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JP2018107895A - Power converter - Google Patents

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JP2018107895A
JP2018107895A JP2016251843A JP2016251843A JP2018107895A JP 2018107895 A JP2018107895 A JP 2018107895A JP 2016251843 A JP2016251843 A JP 2016251843A JP 2016251843 A JP2016251843 A JP 2016251843A JP 2018107895 A JP2018107895 A JP 2018107895A
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基 高原
西尾 直樹
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a power converter having high conversion efficiency regardless of characteristic variations in a switching element of an inverter circuit.SOLUTION: A power converter (20) for converting DC power from an external power source to supply AC power, includes: a conversion efficiency calculation unit (13) for calculating conversion efficiency (η) on the basis of an inverter circuit (1) having a booster circuit (7), a smoothing capacitor (8), switches (9a, 9b), and switching elements (2a, 2b, 2c, 2d), an input voltage (V), an input current (I), an output voltage (V), and an output current (I); a drain voltage measurement unit (14) for measuring and acquiring a drain voltage of the switching elements (2a, 2b, 2c, 2d); and a gate voltage generation unit (19) for generating a gate voltage of the switching elements (2a, 2b, 2c, 2d) using the conversion efficiency (η) and the drain voltage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、外部電源からの直流電力を変換して交流電力を供給する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device that converts DC power from an external power source and supplies AC power.

従来、太陽電池で発電した直流電力を変換して交流電力を供給する電力変換装置には、特許文献1に開示された構成を例示することができる。特許文献1に開示された電力変換装置は、太陽電池からの出力電圧を昇圧する昇圧回路と、系統電源と同期がとれた交流電力に変換するインバータ回路とを有する。このインバータ回路は、スイッチング素子と、これらのスイッチング素子の後段に配されたフィルタ用リアクトルであるインダクタと、これらのインダクタの後段に配されたコンデンサとを有する。そして、スイッチング素子は、ゲート駆動回路からの出力電圧であるゲート電圧の制御によりオンオフすることで、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御によりインバータ回路の出力である交流電圧を生成する。   Conventionally, the configuration disclosed in Patent Document 1 can be exemplified as a power conversion device that converts DC power generated by a solar cell and supplies AC power. The power conversion device disclosed in Patent Document 1 includes a booster circuit that boosts the output voltage from the solar cell, and an inverter circuit that converts AC power synchronized with the system power supply. This inverter circuit includes a switching element, an inductor that is a reactor for a filter disposed at the subsequent stage of these switching elements, and a capacitor that is disposed at the subsequent stage of these inductors. And a switching element produces | generates the alternating voltage which is an output of an inverter circuit by pulse width modulation (PWM: Pulse Width Modulation) control by turning on / off by control of the gate voltage which is an output voltage from a gate drive circuit.

特開2002−10496号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-10495

しかしながら、上記の従来技術によれば、電力変換装置の変換効率は、スイッチング素子の特性のばらつきの影響を受ける。そのため、電力変換装置の変換効率を高くすることが困難である、という問題があった。   However, according to the above-described conventional technology, the conversion efficiency of the power converter is affected by variations in characteristics of the switching elements. Therefore, there is a problem that it is difficult to increase the conversion efficiency of the power conversion device.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ回路のスイッチング素子の特性ばらつきに関わらず、変換効率の高い電力変換装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a power conversion device having high conversion efficiency regardless of variations in characteristics of switching elements of an inverter circuit.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部電源からの直流電力を変換して交流電力を供給する電力変換装置であって、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、入力電圧及び入力電流と、出力電圧及び出力電流とに基づいて変換効率を算出する変換効率算出部と、複数の前記スイッチング素子の各々のドレインとソースとの間の電圧を計測してドレイン電圧を取得するドレイン電圧計測部と、前記変換効率と複数の前記ドレイン電圧の各々とを用いて複数の前記スイッチング素子の各々のゲート電圧を生成するゲート電圧生成部とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a power conversion device that converts DC power from an external power source and supplies AC power, and includes an inverter circuit having a plurality of switching elements; A conversion efficiency calculation unit that calculates conversion efficiency based on the input voltage and input current, and the output voltage and output current, and measures the voltage between the drain and the source of each of the plurality of switching elements to determine the drain voltage A drain voltage measurement unit to be acquired, and a gate voltage generation unit that generates a gate voltage of each of the plurality of switching elements using the conversion efficiency and each of the plurality of drain voltages.

