2における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 2, the state of ON / OFF of a switch, and the state of an electric current. 実施形態2におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。4 is a time chart showing a switching pattern, an output potential, and a line voltage in Embodiment 2. 実施形態2における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 2, the state of ON / OFF of a switch, and the state of an electric current. 実施形態2における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 2, the state of ON / OFF of a switch, and the state of an electric current. 実施形態2における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of each control step in Embodiment 2, the state of ON / OFF of a switch, and the state of an electric current. 従来のマルチレベル電力変換装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the conventional multilevel power converter device. 従来のマルチレベル電力変換装置の他例を示す図。The figure which shows the other example of the conventional multilevel power converter device. 従来のPWM制御の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the conventional PWM control. フライングキャパシタ共通方式のマルチレベル電力変換装置を示す図。The figure which shows the multilevel power converter device of a flying capacitor common system. フライングキャパシタ共通方式のマルチレベル電力変換装置のスイッチングデバイス、スイッチのオンオフ状態および電流の状態を示す図。The figure which shows the switching device of the multilevel power converter device of a flying capacitor common system, the on-off state of a switch, and the state of an electric current. スイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。The time chart which shows a switching pattern, an output potential, and a line voltage. 従来のPWM制御の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the conventional PWM control.

[実施形態1]
本実施形態1は、図22に示すマルチレベル電力変換装置を制御するものである。図22に示すように、直流電圧源は、直列接続されたコンデンサCDC1,CDC2で構成されている。コンデンサCDC1の正極端とコンデンサCDC2の負極端との間には、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4が順次直列接続されている。第1,第2スイッチングデバイスS1,S2の共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスS3,S4の共通接続点との間にはフライングキャパシタCFCが接続されている。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, the multilevel power conversion device shown in FIG. 22 is controlled. As shown in FIG. 22, the DC voltage source is composed of capacitors C DC1 and C DC2 connected in series. The first to fourth switching devices S 1 to S 4 are sequentially connected in series between the positive end of the capacitor C DC1 and the negative end of the capacitor C DC2 . A flying capacitor C FC is connected between the common connection point of the first and second switching devices S 1 and S 2 and the common connection point of the third and fourth switching devices S 3 and S 4 .

ここで、直流電圧源(コンデンサCDC1,CDC2)と、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4と、フライングキャパシタCFCと、で各相共通の共通モジュールを構成している。 Here, the DC voltage sources (capacitors C DC1 and C DC2 ), the first to fourth switching devices S 1 to S 4, and the flying capacitor C FC constitute a common module common to each phase.

コンデンサCDC1の正極端と、第2,第3スイッチングデバイスS2,S3と、コンデンサCDC2の負極端と、出力端子X,Yとの間にスイッチを有する電圧選択回路1,2が設けられる。 Voltage selection circuits 1 and 2 having switches are provided between the positive terminal of the capacitor C DC1 , the second and third switching devices S 2 and S 3 , the negative terminal of the capacitor C DC2 , and the output terminals X and Y. It is done.

電圧選択回路1は、コンデンサCDC1の正極端P1とコンデンサCDC2の負極端P3との間に第1,第2スイッチSX1,SX2が順次直列接続される。第2,第3スイッチングデバイスS2,S3の共通接続点(端子P2)と第1,第2スイッチSX1,SX2の共通接続点との間に第3スイッチSX3が接続される。第3スイッチSX3は、スイッチSX3AとスイッチSX3Bが逆直列接続されて構成されている。電圧選択回路2についても同様である。 In the voltage selection circuit 1, first and second switches S X1 and S X2 are sequentially connected in series between the positive terminal P 1 of the capacitor C DC1 and the negative terminal P 3 of the capacitor C DC2 . The third switch S X3 is connected between the common connection point (terminal P 2 ) of the second and third switching devices S 2 and S 3 and the common connection point of the first and second switches S X1 and S X2. . The third switch S X3 is configured by connecting the switch S X3A and the switch S X3B in reverse series. The same applies to the voltage selection circuit 2.

本実施形態1では、フライングキャパシタCFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在し、フライングキャパシタCFCに流れる電流極性を制御するスイッチ群の切り替えを行う必要があるとき以下の手順でその切り替え動作を行う。
(1)フライングキャパシタCFCを利用する電位を出力する相の電位を、その電位と1レベル差のフライングキャパシタCFCを利用しない電位に同時に変更する。このとき、電位変更するすべての相において、電位を変更する極性を同じとする。
(2)フライングキャパシタCFCに流れる電流極性を逆転させる充放電パターンの切り替えを行う。
(3)各相の電位を元の電位に戻す。
In Embodiment 1, there phases for outputting the potential to use the flying capacitor C FC is two or more, the following procedure when it is necessary to switch the switches to control the current polarity flowing in the flying capacitor C FC The switching operation is performed.
(1) the potential of the phase that outputs the potential to use the flying capacitor C FC, to change simultaneously to the potential and does not use the potential of the flying capacitor C FC 1 level difference. At this time, the polarity for changing the potential is the same in all phases where the potential is changed.
(2) Switching of the charge / discharge pattern that reverses the polarity of the current flowing through the flying capacitor C FC .
(3) Return the potential of each phase to the original potential.

電位の切り替えは、PWM制御などによる通常の電位変更と同じ手順で行う。例えば、スイッチの短絡を防止するためのデッドタイムの挿入などは通常通り行う。   The switching of the potential is performed in the same procedure as a normal potential change by PWM control or the like. For example, insertion of a dead time for preventing a switch short circuit is performed as usual.

また、出力線間電圧の変動が2レベル変化しないように、また、各スイッチングデバイス,スイッチのON/OFF動作が確実に完了し、短絡などを発生させないように、各動作にはそれぞれ適切な待機時間を設定する。   In addition, each operation waits appropriately so that the fluctuation of the output line voltage does not change by two levels, and the ON / OFF operation of each switching device and switch is surely completed and no short circuit occurs. Set the time.

逆に、上記2レベル変化や短絡が発生しないところでは、待機時間が不要である。これら待機時間は、回路の使用や回路構成・回路部品などから事前に設定でき、上記制御中にそれらの設定を逐次見直したりする必要はない。   Conversely, no waiting time is required where the above two-level change or short circuit does not occur. These standby times can be set in advance from the use of the circuit, circuit configuration, circuit parts, and the like, and it is not necessary to sequentially review these settings during the control.

制御の簡単化のため、フライングキャパシタCFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在しない場合においても、上記手順(1)〜(3)を適用してよい。ただし、適用しない場合に対して、切り替えに要する時間がわずかに増加する可能性がある。 For simplicity of control, when the phase of outputting the potential to use the flying capacitor C FC does not exist two or more, may also apply the above procedure (1) to (3). However, there is a possibility that the time required for switching slightly increases as compared with the case where it is not applied.

特許文献2の実施形態14〜17(例として図10)にみられるような複数のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタCFCをもつ多レベル回路の構成においては、以下のように制御する。複数のフライングキャパシタCFCの充電・放電パターンを同時に切り替える場合、上記手順(1)〜(3)に従って、その充放電パターンを切り替える対象となるフライングキャパシタCFCを利用しているすべての出力相の電位を一時的にフライングキャパシタCFCを利用しない電位に変更する。その上で充放電パターンの切り替えを行って、その後元のフライングキャパシタCFCを利用する電位に戻す動作を実行する。このとき、フライングキャパシタCFCが一つの場合と同様に、一時的に変化させる電位極性を同じ極性とする。 Embodiment 14 to 17 of Patent Document 2 a plurality of flying capacitors formula multilevel power conversion circuit, as seen in connecting a plurality of stages in series (Example 10 as a), a multi-level circuit having a plurality of flying capacitor C FC The configuration is controlled as follows. When simultaneously switching the charging / discharging patterns of a plurality of flying capacitors C FC , according to the above steps (1) to (3), all the output phases using the flying capacitors C FC to be switched are charged / discharged patterns. changing the potential that does not use temporarily flying capacitor C FC potential. Moreover performs switching between charging and discharging pattern, it performs the operations of returning the potential to utilize the subsequent original flying capacitor C FC. At this time, the flying capacitor C FC is similar to the case of one, the potential polarity to temporarily change the same polarity.

本実施形態1の制御手順を、図22の回路に適用したときの動作及びその作用について説明する。   The operation and action when the control procedure of the first embodiment is applied to the circuit of FIG. 22 will be described.

図1は制御手順を適用したスイッチングパターン(各スイッチングデバイス,各スイッチのオンオフ信号)及びそのときのX相,Y相の出力電位VOUT_X,VOUT_YおよびX−Y線間電圧VOUT_XYを示している。また、図2〜図4は各制御ステップにおけるスイッチングデバイス,スイッチのオン/オフ状態および電流の状態を示した模式図である。 FIG. 1 shows a switching pattern (on / off signal of each switching device and each switch) to which a control procedure is applied, and X-phase and Y-phase output potentials V OUT_X and V OUT_Y and XY line voltage V OUT_XY at that time. Yes. 2 to 4 are schematic diagrams showing switching devices, switch on / off states, and current states in each control step.

初期状態t0は図24と同じく、フライングキャパシタCFCの充放電特性を決める(フライングキャパシタCFCの充放電電流極性を制御する)第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4の状態(充放電パターン)は、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフの状態である。また、電圧選択回路1,2は、X相は第1,第2スイッチSX1,SX2がオフ,第3スイッチSX3(SX3A,SX3B)がオン,Y相は第1,第2スイッチSY1,SY2がオフ,第3スイッチSY3(SY3A,SY3B)がオンの状態である。 As with the initial state t 0 is 24, determining the charge and discharge characteristics of the flying capacitor C FC (control the charging and discharging current polarity of the flying capacitor C FC) first to fourth state of the switching device S 1 to S 4 (charge In the discharge pattern), the first and third switching devices S 1 and S 3 are on, and the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are off. In the voltage selection circuits 1 and 2, the first and second switches S X1 and S X2 are OFF in the X phase, the third switch S X3 (S X3A and S X3B ) is ON, and the first and second switches in the Y phase are the first and second. The switches S Y1 and S Y2 are off, and the third switch S Y3 (S Y3A , S Y3B ) is on.

