JP2003274667A - Power module for three-phase inverter and three-phase motor drive system - Google Patents
Power module for three-phase inverter and three-phase motor drive systemInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、三相インバータ用
パワーモジュールおよび三相モータ駆動システムに係
り、特に三相モータの巻線電流を検出する回路に関する
もので、PWM信号による正弦波駆動方式により駆動さ
れる三相モータの巻線電流の総和が一定になるようにベ
クトル制御を行うインテリジェントパワーモジュールに
使用されるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power module for a three-phase inverter and a three-phase motor drive system, and more particularly to a circuit for detecting a winding current of a three-phase motor, which uses a sine wave drive method based on a PWM signal. It is used in an intelligent power module that performs vector control so that the total winding current of a driven three-phase motor becomes constant.
【0002】[0002]
【従来の技術】三相インバータのDCブラシレスモータ
の駆動方式は、省エネおよび静音化の観点から、矩形波
駆動方式から正弦波駆動方式に移行しつつある。このよ
うな正弦波駆動方式では、モータ巻線の駆動電流を正弦
波とするために全期間にわたって通電している。2. Description of the Related Art The drive system of a DC brushless motor of a three-phase inverter is shifting from a rectangular wave drive system to a sine wave drive system from the viewpoint of energy saving and noise reduction. In such a sine wave driving method, the motor winding is energized over the entire period in order to generate a sine wave driving current.
【0003】上記DCブラシレスモータは同期モータで
あるので、ロータの位置を検出して駆動相の切り替えを
行う必要がある。正弦波駆動方式を採用した三相モータ
のロータの位置の検出にセンサー(例えばホール素子)
を用いる方式では、例えば洗濯機用の三相モータに適用
した場合に、トルク変動が大きい時とか高速回転の時に
ロータ位置を推定して正弦波波形を生成している関係で
正弦波が歪む問題があり、これが振動、音の発生を引き
起こしていた。Since the DC brushless motor is a synchronous motor, it is necessary to detect the position of the rotor and switch the drive phase. Sensor (for example, Hall element) to detect the position of the rotor of a three-phase motor that uses a sine wave drive system
In the method using, for example, when applied to a three-phase motor for a washing machine, the sine wave is distorted due to the fact that the rotor position is estimated and the sine wave waveform is generated when the torque fluctuation is large or at high speed rotation. , Which caused vibration and sound.
【0004】正弦波駆動方式を採用した三相モータのロ
ータ位置の検出にセンサーを用いない方式として、巻線
に流れる電流を検出し、巻線電流の総和が一定になるよ
うに(モータのトルクが一定になるように)制御するベ
クトル制御が用いられる。As a method in which no sensor is used to detect the rotor position of a three-phase motor employing the sine wave drive method, the current flowing in the winding is detected so that the total sum of the winding currents becomes constant (motor torque Vector control is used.
【0005】ベクトル制御では、巻線電流をリアルタイ
ムに高精度で検出する必要があり、検出結果を高速演算
回路、例えばDSP(デジタルシグナルプロセッサ)に
より処理して正弦波駆動用PWM信号を生成している。In the vector control, it is necessary to detect the winding current in real time with high accuracy, and the detection result is processed by a high speed arithmetic circuit, for example, a DSP (digital signal processor) to generate a sine wave driving PWM signal. There is.
【0006】三相モータの巻線電流をリアルタイムに高
精度で検出するために、三相フルブリッジ接続されたパ
ワー素子の各アームに流れる電流を検出することで、巻
線電流を検出することができる。In order to detect the winding current of the three-phase motor in real time with high accuracy, the winding current can be detected by detecting the current flowing in each arm of the power element connected in the three-phase full bridge. it can.
【0007】従来は、三相フルブリッジ接続されたパワ
ー素子と三相モータとの間に流れる電流をカレントトラ
ンスにより検出することが多かった。しかし、このカレ
ントトランスは、磁気飽和に伴う補正回路を必要とし、
高価であり、システム価格が上昇するという問題があっ
た。Conventionally, a current transformer often detects a current flowing between a power element connected in a three-phase full bridge and a three-phase motor. However, this current transformer requires a correction circuit associated with magnetic saturation,
There is a problem that it is expensive and the system price rises.
【0008】最近では、三相フルブリッジ接続されたパ
ワー素子の下アームの主電流経路に低抵抗を挿入し、こ
の抵抗(シャント抵抗)の電圧を正弦波駆動用PWM信
号に同期して読み取って巻線電流の情報として使用する
回路が実用化されている。Recently, a low resistance is inserted in the main current path of the lower arm of a three-phase full-bridge connected power element, and the voltage of this resistance (shunt resistance) is read in synchronization with the sine wave driving PWM signal. Circuits used as information on winding current have been put to practical use.
【0009】図6および図7は、それぞれ従来の三相モ
ータ駆動システムを示す。6 and 7 each show a conventional three-phase motor drive system.