本発明によれば、インバータ回路のスイッチング素子の特性ばらつきに関わらず、変換効率の高い電力変換装置を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that it is possible to obtain a power conversion device with high conversion efficiency regardless of variations in characteristics of switching elements of the inverter circuit.

本発明の実施の形態1に係る電力変換装置と周辺の一構成例を示す図The figure which shows the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention, and one structural example of the periphery 図1に示す電力変換装置において起動時に変換効率前回値が算出されるまでの処理の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of a process until conversion efficiency last value is calculated at the time of starting in the power converter device shown in FIG. 図1に示す電力変換装置においてスイッチング素子のゲート電圧が生成されるまでの処理の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of a process until the gate voltage of a switching element is produced | generated in the power converter device shown in FIG. 図1に示す電力変換装置においてスイッチング素子のゲート電圧の算出及び調整の処理の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the process of calculation and adjustment of the gate voltage of a switching element in the power converter device shown in FIG. 図1に示す電力変換装置のスイッチング素子に適用可能なSi−MOSFET及びSiC−MOSFETにおけるゲート電圧に対するオン抵抗の変化を示す図The figure which shows the change of ON resistance with respect to the gate voltage in Si-MOSFET and SiC-MOSFET applicable to the switching element of the power converter device shown in FIG.

以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Below, the power converter concerning an embodiment of the invention is explained in detail based on a drawing. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置と周辺の一構成例を示す図である。図1に示す電力変換装置20の入力には、直流電力を出力する外部電源である太陽電池6が接続され、電力変換装置20の出力には、系統10が接続されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion apparatus and surroundings according to Embodiment 1 of the present invention. A solar cell 6 that is an external power source that outputs DC power is connected to the input of the power conversion device 20 shown in FIG. 1, and the system 10 is connected to the output of the power conversion device 20.

系統10は、単相交流電源であり、電力変換装置20から出力される交流電力は、系統10と同期がとられる。   The system 10 is a single-phase AC power supply, and the AC power output from the power converter 20 is synchronized with the system 10.

図1に示す電力変換装置20は、昇圧回路7と、平滑コンデンサ8と、スイッチ9a,9bと、インバータ回路1と、入力電力計測部11と、出力電力計測部12と、変換効率算出部13と、ドレイン電圧計測部14と、ゲート電圧生成部19とを備える。   A power conversion device 20 shown in FIG. 1 includes a booster circuit 7, a smoothing capacitor 8, switches 9a and 9b, an inverter circuit 1, an input power measurement unit 11, an output power measurement unit 12, and a conversion efficiency calculation unit 13. A drain voltage measuring unit 14 and a gate voltage generating unit 19.

昇圧回路7は、太陽電池6の出力電圧を昇圧する。平滑コンデンサ8は、昇圧回路7からの出力電圧を平滑する。インバータ回路1は、スイッチング素子2a,2b,2c,2dと、リアクトル3a,3bと、コンデンサ4と、ゲート駆動回路5a,5b,5c,5dとを備える。ここでは、スイッチング素子2a,2b,2c,2dは、シリコンにより形成されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、すなわちSi−MOSFETである。リアクトル3a,3bは、フィルタ回路用リアクトルである。コンデンサ4は、フィルタ回路用コンデンサである。スイッチ9a,9bは、互いに並列に配され、電力変換装置20と系統10との接続状態を切り換える。   The booster circuit 7 boosts the output voltage of the solar cell 6. The smoothing capacitor 8 smoothes the output voltage from the booster circuit 7. The inverter circuit 1 includes switching elements 2a, 2b, 2c, and 2d, reactors 3a and 3b, a capacitor 4, and gate drive circuits 5a, 5b, 5c, and 5d. Here, the switching elements 2a, 2b, 2c, and 2d are MOSFETs (Metal Oxide Field Effect Transistors) formed of silicon, that is, Si-MOSFETs. The reactors 3a and 3b are filter circuit reactors. The capacitor 4 is a filter circuit capacitor. The switches 9a and 9b are arranged in parallel with each other and switch the connection state between the power conversion device 20 and the system 10.

