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JP3824189B2 - PWM cycloconverter and driving method thereof - Google Patents

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JP3824189B2
JP3824189B2 JP25251797A JP25251797A JP3824189B2 JP 3824189 B2 JP3824189 B2 JP 3824189B2 JP 25251797 A JP25251797 A JP 25251797A JP 25251797 A JP25251797 A JP 25251797A JP 3824189 B2 JP3824189 B2 JP 3824189B2
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JP
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output
power supply
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pwm
switch
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JP25251797A
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Japanese (ja)
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佐田夫 石井
暁戎 夏
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータおよびその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
第1の従来のPWMサイクロコンバータを図6に基づいて説明する。図中1は交流電源、2は交流ラインフィルタ、3は電源電圧検出回路群、4はゲートドライブ回路、5は転流シーケンス切り替え回路群、6はコントローラ、8は交流電動機、9は双方向スイッチモジュール、10〜18は双方向スイッチ、19は電源電圧比較回路である。
コントローラ6は出力電圧指令を受けると、電源電圧を検出しながらどの双方向スイッチを点弧するか判断してPWM指令を転流シーケンス切り替え回路群5に渡す。このとき、理想的に双方向スイッチ10〜18のスイッチングが同時に行われれば、電流スパイクや電圧スパイクは発生しないが、実際には双方向スイッチのばらつきなどがあり同時にスイッチングされることはない。そこで電源電圧比較器19により、各々の相電圧の大小関係を比較し、最大電圧、中間電圧、最小電圧に分類して、転流シーケンス切り替え回路群5にその情報を送る。
転流シーケンス切り替え回路群5はPWM指令と電圧比較情報より電源電圧の大きい相から小さい相への転流(モード1)であるか、電源電圧の小さい相から大きい相への転流(モード2)であるかの判別を行い、各々のモードにおける転流シーケンスでゲート信号を発生する。ゲートドライバはゲート信号を受け取り、双方向スイッチ10〜18に前記ゲート信号と絶縁された信号を送り双方向スイッチ10〜18を駆動する。各々のモードでの転流シーケンスを図7に示す。
【0003】
次に、第2の従来例としては特公平4−10312号公報に記載されたサイクロコンバータがある。これは、交流電源の各相に、アノードが交流電源に接続された第1半導体制御素子およびアノードが前記第1半導体制御素子のカソードに接続された第1ダイオードからなる第1直列回路と、カソードが前記交流電源に接続された第2半導体制御素子およびカソードが前記第2半導体制御素子のアノードに接続された第2ダイオードからなり前記第1直列回路に逆方向に並列に設けられた第2直列回路とを設け、かつ、各相の前記第1ダイオードのカソードに受電端が接続された負荷と、各相の前記両ダイオードの両端電圧を検出し前記負荷を流れる各相それぞれの電流の極性反転時に発生する電圧パルスを検知して検知信号を出力する検出部と、各相の前記検知信号により各相それぞれの前記両半導体制御素子の導通を交互に切り換える切換部とを備えたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第1の従来例では電圧比較回路の検出精度や時間遅れなどのため、特に電源電圧が負から正へ切り替わるところで転流の失敗を起こしやすかった。また、電源電圧が歪み波形である場合も同様に転流の失敗を引き起こす。
また第2の従来例においては、素子に流れる電流の方向が必要なPWMサイクロコンバータについては適用できない。
