专利名称：功率变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用PWM(脉宽调制)控制的功率变换装置，特别是涉及检测利用功率变换器驱动的负载电流值、并将该电流值进行反馈控制以使其跟踪电流指令值的控制装置。
背景技术：
以往的利用PWM控制进行驱动的功率变换装置是根据负载的电流指令值及电流检测值来计算电压指令值，将该电压指令值与三角波载波进行比较，产生PWM脉冲，再利用该PWM脉冲驱动功率变换器，来控制负载。在这种情况下，指令值及检测值采用以同一周期同时进行采样并读入各自的值来进行采样保持的方式。
但是，由于电流检测值中存在脉动分量(电流脉动分量)，因此根据日本国专利特开平9-154283号公报，提出了一种不易受脉动分量影响的功率变换装置。
根据这样方案的功率变换装置，为了去掉上述脉动分量，设置采样值补偿器，它将对指令值进行采样的采样保持器的输出取平均，就去掉脉动分量。
但是，上述功率变换装置为了去掉电流检测值所含的脉动分量，具有采样值补偿器，将通过采样值补偿器得到的电流平均值作为控制对象，因而存在的问题是，即使电流检测值急剧变化，采样值补偿器也要进行平均，不能得到足够的高速效应。
另外，在为了得到高速响应而减少采样补偿器的平均值的情况下，因PWM控制而产生的电流脉动分量与检测值叠加。在这样的情况下，由于电流指令值中不含有电流脉动分量，因此电压指令值运算器将产生减少电流脉动分量用的电压，结果电压指令值的变动增大。图19所示为该状态，电压指令值发生很大变动，在三角波载波的半个周期中，三角波载波与电压指令值多次相交。因而，在图中用圆圈包围的部分，增加了比较器的输出即PWM信号的脉冲数。由于PWM信号是驱动功率变换器内的功率开关元件的信号，因此若脉冲增加，则1功率开关元件的开关次数增加，导致开关损耗增加，所以存在的问题是必须采用额定容量大的功率开关元件。
发明内容
本发明正是为了解决上述那样的问题而进行的，目的在于提供不增加PWM信号的脉冲数即不产生多余脉冲并得到高速电流响应的功率变换装置。
第1发明有关的功率变换装置，包括根据第1周期产生三角波载波的三角波载波发生装置，根据设定得比所述第1周期的一半要短的第2周期将功率变换器的第1电流指令值进行采样、同时产生第2电流指令值的第1采样装置，根据所述第2周期将利用所述功率变换器驱动的负载的第1电流检测值进行采样、同时产生第2电流检测值的第2采样装置，根据所述第2电流指令值及第2电流检测值计算电压指令值的电压指令值运算装置，比较所述第2电压指令值与所述三角波载波而生成第1PWM信号的比较装置，检测所述第1PWM信号反转的反转检测装置，以及利用根据该反转检测装置的检测在所述第1周期内抑制所述第1PWM信号反转的第2PWM信号驱动所述功率变换器的反转抑制装置。
根据这样的功率变换装置，在使第1及第2采样装置的采样周期作为比三角载波的半个周期要短的第2周期的状态下，反转检测装置检测第1PWM信号反转的情况，反转抑制装置根据该反转检测装置的检测，在三角波载波的半个周期内，生成抑制第1PWM信号反转的第2PWM信号，同时利用该第2PWM信号驱动所述功率变换器。因而，由于既实现高速的电流响应，同时又利用抑制多余脉冲的第2PWM信号驱动功率变换器2，所以具有能够抑制功率变换器的开关损耗的效果。
第2发明有关的功率变换装置，包括根据第1周期产生三角波载波的三角波载波发生装置，根据设定得比所述第1周期的一半要短的第2周期将功率变换器的第1电流指令值进行采样、同时产生第2电流指令值的第1采样装置，根据所述第2周期将利用所述功率变换器驱动的负载的第1电流检测值进行采样、同时检测所述第1电压指令值与所述三角波载波相交的相交检测装置，根据所述相交检测装置的检测在所述第1周期内为了不使与所述三角波载波再次相交、而产生抑制所述第1电压指令值变化的第2电压指令值的电压指令值抑制装置，以及比较所述第2电压指令值与所述三角波载波而生成PWM信号、同时利用所述PWM信号驱动所述功率变换器的比较装置。
根据这样的功率变换装置，在使第1及第2采样装置的采样周期作为比三角波载波的半个周期要短的第2周期的状态下，相交检测装置检测电压指令值与三角波载波相交，电压指令值抑制装置在三角波载波的半个周期内为了不使电压指令值与三角波载波再次相交，生成抑制第1电压指令值变化的第2电压指令值。因而，通过抑制第2电压指令值与三角波载波的相交，来抑制第1PWM信号的反转。这样，由于既实现了高速电流响应，又利用抑制了多余脉冲的第1PWM信号来驱动功率变换器，因此具有能够抑制开关损耗的效果。
第3发明有关的功率变换装置，包括求得第1PWM信号与第2PWM信号的脉宽之差、同时将差值与三角波载波的下一个半个周期以后生成的第2PWM信号的脉宽相加形成第3PWM信号并利用第3PWM信号代替第2PWM信号来驱动功率变换器的误差补偿装置。