これはX相,Y相いずれも端子P2の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタCFCを利用して電圧を出力している状態である。X相の出力電流は直流側から交流側に流れており(IOUT_X>0),Y相の出力電流は交流側から直流側へ流れている(IOUT_Y<0)とする。 This X-phase, a state where both Y phase and outputs the potential of the terminal P 2, i.e., a state in which the output voltage by using a flying capacitor C FC. The X-phase output current flows from the DC side to the AC side (I OUT_X > 0), and the Y-phase output current flows from the AC side to the DC side (I OUT_Y <0).

この状態から手順(1)を開始する。すなわち,X相,Y相の出力電位VOUT_X,VOUT_Yをフライングキャパシタを利用する電位から利用しない電位に変更する。X相,Y相の出力電位はVOUT_X=VOUT_Y=0であるので,1レベル差のフライングキャパシタCFCを利用しない電位は、+E/2または−E/2となる。どちらか一方の電圧を選択すれば良く、この例では+E/2を選択している。 Procedure (1) is started from this state. That, X-phase, Y phase of the output potential V OUT_X, changing a potential that does not use V Out_Y from the potential to use the flying capacitor. X-phase, the output potential of the Y-phase is the V OUT_X = V OUT_Y = 0, the potential not using flying capacitor C FC 1 level difference becomes + E / 2 or -E / 2. Either one of the voltages may be selected. In this example, + E / 2 is selected.

まず、時刻tAにおいて、各相の端子P2側の第3スイッチSX3A,SY3Aをオフする。これによりY相のフライングキャパシタCFCへの電流経路が遮断され、第1スイッチSY1の逆並列ダイオードに転流するため、Y相の出力電圧VOUT_Y=+E/2となる。 First, at time t A , the third switches S X3A and S Y3A on the terminal P 2 side of each phase are turned off. Thus is cut off the current path to the flying capacitor C FC of Y phase, for commutation in antiparallel diode of the first switch S Y1, Y phase of the output voltage V Out_Y = + a E / 2.

次に、時刻tBにおいて、第1スイッチSX1,SY1をオンする。これにより、直流電圧源の正極端とX相出力間の電流経路が解放され、電流がそちらへ転流する。そのため、X相の出力電位VOUT_X=+E/2となる。 Next, at time t B , the first switches S X1 and S Y1 are turned on. As a result, the current path between the positive terminal of the DC voltage source and the X-phase output is released, and the current is commutated there. Therefore, the X-phase output potential V OUT — X = + E / 2.

その後、時刻tCにおいて、各相の出力端子側の第3スイッチSX3B,SY3Bをオフし、第3スイッチSX3SY3が完全に遮断され、電位の変化(及び転流)が完了する。このときの線間電圧は、初期状態t0でVOUT_XY=0から、時刻tAにおいて−E/2,時刻tBにおいて再び0にもどるように変化する。線間電圧VOUT_XYの変化は1レベルずつであり、また2レベルの電位変化は防止される。 Thereafter, at time t C , the third switches S X3B and S Y3B on the output terminal side of each phase are turned off, the third switches S X3 and SY3 are completely cut off, and the potential change (and commutation) is completed. . The line voltage at this time changes from V OUTXY = 0 in the initial state t 0 to −E / 2 at time t A and to 0 again at time t B. The change in the line voltage V OUT_XY is one level at a time, and the two-level potential change is prevented.

時刻tAから時刻tBおよび時刻tBから時刻tCへの時間間隔は、通常の電位変化と同じく、インバータの直流電圧源の短絡を防止するデッドタイム相当でよい。 The time intervals from the time t A to the time t B and from the time t B to the time t C may be equivalent to the dead time for preventing a short circuit of the DC voltage source of the inverter as in the case of a normal potential change.

次に、手順(2)を開始する。時刻tDにおいて、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3をオフし、フライングキャパシタCFCを遮断する。次に、時刻tEにおいて第2,第4スイッチングデバイスS2,S4をオンし、充放電パターンの切り替えを完了する。 Next, procedure (2) is started. At time t D , the first and third switching devices S 1 and S 3 are turned off and the flying capacitor C FC is shut off. Next, at time t E , the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are turned on to complete the switching of the charge / discharge pattern.

時刻tCから時刻tDの間隔は、時刻tCにおいて電流がフライングキャパシタCFCを利用する経路(電位)から利用しない経路(電位)に切り替わる場合に想定される転流完了時間とするのが望ましい。 The interval from time t C to time t D is the commutation completion time assumed when the current switches from the path (potential) using the flying capacitor C FC to the path (potential) not using at time t C. desirable.

また、時刻tDから時刻tEの間隔は、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のスイッチ動作が確実に終了する時間だけ確保するのが望ましい。このフライングキャパシタCFCの充放電パターンの切り替え動作中において、相の電位および線間の電圧変化は発生しない。そのため、従来発生していた2レベルの電位変化も発生しない。 Further, it is desirable that the interval from time t D to time t E is ensured only for the time when the switch operation of the first to fourth switching devices S 1 to S 4 is reliably completed. During switching operation of the charging and discharging pattern of the flying capacitor C FC, the voltage change of the potential and line-to-line phase does not occur. For this reason, the two-level potential change that has conventionally occurred is not generated.

最後に、手順(3)を開始する。手順(1)とは逆に、時刻tFで各相の出力端子側の第3スイッチSX3B,SY3Bをオンし、時刻tGで第1スイッチSX1,SY1をオフ、時刻tHで各相の端子P2側の第3スイッチSX3A,SX3Bをオンする。このとき、相電位の変化および線間電圧の変化には、手順(1)と同じ電圧で時系列的に逆の波形となる。従って、X−Y相間の線間電圧VOUT_XYの2レベル変化は発生しない。 Finally, the procedure (3) is started. Contrary to the procedure (1), the third switch S X3B of each phase of the output terminal side at time t F, S Y3B turned on, the first switch S X1, S Y1 off at time t G, the time t H Then, the third switches S X3A and S X3B on the terminal P 2 side of each phase are turned on. At this time, the phase potential change and the line voltage change have the same voltage as in the procedure (1) but reverse waveforms in time series. Therefore, a two-level change in the line voltage V OUT — XY between the XY phases does not occur.

図5は、図22の回路構成において、本実施形態1を実現する制御構成(各スイッチングデバイス,各スイッチをオンオフさせるゲート信号を生成する構成)である。この制御構成は、充放電制御部3(第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のゲート信号の生成部)と、電圧選択回路制御部4(第1〜第3スイッチSX1、SX2、SX3、SY1、SY2、SY3のゲート信号の生成部)とからなる。 FIG. 5 is a control configuration (a configuration for generating a gate signal for turning on and off each switching device and each switch) for realizing the first embodiment in the circuit configuration of FIG. This control configuration includes a charge / discharge control unit 3 (gate signal generation units of the first to fourth switching devices S 1 to S 4 ) and a voltage selection circuit control unit 4 (first to third switches S X1 and S X2. , S X3 , S Y1 , S Y2 , S Y3 gate signal generation unit).

さらに、電圧選択回路制御部4は、電圧指令/キャリア信号比較部5と、ゲート信号補正部6と、を有する。   Further, the voltage selection circuit control unit 4 includes a voltage command / carrier signal comparison unit 5 and a gate signal correction unit 6.

電圧指令/キャリア信号比較部5では、表1,表2に従って補正前のゲート信号を生成して、ゲート信号補正部6へ出力する。   The voltage command / carrier signal comparison unit 5 generates a gate signal before correction in accordance with Tables 1 and 2 and outputs it to the gate signal correction unit 6.

Figure 2018148595
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Figure 2018148595
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ゲート信号補正部6では、後述の充放電切換タイミング信号をトリガとして、入力された補正前のゲート信号に対して、図1の時刻tA~時刻tHの期間の各スイッチのゲート信号の補正を行い、各スイッチに補正後のゲート信号を出力する。 The gate signal correction unit 6 uses the charge / discharge switching timing signal described later as a trigger to correct the gate signal of each switch during the period from time t A to time t H in FIG. 1 with respect to the input gate signal before correction. The corrected gate signal is output to each switch.

また、電圧指令/キャリア信号比較部5は、各電圧指令とキャリア信号carry1,carry2に基づいて、充放電切換タイミング信号を充放電制御部3,ゲート信号補正部6に送信する。この信号は、図25では、キャリア信号carry1とX相電圧指令の差分が負から正へと切り替わる時刻t1、時刻t5のタイミングで送信される。 The voltage command / carrier signal comparison unit 5 transmits a charge / discharge switching timing signal to the charge / discharge control unit 3 and the gate signal correction unit 6 based on each voltage command and the carrier signals carry1 and carry2. In FIG. 25, this signal is transmitted at timings t 1 and t 5 when the difference between the carrier signal carry1 and the X-phase voltage command is switched from negative to positive.

この信号を受信した充放電制御部3は、所定の遅延時間(図1では、時刻tA〜時刻tD、Eの期間に相当する)を設けて、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のゲート信号を切り替えて、各スイッチングデバイスに出力する。 The charge / discharge control unit 3 that has received this signal provides a predetermined delay time (corresponding to the period from time t A to time t D, t E in FIG. 1), and the first to fourth switching devices S 1. ˜S 4 gate signal is switched and output to each switching device.