【0010】図6の回路は、三相フルブリッジ接続され
たパワー素子41〜46の下アームの主電流経路に共通に低
抵抗のシャント抵抗47を挿入している。図5の回路は、
三相フルブリッジ接続されたパワー素子51〜56の下アー
ムの主電流ラインに個別に低抵抗のシャント抵抗57〜59
を挿入している。In the circuit of FIG. 6, a low-resistance shunt resistor 47 is commonly inserted in the main current paths of the lower arms of the power elements 41 to 46 connected in three-phase full bridge. The circuit of FIG.
Three-phase full-bridge connected power devices 51-56 Individual low resistance shunt resistors 57-59 on the main current line of the lower arm
Have been inserted.
【0011】図6および図7の回路は、接地基準に構成
することができ、シャント抵抗47、57〜59はカレントト
ランスに比べて価格が安く、電流検出回路のコストを低
減できる。しかし、この回路構成は、シャント抵抗47、
57〜59に主電流を流す必要があるので電力損失が大きく
なる。The circuits of FIGS. 6 and 7 can be configured with reference to the ground, the shunt resistors 47, 57 to 59 are cheaper than the current transformer, and the cost of the current detection circuit can be reduced. However, this circuit configuration has a shunt resistor 47,
Since the main current needs to flow in 57 to 59, the power loss becomes large.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
三相インバータ用パワーモジュールにおいて三相フルブ
リッジ接続されたパワー素子の下アームの主電流経路に
挿入したシャント抵抗の電圧を読み取って巻線電流の情
報として使用する回路は、電力損失が大きいという問題
があった。As described above, in the conventional power module for a three-phase inverter, the voltage is read from the shunt resistance inserted in the main current path of the lower arm of the power element connected to the three-phase full bridge, and the winding is read. The circuit used as current information has a problem of large power loss.
【0013】上記電力損失を軽減するために、三相フル
ブリッジ接続されたパワー素子の下アームにセンス端子
付きIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)
を使うことが考えられる。この場合、このセンスIGB
Tに並列接続されるダイオードの回生電流を検出できな
いと、シャント抵抗の電圧から検出した巻線電流は、正
弦波駆動用PWM信号の特定期間のみの電流を検出した
ことになり、カレントトランスにより検出した巻線電流
と比べて情報が不足し、ベクトル制御を行う上で必要十
分な電流情報が欠落することになる。In order to reduce the above power loss, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) with a sense terminal is provided on the lower arm of a power element connected in three-phase full bridge.
Can be used. In this case, this sense IGB
If the regenerative current of the diode connected in parallel with T cannot be detected, the winding current detected from the voltage of the shunt resistor will be the current detected during the specific period of the PWM signal for sine wave drive. Information is insufficient as compared with the winding current, and current information necessary and sufficient for vector control is lost.
【0014】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、三相モータの巻線電流の情報を低い電力損
失、高い精度で検出し得る巻線電流検出回路を備えた三
相インバータ用パワーモジュールを提供することを目的
とする。The present invention has been made to solve the above problems, and is a three-phase inverter having a winding current detection circuit capable of detecting winding current information of a three-phase motor with low power loss and high accuracy. It aims at providing the power module for.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の三相インバータ
用パワーモジュールは、正弦波駆動用のPWM信号によ
り駆動されるパワースイッチ素子からなる三相フルブリ
ッジ回路の上アームを構成する3個のパワーIGBT
と、前記三相フルブリッジ回路の下アームを構成し、そ
れぞれ所定の分流比で電流を分流可能にエミッタが主エ
ミッタとセンスエミッタに2分割された3個のセンス付
きIGBTと、前記上アームを構成するIGBTの各コ
レクタに共通に接続された電源端子と、前記下アームを
構成するセンス付きIGBTの各主エミッタに共通に接
続された接地端子と、前記三相フルブリッジ回路の三相
出力を三相モータの巻線に接続するための3個の出力端
子と、前記上アームを構成するIGBTのコレクタ・エ
ミッタ間に並列に接続され、回生電流を流すための第1
のダイオードと、所定の分流比で電流を分流可能にアノ
ードが2分割され、前記センス付きIGBTのコレクタ
・主エミッタ間に並列に接続された第2のダイオードお
よびコレクタ・センスエミッタ間に並列に接続された第
3のダイオードと、前記下アームを構成するセンス付き
IGBTのセンスエミッタと前記接地端子との間に接続
された電流/電圧変換用のシャント抵抗とを具備するこ
とを特徴とする。A power module for a three-phase inverter according to the present invention comprises three upper phase arms of a three-phase full bridge circuit composed of power switch elements driven by a PWM signal for driving a sine wave. Power IGBT
And a lower arm of the three-phase full bridge circuit, and three sense IGBTs whose emitters are divided into a main emitter and a sense emitter to divide a current at a predetermined shunt ratio, and the upper arm. A power supply terminal commonly connected to each collector of the constituent IGBTs, a ground terminal commonly connected to each main emitter of the sensed IGBT forming the lower arm, and a three-phase output of the three-phase full bridge circuit. Three output terminals for connecting to the windings of the three-phase motor and a first collector for connecting a collector / emitter of the IGBT constituting the upper arm in parallel and supplying a regenerative current.
