JPS63240376A - 三角波比較pwm電力変換装置 - Google Patents
三角波比較pwm電力変換装置Info
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- JPS63240376A JPS63240376A JP62069639A JP6963987A JPS63240376A JP S63240376 A JPS63240376 A JP S63240376A JP 62069639 A JP62069639 A JP 62069639A JP 6963987 A JP6963987 A JP 6963987A JP S63240376 A JPS63240376 A JP S63240376A
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
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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。
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)
この発明は、三角波比較PW)1方式の出力波形の波高
域および零クロス域でパルス欠落を起さない、三角波比
較PW)1方式のインバータ、コンバータ、順逆電力変
換、無効電力補償、およびアクティブフィルタ等の電力
変換装置に関するものである。
域および零クロス域でパルス欠落を起さない、三角波比
較PW)1方式のインバータ、コンバータ、順逆電力変
換、無効電力補償、およびアクティブフィルタ等の電力
変換装置に関するものである。
(発明の背景)
従来、三角波比較PWM方式のインバータ、コンバータ
、順逆電力変換、無効電力補償、およびアクティブフィ
ルタ等の電力変換装置には。
、順逆電力変換、無効電力補償、およびアクティブフィ
ルタ等の電力変換装置には。
スイッチング素子としてバイポーラトランジスタ、 G
TOなとの比較的低速の電力用自己消弧型素子が用いら
れており、その三角波比較PWMのキャリア周波数は5
00〜2kH2とPWMパルス数も数パルスル十数パル
スである。
TOなとの比較的低速の電力用自己消弧型素子が用いら
れており、その三角波比較PWMのキャリア周波数は5
00〜2kH2とPWMパルス数も数パルスル十数パル
スである。
これら数パルスル十数パルス列のPWM波形では電力変
換装置の入力または出力波形を正弦波に保つためには、
大きなLC共振回路のフィルタを必要としていた。
換装置の入力または出力波形を正弦波に保つためには、
大きなLC共振回路のフィルタを必要としていた。
また十数パルス列のPWM波形のアクティブフィルタに
おいては1機能できる高調波は低次高調波であり、より
高い高次高調波まで機能できるアクティブフィルタが望
まれていた。
おいては1機能できる高調波は低次高調波であり、より
高い高次高調波まで機能できるアクティブフィルタが望
まれていた。
ところで、静電誘導トランジスタ(SIT)など電力用
高速スイッチング素子の出現により三角波比較PWMの
キャリア周波数も数+kH2。
高速スイッチング素子の出現により三角波比較PWMの
キャリア周波数も数+kH2。
PWMパルス数も数百パルスが可能となり、 PWM
のキャリア周波数の高周波数化(以下 高周波PWM)
によって電力変換装置の入力または出力波形は無歪みの
正弦波化が、アクティブフィルタは高次高調波までの機
能が可能となった。
のキャリア周波数の高周波数化(以下 高周波PWM)
によって電力変換装置の入力または出力波形は無歪みの
正弦波化が、アクティブフィルタは高次高調波までの機
能が可能となった。
しかし、キャリア周波数を上げた高周波PWMは、変調
の深さとの関係で出力波形の波高域および零クロス域で
パルス欠落が発生し、出力波形の波高域および零クロス
域で波形の忠実性が損われる。
の深さとの関係で出力波形の波高域および零クロス域で
パルス欠落が発生し、出力波形の波高域および零クロス
域で波形の忠実性が損われる。
(発明の目的)
この発明は、高周波PWMの出力波形の波高域および零
クロス域で波形の忠実性を考慮してなされたもので、使
用するイツチング素子のターンオン時間、ターンオフ時
間から簡易な方法で1.パルス欠落を起さない安定動作
域を選定した電力変換装置を提供するものである。
クロス域で波形の忠実性を考慮してなされたもので、使
用するイツチング素子のターンオン時間、ターンオフ時
間から簡易な方法で1.パルス欠落を起さない安定動作
域を選定した電力変換装置を提供するものである。
(発明の概要)
この発明に係る三角波比較方式の高周波PWM電力変換
装置のパルス欠落を起さない安定動作域の選定は、キャ
リア周波数と変調の深さとの関係からPWM波形のオン
パルスおよびオフパルスの最小パルス幅が、スイッチン