図1では、時刻tDのタイミングで第1,第3スイッチングデバイスS1、S3をオン→オフに切り換える。また、時刻tEでのタイミングで第2,第4スイッチングデバイスS2、S4をオフ→オンに切り換える。 In FIG. 1, the first and third switching devices S 1 and S 3 are switched from on to off at time t D. Further, the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are switched from OFF to ON at the timing at time t E.

従来技術では、電圧選択回路制御部4にゲート信号補正部6はなかった。電圧選択回路制御部4にゲート信号補正部6を設けたことが、本実施形態1の特徴である。   In the prior art, the voltage selection circuit control unit 4 has no gate signal correction unit 6. The feature of the first embodiment is that the gate signal correction unit 6 is provided in the voltage selection circuit control unit 4.

以上のように、フライングキャパシタCFCを利用する電圧を、一時的にフライングキャパシタCFCを利用しない電位に意図的に変更し、その後にフライングキャパシタCFCの充放電パターンを切り替えることで、パターン切り替え中に出力電流の極性に伴った意図しない電位変動を防止することができる。 As described above, the voltage utilizing flying capacitor C FC, intentionally changed temporarily does not utilize the flying capacitor C FC potential, by then switching the charging and discharging pattern of flying capacitor C FC, pattern switching It is possible to prevent unintended potential fluctuations accompanying the polarity of the output current.

その結果、意図しない電位変動によって発生する線間電圧の2レベルの同時変化を防止できる。一時的に変動させる電位の極性を、関係する相全てで同じとすることにより、その電位変動によって発生する可能性のある線間電圧の2レベル変化を防止することができる。   As a result, it is possible to prevent two-level simultaneous changes in the line voltage caused by unintended potential fluctuations. By making the polarity of the potential to be temporarily changed the same in all related phases, it is possible to prevent a two-level change in the line voltage that may occur due to the potential change.

例では出力相数が2相であるが、3相以上の場合においても、同様の制御により同様の効果が得られる。また、例では電圧選択回路1,2にT型の3レベル回路を適用しているが、スイッチとダイオードで構成されるNPC型など、別の回路構成においても同様の効果が得られる。   In the example, the number of output phases is two, but the same effect can be obtained by the same control even when there are three or more phases. In the example, a T-type three-level circuit is applied to the voltage selection circuits 1 and 2, but the same effect can be obtained in another circuit configuration such as an NPC type including a switch and a diode.

複数のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタをもつ多レベル回路を構成した場合における動作および作用を例を用いて説明する。   The operation and action when a plurality of flying capacitor type multilevel power conversion circuits are connected in series in a plurality of stages to form a multilevel circuit having a plurality of flying capacitors will be described by way of example.

このマルチレベル電力変換装置は、前記共通モジュールをN(N=2以上の整数:最上段の共通モジュールを1,最下段の共通モジュールをNとする)個備える。K(1〜N−1までの整数)番目共通モジュールの直流電圧源の負極端と、K+1番目の共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続する。また、K番目の共通モジュールの第4スイッチングデバイスと、K+1番目の共通モジュールの第1スイッチングデバイスと、を接続する。K番目の共通モジュールの直流電圧源の負極端とK+1番目の共通モジュールの直流電圧源の正極端との電圧選択回路の接続を共通とする。   This multi-level power converter includes N common modules (N is an integer equal to or larger than 2; the uppermost common module is 1, and the lowermost common module is N). The negative terminal of the DC voltage source of the K (integer from 1 to N−1) th common module and the positive terminal of the DC voltage source of the K + 1th common module are connected. The fourth switching device of the Kth common module is connected to the first switching device of the K + 1th common module. The voltage selection circuit is commonly connected to the negative terminal of the DC voltage source of the Kth common module and the positive terminal of the DC voltage source of the K + 1th common module.

代表的な回路として図6に、特許文献2の実施形態15を示す。フライングキャパシタと4つのスイッチングデバイスで構成された3レベルマルチレベル電力変換装置を2つを直列に接続し、5レベルの直流電圧源を構成している。   FIG. 6 shows Embodiment 15 of Patent Document 2 as a typical circuit. Two three-level multi-level power converters composed of flying capacitors and four switching devices are connected in series to form a five-level DC voltage source.

具体的には、直流電圧源はコンデンサCDC1,CDC2で構成されている。(CDC1はK番目の共通モジュールのコンデンサに,CDC2はK+1番目の共通モジュールのコンデンサに相当する。)コンデンサCDC1の正極端と負極端との間には第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4が直列接続されている。第1,第2スイッチングデバイスS1,S2の共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスS3,S4の共通接続点との間には第1フライングキャパシタCFC1が接続されている。 Specifically, the DC voltage source is composed of capacitors C DC1 and C DC2 . (C DC1 corresponds to the capacitor of the Kth common module, and C DC2 corresponds to the capacitor of the K + 1th common module.) Between the positive terminal and the negative terminal of the capacitor C DC1 , the first to fourth switching devices S are provided. 1 to S 4 are connected in series. A first flying capacitor C FC1 is connected between the common connection point of the first and second switching devices S 1 and S 2 and the common connection point of the third and fourth switching devices S 3 and S 4 .

また、コンデンサCDC2の正極端と負極端との間には第5〜第8スイッチングデバイスS5〜S8が直列接続されている。第5,第6スイッチングデバイスS5,S6の共通接続点と第7,第8スイッチングデバイスS7,S8の共通接続点との間には第2フライングキャパシタCFC2が接続されている。 Also, fifth to eighth switching device S 5 to S 8 are connected in series between the positive terminal and the negative electrode of the capacitor C DC2. A second flying capacitor C FC2 is connected between the common connection point of the fifth and sixth switching devices S 5 and S 6 and the common connection point of the seventh and eighth switching devices S 7 and S 8 .

前記コンデンサCDC1,CDC2,第1〜第8スイッチングデバイスS1〜S8,フライングキャパシタCFC1,CFC2により、各相共通の共通モジュールを構成している。 The capacitors C DC1 and C DC2 , the first to eighth switching devices S 1 to S 8 , and the flying capacitors C FC1 and C FC2 constitute a common module common to each phase.

前記コンデンサCDC1の正極端、第2,第3スイッチングデバイスS2,S3の共通接続点、コンデンサCDC1,CDC2の共通接続点、第6,第7スイッチングデバイスS6,S7の共通接続点、コンデンサCDC2の負極端と出力端子U,V,Wとの間には各相毎に電圧選択回路が設けられる。以下、U相を代表して電圧選択回路について説明する。 The positive end of the capacitor C DC1 , the common connection point of the second and third switching devices S 2 and S 3 , the common connection point of the capacitors C DC1 and C DC2 , the common of the sixth and seventh switching devices S 6 and S 7 A voltage selection circuit is provided for each phase between the connection point, the negative end of the capacitor C DC2 and the output terminals U, V, W. Hereinafter, the voltage selection circuit will be described on behalf of the U phase.

コンデンサCDC1の正極端と第2,第3スイッチングデバイスS2,S3の共通接続点との間には第1,第2スイッチSU1,SU2が順次直列接続される。第6,第7スイッチングデバイスS6,S7の共通接続点とコンデンサCDC2の負極端との間には第9,第10スイッチングデバイスSU9,SU10が順次直列接続される。 First and second switches S U1 and S U2 are sequentially connected in series between the positive end of the capacitor C DC1 and the common connection point of the second and third switching devices S 2 and S 3 . Ninth and tenth switching devices S U9 and S U10 are sequentially connected in series between the common connection point of the sixth and seventh switching devices S 6 and S 7 and the negative end of the capacitor C DC2 .

第1,第2スイッチSU1,SU2の共通接続点と第9,第10スイッチSU9,SU10の共通接続点との間には第3〜第8スイッチSU3〜SU8が順次直列接続される。第3,第4スイッチSU3,SU4の共通接続点と、第7,第8スイッチSU7,SU8の共通接続点との間には第1〜第4ダイオードDU1〜DU4が順次直列接続される。 Between the common connection point of the first and second switches S U1 and S U2 and the common connection point of the ninth and tenth switches S U9 and S U10 , third to eighth switches S U3 to S U8 are sequentially connected in series. Connected. The first to fourth diodes D U1 to D U4 are sequentially arranged between the common connection point of the third and fourth switches S U3 and S U4 and the common connection point of the seventh and eighth switches S U7 and S U8. Connected in series.

第4,第5スイッチングデバイスS4,S5の共通接続点(すなわち、コンデンサCDC1、DC2の共通接続点)と第2,第3ダイオードDU2,DU3の共通接続点が接続される。また、第5,第6スイッチSU5,SU6の共通接続点が出力端子Uとなる。V相,W相の電圧選択回路も同様に構成される。このように、5レベルの直流電圧源に電圧選択回路を3つ並列接続することにより、3相の電圧出力を実現している。 The common connection point of the fourth and fifth switching devices S 4 and S 5 (that is, the common connection point of the capacitors C DC1 and C DC2 ) and the common connection point of the second and third diodes D U2 and D U3 are connected. . The common connection point of the fifth and sixth switches S U5 and S U6 is the output terminal U. The V-phase and W-phase voltage selection circuits are similarly configured. In this way, a three-phase voltage output is realized by connecting three voltage selection circuits in parallel to a five-level DC voltage source.

図7は制御ロジックを適用した第1〜第8スイッチングデバイスS1〜S8のオン/オフ状態の遷移例,及びそのときのU相,V相,W相の出力電位VOUT_U,VOUT_V,VOUT_WおよびU−V間,V−W間,W−U間の線間電圧VOUT_UV,VOUT_VW,VOUT_WUを示している。ただし、各相の電圧選択回路のスイッチの状態については省略している。 FIG. 7 shows examples of ON / OFF state transitions of the first to eighth switching devices S 1 to S 8 to which the control logic is applied, and output potentials V OUT_U , V OUT_V , U-phase, V-phase, and W-phase at that time. Line voltages V OUT_UV , V OUT_VW , V OUT_WU between V OUT_W and U−V, between V−W, and W−U are shown. However, the state of the switch of the voltage selection circuit of each phase is omitted.