And a second diode connected in parallel between the collector and the main emitter of the IGBT with a sense, and the anode of which is divided in two so that the current can be shunted at a predetermined shunt ratio. And a shunt resistor for current / voltage conversion, which is connected between the sense emitter of the sensed IGBT forming the lower arm and the ground terminal.
【0016】本発明の三相モータ駆動システムは、正弦
波駆動用のPWM信号により駆動されるパワースイッチ
素子からなる三相フルブリッジ回路の上アームを構成す
る3個のIGBTと、前記三相フルブリッジ回路の下ア
ームを構成し、それぞれ所定の分流比で電流を分流可能
にエミッタが主エミッタとセンスエミッタに2分割され
た3個のセンス付きIGBTと、前記上アームを構成す
るIGBTの各コレクタに共通に接続された電源端子
と、前記下アームを構成するセンス付きIGBTの各主
エミッタに共通に接続された接地端子と、前記三相フル
ブリッジ回路の三相出力を三相モータの巻線に接続する
ための3個の出力端子と、前記上アームを構成するIG
BTのコレクタ・エミッタ間に並列に接続され、回生電
流を流すための第1のダイオードと、所定の分流比で電
流を分流可能にアノードが2分割され、前記センス付き
IGBTのコレクタ・主エミッタ間に並列に接続された
第2のダイオードおよびコレクタ・センスエミッタ間に
並列に接続された第3のダイオードと、前記下アームを
構成するセンス付きIGBTのセンスエミッタと前記接
地端子との間に接続された電流/電圧変換用のシャント
抵抗と、前記シャント抵抗に発生した電圧を増幅する増
幅器と、前記正弦波駆動用のPWM信号のタイミングに
依存して前記シャント抵抗および前記第3のダイオード
に回生電流が流れる期間に、前記第2のダイオードに接
続されているIGBTの主電流を前記増幅器の出力電圧
から検出するために、前記増幅器の出力電圧に対して前
記第3のダイオードと第2のダイオードとの分流比に見
合う補償を行う分流比補償手段と、前記分流比補償手段
により補償された出力電圧に基づいて前記三相モータの
巻線の電流情報を検出し、前記正弦波駆動用のPWM信
号に変換し、前記三相モータをベクトル制御する演算回
路を具備することを特徴とする。The three-phase motor drive system of the present invention comprises three IGBTs forming the upper arm of a three-phase full bridge circuit composed of power switch elements driven by a PWM signal for driving a sine wave, and the three-phase full drive circuit. Three sense IGBTs, each of which constitutes a lower arm of a bridge circuit, has two main emitters and two sense emitters, each of which has a sense and is capable of shunting a current at a predetermined shunt ratio, and each collector of the IGBTs constituting the upper arm. A power supply terminal commonly connected to each other, a ground terminal commonly connected to each main emitter of the IGBT with a sense that constitutes the lower arm, and a three-phase output of the three-phase full bridge circuit to a winding of a three-phase motor. Output terminals for connecting to the IG and the IG that constitutes the upper arm
A first diode, which is connected in parallel between the collector and the emitter of the BT, allows a regenerative current to flow, and the anode is divided into two so that the current can be shunted at a predetermined shunt ratio. A third diode connected in parallel between the second diode and a collector / sense emitter connected in parallel to the second diode, and a third diode connected in parallel between the collector and the sense emitter, and a sense emitter of the IGBT with a sense that constitutes the lower arm, and the ground terminal. A shunt resistor for current / voltage conversion, an amplifier for amplifying the voltage generated in the shunt resistor, and a regenerative current for the shunt resistor and the third diode depending on the timing of the PWM signal for driving the sine wave. To detect the main current of the IGBT connected to the second diode from the output voltage of the amplifier during A shunt ratio compensating means for compensating the output voltage of the amplifier in proportion to the shunt ratio of the third diode and the second diode; and the shunt ratio compensating means based on the output voltage compensated by the shunt ratio compensating means. It is characterized by comprising an arithmetic circuit for detecting current information of windings of the phase motor, converting the information into a PWM signal for driving the sine wave, and performing vector control of the three-phase motor.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0018】<第1の実施形態>図1は、本発明の第1
の実施形態に係る三相インバータ用パワーモジュールお
よびそれを用いた三相モータ駆動システムの一例を示し
ている。<First Embodiment> FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 shows an example of a power module for a three-phase inverter according to the embodiment of the present invention and a three-phase motor drive system using the same.
【0019】図1において、10は三相インバータ用のパ
ワーモジュール、20は三相モータ、21は高速演算回路
(例えばDSP)である。In FIG. 1, 10 is a power module for a three-phase inverter, 20 is a three-phase motor, and 21 is a high-speed arithmetic circuit (eg, DSP).