そこで本発明は、電圧比較回路の検出精度や時間遅れ、あるいは電源電圧が歪み波形である場合にも転流の失敗がなく、さらに素子に流れる電流の方向が必要なサイクロコンバータにおいても適用できるサイクロコンバータおよびその駆動方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータにおいて、前記双方向スイッチが、片方向半導体スイッチを2個組み合わせた構成で、かつ各々が独立にオン・オフできる構成とし、前記双方向スイッチに流れる電流の方向を判別する電流方向検出回路と、前記電流方向検出回路の出力と、PWM指令と、同一出力相内の順方向半導体スイッチを駆動する他のゲート信号を取り込み、これらの信号の論理状態に基づき、電源短絡及び出力開放が起きないように、前記双方向スイッチの点弧順序を切り替える転流シーケンス切り替え回路とを備えたものである。
上記手段により、スイッチに流れる電流の方向を直接検出し、転流シーケンスを切り替えるため、誤動作のない安定したPWMサイクロコンバータによるドライブシステムを実現できる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明を示すブロック図である。図中1は交流電源、2は交流ラインフィルタ、3は電源電圧検出回路、4はゲートドライブ回路、5は転流シーケンス切り替え回路群、6はコントローラ、7は電流方向検出回路群、8は交流電動機、9は双方向スイッチモジュール、10〜18は双方向スイッチである。
本実施例は、交流電源1の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチ10〜18で直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータであり、片方向半導体スイッチTr1〜Tr9とこれらと逆接続されたダイオードD1〜D9および片方向半導体スイッチTr1’〜Tr9’とこれらと逆接続されたダイオードD1’〜D9’を対向直列に接続した双方向スイッチ10〜18を有する。本実施例では、双方向スイッチの構成を以上のようにしたが、図2(a)のように、2つのトランジスタを単に逆接続したもの、図2(b)のように逆流阻止ダイオードを接続したもの、あるいは図2(c)に示すようにトランジスタ保護ダイオードをエミッタ・コレクタ間に接続したものなどを使用することもできる。
【0007】
図1に示す双方向スイッチ10〜18には、双方向スイッチ10〜18に流れる電流の方向を判別する電流方向検出回路群7が接続され、また、電流方向検出回路群7の出力と、PWM指令と同一出力相内の順方向半導体スイッチを駆動する他のゲート信号を取り込み、電流方向検出回路群7と前記PWM指令と前記同一出力相内の順方向半導体スイッチを駆動する他のゲート信号の状態により、双方向スイッチ10〜18の点弧順序を切り替える転流シーケンス切り替え回路5とを備えている。
前記電流方向検出回路群7は、図3に示すように電流方向検出回路21a〜21c・・・からなっており、双方向スイッチ10〜18の両端に第1、第2のダイオード30のカソード側を接続し、前記第1、第2のダイオード30のアノード側は抵抗R1,R2を介して、絶縁された直流電源Bの+側を接続し、第1のダイオード30のアノードと第2のダイオード30のアノードの電位差を検出し、双方向スイッチ10〜18に流れる電流の方向を判別する。
【0008】
出力1相あたりの回路ブロック図である図3において、図中20a,20b,20c・・・は転流シーケンス切り替え回路、21a,21b,21c・・・は電流方向検出回路、22a,22b,22c・・・は1スイッチあたりのゲートドライブ回路で、それぞれ双方向スイッチ10,11,12・・・と同数設ける。
双方向スイッチ10の両端T1,T1’及び双方向スイッチ内トランジスタTr1,Tr1’の接続点E1と電流方向検出回路21を接続する。電流方向検出回路21の出力Z1は転流シーケンス切り替え回路20に入力される。また、転流シーケンス切り替え回路20にはコントローラ6からPWM指令C1、同一出力相内の順方向トランジスタTr1,Tr2,Tr3に入力される他のスイッチのゲート信号G1,G2,G3も入力され、転流シーケンスを切り替える。転流シーケンス切り替え回路20からは、同一双方向スイッチ内の順方向、逆方向トランジスタTr1,Tr1’を駆動するゲート信号G1,G1’が出力され双方向スイッチ10を駆動する。同一出力相内の他の双方向スイッチ11,12も同様な回路構成となっている。
【0009】
次に、必要となる転流シーケンスを図5に基づいて説明する。電流が電源電圧1から交流電動機8に流れている場合には図5(a)のシーケンス、電流が交流電動機8から電源電圧1に流れている場合には図5(b)のシーケンスを選択する。このとき、双方向スイッチ10をONする場合は同一出力相内の他の双方向スイッチ11,12の電流方向、双方向スイッチ10をOFFする場合にはOFFしようとする双方向スイッチ10の電流方向に対する情報が必要であることがわかる。
具体的には、交流電源1より交流電動機8に電流が流れている場合(図5(a))にはまずTr1’を「OFF」とする。このとき、交流電動機8に流れる電流はTr1を通して流れているので電流を遮断することはない。次にTr2を「ON」とする。このとき電源電圧がV1>V2の場合にはTr1を介した実線のループを電流が流れ、V2>V1の場合にはTr2を介した破線のループを電流が流れTr1からTr2へ転流する。次にTr1を「ON」とするが、V1>V2のときはこの時点でTr1からTr2への転流が起きる。最後にTr2’を「ON」として転流を完了する。