また、図8〜図10は各制御ステップにおける第1〜第8スイッチングデバイスS1〜S8,第1〜第10スイッチSU1〜SU10,SV1〜SV10,SW1〜SW10のオン/オフ状態および電流の状態を示した模式図である。 The on of 8 to 10 first to eighth switching device S 1 to S 8 in each control step, first to tenth switch S U1 ~S U10, S V1 ~S V10, S W1 ~S W10 FIG. 4 is a schematic diagram showing an off state and a current state.

初期状態t0における各相の出力電位は次の通りである。
OUT_U=+E/4
OUT_V=+E/4
OUT_W=−E/4
U相,V相は第1フライングキャパシタCFC1,W相は第2フライングキャパシタCFC2を利用した電位を出力している。また、各相の出力電流の極性は、直流電圧源側から交流端子に向かう方向を正とすると以下の通りである。
The output potential of each phase in the initial state t 0 is as follows.
V OUT_U = + E / 4
V OUT_V = + E / 4
V OUT_W = −E / 4
The U-phase and V-phase output potentials using the first flying capacitor C FC1 and the W-phase outputs the second flying capacitor C FC2 . In addition, the polarity of the output current of each phase is as follows when the direction from the DC voltage source side to the AC terminal is positive.

OUT_U>0
OUT_V<0
OUT_W>0
第1フライングキャパシタCFC1の電流極性を制御する第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4は、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフの状態である。また、第2フライングキャパシタCFC2の電流極性を制御する第5〜第8スイッチングデバイスS5〜S8は、第6,第8スイッチングデバイスS6,S8がオン,第5,第7スイッチングデバイスS5,S7がオフの状態である。
I OUT_U > 0
I OUT_V <0
I OUT_W > 0
The first to fourth switching devices S 1 to S 4 that control the current polarity of the first flying capacitor C FC1 are ON in the first and third switching devices S 1 and S 3 , and the second and fourth switching devices S 2. , S 4 is in an off state. Also, fifth to eighth switching device S 5 to S 8 for controlling the current polarity of the second flying capacitor C FC2 is sixth, eighth switching device S 6, S 8 is turned on, the fifth, seventh switching device S 5 and S 7 are off.

この初期状態t0から、第1フライングキャパシタCFC1の電流極性を制御するスイッチングデバイス,第2フライングキャパシタCFC2の電流極性を制御するスイッチングデバイス両方のスイッチングパターンを切り替える場合の手順を以下に説明する。 A procedure for switching the switching pattern of both the switching device that controls the current polarity of the first flying capacitor C FC1 and the switching device that controls the current polarity of the second flying capacitor C FC2 from the initial state t 0 will be described below. .

まず、手順(1)(時刻t0→時刻tA→時刻tB)を開始する。U相,V相,W相は、それぞれ第1フライングキャパシタCFC1または第2フライングキャパシタCFC2を利用した電位を出力しているため、第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2を利用しない電位に変更する。 First, the procedure (1) (time t 0 → time t A → time t B ) is started. The U phase, the V phase, and the W phase each output a potential using the first flying capacitor C FC1 or the second flying capacitor C FC2 , so the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 are not used. Change to potential.

U相およびV相は、+E/4を出力しているため、第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2を利用しない電位で、かつ、1レベル分の変動で変更できる電位は、+E/2もしくは0となる。この例では+E/2を選択している。 Since the U phase and the V phase output + E / 4, the potential that does not use the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 and can be changed by fluctuation of one level is + E / 2 or 0. In this example, + E / 2 is selected.

U相とV相が異なる電位(例えばU相が+E/2,V相が0)に変動しないことで、この二つの線間電圧VOUT_UVにおいて、2レベルの電圧変化の発生を防止できる。 Since the U-phase and the V-phase do not change to different potentials (for example, the U-phase is + E / 2 and the V-phase is 0), the two-line voltage V OUT_UV can be prevented from generating a two-level voltage change.

W相は−E/4を出力しているため、第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2を利用しない電位で、かつ、1レベル分の変動で変更できる電位は、0もしくは−E/2となる。W相の利用している第2フライングキャパシタCFC2は、U相,V相の利用している第1フライングキャパシタCFC1とは異なるが、U相,V相とW相の線間電圧において2レベルの電圧変化を防止するため、W相の出力電位VOUT_Wは、U相,V相の電位変化の極性(正方向)と同じである0としている。 Since the W phase outputs −E / 4, the potential that does not use the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 and can be changed by fluctuation of one level is 0 or −E / 2 The second flying capacitor C FC2 used by the W phase is different from the first flying capacitor C FC1 used by the U phase and the V phase, but the line voltage of the U phase, the V phase and the W phase is 2 In order to prevent level voltage change, the W-phase output potential V OUT_W is set to 0, which is the same as the polarity (positive direction) of the U-phase and V-phase potential changes.

結果として、図8に示すように、手順(1)(初期状態t0から時刻tBまでの期間)において、線間電圧の2レベルの変化を防止できる。以上の解説を元に、第1〜第10スイッチの切り替え手順を説明する。 As a result, as shown in FIG. 8, in the procedure (1) (period from the initial state t 0 to time t B ), it is possible to prevent the two-level change in the line voltage. Based on the above explanation, the switching procedure of the first to tenth switches will be described.

時刻tAにおいて第2,第8スイッチSU2,SV2,SW8をオフする。これによりV相電位VOUT_Vが+E/4から+E/2に変わる。次に、時刻tBにおいて、第1,第4,第5スイッチSU1,SV1,SW4,SW5をオンする。これによりU相電位VOUT_Uが+E/4から+E/2に、W相電位VOUT_Wが−E/4から0に変わる。 At time t A , the second and eighth switches S U2 , S V2 and S W8 are turned off. As a result, the V-phase potential V OUT — V changes from + E / 4 to + E / 2. Next, at time t B , the first, fourth, and fifth switches S U1 , S V1 , S W4 , and S W5 are turned on. As a result, the U-phase potential V OUT_U changes from + E / 4 to + E / 2, and the W-phase potential V OUT_W changes from −E / 4 to 0.

この相電位の変動では、2相以上が同時に電位変動することがあるが、電位の変動極性が同じなため、たとえ電位変動のタイミングに遅延やバラツキが発生したとしても、線間電圧に2レベルの電圧変化は発生しない。   In this phase potential fluctuation, two or more phases may fluctuate simultaneously. However, since the potential fluctuation polarity is the same, even if a delay or variation occurs in the timing of the potential fluctuation, the line voltage has two levels. No voltage change occurs.

また、これらは、通常の電位切り替えと同じ手順である。従って、各時間間隔は、通常の電位切り替え(インバータの直流電圧源短絡を防止するデッドタイム)と同じで良い。   These are the same procedures as those for normal potential switching. Therefore, each time interval may be the same as normal potential switching (dead time for preventing a DC voltage source short circuit of the inverter).

次に、手順(2)を開始する。時刻tCにおいて第1,第3,第6,第8スイッチングデバイスS1,S3,S6,S8をオフする。次に、時刻tDにおいて、第2,第4,第5,第7スイッチングデバイスS2,S4,S5,S7をオンする。 Next, procedure (2) is started. At time t C , the first, third, sixth and eighth switching devices S 1 , S 3 , S 6 and S 8 are turned off. Next, at time t D , the second, fourth, fifth and seventh switching devices S 2 , S 4 , S 5 and S 7 are turned on.

手順(1)において、第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2それぞれに流れる電流は遮断されているため、当然ながらこれらスイッチの変化が、各相電圧に影響を与えることはない。そのため、この動作によって、線間電圧の2レベル変化を防止できる。 In the procedure (1), since the currents flowing through the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 are cut off, naturally, the change of these switches does not affect the voltage of each phase. Therefore, this operation can prevent a two-level change in the line voltage.

時刻tBから時刻tCまでの間隔は、時刻tBによる電位の変動及び電流の転流が完了する時間以上とするのが望ましい(例えばデッドタイム相当)。時刻tCから時刻tDまでの間隔は、電流が遮断されているため、確実にスイッチングデバイスの切り替えが終了する時間相当とすれば良い。 The interval from time t B to time t C is preferably equal to or longer than the time at which the potential fluctuation and current commutation at time t B are completed (for example, equivalent to dead time). The interval from the time t C to the time t D may be equivalent to the time when the switching of the switching device is surely completed because the current is interrupted.

最後に、手順(3)を開始する。手順(1)と逆の操作により、各相の電位を、元の電位に復帰させる。時刻tEにおいて、第1,第4,第5スイッチSU1,SV1,SW4,SW5をオフする。次に、時刻tFにおいて、第2,第8スイッチSU2,SV2,SW8をオンする。 Finally, the procedure (3) is started. The potential of each phase is returned to the original potential by an operation reverse to the procedure (1). At time t E , the first, fourth and fifth switches S U1 , S V1 , S W4 and S W5 are turned off. Next, at time t F , the second and eighth switches S U2 , S V2 and S W8 are turned on.

時刻tDから時刻tEの時間間隔は、時刻tCから時刻tDまでと同様である。時刻tEから時刻tFの時間間隔は、通常の切り替え動作(デッドタイム)と同じでよい。 The time interval from time t D to time t E is the same as from time t C to time t D. The time interval from time t E to time t F may be the same as the normal switching operation (dead time).

上記では、第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2の両方の充放電パターンを切り替えているが、片方のみ切り替える場合は、その第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2に関係する出力相のみ電位を変動させれば良い。これはフライングキャパシタが3つ以上の場合でも同じである。 In the above, the charge / discharge patterns of both the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 are switched. However, when only one of them is switched, the output related to the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 is switched. It is sufficient to change the potential of only the phase. This is the same even when there are three or more flying capacitors.