根据这样的功率变换装置，脉宽运算装置求得成为第1PWM信号与第2PWM信号之差的差分脉宽，利用对第1半个周期以后生成的第2PWM信号加上差分脉宽而得的第3PWM信号来驱动所述功率变换器。因而，通过既实现高速电流响应又抑制第2PWM信号的反转，能够抑制功率变换器的开关损耗，而且由于第1PWM信号与第3PWM信号的总脉宽相等，因此具有能够忠实地按照电压指令值实现功率变换器的动作。
第4发明有关的功率变换装置，包括求得三角波载波的第1半个周期中成为第电压指令值与第2电压指令值之差的差分电压指令值的指令电压差运算装置，对第1半个周期以后生成的所述第2电压指令值加上对所述差分电压指令值进行加法得到的所述第3电压指令值的电压指令补偿装置，比较所述第3电压指令值与所述三角波载波以代替所述第2电压指令值而生成所述PWM信号、同时利用该PWM信号驱动所述功率变换器的比较装置。
因而，通过既实现高速电流响应又抑制电压指令值与三角波载波的相交，以抑制第1PWM信号的反转，这样具有能够抑制功率变换器的开关损耗、能够忠实地按照作为原电压指令的第1电压指令值实现功率变换器的动作。
第5发明有关的功率变换装置，包括根据切换指令信号从所述第2或第3PWM信号切换为使其根据所述第1PWM信号驱动功率变换器的第1切换装置。
根据这样的功率变换装置具有的效果是，例如在功率变换器的开关损耗有余量时，第1切换装置选择第1PWM信号，能够实现对高速指令的响应，反之在上述开关损耗没有余量时，第1切换装置选择第2PWM信号，能够抑制该开关损耗。
第6发明有关的功率变换装置，包括根据切换指令信号从第2或第3电压指令值切换第1电压指令值的第2切换装置。
根据这样的功率变换装置具有的效果是，例如在功率变换器开关损耗有余量时，第2切换装置选择第1电压指令值，能够实现对高速指令的响应，反之在上述开关损耗没有余量时，第2切换装置选择第2电压指令值，能够抑制该开关损耗。
第7发明有关的功率变换装置，包括通过比较第2电流指令值和第2电流检测值之差与预定的电流基准值、在所述差值大于所述电流基准值时产生切换指令信号的电流比较装置。
根据这样的功率变换装置具有的效果是，在电流比较装置的上述差值大于电流基准值时，根据切换指令信号选择第1电压指令或第1PWM信号，实现高速响应。反之，在上述电流之差小于电流基准值时，第1或第2切换装置选择第2电压指令或第2PWM信号，能够抑制该开关损耗。
第8发明有关的功率变换装置，包括输出对一定时间内的所述功率变换器的开关次数进行计数的次数检测值的次数检测装置，以及比较预定的次数基准值与所述次数检测值、在所述次数检测值低于所述次数基准值时产生所述切换指令信号的次数比较装置。
根据这样的功率变换装置具有的效果是，在次数比较装置的次数检测值低于次数基准值时，选择第1PWM信号或第1电压指令值，能够实现对高速指令的响应。反之，在次数检测值高于次数基准值时，选择第2电压指令值或第2PWM信号，能够抑制功率变换器的开关损耗。
第9发明有关的功率变换装置，包括检测功率变换器温度的温度检测装置，以及通过比较预定的温度基准值与温度检测值、在温度检测值低于基准温度值时产一切换指令信号的温度比较装置。
根据这样的功率变换装置具有的效果是，在温度比较装置的温度检测值低于温度基准值时，选择第1PWM信号或第1电压指令值，能够实现对高速指令的响应。反之，在温度检测值高于温度基准值时，选择第2电压指令值或第2PWM信号，能够抑制功率变换器的开关损耗。
图1为根据实施例的功率变换装置的方框图。
图2为根据实施例的多余脉冲防止器的内部接线图。
图3为根据实施例的三角波载波及多余脉冲防止器的时序图。
图4为根据其它实施例的功率变换装置的方框图。
图5为图4的功率变换装置采用的多余脉冲防止器的时序图。
图6为图5的多余脉冲防止器的流程图。
图7为根据其它实施例的功率变换装置的方框图。
图8为根据图7的功率变化装置的三角波载波及多余脉冲防止器的时序图。
图9为图8的功率变换装置的动作流程图。
图10为根据其它实施例的功率变换装置的方框图。
图11为根据图10的功率变化装置的三角波载波及多余脉冲防止器的时序图。
图12为图11的功率变换装置的动作流程图。
图13为根据其它实施例的功率变换装置的方框图。
图14为图13的功率变换装置的动作时序图。
图15为根据其它实施例的功率变换装置的方框图。
图16为图15的功率变换装置的动作时序图。
图17为根据其它实施例的功率变换装置的方框图。
图18为图17的功率变换装置的动作时序图。
图19为以往的功率变换装置的动作说明图。
具体实施例方式
实施例1下面根据图1所示的方框图说明根据本发明一实施例的功率变换装置。