入力電力計測部11は、電圧計測部111と、電流計測部112と、電力算出部113とを備える。電圧計測部111は、太陽電池6の電圧を計測して入力電圧Vを取得する。電流計測部112は、太陽電池6の出力側のP母線の電流を計測して入力電流Iを取得する。電力算出部113は、電圧計測部111が取得した入力電圧Vと電流計測部112が取得した入力電流Iとの積から入力電力Pを算出する。ここで、入力電力の算出式は、P=V×Iである。 The input power measurement unit 11 includes a voltage measurement unit 111, a current measurement unit 112, and a power calculation unit 113. Voltage measurement unit 111 obtains the input voltage V i by measuring the voltage of the solar cell 6. The current measuring unit 112 measures the current of the P bus on the output side of the solar cell 6 and acquires the input current I i . The power calculation unit 113 calculates the input power P i from the product of the input voltage V i acquired by the voltage measurement unit 111 and the input current I i acquired by the current measurement unit 112. Here, the formula for calculating the input power is P i = V i × I i .

出力電力計測部12は、電圧計測部121と、電流計測部122と、電力算出部123とを備える。電圧計測部121は、コンデンサ4の電圧を計測して出力電圧Vを取得する。電流計測部122は、インバータ回路1の出力側のP母線の電流を計測して出力電流Iを取得する。電力算出部123は、電圧計測部121が取得した出力電圧Vと電流計測部122が取得した出力電流Iとの積から出力電力Pを算出する。ここで、出力電力の算出式は、P=V×Iである。 The output power measurement unit 12 includes a voltage measurement unit 121, a current measurement unit 122, and a power calculation unit 123. Voltage measuring unit 121 acquires the output voltage V o by measuring the voltage of the capacitor 4. The current measuring unit 122 measures the current of the P bus on the output side of the inverter circuit 1 and acquires the output current Io . The power calculation unit 123 calculates the output power P o from the product of the output voltage V o acquired by the voltage measurement unit 121 and the output current I o acquired by the current measurement unit 122. Here, the calculation formula of the output power is P o = V o × I o .

変換効率算出部13は、入力電力P及び出力電力Pを入力とし、変換効率ηを算出する。ここで、変換効率の算出式は、η=P/Pである。 The conversion efficiency calculation unit 13 receives the input power P i and the output power P o and calculates the conversion efficiency η. Here, the formula for calculating the conversion efficiency is η = P o / P i .

ドレイン電圧計測部14は、スイッチング素子2a,2b,2c,2dの各々のソースを基準としたドレインの電圧を計測してドレイン電圧VDSa,VDSb,VDSc,VDSdを取得する。 The drain voltage measuring unit 14 measures drain voltages with reference to the sources of the switching elements 2a, 2b, 2c, and 2d to obtain drain voltages V DSa , V DSb , V DSc , and V DSd .

ゲート電圧生成部19は、変換効率算出部13が算出した変換効率ηと、ドレイン電圧計測部14が取得したドレイン電圧VDSa,VDSb,VDSc,VDSdとを入力とし、スイッチング素子2a,2b,2c,2dの各々のソースを基準としたゲート電圧VGSa,VGSb,VGSc,VGSdを生成して出力する。ゲート電圧生成部19が出力したゲート電圧VGSa,VGSb,VGSc,VGSdは、ゲート駆動回路5a,5b,5c,5dに入力される。ゲート駆動回路5a,5b,5c,5dの各々は、ゲート電圧VGSa,VGSb,VGSc,VGSdの各々に基づいてスイッチング素子2a,2b,2c,2dの各々のゲート電圧を制御する。 The gate voltage generation unit 19 receives the conversion efficiency η calculated by the conversion efficiency calculation unit 13 and the drain voltages V DSa , V DSb , V DSc , V DSd acquired by the drain voltage measurement unit 14 and inputs the switching elements 2 a, Gate voltages V GSa , V GSb , V GSc , and V GSd are generated and output with reference to the sources of 2b, 2c, and 2d. Gate voltage V GSa the gate voltage generator 19 is output, V GSb, V GSc, V GSd the gate driving circuit 5a, 5b, 5c, are input to 5d. Each of the gate drive circuits 5a, 5b, 5c and 5d controls the gate voltage of each of the switching elements 2a, 2b, 2c and 2d based on each of the gate voltages VGSa , VGSb , VGSc and VGSd .

