JP2005210866A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置に係り、特に車両用交流電動機に用いるに好適なモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device suitable for use in a vehicle AC motor.
従来の交流電動機の力行時駆動制御方法としては、例えば、特開2001−45789号公報に記載されているように、回転数に応じて矩形波駆動信号を切り替えるものが知られている。そして、矩形波駆動信号の通電幅は、予め記憶された回転数とモータ効率の情報をもとに切り替えている。 As a conventional power running drive control method for an AC motor, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-45789, a method of switching a rectangular wave drive signal in accordance with the rotational speed is known. The energization width of the rectangular wave drive signal is switched based on information on the rotational speed and motor efficiency stored in advance.
力行駆動時、最大トルクを得るためには電機子コイルの各相誘起電圧の位相に対して、各相スイッチング素子の印加電圧指令の位相を進める必要がある。この進み角は回転速度と励磁コイルに発生する鎖交磁束により変化する。そこで、特開2001−45789号公報に記載された力行駆動方式では、予め記憶された回転数とモータ効率の情報をもとに回転数に応じて通電幅を切り替えているため、マイコンが必要となるため、コストが高くなるという問題があった。 In order to obtain the maximum torque during powering driving, it is necessary to advance the phase of the applied voltage command of each phase switching element with respect to the phase of each phase induced voltage of the armature coil. This advance angle varies depending on the rotational speed and the interlinkage magnetic flux generated in the exciting coil. Therefore, in the power running drive system described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-45789, a microcomputer is required because the energization width is switched according to the rotational speed based on the information on the rotational speed and motor efficiency stored in advance. Therefore, there is a problem that the cost becomes high.
最近、オルタネータ(発電機)を電動機として用いて、アイドルストップ後のエンジン再始動を行う方式が検討されている。このとき、エンジンは暖気状態となっているため、冷間始動に比べて複雑な制御が不要であるため、マイコン等による複雑な制御が不要である。かかる点からも、マイコンを用いるとコストが高くなる。 Recently, a method of restarting an engine after an idle stop using an alternator (generator) as an electric motor has been studied. At this time, since the engine is in a warm-up state, complicated control is not necessary as compared with cold start, and thus complicated control by a microcomputer or the like is not necessary. From this point of view, the use of a microcomputer increases the cost.
また、従来は、オルタネータによる発電電流の整流は、ダイオード整流を行うため、効率が悪いという問題があった。 Conventionally, the rectification of the generated current by the alternator has a problem that the efficiency is low because the diode rectification is performed.
本発明の目的は、マイコンを用いることなく力行制御を行うとともに、整流効率の高いモータ制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a motor control device that performs power running control without using a microcomputer and has high rectification efficiency.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、力行又は整流モード指令を受けて上アーム力行駆動信号又は上アーム整流駆動信号を選択し、上アームスイッチング素子の制御端子へ上アーム力行駆動信号又は上アーム整流駆動信号を出力する上アーム駆動手段と、力行又は整流モード指令を受けて下アーム力行駆動信号又は下アーム整流駆動信号を選択し、下アームスイッチング素子の制御端子へ下アーム力行駆動信号又は下アーム整流駆動信号を出力する下アーム駆動手段と、交流電動機の磁極位置検出信号を入力し、その位相を交流電動機の回転数に応じて進め、上アーム力行駆動信号と下アーム力行駆動信号に分配し、上アーム力行駆動信号を前記上アーム駆動手段へ出力し、下アーム力行駆動信号を前記下アーム駆動手段へ出力する位相補正・駆動信号分配手段と、主電源用高電位端子電位と出力端子電位の大小を比較して、出力端子電位が大きいときに上アーム整流駆動信号を前記上アーム駆動手段へ出力する上アーム整流検出手段と、出力端子電位と主電源用低電位端子電位との大小を比較して出力端子電位が小さいときに下アーム整流駆動信号を前記下アーム駆動手段へ出力する下アーム整流検出手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、マイコンを用いることなく力行制御を行うとともに、整流効率を向上し得るものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention selects the upper arm power running drive signal or the upper arm commutation drive signal in response to the power running or commutation mode command, and drives the upper arm power running to the control terminal of the upper arm switching element. An upper arm driving means for outputting a signal or an upper arm rectification drive signal, and selecting a lower arm powering drive signal or a lower arm rectification drive signal in response to a power running or rectification mode command, and lower arm power running to a control terminal of the lower arm switching element Lower arm drive means that outputs drive signal or lower arm rectification drive signal and magnetic pole position detection signal of AC motor are input, and its phase is advanced according to the number of rotations of AC motor, and upper arm power running drive signal and lower arm power running Distribute to drive signals, output upper arm powering drive signal to the upper arm driving means, and output lower arm powering drive signal to the lower arm driving means. The upper arm that compares the phase correction / drive signal distribution means with the high potential terminal potential for the main power supply and the output terminal potential and outputs the upper arm rectification drive signal to the upper arm drive means when the output terminal potential is large Rectification detection means, lower arm rectification detection means for comparing the magnitude of the output terminal potential and the low potential terminal potential for main power supply and outputting a lower arm rectification drive signal to the lower arm drive means when the output terminal potential is small; Is provided.