次に、交流電動機8より交流電源1に電流が流れている場合(図5(b))にはまずTr1を「OFF」とする。このとき、交流電動機8に流れる電流はTr1’を通して流れているので電流を遮断することはない。次にTr2’を「OFF」とする。このとき電源電圧がV1<V2の場合にはTr1’を介した実線のループを電流が流れ、V2<V1の場合にはTr2’を介した破線のループを電流が流れTr1からTr2へ転流する。次にTr1を「OFF」とするが、V1<V2のときはこの時点でTr1からTr2への転流が起きる。最後にTr2を「ON」として転流を完了する。
以上の転流シーケンスを用いることで、電流を遮断することなく、かつ、電源短絡を起こさないで、転流することができる。
【0010】
次に電流方向検出回路21と転流シーケンス切り替え回路20について、図4を用いて説明する。電流方向検出回路21内の28は制御側電源と主回路とを絶縁するためのフォトカプラ、29は比較器、30は第1、第2のダイオード、31は絶縁電源である。第1、第2のダイオード30のカソードは双方向スイッチ10の両端T1,T1’に接続される。また、絶縁電源31の中点は双方向スイッチ内トランジスタの接続点E1に接続される。第1、第2のダイオード30のアノード側は抵抗を介して絶縁電源31の+側及び、比較器29の入力に接続される。比較器29の出力はフォトカプラ28内の発光ダイオードのカソードに接続され、比較器29の出力がLO(ローレベル)のときフォトカプラ28のトランジスタは導通状態で電流方向検出器21の出力Z1はLOとなる。
動作について説明すると、双方向スイッチ10が開のときは、第1、第2のダイオード30のアノードの電位は絶縁電源31の+側電位に固定され、第1、第2のダイオード30のアノード電位差はゼロである。このとき、電流方向検出器21の出力Z1はHI(ハイレベル)である。双方向スイッチ10が閉のときは第1,第2のダイオード30のアノード電位はそれぞれのカソードが接続されている端子の電位(双方向スイッチの両端T1,T1’の電位)に固定される。
電流の流れる方向でアノード電位差の極性が変化するため、電流方向検出器21の出力Z1はHIまたは、LOとなり電流方向を検出できる。電流方向検出器21の出力Z1は電流が電源電圧1から交流電動機8に流れるときLO、逆に、交流電動機8から電源側に電流が流れるとき及び、双方向スイッチ10が開のときHIとなる。
【0011】
次に、転流シーケンス切り替え回路20について説明する。転流シーケンス切り替え回路20内の25はゲート信号選択回路、26はモード切替回路、27は遅延信号発生回路である。
モード切替回路26には同一出力相内の双方向スイッチ10,11,12の順方向トランジスタTr1,Tr2,Tr3のゲート信号G1,G2,G3、電流方向検出信号Z1、PWM指令C1が入力される。出力同一相内の双方向スイッチ10,11,12の順方向トランジスタTr1,Tr2,Tr3のゲート信号G1,G2,G3の状態から出力同一相内の双方向スイッチ10,11,12の電流方向を判断する。PWM指令C1がHIのとき電流方向信号Pは出力同一相内の双方向スイッチ10,11,12の順方向トランジスタTr1,Tr2,Tr3のゲート信号G1,G2,G3の論理和Gを選択し、PWM指令C1がLOのとき電流方向検出信号Z1を選択する。
次に、遅延信号発生回路27にはPWM指令C1が入力され、出力として第1、第2のゲート信号A,Bを発生する。第1のゲート信号Aは立ち上がり時PWM指令C1に対して3ΔTだけ遅れ、立ち下がり時には、PWM指令C1と同期する。また、第2のゲート信号Bは立ち上がり時PWM指令C1に対してΔTだけ遅れ、立ち下がり時2ΔTだけ遅れる。ゲート信号選択回路25には第1、第2のゲート信号A、B及びモード切替信号Pが入力され、順方向側トランジスタTr1のゲート信号G1、及び逆方向側トランジスタTr1’のゲート信号G1’を出力する。モード切り替え信号Pによって、順方向側トランジスタTr1のゲート信号G1、及び逆方向側トランジスタTr1’のゲート信号G1’を第1のゲート信号Aとするか、第2のゲート信号Bとするかを選択する。
以上のようにして、転流シーケンスを決定する。このような転流シーケンスを用いることで、電流を遮断することなく、かつ、電源短絡を起こさないで、転流することができる。
【0012】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、双方向スイッチに流れる電流の方向を直接検出し、転流シーケンスを切り替えるため、誤動作のない安定したPWMサイクロコンバータによるドライブシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示すブロック図である。
【図2】 双方向スイッチの各種例を示す回路図である。
【図3】 本発明の実施例を示すブロック図である。
【図4】 本発明の実施例を示す回路図である。
【図5】 転流シーケンスを示す動作原理図である。