在图1中，功率变换装置1包括具有晶体管等功率开关元件的功率变换器(功率变换装置)2，生成功率变换器2的电流指令值的作为电流指令值发生装置的电流指令值发生器4，将功率变换器2的第1电流指令值进行采样、同时输出第2电流指令值的第1采样器(第1采样装置)5，将检测负载3流过的电流的电流检测器2s的第1电流检测值进行采样、同时输出第2电流检测值的第2采样器(第2采样装置)6，决定第1及第2采样器5及6的采样时刻、同时与后述的三角波载波同步产生比三角波载波Vc的半个周期tc/2要短的第2周期采样信号的采样信号发生器7、求得第1采样器5与第2采样器6的输出之差即第2电流指令值与第2电流检测值之差的减法器8、根据减法器8的输出来计算功率变换器2的电压指令值的电压指令值运算器9、根据第1周期产生三角波载波Vc、同时产生三角波载波Vc每半个周期即与三角波载波Vc的振幅最小值Vcmin同步上升又与三角波载波Vc的振幅最大值Vcmax同步从上升反转为下降这样重复的三角波同步信号Tc的三角波载波发生器10，比较电压指令值Vr与三角波载波Vc、生成具有从上升到下降的脉冲的第1PWM信号的比较器(比较装置)11，输入第1PWM信号而输出第2PWM信号的多余脉冲防止器12，以及利用第2PWM信号驱动的功率变换器2。
另外，3是利用功率变换器2驱动的负载。
多余脉冲防止器12将第1PWM信号的脉冲从上升(下降)变为下降(上升)称为反转，具有检测第1PWM信号反转的反转检测装置，以及生成抑制在三角波载波Vc的半个周期内第1PWM信号的反转即再反转的第2PWM信号、同时利用该第2PWM信号驱动功率变换器的反转抑制装置。
具体的多余脉冲防止器12具有求得作为第1PWM信号的输入信号Pin与三角波载波Tc的异或逻辑、生产信号Sa的异或门13，求得该信号Sa与高频时钟信号CLK的与逻辑、产生信号Sc的与门14，以及将该信号Sc作为输入、同时产生第2PWM信号Pout的由D触发器构成锁存元件15。
下面根据图1至图3说明上述构成的变换装置的整个装置的动作。第1采样器5将电流指令值发生器4产生的第1电流指令值进行采样，输出第2电流指令值，第2采样器6将利用电流检测器2S检测功率变换器2流过的电流的第1电流检测值进行采样，输出第2电流检测值。减法器8求得电流指令值与电流检测值之偏差，输入至电压指令值运算器9。电压指令值运算器9计算功率变换器2的电压指令值Vc后输出，使得该偏差减小。比较器11比较电压指令值Vr与三角波载波Vc，产生形成驱动功率变换器2的脉冲串的第1PWM信号。
多余脉冲防止装置12根据第1PWM信号P_in及三角波同步信号Tc，产生第2PWM信号P_out，输入至功率变换器2，通过使功率变换器2的开关元件工作，在输出端产生电压，并驱动负载3。
如上所述，由于流过功率变换器2的电流利用第2采样器6进行采样，电压指令值运算器9进行控制，使得电流指令值与电流检测值之偏差减小，因此使功率变换器2跟踪电流指令值工作。
下面根据图1至图3说明多余脉冲防止器12的动作。首先，多余脉冲防止器12检测第1PWM信号P_in反转的情况并存储，输出在三角波载波Vc的半个周期tc/2内防止再反转的第2PWM信号P_out。
详细来说，在图3中，比较器11比较电压指令值Vr与三角波载波Vc，输出第1PWM信号P_in。第1PWM信号P_in在时刻t0脉冲是上升的，在三角波载波Vc的半个周期tc/2的时刻t1，数值第1次下降而产生反转，在时刻t2脉冲上升，再一次反转，在时刻t3脉冲下降，又再一次反转。
异或门13将三角波同步信号Tc及第1PWM信号P_in作为输入，而将信号Sa输出。与门14将信号Sa及时钟信号CLK作为输入，而将信号Sc输出。锁存元件15将信号Sc及三角波同步信号Tc作为输入，同时输出第2PWM信号P_out作为锁存输出。第2PWM信号P_out与第1PWM信号的上升近似同步上升，利用锁存元件15的作用，在时刻t1检测出第1PWM信号的第1次反转并存储后，在时刻t1～t4不产生再一次的反转。即，第1PWM信号在时刻t2～t3产生脉冲，但在第2PWM信号中该脉冲不产生。
根据功率变换装置1，由于在驱动功率变换器2的第2PWM信号中，防止产生多余脉冲，因此能够抑制构成功率变换器2的功率开关元件的开关次数，所以能够抑制功率开关元件的温升。而且，由于采用周期比三角波载波的半个周期要短的采样信号，因此能够得到高速的电流响应。
实施例2下面根据图4所示的功率变换装置的方框图说明本发明其它的实施例。在图4中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分，并省略说明。
