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JP2011188655A - Dc-ac power conversion controller - Google Patents

Dc-ac power conversion controller Download PDF

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JP2011188655A
JP2011188655A JP2010052526A JP2010052526A JP2011188655A JP 2011188655 A JP2011188655 A JP 2011188655A JP 2010052526 A JP2010052526 A JP 2010052526A JP 2010052526 A JP2010052526 A JP 2010052526A JP 2011188655 A JP2011188655 A JP 2011188655A
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JP
Japan
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voltage
power conversion
control
sets
inverter
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Application number
JP2010052526A
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Japanese (ja)
Inventor
Norio Onishi
徳生 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokushima NUC
Original Assignee
University of Tokushima NUC
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, in a step-up chopper circuit part of a DC-AC conversion circuit, operation efficiency is reduced due to high voltage conversion ratio in a single bidirectional step-up chopper circuit, and a high breakdown voltage exceeding a DC circuit voltage is required for a switching element, to solve a problem that, when an inverter is operated from a step-up controlled DC voltage source, a high breakdown voltage exceeding the DC circuit voltage is required for the switching element due to a high DC voltage during high speed operation, and moreover, to solve a problem that, when on/off switching is directly controlled under a high DC voltage, peripheral equipment is affected by switching loss or switching noise. <P>SOLUTION: From a battery voltage, two sets of high DC voltages are obtained which have a neutral point voltage by serially connecting two sets of DC voltage outputs, stepped up by operation of two sets of step-up chopper switch circuits via one step-up reactor, in two stages, and the two sets of stepped up and controlled DC voltage sources having the neutral point voltage are connected to an NPC inverter to control the waveform and voltage continuously by operation of level 2 at low speed, and operation of level 3 at high speed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気自動車の駆動電源分野に用いられる昇圧チョッパ回路を含むNPCインバータ技術に関する。特に充放電回路を2レベルから3レベルまで連続的に制御することにより運転効率の改善とノイズ低減を図り、蓄電池(バッテリー)の省エネと品質向上に貢献する技術である。   The present invention relates to an NPC inverter technology including a step-up chopper circuit used in the field of power supply for electric vehicles. In particular, it is a technology that contributes to energy saving and quality improvement of a storage battery (battery) by continuously controlling the charge / discharge circuit from 2 to 3 levels to improve operation efficiency and reduce noise.

近年、電気自動車の駆動電源システムはバッテリーをインバータに直結する方式や、バッテリーを昇圧チョッパ回路でバッテリー電圧を昇圧してからインバータに接続してインバータを制御する場合が多い。 In recent years, a drive power supply system for an electric vehicle often controls a battery by directly connecting a battery to an inverter, or boosting a battery voltage by a boost chopper circuit and then connecting the battery to the inverter to control the inverter.

電気自動車を低速運転する場合は、昇圧チョッパ回路によりインバータの直流電圧を高くしないが、高速運転する場合、高い直流電圧に上げてから、インバータを制御することが多く、その昇圧比は高いため、高い変換効率は得られにくい課題がある。 When driving an electric vehicle at a low speed, the booster chopper circuit does not increase the DC voltage of the inverter, but when driving at a high speed, the inverter is often controlled after increasing to a high DC voltage, and the boost ratio is high. There is a problem that it is difficult to obtain high conversion efficiency.

電気自動車の駆動用インバータ回路構成としては、三相ブリッジ構成による2レベルインバータが一般に用いられているが、スイッチング素子耐圧の低減やインバータの出力電圧の波形改善を目的に、電気鉄道等で用いられたNPCインバータ(特許文献1ないし4、非特許文献1参照)を電気自動車用として用いた例は見当たらない。 As an inverter circuit configuration for driving an electric vehicle, a two-level inverter having a three-phase bridge configuration is generally used. However, it is used in an electric railway or the like for the purpose of reducing the switching element withstand voltage and improving the output voltage waveform of the inverter. In addition, there is no example of using an NPC inverter (see Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1) for an electric vehicle.

このNPCインバーを働かせるためには、直流電源に中性点電位が必要であり、通常は2個のキャパシタを直列に接続して、中性点付きの2電源を得てNPCインバータに接続する方式が一般的であるが、NPCインバータに接続される負荷状態や制御状態によって、中性点電圧が変動し、正常な動作をしなくなる恐れがあるため、中性点の電位が変動しないような制御方策がいろいろと検討されているものの、中性点電圧を本質的に制御出来ないインバータの制御モードが存在するなどの課題がある。 In order to make this NPC invar work, a neutral point potential is required for the DC power source. Usually, two capacitors are connected in series to obtain two power sources with a neutral point and connected to the NPC inverter. However, the neutral point voltage may fluctuate depending on the load state and control state connected to the NPC inverter, and normal operation may not be performed. Although various measures have been studied, there are problems such as the presence of an inverter control mode that cannot essentially control the neutral voltage.