【図6】 従来の実施例を示すブロック図である。
【図7】 従来の転流シーケンス動作原理図である。
【符号の説明】
1 交流電源、2 交流ラインフイルタ、3 電源電圧検出回路、4 ゲートドライバ、5 転流シーケンス切り替え回路群、6 コントローラ、7 電流方向検出回路群、8 交流電動機、9 双方向スイッチモジュール、10〜18 双方向スイッチ、19 電源電圧比較回路、20 転流シーケンス切り替え回路、21 電流方向検出回路、22 1スイッチあたりのゲートドライブ回路、23遅延回路(2ΔT)、24 遅延回路(ΔT)、25 ゲート信号選択回路、26 モード切替回路、27 遅延信号発生回路、28 フォトカプラ、29 比較器、30 第1,第2ダイオード、31 絶縁電源、Tr1〜Tr3 順方向トランジスタ、Tr1’〜Tr3’ 逆方向トランジスタ、T1−T3 双方向スイッチの電源側端子、T1’〜T3’ 双方向スイッチの負荷側端子、E1〜E3 順方向及び逆方向トランジスタの接続点、P モード切替信号、Z1〜Z3 電流方向検出信号、G1〜G3 順方向トランジスタのゲート信号、G1’〜G3’ 逆方向トランジスタのゲート信号、C1〜C3 PWM指令、G 同一出力相内順方向トランジスタのゲート信号の論理和、A 第1のゲート信号、B 第2のゲート信号
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention directly connects each phase of the AC power supply and each phase on the output side with a bidirectional switch having a self-extinguishing capability, and performs PWM control of the AC power supply voltage in accordance with the output voltage command, so that any AC and DC The present invention relates to a PWM cycloconverter that outputs a voltage and a driving method thereof.
[0002]
[Prior art]
A first conventional PWM cycloconverter will be described with reference to FIG. In the figure, 1 is an AC power source, 2 is an AC line filter, 3 is a power supply voltage detection circuit group, 4 is a gate drive circuit, 5 is a commutation sequence switching circuit group, 6 is a controller, 8 is an AC motor, and 9 is a bidirectional switch. Modules 10 to 18 are bidirectional switches, and 19 is a power supply voltage comparison circuit.
When the controller 6 receives the output voltage command, it determines which bidirectional switch to fire while detecting the power supply voltage, and passes the PWM command to the commutation sequence switching circuit group 5. At this time, if the bidirectional switches 10 to 18 are ideally switched at the same time, current spikes and voltage spikes are not generated, but actually there are variations in the bidirectional switches and the like, and switching is not performed simultaneously. Therefore, the power supply voltage comparator 19 compares the magnitude relationships of the phase voltages, classifies them into a maximum voltage, an intermediate voltage, and a minimum voltage, and sends the information to the commutation sequence switching circuit group 5.