グ素子のターンオン時間、ターンオフ時間ならびにブリ
ッジの相対する素子間のデッドタイムを含め、その和以
上となる領域を得るようにしたものである。
装置のパルス欠落を起さない安定動作域の選定は、キャ
リア周波数と変調の深さとの関係からPWM波形のオン
パルスおよびオフパルスの最小パルス幅が、スイッチン
グ素子のターンオン時間、ターンオフ時間ならびにブリ
ッジの相対する素子間のデッドタイムを含め、その和以
上となる領域を得るようにしたものである。
(発明の実施例)
この発明の詳細な説明に先立ち、この発明の実証試験に
用いた静電誘導トランジスタと。
用いた静電誘導トランジスタと。
高周波PWMインバータについて説明する。
静電誘導トランジスタ(SIT)は、その断面概略図を
第1図に示すとおり、類ベース化。
第1図に示すとおり、類ベース化。
短チャンネル化の極限に位置する素子であり。
そのオン、オフ動作は第1図のNチャンネルSITでゲ
ート1に負の電圧を印加すると、チャンネル4の中心線
まで空乏層が広がりピンチオフ状態となる。
ート1に負の電圧を印加すると、チャンネル4の中心線
まで空乏層が広がりピンチオフ状態となる。
またゲート1のゲート電圧を零または若干正にふると、
チャンネルが開きオン状態になる。
チャンネルが開きオン状態になる。
静電誘導トランジスタは、その短チヤンネル構造から単
位面積当たりのゲート1.ソース2間の8偕Cqが小さ
いとともにソース抵抗Rsも極めて小さく、ゲート時定
数cgnsが小ざく出来。
位面積当たりのゲート1.ソース2間の8偕Cqが小さ
いとともにソース抵抗Rsも極めて小さく、ゲート時定
数cgnsが小ざく出来。
高速スイッチングに適している素子である。
実証試験に用いたSITは、その動作原理上ストレージ
タイムが無く1代表的なスイッチング時間のターンオン
時間250nS、ターンオフ時間300nSのものを用
いた。
タイムが無く1代表的なスイッチング時間のターンオン
時間250nS、ターンオフ時間300nSのものを用
いた。
この発明の実証試験に使用したSITを用いた高周波P
WMインバータは、その主回路構成を第2図に、 PW
Mドライブ制御回路を第3図に示す。
WMインバータは、その主回路構成を第2図に、 PW
Mドライブ制御回路を第3図に示す。
キャリア周波数と変調の深さとの関係から。
パルス欠落の発生を観測するため、キャリア周波数を供
給する三角波発振器9は実使用キャリア周波数より高い
周波数を供給できるよう3〜500kHzの発振器を使
用した。
給する三角波発振器9は実使用キャリア周波数より高い
周波数を供給できるよう3〜500kHzの発振器を使
用した。
また変調の深さは、コンパレータ12の入力段において
、三角波キャリア波形とソース波形から求めた。
、三角波キャリア波形とソース波形から求めた。
第2図に示す主回路のブリッジの上索子6と゛下素子6
°とのオン、オフの切替時に上下素子の同時導通による
直流電源5の短絡を防ぐため。
°とのオン、オフの切替時に上下素子の同時導通による
直流電源5の短絡を防ぐため。
300nSのデットタイムを設けた。
以下、上記SITを用いたPΔHインバータを例にこの
発明の実施例について説明する。
発明の実施例について説明する。
PWMのパルス幅列は、第4図に示す三角波キャリア波
形16と正弦波ソース波形17とのコンパレータ出力1
8となる。
形16と正弦波ソース波形17とのコンパレータ出力1
8となる。
PWMの変調の深ざmを第4図の三角波キャリア波形の
ピーク値Vc 19,19°に対するソース波形の最大
値Vs 20.20’の比VS /VCと定義すると、
最小パルス幅のオンパルス21は出力波形23のゼロク
ロス近傍24に存在し、最小パルス幅のオフパルス22
は出力波形23の波高近傍25に存在する。
ピーク値Vc 19,19°に対するソース波形の最大
値Vs 20.20’の比VS /VCと定義すると、
最小パルス幅のオンパルス21は出力波形23のゼロク
ロス近傍24に存在し、最小パルス幅のオフパルス22
は出力波形23の波高近傍25に存在する。
PWM波形のオン、オフパルスの最小パルス幅下r)
26,26°は、三角波キャリアの周期をTc27(こ
こでTcは三角波キャリアの周波数をfcとしてTc=
1/fcで表される)とすると、第5図に示す模式図の
とおり次式で表される。
26,26°は、三角波キャリアの周期をTc27(こ
こでTcは三角波キャリアの周波数をfcとしてTc=
1/fcで表される)とすると、第5図に示す模式図の
とおり次式で表される。
TO= (1−m) XTc /2
ここでmは’m=vs /Vc
一方□、オン領域からオン領域にもどるオフパルスの最
小パルス幅、ならびにオフ領域からオフ領域にもどるオ
ンパルスの最小パルス幅は。
小パルス幅、ならびにオフ領域からオフ領域にもどるオ
ンパルスの最小パルス幅は。
素子のターンオン時間とターンオフ時間の和で表される
が、ブリッジ回路の上下素子28.28°のオン、オフ