電気自動車などでは、直流電源としてバッテリーを用いるため、二組の蓄電池を直列に接続することにより、NPCインバータの直流電源として用いることが出来るが、直流電圧を高くする場合には構成がさらに複雑化するとともに、二組の蓄電池間での負荷バランスが崩れる可能性もあり、実用的でないと考えられる。 In electric vehicles, etc., a battery is used as a DC power supply, so it can be used as a DC power supply for an NPC inverter by connecting two sets of storage batteries in series. However, the configuration becomes more complicated when the DC voltage is increased. In addition, the load balance between the two sets of storage batteries may be disrupted, which is considered impractical.

従来技術によれば、バッテリー電圧を直接インバータに接続して、インバータにより交流電動機を制御する場合、高速運転時に適合した高い直流電圧のもとで、低速運転動作させると、インバータのスイッチング損失が大きく運転効率が低くなる。また、低い電圧で高速運転する場合、電動機電流が非常に大きくなり、大きな抵抗損を伴い、運転効率が低くなる。   According to the prior art, when the battery voltage is directly connected to the inverter and the AC motor is controlled by the inverter, the switching loss of the inverter is large if the inverter is operated at a low speed under a high DC voltage suitable for high speed operation. Operating efficiency is lowered. Further, when high-speed operation is performed at a low voltage, the motor current becomes very large, accompanied by a large resistance loss, and the operation efficiency is lowered.

そこで、最近のハイブリッド自動車におけるインバータの制御法として、バッテリー電圧を直接インバータに接続しないで、昇圧チョッパ回路を介して運転状態に応じて、直流電圧を適切な電圧値に制御してインバータに接続する方式が採られている。 Therefore, as a control method of the inverter in a recent hybrid vehicle, the battery voltage is not directly connected to the inverter, but the DC voltage is controlled to an appropriate voltage value and connected to the inverter via the boost chopper circuit according to the operation state. The method is adopted.

この制御回路構成により、高速運転時には、バッテリー電圧を昇圧チョッパ回路により昇圧させてから、インバータ出力を得ることにより、大きな抵抗損につながる電流値を抑えることができる。また、低速運転時には昇圧チョッパ回路による昇圧比を抑えることにより、低い直流電圧でインバータを働かせるため、低速運転時のスイッチング損失も抑えることが出来る。 With this control circuit configuration, during high-speed operation, the battery voltage is boosted by the boost chopper circuit and then the inverter output is obtained, thereby suppressing a current value that leads to a large resistance loss. Further, since the inverter is operated with a low DC voltage by suppressing the step-up ratio by the step-up chopper circuit during low-speed operation, switching loss during low-speed operation can also be suppressed.

しかしながら、更なる運転効率の改善を目指す場合、高速回転時における直流動作電圧をさらに高くする要求があるが、高い直流電圧でのインバータ動作においては、より高いスイッチング素子耐圧が必要になるとともに、高い電圧からのPWMスイッチング制御に伴うスイッチングノイズ等も増加するので、直流動作電圧としては数500V〜600V程度に抑えられる状況にある。 However, when aiming at further improvement in operating efficiency, there is a need to further increase the DC operating voltage during high-speed rotation, but in inverter operation at a high DC voltage, a higher switching element withstand voltage is required and higher. Since switching noise and the like accompanying PWM switching control from the voltage also increase, the DC operating voltage is in a state where it can be suppressed to about several 500 V to 600 V.

さらに、バッテリー電圧から、より高い直流電圧を得ようとする場合、昇圧チョッパの電圧変換比が大きくなり、変換効率の低下を招くので、この点からも高い直流電圧でインバータを働かせることは難しい。 Furthermore, when trying to obtain a higher DC voltage from the battery voltage, the voltage conversion ratio of the step-up chopper increases, leading to a decrease in conversion efficiency. From this point of view, it is difficult to operate the inverter with a high DC voltage.

