JPH07213062A - Pwmサイクロコンバータのゲート信号生成方法 - Google Patents
Pwmサイクロコンバータのゲート信号生成方法Info
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- JPH07213062A JPH07213062A JP6023329A JP2332994A JPH07213062A JP H07213062 A JPH07213062 A JP H07213062A JP 6023329 A JP6023329 A JP 6023329A JP 2332994 A JP2332994 A JP 2332994A JP H07213062 A JPH07213062 A JP H07213062A
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- JP
- Japan
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- pwm cycloconverter
- gate
- commutation
- bidirectional switches
- switching elements
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 5
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
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- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 出力電流が微少な場合にもPWMサイクロコ
ンバータを正常に動作させるゲート信号の生成方法。 【構成】 2組の両方向スイッチを構成する半導体スイ
ッチング素子1と2、および3と4を駆動するゲート信
号であるSU ,SU ′,SL ,SL ′において、前記ゲ
ート信号相互間に電流転流のための転流重なり期間を設
けると共に、HCTの検出おくれがあっても支障ないよ
うにデッドタイムを設けた。
ンバータを正常に動作させるゲート信号の生成方法。 【構成】 2組の両方向スイッチを構成する半導体スイ
ッチング素子1と2、および3と4を駆動するゲート信
号であるSU ,SU ′,SL ,SL ′において、前記ゲ
ート信号相互間に電流転流のための転流重なり期間を設
けると共に、HCTの検出おくれがあっても支障ないよ
うにデッドタイムを設けた。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、UPSやVVVF等を
構成するPWMサイクロコンバータにおける複数の半導
体スイッチング素子より成る両方向スイッチを駆動する
ゲート信号の生成方法に関する。
構成するPWMサイクロコンバータにおける複数の半導
体スイッチング素子より成る両方向スイッチを駆動する
ゲート信号の生成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術によるPWMサイクロコンバー
タの1つのアームを半導体スイッチング素子IGBTに
よって構成した回路図の1例は図2に示す通りである。
図2において、P形IGBT1とP形IGBT2を直列
接続すると共に、P形IGBT3とP形IGBT4を直
列接続して2組の両方向スイッチより成るアームを構成
している。電源転流方式の場合には出力電流の極性によ
って2組の両方向スイッチの制御を切り換える必要があ
り、このためにPWMサイクロコンバータの出力回路に
電流極性検出用のHCT5が設けてある。このHCT5
によって出力電流iO の極性の変化が検出されると、そ
れぞれの両方向スイッチのオン・オフは切り換えられ
る。即ち、上述したP形IGBT1と3およびP形IG
BT2と4をオン・オフ制御するゲート信号を、それぞ
れSU ,SL およびSU ′,SL ′とすると、出力電流
iO >0の場合にはSU ′とSL はオフのままで、SU
とSL ′はオン・オフ制御される。次に、出力電流iO
<0の場合にはSU とSL ′はオフのままで、SU ′と
SLはオン・オフ制御される。
タの1つのアームを半導体スイッチング素子IGBTに
よって構成した回路図の1例は図2に示す通りである。
図2において、P形IGBT1とP形IGBT2を直列
