JPS6318968A - 電力変換器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 不発明は電力変換装置に係り、特に、パルス幅制御を行
うコンバータに好適な電力変換装置に関する。

〔従来の技術〕

コンバータの力率改善の観点から特開昭５６−１６２９
７６号公報では電流しゃ断機能をもつ制御可能な開閉素
子をアームに接続し、パルス幅制御と位相制御を併用す
る方式、又、昭和５８年電気学会全国大会論文集Ｎα４
５３ではパルス幅制御のみを用いる方式が提案されてい
るが、ともに、コンバータ制御のために電源電圧との同
期をとる必要がある。従来技術ではこの同期引き込みを
行う手段として、交流電源電圧の一相が負から正に変化
し、零電圧を横切る際に発生する同期化信号をトリガと
してパルス列を発生させたり（パルス幅制御のみの場合
）、パルス列発生に先立って位相制御系を起動させるな
ど（位相制御も併用する場合）同期化信号に同期して一
連のパルス発生処理を実行する方式が用いられていた。

しかし、このような同期化技術では同期化信号が発生し
た時に現在どのようなパルス列を発生しているかとは無
関係に強制的に同期化が行われるので、たとえば同期化
の直前で、あるコンバータ素子に点弧指令を発生したも
のの同期化処理によってすぐ消弧指令を発生しなければ
ならないというような状況も十分起こり、コンバータ素
子に与える最小パルス幅確保の点から（素子の破損を防
ぐ必要から）特開昭５９−１０３５７９号公報のような
付加回路を設ける必要があるなどシステムを構成する上
での簡潔さに改善の余地があった。また同期化機能の異
常を検出するために別途故障検出回路を設けなければシ
ステムの信頼性が低下するという点にも改善の余地があ
った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では最小パルス幅確保回路を含めたシステ
ム全体の簡潔さに配慮がされておらず、最小パルス幅確
保回路や同期化回路用故障検出回路がシステムに不可欠
であるという問題があった。

本発明の目的は新たな同期化技術により′６１雑な最小
パルス幅確保回路を不要とする電力変換器の制御装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、パルスパターン発生処理中は同期化処理を
行わず、同期化信号が発生したことと発生時刻を記憶す
るのみとし、パルスパターン発生処理の終了後に、記憶
内容から同期化処理を行うことにより達成される。

〔作用〕

制御用ワンチップマイコン内のＦＩＦＯ（ｆｉｒｓｔ−
ｉｎｆｉｒｓｔ−ｏｕｔ）　ＲＡ　Ｍは同期化信号の発
生と発生時刻を記憶するように動作する。同期化処理は
パルスパターン発生処理終了後にＰＩＦＯＲＡＭの内容
を読み出し、次に発生するパルスパターンが電源と同期
するように動作する。パルスパターン発生処理中は同期
化を行うことがないので素子に悪影響を及ぼす過小パル
ス幅のパルスが発生することはなく。