With this configuration, power running control can be performed without using a microcomputer, and rectification efficiency can be improved.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記位相補正・駆動信号分配手段は、交流電動機の磁極位置検出信号を入力し交流電動機の回転周波数を直流電圧に変換する周波数−電圧変換回路と、この周波数−電圧変換回路の出力電圧に応じて電流値が変化する定電流源と、この定電流源から供給される定電流により三角波を発生させる三角波発生手段と、この三角波発生手段に前記定電流源の電流を吐き出すための容量充電用スイッチと、前記三角波発生手段から前記定電流源の電流を吸い込むための容量放電用スイッチと、前記三角波発生手段が出力する三角波と基準電圧と比較し、電圧パルスを発生させる電圧比較器と、この電圧パルスを主電源用低電位端子の電位を基準とする上アーム力行駆動信号及び主電源用低電位端子の電位を基準とし該下アーム駆動手段へ出力するための下アーム力行駆動信号に分配する駆動信号分配回路と、この上アーム力行駆動信号の基準電位を主電源用低電位端子の電位から出力端子の電位へ変換し、前記上アーム駆動手段へ出力するレベルシフトアップ回路とからなるものである。 (2) In the above (1), preferably, the phase correction / drive signal distribution means inputs a magnetic pole position detection signal of an AC motor and converts a rotation frequency of the AC motor into a DC voltage; A constant current source whose current value changes according to the output voltage of the frequency-voltage conversion circuit, a triangular wave generating means for generating a triangular wave by a constant current supplied from the constant current source, and the constant current to the triangular wave generating means A capacitor charging switch for discharging the current of the source, a capacitor discharging switch for sucking the current of the constant current source from the triangular wave generating means, a triangular wave output from the triangular wave generating means and a reference voltage, and a voltage A voltage comparator for generating a pulse, and an upper arm powering drive signal based on the potential of the main power supply low potential terminal and the potential of the main power supply low potential terminal. A drive signal distribution circuit that distributes to the lower arm powering drive signal for output to the lower arm drive means, and converts the reference potential of the upper arm powering drive signal from the potential of the low potential terminal for the main power source to the potential of the output terminal And a level shift up circuit for outputting to the upper arm driving means.
(3)上記(1)において、好ましくは、前記上アーム整流検出手段は、主電源用高電位端子電位と出力端子電位を入力し出力端子電位が大きいときに出力端子に対して負電圧を出力し、出力端子電位が小さいときに出力端子に対して正電圧を出力する負電圧検出手段と、この負電圧検出手段の出力が負電圧のときに電圧レベルを増幅する増幅手段とからなり、前記下アーム整流検出手段は、出力端子電位と主電源用低電位端子電位を入力し出力端子電位が小さいときに主電源用低電位端子に対して負電圧を出力し、出力端子電位が大きいときに出力端子に対して正電圧を出力する負電圧検出手段と、負電圧検出手段の出力が負電圧のときに電圧レベルを増幅する増幅手段とからなるものである。 (3) In the above (1), preferably, the upper arm rectification detecting means inputs a high potential terminal potential for main power supply and an output terminal potential, and outputs a negative voltage to the output terminal when the output terminal potential is large. The negative voltage detection means for outputting a positive voltage to the output terminal when the output terminal potential is small, and the amplification means for amplifying the voltage level when the output of the negative voltage detection means is a negative voltage, The lower arm rectification detection means inputs the output terminal potential and the main power supply low potential terminal potential, outputs a negative voltage to the main power supply low potential terminal when the output terminal potential is small, and when the output terminal potential is large It comprises negative voltage detection means for outputting a positive voltage to the output terminal, and amplification means for amplifying the voltage level when the output of the negative voltage detection means is negative voltage.
(4)上記(1)において、好ましくは、さらに、ドレインが主電源用高電位端子に接続され、ソースが出力端子に接続された上アームスイッチング素子と、ドレインが出力端子に接続され、ソースが主電源用低電位端子に接続された下アームスイッチング素子とを備えるようにしたものである。 (4) In the above (1), preferably, an upper arm switching element in which the drain is connected to the high potential terminal for main power supply, the source is connected to the output terminal, the drain is connected to the output terminal, and the source is And a lower arm switching element connected to the low potential terminal for the main power source.
本発明によれば、マイコンを用いることなく力行制御を行うとともに、整流効率を向上することができる。 According to the present invention, power running control can be performed without using a microcomputer, and rectification efficiency can be improved.
以下、図1〜図12を用いて、本発明の一実施形態によるモータ制御装置の構成について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ制御システムの構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ制御システムの構成を示すブロック図である。
Hereinafter, the configuration of a motor control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the configuration of a motor control system using the motor control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor control system using a motor control device according to an embodiment of the present invention.