接続すると共に、P形IGBT3とP形IGBT4を直
列接続して2組の両方向スイッチより成るアームを構成
している。電源転流方式の場合には出力電流の極性によ
って2組の両方向スイッチの制御を切り換える必要があ
り、このためにPWMサイクロコンバータの出力回路に
電流極性検出用のHCT5が設けてある。このHCT5
によって出力電流iO の極性の変化が検出されると、そ
れぞれの両方向スイッチのオン・オフは切り換えられ
る。即ち、上述したP形IGBT1と3およびP形IG
BT2と4をオン・オフ制御するゲート信号を、それぞ
れSU ,SL およびSU ′,SL ′とすると、出力電流
iO >0の場合にはSU ′とSL はオフのままで、SU
とSL ′はオン・オフ制御される。次に、出力電流iO
<0の場合にはSU とSL ′はオフのままで、SU ′と
SLはオン・オフ制御される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したように出力電
流の極性はHCTによって検出され、この検出信号に基
づいて2組の両方向スイッチのオン・オフ制御を切り換
えているが、出力電流が微少な場合には両方向スイッチ
の切り換えが正常に動作しないことがあった。これは、
前記HCTの特性に基づく検出遅れやHCTの出力信号
にノイズが混入することに起因する異常動作であってこ
の現象を図3と図4および図5に基づいて説明する。
流の極性はHCTによって検出され、この検出信号に基
づいて2組の両方向スイッチのオン・オフ制御を切り換
えているが、出力電流が微少な場合には両方向スイッチ
の切り換えが正常に動作しないことがあった。これは、
前記HCTの特性に基づく検出遅れやHCTの出力信号
にノイズが混入することに起因する異常動作であってこ
の現象を図3と図4および図5に基づいて説明する。
【0004】図5は高周波リンクDC/ACコンバータ
の回路図であり、半導体スイッチング素子25,26,
27,28によって構成するPWMサイクロコンバータ
の2組の両方向スイッチの動作特性を1例として示すと
図3と図4の通りである。即ち、図5に示す出力回路に
設けられたHCT18が出力電流iO の極性変化を正確
に検出し、前記2組の両方向スイッチを正常に動作させ
た時の出力電圧eB と出力電流iO の波形図は図3
(a)に示す通りであり、それぞれの半導体スイッチン
グ素子25〜28を駆動するゲート信号Sc3,Sc3′,
Sc4,Sc4′のタイミングチャートは図3(b)に示す
通りである。しかし乍ら、HCT18による出力電流i
O の電流極性検出が異常のため、両方向スイッチの切り
換えが正常ではなかった時の出力電圧eB と出力電流i
O の波形図は図4(a)に示すようになり、ゲート信号
のタイミングチャートは図4(b)のようになる。これ
は、両方向スイッチを凡てオフしたことに相当し、出力
電圧eB は出力されないことになる。
の回路図であり、半導体スイッチング素子25,26,
27,28によって構成するPWMサイクロコンバータ
の2組の両方向スイッチの動作特性を1例として示すと
図3と図4の通りである。即ち、図5に示す出力回路に
設けられたHCT18が出力電流iO の極性変化を正確
に検出し、前記2組の両方向スイッチを正常に動作させ
た時の出力電圧eB と出力電流iO の波形図は図3
(a)に示す通りであり、それぞれの半導体スイッチン
グ素子25〜28を駆動するゲート信号Sc3,Sc3′,
Sc4,Sc4′のタイミングチャートは図3(b)に示す
通りである。しかし乍ら、HCT18による出力電流i
O の電流極性検出が異常のため、両方向スイッチの切り
換えが正常ではなかった時の出力電圧eB と出力電流i
O の波形図は図4(a)に示すようになり、ゲート信号
のタイミングチャートは図4(b)のようになる。これ
は、両方向スイッチを凡てオフしたことに相当し、出力
電圧eB は出力されないことになる。
【0005】上述した従来技術によるHCT特性の不良
に基づく両方向スイッチの異常動作を防ぐための手段と
しては、HCTの検出速度の高速化やノイズレス化等が
検討されているが充分に対応できるものは実現されてお
らず、また、両方向スイッチを共にオン・オフ制御させ
る方法では電源転流が行えないため、サージ電圧・サー
ジ電流が大きくなる欠点がある。本発明は上述した従来
技術による問題点を解消するためになされたものであっ
て、従来技術の転流検出方法による電源転流方式を用い