特許第4221212号公報Japanese Patent No. 4212212 特開平10−52049号公報JP 10-52049 A 特開平9−56172号公報JP-A-9-56172 特開2001−136750号公報JP 2001-136750 A

「パワーエレクトロニクス回路」電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編(平成12年11月30日刊 株式会社オーム社)45頁ないし92頁、137頁ないし210頁"Power Electronics Circuits" edited by the Institute of Electrical Engineers of Japan, Semiconductor Power Conversion System Research Special Committee (Ohm Co., Ltd., published on November 30, 2000) pages 45 to 92, pages 137 to 210

電気自動車等への応用を目的とした直流交流変換回路における昇圧チョッパ回路部において、高速運転時にバッテリーなどの一つの直流電圧源から高い直流電圧を得る場合、単独の双方向昇圧チョッパ回路では電圧変換比が高くなり運転効率が低下すると共に、必要とするスイッチング素子に直流回路電圧を越える高い耐圧のものを必要とする課題がある。   In a step-up chopper circuit part in a DC-AC converter circuit intended for applications in electric vehicles, etc., when a high DC voltage is obtained from a single DC voltage source such as a battery during high-speed operation, voltage conversion is performed with a single bidirectional step-up chopper circuit. The ratio becomes high and the operation efficiency is lowered, and there is a problem that a switching element that is required requires a high withstand voltage that exceeds the DC circuit voltage.

また、昇圧制御された直流電圧源からインバータを働かせる場合、インバータ回路部において、高速運転時には直流電圧が高くなるため、インバータのスイッチング素子に直流回路電圧を越える高い耐圧のものが必要となることと、高い直流電圧のもとで直接的にオンオフスイッチング制御する場合、スイッチング損失やスイッチングノイズが周辺機器に影響をおよぼすことが懸念されるなどの課題がある。   In addition, when the inverter is operated from a DC voltage source that has been boosted and controlled, the inverter circuit section requires a high withstand voltage that exceeds the DC circuit voltage because the DC voltage increases during high-speed operation. When direct on / off switching control is performed under a high DC voltage, there are problems such as concern that switching loss and switching noise may affect peripheral devices.

また、直流電圧源をコンデンサで分割して中性点電圧を得てNPCインバータに接続する場合は、インバータの出力波形制御と負荷の状態によっては、中性点電圧が制御できないことが知られており、NPCインバータの中性点電圧の制御に課題がある。   In addition, when a DC voltage source is divided by a capacitor to obtain a neutral point voltage and connected to an NPC inverter, it is known that the neutral point voltage cannot be controlled depending on the output waveform control of the inverter and the state of the load. Therefore, there is a problem in controlling the neutral point voltage of the NPC inverter.

本発明の要点は、バッテリー電圧から、1個の昇圧用リアクトルを介して、二組の昇圧チョッパ回路(二段カスケード形昇圧チョッパ回路)動作により、昇圧された二組の直流電圧出力を直列に二段に接続することにより、中性点電圧を有する二組の高い直流電圧を得るとともに、中性点電圧を有する昇圧制御された二組の直流電圧を電源としてNPCインバータに接続して、低速では2レベル動作に、また高速では3レベル動作に連続的に波形・電圧制御を行うことにより、前記した諸課題を解決する点にある。 The main point of the present invention is that two sets of boosted DC voltage outputs are serially connected from the battery voltage through the operation of two boost chopper circuits (two-stage cascade boost chopper circuit) through one boosting reactor. By connecting in two stages, two sets of high DC voltages having neutral point voltage are obtained, and two sets of boosted DC voltages having neutral point voltage are connected to an NPC inverter as a power source, and low speed Then, the above-mentioned problems are solved by performing waveform / voltage control continuously in two-level operation and in high-speed three-level operation.

すなわち課題を解決するための第1の発明は、直流電圧源から直流電圧制御が可能な直流中性点を有する二組の直流出力を得る双方向電力授受可能な直流・直流電圧制御部の出力を中性点クランプダイオードインバータ(NPCインバータ)回路構成による直流・交流変換回路部に接続することにより、インバータにかかる直流電圧の制御を可能にするとともに、NPCインバータの出力電圧の波形を2レベルから3レベル間での制御を可能にし、NPCインバータの出力電圧の振幅およびPWM制御波形を連続的に制御可能とすることを特徴とする直流・交流電力変換制御装置である。 That is, the first invention for solving the problem is that the output of the DC / DC voltage control unit capable of transmitting / receiving bidirectional power to obtain two sets of DC outputs having a DC neutral point capable of DC voltage control from a DC voltage source. Is connected to a DC / AC converter circuit section with a neutral point clamp diode inverter (NPC inverter) circuit configuration, so that the DC voltage applied to the inverter can be controlled and the waveform of the output voltage of the NPC inverter can be reduced from two levels. A DC / AC power conversion control device that enables control between three levels and continuously controls the amplitude of the output voltage of the NPC inverter and the PWM control waveform.