パルス幅確保回路のような付加回路は不要となる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。１は
コンバータ２に供給される交流電源、３はコンバータ２
の直流出力電流を検出する電流検出器、４は負荷の例と
してのＬ−Ｒ負荷、５は直流電源指令１拳入力端子、６
は指令Ｉ−と帰還値ｉ□との偏差Δｉを求める比較器、
８は交流電圧値がゼロクロスした時パルスを発生する同
期化信号発生器、１０はコンバータ２の構成素子に消点
弧パターンを発生するワンチップマイコン、１１０は電
流偏差Δｉに応じて第二の位相指令ＰＨｚ−と通流率指
令ＰＵ−を発生する関数発生処理部、ｊ２０は電源周波
数指令ω−を一定時間ごとに積分し、第一の位相指令Ｐ
Ｈ１拳を作成する一方、第二の位相指令ＰＨｚ・とから
総合位相指令θ７１を作成する位相作成処理部、１３０
は総合位相指令θＴ＊の値に応じてθτ拳が０＠〜６０
”　、６０°〜１２０°ｔ１２０″〜１８ｏ＠、１８０
ａ〜２４０’　、２４０＠〜３００”　、３００＠〜３
６０’の六つの領域のうちどの領域に含まれるかを判定
する領域判定処理部、１４０は判定情報Ｍ　ｏ　、総合
位相指令θ７１１．通流率指令ＰＵ１１とからどの素子
にどのようなパルスパターンを与えるべきかを決定する
パルス分配処理部、１０１は同期化信号発生器８の出力
が変化したことを検出する入力変化検出部、１０２はそ
の時刻調査用のタイマ部、１０３は同期化信号変化とそ
の時刻を記録するＦＩＦＯＲＡＭ　、　１０４はＦＩＦ
ＯＲＡＭの内容を保持する保持レジスタ、１５０は同期
化信号の変化の有無とその時刻から位相作成処理部１２
０内の周波数指令ω・の積分値ｆω−Δを格納レジスタ
の内容を修正する同期化処理部などから構成される。

次にその動作について具体的に示す。

各装置の動作はフローチャートで説明する。

第２図には二つの主な処理である同期化処理１５０とパ
ターン発生処理１ｏの概略フローチャートを示す。

まず、同期化処理１５０について説明する。この同期化
処理１５０はＷｌｇの同期化信号Ｕ↑によって起動され
るから、仮に電源に変動等がなく、５０Ｈｚのｆｒｉ源
を使用していれば２Ｑｍｓｅｃごとにこのサブルーチン
が実行されることになる。このサブルーチンの主な処理
は同期化信号の発生と発生時刻の保存処理１５２である
。この保存処理１５２により保存されたデータをどのよ
うに利用するかは総合位相作成処理１２０で詳細に説明
する。

この保存処理１５２は入力変化検出部１０１により同期
化信号を検出し、この時の時刻をタイマ一部１０２で調
査し、そのデータをＦＩＦＯＲＡＭ　１０４に保存する
処理を周辺回路部に実行させることにより、実現する。

なお、ワンチップマイコン１゜では入力変化検出部１０
１の検出条件をあらかじめセットしておけば主プロセツ
サは同期化信号の発生と発生時刻の保存処理から解放さ
れるので非削込み処理とすることができる。

処理１５１は外乱に対してこの同期化処理が誤動作しに
くくするための付加処理である。すなわち、理想的な同
期化信号が入力される時には位相指令Ｐ　Ｈｈｉ±電気
角３６０”に近づいているはずである。このＰＨｓ’の
値があまりに３６００とかけはなれた場合に受けつけた
同期化信号では同期化処理を行わずに同期化信号待ちに
もどるようにしている。この付加処理によって同期化処
理の誤動作を防止することができる６第３図はこのよう
な現象が発生する例を示す、（ａ）は理想的な場合、（
ｂ）は誤同期化信号が発生する場合である。

電源電圧波形ＶＶは、常に、（ａ）のような状態にある
保障はなく、（ｂ）のようにノイズが重畳することは十
分に考えられ、この誤ゼロクロスパルスによってそのた
びに同期化処理が行われれば正常なパターン発生は期待
できない。

次にパターン発生処理１０について説明する。

このパターン発生処理１０はほぼ一定時間Δｔごとに起
動されるタイマ割込みタスクである。このタスクによっ
てΔｔごとにコンバータ素子はＯＮ。

ＯＦＦするのでコンバータのスイッチング周波数はこの
値によって決まり１／Δｔ（Ｈｚ）ということになる。

さらに２ｏｍＳｅＣ／Δｔ　が整数となるようにΔｔを
決め同期化信号に同期するようにタイマ割込みをセット
し、かつ電源が周波数変動を起こさなければ、このパタ
ーン発生処理は同期化処理と同期して動くことになるが
、周波数変動等は必ず生じるので、このパターン発生処
理はｆｆ１ｉｌＸとは非同期に起動している。