The commutation sequence switching circuit group 5 is commutation from a phase having a larger power supply voltage to a smaller phase than the PWM command and voltage comparison information (mode 1), or commutation from a phase having a smaller power supply voltage to a larger phase (mode 2). ) To generate a gate signal in the commutation sequence in each mode. The gate driver receives the gate signal and sends a signal isolated from the gate signal to the bidirectional switches 10 to 18 to drive the bidirectional switches 10 to 18. The commutation sequence in each mode is shown in FIG.
[0003]
Next, as a second conventional example, there is a cycloconverter described in Japanese Patent Publication No. 4-10312. This comprises: a first series circuit comprising a first semiconductor control element having an anode connected to the AC power supply and a first diode having an anode connected to the cathode of the first semiconductor control element; A second semiconductor control element connected to the AC power source and a second diode connected to the anode of the second semiconductor control element and a cathode connected to the first series circuit in a reverse direction. A circuit having a power receiving end connected to the cathode of the first diode of each phase, and a polarity reversal of the current of each phase flowing through the load by detecting the voltage across both diodes of each phase A detection unit that detects a voltage pulse that is sometimes generated and outputs a detection signal, and a switch that alternately switches the conduction of the two semiconductor control elements of each phase by the detection signal of each phase. It is obtained by a part.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first conventional example, because of the detection accuracy of the voltage comparison circuit, time delay, etc., commutation failure is likely to occur particularly when the power supply voltage is switched from negative to positive. Similarly, when the power supply voltage has a distorted waveform, a commutation failure occurs.
Further, the second conventional example cannot be applied to a PWM cycloconverter that requires the direction of current flowing through the element.
Therefore, the present invention can be applied to a cycloconverter that does not fail in commutation even when the detection accuracy of the voltage comparison circuit, the time delay, or the power supply voltage has a distorted waveform, and further requires the direction of the current flowing through the element. An object is to provide a converter and a driving method thereof.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention directly connects each phase of an AC power supply and each phase on the output side by a bidirectional switch having a self-extinguishing capability, and the AC power supply voltage is PWMed according to an output voltage command. In a PWM cycloconverter that controls and outputs an arbitrary AC and DC voltage, the bidirectional switch has a configuration in which two unidirectional semiconductor switches are combined and each can be turned on and off independently, and the bidirectional switch The current direction detection circuit for determining the direction of the current flowing through the switch, the output of the current direction detection circuit, the PWM command, and another gate signal for driving the forward semiconductor switch in the same output phase are fetched, and these signals And a commutation sequence switching circuit for switching the firing order of the bidirectional switches so that a power supply short circuit and an output opening do not occur based on the logic state of Than it is.
By the above means, the direction of the current flowing through the switch is directly detected and the commutation sequence is switched, so that a stable PWM cycloconverter drive system without malfunction can be realized.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the present invention. In the figure, 1 is an AC power source, 2 is an AC line filter, 3 is a power supply voltage detection circuit, 4 is a gate drive circuit, 5 is a commutation sequence switching circuit group, 6 is a controller, 7 is a current direction detection circuit group, and 8 is an AC current. An electric motor, 9 is a bidirectional switch module, and 10 to 18 are bidirectional switches.
In the present embodiment, each phase of the AC power supply 1 and each phase on the output side are directly connected by bidirectional switches 10 to 18 having a self-extinguishing capability, and the AC power supply voltage is PWM controlled according to the output voltage command, PWM cycloconverter that outputs arbitrary AC and DC voltage, and unidirectional semiconductor switches Tr1 to Tr9 and diodes D1 to D9 connected reversely thereto and unidirectional semiconductor switches Tr1 ′ to Tr9 ′ and reverse connected thereto Bidirectional switches 10 to 18 having diodes D1 ′ to D9 ′ connected in series are provided. In this embodiment, the configuration of the bidirectional switch is as described above. However, as shown in FIG. 2A, two transistors are simply reversely connected, and a reverse current blocking diode is connected as shown in FIG. Alternatively, a transistor protection diode connected between an emitter and a collector as shown in FIG. 2C can be used.