在图4中，第2多余脉冲防止器20具有检测从电压指令值运算装置9产生的第1电压指令值与三角波载波相交的相交检测装置，根据相交检测装置的检测在三角波载波的一半的第1周期内为了不使与三角波载再次相交、而产生抑制第1电压指令值变化的第2电压指令值的电压指令值抑制装置，以及比较第2电压指令值与三角波载波而生成第1PWM信号、同时利用第1PWM信号驱动功率变换器2的比较器11。
<基本动作的说明>
下面根据图4说明多余脉冲防止器20的基本动作。在图4中，采样信号发生器7产生的采样信号的周期是三角波载波的半个周期的1/5。
采样信号在从段(section)1至5所示的各区间的开始产生，三角波载波将减少期间作为模式(mode)1，将增加期间作为模式2。采样信号发生器7对第1及第2采样器5及6供给相同的采样信号Sm。电压指令值运算器9若设根据电流指令值及电流检测值的采样值，通过运算的延迟时间为零的情况下输出第1电压指令值，则在各段的开始将更新第1电压指令值。
在没有多余脉冲防止器20的情况下，即电压指令值运算器9的输出与比较器11直接连接时，在模式1的情况下，若第1电压指令值Vr1从小于三角波载波Vc的状态向大于三角波载波的状态转移，则比较器11检测出第1电压指令值Vr1与三角波载波Vc相交，将原PWM信号反转输出。
在模式2的情况下，若第1电压指令值Vr1从大于三角波载波的状态向小于三角波载波的状态转移，则比较器11检测出第1电压指令Vr1与三角波载波相交，将原PWM信号反转。
根据上述，原PWM信号是否反转，只要在各区间(段)中检查第1电压指令值Vr1的大小，判断与三角波载波Vc是否相交即可。
现在，为了简单起见，设三角波载波Vc的电压值在0.0到1.0之间其数值按线性变化。如段1那样，在三角波载波Vc的电压值减少的情况下，在各段交界处的三角波载波Vc的电压值为1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0.0。另外，如段2那样，在三角波波载波Vc的电压值增加的情况下，在各段交界处的三角波载波Vc的电压值为0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0。
首先，在模式1的段1中，第1电压指令值Vr1为0.7，由于该值小于与模式1的段2的边界处的三角波载波Vc的电压值0.8，因此第1电压指令值Vr1与三角波载波Vc不相交。
在模式1的段2中，第1电压指令值为0.78，由于该值大于与模式1的段3的边界处的三角波载波Vc的电压值0.6，因此第1电压指令值Vr1与三角波载波Vc相交。因而，在模式1，在三角波载波Vc的半个周期内，在段2中原PWM信号产生反转。
在模式1中，在第1电压指令值Vr1与三角波载波Vc相交之后，若第1电压指令值Vr1再次从小于三角波载波Vc的状态向大于三角波载波的状态转移，则第1电压指令值Vr1与三角波载波Vc再次相交，通过这样在段3的最前边界处，原PWM信号产生反转。
然后，在模式2中，第1电压指令值Vr1再次从小于三角波载波的状态向大于三角波载波的状态转移，通过这样第1电压指令值Vr1与三角波载波再次相交。
因而，在模式1中，在第1电压指令值Vr1处于大于三角波载波的状态下，生成抑制第1电压指令值Vr1的变化为一定值而且直到转移至下一个模式前不变化的第2电压指令值Vr2，就生成第2电压指令值Vr2，使其不向小于三角波载波Vc的状态转移。
在模式2中，在第1电压指令值Vr1处于小于三角波载波的状态下，生成抑制第1电压指令值Vr1的变化为一定值而且直到转移至下一个模式前不变化的第2电压指令值Vr2，就生成第2电压指令值Vr2，使其不向大于三角波载波Vc的状态转移。
因而，第2电压指令值Vr2能够防止再次与三角波载波Vc相交，所以能够防止成为比较器11的输出的第1PWM信号那样产生多余脉冲。
<利用多余脉冲防止器的流程图进行的动作说明>
下面利用图8的流程图说明如上所述构成的多余脉冲防止器20的动作。多余脉冲防止器20读入电压指令值Vr1(步骤S20a)，判断是否向新的三角波载波Vc的半个周期转移(步骤S20b)。在向该半个周期转移时，将检测第1电压指令值与三角波载波Vc相交并存储的标记flg清零(步骤S20c)。
多余脉冲防止器20判断标记flg(步骤S20d)，在直到前一区间第1电压指令值与三角波载波Vc没有相交时，进行步骤S20e以后的电压指令值与三角波载波Vc的相交判断。首先，进行是模式1还是模式2的判断(步骤S20e)。这是由于在三角波载波不断减少的模式1及不断增加的模式2中，各区间的边界值不同。
然后，根据比较器11的输出是否反转，进行各模式中第1电压指令值与三角波载波的相交判断(步骤S20f或S20g)。在步骤S20f或S20g中，在判断为相交的情况下，将现在的电压指令值Vr1作为Vtmp进行存储，将标记flg置位(步骤S20g)，输出Vout采用现在的电压指令值Vr1。
