JP2001157458A - 車両用電力変換器の制御装置 - Google Patents

車両用電力変換器の制御装置

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聡 稲荷田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の電流センサの出力をシリアル通信手段
を介して制御装置にフィードバックすることによる低コ
スト化と、ノイズを完全除去した高精度な電流取り込み
を同時に実現し、車両制御の高精度化を図ることにあ
る。 【解決手段】 電動機に流れる電流を検出する電流セン
サの出力に基づいて電力変換器を制御する車両用電力変
換器の制御装置において、PWMパルスを生成すると共
に、PWMパルスに同期した電流変換タイミングを演算
する演算手段21と、この演算結果をデジタル通信する
シリアル通信手段22を有する制御手段2を備えると共
に、電流センサ5a内に電動機に流れる電流をデジタル
信号に変換するA/D変換手段53と、デジタル信号を
制御手段にフィードバックするシリアル通信手段55
と、制御手段から出力される取り込み信号に応じて電動
機に流れる電流を取り込む演算手段54を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用電力変換器
の制御装置に係り、特に、電動機に流れる電流を検出す
る電流センサの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来は、例えば特開平6−303778
号公報に記載のインバータ装置ように、電動機に流れる
電流をアナログ信号の状態で制御装置にフィードバック
し、制御装置内でA/D変換器によりデジタル信号に変
換するのが一般的である。更に、特開平4−17299
5号公報や特開平11−136950号公報に記載のよ
うに、デジタル信号に変換されるタイミングをキャリア
信号に同期させることにより、スイッチングによるノイ
ズやリップル等の影響を受けにくくしたものも提案され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のよう
に、3相誘導電動機に流れる電流をアナログ信号の状態
で制御装置にフィードバックすると、各電流センサ毎に
電源及び信号用の配線が必要となるばかりか、制御装置
側にノイズ低減のためのアナログフィルタ回路を実装す
る必要があり、コストが割高になるといった問題があ
る。また、特開平4−172995号公報や特開平11
−136950号公報に記載のように、デジタル信号に
変換されるタイミングをキャリア信号に同期させること
により、制御性能の向上は期待できるが、ノイズの影響
を完全に除去することは不可能である。
【0004】本発明の課題は、複数の電流センサの出力
をシリアル通信手段を介して制御装置にフィードバック
することによる低コスト化と、ノイズを完全除去した高
精度な電流取り込みを同時に実現し、車両制御の高精度
化を図ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、制御手段によってPWMパルスを生成すると共に、
PWMパルスに同期した電流変換タイミングを演算し、
この演算結果をシリアル通信手段を介して電流センサに
送信する。一方、電流センサは制御手段の演算結果に応
じたタイミングで電動機に流れる電流を取り込む。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態による車
両用電力変換器の制御装置を示す。図示のように、指令
部1から出力されるノッチ指令Snに基づいて制御部2
ではPWMパルスSpwmを生成し、出力する。ゲート
ドライブ部3はPWMパルスSpwmをパワー変換し、
電力変換部4の電力用素子(IGBT,GTOなど)を
オン/オフ制御する。この結果、出力される可変電圧可
変周波数の交流電力により、誘導電動機6が駆動され
る。このとき、誘導電動機6に流れる電流は、それぞれ
に設けた電流センサ5a,5b,5cによって検出さ
れ、シリアル伝送路7を介して制御部2にフィードバッ
クされる。制御部2では指令部1から出力される電流指
令Ipと電流センサ5a,5b,5cによって検出した
電流の偏差に基づいて誘導電動機6に流れる電流を制御
する。
【0007】以下、制御部2と電流センサ5aにおける
電流取り込み方法について詳細に説明する。なお、電流
センサ5b,5cについては同構成のため説明を省略す
る。図2に、電流センサ5aの構成と制御部2の通信イ
ンターフェースを示す。電流センサ5aは、電流検出部
51と、検出した電流のフィルタリング及びレベル変換
を行うバッファ部52と、バッファ部52から出力され
るアナログの電流をデジタル値に変換するアナログ/デ
ジタル変換部53と、制御部2から出力されるデータ取
り込み信号に応じて電動機に流れる電流をデジタル値に
変換したデータの取り込みや通信制御を行う演算部54
と、シリアル通信部55から成る。一方、制御部2は、
電流センサ5aと同様の演算部21とシリアル通信部2
2を有し、電流センサ5aとの間で電流の送受信を行
う。
【0008】図3に、制御部2における電流取り込みの
タイミングを示す。図中、変調波は実際に得たい正弦波
電圧、搬送波(キャリア)はPWMパルスの生成に用い
る三角波信号であり、これらを比較することにより、P
WMパルスSpwmが生成される。なお、一点鎖線は電
動機に流れる電流を表わす。演算信号S1は、制御部2
におけるPWMパルス生成処理及び電流取り込み処理を
行う周期とこれらの処理に要する時間を示す。期間t0
はPWMパルスの演算時間、t1は空き時間を表わす。
なお、本実施形態では演算周期Tをキャリアの1/2と
している。データ取り込み信号S2は、制御部2が電流
センサ5aに対して電流取り込みを要求するタイミング
を示す信号であり、演算処理終了後に制御部2から電流
センサ5aに対して電流取り込み要求の送信を行う。な
お、本要求は全電流センサに共通である。データ要求信
号S3は、制御部2が電流センサ5aで取り込んだ電流
のデジタルデータの送信を要求するタイミングを示す信
号であり、演算処理開始時に全電流センサ5a,5b,
5cとの間でデータの送受信を行う。図3において、制
御部2は、キャリア周期(演算周期T)に基づいて空き
時間t1を計算した時点でデータ取り込み信号S2を発
信し、t1後のキャリアのピークに同期してデータ要求
信号S3を送信する。電流センサ5aではこの時の電動
機電流値(・印)を取り込む。このように、演算部21
は、キャリア周期に基づいて最適とする空き時間t1後