また第2の発明は、前記直流・交流電力変換制御装置において、スイッチング素子と逆並列にダイオードを接続したスイッチ回路を2個直列に接続した接続点を有する二組のスイッチング回路を直列に接続し、直流電圧源から昇圧用リアクトルを介して、2つの接続点間に接続するとともに、直列に接続した二組のスイッチング回路の両端にコンデンサをそれぞれ接続することにより、昇圧用リアクトルを共用した2組の昇圧回路動作をスイッチ切り替え制御により、直列に接続した二組の電圧制御出力を得て、NPCインバータ回路に接続することを特徴とする直流・交流電力変換制御装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the DC / AC power conversion control device, two sets of switching circuits each having a connection point in which two switch circuits each having a diode connected in reverse parallel to the switching element are connected in series are connected. Two sets that share a boosting reactor by connecting a capacitor from both ends of two switching circuits connected in series, while connecting from a DC voltage source via a boosting reactor to two connection points The DC / AC power conversion control device is characterized in that two sets of voltage control outputs connected in series are obtained by switching control of the booster circuit operation and connected to an NPC inverter circuit.

さらにまた第3の発明は、前記直流・交流電力変換制御装置における直流・直流電圧制御部において、昇圧用リアクトルを共用した二組の昇圧回路のスイッチ切り替え制御により、直列に接続した二組の電圧制御出力の値を同じ値に制御することを特徴とする直流・直流電圧制御部を含む直流・交流電力変換制御装置である。 Furthermore, the third invention provides two sets of voltages connected in series by switching control of two sets of boosting circuits sharing a boosting reactor in the DC / DC voltage control unit in the DC / AC power conversion control device. A DC / AC power conversion control device including a DC / DC voltage control unit, wherein the control output value is controlled to the same value.

さらにまた第4の発明は、前記第1の発明の直流・交流電力変換制御装置において、三相NPCインバータの交流出力に三相交流電動機を接続することを特徴とする直流・交流電力変換制御装置である。 Furthermore, the fourth invention is the DC / AC power conversion control device according to the first invention, wherein a three-phase AC motor is connected to the AC output of the three-phase NPC inverter. It is.

さらにまた第1ないし4の発明の直流・交流電力変換制御装置において、昇圧用リアクトルを共用した二組の昇圧回路のスイッチ切り替え制御による直流・直流電圧制御部の制御とNPCインバータで構成する直流・交流電圧制御部を組み合わせ制御することにより、三相交流電動機の速度トルク制御を行うことを特徴とする直流・交流電力変換制御装置である。 Furthermore, in the DC / AC power conversion control device according to the first to fourth inventions, the control of the DC / DC voltage control unit by the switch switching control of the two boosting circuits sharing the boosting reactor and the DC / AC voltage constituted by the NPC inverter. A DC / AC power conversion control device that performs speed torque control of a three-phase AC motor by combining and controlling an AC voltage control unit.

さらにまた第1ないし5の発明の直流・交流電力変換制御装置において、三相交流電動機を低速運転時には、直流・直流電圧制御部における出力電圧を低くすると共に直流・交流変換回路部における三相NPCインバータを2レベル動作でのPWM制御波形とし、高速運転時には、三相NPCインバータを3レベル動作でPWM制御波形とすることを特徴とする直流・交流電力変換制御装置である。 Furthermore, in the DC / AC power conversion control device of the first to fifth inventions, when the three-phase AC motor is operated at low speed, the output voltage in the DC / DC voltage control unit is lowered and the three-phase NPC in the DC / AC conversion circuit unit. A DC / AC power conversion control device characterized in that the inverter has a PWM control waveform in a two-level operation and the three-phase NPC inverter has a PWM control waveform in a three-level operation during high-speed operation.

本発明の昇圧チョッパ回路の切り替え制御方式により、直流電圧を昇圧する場合の昇圧チョッパの昇圧比を1/2に抑えることができるので、昇圧チョッパ回路の効率を上げることが出来るとともに、スイッチング素子の耐圧を最大昇圧電圧の1/2に低減できる。   The step-up chopper circuit switching control method of the present invention can suppress the step-up ratio of the step-up chopper when boosting the DC voltage to ½, so that the efficiency of the step-up chopper circuit can be increased and the switching element can be The breakdown voltage can be reduced to 1/2 of the maximum boosted voltage.

また本発明の、直流・直流電圧制御回路部の直列接続された昇圧出力電圧をNPCインバータの電源を用いることにより、中性点電圧制御とは独立にマルチレベルPWM制御出力波形を得ることが出来、低速運転時には直流電圧を低くするとともに、2レベル動作をさせることにより効率改善と、高速運転時には直流電圧を高くし、3レベル動作をさせることにより、PWM制御された出力電圧波形を改善することができるとともに、スイッチング制御幅が1/2に抑えることが出来、スイッチングノイズ等を低く抑えることができ、かつスイッチング素子耐圧を最大直流電圧の1/2に抑えることが出来る。 In addition, the multi-level PWM control output waveform can be obtained independently of the neutral point voltage control by using the NPC inverter power supply for the boosted output voltage connected in series of the DC / DC voltage control circuit unit of the present invention. To improve the efficiency by lowering the DC voltage during low speed operation and operating at 2 levels, and increasing the DC voltage at high speed operation and operating at 3 levels to improve the PWM controlled output voltage waveform In addition, the switching control width can be suppressed to ½, switching noise and the like can be suppressed low, and the switching element withstand voltage can be suppressed to ½ of the maximum DC voltage.