両タスクの起動タイミングを第４図に示す、Ｔ１時点の
同期化処理はパターン発生処理中にＰＩＦＯＲＡＭと保
持レジスタにより同期化信号の発生と発生した時刻保存
を行っているが、この同期化信号の発生がパターン発生
処理の前であれば同期動作は＄１で示すパターン発生処
理で実行されるが、同期化信号の発生がパターン発生処
理中であれば。

同期動作はタイマ割込み分遅れて−２でパターン発生に
反映されることになる。Ｔ２時点で同期化信号の発生が
行われた場合もやはり−３でパターン発生に同期化が反
映されることになる。

次に処理内容について詳細に説明する。１１０は第５図
に示すように電流偏差Δｉに応じて通流率指令ＰＵＳと
第二の位相指令Ｐｉ−Ｌｚ串を発生する関数発生処理で
ある。このΔｉが小さい領域βでは位相制御が動作し、
Δｉの絶対値が大きい領域αではパルス幅制御が動作す
ることになる。さらにここで最小通流率ＰＵｍｉｎ　を
設定しているが、この値は前述した最小パルス幅にリン
クする数値である。そしてこの値自体は同期化処理の影
響を受けないので、ＰＵ＊ｍｉｎを確保すれば付加回路
なくして最小パルス幅を確保できることになる。勿論パ
ルス幅制御だけで位相制御が不要な用途にはこのＰＨ２
拳が不要となるだけで同期化に関する本発明の本質は影
響を受けない。

１２０は総合位相作成処理であり、その詳細を第６図に
示す。処理１２１で同期化信号の発生があったかどうか
の判定を行う。もしなければ処理１２２で前回の位相Ｐ
Ｈ１１にゲインに倍した電源周波数指令ω串を加算する
ことによって今回の位相ＰＨｚ”を求める。一方、同期
化信号の発生があった時には処理１２３で同期化信号発
生から現在までの経過時間ＴＰを算出する。この際、Ｆ
ＩＦＯＲＡＭ１０３と保持レジスタ１０４によって保持
しておいた同期化信号の発生と発生時刻データを用いる
。

尚、　ＦＩＦＯＲＡＭ　１０３　　、！：保持レジスタ
１０４に保存しておいた同期化信号発生と発生時刻デー
タは一旦読出してを行うとクリアされるので、あえて、
内容をリセットする処理は不要である。

次に処理、１２４で位相ＰＨｔ”用のイニシャルデータ
を下式より作成する。

Δｔ ここで、Δｔは積分インターバルである。

処理１２５で前回のＰＨｚ拳を今回のＰＨ１傘に書きか
え次の積分の準備をする。処理１２６で今回の第一の位
相ＰＨ１＊と第二の位相ＰＨｚ＊より総合位相す丁傘を
求める。ここでω−は電源の周波数であるから５０　Ｈ
ｚ又は６０Ｈｚである。さらに、パルス幅制御だけで位
相制御と行わない場合には処理１２６は不要となる。

第７図に位相ＰＨ１ψが作成される状態を示す。

（、）はΔｔごとに起動されるパターン発生処理で、Ｐ
Ｈ１−がｋ・ω傘ずつ積分されている状態である。一方
、（ｂ）は同期化処理が途中で発生した場合のＰＨ１拳
の状態を示している。同期化処理が発生してから次のパ
ターン発生処理までの経過がＰＨｚ−に格納されること
によって同期化が行われ、以後のパターン発生処理では
これをベースにしてにω拳が加算され積分が行われてゆ
く、このように同期化信号の発生とパターン発生処理は
非同期で動作しつつ、電源との同期化処理は位相データ
ＰＨ１”の修正ということで実現している。