【0020】パワーモジュール10において、三相フルブ
リッジ接続されたパワースイッチ素子としてそれぞれI
GBT111 〜116 が用いられている。この場合、三相フ
ルブリッジ回路の上アーム(高電位側スイッチ素子)を
構成するIGBT111 〜113のコレクタは電源電圧VDが
印加される電源端子12に接続されている。In the power module 10, the three-phase full-bridge connected power switch elements are respectively I
GBT111-116 are used. In this case, the collectors of the IGBTs 111 to 113 forming the upper arm (high potential side switching element) of the three-phase full bridge circuit are connected to the power supply terminal 12 to which the power supply voltage VD is applied.
【0021】また、三相フルブリッジ回路の下アーム
(低電位側スイッチ素子)を構成するIGBTとしてセ
ンス端子付きのIGBT(センスIGBT)114 〜116
が用いられている。この場合、各センスIGBTの主エ
ミッタに流れる主電流とセンスエミッタに流れるセンス
電流の比(分流比)は例えば1000:1になるように
サイズが設定されている。これは、マルチセル構成のI
GBTの構成セル数を異ならせることにより、容易に実
現可能である。Further, IGBTs with sense terminals (sense IGBTs) 114 to 116 as IGBTs constituting the lower arm (low potential side switch element) of the three-phase full bridge circuit.
Is used. In this case, the size (division ratio) of the main current flowing through the main emitter of each sense IGBT and the sense current flowing through the sense emitter is set to, for example, 1000: 1. This is the I of a multi-cell configuration.
It can be easily realized by changing the number of cells constituting the GBT.
【0022】そして、センスIGBT114 〜116 の主エ
ミッタは接地端子13に接続されており、センスエミッタ
と接地端子13との間に電流/電圧変換用の抵抗値が低い
シャント抵抗14が接続されている。また、三相フルブリ
ッジ回路の上アームと下アームの接続ノードから三相出
力を三相モータ20の巻線に供給するための3個の出力端
子15が接続されている。The main emitters of the sense IGBTs 114 to 116 are connected to the ground terminal 13, and a shunt resistor 14 having a low resistance value for current / voltage conversion is connected between the sense emitter and the ground terminal 13. . Further, three output terminals 15 for supplying a three-phase output to the winding of the three-phase motor 20 are connected from a connection node of the upper arm and the lower arm of the three-phase full bridge circuit.
【0023】さらに、前記上アームを構成するIGBT
111 〜113 のエミッタ・コレクタ間には、回生電流を流
すための第1のダイオードD1のアノード・カソード間が
並列に接続されている。Further, an IGBT constituting the upper arm
Between the emitter and collector of 111 to 113, the anode and cathode of the first diode D1 for flowing the regenerative current are connected in parallel.
【0024】また、下アームを構成するセンスIGBT
114 〜116 の主エミッタとコレクタとの間には回生電流
の大部分を流すための第2のダイオードD2が並列に接続
され、センスエミッタとコレクタとの間には回生電流の
一部を流すための第3のダイオードD3が並列に接続され
ている。The sense IGBT constituting the lower arm
A second diode D2 for flowing most of the regenerative current is connected in parallel between the main emitters and collectors of 114 to 116, and a part of the regenerative current is allowed to flow between the sense emitter and collector. Third diode D3 of is connected in parallel.
【0025】第2のダイオードD2および第3のダイオー
ドD3は所定の比率(例えば10:1)で電流を流すよう
に接合面積の比率が設定されている。本例では、第2の
ダイオードD2および第3のダイオードD3は、それぞれの
構成セル数が異なるマルチセル構成であり、所定の分流
比(例えば10:1)で電流を分流可能にアノードが2
分割されており、カソードが共通である。The second diode D2 and the third diode D3 are set to have a junction area ratio so that a current flows at a predetermined ratio (for example, 10: 1). In the present example, the second diode D2 and the third diode D3 have a multi-cell configuration in which the number of constituent cells is different, and the anode has two anodes that can divert the current at a predetermined diversion ratio (for example, 10: 1).
It is divided and has a common cathode.
【0026】前記シャント抵抗14は抵抗値が低く、電流
が流れることにより発生する電圧降下は微小であるの
で、これを増幅する増幅器(A)16 が各シャント抵抗14に
対応して設けられている。Since the shunt resistor 14 has a low resistance value and a voltage drop caused by the flow of a current is minute, an amplifier (A) 16 for amplifying the shunt resistor 14 is provided corresponding to each shunt resistor 14. .