第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2の電流極性を制御するスイッチングデバイス群のパターン切り替え時に、事前、かつ、一時的に関係する相の電位を別の電位に変更し、また、その変更する電位の極性が一致するように制御する。その一時的な電位変更操作および、フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え操作によって発生する線間電圧の2レベルの電圧変動を防止できる。そのため、出力に接続される負荷(機器など)に対する電圧変化によるダメージ(絶縁破壊)を低減できる。 When the pattern of the switching device group that controls the current polarity of the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 is switched, the potential of the related phase is changed to another potential in advance and temporarily, and the change is made. Control so that the polarity of the potential to be matched. It is possible to prevent two-level voltage fluctuations of the line voltage generated by the temporary potential changing operation and the pattern switching operation of the switch group that controls the current polarity of the flying capacitor. Therefore, it is possible to reduce damage (dielectric breakdown) due to voltage change with respect to a load (device or the like) connected to the output.

さらに、機器の絶縁に対する設計条件を緩和できることで低コスト化,小型化などが可能となる。   Furthermore, it is possible to reduce the cost and size by reducing the design conditions for the insulation of the equipment.

また、ダメージを抑制するために、インバータと負荷との間に挿入する出力フィルタなどの追加の機器の小型化・低コスト化や削減ができる。また、電圧変動によるノイズが低減し、ノイズ対策に伴う機器の追加などのコストやサイズの増大化を抑制できる。   Further, in order to suppress damage, it is possible to reduce the size, cost, and reduction of additional equipment such as an output filter inserted between the inverter and the load. Further, noise due to voltage fluctuation is reduced, and an increase in cost and size such as addition of equipment accompanying noise countermeasures can be suppressed.

[実施形態2]
本実施形態2は、フライングキャパシタCFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在し、フライングキャパシタCFCに流れる電流極性を逆転させる必要があるとき、以下の手順でスイッチングデバイス、スイッチの切り替え動作を行う。
(1)フライングキャパシタCFCを利用する電位を出力する相が複数存在するとき、それら各相のフライングキャパシタCFCへの電流経路を制御するスイッチを、相ごとに所定の時間以上の間隔をもって、かつ任意の相順でオフする。
(2)フライングキャパシタCFCに流れる電流極性を逆転させる充放電パターンの切り替えを行う。
(3)(1)で遮断したフライングキャパシタCFCへの電流経路を制御するスイッチを、相ごとに所定の時間以上の間隔をもって、かつ、任意の相順でオンする。
[Embodiment 2]
Embodiment 2 is present phase outputs a potential to use the flying capacitor C FC is two or more, when it is necessary to reverse the current polarity flowing in the flying capacitor C FC, switching devices in the following steps, the switch Perform switching operation.
(1) When phase outputs a potential to use the flying capacitor C FC there is a plurality, a switch for controlling a current path to those phases of the flying capacitor C FC, with an interval of at least a predetermined time for each phase, And turn off in any phase order.
(2) Switching of the charge / discharge pattern that reverses the polarity of the current flowing through the flying capacitor C FC .
A switch for controlling a current path to Blocked flying capacitor C FC (3) (1), with a predetermined time or more intervals for each phase, and is turned on at any phase sequence.

手順(1)で示した相毎にフライングキャパシタCFCへの電流経路を制御するスイッチをオフする際の時間間隔は、それら操作による電位変動に伴って、出力線間電圧が負荷に悪い影響を与えない範囲で短くするのが望ましい。 Time interval between turning off the switch for controlling a current path for each phase as shown in step (1) to the flying capacitor C FC, along with the potential variation due to their operation, the bad influence on the voltage between the output line load It is desirable to shorten it as long as it is not given.

オフした相の電位変化が完了する前に、次の相をオフしないように、すなわち、複数相の間で電位の変動状態が重なってしまわないように、各相の電位変動幅や電位の時間に対する変化量、および、それらと主回路の構成要素・成分などによって発生する影響(サージ電圧や振動的な電位変動)などを考慮して、時間間隔を決定する。   Before the phase change of the phase that has been turned off is completed, the next phase is not turned off, that is, the potential fluctuation range or potential time of each phase is set so that potential fluctuation states do not overlap between multiple phases. The time interval is determined in consideration of the amount of change with respect to and the influence (surge voltage or vibrational potential fluctuation) generated by the components and components of the main circuit and the like.

フライングキャパシタCFCへの電流経路を制御するスイッチを相毎にオフする際の順番は、どのように選んでもよい。また、手順(3)でオンする際も同様である。手順(1)と手順(3)でその順番が異なっていても、一致していても、対称性をもって(1)と(3)で逆順となるようにしてもよい。 Order in which to turn off the switch for controlling the current path to the flying capacitor C FC for each phase may choose how. The same applies when turning on in step (3). Even if the order is different between the procedure (1) and the procedure (3) or they are coincident, the order may be reversed between (1) and (3) with symmetry.

制御の簡単化のため、フライングキャパシタCFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在しない場合においても、上記手順(1)〜(3)を適用してよい。ただし、適用しない場合に対して、切り替えに要する時間がわずかに増加する可能性がある。 For simplicity of control, when the phase of outputting the potential to use the flying capacitor C FC does not exist two or more, may also apply the above procedure (1) to (3). However, there is a possibility that the time required for switching slightly increases as compared with the case where it is not applied.

本実施形態2における制御手順を、図22の回路に適用したときの動作及びその作用について、例として説明する。   An operation and an action when the control procedure in the second embodiment is applied to the circuit of FIG. 22 will be described as an example.

図11は制御手順を適用したスイッチングパターン(第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4,各スイッチSX1〜SX3,SY1〜SY3のオンオフ信号)及びそのときのX相,Y相の出力電位VOUT_X,VOUT_YおよびX−Y線間電圧VOUT_XYを示している。また、図12〜図14は各制御ステップにおける各スイッチングデバイス,スイッチのオン/オフ状態および電流の状態を示した模式図である。 FIG. 11 shows switching patterns (first to fourth switching devices S 1 to S 4 , on / off signals of switches S X1 to S X3 , S Y1 to S Y3 ) to which the control procedure is applied, and the X phase and Y phase at that time of the output potential V OUT_X, it shows a V Out_Y and line X-Y voltage V OUT_XY. FIGS. 12 to 14 are schematic diagrams showing switching devices, switch on / off states, and current states in each control step.

初期状態t0は図24と同じく、フライングキャパシタCFCの充放電特性を決める(フライングキャパシタCFCの充放電電流極性を制御する)第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4の状態(充放電パターン)は、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフの状態である。 As with the initial state t 0 is 24, determining the charge and discharge characteristics of the flying capacitor C FC (control the charging and discharging current polarity of the flying capacitor C FC) first to fourth state of the switching device S 1 to S 4 (charge In the discharge pattern), the first and third switching devices S 1 and S 3 are on, and the second and fourth switching devices S 2 and S 4 are off.

また、電圧選択回路1,2は、X相は第1,第2スイッチSX1,SX2がオフ,第3スイッチSX3(SX3A,SX3B)がオン,Y相は第1,第2スイッチSY1,SY2がオフ,第3スイッチSY3(SY3A,SY3B)がオンの状態である。これはX相,Y相いずれも端子P2の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタCFCを利用して電圧を出力している状態である。 In the voltage selection circuits 1 and 2, the first and second switches S X1 and S X2 are OFF in the X phase, the third switch S X3 (S X3A and S X3B ) is ON, and the first and second switches in the Y phase are the first and second. The switches S Y1 and S Y2 are off, and the third switch S Y3 (S Y3A , S Y3B ) is on. This X-phase, a state where both Y phase and outputs the potential of the terminal P2, i.e., a state in which the output voltage by using a flying capacitor C FC.

X相の出力電流は直流側から交流側に流れており(IOUT_X>0),Y相の出力電流は交流側から直流側へ流れている(IOUT_Y<0)とする。 The X-phase output current flows from the DC side to the AC side (I OUT_X > 0), and the Y-phase output current flows from the AC side to the DC side (I OUT_Y <0).

この状態から手順(1)を開始する。すなわち、X相,Y相のフライングキャパシタCFCにつながる第3スイッチSX3,SY3を順にオフする。まず、時刻tAにおいて第3スイッチSX3(SX3A,SX3B)をオフする。これによりX相のフライングキャパシタCFCへの電流経路が遮断され、第2スイッチSX2の逆並列ダイオードに転流するため、X相の出力電位VOUT_X=−E/2となる。 Procedure (1) is started from this state. That is, the third switches S X3 and S Y3 connected to the X-phase and Y-phase flying capacitors C FC are sequentially turned off. First, at time t A , the third switch S X3 (S X3A , S X3B ) is turned off. As a result, the current path to the X-phase flying capacitor C FC is cut off and commutated to the antiparallel diode of the second switch S X2 , so that the X-phase output potential V OUT — X = −E / 2.

次に、時刻tBにおいて、第3スイッチSY3(SY3A,SY3B)をオフする。これによりY相のフライングキャパシタCFCへの電流経路が遮断され、電流が第1スイッチSY1の逆並列ダイオードに転流するため、Y相の出力電圧VOUT_Y=+E/2となる。 Next, at time t B , the third switch S Y3 (S Y3A , S Y3B ) is turned off. Thus is cut off the current path to the flying capacitor C FC of Y phase, since the current commutates to the antiparallel diode of the first switch S Y1, Y phase of the output voltage V Out_Y = + a E / 2.

このときの線間電圧VOUT_XYは、初期状態t0でVOUT_XY=0から、時刻tAにおいて−E/2,時刻tBにおいて−Eへと変化する。電位の変化は1レベルずつであり、2レベルの電位変化は防止される。 The line voltage V OUT_XY at this time changes from V OUT_XY = 0 in the initial state t 0 to −E / 2 at time t A and −E at time t B. The change in potential is one level at a time, and a two-level potential change is prevented.