１３０はθＴ１１を用いて電気角３６０’のうちのどの
領域のパルスを出したらよいかを判定する処理である。

その詳細を第８図に示す。まず、処理１３１でθＴψの
値が電気角３６００のうちのどの６０６区間に存在する
かを（Ｍｏ）調べる。この判定によってコンバータ構成
素子のうち、Δｔの間連続して点弧すべき素子、短絡す
べき素子、短絡素子に消弧し、次に点弧すべき第一の点
弧素子、第一の点弧素子を消弧して次に点弧すべき第二
の素子などこのΔを時間の間に消点弧すべき素子が判定
される。さらに処理１３２でＯＴ−が６ｏ°区間のうち
のどのΔを区間に存在するか（Ｓｔ）を調べる。仮にΔ
ｔ　＝５５５．６μＳｅｃとすると６ｏ°区間内には六
個のΔを区間のあることがわかる＜′？Ｉ！源が５０Ｈ
ｚの場合）。このＳｔがわかれば消点弧時間を検索する
際にどのデータテーブルを使用すればよいかがわかる。

なお、ここでは正弦波化（不等パルス）を実現できる方
式を例にとって説明したが、等パルスでよい場合にはこ
の処理１３２は不要となる。

パルス分配処理１４０について説明する。まず、前述の
領域判定処理１３０によってθＴｌがどの６０″領域に
いるかがわかれば、第９図に示すように消点弧すべき素
子がわかる。次に消点弧の時間がわかればよいのである
が、これには通流率指令ＰＵＳ　を用いる。ここではθ
７６が○″〜６０″〜６０″区間を例にとって説明する
。さらにスイッチング周波数を１　、８　ｋ　Ｈｚ　　
とすると６０゜区間はさらに六つのステージから構成さ
れる装置こでθＴ１１が第一番目のステージにあったと
し、通流率指令ＰＵ−＝０．６であったと仮定すると第
１０図に示す通流率対消点弧時間テーブルを参照するこ
とにより次の１）〜４）の分配処理内容がわかる。

１）素子２５をΔｔの間常時点弧 ２）ｔ＜ｔｘの間 短絡用素子２２を点弧、２１，２３，２４゜２６は消弧 ３）ｔｘ≦ｔ≦ｔｚの間 素子２３を点弧、２１，２２．２４．２６は消弧 ４）ｔ２≦ｔくΔｔの間 素子２１を点弧、２２，２３，２４．２６は消弧 なお１２１〜ＱＢの設定値は出力を正弦波化するために
あらかじめ計算で求めておいたデータであるが、この値
は本発明の本質を制限するものではない。

このようにパルス分配処理１４０では第１１図に示すよ
うに処理１４１で消点弧すべき素子を調べ、処理１４２
でその具体的な時期を調べ、処理１４３で出力ボートに
スケジュールを組むことによってパルス分配を行う。

本実施例によれば、パターン発生処理は電源同期化処理
にもとづいてデータの径正を受けるもののパターン発生
自体には影響を受けないので、パターン発生処理内で決
定した最小パルス幅が同期化処理の影響を受けて削られ
るようなことはない。

その結果、本実施例では最小パルス幅確保回路のような
付加回路はいっさい不要となる効果がある。

第１２図ないし第１４図に本発明の他の実施例を示す。

この実施例では同期化処理を電気角６０’ごとに行うよ
うにしている。回路構成は第１２図に示すようにｆ￥！
源電圧電圧り込みが三相であり、各相の立上り、立下り
のゼロクロス点を同期化処理のトリガとしている点が第
１図と異なる。

第１３図にフローチャートを示す。第２図と異なるのは
処理１５３と１５００である。処理１５０では同期化処
理が電気角３６０’に一度であったのに対して、この実
施例では電気角６０°に一度、同期化信号の入力がある
のでその近傍で同期化信号発生時刻の保存処理を有効に
する処理１５３を行う。さらに、位相ＰＨ１−のイニシ
ャライズはそのペースとなる位相値がＯ’　、６０’　
、１２０°。