本発明の直流・交流電力変換制御装置にかかる基本回路構成図の一例。An example of the basic circuit block diagram concerning the direct-current / alternating-current power conversion control device of the present invention. 本発明の直流・交流電力変換制御装置にかかるスイッチング回路の接続図の一例。An example of the connection diagram of the switching circuit concerning the direct-current / alternating-current power conversion control device of the present invention. 本発明の直流・直流電圧制御回路図の一例。An example of the DC / DC voltage control circuit diagram of the present invention. 本発明の直流・直流電圧制御回路で昇圧動作における昇圧リアクトルにエネルギーを蓄積するときの短絡電流経路(1)の説明図。Explanatory drawing of a short circuit current path | route (1) when energy is accumulate | stored in the pressure | voltage rise reactor in pressure | voltage rise operation | movement with the direct current | DC / DC voltage control circuit of this invention. 本発明の直流・直流電圧制御回路で昇圧動作における昇圧リアクトル蓄積されたエネルギーをコンデンサCd1に昇圧動作をさせるときの短絡電流経路(2)の説明図。Explanatory drawing of a short circuit current path | route (2) when making the capacitor | condenser Cd1 carry out voltage | pressure | voltage rise operation | movement with the boosting reactor accumulation | storage energy in pressure | voltage rise operation in the direct current | DC / DC voltage control circuit of this invention. 本発明の直流・直流電圧制御回路で昇圧動作における昇圧リアクトル蓄積されたエネルギーでコンデンサCd2に昇圧動作をさせるときの短絡電流経路(3)の説明図。Explanatory drawing of a short circuit current path (3) when making the capacitor | condenser Cd2 perform a boosting operation with the energy stored in the boosting reactor in the boosting operation in the DC / DC voltage control circuit of the present invention. 本発明の実施例1の直流・直流電圧制御回路で力行動作、及び回生動作を確認するための負荷状態を含む主回路構成と制御システムの構成例。1 is a configuration example of a main circuit configuration and a control system including a load state for confirming a power running operation and a regenerative operation in the DC / DC voltage control circuit according to the first embodiment of the present invention. 実施例1に係る直流・直流電圧制御回路のシミュレーション波形データを示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating simulation waveform data of the DC / DC voltage control circuit according to the first embodiment. 本発明の実施例2の直流・交流電力変換制御装置の制御動作を確認するために接続した三相R−L負荷を含む主回路と制御システムの構成例。The example of a structure of the main circuit and control system containing the three-phase RL load connected in order to confirm the control action of the direct current | flow / AC power conversion control apparatus of Example 2 of this invention. 実施例2に係る直流・交流電力変換制御装置のシミュレーション波形データを示す図。The figure which shows the simulation waveform data of the DC / AC power conversion control apparatus which concerns on Example 2. FIG.

本発明は、バッテリー電圧から、1個の昇圧用リアクトルを介して、二組の昇圧チョッパ回路動作により、昇圧された二組の直流電圧出力を直列に二段に接続することにより、中性点電圧を有する二倍の高い直流電圧を得るとともに、中性点電圧を有するこの昇圧制御された二組の直流電圧を電源としてNPCインバータに接続して、バッテリー等の直流電圧源から交流電動機を駆動制御する直流・交流電力変換制御装置である。   The present invention provides a neutral point by connecting two boosted DC voltage outputs in series in two stages from a battery voltage through two boost chopper circuit operations through one boosting reactor. A DC voltage twice as high as the voltage is obtained, and the two boosted DC voltages having a neutral point voltage are connected to the NPC inverter as a power source to drive the AC motor from a DC voltage source such as a battery. A DC / AC power conversion control device to be controlled.

図1は、直流電圧源100から昇圧制御した二組の電圧源Ed1、Ed2を直列に接続し、それをNPCインバータ220の電源として交流電動機300を働かせる直流・交流電力変換制御装置200の基本回路構成例である。 FIG. 1 shows a DC / AC power conversion control device 200 in which two sets of voltage sources E d1 and E d2 boosted from a DC voltage source 100 are connected in series and an AC motor 300 is operated as a power source for an NPC inverter 220. It is a basic circuit structural example.