のキャリアのピークに同期する電流変換タイミングを演
算する。ここでは、電流変換タイミングをキャリアのピ
ークに同期するようにしたが、キャリアのピークの前後
つまり同期状態であってもよい。
【0009】図4に、データ取り込み時に制御部2から
送信されるデータを示す。データは全電流センサに共通
のアドレスを示すID部100と処理内容を示す命令部
101及び取り込みタイミングを示すディレイタイム1
02から成る。ここで、ディレイタイム102は図3に
示す空き時間t1に相当し、電流センサ5aはこの時間
だけ遅れた時点の電流を取り込むように動作する。これ
により、全電流センサは、常にPWMパルスによるリッ
プルの影響を受けにくいキャリアの頂点付近の電流を同
時に検出する。
【0010】図5に、データ要求時の制御部2から送信
されるデータ及び電流センサ5aから送信されるデータ
を示す。制御部2から送信されるデータは、各電流セン
サに固有のアドレスを示すID部103と処理内容を示
す命令部104から成り、電流センサ5aから送信され
るデータは、各電流センサに固有のアドレスを示すID
部105とデータの上位部106及びデータの下位部1
07から成る。
【0011】図6に、制御部2における電流取り込み処
理を示す。ステップ200においてPWMパルス生成処
理及び電流取り込み処理が終了したか否か判定し、終了
している場合は、ステップ201において演算周期の空
き時間t1(=T−t0)を算出し、ステップ202に
おいて図4に示すデータを送信する。一方、ステップ2
00においてPWMパルス生成処理及び電流取り込み処
理が終了していない場合は、ステップ203において演
算開始時か否か判定し、演算開始時の場合、ステップ2
04において図5に示すデータを送信する。また、ステ
ップ203において演算開始時でない場合は、ステップ
204をバイパスする。
【0012】図7に、電流センサ5aにおける電流取り
込み処理を示す。ステップ300において受信データの
有無を判定し、受信データが有る場合は、ステップ30
1においてデータ取り込み処理か否か判定する。データ
取り込み処理の場合は、ステップ302においてディレ
イタイムが終了したか否か判定し、ディレイタイム終了
であれば、ステップ303において電流を取り込む。ま
た、ディレイタイムを終了していない場合は、ステップ
303をバイパスする。一方、ステップ301において
データ取り込み処理でない場合は、ステップ304でデ
ータ要求命令か否かを判定し、データ要求命令の場合
は、ステップ305において取り込んだ電流のデータを
送信する。また、データ要求命令でない場合は、ステッ
プ305をバイパスする。ステップ300において受信
データが無い場合は、全ての処理をバイパスする。
【0013】以上、本実施形態によれば、シリアル通信
手段を用いた場合においても、複数の電流センサの電流
取り込みタイミングを同一にすることができると共に、
PWMパルスによるリップルの影響を受けない電流取り
込みが可能となり、電流検出精度を向上することができ
る。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流センサにA/D変換手段とシリアル通信手段を備
え、電流センサと制御装置間をディジタル化することに
より、対ノイズ性を向上させると共に、シリアル化する
ことにより、配線本数を削減し、低コスト化を図ること
ができる。また、同時に、制御装置側でPWMパルスに
同期した最適な電流変換タイミングを演算し、また、電
流センサ側ではこのタイミングで電動機に流れる電流を
取り込むようにすることにより、キャリアのピークに同
期したまたは同期状態の電流の取り込みが可能となり、
PWMパルスによるリップルの影響を受けることなく、
電流検出精度を向上させ、車両制御の高精度化を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による車両用電力変換器の
制御装置
【図2】本発明の電流センサの構成図
【図3】本発明の電流取り込み動作説明図
【図4】本発明のデータ取り込み時の通信データフォー
マット図
【図5】本発明のデータ要求時の通信データフォーマッ
ト図
【図6】本発明の制御部の通信処理フローチャート
【図7】本発明の電流センサの通信処理フローチャート
【符号の説明】
1…指令部、2…制御部、3…ゲートドライブ部、4…
電力変換部、5a、5b,5c…電流センサ、6…誘導
電動機、7…シリアル伝送路、21、54…演算部、2
2、55…シリアル通信部、55…電流検出部、52…
バッファ部、53…アナログ/デジタル変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲荷田 聡 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 (72)発明者 仲田 清 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 Fターム(参考) 5H007 AA01 AA12 BB06 CC03 DA05 DB02 DB12 DC02 EA02 5H576 AA01 BB10 DD02 DD04 EE14 GG04 HA04 HA07 HB01 JJ03 JJ16 JJ26 LL22 LL60 PP02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動機に流れる電流を検出する電流セン
    サの出力に基づいて電力変換器を制御する車両用電力変
    換器の制御装置において、PWMパルスを生成すると共
    に、前記PWMパルスに同期した電流変換タイミングを
    演算する演算手段と、この演算結果をデジタル通信する
    シリアル通信手段を有する制御手段を備えると共に、前
    記電流センサ内に前記電動機に流れる電流をデジタル信
    号に変換するA/D変換手段と、前記デジタル信号を前
    記制御手段にフィードバックするシリアル通信手段と、
    前記制御手段から出力される取り込み信号に応じて前記
    電動機に流れる電流を取り込む演算手段を設けることを
    特徴とする車両用電力変換器の制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記制御手段から出
    力される取り込み信号は時間情報を含み、前記電流セン
    サは前記時間情報に基づいて任意のタイミングで前記電
    動機に流れる電流を取り込むことを特徴とする車両用電
    力変換器の制御装置。
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