在步骤S20f或S20g中，在判断为不相交的情况下，输出Vout采用现在的电压指令值Vr1(步骤S20I)。在步骤S20d的标记flg的判断中，在直到前区间第1电压指令值与三角波载波已经相交时，输出Vout采用电压指令值与三角波载波相交时存储的电压指令值Vtmp(步骤S20j)。无论通过哪一条路径，第2多余脉冲防止器20都输出作为第2电压指令值Vr2的输出Vout(步骤S20k)。
如上所述，根据本实施例的功率变换装置，由于能够采用周期比三角波载波的半个周期短的采样信号将第1电流指令值及第1电流检测值进行采样，因此能够既得到高速的电流响应，又利用第2多余脉冲防止器20确实防止驱动功率变换器2的PWM信号产生多余脉冲。
另外，在上述说明中，是将电压指令值运算器9的运算时间作为零，但在不是零的情况下，由于段或模式仅偏移了相当于运算时间的采样数，因此若在运算结果输出的段及模式中判断电压指令值与三角波载波的相交，则能够得到与运算时间为零的情况相同的效果。
另外，在上述说明中，说明的是三角波载波的半个周期是采样信号的5倍的情况，但即使对于任意倍数，也能够得到同样的效果。
实施例3下面根据表示其它实施例的功率变换装置方框图的图9说明本说明。在图9中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分。
在实施例1中，由于是将电压指令值Vr与三角波载波Vc进行比较而得到第1PWM信号，而利用抑制第1PWM信号的反转的第2PWM信号驱动功率变换器2，因此第2PWM信号抑制第1PWM信号的多余脉冲部分从电压指令值Vr的指令去掉。
本实施例则是一面抑制多余脉冲，一面忠实地按照电压指令值Vr使功率变换器工作。
在图7及图8中，电压误差补偿器21求得成为比较器11的输出信号P_in的第1PWM信号与成为多余脉冲防止器12的输出P_out的第2PWM信号三脉宽差ΔP(t)，同时输出将前述差值ΔP(t)与三角波载波Vc的下一个半个周期以后生成的第2PWM信号的脉宽相加而得到的第3PWM信号P0，通过这样驱动功率变换器2。
<基本动作的说明>
下面根据图7及图8说明如上所述构成的功率变换装置中的电压误差补偿器21的动作。
若电压指令值Vr上升，与三角波载波V产生2次相交，则比较器11的输出中出现产生脉冲Pa的多余脉冲(图8(a))。多余脉冲防止器12为了抑制第1PWM信号中的反转以后的变化，输出成为第2PWM信号的脉冲(图8(b))。第1PWM信号与第2PWM信号之脉宽差为ΔP(t)，即利用多余脉冲防止器12改变第1PWM信号的脉宽ta(图8(c))将差值ΔP(t)进行累计的结果是误差累计值(图8(d))，例如在脉冲Pa发生的期间通过用计数器对高频时钟信号进行加法计数求得的值。
将该计数器的值在三角波载波的1个周期后，在比较器11的输出变化时进行减法计数，而且在计数器的值返回到零之前，若抑制比较器11的输出变化，则能够利用多余脉冲防止器12将1个周期后的脉宽增加变化的脉宽。这是电压误差补偿器21的作用，所示为它的输出(图8(e))。根据第1PWM信号与第3PWM信号的比较，1个周期后的脉宽增加了因多余脉冲防止器12而改变的脉宽，保持脉宽的总和即功率变换器2的输出电压的平均值。
<利用流程图进行的动作说明>
下面利用图9的流程图说明电压误差补偿器21的动作。在图9中，用标号S21表示电压误差补偿器21的工作步骤，Tc、P_in及P_out的定义与图3相同。
判断多余脉冲是否发生(步骤S21a)，判断多余脉冲防止器输出的作用是使其增加还是使其减少(步骤S21b)，根据判断值进行计数，作为误差计数量Vdrp(步骤S21c，21d)。在多余脉冲防止器12的输出P_out有变化时，判断是否提取误差计数量Vdrp(步骤S21c，21f)。在步骤S21e中，若检测P_out上升沿时误差计数量为负，则保持补偿输出P_out’为L(低电平)，将计数量相加(步骤S21g)，为了存储边沿状态，使iflg置1。同时，在步骤S21f中，若检测Pout下降沿时误差计数量为正，则保持补偿输出P_out’为H(高电平)，将计数量相加，为了存储边沿状态，使dflg置1(步骤S21h)。在步骤S21j中，若误差计数量成为零，则iflg及dflg被清零(步骤S21k)。
根据本实施例的功率变换装置，能够利用多余脉冲防止器12确实防止PWM信号产生多余脉冲，同时能够补偿随着防止多余脉冲而导致的电压误差，得到高速的电流响应。
实施例4下面根据表示功率变换装置的方框图的图10说明本发明的其实实施例。在图10中，附加与图6相同标号的部分表示相同或与之相当的部分，并省略说明。
在实施例2中，是利用前述相交检测装置来检测三角波载波Vc与第1电压指令值Vr1的相交，电压指令值抑制装置根据该检测在前述第1周期内为了不使得与前述三角波载波再次相交，产生抑制第1电压指令值Vr1变化的第2电压指令值Vr2，比较第2电压指令值Vr2与三角波载波Vc而生成第1PWM信号，同时利用第1PWM信号驱动功率变换器2。