図2は、この直流・交流電力変換制御装置を構成する電力変換回路である。直流電圧源100から1個の昇圧用リアクトル217を介して、スイッチング素子(IGBT等)とダイオードを逆並列に接続したスイッチングアームを2個直列に接続した2組のスイッチ回路211、212、213及び214を直列に接続した昇圧回路210を構成して、昇圧リアクトル217を短絡させた後に、2組の昇圧出力用コンデンサ215及び216に交互に接続する昇圧回路動作をさせることにより、中性点を中心に2組の昇圧電圧出力を得て、直流・交流電力変換回路部(NPCインバータ)220に接続することにより、NPCインバータは中性点電位変動の問題を伴うことなく、制御信号に応じて2レベル動作、3レベル動作を任意に制御することができる。   FIG. 2 shows a power conversion circuit constituting the DC / AC power conversion control device. Two sets of switch circuits 211, 212, 213 in which two switching arms in which switching elements (IGBT, etc.) and diodes are connected in antiparallel are connected in series from the DC voltage source 100 through one step-up reactor 217, and The booster circuit 210 is configured by connecting 214 in series, the boost reactor 217 is short-circuited, and then the neutral circuit is operated by alternately operating the booster output capacitors 215 and 216. By obtaining two sets of boosted voltage outputs at the center and connecting them to the DC / AC power converter circuit unit (NPC inverter) 220, the NPC inverter can respond to the control signal without causing the problem of neutral potential fluctuation. Two-level operation and three-level operation can be arbitrarily controlled.

図3は、スイッチング素子(IGBT等)と逆並列に接続したダイオードによるスイッチ回路211、212、213及び214で構成した直流・直流電圧制御部210の回路構成例である。   FIG. 3 is a circuit configuration example of the DC / DC voltage control unit 210 including switch circuits 211, 212, 213, and 214 using diodes connected in antiparallel with switching elements (IGBT or the like).

図4は、直流・直流電圧制御部210における昇圧チョッパ動作原理の説明図のうち、直流電源100から昇圧リアクトル(L)を介してスイッチS02−S03経路より短絡回路を形成して、エネルギーを蓄積させる短絡電流経路図(1)を示している。 4, of the illustration of the step-up chopper operation principle of a DC-DC voltage control unit 210, to form a short circuit from the switch S 02 -S 03 route through the boost reactor (L) from a DC power source 100, energy The short circuit current path diagram (1) which accumulates is shown.

図5は、直流・直流電圧制御部210における昇圧チョッパ動作原理の説明図のうち、直流電源から昇圧リアクトル(L)に蓄積されたエネルギーをスイッチS01−S03経路より昇圧経路を形成して、昇圧出力用コンデンサCd1に昇圧動作をさせる短絡電流経路図(2)を示している。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation principle of the step-up chopper in the direct current / direct current voltage control unit 210, in which the energy accumulated in the step-up reactor (L) from the direct-current power source is formed through the switch S 01 -S 03 route. FIG. 9 shows a short-circuit current path diagram (2) for causing the boost output capacitor C d1 to perform a boost operation.

図6は、直流・直流電圧制御部210における昇圧チョッパ動作原理の説明図のうち、直流電源から昇圧リアクトル(L)に蓄積されたエネルギーをスイッチS02−S04経路より昇圧経路を形成して、昇圧出力用コンデンサCd2に昇圧動作をさせる短絡電流経路図(3)を示している。 6, of the illustration of the step-up chopper operation principle of a DC-DC voltage control unit 210, the energy stored in the boost reactor (L) from a DC power source to form a more step-up path switch S 02 -S 04 pathway FIG. 9 shows a short-circuit current path diagram (3) for causing the boost output capacitor C d2 to perform a boost operation.

本発明の一実施例として直流・直流電圧制御部210において、図7に示す直流負荷回路230を接続し、昇圧リアクトルL=10mH,コンデンサCd1=Cd2=5000μF、直流電圧EB=100Vのもとで、昇圧電圧をEd1=Ed2=150Vに設定し、負荷回路230の抵抗R=10Ωのもとで、負荷回路230の電圧Vsを145Vとして、負荷側にエネルギーを取り出す力行動作と、負荷回路230の電圧Vsを155Vとして、負荷側からエネルギーを直流・直流電圧変換回路210の直流電圧源EB100に回生する二つのケースについてシミュレーション解析を行った。 As an embodiment of the present invention, a DC load circuit 230 shown in FIG. 7 is connected in the DC / DC voltage control unit 210, the boost reactor L = 10 mH, the capacitor C d1 = C d2 = 5000 μF, and the DC voltage E B = 100V. Originally, the boosting voltage is set to E d1 = E d2 = 150V, the resistance R of the load circuit 230 is set to 10Ω, the voltage Vs of the load circuit 230 is set to 145V, and the power running operation is performed to extract energy to the load side. Simulation analysis was performed for two cases where the voltage Vs of the load circuit 230 was set to 155 V and energy was regenerated from the load side to the DC voltage source E B 100 of the DC / DC voltage conversion circuit 210.