たままで、両方向スイッチを構成する半導体スイッチン
グ素子を駆動するゲート信号のタイミングを調整するこ
とにより転流検出方法の欠点を克服しようとするもので
ある。
に基づく両方向スイッチの異常動作を防ぐための手段と
しては、HCTの検出速度の高速化やノイズレス化等が
検討されているが充分に対応できるものは実現されてお
らず、また、両方向スイッチを共にオン・オフ制御させ
る方法では電源転流が行えないため、サージ電圧・サー
ジ電流が大きくなる欠点がある。本発明は上述した従来
技術による問題点を解消するためになされたものであっ
て、従来技術の転流検出方法による電源転流方式を用い
たままで、両方向スイッチを構成する半導体スイッチン
グ素子を駆動するゲート信号のタイミングを調整するこ
とにより転流検出方法の欠点を克服しようとするもので
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によるPWMサイ
クロコンバータのゲート信号生成方法は、電源転流方式
のPWMサイクロコンバータのアームにおける2組の両
方向スイッチを構成する4個の半導体スイッチング素子
1,2,3,4のうち、1と4のゲート信号間に電源転
流のための転流重なり期間を設けると共に、1と3およ
び2と4のゲート信号間にそれぞれデッドタイムを設け
たものである。
クロコンバータのゲート信号生成方法は、電源転流方式
のPWMサイクロコンバータのアームにおける2組の両
方向スイッチを構成する4個の半導体スイッチング素子
1,2,3,4のうち、1と4のゲート信号間に電源転
流のための転流重なり期間を設けると共に、1と3およ
び2と4のゲート信号間にそれぞれデッドタイムを設け
たものである。
【0007】
【作用】出力電流の極性変化に伴って両方向スイッチを
切り換える必要があるが、2組の両方向スイッチを構成
する半導体スイッチング素子1と4のゲート信号間には
転流重なり期間が設けてあるので、出力電流の切断なし
に切り換えられる。また、半導体スイッチング素子1と
3、2と4のゲート信号間にはHCTの極性検出おくれ
に対応してデッドタイムが設けてあるのでアーム短絡の
おそれはない。
切り換える必要があるが、2組の両方向スイッチを構成
する半導体スイッチング素子1と4のゲート信号間には
転流重なり期間が設けてあるので、出力電流の切断なし
に切り換えられる。また、半導体スイッチング素子1と
3、2と4のゲート信号間にはHCTの極性検出おくれ
に対応してデッドタイムが設けてあるのでアーム短絡の
おそれはない。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面5〜7を参照し
ながら説明する。図5は両方向スイッチによりアームを
構成したPWMサイクロコンバータを含む高周波リンク
DC/ACコンバータの回路図である。図5において直
流入力回路に並列コンデンサ10を備えた半導体スイッ
チング素子11,12,13,14によって構成したイ
ンバータ15と、高周波トランス16と、半導体スイッ
チング素子21と22、23と24、25と26および
27と28より成る4組の両方向スイッチによって構成
したPWMサイクロコンバータ20と、この出力回路に
設けた平滑リアクタ17と平滑コンデンサ19および出
力電流iO の電流極性を検出するHCT18によって構
成されている。
ながら説明する。図5は両方向スイッチによりアームを
構成したPWMサイクロコンバータを含む高周波リンク
DC/ACコンバータの回路図である。図5において直
流入力回路に並列コンデンサ10を備えた半導体スイッ
チング素子11,12,13,14によって構成したイ
ンバータ15と、高周波トランス16と、半導体スイッ
チング素子21と22、23と24、25と26および
27と28より成る4組の両方向スイッチによって構成
したPWMサイクロコンバータ20と、この出力回路に
設けた平滑リアクタ17と平滑コンデンサ19および出
力電流iO の電流極性を検出するHCT18によって構
成されている。
【0009】図6は、図5における12個の半導体スイ
ッチング素子11〜14および21〜28をオン・オフ
制御する本発明に基づくゲート信号の生成回路の1例を
示すブロック図である。図6において、発振器31の出
力信号はカウンタ32とデッドタイム生成回路35と3
6を介して図5におけるインバータ15の半導体スイッ
チング素子11と14および12と13をそれぞれオン
・オフ制御するゲート信号Si1とSi4およびSi2とSi1