本実施形態によるモータ制御装置3は、パワーモジュール10と、パワーモジュール制御回路12Aとを備えている。バッテリー5の直流電圧は、パワーモジュール10によって交流電圧に変換され、交流電動機9のステータの電機子コイル16に供給される。U相,V相,W相の磁極位置は、それぞれ、U相磁極位置検出手段13U,V相磁極位置検出手段13V,W相磁極位置検出手段13Wによって検出される。交流電動機9のロータの励磁コイル14に流す励磁電流は、励磁電流制御回路15によって制御される。励磁電流制御回路15は、外部コントローラ(上位制御装置)によって制御される。また、外部コントローラ(上位制御装置)からは、パワーモジュール制御回路12Aに、力行モード又は発電モードに切り替えるためのモード切替信号が供給される。
The motor control device 3 according to the present embodiment includes a
パワーモジュール10において、UPはU相上アームMOSFET、DUPはUPの寄生ダイオード、VPはV相上アームMOSFET、DVPはVPの寄生ダイオード、WPはW相上アームMOSFET、DWPはWPの寄生ダイオードである。各MOSFETのドレインはバッテリー5の正極に共通に接続されている。また、UNはU相下アームMOSFET、DUNはUNの寄生ダイオード、VNはV相下アームMOSFET、DVNはVNの寄生ダイオード、WNはW相下アームMOSFET、DWNはWNの寄生ダイオードである。MOSFETのソースはバッテリーの負極に共通に接続され、接地されている。U相上アームMOSFET(UP)のソースとU相下アームMOSFET(UN)のドレインは共通に接続され、交流電動機2のU端子にも接続されている。V相上アームMOSFET(VP)のソースとV相下アームMOSFET(VN)のドレインは共通に接続され、交流電動機2のV端子にも接続されている。W相上アームMOSFET(WP)のソースとW相下アームMOSFET(WN)のドレインは共通に接続され、交流電動機2のW端子にも接続されている。
パワーモジュール制御回路12Aにおいて、U相上アーム駆動信号切替回路30aは、モード切替信号18により、力行時駆動信号34a又は整流時駆動信号33aを切り替えて、U相上アームMOSFET(UP)のゲートに供給する。U相下アーム駆動信号切替回路30bは、モード切替信号18により力行時駆動信号34b又は整流時駆動信号33bを切り替えて、U相下アームMOSFET(UN)のゲートに供給する。
In the
In the power
U相上アーム整流検知・駆動回路31aは、バッテリーの正極電圧VBとU端子の電圧VUの大小関係を比較し、VU>VBのとき正の電圧パルスを発生する。U相下アーム整流検知・駆動回路31bは、U端子の電圧VUとバッテリーの負極電圧VG(0V)の大小関係を比較し、VU<VGのとき正の電圧パルスを発生する。
The U-phase upper arm rectification detection /
U相進角・駆動信号分配回路32は、力行時、U相磁極位置検出手段13Uの出力電圧パルス信号huの位相に対して進んだ位相の電圧パルスを発生する。尚、U相進角・駆動信号分配回路32の進角動作方法については、図2を用いて後述するが、電機子コイル16の回転数に応じてW相磁極位置検出手段13Wの出力電圧パルス信号hwの位相を遅らせることにより、見かけ上、出力電圧パルス信号huの位相に対して進んだ位相の電圧パルスを発生させている。
The U-phase advance / drive
V相上アーム駆動信号切替回路40aは、モード切替信号18により、力行時駆動信号44a又は整流時駆動信号43aを切り替えて、V相上アームMOSFET(VP)のゲートに供給する。V相下アーム駆動信号切替回路40bは、モード切替信号18により力行時駆動信号44b又は整流時駆動信号43bを切り替えて、V相下アームMOSFET(VN)のゲートに供給する。
The V-phase upper arm drive signal switching circuit 40a switches the power running drive signal 44a or the rectified drive signal 43a by the
V相上アーム整流検知・駆動回路41aは、バッテリーの正極電圧VBとV端子の電圧VVの大小関係を比較し、VV>VBのとき正の電圧パルスを発生する。V相下アーム整流検知・駆動回路41bは、V端子の電圧VVとバッテリーの負極電圧VG(0V)の大小関係を比較し、VV<VGのとき正の電圧パルスを発生する。 The V-phase upper arm rectification detection / drive circuit 41a compares the magnitude relationship between the positive electrode voltage VB of the battery and the voltage VV of the V terminal, and generates a positive voltage pulse when VV> VB. The V-phase lower arm rectification detection / drive circuit 41b compares the magnitude of the voltage VV at the V terminal and the negative voltage VG (0V) of the battery, and generates a positive voltage pulse when VV <VG.
V相進角・駆動信号分配回路42は、力行時、V相磁極位置検出手段13Vの出力電圧パルスhvの位相に対して進んだ位相の電圧パルスを発生する。
The V-phase advance / drive
W相上アーム駆動信号切替回路50aは、モード切替信号18により、力行時駆動信号54a又は整流時駆動信号53aを切り替えて、W相上アームMOSFET(WP)のゲートに供給する。W相下アーム駆動信号切替回路50bは、モード切替信号18により力行時駆動信号54b又は整流時駆動信号53bを切り替えて、W相下アームMOSFET(WN)のゲートに供給する。
The W-phase upper arm drive
W相上アーム整流検知・駆動回路51aは、バッテリーの正極電圧VBとW端子の電圧VWの大小関係を比較し、VW>VBのとき正の電圧パルスを発生する。W相下アーム整流検知・駆動回路51bは、W端子の電圧VWとバッテリーの負極電圧VG(0V)の大小関係を比較し、VW<VGのとき正の電圧パルスを発生する。 The W-phase upper arm rectification detection / drive circuit 51a compares the magnitude relationship between the positive electrode voltage VB of the battery and the voltage VW of the W terminal, and generates a positive voltage pulse when VW> VB. The W-phase lower arm rectification detection / drive circuit 51b compares the magnitude of the voltage VW at the W terminal and the negative voltage VG (0 V) of the battery, and generates a positive voltage pulse when VW <VG.