ゲート電圧生成部19は、ゲート電圧指令値算出部15と、ゲート電圧回路16と、変換効率の前回値蓄積部17と、ゲート電圧指令値の前回値蓄積部18とを備える。ゲート電圧指令値算出部15は、変換効率ηと、変換効率前回値ηと、ドレイン電圧VDSa,VDSb,VDSc,VDSdの各々と、ゲート電圧指令前回値VGSao,VGSbo,VGSco,VGSdoの各々とに基づいて、ゲート電圧指令値の各々を算出する。ゲート電圧回路16は、ゲート電圧指令値算出部15が算出したゲート電圧指令値の各々に従って各々のゲート電圧VGSa,VGSb,VGSc,VGSdを出力する。変換効率の前回値蓄積部17は、少なくとも前回の変換効率である変換効率前回値ηを蓄積している。ゲート電圧指令値の前回値蓄積部18は、少なくとも前回のゲート電圧指令前回値VGSao,VGSbo,VGSco,VGSdoの各々を蓄積している。 The gate voltage generation unit 19 includes a gate voltage command value calculation unit 15, a gate voltage circuit 16, a conversion efficiency previous value storage unit 17, and a gate voltage command value previous value storage unit 18. The gate voltage command value calculation unit 15 includes a conversion efficiency η, a conversion efficiency previous value η o , drain voltages V DSa , V DSb , V DSc , and V DSd , and gate voltage command previous values V GSao , V GSbo , Based on each of V GSco and V GSdo , each of the gate voltage command values is calculated. The gate voltage circuit 16 outputs the respective gate voltages V GSa , V GSb , V GSc , V GSd according to each of the gate voltage command values calculated by the gate voltage command value calculation unit 15. The previous conversion efficiency value storage unit 17 stores at least the previous conversion efficiency value η o which is the previous conversion efficiency. The gate voltage command value previous value accumulation unit 18 accumulates at least each of the previous gate voltage command previous values VGSao , VGSbo , VGSco , and VGSdo .

なお、電力変換装置20の起動時における前回のゲート電圧指令前回値VGSao,VGSbo,VGSco,VGSdoは、各々初期値とする。この初期値は、回路に応じて変換効率ηが最も高くなる理論値に適宜設定すればよい。 Note that the previous gate voltage command previous values V GSao , V GSbo , V GSco , and V GSdo at the time of startup of the power conversion device 20 are initial values. This initial value may be appropriately set to a theoretical value that maximizes the conversion efficiency η according to the circuit.

図1に示す電力変換装置20は、変換効率ηを高くするようにスイッチング素子2a,2b,2c,2dのゲート電圧を変化させつつ、ゲート電圧の増加に伴うドレインとソースとの間の耐圧破壊を防止するように動作する。   The power conversion device 20 shown in FIG. 1 changes the gate voltage of the switching elements 2a, 2b, 2c, and 2d so as to increase the conversion efficiency η, and breaks down the breakdown voltage between the drain and the source as the gate voltage increases. Works to prevent.

図2は、図1に示す電力変換装置20において起動時に変換効率前回値ηoが算出されるまでの処理の一例を示すフローチャートである。まず、処理をスタートし、変換効率算出部13は、入力電力P及び出力電力Pから、変換効率ηを算出する(S1)。次に、ゲート電圧指令値算出部15は、変換効率ηを変換効率前回値ηoとし(S2)、処理をエンドする。 FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of processing until the conversion efficiency previous value ηo is calculated at the time of startup in the power conversion device 20 illustrated in FIG. 1. First, start the process, the conversion efficiency calculation unit 13, the input power P i and the output power P o, calculates the conversion efficiency eta (S1). Next, the gate voltage command value calculation unit 15 sets the conversion efficiency η as the previous conversion efficiency value ηo (S2), and ends the process.

図3は、図1に示す電力変換装置20においてスイッチング素子2aのゲート電圧が生成されるまでの処理の一例を示すフローチャートである。なお、図3に示す処理は、太陽電池6を備えるパワーコンディショナの運転時に、一定の時間間隔で複数回実行される。すなわち、変換効率の前回値蓄積部17及びゲート電圧指令値の前回値蓄積部18における前回値は、前回の処理における値である。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of processing until the gate voltage of the switching element 2a is generated in the power conversion device 20 shown in FIG. Note that the process shown in FIG. 3 is executed a plurality of times at regular time intervals during the operation of the power conditioner including the solar battery 6. That is, the previous value in the previous value storage unit 17 of the conversion efficiency and the previous value storage unit 18 of the gate voltage command value is a value in the previous process.