時刻tAから時刻tBへの時間間隔は、操作による電位変動に伴って、線間電圧VOUT_XYが負荷に悪い影響を与えない範囲で短くする。時刻tAでX相のフライングキャパシタCFCへの電流遮断を行うことで、X相の出力端子の電位が0から−E/2へと変動を開始するが、それには一定の時間がかかる。過渡的に電位変動中に、時刻tBによるY相の遮断動作を開始してしまうと、X―Y相の線間電圧VOUT_XYにとってはX相,Y相の電位変動の影響が重なり、実質的に2レベルの同時変化と同様の電圧変動が発生する。 The time interval from the time t A to the time t B is shortened in a range in which the line voltage V OUT — XY does not adversely affect the load due to the potential fluctuation due to the operation. By performing the current interruption to flying capacitor C FC of X-phase at time t A, the potential of the output terminal of the X phase begins variation from 0 to -E / 2, it takes a certain time to it. If the Y-phase cutoff operation at time t B is started during the potential fluctuation transiently, the influence of the X-phase and Y-phase potential fluctuations overlaps with the line voltage V OUT_XY of the XY phase. Thus, a voltage fluctuation similar to the simultaneous change of two levels occurs.

例えば、電圧変動の時間当たりの変化量は2レベル同時変動時と同じとなり、サージ電圧の増大など負荷に対する悪影響がある。また、X相のその変動にともなって、出力端子から負荷端子の間のインピーダンスなどによって、振動的な電位変動が発生・持続することがあるが、それが充分完了する前にY相の遮断動作を開始すると、この場合もそれぞれの影響が重なってしまう可能性がある。   For example, the amount of change in voltage per time is the same as that at the time of two-level simultaneous change, which has an adverse effect on the load such as an increase in surge voltage. In addition, along with the fluctuation of the X phase, an oscillating potential fluctuation may occur and persist due to the impedance between the output terminal and the load terminal, etc., but the Y phase shutoff operation before it is fully completed In this case, the influences may overlap.

従って、そのような影響を考慮した上で、可能な範囲で短い時間間隔にするのが望ましい。以上の操作により、フライングキャパシタCFCに流れていた出力電流が遮断され、フライングキャパシタCFCの電流極性を制御するスイッチ群の操作が、出力の相電位に影響を与えない状態が得られる。また、上記の操作中において、X−Y間の線間電圧VOUT_XYにおける2レベルの電位変動の発生を防止できる。 Therefore, in consideration of such influence, it is desirable to set the time interval as short as possible. With the above operation, the output current flowing through the flying capacitor C FC is cut off, and a state in which the operation of the switch group that controls the current polarity of the flying capacitor C FC does not affect the output phase potential is obtained. Further, during the above operation, it is possible to prevent the occurrence of two-level potential fluctuations in the line voltage V OUT — XY between XY.

次に、手順(2)を開始する。時刻tCにおいて、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3をオフする。次に、時刻tDにおいて第2,第4スイッチングデバイスS2,S4をオンすることで、直流電圧源に接続されるフライングキャパシタCFCの極性が反転し、充放電パターンの切り替えが完了する。 Next, procedure (2) is started. At time t C , the first and third switching devices S 1 and S 3 are turned off. Next, by turning on the second and fourth switching devices S 2 and S 4 at time t D , the polarity of the flying capacitor C FC connected to the DC voltage source is reversed, and the switching of the charge / discharge pattern is completed. .

時刻tBから時刻tCの間隔は、時刻tCにおいて電流がフライングキャパシタCFCを利用する経路(電位)から利用しない経路(電位)に切り替わる場合に想定される転流完了時間とするのが望ましい。また、時刻tCから時刻tDの間隔は、第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4のスイッチ動作が確実に終了する時間だけ確保するのが望ましい。 The interval from time t B to time t C is the commutation completion time expected when the current switches from the path (potential) using the flying capacitor C FC to the path (potential) not using at time t C. desirable. Further, it is desirable that the interval from time t C to time t D is ensured only for a time when the switch operation of the first to fourth switching devices S 1 to S 4 is reliably completed.

このフライングキャパシタCFCの充放電パターンの切り替え動作中において、相の電位および線間の電圧変化は発生しない。そのため、従来発生していた2レベルの電位変化も発生しない。 During switching operation of the charging and discharging pattern of the flying capacitor C FC, the voltage change of the potential and line-to-line phase does not occur. For this reason, the two-level potential change that has conventionally occurred is not generated.

最後に、手順(3)を開始する。手順(1)とは逆に、時刻tEで第3スイッチSX3をオンし、時刻tFで第3スイッチSY3をオンする。このとき、相電位の変化および線間電圧の変化には、手順(1)と同じ電圧で時系列的に逆の波形となる。従って、線間電圧の2レベル変化は発生しない。各切り替え時間間隔は、これまでと同様でよい。 Finally, the procedure (3) is started. Contrary to the procedure (1), and turns on the third switch S X3 at time t E, and turns on the third switch S Y3 at time t F. At this time, the phase potential change and the line voltage change have the same voltage as in the procedure (1) but reverse waveforms in time series. Therefore, a two-level change in the line voltage does not occur. Each switching time interval may be the same as before.

以上のように、フライングキャパシタCFCへの電流経路を相毎に一定の時間間隔をもって一時的に遮断し、その後にフライングキャパシタCFCの充放電パターンを切り替えることで、その切り替え操作中に発生する線間電圧の2レベルの同時変化を防止できる。 As described above, the current path to the flying capacitor C FC is temporarily interrupted for each phase at a constant time interval, and thereafter, the charge / discharge pattern of the flying capacitor C FC is switched to occur during the switching operation. Simultaneous changes of two levels of the line voltage can be prevented.

また、一時的にフライングキャパシタCFCへの電流経路を遮断及び復帰(再導通)させる操作において、複数相間で一定の時間間隔を持って行うことで、その電位変動によって発生する可能性のあるX−Y間の線間電圧VOUT_XYの2レベル変化を防止することができる。 Further, in the temporary blocking and return current paths of the flying capacitor C FC (re conducting) is to operate, by performing with a certain time interval between a plurality of phases, that can occur by the potential change X A two-level change in the line voltage V OUT — XY between −Y can be prevented.

例では、出力相数が2相であるが、3相以上の場合においても、同様の制御により同様の効果が得られる。ただし、相数の増加に伴い、フライングキャパシタCFCへの電流経路の遮断・復帰操作の手順数が増加し、充放電切り替え操作の総時間が増加する。また、例では電圧選択回路1,2にT型の3レベル回路を適用しているが、スイッチとダイオードで構成されるNPC型など、別の回路構成においても同様の効果が得られる。 In the example, the number of output phases is two, but the same effect can be obtained by the same control even when there are three or more phases. However, with the increase of the number of phases, number of steps of the blocking and restoring operation of the current path to the flying capacitor C FC increases the total time of charge and discharge switching operation increases. In the example, a T-type three-level circuit is applied to the voltage selection circuits 1 and 2, but the same effect can be obtained in another circuit configuration such as an NPC type including a switch and a diode.

複数のフライングキャパシタ式マルチレベル回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタを有する多レベル回路を構成した場合における動作および作用を,例を用いて説明する。   The operation and action in the case where a plurality of flying capacitor type multilevel circuits are connected in series in a plurality of stages to constitute a multilevel circuit having a plurality of flying capacitors will be described by way of example.

ここでは、実施形態1と同様に図6を用いて説明する。   Here, it demonstrates using FIG. 6 similarly to Embodiment 1. FIG.

図15は制御ロジックを適用した第1〜第8スイッチングデバイスS1〜S8のオン/オフ状態の遷移例,及びそのときのU相,V相,W相の出力電位VOUT_U,VOUT_V,VOUT_WおよびU−V間,V−W間,W−U間の線間電圧VOUT_UV,VOUT_VW,VOUT_WUを示している。ただし、各相の電圧選択回路のスイッチの状態については省略している。 FIG. 15 shows an example of ON / OFF state transitions of the first to eighth switching devices S 1 to S 8 to which the control logic is applied, and the output potentials V OUT_U , V OUT_V , U-phase, V-phase, and W-phase at that time. Line voltages V OUT_UV , V OUT_VW , V OUT_WU between V OUT_W and U−V, between V−W, and W−U are shown. However, the state of the switch of the voltage selection circuit of each phase is omitted.

また、図16〜図18は各制御ステップにおける第1〜第8スイッチングデバイスS1〜S8,第1〜第10スイッチSU1〜SU10,SV1〜SV10,SW1〜SW10のオン/オフ状態および電流の状態を示した模式図である。初期状態t0における各相の出力電位は次の通りである。
OUT_U=+E/4
OUT_V=+E/4
OUT_W=−E/4
U相,V相は第1フライングキャパシタCFC1,W相は第2フライングキャパシタCFC2を利用した電位を出力している。
The on of 16 to 18 are first to eighth switching device S 1 to S 8 in each control step, first to tenth switch S U1 ~S U10, S V1 ~S V10, S W1 ~S W10 FIG. 4 is a schematic diagram showing an off state and a current state. The output potential of each phase in the initial state t 0 is as follows.
V OUT_U = + E / 4
V OUT_V = + E / 4
V OUT_W = −E / 4
The U-phase and V-phase output potentials using the first flying capacitor C FC1 and the W-phase outputs the second flying capacitor C FC2 .