但是，第2电压指令值Vr2是利用从本本来的电压指令(第1电压指令值Vr1)仅仅偏离了抑制第1电压指令值Vr1变化的部分而得到的电压指令来驱动功率变换器2。
而本实施例则是既抑制产生多余脉冲，又使功率变换器2忠实地按照电压指令值Vr工作。
在图10中，第2电压误差补偿器22求得成为电压指令值运算器9的输出的第1电压指令值Vr1与成为第2多余脉冲防止器20的输出的第2电压指令值Vr2之电压差ΔV，然后累计因多余脉冲防止器20而改变的电压即功率变换器2的输出电压误差，将因多余脉冲防止器20而改变的电压值与三角波载波的下一个半个周期以后生成的电压指令值相加，通过这样来补偿电压误差。
<基本动作的说明>
下面根据图11说明如上所述构成的功率变换装置中的第2电压误差补偿器22的动作。
在图11中，从电压指令值运算器9产生的第1电压指令值Vr1(用虚线表示)直接输入比较器11时，比较器11通过比较三角波载波Vc与第1电压指令值Vr1，产生第1PWM信号。第1PWM信号由于三角波载波Vc与第1电压指令值Vr1相交而产生脉冲Pa，产生多余脉冲(图11(a))。多余脉冲防止器20产生抑制第1PWM信号中最初反转以后的变化的第2PWM信号(图11(b))。第1PWM信号与第2PWM信号之差形成脉宽(图11(c))。这样的脉宽是利用多余脉冲防止器20从第1PWM信号变为第2PWM信号的脉宽。对该脉宽进行累计为误差的累计值(图11(d))。该累计值如上所述，可根据第1PWM信号第第2PWM信号之差进行计算。若将计算得到的误差累计值如图中用实线所示的补偿后的指令那样，与下一个三角波载波的半个周期的电压指令相加，则加(e)所示，能够将下一个脉宽增加因产余脉冲防止器20而改变的脉宽。这是第2电压误差补偿器22的作用，根据(a)与(e)的比较，下一个脉宽增加了因多余脉冲防止器20而改变的脉宽，保持脉宽的总和即功率变换器2的输出电压的平均值。
<利用流程图进行的动作说明>
下面利用图12的流程图说明第2电压误差补偿器22及第2多余脉冲防止器20的动作。在图12中，用标号S22表示电压误差补偿器22执行的工作步骤，用标号S20表示第2多余脉冲防止器20执行的工作步骤，与图6相同的标号表示与图6相同或相当的部分，模式(mode)及段(section)的定义与图5相同。
电压误差补偿器22读入电压指令值Vr1(步骤S20a)，判断是否成为新的三角波载波的半个周期(步骤S20b)。在成为新的三角波载波的半个周期时，将存储电压指令值Vr1与三角波载波Vc相交的标记flg清零(步骤S20c)，将前面的三角波载波的半个周期中计算的误差累计值Verrsum保存在Vofst，为了累计现在的三角波载波的半个周期中的误差，将Verrsum置为零(步骤S22a)。将前面的三角波载波的半个周期中计算的误差累计值Vofst与Vr1相加(步骤S22b)。判断标记flg(步骤S22d)，在直到前一区间电压指令值一怙角形载波没有相交时，进行步骤S20e以后的电压指令值与三角波载波的相交判断，关于电压指令值与三角形载波的相交判断，由于与图6相同，故省略说明，在步骤S20d的flg判断中，在直到前一区间电压指令值与三角波载波已相交时，进行模式判断(步骤S22c)。这是由于在三角波载波不断减少的模式1及三角波载波不断增加的模式2中，误差累计值的计算公式不同。在步骤S22d或S22e中，分别进行与模式1或模式2对应的误差电压Verr的计算。在步骤S22d或S22e计算的误差电压Verr中，由于存在最大值及最小值，因此在步骤S22f～S22n中用最大值或最大值对误差电压Verr进行箝位。这样求得的各段中的误差电压在步骤S22p中与三角波载波半个周期中的误差累计值Verrsum相加。
如上所述，根据本实施例的功率变换装置，能够利用第2多余脉冲防止器20确实防止PWM信号产生多余脉冲，同时能够补偿随着防止多余脉冲而导致的电压误差，得到高速的电流响应。
另外，在以上的说明中，说明的是三角波载波的半个周期是采样信号的5倍的情况，但即使对于任意倍数，也能够得到同样的效果。
实施例5下面根据表示功率变换装置的方框图的图13说明本发明的其实实施例。在图13中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分，并省略说明。
在图13中，功率变换装置1具有选择成为比较器11的输出的第1PWM信号与成为多余脉冲防止器12的输出的第2PWM信号的某一个信号输出的作为电流比较装置的切换器23，对切换器23输出第1切换指令信号的第2比较器24，以及产生对切换器23进行切换的第2电流指令值与第2电流检测值之差ΔI的基准电流值Δir的切换基准发生器25。