まず、処理をスタートし、ゲート電圧指令値算出部15は、ゲート電圧前回値VGSaoにスイッチング素子2aのゲート電圧変化量ΔVを加算した値をゲート電圧VGSaの指令値とする(S11)。次に、変換効率算出部13は、入力電力P及び出力電力Pから、変換効率ηを算出する(S12)。次に、ゲート電圧指令値算出部15は、現在値である変換効率ηと、変換効率の前回値蓄積部17からの変換効率前回値ηとを比較し、η>ηであるか否かを判定する(S13)。η>ηでない場合(S13:No)には、ゲート電圧指令値算出部15は、スイッチング素子2aのゲート電圧変化量ΔVの符号を反転する(S14)。 First, start the process, the gate voltage command value calculating unit 15, a value obtained by adding the gate voltage change amount [Delta] V a of the switching element 2a to the gate voltage previous value V GSAO a command value of the gate voltage V GSa (S11) . Next, the conversion efficiency calculation unit 13 calculates the conversion efficiency η from the input power P i and the output power P o (S12). Next, the gate voltage command value calculation unit 15 compares the conversion efficiency η, which is the current value, with the previous conversion efficiency value η o from the previous conversion value storage unit 17, and whether η> η o is satisfied. Is determined (S13). When η> η o is not satisfied (S13: No), the gate voltage command value calculation unit 15 inverts the sign of the gate voltage change amount ΔV a of the switching element 2a (S14).

なお、スイッチング素子2aのゲート電圧変化量ΔVは、変更効率ηが高くなるように部品に応じて適宜設定すればよい。 Note that the gate voltage change amount ΔV a of the switching element 2a may be appropriately set according to the components so that the change efficiency η is increased.

すなわち、現在値の変換効率ηが前回値の変換効率ηよりも大きい場合には、ゲート電圧の増加によって前回よりも変換効率が向上しているため、スイッチング素子2aのゲート電圧変化量ΔVを加算して変換効率を更に向上させる。しかしながら、現在値の変換効率ηが前回値の変換効率ηよりも大きくない場合には、ゲート電圧の増加によって前回よりも変換効率が低下しているため、符号を反転させたスイッチング素子2aのゲート電圧変化量ΔVを加算することで、変換効率を向上させる。 That is, when the conversion efficiency η of the current value is larger than the conversion efficiency η o of the previous value, the conversion efficiency is improved as compared with the previous time due to the increase of the gate voltage, and thus the gate voltage change amount ΔV a of the switching element 2a. Is added to further improve the conversion efficiency. However, when the conversion efficiency η of the current value is not larger than the conversion efficiency η o of the previous value, the conversion efficiency is lower than the previous value due to the increase of the gate voltage. By adding the gate voltage change amount ΔV a , the conversion efficiency is improved.

次に、ゲート電圧指令値算出部15は、ドレイン電圧計測部14からスイッチング素子2aのドレイン電圧VDSaを取得する(S15)。そして、ゲート電圧指令値算出部15は、ドレイン電圧VDSaが設定値であるドレイン電圧最大定格電圧VDSmaxの80%以下であるか否かを判定する(S16)。ここでは、半導体部品における一般的なディレーティングを考慮して、比較対象である設定値をドレイン電圧最大定格電圧VDSmaxの80%としたが、この比率は部品に応じて適宜設定すればよい。ドレイン電圧VDSaがドレイン電圧最大定格電圧VDSmaxの80%以下である場合(S16:Yes)にはそのまま処理をエンドする。ドレイン電圧VDSaが設定値であるドレイン電圧最大定格電圧VDSmaxの80%以下でない場合(S16:No)には、ゲート電圧VGSaからスイッチング素子2aのゲート電圧変化量ΔVの絶対値の2倍を減算した値をゲート電圧VGSaとして(S17)処理をエンドする。 Next, the gate voltage command value calculation unit 15 acquires the drain voltage V DSa of the switching element 2a from the drain voltage measurement unit 14 (S15). The gate voltage command value calculating section 15 determines whether the drain voltage V DSa is 80% or less of the drain voltage maximum rated voltage V DSmax a set value (S16). Here, in consideration of general derating in semiconductor components, the set value to be compared is set to 80% of the drain voltage maximum rated voltage V DSmax , but this ratio may be set as appropriate according to the components. When the drain voltage V DSa is 80% or less of the drain voltage maximum rated voltage V DSmax (S16: Yes), the processing is ended as it is. When the drain voltage V DSa is not 80% or less of the drain voltage maximum rated voltage V DSmax which is the set value (S16: No), the absolute value of the gate voltage change amount ΔV a of the switching element 2a is 2 from the gate voltage V GSa. The value obtained by subtracting the double is set as the gate voltage V GSa (S17), and the process is ended.