【0027】出力端子15→センスIGBT→シャント抵
抗14→接地端子13の経路にモータ駆動電流が流れる期間
(駆動電流期間)と、接地端子13→第2のダイオードD2
→出力端子15の経路および接地端子13→シャント抵抗14
→第3のダイオードD3→出力端子15の経路に回生電流が
流れる期間(回生電流期間)はPWM信号のタイミング
に依存し、上記2つの期間ではシャント抵抗14の電圧降
下の極性が逆になる。A period (driving current period) in which the motor drive current flows in the path of the output terminal 15 → sense IGBT → shunt resistor 14 → ground terminal 13, and ground terminal 13 → second diode D2
→ route of output terminal 15 and ground terminal 13 → shunt resistor 14
→ Third diode D3 → The period during which the regenerative current flows through the path of the output terminal 15 (regenerative current period) depends on the timing of the PWM signal, and the polarity of the voltage drop of the shunt resistor 14 is reversed during the above two periods.
【0028】したがって、駆動電流期間にシャント抵抗
14の電圧降下を増幅して検出することにより、駆動電流
の一部を検出することが可能であり、センス電流と主電
流との比から主電流の大きさを求めることが可能にな
る。また、回生電流期間にシャント抵抗14の電圧降下を
増幅して検出することにより、回生電流の一部を検出
し、第3のダイオードD3と第2のダイオードD2の分流比
から回生電流の大きさを求めることが可能になる。Therefore, the shunt resistance is applied during the drive current period.
By amplifying and detecting the voltage drop of 14, it is possible to detect a part of the drive current, and it is possible to determine the magnitude of the main current from the ratio of the sense current and the main current. In addition, a part of the regenerative current is detected by amplifying and detecting the voltage drop of the shunt resistor 14 during the regenerative current period, and the magnitude of the regenerative current is determined from the shunt ratio of the third diode D3 and the second diode D2. It becomes possible to ask.
【0029】この場合、第3のダイオードD3のアノード
は接地端子13との間にシャント抵抗14が接続されている
が、第2のダイオードD2のアノードは接地端子13に直接
に接続されている。In this case, the shunt resistor 14 is connected between the anode of the third diode D3 and the ground terminal 13, while the anode of the second diode D2 is directly connected to the ground terminal 13.
【0030】したがって、第3のダイオードD3は第2の
ダイオードD2と比べて電圧対電流特性が異なる。図2
は、第2のダイオードD2の電圧対電流特性と第3のダイ
オードD3の順方向電圧(VF)対電流(I) 特性の一例を対比
して示している。Therefore, the third diode D3 is different from the second diode D2 in the voltage-current characteristic. Figure 2
Shows a comparison of an example of the voltage-current characteristic of the second diode D2 and the forward voltage (VF) -current (I) characteristic of the third diode D3.
【0031】そこで、本実施形態では、回生電流の一部
から回生電流を求める際に第3のダイオードD3と第2の
ダイオードD2の分流比を補償するものであり、そのため
の分流比補償手段として分流比補償器17が各増幅器16に
対応して設けられている。Therefore, in this embodiment, when the regenerative current is obtained from a part of the regenerative current, the shunt ratio of the third diode D3 and the second diode D2 is compensated, and as a shunt ratio compensating means therefor, A diversion ratio compensator 17 is provided for each amplifier 16.
【0032】この分流比補償器17は、シャント抵抗14の
電圧降下の極性に基づいて判明する回生電流期間(回生
電流が流れる期間)に、増幅器16からの入力電圧に対し
て予め判明している補正特性にしたがって補正を行うよ
うに構成されている。This shunt ratio compensator 17 is known in advance for the input voltage from the amplifier 16 during the regenerative current period (the period during which the regenerative current flows) which is determined based on the polarity of the voltage drop of the shunt resistor 14. The correction is performed according to the correction characteristic.
【0033】なお、第2のダイオードD2に対する第3の
ダイオードD3の分流比が小さ過ぎると、電圧対電流特性
の違いが大きくなり過ぎ、補償が困難になるので、本例
では、第2のダイオードD2に対する第3のダイオードD3
の分流比(例えば1/10)は、センス付きIGBTの
コレクタ・主エミッタ間に対するコレクタ・センスエミ
ッタ間の分流比(例えば1/1000)よりも大きく設
定されている。If the shunt ratio of the third diode D3 to the second diode D2 is too small, the difference in the voltage-current characteristics becomes too large and compensation becomes difficult. Therefore, in this example, the second diode D3 is used. Third diode D3 for D2
Is set to be larger than the shunt ratio (for example, 1/1000) between the collector and the sense emitter with respect to the collector-main emitter of the IGBT with sense.
【0034】前記高速演算回路(例えばDSP)21は、
前記分流比補償器17の出力を受け、巻線に流れる電流を
高精度で検出するように信号処理し、三相モータ20の特
性も考慮した上で巻線電流の総和が一定になるようにベ
クトル制御するための正弦波駆動用PWM信号を例えば
50μsの周期で生成する。この正弦波駆動用PWM信
号は駆動回路18を介して三相フルブリッジ回路の各アー
ムを構成する6個のIGBT111 〜116 に供給される。The high-speed arithmetic circuit (eg DSP) 21 is
Receives the output of the shunt ratio compensator 17, performs signal processing so as to detect the current flowing through the winding with high accuracy, and considers the characteristics of the three-phase motor 20 so that the total winding current becomes constant. A sine wave driving PWM signal for vector control is generated in a cycle of, for example, 50 μs. This sine wave driving PWM signal is supplied via a drive circuit 18 to the six IGBTs 111 to 116 constituting each arm of the three-phase full bridge circuit.