図8は、実施例1の二つの動作条件に設定してシミュレーション解析を行ったときの動作波形であり、同図(a)力行動作では、過渡状態を経て正の定常電流が流れ、(b)回生動作では、過渡状態を経て負の定常電流が流れており、双方向の電力授受が可能で問題なく昇圧動作が行えることが確認できる。 FIG. 8 shows operation waveforms when simulation analysis is performed under the two operating conditions of Example 1. In FIG. 8A, in the power running operation, a positive steady current flows through a transient state, and (b ) In regenerative operation, a negative steady-state current flows through a transient state, and it can be confirmed that bidirectional power can be exchanged and the boost operation can be performed without any problem.

本発明の他の実施例として、図9に示す直流・直流電圧制御部210と直流・交流電力変換部220を含む本発明による直流・交流電力変換制御回路において、昇圧リアクトルL=10mH,コンデンサCd1=Cd2=5000μF、直流電圧EB=100Vのもとで、昇圧電圧をEd1=Ed2=150Vに設定し、三相負荷としてR=10Ω、L1=10mHでシミュレーション解析を行った。 As another embodiment of the present invention, in the DC / AC power conversion control circuit according to the present invention including the DC / DC voltage control unit 210 and the DC / AC power conversion unit 220 shown in FIG. 9, the step-up reactor L = 10 mH, the capacitor C Under the condition of d1 = C d2 = 5000μF and DC voltage E B = 100V, the boost voltage was set to E d1 = E d2 = 150V, and the simulation analysis was performed with R = 10Ω and L 1 = 10mH as a three-phase load. .

図10は、実施例2の直流・交流電力変換制御回路において、V/f一定制御により周波数を上昇させたときの動作波形であり、昇圧チョッパ動作により、直流電源電圧EB=100Vから、Ed1=Ed2=150Vが得られており、周波数が上昇するとともに、電圧波形も2レベル動作から3レベル動作へとマルチレベル制御されたPWM波形に制御できることが確認できる。 FIG. 10 is an operation waveform when the frequency is increased by the constant V / f control in the DC / AC power conversion control circuit of the second embodiment. From the DC power supply voltage E B = 100 V by the step-up chopper operation, E d1 = E d2 = 150V is obtained, and it can be confirmed that the frequency increases and the voltage waveform can be controlled to a multilevel-controlled PWM waveform from the two-level operation to the three-level operation.

本発明の、直流・交流電力変換制御装置において、直流・直流電圧制御部では特に昇圧時に、また直流・交流電力変換回路部では低速運転時に運転効率が改善できるとともに、必要とされるスイッチング素子耐圧を昇圧後の最大直流電圧値の1/2に抑えることができ、素子耐圧に余裕ができるので、効率の改善に有利なより高い直流動作電圧で動作させることができるので、電気自動車等の動力制御電源として有効利用することができる。 In the DC / AC power conversion control device according to the present invention, the DC / DC voltage control unit can improve the operating efficiency especially during boosting, and the DC / AC power conversion circuit unit can operate at low speed, and the required switching element breakdown voltage. Can be suppressed to 1/2 of the maximum DC voltage value after boosting, and the device withstand voltage can be afforded, so that it can be operated at a higher DC operating voltage that is advantageous for improving the efficiency. It can be effectively used as a control power source.

100…直流電源
200…直流・交流電力変換装置部
210…直流・直流電圧制御回路部
211〜214…スイッチング素子と逆並列にダイオードを接続したスイッチ回路
215,216…昇圧出力用コンデンサ
217…昇圧用リアクトル
220…直流・交流電力変換回路部(NPCインバータ)
230…力行動作、回生動作を確認用直流負荷回路
300…交流負荷(交流電動機、三相R−L負荷)
400…制御信号発生回路部
410…直流・直流電圧制御回路部の制御回路例
420…直流・交流電力変換回路部の制御回路例(PWM制御部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... DC power supply 200 ... DC / AC power converter unit 210 ... DC / DC voltage control circuit unit
211 to 214... Switching circuits 215 and 216 with a diode connected in antiparallel with the switching element 215. Boosting output capacitor 217... Boosting reactor 220 .. DC / AC power conversion circuit (NPC inverter)
230 ... DC load circuit 300 for confirming power running operation and regenerative operation ... AC load (AC motor, three-phase RL load)
400: control signal generation circuit unit 410: control circuit example of DC / DC voltage control circuit unit 420 ... control circuit example of DC / AC power conversion circuit unit (PWM control unit)

Claims (6)