[0007]
The bidirectional switches 10 to 18 shown in FIG. 1 are connected to a current direction detection circuit group 7 for determining the direction of the current flowing through the bidirectional switches 10 to 18, and the output of the current direction detection circuit group 7 and the PWM The other gate signal for driving the forward semiconductor switch in the same output phase as the command is taken in, and the current direction detection circuit group 7 and the PWM command and other gate signals for driving the forward semiconductor switch in the same output phase are fetched. A commutation sequence switching circuit 5 that switches the firing order of the bidirectional switches 10 to 18 depending on the state is provided.
The current direction detection circuit group 7 includes current direction detection circuits 21a to 21c as shown in FIG. 3, and the cathode sides of the first and second diodes 30 at both ends of the bidirectional switches 10 to 18. The anode side of the first and second diodes 30 is connected to the + side of the isolated DC power source B via resistors R1 and R2, and the anode of the first diode 30 and the second diode are connected to each other. The potential difference of 30 anodes is detected, and the direction of the current flowing through the bidirectional switches 10 to 18 is determined.
[0008]
3, which is a circuit block diagram per output phase, 20a, 20b, 20c,... Are commutation sequence switching circuits, 21a, 21b, 21c,... Are current direction detection circuits, 22a, 22b, 22c. ... Are gate drive circuits per switch, and are provided in the same number as the bidirectional switches 10, 11, 12,.
The current direction detection circuit 21 is connected to both ends T1, T1 ′ of the bidirectional switch 10 and the connection point E1 of the transistors Tr1, Tr1 ′ in the bidirectional switch. The output Z1 of the current direction detection circuit 21 is input to the commutation sequence switching circuit 20. Further, the commutation sequence switching circuit 20 also receives the PWM command C1 from the controller 6 and gate signals G1, G2, G3 of other switches inputted to the forward transistors Tr1, Tr2, Tr3 in the same output phase. Switch the flow sequence. The commutation sequence switching circuit 20 outputs the gate signals G1 and G1 ′ for driving the forward and reverse transistors Tr1 and Tr1 ′ in the same bidirectional switch to drive the bidirectional switch 10. The other bidirectional switches 11 and 12 in the same output phase have the same circuit configuration.
[0009]
Next, a necessary commutation sequence will be described with reference to FIG. When the current flows from the power supply voltage 1 to the AC motor 8, the sequence shown in FIG. 5A is selected. When the current flows from the AC motor 8 to the power supply voltage 1, the sequence shown in FIG. 5B is selected. . At this time, when the bidirectional switch 10 is turned on, the current direction of the other bidirectional switches 11 and 12 in the same output phase, and when the bidirectional switch 10 is turned off, the current direction of the bidirectional switch 10 to be turned off. It turns out that information on is needed.
Specifically, when current flows from the AC power source 1 to the AC motor 8 (FIG. 5A), first, Tr1 ′ is set to “OFF”. At this time, since the current flowing through the AC motor 8 flows through Tr1, the current is not interrupted. Next, Tr2 is set to “ON”. At this time, when the power supply voltage is V1> V2, a current flows through a solid loop through Tr1, and when V2> V1, a current flows through a broken loop through Tr2, and is commutated from Tr1 to Tr2. Next, Tr1 is turned “ON”. When V1> V2, the commutation from Tr1 to Tr2 occurs at this point. Finally, Tr2 ′ is set to “ON” to complete commutation.
Next, when current is flowing from the AC motor 8 to the AC power source 1 (FIG. 5B), first, Tr1 is set to “OFF”. At this time, since the current flowing through the AC motor 8 flows through Tr1 ′, the current is not interrupted. Next, Tr2 ′ is set to “OFF”. At this time, when the power supply voltage is V1 <V2, a current flows through a solid loop through Tr1 ′, and when V2 <V1, a current flows through a broken loop through Tr2 ′ and commutates from Tr1 to Tr2. To do. Next, Tr1 is set to “OFF”. When V1 <V2, commutation from Tr1 to Tr2 occurs at this point. Finally, Tr2 is set to “ON” to complete commutation.