が入れ替るデットタテム29も含めた時間で表すと第6
図に示すパルス波形のとおりとなり、オンパルスまたは
オフパルスの所要最小パルス幅tl)31は、平坦部3
0の時間を零として次式で表される。
が、ブリッジ回路の上下素子28.28°のオン、オフ
が入れ替るデットタテム29も含めた時間で表すと第6
図に示すパルス波形のとおりとなり、オンパルスまたは
オフパルスの所要最小パルス幅tl)31は、平坦部3
0の時間を零として次式で表される。
t p = t oH+t d+t on +t of
f+t d+t onブリッジ回路の上下素子のとりう
る所要最小パルス幅tp31と、 PWMの変調の深ざ
mと三角波キャリアの周期Tcからの最小パルス幅Tp
26.26°との関係は、パルス欠落を起さない条件は mとTcからの最小パルス幅Tp 〉上下素子の所要最小パルス幅tp にある。
f+t d+t onブリッジ回路の上下素子のとりう
る所要最小パルス幅tp31と、 PWMの変調の深ざ
mと三角波キャリアの周期Tcからの最小パルス幅Tp
26.26°との関係は、パルス欠落を起さない条件は mとTcからの最小パルス幅Tp 〉上下素子の所要最小パルス幅tp にある。
この関係から、パルス欠落を起さない限界の条件は、T
I)=tl)のばあいであり、ブリッジ回路の上下素子
のとりうる所要最小パルス幅tp31から、パルス欠落
を起さない限界のPIIHの変調の深さmと二角波キャ
リアの周波数fcの関係が次式で表わされる。
I)=tl)のばあいであり、ブリッジ回路の上下素子
のとりうる所要最小パルス幅tp31から、パルス欠落
を起さない限界のPIIHの変調の深さmと二角波キャ
リアの周波数fcの関係が次式で表わされる。
fc = (1−m)/ (2xtp )実証試験に用
いたSITでのブリッジ回路の上下素子のとりうる所要
最小パルス幅tpは。
いたSITでのブリッジ回路の上下素子のとりうる所要
最小パルス幅tpは。
t p=300+30[)+250+300+300+
250 n5=1700nS かう、この素子を用いた高周波PWM運転のパルス欠落
域34とパルス欠落を起さない安定動作域35の変調の
深さm32と三角波キャリアの周波数fc33の関係は
、第7図に示すとおりとなり。
250 n5=1700nS かう、この素子を用いた高周波PWM運転のパルス欠落
域34とパルス欠落を起さない安定動作域35の変調の
深さm32と三角波キャリアの周波数fc33の関係は
、第7図に示すとおりとなり。
変調の深ざm= 0.8でキャリア周波数を変えていっ
た出力電圧のオン、オフパルスの欠落を観測すると、前
底の関係より求めたパルス欠落の発生するキャリア周波
数58kHzからオン、オフパルスの欠落が観測された
。
た出力電圧のオン、オフパルスの欠落を観測すると、前
底の関係より求めたパルス欠落の発生するキャリア周波
数58kHzからオン、オフパルスの欠落が観測された
。
なお、この発明は、上記実施例としてSIT高周波PW
Mインバータをもとに説明したが、この他の電力用半導
体素子例えばSIサイリスタ。
Mインバータをもとに説明したが、この他の電力用半導
体素子例えばSIサイリスタ。
高速埋込みゲートGTO,およびIGBT等にあっても
PWM方式による単相、多相の電力変換装置において適
用可能であることは自明のことである。
PWM方式による単相、多相の電力変換装置において適
用可能であることは自明のことである。
(発明の効果)
したがって、この発明によれば、 PW)1方式のキ
ャリア周波数の高周波化に伴うパルス欠落のない安定動
作域を選定するに当たり、素子のとりうるターンオン時
間、ターンオフ時間ならびにブリッジの上下素子間のデ
ッドタイムを定めることにより、三角波比較PWMのパ
ルス欠落を起さない限界のPW)Iの変調の深ざmと三
角波キャリアの周波数fcの関係を得ることができ。
ャリア周波数の高周波化に伴うパルス欠落のない安定動
作域を選定するに当たり、素子のとりうるターンオン時
間、ターンオフ時間ならびにブリッジの上下素子間のデ
ッドタイムを定めることにより、三角波比較PWMのパ
ルス欠落を起さない限界のPW)Iの変調の深ざmと三
角波キャリアの周波数fcの関係を得ることができ。
PWM方式による電力変換装置の使用目的に応じたキャ
リア周波数、変調の深さの選定ができる。
リア周波数、変調の深さの選定ができる。
第1図は、この発明の実証試験に用いたNチャンネル静
電誘導トランジスタ(SIT)の断面概略図を示し、1
はp+ゲート、2はソース。 3はドレイン、4はチャンネルの中心を表す。 第2図は、この発明の実証試験に使用したSITを用い
た高周波PWMインバータの主回路を示し、5はインバ
ータ直流電源端、6,6°はスイッチング素子としての
SIT、7はインバータの交流出力端を表す。 第3図は、このインバータのPWMドライブ制御回路を
示し、8はソース波形の信号源となる正弦波発振器、9
は三角波キャリア信@源となる三角波発振器(3〜50