然后如图14所示，功率变换装置若第2(第1)电流指令急剧变化，则第(第1)电流检测值产生延迟，并跟踪第2(第1)电流指令值。这时，第2电流指令值与第2电流检测值之差ΔI增大，电压指令值运算器9产生大的电压指令值，使电流检测值迅速接近电流指令值。
但是，在第1PWM信号中产生多余脉冲时，多余脉冲防止器12产生第2PWM信号，以防止产生多余脉冲。因而，功率变换器2不按照电压指令值运算器9的电压指令值那样工作，这成为对电流指令值的跟踪产生延迟的一个原因。
因此，若第2电流指令值与第2电流检测值之差Δi大于基准电流值Δir，则从比较器24产生切换信号，从第2PWM信号切换为第1PWM信号，即从比较器11的输出切换为多余脉冲防止器12的输出，再输入至功率变换器2，通过这样提高对电流指令值的响应。一般，上述差值ΔI比较大的期间在时期上加以限定，因此功率变换器2的损耗增加也在允许范围内。
如上所述，根据本实施例的功率变换装置，由于能够利用切换器23选择第1PWM信号或第2PWM信号，因此在功率变换器2的损耗没有问题的情况下，不使用多余脉冲防止器12，具有能够得到更高速响应的效果。
另外，也可以将上述实施例用于实施例3(图7)，能够利用切换器23选择第1PWM信号或第2PWM信号。
实施例6下面根据表示功率变换装置的方框图的图15说明本发明的其它实施例。在图15中，与图13相同的标号表示相同或相当的部分，并省略说明。
功率变换装置1具有选择成为比较器11的输出的第1PWM信号与成为多余脉冲防止器12的输出的第2PWM信号的某一个信号输出的切换器23，对切换器23输出切换指令信号的作为次数比较装置的第2比较器24，考虑功率变换器2的温度等而产生功率开关元件开关次数的次数基准值的切换基准发生器25，以及将功率变换器2的功率开关元件开关次数、例如输入功率变换器的脉冲上升或下降次数在一定时间内进行计数的次数检测值输出的次数检测器26。
下面说明如上所述构成的功率变换装置的动作，用第2比较器24比较切换基准发生器25产生的次数基准值与成为开关次数检测器26的输出的次数检测值。在次数检测值大于次数基准值时，利用切换器24产生第1切换信号，使切换器23动作，从第1PWM信号切换为第2PWM信号，通过这样减少功率开关元件的开关次数，来抑制功率变换器2的温升。
另外，在次数检测值小于次数基准值时，由于功率变换器2有温度余量，因此从切换器23产生第2切换信号，从第2PWM信号切换为第1PWM信号，通过这样实现高速响应。
在这样的情况下，如图16所示，若第2比较器24采用迟滞比较器，则由于能够利用迟滞宽度来控制开关次数的变化宽度，因此比较理想。
如上所述，根据本实施例的功率变换装置，由于能够利用切换器23选择第1PWM信号或第2PWM信号，因此在功率变换器2的损耗没有问题的情况下，通过将第1PWM信号输入功率变换器2，具有能够得到更高速响应的效果。
另外，也可以将上述实施例用于实施例3(图7)，能够利用切换器23选择第1PWM信号或第2PWM信号。
实施例7下面根据图17所示的功率变换装置的方框图说明本发明的其它实施例。在图17中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分，并省略说明。
在图17中，功率变换装置1具有选择成为比较器11的输出的第1PWM信号与成为多余脉冲防止器12的输出的第2PWM信号的某一个信号输出的切换器23，对切换器23输出切换指令信号的作为温度比较装置的第2比较器24，产生对切换器23进行切换的功率变换器2的基准温度值的切换基准发生器25，以及检测功率变换器2的温度的温度检测器27。
在通常情况下，功率变换装置的功率变换器2的温度随负载3、运行频率及有无产生多余脉冲而变化，例如如图18所示，随经过时间而变化。这里，第2比较器24比较切换基准发生器25产生的温度基准值与温度检测器27检测的功率变换器2的温度检测值，在温度检测值高于温度基准值时，利用切换器23选择多余脉冲防止器12的输出，利用第2PWM信号驱动功率变换器2，通过这样抑制功率变换器2的温升。
另外，在检测温度值低于温度基准值时，由于功率变换器2有温度余量，因此利用比较器23选择比较器11的输出，实现高速响应。这时，若采用迟滞比较器作为第2比较器，则利用迟滞宽度能够控制温度的变化宽度。
如上所述，根据本实施例的功率变换装置，由于能够根据功率变换器2的温度检测值与温度基准值的比较，利用切换器23选择第1PWM信号或第2PWM信号，因此在功率变换器2的损耗没有问题的情况下，不使用多余脉冲防止器12，具有能够得到更高速响应的效果。
另外，也可以将上述实施例用于实施例3(图7)，能够利用切换器23选择第1PWM信号或第2PWM信号。