また、各相の出力電流の極性は、直流電圧源側から交流端子に向かう方向を正とすると以下の通りである。
OUT_U>0
OUT_V<0
OUT_W>0
第1フライングキャパシタCFC1の電流極性を制御する第1〜第4スイッチングデバイスS1〜S4は、第1,第3スイッチングデバイスS1,S3がオン,第2,第4スイッチングデバイスS2,S4がオフの状態である。また、第2フライングキャパシタCFC2の電流極性を制御する第5〜第8スイッチングデバイスS5〜S8は、第6,第8スイッチングデバイスS6,S8がオン,第5,第7スイッチングデバイスS5,S7がオフの状態である。
In addition, the polarity of the output current of each phase is as follows when the direction from the DC voltage source side to the AC terminal is positive.
I OUT_U > 0
I OUT_V <0
I OUT_W > 0
The first to fourth switching devices S 1 to S 4 that control the current polarity of the first flying capacitor C FC1 are ON in the first and third switching devices S 1 and S 3 , and the second and fourth switching devices S 2. , S 4 is in an off state. Also, fifth to eighth switching device S 5 to S 8 for controlling the current polarity of the second flying capacitor C FC2 is sixth, eighth switching device S 6, S 8 is turned on, the fifth, seventh switching device S 5 and S 7 are off.

この初期状態t0から、第1フライングキャパシタCFC1の電流極性を制御するスイッチングデバイス,第2フライングキャパシタCFC2の電流極性を制御するスイッチングデバイス両方のスイッチングパターンを切り替える場合の手順を以下に説明する。 A procedure for switching the switching pattern of both the switching device that controls the current polarity of the first flying capacitor C FC1 and the switching device that controls the current polarity of the second flying capacitor C FC2 from the initial state t 0 will be described below. .

まず、手順(1)(時刻t0→時刻tA→時刻tB→時刻tC)を開始する。U相,V相,W相の第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2への電流経路となるスイッチを、特定の時間間隔をもってオフすることで、線間電圧における2レベルの電圧変化を防止する。 First, the procedure (1) (time t 0 → time t A → time t B → time t C ) is started. By turning off the switches that become current paths to the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 of the U-phase, V-phase, and W-phase at specific time intervals, two-level voltage changes in the line voltage can be achieved. To prevent.

時刻tAにおいて、第2,第3スイッチSU2,SU3をオフする。これにより、第1フライングキャパシタCFC1を流れる電流経路が遮断され、第1,第2ダイオードDU2,DU1,第4,第5スイッチSU4,SU5を通る経路に転流するため、U相電位VOUT_Uは+E/4から0へと変化する。 At time t A , the second and third switches S U2 and S U3 are turned off. As a result, the current path flowing through the first flying capacitor C FC1 is interrupted and commutated to the path passing through the first and second diodes D U2 and D U1 , the fourth and fifth switches S U4 and S U5. The phase potential V OUT — U changes from + E / 4 to 0.

次に、時刻tBにおいて、第2,第3スイッチSV2,SV3をオフする。これにより第1フライングキャパシタCFC1を流れる電流経路が遮断され、第1,第3,第4,第5スイッチSV1,SV3,SV4,SV5の逆並列ダイオードを通る経路に転流するため、V相電位VOUT_Vは+E/4から+E/2へと変化する。 Next, at time t B , the second and third switches S V2 and S V3 are turned off. As a result, the current path flowing through the first flying capacitor C FC1 is cut off and commutated to the path passing through the antiparallel diodes of the first, third, fourth, and fifth switches S V1 , S V3 , S V4 , and S V5. Therefore , the V-phase potential V OUT_V changes from + E / 4 to + E / 2.

さらに、時刻tCにおいて、第8,第9スイッチSW8,SW9をオフする。これにより第2フライングキャパシタCFC2を流れる電流経路が遮断され、第10,第8,第7,第6スイッチSW10,SW8,SW7,SW6の逆並列ダイオードを通る経路に転流するため、W相電位VOUT_Wは−E/4から−E/2へと変化する。 Further, at time t C , the eighth and ninth switches S W8 and S W9 are turned off. As a result, the current path flowing through the second flying capacitor C FC2 is cut off and commutated to a path passing through the antiparallel diodes of the tenth, eighth, seventh, and sixth switches S W10 , S W8 , S W7 , and S W6. Therefore , the W-phase potential V OUT_W changes from −E / 4 to −E / 2.

これら相電位の変動は、2相以上が同時に電位変動することはない。従って、線間電圧VOUT_UV,VOUT_VW,VOUT_WUに同時の2レベルの電圧変化は発生しない。加えて、各相のオフするタイミングを、各相の電位変動とそれによる電位の振動などの現象を考慮した時間だけずらすことによって、線間電圧VOUT_UV,VOUT_VW,VOUT_WUに2レベルの電圧変化は発生しない。 These phase potential fluctuations do not cause potential fluctuations in two or more phases at the same time. Therefore, simultaneous two-level voltage changes do not occur in the line voltages V OUT — UV , V OUT — VW , V OUT — WU . In addition, by shifting the timing of turning off each phase by a time that takes into account phenomena such as fluctuations in the potential of each phase and the oscillation of the potential, two-level voltages are applied to the line voltages V OUT_UV , V OUT_VW , and V OUT_WU. No change occurs.

例ではU相,V相,W相の順序としたが、どのような順序にしても上記の効果は得られるため,順序は任意で良い。   In the example, the order of the U phase, the V phase, and the W phase is used. However, since the above-described effect can be obtained in any order, the order may be arbitrary.

次に、手順(2)を開始する。時刻tDにおいて第1,第3,第6,第8スイッチングデバイスS1,S3,S6,S8を遮断する。次に、時刻tEにおいて、第2,第4,第5,第7スイッチングデバイスS2,S4,S5,S7をオンする。 Next, procedure (2) is started. At time t D , the first, third, sixth and eighth switching devices S 1 , S 3 , S 6 and S 8 are cut off. Next, at time t E , the second, fourth, fifth and seventh switching devices S 2 , S 4 , S 5 and S 7 are turned on.

手順(1)において、第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2それぞれに流れる電流は遮断されているため、当然ながらこれらスイッチングデバイスの変化が、各相電圧に影響を与えることはない。そのため、この動作によって、線間電圧VOUT_UV,VOUT_VW,VOUT_WUの2レベル変化を防止できる。 In the procedure (1), since the currents flowing through the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 are cut off, naturally, the change of these switching devices does not affect each phase voltage. Therefore, this operation can prevent two-level changes in the line voltages V OUT_UV , V OUT_VW , and V OUT_WU .

時刻tCから時刻tDまでの間隔は、時刻tCによる電位の変動及び電流の転流が完了する時間以上とするのが望ましい(例えばデッドタイム相当)。時刻tDから時刻tEまでの間隔は、電流が遮断されているため、確実にスイッチの切り替えが終了する時間相当とすれば良い。 The interval from the time t C to the time t D is preferably set to be equal to or longer than the time when the potential fluctuation and the current commutation are completed at the time t C (for example, equivalent to the dead time). Interval from time t D to time t E, since the current is cut off, reliably may be time considers to the switching of the switch is completed.

最後に、手順(3)を開始する。手順(1)で遮断した第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2への電流経路を再度復帰させ、各相電位を元の大きさに復帰させる。時刻tFにおいて、第1,第2スイッチSU2,SU3をオンする。次に、時刻tGにおいて、第2,第3スイッチSV2,SV3をオンする。最後に、時刻tHにおいて第8,第9スイッチSW8,SW9をオンする。 Finally, the procedure (3) is started. The current paths to the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 interrupted in the procedure (1) are restored again, and the phase potentials are restored to their original magnitudes. At time t F , the first and second switches S U2 and S U3 are turned on. Next, at time t G , the second and third switches S V2 and S V3 are turned on. Finally, the eighth and ninth switches S W8 and S W9 are turned on at time t H.

時刻tEから時刻tFの時間間隔は、時刻tDから時刻tEまでと同様である。時刻tFから時刻tG,時刻tGから時刻tHの時間間隔は、時刻tAから時刻tB,時刻tBから時刻tCの時と同様に、各相の電位変動の影響が重ならない程度の時間間隔とするのが望ましい。 The time interval from time t E to time t F is the same as from time t D to time t E. The time intervals from time t F to time t G and from time t G to time t H are affected by potential fluctuations in each phase as in the time from time t A to time t B and from time t B to time t C. It is desirable to set the time interval so that it does not occur.

上記では、第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2の両方の充放電パターンを切り替えているが、片方のみ切り替える場合は、その第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2に関係する出力相のみ第1,第2フライングキャパシタCFC1,CFC2への電流経路となるスイッチをオン・オフ制御すれば良い。これはフライングキャパシタが3つ以上の場合でも同じである。 In the above, the charge / discharge patterns of both the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 are switched. However, when only one of them is switched, the output related to the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 is switched. It is only necessary to control the on / off control of a switch that is a current path to the first and second flying capacitors C FC1 and C FC2 only for the phase. This is the same even when there are three or more flying capacitors.

以上のように、フライングキャパシタが複数ある場合においても、同様の手法で線間電圧の2レベルの電圧変動を防止できる。   As described above, even when there are a plurality of flying capacitors, a two-level voltage fluctuation of the line voltage can be prevented by the same method.

フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え時に、事前、かつ一時的に関係する相のフライングキャパシタへの電流経路を遮断する。また、その電流経路の遮断、および再導通を行う各相のタイミングをずらすことによって、その一時的なフライングキャパシタへの電流経路遮断操作および、フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え操作によって発生する線間電圧の2レベルの電圧変動を防止できる。そのため、出力に接続される負荷(機器など)に対する電圧変化によるダメージ(絶縁破壊)を低減できる。   At the time of switching the pattern of the switch group that controls the current polarity of the flying capacitor, the current path to the flying capacitor of the phase concerned in advance and temporarily is cut off. In addition, by interrupting the current path and shifting the timing of each phase for re-conduction, the current path is interrupted to the flying capacitor temporarily, and the switch group pattern switching operation is controlled to control the current polarity of the flying capacitor. 2 can prevent voltage fluctuations at two levels of the line voltage. Therefore, it is possible to reduce damage (dielectric breakdown) due to voltage change with respect to a load (device or the like) connected to the output.