0kH2) 、 10は波形整形回路、11は両波整流
回路、12はPWMパルス列を作成するコンパレータ、
13は切替回路、14は上下素子の同時導通による直流
電源の短絡を防ぐデットタイム設定回路、15はSIT
ドライブ回路を表す。 第4図は、三角波キャリア波形と正弦波ソース波形との
コンパレータ出力を示し、16は三角波キャリア波形、
17は正弦波ソース波形、18はコンパレータ波形、
19,19°はキャリアのピーク値vc、−vc 、
20,20°G、t ’/ −スノ値VS、−VS。 21は最小パルス幅のオンパルス、22は最小パルス幅
のオフパルス、23は交流出力波形、24は交流出力波
形のゼロクロス近傍、25は交流出力波形の波高近傍を
表す。 第5図は、三角波キャリアの周期をTCとしたPWM波
形のオン、オフパルスの最小パルス幅Tpの模式図を示
し、26はオフパルスの最小パルス幅、26゛はオンパ
ルスの最小パルス幅を表す。 第6図は、素子のとりうるオンパルスまたはオフパルス
の所要最小パルス幅tpを示し、28はブリッジの上素
子、28゛はブリッジの下素子。 29はデットタイム、30はパルス平坦部、31はブリ
ッジ回路の上下素子のとりうる所要最小パルス幅tpを
表す。 第7図は、実証試験に用いたSITの高周波PW)!運
転のパルス欠落域とパルス欠落の無い安定動作域の変調
の深ざmと三角波キャリアの周波数fcの関係を示し、
32は変調の深ざm、33は三角波キャリアの周波数f
c、34はパルス欠落域、35はパルス欠落を起さない
安定動作域を表す。 出願人 宮城系仙台市川内(番地なし)(ほか2名) 第3図 第4図 第6図 第7図 33−L/fc kHz
電誘導トランジスタ(SIT)の断面概略図を示し、1
はp+ゲート、2はソース。 3はドレイン、4はチャンネルの中心を表す。 第2図は、この発明の実証試験に使用したSITを用い
た高周波PWMインバータの主回路を示し、5はインバ
ータ直流電源端、6,6°はスイッチング素子としての
SIT、7はインバータの交流出力端を表す。 第3図は、このインバータのPWMドライブ制御回路を
示し、8はソース波形の信号源となる正弦波発振器、9
は三角波キャリア信@源となる三角波発振器(3〜50
0kH2) 、 10は波形整形回路、11は両波整流
回路、12はPWMパルス列を作成するコンパレータ、
13は切替回路、14は上下素子の同時導通による直流
電源の短絡を防ぐデットタイム設定回路、15はSIT
ドライブ回路を表す。 第4図は、三角波キャリア波形と正弦波ソース波形との
コンパレータ出力を示し、16は三角波キャリア波形、
17は正弦波ソース波形、18はコンパレータ波形、
19,19°はキャリアのピーク値vc、−vc 、
20,20°G、t ’/ −スノ値VS、−VS。 21は最小パルス幅のオンパルス、22は最小パルス幅
のオフパルス、23は交流出力波形、24は交流出力波
形のゼロクロス近傍、25は交流出力波形の波高近傍を
表す。 第5図は、三角波キャリアの周期をTCとしたPWM波
形のオン、オフパルスの最小パルス幅Tpの模式図を示
し、26はオフパルスの最小パルス幅、26゛はオンパ
ルスの最小パルス幅を表す。 第6図は、素子のとりうるオンパルスまたはオフパルス
の所要最小パルス幅tpを示し、28はブリッジの上素
子、28゛はブリッジの下素子。 29はデットタイム、30はパルス平坦部、31はブリ
ッジ回路の上下素子のとりうる所要最小パルス幅tpを
表す。 第7図は、実証試験に用いたSITの高周波PW)!運
転のパルス欠落域とパルス欠落の無い安定動作域の変調
の深ざmと三角波キャリアの周波数fcの関係を示し、
32は変調の深ざm、33は三角波キャリアの周波数f
c、34はパルス欠落域、35はパルス欠落を起さない
安定動作域を表す。 出願人 宮城系仙台市川内(番地なし)(ほか2名) 第3図 第4図 第6図 第7図 33−L/fc kHz
Claims (1)
- 三角波比較PWM方式の電力変換装置に使用する素子の
ターンオン時間、ターンオフ時間およびブリッジ回路の
上下素子のデットタイムからPWM波形の取りうる最小
パルス幅を求め、その最小パルス幅を下まわらない変調
の深さとキャリア周波数の関係からPWMパルスにパル
ス欠落を起さない運転方法を特徴とする三角波比較PW
M電力変換装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62069639A JP2554327B2 (ja) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | 三角波比較高周波pwm電力変換装置 |
| KR1019880002999A KR910000543B1 (ko) | 1987-03-24 | 1988-03-21 | Pwm 전력변환장치 |
| DE3852330T DE3852330T2 (de) | 1987-03-24 | 1988-03-22 | Pulsbreitenmodulierter Leistungskonverter. |