W相進角・駆動信号分配回路52は、力行時、W相磁極位置検出手段13Wの出力電圧パルス信号hwの位相に対して進んだ位相の電圧パルスを発生する。
次に、本実施形態の回路動作について説明する。なお、本実施形態の場合、U相,V相,W相の各動作は同じであるので、U相動作のみ説明する。本実施形態の制御装置の機能は、交流発動機兼交流発電機2の力行駆動制御と整流駆動制御の2種類ある。
The W-phase advance / drive
Next, the circuit operation of this embodiment will be described. In the present embodiment, the operations of the U phase, the V phase, and the W phase are the same, so only the U phase operation will be described. There are two types of functions of the control device of the present embodiment: power running drive control and rectification drive control of the AC generator /
最初に、力行駆動制御動作について説明する。外部コントローラから力行制御動作開始の信号(モード切替信号18)がU相上アーム駆動信号切替回路30aに入ると、U相上アーム駆動信号切替回路30aは力行時駆動信号34aを選択し、U相上アームMOSFET(UP)のゲートに力行時駆動信号34aと同一信号を出力する。尚、力行時駆動信号34aのLowレベルはU端子と同電位で、HighレベルはU相上アームMOSFET(UP)のしきい値以上の電位である。同様に、力行制御動作開始の信号(モード切替信号18)がU相下アーム駆動信号切替回路30bに入ると、U相下アーム駆動信号切替回路30bは力行時駆動信号34bを選択し、U相下アームMOSFET(UN)のゲートに力行時駆動信号34bと同一信号を出力する。尚、力行時駆動信号34bのLowレベルはバッテリーの負極電圧VG(0V)と同電位で、HighレベルはU相下アームMOSFET(UN)のしきい値以上の電位である。U相上アームMOSFET(UP)とU相下アームMOSFET(UN)は同時にオンしないように、力行時駆動信号34aがHighレベルのとき力行時駆動信号34bはLowレベルとなり、逆に力行時駆動信号34aがLowレベルのとき力行時駆動信号34bはHighレベルとなる。尚、U相上アームMOSFET(UP)とU相下アームMOSFET(UN)の入力容量Cissとゲート抵抗Rgに応じて、時定数(CissとRgの積)以上のデットタイム(力行時駆動信号34aと力行時駆動信号34bが同時Lowレベルの期間)を力行時駆動信号34a,34bに設定する。
First, the power running drive control operation will be described. When a signal (mode switching signal 18) for starting the power running control operation from the external controller enters the U-phase upper arm drive
力行時駆動信号34a,34bにより、U相上アームMOSFET(UP)とU相下アームMOSFET(UN)がスイッチングを開始し、電機子コイル16に電流が流れロータが回転し始める。同時に各相磁極位置検出手段13U,13V,13Wが磁極位置を検知し、それぞれ電圧パルス信号hu,hv,hwを出力する。各信号の位相関係はロータの磁極数及び磁極位置検出手段の機械角により異なるが、本実施形態では、電圧パルス信号hu,hv,hwのHighレベル及びLowレベルは電気角で180度毎に反転している。電圧パルス信号hwはU相進角・駆動信号分配回路32に入力され、電機子コイル3の回転数に応じて電圧パルス信号hwの位相を遅らせることにより、見かけ上、電圧パルス信号huの位相に対して進んだ位相の電圧パルスを発生させ、上アーム用力行時駆動信号34aと下アーム用力行時駆動信号34bに電圧パルスを分配する。尚、この進角・駆動信号分配回路32の詳細構成については、図2を用いて後述する。以上がU相の力行時駆動制御動作であり、V相及びW相の場合も同様の動作である。
次に、整流駆動制御動作について説明する。モード切替信号18がU相上アーム駆動信号切替回路30aに入ると、U相上アーム駆動信号切替回路30aは整流時駆動信号33aを選択し、U相上アームMOSFET(UP)のゲートに整流時駆動信号33aと同一信号を出力する。尚、整流時駆動信号33aのLowレベルはU端子と同電位で、HighレベルはU相上アームMOSFET(UP)のしきい値以上の電位である。同様に整流制御動作開始の信号(モード切替信号18)がU相下アーム駆動信号切替回路30bに入ると、U相下アーム駆動信号切替回路30bは整流時駆動信号33bを選択し、U相下アームMOSFET(UN)のゲートに整流時駆動信号33bと同一信号を出力する。尚、力行時駆動信号33bのLowレベルはバッテリーの負極電圧VG(0V)と同電位で、HighレベルはU相下アームMOSFET(UN)のしきい値以上の電位である。
The U-phase upper arm MOSFET (UP) and the U-phase lower arm MOSFET (UN) start switching by the power running
Next, the rectification drive control operation will be described. When the
ロータの回転によりU端子,V端子,W端子は、正誘起電圧VU,VV,VWを発生する。U相上アーム整流検知・駆動回路31aにバッテリーの正極電圧VBとU端子の電圧VUが入力されると、電圧VBと電圧VUの大小関係を比較し、VU>VBのときU端子の電位VUを基準にして正の電圧を発生する。尚、この正の電圧の電位差はU相上アームMOSFET(UP)のしきい値Vth以上の電圧Vraである。また、VU≦VBのときU相上アーム整流検知・駆動回路31aはU端子とほぼ同電位を出力する。このようにして、U相上アーム整流検知・駆動回路31aの出力である整流時駆動信号33aは、U端子の電位を基準にしてVU>VBのとき電圧Vra(Highレベル)、VU≦VBのときほぼ0V(Lowレベル)の電圧パルスとなる。また、U相下アーム整流検知・駆動回路31bについてもほぼ同様の動作である。