を出力する。なお、NOTゲート34は半導体スイッチ
ング素子11と14のオン・オフ制御を12と13のオ
ン・オフ制御と反対にするために設けてある。
ッチング素子11〜14および21〜28をオン・オフ
制御する本発明に基づくゲート信号の生成回路の1例を
示すブロック図である。図6において、発振器31の出
力信号はカウンタ32とデッドタイム生成回路35と3
6を介して図5におけるインバータ15の半導体スイッ
チング素子11と14および12と13をそれぞれオン
・オフ制御するゲート信号Si1とSi4およびSi2とSi1
を出力する。なお、NOTゲート34は半導体スイッチ
ング素子11と14のオン・オフ制御を12と13のオ
ン・オフ制御と反対にするために設けてある。
【0010】図5におけるPWMサイクロコンバータ2
0を構成する4組の両方向スイッチのうち、半導体スイ
ッチング素子21と27および22と28は同時にオン
・オフ制御される。また、半導体スイッチング素子23
と25および24と28も同時にオン・オフ制御され、
これらのゲート信号は図6における信号分配器53から
出力される。発振器31、カウンタ32、D/Aコンバ
ータ33はキャリア生成回路であって、D/Aコンバー
タ33の出力信号は基準信号と共にコンパレータ37に
入力し、その出力信号はカウンタ32の出力信号Qn+1
と共にEXORゲート40に入力して図7の(a) に示す
方形波信号となる。また、図5におけるHCT18から
検出された出力電流極性検出信号はコンパレータ38に
入力し、その出力信号はD−FF39のD入力端子に入
力する。カウンタ32のQn+1 信号はクロック信号とし
て前記D−FFのCLK端子に入力し、(l) として出力
する。EXORゲート40の出力信号(a) はta′生成回
路43とNOTゲート41を入力側に備えたta′生成回
路44に入力して、図7に示す(b) 方形波と(c) 方形波
を出力する。また、ta″生成回路45とNOTゲート4
2を入力側に備えたta″生成回路46からの出力信号は
図7における(e) と(f) に示す方形波となる。さらに、
方形波(b) と(c) はNANDゲート50に入力して図7
に示す方形波(d)を出力し、一方、方形波(e) と(f) はt
d生成回路47と48に入力してそれぞれ方形波(g) と
(h) を出力する。方形波(d) と(g) はANDゲート51
を介して方形波(i) となり、状態表示信号を一方の入力
端子に備えたANDゲート52の出力信号は方形波(j)
となる。上述した方形波(i),(j),(g),(h),(k),(l) はゲ
ート信号分配器53に入力してPWMサイクロコンバー
タ20を構成する4組の両方向スイッチである半導体ス
イッチング素子21〜28をオン・オフ制御するゲート
信号Sc1とSc1′、Sc2とSc2′、SC3とSC3′および
SC4とSC4′を出力する。図7は上述した方形波(a) 〜
(j) を示すタイミングチャートであって、方形波(e) と
(g) および方形波(f) と(h) によってデッドタイムtdが
生成され、転流重なり期間taは(ta′−ta″)によって
生成される。
0を構成する4組の両方向スイッチのうち、半導体スイ
ッチング素子21と27および22と28は同時にオン
・オフ制御される。また、半導体スイッチング素子23
と25および24と28も同時にオン・オフ制御され、
これらのゲート信号は図6における信号分配器53から
出力される。発振器31、カウンタ32、D/Aコンバ
ータ33はキャリア生成回路であって、D/Aコンバー
タ33の出力信号は基準信号と共にコンパレータ37に
入力し、その出力信号はカウンタ32の出力信号Qn+1
と共にEXORゲート40に入力して図7の(a) に示す
方形波信号となる。また、図5におけるHCT18から
検出された出力電流極性検出信号はコンパレータ38に
入力し、その出力信号はD−FF39のD入力端子に入
力する。カウンタ32のQn+1 信号はクロック信号とし
て前記D−FFのCLK端子に入力し、(l) として出力
する。EXORゲート40の出力信号(a) はta′生成回
路43とNOTゲート41を入力側に備えたta′生成回
路44に入力して、図7に示す(b) 方形波と(c) 方形波
を出力する。また、ta″生成回路45とNOTゲート4
2を入力側に備えたta″生成回路46からの出力信号は
図7における(e) と(f) に示す方形波となる。さらに、