ゲート電圧指令値算出部15は、このようにして決定されたゲート電圧VGSaの指令値をゲート電圧回路16に出力し、ゲート電圧回路16は、この指令値に従ってゲート電圧VGSaを出力し、ゲート駆動回路5aは、ゲート電圧VGSaに基づいてスイッチング素子2aのゲート電圧を制御してスイッチング素子2aをオンオフする。 The gate voltage command value calculation unit 15 outputs the command value of the gate voltage V GSa thus determined to the gate voltage circuit 16, and the gate voltage circuit 16 outputs the gate voltage V GSa according to the command value, The gate drive circuit 5a turns on and off the switching element 2a by controlling the gate voltage of the switching element 2a based on the gate voltage VGSa .

以上説明したように、スイッチング素子2aのゲート電圧の制御、すなわちゲート電圧VGSaの算出及び調整を行う。そして、この処理は、スイッチング素子2a,2b,2c,2dの各々について、順に行えばよい。 As described above, the gate voltage of the switching element 2a is controlled, that is, the gate voltage VGSa is calculated and adjusted. And this process should just be performed in order about each of switching element 2a, 2b, 2c, 2d.

図4は、図1に示す電力変換装置20においてスイッチング素子2a,2b,2c,2dのゲート電圧の算出及び調整の処理の一例を示すフローチャートである。図4においては、まず、処理をスタートし、図4に示すようにゲート電圧VGSaの算出及び調整を行い(S21)、同様にゲート電圧VGSbの算出及び調整を行い(S22)、同様にゲート電圧VGScの算出及び調整を行い(S23)、同様にゲート電圧VGSdの算出及び調整を行い(S24)、ゲート電圧VGSaの算出及び調整に戻り、一連の動作を繰り返す。 FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of processing for calculating and adjusting the gate voltages of the switching elements 2a, 2b, 2c, and 2d in the power conversion device 20 illustrated in FIG. In FIG. 4, first, the processing is started, and the gate voltage VGSa is calculated and adjusted as shown in FIG. 4 (S21), and the gate voltage VGSb is calculated and adjusted in the same manner (S22). The gate voltage VGSc is calculated and adjusted (S23), the gate voltage VGSd is calculated and adjusted in the same manner (S24), and the calculation returns to the calculation and adjustment of the gate voltage VGSa to repeat the series of operations.

以上説明したように、本実施の形態によれば、変換効率の前回値と現在値との比較結果に基づいて変換効率が向上するように各スイッチング素子のゲート電圧を制御することができるため、変換効率を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the gate voltage of each switching element can be controlled so as to improve the conversion efficiency based on the comparison result between the previous value and the current value of the conversion efficiency. Conversion efficiency can be improved.

図5は、図1に示す電力変換装置20のスイッチング素子2a,2b,2c,2dに適用可能なSi−MOSFET及びSiC−MOSFETにおけるゲート電圧に対するオン抵抗の変化を示す図である。なお、SiC−MOSFETは、炭化シリコンにより形成されたMOSFETである。   FIG. 5 is a diagram showing a change in on-resistance with respect to the gate voltage in the Si-MOSFET and the SiC-MOSFET applicable to the switching elements 2a, 2b, 2c, and 2d of the power conversion device 20 shown in FIG. The SiC-MOSFET is a MOSFET formed of silicon carbide.