The U terminal, V terminal, and W terminal generate positive induced voltages VU, VV, and VW by the rotation of the rotor. When the positive voltage VB of the battery and the voltage VU of the U terminal are input to the U-phase upper arm rectification detection /
U相下アーム整流検知・駆動回路31bにU端子の電圧VUとバッテリーの負極電圧VGが入力されると、電圧VUと電圧VGの大小関係を比較し、VG>VUのときVG(0V)を基準に正の電圧を発生する。尚、この正の電圧の電位差はU相下アームMOSFET(UN)のしきい値Vth以上の電圧Vrbである。また、VG≦VUのときU相下アーム整流検知・駆動回路31bはVG(0V)とほぼ同電位を出力する。このようにして、U相下アーム整流検知・駆動回路31bの出力である整流時駆動信号33bはVG(0V)を基準にしてVG>VUのとき電圧Vrb(Highレベル)、VG≦VUのときほぼ0V(Lowレベル)の電圧パルスとなる。これら整流時駆動信号33a,33bは、それぞれU相上アーム整流検知・駆動回路31a及びU相下アーム整流検知・駆動回路31bを介して、U相上アームMOSFET(UP)及びU相下アームMOSFET(UN)のゲートに入り、U相上アームMOSFET(UP)及びU相下アームMOSFET(UN)をスイッチングさせる。以上がU相のMOS整流時駆動制御動作であり、V相及びW相の場合も同様の動作である。
以上のようにすれば、力行時、磁極位置電圧パルスの位相を進められ、その電圧パルスで各相スイッチング素子をスイッチングするため、各相誘起電圧の位相に対して各相電流の位相を進められる。その結果、高回転でも高トルクが得られる。また、MOS整流により整流効率を向上できる。
When the voltage VU of the U terminal and the negative voltage VG of the battery are input to the U-phase lower arm rectification detection / drive circuit 31b, the magnitude relationship between the voltage VU and the voltage VG is compared. When VG> VU, VG (0 V) is obtained. Generate a positive voltage with reference. The potential difference of the positive voltage is a voltage Vrb that is equal to or higher than the threshold value Vth of the U-phase lower arm MOSFET (UN). When VG ≦ VU, the U-phase lower arm rectification detection / drive circuit 31b outputs substantially the same potential as VG (0 V). In this way, the drive signal 33b at the time of rectification, which is the output of the U-phase lower arm rectification detection / drive circuit 31b, is based on VG (0V) when VG> VU, and when VG> VU, VG ≦ VU. The voltage pulse is almost 0V (Low level). The drive signals 33a and 33b at the time of rectification are respectively supplied to the U-phase upper arm MOSFET (UP) and the U-phase lower arm MOSFET via the U-phase upper arm rectification detection /
In this way, the phase of the magnetic pole position voltage pulse can be advanced during powering, and each phase switching element is switched by the voltage pulse, so that the phase of each phase current can be advanced relative to the phase of each phase induced voltage. . As a result, high torque can be obtained even at high rotation. Further, rectification efficiency can be improved by MOS rectification.
次に、図2〜図8を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いる進角・駆動信号分配回路32の構成及び動作について説明する。なお、説明の都合上、U相進角・駆動信号分配回路32の動作を例に説明するが、V相進角・駆動信号分配回路42及びW相進角・駆動信号分配回路52の構成及び動作も同様である。
最初に、図2を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いる進角・駆動信号分配回路32の構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置に用いる進角・駆動信号分配回路の構成を示すブロック図である。
Next, the configuration and operation of the advance / drive
First, the configuration of the advance / drive
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the advance / drive signal distribution circuit used in the motor control apparatus according to the embodiment of the present invention.