【0035】図3は、図1の三相モータ駆動システムの
動作を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of the three-phase motor drive system shown in FIG.
【0036】パワーモジュールを正弦波駆動するための
PWM信号の波形に対して、駆動電流期間におけるシャ
ント抵抗14の電圧降下の波形は同相、回生電流期間にお
けるシャント抵抗14の電圧降下の波形は逆相になる。シ
ャント抵抗14の両端間の電圧波形は、上記2つの波形が
合成されたものである。The waveform of the voltage drop of the shunt resistor 14 in the drive current period is in phase with the waveform of the PWM signal for driving the power module in the sine wave, and the waveform of the voltage drop of the shunt resistor 14 in the regenerative current period is in the opposite phase. become. The voltage waveform across the shunt resistor 14 is a combination of the above two waveforms.
【0037】上記した三相インバータ用パワーモジュー
ルおよびそれを用いた三相モータ駆動システムは、ダイ
オードに流れる回生電流を分流させるようにし、アノー
ドが分割されたダイオードD2、D3、電流電圧変換用のシ
ャント抵抗14、微小電圧増幅用の増幅器16、分流比補償
用の分流比補償器17を用いている。これにより、シャン
ト抵抗14による電力損失を小さくし、ダイオードD2、D3
の回生電流も低損失で検出することができ、直流カレン
トトランス方式を用いた巻線電流検出と同量の電流情報
を安価に低損失で得ることができる。The above-described power module for a three-phase inverter and the three-phase motor drive system using the power module divide the regenerative current flowing through the diodes and divide the anode into diodes D2 and D3, and a shunt for current-voltage conversion. A resistor 14, an amplifier 16 for amplifying a minute voltage, and a shunt ratio compensator 17 for compensating the shunt ratio are used. This reduces the power loss due to the shunt resistor 14 and reduces the diode D2, D3
The regenerative current can also be detected with low loss, and the same amount of current information as in the winding current detection using the DC current transformer method can be obtained at low cost with low loss.
【0038】なお、前記シャント抵抗14に発生した電圧
から三相フルブリッジ回路の過電流時を検出し、過電流
保護を行うように実施することも可能である。It is also possible to detect the overcurrent of the three-phase full bridge circuit from the voltage generated in the shunt resistor 14 and perform the overcurrent protection.
【0039】図4は、本発明の第2の実施形態に係る三
相インバータ用パワーモジュールおよびそれを用いた三
相モータ駆動システムの一例を示している。FIG. 4 shows an example of a power module for a three-phase inverter according to a second embodiment of the present invention and a three-phase motor drive system using the same.
【0040】第2の実施形態は、第1の実施形態と比べ
て、分流比補償器(図1中の17)を省略し、その機能を
高速演算回路(例えばDSP)21aに持たせた、つま
り、高速演算回路21aに分流比補償処理をソフトウェア
的に行う分流比補償手段を持たせた点が異なり、その他
は同じであるので、図4において図1中と同一部分には
同一符号を付してその説明は省略する。In the second embodiment, as compared with the first embodiment, the shunt ratio compensator (17 in FIG. 1) is omitted and the high-speed arithmetic circuit (eg, DSP) 21a has the function thereof. That is, the high-speed arithmetic circuit 21a is different in that it has a shunt ratio compensating means for performing the shunt ratio compensating process by software, and the other parts are the same. Therefore, in FIG. 4, the same parts as those in FIG. The description thereof will be omitted.
【0041】図5は、図4中の高速演算回路21aにおけ
る分流比補償手段により分流比補償処理をソフトウェア
的に行う場合の一例を簡単に示すフローチャートであ
る。FIG. 5 is a flow chart briefly showing an example in which the shunt ratio compensating process is performed by software by the shunt ratio compensating means in the high speed operation circuit 21a in FIG.
【0042】処理を開始(スタート)すると、まず、回
生電流期間判定ステップにおいて、PWM信号がオフ周
期(回生電流期間)であるか否かを判定し、判定結果が
YES(回生電流期間)の場合には増幅器16の出力データ
を読み込んでシャント抵抗14の電圧降下を検出する。そ
して、分流比補償の演算処理を行い、その結果をベクト
ル制御用のPWM信号を生成するための演算処理データ
として供給する。When the process is started (start), first, in the regenerative current period determination step, it is determined whether or not the PWM signal is in the off cycle (regenerative current period), and the determination result is
In the case of YES (regenerative current period), the output data of the amplifier 16 is read to detect the voltage drop of the shunt resistor 14. Then, the calculation processing of the shunt ratio compensation is performed, and the result is supplied as calculation processing data for generating a PWM signal for vector control.
