JP2003164159A - 三相インバータの電流検出装置 - Google Patents
三相インバータの電流検出装置Info
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Abstract
素子電圧降下型の三相インバータの電流検出方式を提供
すること。 【解決手段】PWM制御される三相インバータ2の各相
の下アーム側にて下アーム素子22、24、26と直列
接続される電流検出抵抗素子27、28、29の電圧降
下に基づいて各相の電流値を検出する。下アーム素子2
2、24、26のうちオン期が短い下アーム素子の相の
電流として、残るニ相の電流値の和の逆符号値を採用す
ることにより、電流検出精度を向上させる。
Description
電流検出方式に関する。
ば三相ブラシレスモータを駆動制御する三相インバータ
の電流検出装置として、PWM制御される三相インバー
タの各相の下アーム素子と低位直流電源線との間にそれ
ぞれ介設される電流検出抵抗素子の電圧降下に基づいて
各相の電流値を検出する抵抗素子電圧降下検出方式が構
成が簡単で低コストの方式として知られている。
は、この抵抗素子と直列接続される下アーム素子のデュ
ーティ比が30%未満といった小値、すなわち上アーム
素子のデューティ比が70%以上といった大値となる
と、下アーム素子に印加されるゲート電圧波形の鈍りな
どにより下アーム素子が十分にターンオンできなくなる
場合があり、この相の正確な電流検出が困難となってし
まうという欠点があり、通常は高価なホール素子が使用
されていた。
あり、電流検出精度を従来より格段に改善可能な抵抗素
子電圧降下型の三相インバータの電流検出方式を提供す
ることをその目的としている。
バータの電流検出装置は、PWM制御される三相インバ
ータの各相の下アーム側にて下アーム素子と直列接続さ
れる電流検出抵抗素子の電圧降下に基づいて各相の電流
値を検出する三相インバータの電流検出装置において、
所定相の前記電流値として、前記所定相の前記電流検出
抵抗素子の電圧降下の値からなる第一電流値と、残る二
相の前記電流検出抵抗素子の電圧降下の和の符号を反転
した値である第二電流値とを所定の条件で切り替えて用
いる電流値決定部を有することを特徴としている。すな
わち、本発明によれば、所定条件たとえば電流検出抵抗
素子を流れる電流値の減少による電流検出精度低下の弊
害を上記第二電流値を用いて解決するので、全体として
高精度の電流検出精度を得ることができる。
は、前記下アーム素子のデューティ比が所定値以上であ
る相の前記電流値として前記一電流値を採用し、前記下
アーム素子のデューティ比が所定値未満である相の前記
電流値として前記第二電流値を採用することを特徴とし
ている。
ティ比が所定値未満であり、下アーム側の電流値を正確
に検出できない場合でも第二電流値を用いるので電流検
出精度を大幅に向上することができる。
は、各PWM周期のうち、すべての前記下アーム素子が
ターンオンする位相期間T1が所定時間以上の長さをも
つ場合に各相の前記電流値として前記一電流値を採用
し、すべての前記下アーム素子がターンオンする位相期
間T1が前記所定時間未満の長さをもつ場合に前記下ア
ーム素子のターンオン時間がもっとも短い相の電流値と
して前記第二電流値を採用することを特徴とする請求項
2記載の三相インバータの電流検出装置。
間未満の長さをもつため下アーム側の電流値を正確に検
出できない場合でも第二電流値を用いるので電流検出精
度を大幅に向上することができる。
は、各PWM周期のうち、すべての前記下アーム素子が
ターンオンする位相期間T1が所定時間以上の長さをも
つ場合に各相の電流値として前記位相期間T1にサンプ
ルホールドした前記第一電流値を採用し、すべての前記
下アーム素子がターンオンする位相期間T1が前記所定
時間未満の長さをもつ場合に前記位相期間T1がもっとも
短い相の電流値として前記位相期間T1にサンプルホー
ルドした前記第二電流値を採用することを特徴として
る。
間未満の長さをもつため下アーム側の電流値を正確に検
出できない場合でも第二電流値を用いるので電流検出精
度を大幅に向上することができる。
は、各PWM周期のうち、所定の一相の前記上アーム素
子と残る二相の前記下アーム素子がターンオンする位相
期間T2に前記所定の一相の前記電流値として前記第二
電流値を採用することを特徴としている。
ム素子がターンオフしている相の電流値を正確に検出す
ることができる。
に用いる本発明の三相インバータの電流検出装置の好適
な態様を以下の実施例により詳細に説明する。
す。
バータ、3はコントローラ(モータ制御部、電流検出
部)である。三相ブラシレスモータ1は、U相巻線1
1、V相巻線12、W相巻線13を有している。三相イン
バータ2は、MOSパワートランジスタで構成されたU相上
アーム素子21、U相下アーム素子22、V相上アーム素
子23、V相下アーム素子24、W相上アーム素子25、
W相下アーム素子26と、各素子21〜26と個別に逆
並列されたフライホイルダイオードDと、電流検出抵抗