周波数−電圧(f−V)変換器209は、ワンショット・マルチバイブレータ201と積分器202とで構成される。ワンショット・マルチバイブレータ201は、磁極位置検出手段13Wが出力する電圧パルス信号hwの立ち上がりを検知して、所定のパルス幅TW1を持つ電圧パルスを出力する。尚、磁極位置検出手段13Wが出力するパルス幅をTW2とすると、TW1<TW2の関係がある。積分器202は、ワンショット・マルチバイブレータ201の出力電圧パルスを入力し、時間で積分して直流電圧VDCを出力する。周波数−電圧(f−V)変換器209は、磁極位置検出手段13Wが出力する電圧パルス信号hwの周波数,すなわち、交流電動機9の回転数に比例した電圧信号VDCを生成する。
The frequency-voltage (f-V)
容量充放電用電流源210は、容量充電用電流源203aと、容量放電用電流源203bと、容量充電用スイッチ204aと、容量放電用スイッチ204bと、インバータ205とから構成される。容量充電用電流源203aは、直流電圧VDCの電圧値に応じて、U相進角・駆動信号分配回路を動作させるための電源VCCから直流電流を吐き出すものである。容量放電用電流源203bは、直流電圧VDCの電圧値に応じて直流電流を吸い込むものである。容量充電用スイッチ204aは、電圧パルス信号hwを入力して、容量充電用電流源203aの出力電流をスイッチングする。インバータ205は、電圧パルス信号hwを入力して、その反転電圧パルス信号を出力する。容量放電用スイッチ204bは、インバータ205が出力する反転電圧パルス信号205aを入力して、容量放電用電流源203bの出力電流をスイッチングする。
The capacity charging / discharging
容量Cは、直流電流を積分して、三角波を発生する。三角波の傾きは、直流電圧VDCの電圧値,すなわち、交流電動機の回転数に応じて変化し、交流電動機の回転数が高いほど、三角波の傾きも大きくなる。比較器206は、非反転入力側に三角波を入力し、反転入力側に基準電圧(VCC/2)を入力し、それらの電圧値を比較して、出力電圧パルスhu’を出力する。
The capacitor C integrates the direct current to generate a triangular wave. The inclination of the triangular wave changes according to the voltage value of the DC voltage VDC, that is, the rotational speed of the AC motor. The higher the rotational speed of the AC motor, the greater the inclination of the triangular wave. The
上下アーム駆動信号分配回路207は、電圧パルスhu’を上アーム駆動信号と下アーム駆動信号に分配するものであり、上アーム駆動信号207a及び下アーム力行時駆動信号34bを出力する。レベルシフトアップ回路208は、上アーム駆動信号207aの基準電圧レベルをVG(0V)からVUに変換するためのものである。レベルシフトアップ回路208の出力電圧が、上アーム力行時駆動信号34aである。尚、上アーム力行時駆動信号34aは図1で説明した電圧パルス信号である。
The upper and lower arm drive
ワンショット・マルチバイブレータ201は、一般的な回路で汎用IC又はバイポーラトランジスタ等で構成できる。積分器202は、オペアンプ回路を用いればよいものである。上下アーム駆動信号分配回路207は、一般的な論理ゲートで作成できる。レベルシフトアップ回路208の回路も、スイッチング素子及び抵抗などで簡単に作成できる。
The one-
次に、進角・駆動信号分配回路32における進角回路の構成と動作について説明する。
Next, the configuration and operation of the advance angle circuit in the advance angle / drive
電圧パルスhwがワンショット・マルチバイブレータ201に入ると、ワンショット・マルチバイブレータ201は、電圧パルスhwの立ち上がりを検知して、その立ち上がった時刻からパルス幅TW1(秒)(TW1<TW2)の期間だけhighレベルとなる電圧パルスを発生するとする。尚、電圧パルスhwの周波数f(Hz)(>0),パルス幅TW2(秒),duty50%とすると、TW2=1/(2f)となり、ワンショット・マルチバイブレータ201の出力電圧パルスの周波数は電圧パルスhwの周波数と同じfのままである。したがって、ワンショット・マルチバイブレータ201は、電圧パルスhwを、周波数fでパルス幅TW1の電圧パルスに変換する機能がある。尚、ワンショット・マルチバイブレータは一般的な汎用アナログICとして公知であり、一般的にパルス幅TW1は外付けの容量と抵抗の時定数で任意に設定できる。この電圧パルスが積分器202に入ると、時間積分され直流電圧VDCに変換される。周波数fと直流電圧Vには比例関係があり、
VDC=kf(k>0) …(1)
=VH・TW1/T
=VH・TW1・f
とする。なお、VHは、電圧パルスhwのhighレベル電圧である。ワンショット・マルチバイブレータ201と積分器202で構成される周波数−電圧変換機209は一般的な汎用アナログICを用いてもよいものである。
When the voltage pulse hw enters the one-
VDC = kf (k> 0) (1)
= VH ・ TW1 / T
= VH ・ TW1 ・ f
And VH is a high level voltage of the voltage pulse hw. The frequency-
積分器の出力VDCは、容量充電用電流源203a及び容量放電用電流源203bに入り、定電流IDCに変換される。尚、VDCとIDCの関係は図5で後述する。容量充電用スイッチ204aが電圧パルス信号hwによりオンすると電流IDCが容量Cに充電され、容量充電用スイッチ204bが電圧パルス信号hwの反転電圧パルス信号205aによりオンすると容量Cから電流IDCで放電される。容量Cに充電を開始して電圧がVcc/2になるまでの時間をTd(秒)とすると、
IDC=C・Vcc/(2Td) …(2)
の関係が成り立つ。このように容量Cに充放電が繰り返されるため、三角波が発生し、比較器206の非反転入力側に入る。比較器206では反転入力側の基準電圧Vcc/2と三角波の電圧を比較し、非反転入力側の電圧がVcc/2より大のとき電圧Vcc(highレベル)を出力し、非反転入力側の電圧がVcc/2より小または同じのとき電圧0V(Lowレベル)を出力する。よって、比較器206の出力電圧パルスhu’は電圧パルスhwの位相に対してTdだけ遅れる。遅延時間Tdを電気角θd(度)に変換すると、
θd=360・Td・f …(3)
となる。電圧パルスhu’の位相はhwの位相に対してθd(度)だけ遅れているが、huの位相に対してはθc(度)だけ進んでいるとする。電圧パルスhwの位相はhuの位相に対しては120度進んでいるので、
θc=θd−120 …(4)
となる。式(4)を、式(1),式(2),式(3)を用いて変形すると、
θc={360・C・Vcc・f/(2IDC)}−120 …(5)
となる。
The output VDC of the integrator enters the capacity charging
IDC = C · Vcc / (2Td) (2)
The relationship holds. Since the capacitor C is repeatedly charged and discharged in this manner, a triangular wave is generated and enters the non-inverting input side of the
θd = 360 · Td · f (3)
It becomes. The phase of the voltage pulse hu ′ is delayed by θd (degrees) with respect to the phase of hw, but is advanced by θc (degrees) with respect to the phase of hu. Since the phase of the voltage pulse hw is 120 degrees ahead of the phase of hu,
θc = θd−120 (4)
It becomes. When Expression (4) is transformed using Expression (1), Expression (2), and Expression (3),
θc = {360 · C · Vcc · f / (2 IDC)} − 120 (5)
It becomes.