By using the above commutation sequence, commutation can be performed without interrupting the current and without causing a power supply short circuit.
[0010]
Next, the current direction detection circuit 21 and the commutation sequence switching circuit 20 will be described with reference to FIG. 28 in the current direction detection circuit 21 is a photocoupler for insulating the control-side power supply from the main circuit, 29 is a comparator, 30 is a first and second diode, and 31 is an insulated power supply. The cathodes of the first and second diodes 30 are connected to both ends T1, T1 ′ of the bidirectional switch 10. The middle point of the insulated power supply 31 is connected to the connection point E1 of the bidirectional switch transistor. The anode sides of the first and second diodes 30 are connected to the + side of the insulated power supply 31 and the input of the comparator 29 through resistors. The output of the comparator 29 is connected to the cathode of the light emitting diode in the photocoupler 28. When the output of the comparator 29 is LO (low level), the transistor of the photocoupler 28 is in a conductive state and the output Z1 of the current direction detector 21 is LO.
In operation, when the bidirectional switch 10 is open, the anode potential of the first and second diodes 30 is fixed to the plus side potential of the insulated power supply 31, and the anode potential difference between the first and second diodes 30 is determined. Is zero. At this time, the output Z1 of the current direction detector 21 is HI (high level). When the bidirectional switch 10 is closed, the anode potentials of the first and second diodes 30 are fixed to the potentials of the terminals to which the respective cathodes are connected (the potentials at both ends T1 and T1 ′ of the bidirectional switch).
Since the polarity of the anode potential difference changes in the direction of current flow, the output Z1 of the current direction detector 21 becomes HI or LO, and the current direction can be detected. The output Z1 of the current direction detector 21 becomes LO when the current flows from the power supply voltage 1 to the AC motor 8, and conversely becomes HI when the current flows from the AC motor 8 to the power source side and when the bidirectional switch 10 is open. .
[0011]
Next, the commutation sequence switching circuit 20 will be described. In the commutation sequence switching circuit 20, 25 is a gate signal selection circuit, 26 is a mode switching circuit, and 27 is a delay signal generation circuit.
The mode switching circuit 26 receives the gate signals G1, G2, G3 of the forward transistors Tr1, Tr2, Tr3 of the bidirectional switches 10, 11, 12 in the same output phase, the current direction detection signal Z1, and the PWM command C1. . From the state of the gate signals G1, G2, G3 of the forward transistors Tr1, Tr2, Tr3 of the bidirectional switches 10, 11, 12 in the output same phase, the current direction of the bidirectional switches 10, 11, 12 in the output same phase is changed. to decide. When the PWM command C1 is HI, the current direction signal P selects the logical sum G of the gate signals G1, G2, G3 of the forward transistors Tr1, Tr2, Tr3 of the bidirectional switches 10, 11, 12 in the same output phase. When the PWM command C1 is LO, the current direction detection signal Z1 is selected.
Next, the PWM signal C1 is input to the delay signal generation circuit 27, and the first and second gate signals A and B are generated as outputs. The first gate signal A is delayed by 3ΔT with respect to the PWM command C1 at the time of rising, and is synchronized with the PWM command C1 at the time of falling. Further, the second gate signal B is delayed by ΔT with respect to the PWM command C1 at the time of rising, and delayed by 2ΔT at the time of falling. The gate signal selection circuit 25 receives the first and second gate signals A and B and the mode switching signal P, and receives the gate signal G1 of the forward direction transistor Tr1 and the gate signal G1 ′ of the reverse direction transistor Tr1 ′. Output. Depending on the mode switching signal P, the gate signal G1 of the forward direction transistor Tr1 and the gate signal G1 ′ of the reverse direction transistor Tr1 ′ are selected as the first gate signal A or the second gate signal B. To do.
As described above, the commutation sequence is determined. By using such a commutation sequence, it is possible to perform commutation without interrupting the current and without causing a power supply short circuit.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the direction of the current flowing in the bidirectional switch is directly detected and the commutation sequence is switched, a drive system using a stable PWM cycloconverter without malfunction can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing various examples of bidirectional switches.