素子27〜29とにより構成されている。電流検出抵抗
素子27はU相下アーム素子22と低位直流電源線LLと
の間に介設され、電流検出抵抗素子28はV相下アーム
素子24と低位直流電源線LLとの間に介設され、電流検
出抵抗素子29はW相下アーム素子26と低位直流電源
線LLとの間に介設されている。低位直流電源線LLと高位
直流電源線LHとの間には図示しない平滑回路を通じてバ
ッテリ電圧が印加され、三相インバータ2から出力され
る三相交流出力電圧は三相ブラシレスモータ1の各相巻
線の各一端に個別に印加されている。コントローラ3
は、三相ブラシレスモータ1に装備された回転角センサ
から入力される回転角信号と、電流検出抵抗素子27〜
29から入力される三つの相電流と、外部から入力され
るトルク指令信号とに基づいて三相インバータ2の各素
子21〜26をスイッチング制御する。この実施例では
説明を簡単にするために、コントローラ3が、デジタル
信号に変換された電流検出抵抗素子27〜29の電圧降
下を処理するマイクロコンピュータ(図示説明は省略す
る)を内蔵すものとするが、デジタル回路構成などによ
り構成してもよいことはもちろんである。上記説明した
三相モータ装置の各構成およびその種々の制御方式自体
はもはや周知であるので、さらなる詳細説明は省略す
る。
方式を以下に説明する。
WM周期ΔTにおけるゲート電圧V1〜V6の波形(1周
期波形)の一例を図2に示す。コントローラ3はたとえ
ば20kHzのキャリヤ周波数でPWM制御を行ってお
り、上アーム素子21、23、25の100%のデュー
ティ比(下アーム素子22、24、26の0%のデュー
ティ比)は、そのゲート電圧の正の最大値を、上アーム
素子および下アーム素子の50%デューティ比はそのゲ
ート電圧の0Vを、上アーム素子21、23、25の0
%のデューティ比(下アーム素子22、24、26の1
00%)のデューティ比に相当している。図2に示すよ
うに、各デューティ比は、各PWM周期ΔTの中央点か
ら時間軸方向前後に均等に広がる形で制御されるものと
する。なお、この実施例では、20kHzのキャリヤ周
波数でPWM制御を行っているので、各PWM周期ΔT
は、50マイクロ秒に設定されている。
ゲート電圧波形を、ゲート電圧V2はU相下アーム素子
22のゲート電圧波形を、ゲート電圧V3はV相上アーム
素子23のゲート電圧波形を、ゲート電圧V4はV相下
アーム素子24のゲート電圧波形を、ゲート電圧V5は
W相上アーム素子25のゲート電圧波形を、ゲート電圧
V6はW相下アーム素子26のゲート電圧波形を示す。
に、7つの周期に区分されている。T1、T7は、すべて
の上アーム素子がオフ、すべての下アーム素子がオンし
ている位相期間を示す。T2、T6は、U相上アーム素子
21、V相下アーム素子24、W相下アーム素子26がオ
ンし、U相下アーム素子22、V相上アーム素子23、W
相上アーム素子25がオフしている位相期間を示す。T
3、T5は、U相上アーム素子21、V相上アーム素子2
3、W相下アーム素子26がオンし、U相下アーム素子2
2、V相下アーム素子24、W相上アーム素子25がオフ
している位相期間を示す。T4は、すべての上アーム素
子がオンし、すべての下アーム素子がオフする位相期間
を示す。
二つの下アーム素子の組み合わせは電気角度の変化につ
れて順次変化し、位相期間T3、T5においてオンする二
つの上アーム素子の組み合わせも電気角度の変化につれ
て順次変化することは、もちろんである。
サンプリング周期で所定タイミングで電流検出抵抗素子
27、28、29の電圧降下をサンプルホールドし、A
/D変換して各相のデジタル相電流データとする。T1、
T7における電流の流れを図3に、T2、T6における電
流の流れを図4に示す。サンプルホールドした各デジタ
ル相電流データの処理を図5のフローチャートを参照し
て以下に説明する。
の電圧降下を上記デジタル相電流データとして上記所定
タイミングで読み込む(S100)。次に、読み込んだ
デジタル相電流データのうち下アーム素子がオンしてい
る相の上記デジタル相電流データをこの相のデジタル相
電流データ(第一電流値)として仮決定する(S10
2)。
かどうか(S104)、さらにオンしている下アーム素
子のデューティ比が所定値(80%)以上かどうかを調
べ(S106)、下アーム素子の一つがオフしている
か、又は、さらにオンしている下アーム素子のデューテ
ィ比が所定値(80%)以上である場合に、該当相のデ
ジタル相電流データとして残る2しの相のデジタル相電
流データの和の逆符号値(第二電流値)をこの該当相の
デジタル相電流データを算出して第二電流値とし、この
第二電流値をこの該当相のデジタル相電流データとして
書き換えて(S108)、ステップS100に戻る。な
お。ここで言う該当相とは、下アーム素子がオフしてい
る相、又は、下アーム素子のデューティ比が所定値(8
0%)以上である相を指定するものとする。よく知られ
ているように、三つの相電流の合計は0であるので、上
記第二電流値を精度よく検出することができる。
るため検出できない下アーム素子が一つだけオフしてい