实施例8还能够将实施例5～7的技术内容用于实施例2或实施例4。即，在实施例5～7中，是利用切换器23切换第1PWM信号与第2PWM信号，但在实施例2(图4)及实施例4(图10)中，即使利用切换器23切换成为电压指令值运算器9的输出的第1电压指令值Vr1与成为多余脉冲防止器20的输出的第2电压指令值Vr2，也具有与上述相同的效果。
工业上的实用性如上所述，本发明有关的功率变换装置适用于逆变器等用途。
权利要求
1.一种功率变换装置，其特征在于，包括根据第1周期产生三角波载波的三角波载波发生装置，根据设定得比所述第1周期的一半要短的第2周期将功率变换器的第1电流指令值进行采样、同时产生第2电流指令值的第1采样装置，根据所述第2周期将利用所述功率变换器驱动的负载的第1电流检测值进行采样、同时产生第2电流检测值的第2采样装置，根据所述第2电流指令值及第2电流检测值计算电压指令值的电压指令值运算装置，比较所述第2电压指令值与所述三角波载波而生成第1PWM信号的比较装置，检测所述第1PWM信号反转的反转检测装置，以及利用根据该反转检测装置的检测在所述第1周期内抑制所述第1PWM信号反转的第2PWM信号驱动所述功率变换器的反转抑制装置。
2.一种功率变换装置，其特征在于，包括根据第1周期产生三角波载波的三角波载波发生装置，根据设定得比所述第1周期的一半要短的第2周期将功率变换器的第1电流指令值进行采样、同时产生第2电流指令值的第1采样装置，根据所述第2周期将利用所述功率变换器驱动的负载的第1电流检测值进行采样、同时检测所述第1电压指令值与所述三角波载波相交的相交检测装置，根据所述相交检测装置的检测在所述第1周期内为了不使与所述三角波载波再次相交、而产生抑制所述第1电压指令值变化的第2电压指令值的电压指令值抑制装置，以及比较所述第2电压指令值与所述三角波载波而生成PWM信号、同时利用所述PWM信号驱动所述功率变换器的比较装置。
3.如权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，包括求得所述第1PWM信号与所述第2PWM信号的脉宽之差、同时将所述差值与所述三角波载波的下一个半周期以后生成的所述第2PWM信号的脉宽相加，形成第3PWM信号代替所述第2PWM信号来驱动所述功率变换器的误差补偿装置。
4.如权利要求2所述的功率变换装置，其特征在于，包括求得所述三角波载波的第1半个周期中成为所述第1电压指令值与所述第2电压指令值之差的差分电压指令值的指令电压差运算装置，对所述第1半个周期以后生成的所述第2电压指令值加上对所述差分电压指令值进行加法得到的所述第3电压指令值的电压指令补偿装置，比较所述第3电压指令值与所述三角波载波以代替所述第2电压指令值而生成所述PWM信号、同时利用该PWM信号驱动所述功率变换器的比较装置。
5.如权利要求1或3所述的功率变换装置，其特征在于，包括根据切换指令信号从所述第2或第3PWM信号切换为使其根据所述第1PWM信号驱动所述功率变换器的第1切换装置。
6.如权利要求2或4所述的功率变换装置，其特征在于，包括根据切换指令信号从所述第2或第3电压指令值切换所述第1电压指令值的第2切换装置。
7.如权利要求5或6所述的功率变换装置，其特征在于，包括通过比较所述第2电流指令值和所述第2电流检测值之差与预定的电流基准值、在所述差值大于所述电流基准时产生所述切换指令信号的电流比较装置。
8.如权利要求5或6所述的功率变换装置，其特征在于，包括输出对一定时间内的所述功率变换器的开关次数进行计数的次数检测值的次数检测装置，以及比较预定的次数基准值与所述次数检测值、在所述次数检测值低于所述次数基准值时产生所述切换指令信号的次数比较装置。
9.如权利要求5或6所述的功率变换装置，其特征在于，包括检测所述功率变换器温度的温度检测装置，以及通过比较预定的温度基准值与所述温度检测值、在所述温度检测值低于所述基准温度值时产生所述切换指令信号的温度比较装置。
全文摘要
功率变换装置包括根据第2周期将功率变换器2的第1电流指令值进行采样同时产生第2电流指令值的第1采样器5、将负载3的第1电流检测值进行采样同时产生第2电流检测值的第2采样器6、根据第2电流指令值及第2电流检测值计算电压指令值的电压指令值运算器9、以及比较第2电压指令值与前述三角波载波而生成第1PWM信号的比较器11，还包括具有检测第1PWM信号反转的反转检测装置、以及利用根据反转检测装置的检测来抑制第1PWM信号反转的第2PWM信号驱动功率变换器2的反转抑制装置的多余脉冲防止器12。
文档编号H02M3/335GK1529931SQ0280423
公开日2004年9月15日 申请日期2002年7月18日 优先权日2002年7月18日
发明者吉田雅彦, 木全政弘, 井川康, 弘 申请人:三菱电机株式会社