ここで、図3を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いる進角・駆動信号分配回路32による回転周波数と進角の関係について説明する。
図3は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置に用いる進角・駆動信号分配回路による回転周波数と進角の関係の説明図である。
Here, the relationship between the rotation frequency and the advance angle by the advance / drive
FIG. 3 is an explanatory diagram of the relationship between the rotation frequency and the advance angle by the advance / drive signal distribution circuit used in the motor control device according to the embodiment of the present invention.
図3に示すように、θcとfの間に、
θc=−Kf(K>0,f1>0) …(6)
の関係があるとすると、式(5)より、IDCとfの関係は、
IDC=180・C・Vcc・f/(120−Kf) …(7)
となる。但し、Kf<120とする。
As shown in FIG. 3, between θc and f,
θc = −Kf (K> 0, f1> 0) (6)
If there is a relationship, from Equation (5), the relationship between IDC and f is
IDC = 180 · C · Vcc · f / (120-Kf) (7)
It becomes. However, Kf <120.
次に、図4を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いる進角・駆動信号分配回路32による回転周波数と定電流源電流値の関係について説明する。
図4は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置に用いる進角・駆動信号分配回路による回転周波数と定電流源電流値の説明図である。
Next, the relationship between the rotation frequency and the constant current source current value by the advance / drive
FIG. 4 is an explanatory diagram of a rotation frequency and a constant current source current value by an advance / drive signal distribution circuit used in the motor control device according to the embodiment of the present invention.
図4は、式(7)の関係をプロットしたものである。0<f<120/Kで定義され、下に凸の曲線となる。したがって、式(7)の関係を満たす定電流源203a及び203bを設計すれば、式(6)の関係が常に成り立ち、周波数fが大きいほど位相θcは進むことになる。
FIG. 4 is a plot of the relationship of equation (7). It is defined by 0 <f <120 / K and becomes a downwardly convex curve. Therefore, if the constant
以上のように進角・駆動信号分配回路32を構成することで、力行時、磁極位置電圧パルスの位相を進められ、その電圧パルスで各相スイッチング素子をスイッチングするため、各相誘起電圧の位相に対して各相電流の位相を進められる。その結果、高回転でも高トルクが得られる。
By configuring the advance / drive
次に、図5を用いて、本実施形態によるモータ制御装置の進角・駆動信号分配回路32に用いる定電流源203(203a,203b)の構成について説明する。
図5は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置の進角・駆動信号分配回路に用いる定電流源の構成を示す回路図である。
Next, the configuration of the constant current source 203 (203a, 203b) used in the advance / drive
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a constant current source used in the advance / drive signal distribution circuit of the motor control device according to the embodiment of the present invention.