図5に示すように、Si−MOSFET及びSiC−MOSFETのいずれにおいてもゲート電圧を増加させるとオン抵抗を低減することができる。このように、Si−MOSFET及びSiC−MOSFETのいずれにおいてもゲート電圧の増加によりオン抵抗を低減させることで変換効率の向上が可能ではあるが、ゲート電圧を増加させると高速スイッチングによってノイズが発生するおそれがあり、このノイズが変換効率の低下の一因となる。従って、MOSFETのゲート電圧を単純に増加させたとしても、必ずしも変換効率を向上させることができるとはいえない。更には、MOSFETではゲート電圧に対するオン抵抗がばらつくおそれがあり、このばらつきによって変換効率の更なる向上が阻害されるおそれがある。すなわち、従来技術では、インバータ回路内のスイッチング素子の特性のばらつきに起因して、ゲート電圧と、電力変換装置としての変換効率を最も高くすることが可能な電圧値とが一致しないことがあり、変換効率の更なる向上が阻害されることがあった。   As shown in FIG. 5, the ON resistance can be reduced by increasing the gate voltage in both the Si-MOSFET and the SiC-MOSFET. As described above, in both the Si-MOSFET and the SiC-MOSFET, it is possible to improve the conversion efficiency by reducing the on-resistance by increasing the gate voltage, but if the gate voltage is increased, noise is generated by high-speed switching. There is a risk, and this noise contributes to a decrease in conversion efficiency. Therefore, even if the gate voltage of the MOSFET is simply increased, the conversion efficiency cannot always be improved. Further, the on-resistance with respect to the gate voltage may vary in the MOSFET, and this variation may hinder further improvement in conversion efficiency. That is, in the prior art, due to variations in the characteristics of the switching elements in the inverter circuit, the gate voltage may not match the voltage value that can maximize the conversion efficiency as the power converter, Further improvement of the conversion efficiency may be hindered.

本実施の形態によれば、インバータ回路のスイッチング素子の特性ばらつきに関わらず、変換効率の高い電力変換装置を得ることができる。   According to the present embodiment, it is possible to obtain a power conversion device with high conversion efficiency regardless of variations in characteristics of switching elements of the inverter circuit.

また、本実施の形態では、インバータ回路のスイッチング素子のドレイン電圧がドレイン電圧最大定格電圧に基づく設定値を超えないように制御するため、ドレインとソースとの間の耐圧破壊を防止することもできる。   In this embodiment, since the drain voltage of the switching element of the inverter circuit is controlled so as not to exceed the set value based on the maximum rated voltage of the drain voltage, breakdown withstand voltage between the drain and the source can be prevented. .

なお、本実施の形態において、スイッチング素子2a,2b,2c,2dは、SiC−MOSFETであることが好ましい。スイッチング素子2a,2b,2c,2dをSiC−MOSFETとすると、スイッチング素子2a,2b,2c,2dをSi−MOSFETとする場合よりも、ゲート電圧を増加させた際のオン抵抗を更に低減することができるので、スイッチング損失を更に抑制することができる。そのため、スイッチング素子2a,2b,2c,2dをSiC−MOSFETとし、上記したようにゲート電圧を制御することで、変換効率をさらに向上させることができる。更には、ゲート電圧の上昇に伴うスイッチング速度の高速化によるスイッチング損失を低減させることができるため、この点においても更なる変換効率の向上が可能である。   In the present embodiment, switching elements 2a, 2b, 2c, and 2d are preferably SiC-MOSFETs. When the switching elements 2a, 2b, 2c and 2d are SiC-MOSFETs, the on-resistance when the gate voltage is increased is further reduced as compared with the case where the switching elements 2a, 2b, 2c and 2d are Si-MOSFETs. Therefore, switching loss can be further suppressed. Therefore, conversion efficiency can be further improved by using switching elements 2a, 2b, 2c, and 2d as SiC-MOSFETs and controlling the gate voltage as described above. Furthermore, since the switching loss due to the increase in the switching speed accompanying the increase in the gate voltage can be reduced, the conversion efficiency can be further improved in this respect.