方形波(b) と(c) はNANDゲート50に入力して図7
に示す方形波(d)を出力し、一方、方形波(e) と(f) はt
d生成回路47と48に入力してそれぞれ方形波(g) と
(h) を出力する。方形波(d) と(g) はANDゲート51
を介して方形波(i) となり、状態表示信号を一方の入力
端子に備えたANDゲート52の出力信号は方形波(j)
となる。上述した方形波(i),(j),(g),(h),(k),(l) はゲ
ート信号分配器53に入力してPWMサイクロコンバー
タ20を構成する4組の両方向スイッチである半導体ス
イッチング素子21〜28をオン・オフ制御するゲート
信号Sc1とSc1′、Sc2とSc2′、SC3とSC3′および
SC4とSC4′を出力する。図7は上述した方形波(a) 〜
(j) を示すタイミングチャートであって、方形波(e) と
(g) および方形波(f) と(h) によってデッドタイムtdが
生成され、転流重なり期間taは(ta′−ta″)によって
生成される。
【0011】上述したPWMサイクロコンバータ20を
構成するアームの代表例として示したものが図2であっ
て、このアームを構成する2組の両方向スイッチを駆動
するそれぞれのゲート信号を、本発明によるゲート信号
生成方法に基づいて生成すると図1に示すタイミングチ
ャートが得られる。図1において、図2における半導体
スイッチング素子1,2,3,4をそれぞれ駆動するゲ
ート信号をSU ,SU ′,SL ,SL ′とする。ゲート
信号SU とSL ′との間には電流転流のための転流重な
り期間taが設けられており、また、SU とSL との間お
よびSU ′とSL ′の間にはそれぞれ両方向スイッチの
デッドタイムtdが設けられている。従って、出力電流が
微少であってHCTによる電流極性の検出がおくれても
両方向スイッチは確実に切り換えられる。
構成するアームの代表例として示したものが図2であっ
て、このアームを構成する2組の両方向スイッチを駆動
するそれぞれのゲート信号を、本発明によるゲート信号
生成方法に基づいて生成すると図1に示すタイミングチ
ャートが得られる。図1において、図2における半導体
スイッチング素子1,2,3,4をそれぞれ駆動するゲ
ート信号をSU ,SU ′,SL ,SL ′とする。ゲート
信号SU とSL ′との間には電流転流のための転流重な
り期間taが設けられており、また、SU とSL との間お
よびSU ′とSL ′の間にはそれぞれ両方向スイッチの
デッドタイムtdが設けられている。従って、出力電流が
微少であってHCTによる電流極性の検出がおくれても
両方向スイッチは確実に切り換えられる。
【0012】本発明の実施例図6によるゲート信号生成
回路は各種のデイスクリート要素によって構成したもの
であるが、この例に限定されたものではなく、CPUを
含めたLSIによって構成することも容易である。ま
た、両方向スイッチとしては2つのP形半導体スイッチ
ング素子を直列接続して構成したが、逆阻子ダイオード
を付帯した同一の半導体スイッチング素子を逆並列接続
して構成した両方向スイッチに対しても本発明によるゲ
ート信号生成方法は適用できるものである。
回路は各種のデイスクリート要素によって構成したもの
であるが、この例に限定されたものではなく、CPUを
含めたLSIによって構成することも容易である。ま
た、両方向スイッチとしては2つのP形半導体スイッチ
ング素子を直列接続して構成したが、逆阻子ダイオード
を付帯した同一の半導体スイッチング素子を逆並列接続
して構成した両方向スイッチに対しても本発明によるゲ
ート信号生成方法は適用できるものである。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるPW
Mサイクロコンバータのゲート信号生成方法は、PWM
サイクロコンバータの出力回路に設けた電流極性検出器
の検出信号に基づいて両方向スイッチのオン・オフ制御
を切り換える電源転流方式のPWMサイクロコンバータ
のゲート信号生成方法において、PWMサイクロコンバ
ータのアームにおける2組の両方向スイッチを構成する
4個の半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動するゲー
ト信号相互間に電源転流のための転流重なり期間を設け
ると共に、HCTの検出おくれが生じても支障なく正常
動作するようにデッドタイムを設けたものである。本発