【0043】そして、システムが運転中であるか否かを
判定し、判定結果がYES(運転中)の場合には回生電流
期間判定ステップに戻る。なお、回生電流期間判定ステ
ップにおいて、判定結果がNO(駆動電流期間)の場合に
は再び回生電流期間判定処理に戻る。また、システムが
運転中であるか否かの判定結果がNO(非運転中)の場合
には処理を終了(エンド)する。Then, it is determined whether or not the system is in operation, and if the determination result is YES (in operation), the process returns to the regenerative current period determination step. In the regenerative current period determination step, if the determination result is NO (driving current period), the process returns to the regenerative current period determination process again. If the result of the determination as to whether the system is operating is NO (not operating), the process ends (end).
【0044】この第2の実施の形態においても、第1の
実施の形態と同様の効果を得ることができる。Also in the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
【0045】[0045]
【発明の効果】上述したように本発明によれば、三相モ
ータの巻線電流の情報を低い電力損失、高い精度で検出
し得る巻線電流検出回路を備えた三相インバータ用パワ
ーモジュールおよびそれを用いた三相モータ駆動システ
ムを実現することができる。As described above, according to the present invention, a power module for a three-phase inverter equipped with a winding current detection circuit capable of detecting winding current information of a three-phase motor with low power loss and high accuracy, and A three-phase motor drive system using it can be realized.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る三相インバータ
用パワーモジュールおよびそれを用いた三相モータ駆動
システムの一例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a power module for a three-phase inverter according to a first embodiment of the present invention and a three-phase motor drive system using the same.
【図2】第2のダイオードD2の電圧対電流特性と第3の
ダイオードD3の電圧対電流特性を対比して示す特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the voltage-current characteristics of a second diode D2 and the voltage-current characteristics of a third diode D3 in comparison.
【図3】図1の三相モータ駆動システムの動作を示す波
形図。3 is a waveform diagram showing the operation of the three-phase motor drive system of FIG.
【図4】本発明の第2の実施形態に係る三相インバータ
用パワーモジュールおよびそれを用いた三相モータ駆動
システムの一例を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a power module for a three-phase inverter according to a second embodiment of the present invention and a three-phase motor drive system using the same.
【図5】図4中の高速演算回路において分流比補償処理
をソフトウェア的に行う場合の一例を簡単に示すフロー
チャート。5 is a flow chart briefly showing an example of a case where the shunt ratio compensation process is performed by software in the high-speed arithmetic circuit in FIG.
【図6】従来の三相モータ駆動システムの一例を示す構
成説明図。FIG. 6 is a structural explanatory view showing an example of a conventional three-phase motor drive system.
【図7】従来の三相モータ駆動システムの他の例を示す
構成説明図。FIG. 7 is a structural explanatory view showing another example of a conventional three-phase motor drive system.
10…三相インバータ用のパワーモジュール、 20…三相モータ、 21、21a…高速演算回路(例えばDSP)、 111 〜113 …IGBT(上アーム)、 114 〜116 …センスIGBT(下アーム)、 12…電源端子、 13…接地端子、 14…シャント抵抗、 15…出力端子、 D1…第1のダイオード、 D2…第2のダイオード、 D3…第3のダイオード、 16…増幅器、 17…分流比補償器、 18…駆動回路。 10 ... Power module for three-phase inverter, 20 ... three-phase motor, 21, 21a ... High-speed arithmetic circuit (eg, DSP), 111-113 ... IGBT (upper arm), 114-116 ... Sense IGBT (lower arm), 12 ... power supply terminal, 13 ... ground terminal, 14 ... shunt resistance, 15 ... Output terminal, D1 ... the first diode, D2 ... second diode, D3 ... third diode, 16 ... amplifier, 17 ... Shunt ratio compensator, 18 ... Drive circuit.