る位相期間、および、下アーム素子がオンしているなも
かかわらず下アーム素子のオン期間が短いために高精度
の検出が困難な位相期間において、すべての相電流を高
精度に検出することが可能となる。
る。
ル相電流データのサンプルホールドは、各PWM周期Δ
Tごとに1回ずつ各電流検出抵抗素子27、28、29
の電圧降下をサンプルホールドするものとする。各PW
M周期ΔTの最初のサンプルホールドは位相期間T1又
はT2(図2参照)にて行われれるものとする。
行うか、位相期間T2又はT6に行うかの選択は、コント
ローラ3が決定した各下アーム素子22、24、26の
デューティ比によって行う。すなわち、下アーム素子の
デューティ比が所定値未満である場合には位相期間T2
において各相電流のサンプルホールドを行うことにより
二つのデジタル相電流データと、これらふたつのデジタ
ル相電流データの和の逆符号値からなる残るひとつのデ
ジタル相電流データとを求める。また、下アーム素子の
デューティ比が所定値以上である場合には位相期間T1
において各相電流のサンプルホールドを行うことにより
三つのデジタル相電流データを求め、上記逆符号値は使
用しない。
ルホールドはどれかの下アーム素子が一つだけオンした
と判定した場合にサンプルホールドを開始すればよく、
位相期間T1又はT7におけるサンプルホールドはすべて
の下アーム素子がオンしたと判定した場合にサンプルホ
ールドを開始すればよい。このサンプルホールド制御の
一例を図5のフローチャートに示し、このときの各相電
圧の変化をデューティ比変化として図7に示す。
を示しており、上記逆符号値を用いたデジタル相電流デ
ータの採取を電気角度で120度ごとに相を変えて行う
実施例を示している。すなわち、位相期間TxではU相デ
ジタル相電流データはV、W相デジタル相電流データの和
の逆符号値を用いて形成され、位相期間TyではV相デジ
タル相電流データはU、W相デジタル相電流データの和の
逆符号値を用いて形成され、位相期間TzではW相デジタ
ル相電流データはU、V相デジタル相電流データの和の逆
符号値を用いて形成される。
るため検出できない下アーム素子が一つだけオフしてい
る位相期間、および、下アーム素子がオンしているなも
かかわらず下アーム素子のオン期間が短いために高精度
の検出が困難な位相期間において、すべての相電流を高
精度に検出することが可能となる。
施例を示す回路図である。
ある。
路図である。
路図である。
ある。
子のデューティ変化を示すタイミングチャートである。
Claims (6)
- 【請求項1】PWM制御される三相インバータの各相の
下アーム側にて下アーム素子と直列接続される電流検出
抵抗素子の電圧降下に基づいて各相の電流値を検出する
三相インバータの電流検出装置において、 所定相の前記電流値として、前記所定相の前記電流検出
抵抗素子の電圧降下の値からなる第一電流値と、残る二
相の前記電流検出抵抗素子の電圧降下の和の符号を反転
した値である第二電流値とを所定の条件で切り替えて用
いる電流値決定部を有することを特徴とする三相インバ
ータの電流検出装置。 - 【請求項2】前記電流値決定部は、 前記下アーム素子のデューティ比が所定値以上である相
の前記電流値として前記一電流値を採用し、前記下アー
ム素子のデューティ比が所定値未満である相の前記電流
値として前記第二電流値を採用することを特徴とする請
求項1記載の三相インバータの電流検出装置。 - 【請求項3】前記電流値決定部は、 各PWM周期のうち、 すべての前記下アーム素子がターンオンする位相期間T
1が所定時間以上の長さをもつ場合に各相の前記電流値
として前記一電流値を採用し、 すべての前記下アーム素子がターンオンする位相期間T
1が前記所定時間未満の長さをもつ場合に前記下アーム
素子のターンオン時間がもっとも短い相の電流値として
前記第二電流値を採用することを特徴とする請求項2記
載の三相インバータの電流検出装置。 - 【請求項4】前記電流値決定部は、 各PWM周期のうち、 すべての前記下アーム素子がターンオンする位相期間T
1が所定時間以上の長さをもつ場合に各相の電流値とし
て前記位相期間T1にサンプルホールドした前記第一電
流値を採用し、 すべての前記下アーム素子がターンオンする位相期間T
1が前記所定時間未満の長さをもつ場合に前記位相期間
T1がもっとも短い相の電流値として前記位相期間T1に
サンプルホールドした前記第二電流値を採用することを
特徴とする請求項3記載の三相インバータの電流検出装
置。 - 【請求項5】前記電流値決定部は、 各PWM周期のうち、 所定の一相の前記上アーム素子と残る二相の前記下アー
ム素子がターンオンする位相期間T2に前記所定の一相
の前記電流値として前記第二電流値を採用することを特
徴とする請求項1記載の三相インバータの電流検出装
置。 - 【請求項6】前記下アーム素子の前記デューティ比の前
記所定値は30%未満に設定されていることを特徴とす
る請求項1記載の三相インバータの電流検出装置。
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