明によるゲート信号生成方法によると、極性検出おくれ
が生じ易い通常のHCTを用い、出力電流が微少な状態
においても円滑なスイッチングが実現できる。
Mサイクロコンバータのゲート信号生成方法は、PWM
サイクロコンバータの出力回路に設けた電流極性検出器
の検出信号に基づいて両方向スイッチのオン・オフ制御
を切り換える電源転流方式のPWMサイクロコンバータ
のゲート信号生成方法において、PWMサイクロコンバ
ータのアームにおける2組の両方向スイッチを構成する
4個の半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動するゲー
ト信号相互間に電源転流のための転流重なり期間を設け
ると共に、HCTの検出おくれが生じても支障なく正常
動作するようにデッドタイムを設けたものである。本発
明によるゲート信号生成方法によると、極性検出おくれ
が生じ易い通常のHCTを用い、出力電流が微少な状態
においても円滑なスイッチングが実現できる。
【図1】本発明によるゲート信号のタイミングチャー
ト。
ト。
【図2】両方向スイッチによって構成したPWMサイク
ロコンバータにおける1つのアームの代表例を示す回路
図。
ロコンバータにおける1つのアームの代表例を示す回路
図。
【図3】正常動作時の出力電流・電圧の波形図とゲート
信号のタイミングチャート。
信号のタイミングチャート。
【図4】異常動作時の出力電流・電圧の波形図とゲート
信号のタイミングチャート。
信号のタイミングチャート。
【図5】高周波リンクDC/ACコンバータの回路図。
【図6】本発明の実施例を示すゲート信号生成回路。
【図7】本発明によるゲート信号を生成する方形波のタ
イミングチャート。
イミングチャート。
1,2,3,4 半導体スイッチング素子 5 HCT
Claims (1)
- 【請求項1】 PWMサイクロコンバータにおける1つ
のアームを構成する半導体スイッチング素子〔1〕と
〔2〕および〔3〕と〔4〕より成る2組の両方向スイ
ッチをそれぞれオン・オフ制御するゲート信号を、前記
PWMサイクロコンバータの出力回路に設けた電流極性
検出器からの検出信号に基づいて切り換え制御する電源
転流方式のPWMサイクロコンバータのゲート信号生成
方法において、 前記2組の両方向スイッチを構成する半導体スイッチン
グ素子〔1〕と〔4〕のゲート信号間に電源転流のため
の転流重なり期間を設けると共に、前記半導体スイッチ
ング素子〔1〕と〔3〕および〔2〕と〔4〕のゲート
信号間にそれぞれデッドタイムを設けたことを特徴とす
るPWMサイクロコンバータのゲート信号生成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023329A JPH07213062A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Pwmサイクロコンバータのゲート信号生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023329A JPH07213062A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Pwmサイクロコンバータのゲート信号生成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07213062A true JPH07213062A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=12107551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6023329A Pending JPH07213062A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Pwmサイクロコンバータのゲート信号生成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07213062A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1994
- 1994-01-24 JP JP6023329A patent/JPH07213062A/ja active Pending
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