直流電圧源から直流電圧制御が可能な直流中性点を有する二組の直流出力を得る双方向電力授受可能な直流・直流電圧制御部の出力を中性点クランプダイオードインバータ(NPCインバータ)回路構成による直流・交流変換回路部に接続することにより、インバータにかかる直流電圧の制御を可能にするとともに、NPCインバータの出力電圧の波形を2レベルから3レベル間での制御を可能にすることにより、NPCインバータの出力電圧の振幅およびPWM制御波形を連続的に制御可能とすることを特徴とした直流・交流電力変換制御装置。 DC / DC voltage control unit capable of bi-directional power transfer to obtain two sets of DC outputs with DC neutral points capable of DC voltage control from DC voltage source Neutral point clamp diode inverter (NPC inverter) circuit configuration By connecting to the DC / AC conversion circuit unit by the DC, it is possible to control the DC voltage applied to the inverter, and the waveform of the output voltage of the NPC inverter can be controlled from 2 levels to 3 levels, A DC / AC power conversion control device characterized in that the output voltage amplitude and PWM control waveform of an NPC inverter can be continuously controlled. 請求項1記載の直流・交流電力変換制御装置において、スイッチング素子と逆並列にダイオードを接続したスイッチ回路を2個直列に接続した接続点を有する二組のスイッチング回路を直列に接続し、直流電圧源から昇圧用リアクトルを介して、2つの接続点間に接続するとともに、直列に接続した二組のスイッチング回路の両端にコンデンサをそれぞれ接続することにより、昇圧用リアクトルを共用した2組の昇圧回路動作をスイッチ切り替え制御により、直列に接続した二組の電圧制御出力を得て、NPCインバータ回路に接続することを特徴とする直流・交流電力変換制御装置。 2. The DC / AC power conversion control device according to claim 1, wherein two sets of switching circuits each having a connection point in which two switching circuits each having a diode connected in reverse parallel to the switching element are connected in series, Two sets of boosting circuits that share the boosting reactor by connecting the capacitor between the two connection points via the boosting reactor from the power source and connecting capacitors to both ends of the two switching circuits connected in series. A DC / AC power conversion control device characterized in that two sets of voltage control outputs connected in series are obtained by switch switching control and connected to an NPC inverter circuit. 請求項1ないし2記載の直流・交流電力変換制御装置における直流・直流電圧制御部において、昇圧用リアクトルを共用した二組の昇圧回路のスイッチ切り替え制御により、直列に接続した二組の電圧制御出力の値を同じ値に制御することを特徴とする直流・直流電圧制御部を含む直流・交流電力変換制御装置。 3. The DC / DC voltage control unit in the DC / AC power conversion control device according to claim 1, wherein two sets of voltage control outputs connected in series by switch switching control of two sets of boosting circuits sharing a boosting reactor. A DC / AC power conversion control device including a DC / DC voltage control unit, wherein the value of the DC is controlled to the same value. 請求項1記載の直流・交流電力変換制御装置において、三相NPCインバータの交流出力に三相交流電動機を接続することを特徴とする直流・交流電力変換制御装置。 2. The DC / AC power conversion control device according to claim 1, wherein a three-phase AC motor is connected to the AC output of the three-phase NPC inverter. 請求項1ないし4記載の直流・交流電力変換制御装置において、昇圧用リアクトルを共用した二組の昇圧回路のスイッチ切り替え制御による直流・直流電圧制御部の制御とNPCインバータで構成する直流・交流電圧制御部を組み合わせ制御することにより、三相交流電動機の速度トルク制御を行うことを特徴とする直流・交流電力変換制御装置。 5. The DC / AC power conversion control device according to claim 1, wherein the DC / DC voltage control unit is configured by control of DC / DC voltage control by switching control of two sets of boosting circuits sharing a boosting reactor and an NPC inverter. A DC / AC power conversion control device that performs speed torque control of a three-phase AC motor by combining and controlling a control unit. 請求項1ないし5記載の直流・交流電力変換制御装置において、三相交流電動機を低速運転時には、直流・直流電圧制御部における出力電圧を低くすると共に直流・交流変換回路部における三相NPCインバータを2レベル動作でのPWM制御波形とし、高速運転時には、三相NPCインバータを3レベル動作でPWM制御波形とすることを特徴とする直流・交流電力変換制御装置。 6. The DC / AC power conversion control device according to claim 1, wherein when the three-phase AC motor is operated at a low speed, the output voltage in the DC / DC voltage control unit is lowered and the three-phase NPC inverter in the DC / AC conversion circuit unit is set. A DC / AC power conversion control device characterized in that the PWM control waveform is a two-level operation, and the three-phase NPC inverter is a PWM control waveform in a three-level operation during high-speed operation.
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