さらに、機器の絶縁に対する設計条件を緩和できることで低コスト化,小型化などが可能となる。また、ダメージを抑制するために、インバータと負荷との間に挿入する出力フィルタなどの追加の機器の小型化・低コスト化や削減ができる。また、電圧変動によるノイズが低減し、ノイズ対策に伴う機器の追加などのコストやサイズの増大化を抑制できる。   Furthermore, it is possible to reduce the cost and size by reducing the design conditions for the insulation of the equipment. Further, in order to suppress damage, it is possible to reduce the size, cost, and reduction of additional equipment such as an output filter inserted between the inverter and the load. Further, noise due to voltage fluctuation is reduced, and an increase in cost and size such as addition of equipment accompanying noise countermeasures can be suppressed.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

1,2…電圧選択回路
3…充放電制御部
4…電圧選択回路制御部
5…電圧指令/キャリア信号比較部
6…ゲート信号補正部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Voltage selection circuit 3 ... Charging / discharging control part 4 ... Voltage selection circuit control part 5 ... Voltage command / carrier signal comparison part 6 ... Gate signal correction part

Claims (5)

各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第1〜第4スイッチングデバイスと、前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が2以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
電圧選択回路制御部が、第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する第1ステップと、
充放電制御部が、前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第2ステップと、
前記電圧選択回路制御部が、前記第2ステップ後に、前記第1ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点に変更する第3ステップと、を有することを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
First to fourth switching devices common to each phase, which are sequentially connected in series between a positive electrode end and a negative electrode end of a DC voltage source common to each phase, a common connection point of the first and second switching devices, and the first 3, a common module having a common flying capacitor connected between the common connection points of the fourth switching devices,
A positive electrode terminal of the DC voltage source; a common connection point of the second and third switching devices; a switch between a negative electrode terminal of the DC voltage source and an output terminal; a positive electrode terminal of the DC voltage source; 2, a common connection point of the third switching device, and a voltage selection circuit for each phase that selects any one of the negative electrode ends of the DC voltage source and establishes a connection state with the output terminal. Is a control method for a multi-level power converter having two or more,
Turning on the first and third switching devices, turning off the second and fourth switching devices, turning off the first and third switching devices, and turning on the second and fourth switching devices; Before the state transition between
The voltage selection circuit control unit selects all of the voltage selection circuits of the phases for which the common connection point of the second and third switching devices is selected at the positive terminal of the DC voltage source or the negative terminal of the DC voltage source. A first step to change;
The charge / discharge control unit turns on the first and third switching devices, turns off the second and fourth switching devices, and turns off the first and third switching devices. The second and fourth switching devices A second step for performing a state transition between
After the second step, the voltage selection circuit control unit selects a voltage selection circuit of a phase in which the positive terminal of the direct current voltage source or the negative terminal of the direct current voltage source is selected in the first step. And a third step of changing to a common connection point of the third switching device.
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第1〜第4スイッチングデバイスと、前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が2以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
電圧選択回路制御部が、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第1ステップと、
充放電制御部が、前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第2ステップと、
前記電圧選択回路制御部が、前記第2ステップ後に、前記第1ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第3ステップと、有することを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
First to fourth switching devices common to each phase, which are sequentially connected in series between a positive electrode end and a negative electrode end of a DC voltage source common to each phase, a common connection point of the first and second switching devices, and the first 3, a common module having a common flying capacitor connected between the common connection points of the fourth switching devices,
A positive electrode terminal of the DC voltage source; a common connection point of the second and third switching devices; a switch between a negative electrode terminal of the DC voltage source and an output terminal; a positive electrode terminal of the DC voltage source; 2, a common connection point of the third switching device, and a voltage selection circuit for each phase that selects any one of the negative electrode ends of the DC voltage source and establishes a connection state with the output terminal. Is a control method for a multi-level power converter having two or more,
Turning on the first and third switching devices, turning off the second and fourth switching devices, turning off the first and third switching devices, and turning on the second and fourth switching devices; Before the state transition between
A voltage selection circuit control unit selects a phase voltage selection circuit that selects a common connection point of the second and third switching devices for each phase at the positive terminal of the DC voltage source or the negative terminal of the DC voltage source. A first step of changing at regular time intervals;
The charge / discharge control unit turns on the first and third switching devices, turns off the second and fourth switching devices, and turns off the first and third switching devices. The second and fourth switching devices A second step for performing a state transition between
After the second step, the voltage selection circuit control unit selects a voltage selection circuit of a phase in which the positive terminal of the direct current voltage source or the negative terminal of the direct current voltage source is selected in the first step. A third step of changing the common connection point of the third switching device at a constant time interval for each phase, and a control method for a multilevel power conversion device.
前記マルチレベル電力変換装置は、
前記共通モジュールをN(N=2以上の整数)個備え、
K(1〜N−1までの整数)番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端と、K+1番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続し、
K番目の前記共通モジュールの第4スイッチングデバイスと、K+1番目の前記共通モジュールの第1スイッチングデバイスと、を接続し、
K番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端とK+1番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端との前記電圧選択回路の接続を共通とすることを特徴とする請求項1または2記載のマルチレベル電力変換装置の制御方法。
The multi-level power converter is
N common modules (N = 2 or more integers) are provided,
Connecting the negative terminal of the DC voltage source of the K (the integer from 1 to N-1) th common module and the positive terminal of the DC voltage source of the K + 1th common module;
Connecting a fourth switching device of the Kth common module and a first switching device of the K + 1th common module;
3. The connection of the voltage selection circuit between the negative terminal of the direct current voltage source of the Kth common module and the positive terminal of the direct current voltage source of the (K + 1) th common module is common. Control method for multi-level power converters.
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第1〜第4スイッチングデバイスと、前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が2以上のマルチレベル電力変換装置であって、
前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する電圧選択回路制御部と、
前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う充放電制御部と、を備え、
前記電圧選択回路制御部が、
前記状態遷移前に前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端に変更した相の電圧選択回路を、前記状態遷移後に、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点に変更することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
First to fourth switching devices common to each phase, which are sequentially connected in series between a positive electrode end and a negative electrode end of a DC voltage source common to each phase, a common connection point of the first and second switching devices, and the first 3, a common module having a common flying capacitor connected between the common connection points of the fourth switching devices,
A positive electrode terminal of the DC voltage source; a common connection point of the second and third switching devices; a switch between a negative electrode terminal of the DC voltage source and an output terminal; a positive electrode terminal of the DC voltage source; 2, a common connection point of the third switching device, and a voltage selection circuit for each phase that selects any one of the negative electrode ends of the DC voltage source and establishes a connection state with the output terminal. Is a multi-level power converter of 2 or more,
Turning on the first and third switching devices, turning off the second and fourth switching devices, turning off the first and third switching devices, and turning on the second and fourth switching devices; Before the state transition between
Voltage selection circuit control for changing the voltage selection circuit of the phase where the common connection point of the second and third switching devices is selected to the positive terminal of the DC voltage source or the negative terminal of the DC voltage source And
Turning on the first and third switching devices, turning off the second and fourth switching devices, turning off the first and third switching devices, and turning on the second and fourth switching devices; A charge / discharge control unit that performs state transition between
The voltage selection circuit controller is
The voltage selection circuit of the phase changed to the positive terminal of the DC voltage source or the negative terminal of the DC voltage source before the state transition is used as a common connection point of the second and third switching devices after the state transition. A multi-level power converter characterized by changing.
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第1〜第4スイッチングデバイスと、前記第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が2以上のマルチレベル電力変換装置であって、
前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスをオンの状態と、の間の状態遷移前に、
前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する電圧選択回路制御部と、
前記第1,第3スイッチングデバイスをオン、前記第2,第4スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第1,第3スイッチングデバイスをオフ、前記第2,第4スイッチングデバイスをオンの状態と、の間の状態遷移を行う充放電制御部と、を備え、
前記電圧選択回路制御部が、
前記状態遷移前に前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端に変更した相の電圧選択回路を、前記状態遷移後に、前記第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
First to fourth switching devices common to each phase, which are sequentially connected in series between a positive electrode end and a negative electrode end of a DC voltage source common to each phase, a common connection point of the first and second switching devices, and the first 3, a common module having a common flying capacitor connected between the common connection points of the fourth switching devices,
A positive electrode terminal of the DC voltage source; a common connection point of the second and third switching devices; a switch between a negative electrode terminal of the DC voltage source and an output terminal; a positive electrode terminal of the DC voltage source; 2, a common connection point of the third switching device, and a voltage selection circuit for each phase that selects any one of the negative electrode ends of the DC voltage source and establishes a connection state with the output terminal. Is a multi-level power converter of 2 or more,
Turning on the first and third switching devices, turning off the second and fourth switching devices, turning off the first and third switching devices, and turning on the second and fourth switching devices; Before the state transition between
The voltage selection circuit of the phase that selects the common connection point of the second and third switching devices is changed to the positive terminal of the DC voltage source or the negative terminal of the DC voltage source with a constant time interval for each phase. A voltage selection circuit control unit;
Turning on the first and third switching devices, turning off the second and fourth switching devices, turning off the first and third switching devices, and turning on the second and fourth switching devices; A charge / discharge control unit that performs state transition between
The voltage selection circuit controller is
The voltage selection circuit of the phase changed to the positive terminal of the DC voltage source or the negative terminal of the DC voltage source before the state transition is used as a common connection point of the second and third switching devices after the state transition. A multi-level power conversion device, wherein the power level is changed with a constant time interval for each phase.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110932589A (en) * 2019-12-18 2020-03-27 华中科技大学 SVPWM modulation method for reducing common-mode voltage of alternating-current side of inverter
CN113497548A (en) * 2020-04-01 2021-10-12 现代自动车株式会社 DC-DC converter
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