１８０″’　、２４０＠、３００°と人種類となるので
処理１５００のＰＨｚ・の修正処理がやや複雑となるが
、先に述べた方式が２０ｍ５ｅｃに一回しか同期化を行
わないのに比較して３．３ｍ５ｅｃに一回に同期化を行
うので出力電流の低リップル化には特に効果が増大する
。

第１４図に位相ＰＨ１−のイニシャライズ作成のフロー
チャートを示す。処理１５０１で同期化信号発生からの
経過時間Ｔｐを求め、処理１５０２でイニシャルデータ
のうち可変分データＰＨｔｏ＊を求める。

ここまでは第６図の処理１２３，１２４と同様であるが
、これからがやや異なる。

処理１５ｏ３で位相ＰＨ１−が電気角３０”よりも小さ
いかどうかを瀾へる。小さければ処理１５０４で位相Ｐ
Ｈ１”に可変分ＰＨｔｏｌ　とＯ″を加算して代入する
。小さくなければ処理１５０５でＰＨｚ”が９０゜より
も小さいかどうかが比較され、Ｙｅｓであれば今回の同
期は電気角６０”付近で発生するＷ相の立下りであると
判断され、位相ＰＨｚ”はＰＨｔｏ”と６０″データが
加算されたものが代入される。

以下同様にＶ組立上り、Ｕ組立下り、Ｗ組立上り。

Ｖ組立下り、Ｕ組立上りのゼロクロス信号に対応して処
理１５０８．１５１０．１５１２．１５１３で位相ＰＨ
１拳のイニシャルデータセットが実行される。

このように本発明の他の実施例によれば、ややソフト処
理は複雑になるものの同期化が短い間隔で行われるので
出力電流特性の改善が期待できる。

また、ワンチップマイコンの中で同期化を行うので同期
化の異常はチップの異常と等価になるため、ワンチップ
マイコンの自己診断（例えばウォッチドッグタイマ）で
同期化の異常を検出し対策を行うことができ、信頼性の
高いシステムを実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パルス発生処理中に同期化処理を行わ
ないで同期化を達成できるので、素子に悪影響を及ぼす
様な過小パルス幅のパルスは発生せず５最小パルス幅確
保回路のような付加回路は不要となるため、回路の簡素
化、信頼性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図ないしｆ５
１】図は本発明の実施例の動作説明図、第１２図は本発
明の他の実施例の系統図、第１３図。 第１４図は本発明の他の実施例の動作説明図である。 ２・・・コンバータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電源を直流に変換するコンバータ、前記コンバ
   ータの動作位相と前記交流電源の位相を同期化するため
   の同期化信号発生器、前記コンバータを構成するスイッ
   チング素子、前記スイッチング素子にパルスパターン信
   号を出力する処理を行う制御用ワンチップマイコンより
   なる電力変換器において、 前記制御用ワンチップマイコン内に同期化信号の発生お
   よび／または発生時刻を記憶する処理を設け、前記記憶
   内容を所定の周期で参照し、前記記憶内容に応じたパル
   スパターン信号を出力する手段を設けたことを特徴とす
   る電力変換器の制御装置。 ２、前記記憶内容に応じた前記パルスパターン信号を出
   力する処理は、前記パルスパターン信号の出力処理に用
   いるデータを修正する処理であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電力変換器の制御装置。 ３、前記修正するパルスパターン信号出力処理に用いる
   データは位相角のデータであることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の電力変換器の制御装置。 ４、前記位相角のデータは前記交流電源の周波数を一定
   時間に積分することによつて得られるデータであること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の電力変換器
   の制御装置。 ５、前記位相角のデータは同期化信号の発生から前記交
   流電源の周波数積分処理までの経過時間に応じた位相角
   のデータであることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   または第４項記載の電力変換器の制御装置。 ６、記憶内容に応じた前記パルスパターン信号を発生さ
   せる処理は前記位相角０°〜３６０°の期間に複数回行
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
   のいずれかに記載の電力変換器の制御装置。