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an operation principle diagram showing a commutation sequence.
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional example.
FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional commutation sequence operation principle.
[Explanation of symbols]
1 AC power supply, 2 AC line filter, 3 power supply voltage detection circuit, 4 gate driver, 5 commutation sequence switching circuit group, 6 controller, 7 current direction detection circuit group, 8 AC motor, 9 bidirectional switch module, 10 to 18 Bidirectional switch, 19 Power supply voltage comparison circuit, 20 Commutation sequence switching circuit, 21 Current direction detection circuit, 22 Gate drive circuit per switch, 23 delay circuit (2ΔT), 24 delay circuit (ΔT), 25 Gate signal selection Circuit, 26 mode switching circuit, 27 delay signal generation circuit, 28 photocoupler, 29 comparator, 30 first and second diode, 31 isolated power supply, Tr1 to Tr3 forward transistor, Tr1 ′ to Tr3 ′ reverse transistor, T1 -T3 Bidirectional switch power supply terminal, T1 'to T3' Bidirectional switch load side Terminals, E1 to E3 forward and reverse transistor connection points, P mode switching signals, Z1 to Z3 current direction detection signals, G1 to G3 forward transistor gate signals, G1 ′ to G3 ′ reverse transistor gate signals, C1 to C3 PWM command, G OR of gate signals of forward transistors in the same output phase, A first gate signal, B second gate signal

Claims (2)

交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータにおいて、
前記双方向スイッチが、片方向半導体スイッチを2個組み合わせた構成で、かつ各々が独立にオン・オフできる構成とし、
前記双方向スイッチに流れる電流の方向を判別する電流方向検出回路と、
前記電流方向検出回路の出力と、PWM指令と、同一出力相内の順方向半導体スイッチを駆動する他のゲート信号を取り込み、これらの信号の論理状態に基づき、電源短絡及び出力開放が起きないように、前記双方向スイッチの点弧順序を切り替える転流シーケンス切り替え回路と
を備えたことを特徴とするPWMサイクロコンバータ。
Each phase of the AC power supply and each phase on the output side are directly connected by a bi-directional switch with self-extinguishing capability, and the AC power supply voltage is PWM controlled according to the output voltage command to output any AC and DC voltage In PWM cycloconverter,
The bidirectional switch has a configuration in which two unidirectional semiconductor switches are combined, and each can be independently turned on / off,
A current direction detection circuit for determining a direction of a current flowing through the bidirectional switch;
The output of the current direction detection circuit, the PWM command, and other gate signals for driving the forward direction semiconductor switch in the same output phase are taken in, and based on the logical state of these signals, the power supply short circuit and the output release do not occur. And a commutation sequence switching circuit for switching the firing order of the bidirectional switches.
交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータの駆動方法において、
前記PWMサイクロコンバータに、片方向半導体スイッチを2個組み合わせ、かつ独立にオン・オフできる構成の双方向スイッチと、前記双方向スイッチに流れる電流の方向を判別する電流方向検出回路とを備え、
前記電流方向検出回路の出力とPWM指令と同一出力相内の順方向半導体スイッチを駆動する他のゲート信号を取り込み、これらの信号の論理状態に基づき、電源短絡及び出力開放が起きないように、前記双方向スイッチの点弧順序を切り替えることを特徴とするPWMサイクロコンバータの駆動方法。
Each phase of the AC power supply and each phase on the output side are directly connected by a bi-directional switch with self-extinguishing capability, and the AC power supply voltage is PWM controlled according to the output voltage command to output any AC and DC voltage In the driving method of the PWM cycloconverter,
The PWM cycloconverter includes two unidirectional semiconductor switches and a bidirectional switch configured to be turned on and off independently, and a current direction detection circuit that determines the direction of current flowing through the bidirectional switch,
Capture other gate signals that drive the forward direction semiconductor switch in the same output phase as the output of the current direction detection circuit and the PWM command, and based on the logical state of these signals, power supply short circuit and output opening do not occur, A method of driving a PWM cycloconverter, wherein the firing order of the bidirectional switches is switched.
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