フロントページの続き Fターム(参考) 5H007 AA06 AA12 AA17 BB06 CA01 CB05 CC23 DA05 DB12 DC02 EA02 FA20 5H576 BB04 DD02 EE01 EE11 GG04 HA04 HB01 JJ03 KK06 LL14 LL22 5H740 AA08 BA11 BA15 BB05 BB09 BB10 BC06 JA28 MM03 MM11Continued front page F-term (reference) 5H007 AA06 AA12 AA17 BB06 CA01 CB05 CC23 DA05 DB12 DC02 EA02 FA20 5H576 BB04 DD02 EE01 EE11 GG04 HA04 HB01 JJ03 KK06 LL14 LL22 5H740 AA08 BA11 BA15 BB05 BB09 BB10 BC06 JA28 MM03 MM11
Claims (6)
れるパワースイッチ素子からなる三相フルブリッジ回路
の上アームを構成する3個のIGBTと、 前記三相フルブリッジ回路の下アームを構成し、それぞ
れ所定の分流比で電流を分流可能にエミッタが主エミッ
タとセンスエミッタに2分割された3個のセンス付きI
GBTと、 前記上アームを構成するIGBTの各コレクタに共通に
接続された電源端子と、 前記下アームを構成するセンス付きIGBTの各主エミ
ッタに共通に接続された接地端子と、 前記三相フルブリッジ回路の三相出力を三相モータの巻
線に接続するための3個の出力端子と、 前記上アームを構成するIGBTのコレクタ・エミッタ
間に並列に接続され、回生電流を流すための第1のダイ
オードと、 前記センス付きIGBTのコレクタ・主エミッタ間に並
列に接続された第2のダイオードと、 前記第2のダイオードに対して所定の分流比を有し、前
記センス付きIGBTのコレクタ・センスエミッタ間に
並列に接続された第3のダイオードと、 前記下アームを構成するセンス付きIGBTのセンスエ
ミッタと前記接地端子との間に接続された電流/電圧変
換用のシャント抵抗とを具備することを特徴とする三相
インバータ用パワーモジュール。1. Three IGBTs constituting an upper arm of a three-phase full bridge circuit composed of power switch elements driven by a PWM signal for driving a sine wave, and a lower arm of the three-phase full bridge circuit are constituted. , I with three senses, each of which is divided into a main emitter and a sense emitter so that the current can be shunted at a predetermined shunt ratio
A power supply terminal commonly connected to each collector of the IGBT constituting the upper arm, a ground terminal commonly connected to each main emitter of the sensed IGBT constituting the lower arm, and the three-phase full The three output terminals for connecting the three-phase output of the bridge circuit to the windings of the three-phase motor and the collector-emitter of the IGBT constituting the upper arm are connected in parallel, and the first terminal for flowing the regenerative current. 1 diode, a second diode connected in parallel between the collector and the main emitter of the sensed IGBT, a collector of the sensed IGBT having a predetermined shunt ratio to the second diode, A third diode connected in parallel between the sense emitters and a sense emitter of the sense IGBT forming the lower arm and the ground terminal. A power module for a three-phase inverter, comprising a continuous shunt resistor for current / voltage conversion.
する増幅器と、 前記シャント抵抗および前記第3のダイオードに回生電
流が流れる期間に、前記第2のダイオードに接続されて
いるIGBTに流れる主電流を検出するために、前記増
幅器からの入力電圧に対して前記第3のダイオードと第
2のダイオードとの分流比に見合う補償を行う分流比補
償手段をさらに具備することを特徴とする請求項1記載
の三相インバータ用パワーモジュール。2. An amplifier for amplifying a voltage generated in the shunt resistor, and a main current flowing in an IGBT connected to the second diode during a period in which a regenerative current flows in the shunt resistor and the third diode. 2. A shunt ratio compensating means for compensating an input voltage from the amplifier in proportion to a shunt ratio of the third diode and the second diode to detect the voltage. The power module for the three-phase inverter described.
抗の電圧降下の極性に基づいて判明する回生電流期間に
入力電圧に対する補正を行うことを特徴とする請求項3
記載の三相インバータ用パワーモジュール。3. The shunt ratio compensating means corrects the input voltage during a regenerative current period which is determined based on the polarity of the voltage drop of the shunt resistor.
The power module for the three-phase inverter described.
オードは、それぞれの構成セル数が異なるマルチセル構
成であり、所定の分流比で電流を分流可能にアノードが
2分割されていることを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれか1項に記載の三相インバータ用パワーモジュー
ル。4. The second diode and the third diode have a multi-cell structure in which the number of constituent cells is different, and the anode is divided into two so as to be able to divert the current at a predetermined diversion ratio. The power module for a three-phase inverter according to any one of claims 1 to 3.
イオードの分流比は、前記センス付きIGBTのコレク
タ・主エミッタ間に対するコレクタ・センスエミッタ間
の分流比と比べて大きいことを特徴とする請求項1乃至
4のいずれか1項に記載の三相インバータ用パワーモジ
ュール。5. The shunt ratio of the third diode to the second diode is larger than the shunt ratio of the collector-sense emitter to the collector-main emitter of the sense IGBT. The power module for a three-phase inverter according to any one of 1 to 4.
モジュールと、 前記分流比補償手段により補償された出力電圧に基づい
て前記三相モータの巻線の電流情報を検出し、前記正弦
波駆動用のPWM信号に変換し、前記三相モータをベク
トル制御する演算回路をさらに具備することを特徴とす
る三相モータ駆動システム。6. The three-phase inverter power module according to claim 2, wherein current information of the winding of the three-phase motor is detected based on the output voltage compensated by the shunt ratio compensating means, and the sine wave drive is performed. A three-phase motor drive system, further comprising an arithmetic circuit for converting the PWM signal for use in a vehicle to a vector and controlling the three-phase motor.
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