| EP88104565A EP0284021B1 (en) | 1987-03-24 | 1988-03-22 | PWM power converter |
| CN88101565A CN1019440B (zh) | 1987-03-24 | 1988-03-23 | 脉宽调制型功率转换器 |
| US07/545,148 US5021936A (en) | 1987-03-24 | 1990-06-28 | PWM power converter using mixed bipolar and static induction transistors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62069639A JP2554327B2 (ja) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | 三角波比較高周波pwm電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63240376A true JPS63240376A (ja) | 1988-10-06 |
| JP2554327B2 JP2554327B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=13408632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62069639A Expired - Fee Related JP2554327B2 (ja) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | 三角波比較高周波pwm電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2554327B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02142359A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-31 | Sanyo Denki Co Ltd | インバータ制御回路 |
| JP2010239814A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsuba Corp | モータ制御装置 |
| JP2010239815A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsuba Corp | モータ制御装置 |
| JP2013183475A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Fujitsu Ten Ltd | モータの制御装置及び制御方法 |
| CN113919094A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-11 | 中国长江电力股份有限公司 | 基于spwm技术的水轮机组输出模拟方法及其装置 |
-
1987
- 1987-03-24 JP JP62069639A patent/JP2554327B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02142359A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-31 | Sanyo Denki Co Ltd | インバータ制御回路 |
| JP2010239814A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsuba Corp | モータ制御装置 |
| JP2010239815A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsuba Corp | モータ制御装置 |
| JP2013183475A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Fujitsu Ten Ltd | モータの制御装置及び制御方法 |
| CN113919094A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-11 | 中国长江电力股份有限公司 | 基于spwm技术的水轮机组输出模拟方法及其装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2554327B2 (ja) | 1996-11-13 |
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