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。   The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

1 インバータ回路、2a,2b,2c,2d スイッチング素子、3a,3b リアクトル、4 コンデンサ、5a,5b,5c,5d ゲート駆動回路、6 太陽電池、7 昇圧回路、8 平滑コンデンサ、9a,9b スイッチ、10 系統、11 入力電力計測部、12 出力電力計測部、13 変換効率算出部、14 ドレイン電圧計測部、15 ゲート電圧指令値算出部、16 ゲート電圧回路、17 変換効率の前回値蓄積部、18 ゲート電圧指令値の前回値蓄積部、19 ゲート電圧生成部、20 電力変換装置、111,121 電圧計測部、112,122 電流計測部、113,123 電力算出部。   1 inverter circuit, 2a, 2b, 2c, 2d switching element, 3a, 3b reactor, 4 capacitor, 5a, 5b, 5c, 5d gate drive circuit, 6 solar cell, 7 booster circuit, 8 smoothing capacitor, 9a, 9b switch, 10 systems, 11 input power measurement unit, 12 output power measurement unit, 13 conversion efficiency calculation unit, 14 drain voltage measurement unit, 15 gate voltage command value calculation unit, 16 gate voltage circuit, 17 conversion efficiency previous value accumulation unit, 18 Gate voltage command value previous value accumulation unit, 19 Gate voltage generation unit, 20 Power converter, 111, 121 Voltage measurement unit, 112, 122 Current measurement unit, 113, 123 Power calculation unit.

Claims (3)

外部電源からの直流電力を変換して交流電力を供給する電力変換装置であって、
複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、
入力電圧及び入力電流と、出力電圧及び出力電流とに基づいて変換効率を算出する変換効率算出部と、
複数の前記スイッチング素子の各々のドレインとソースとの間の電圧を計測してドレイン電圧を取得するドレイン電圧計測部と、
前記変換効率と複数の前記ドレイン電圧の各々とを用いて複数の前記スイッチング素子の各々のゲート電圧を生成するゲート電圧生成部とを備えることを特徴とする電力変換装置。
A power conversion device that converts DC power from an external power source and supplies AC power,
An inverter circuit having a plurality of switching elements;
A conversion efficiency calculation unit that calculates conversion efficiency based on the input voltage and input current, and the output voltage and output current;
A drain voltage measuring unit that obtains a drain voltage by measuring a voltage between a drain and a source of each of the plurality of switching elements;
A power conversion device comprising: a gate voltage generation unit configured to generate a gate voltage of each of the plurality of switching elements using the conversion efficiency and each of the plurality of drain voltages.
前記ゲート電圧生成部は、複数の前記ドレイン電圧の各々が設定値以下になるように前記スイッチング素子の各々の前記ゲート電圧を制御することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the gate voltage generation unit controls the gate voltage of each of the switching elements such that each of the plurality of drain voltages is equal to or lower than a set value. 複数の前記スイッチング素子は、SiCにより形成されたMOSFETであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein the plurality of switching elements are MOSFETs formed of SiC.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020036501A (en) * 2018-08-31 2020-03-05 トヨタ自動車株式会社 Charging system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5644219A (en) * 1979-09-20 1981-04-23 Nec Corp Electronic circuit
JP2000224867A (en) * 1999-01-28 2000-08-11 Sumitomo Electric Ind Ltd Inverter
JP2011072137A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Panasonic Electric Works Co Ltd Grid-connected inverter device
JP2012085381A (en) * 2010-10-07 2012-04-26 Nissin Electric Co Ltd Inverter apparatus
WO2013094241A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 三菱電機株式会社 Gate drive circuit
JP2016082793A (en) * 2014-10-21 2016-05-16 公立大学法人 滋賀県立大学 Portable photovoltaic generation power supply system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5644219A (en) * 1979-09-20 1981-04-23 Nec Corp Electronic circuit
JP2000224867A (en) * 1999-01-28 2000-08-11 Sumitomo Electric Ind Ltd Inverter
JP2011072137A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Panasonic Electric Works Co Ltd Grid-connected inverter device
JP2012085381A (en) * 2010-10-07 2012-04-26 Nissin Electric Co Ltd Inverter apparatus
WO2013094241A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 三菱電機株式会社 Gate drive circuit
JP2016082793A (en) * 2014-10-21 2016-05-16 公立大学法人 滋賀県立大学 Portable photovoltaic generation power supply system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020036501A (en) * 2018-08-31 2020-03-05 トヨタ自動車株式会社 Charging system

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