図4に示した電流特性は、ダイオードの電圧−電流特性に類似していることから、ダイオードの指数関数特性を利用して、本実施形態による定電流源203a,203bを作っている。なお、図5に示す構成は、式(7)に相当する定電流源回路の一つの例にすぎず、他の回路手段もよいものである。
Since the current characteristics shown in FIG. 4 are similar to the voltage-current characteristics of the diode, the constant
電圧入力端子501には、直流電圧VDCが入力する。定電流源203は、演算増幅器502と、第1のpnpトランジスタ503と、npnトランジスタ504と、第1の抵抗505と、ダイオード506と、第2の抵抗507と、第2のpnpトランジスタ508と、直流電流を出力する出力端子509とから構成される。
A DC voltage VDC is input to the
演算増幅器502は電源Vccで動作し、非反転入力側は電圧入力端子501に接続され、反転入力側はnpnトランジスタ504のエミッタに接続され、出力はnpnトランジスタ504のベースに接続されている。第1の抵抗505の一方の端子はnpnトランジスタ504のエミッタに接続され、他方の端子はダイオード506のアノード及び第2の抵抗の一方の端子に接続されている。また、ダイオード506のカソードは第2の抵抗507の他方の端子に接続され、同時に接地されている。第1のpnpトランジスタと第2のpnpトランジスタはカレントミラー回路になっている。
The
次に、この定電流源203の動作について説明する。入力端子501に直流電圧VDCが入力すると、演算増幅器502は非反転入力側の電圧をVDCになるよう動作するのでnpnトランジスタのエミッタ端子電圧もVDCになり、第1の抵抗505と第2の抵抗507に電流Iが流れる。
Next, the operation of the constant
第1の抵抗505及び第2の抵抗507の抵抗値をそれぞれR1及びR2とし、ダイオードのオン電圧をVdとすると、I×R2<Vdのとき第1の抵抗を流れる電流はI1=VDC/(R1+R2)となる。また、演算増幅器502はnpnトランジスタ504のベースに電流を吐き出すため、npnトランジスタ504は動作する。npnトランジスタ504の電流増幅率hFEが十分大きければ(例えば300以上)、コレクタ電流はエミッタ電流とほとんど同じになるので、コレクタ電流はI1となる。この電流I1はカレントミラー回路を介して、出力端子509から電流I1が吐き出される。
When the resistance values of the
また、I1×R2≧Vdのときダイオード506がオンするため、第1の抵抗505を流れる電流はI2=(VDC−Vd)/R2となる。同様に、電流I2はカレントミラー回路を介して出力端子509から電流I2が吐き出される。したがって、VDC<Vd×(R1+R2)/R2のとき、出力端子509から電流I1=VDC/(R1+R2)が吐き出され、VDC≧Vd×(R1+R2)/R2のとき、出力端子509から電流I2=(VDC−Vd)/R2が吐き出される。これらの式を、式(1)を用いてVDCを消去すると、
f<Vd×(R1+R2)/(kR2)のとき、
IDC=kf/(R1+R2) …(8)
f≧Vd×(R1+R2)/(kR2)のとき、
IDC=(kf−Vd)/R2 …(9)
となる。ここで、R1及びR2を調整することにより、式(7)に近い曲線が実現できる。尚、式(1)より、k=VH・TW1である。ここで、VHは、電圧パルスhwのhighレベル電圧である。
Further, since the
When f <Vd × (R1 + R2) / (kR2),
IDC = kf / (R1 + R2) (8)
When f ≧ Vd × (R1 + R2) / (kR2),
IDC = (kf−Vd) / R2 (9)
It becomes. Here, a curve close to Equation (7) can be realized by adjusting R1 and R2. Note that k = VH · TW1 from the equation (1). Here, VH is a high level voltage of the voltage pulse hw.
次に、図6を用いて、本実施形態によるモータ制御装置の進角・駆動信号分配回路32に用いる容量充電用スイッチ204aと容量放電用スイッチ204bの構成について説明する。
図6は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置の進角・駆動信号分配回路に用いる容量充電用スイッチと容量放電用スイッチの構成を示す回路図である。なお、図6に示す構成は、容量充電用スイッチと容量放電用スイッチの一つの例にすぎず、他の回路手段もよいものである。
Next, the configuration of the
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a capacity charging switch and a capacity discharging switch used in the advance / drive signal distribution circuit of the motor control device according to the embodiment of the present invention. The configuration shown in FIG. 6 is only one example of a capacity charging switch and a capacity discharging switch, and other circuit means may be used.
スイッチ回路204は、定電流入力端子601と、第1のnpnトランジスタ602と、第2のnpnトランジスタ603と、第1のpnpトランジスタ604と、第2のpnpトランジスタ605と、第3のnpnトランジスタ606と、第3のpnpトランジスタ607と、第4のpnpトランジスタ608と、第4のnpnトランジスタ609と、第5のnpnトランジスタ630と、第1のpMOSトランジスタ631と、第1のnMOSトランジスタ632とから構成される。符号631aは、第1のpMOSトランジスタ531のゲート端子であり、符号632aは、第1のnMOSトランジスタ632のゲート端子、符号633は定電流出力端子である。
The
定電流入力端子601は、図5の出力端子509に接続され、ゲート端子631a,632aは、共に図2の磁極位置検出手段hwの出力に接続される。第1のnpnトランジスタ602、第2のnpnトランジスタ603及び第3のnpnトランジスタ606はカレントミラー回路を構成し、定電流入力端子601から入力された電流IDCと同じ電流を第2のnpnトランジスタ603のコレクタ端子から吸い込む。同様に、定電流入力端子601から入力された電流IDCと同じ電流を第3のnpnトランジスタ606のコレクタ端子からも吸い込む。
The constant
第1のpnpトランジスタ604及び第2のpnpトランジスタ605はカレントミラー回路を構成し、更に第1のpnpトランジスタ604のエミッタと第1のpMOSトランジスタ631のソースが接続され、第1のpnpトランジスタ604のコレクタと第1のpMOSトランジスタ631のドレインが接続されている。第1のpMOSトランジスタ631は本カレントミラー回路の電流IDCをオンオフさせる。本カレントミラー回路と第1のpMOSトランジスタ631により、充電用定電流スイッチの機能を実現する。
The
磁極位置検出手段hwの電圧パルスhwがhighレベルのとき、第1のpMOSトランジスタ631のゲートとソース電位差はほぼゼロになり、第1のpMOSトランジスタ631はオフする。このとき第1のpnpトランジスタ604のコレクタに電流IDCが流れていると第1のpnpトランジスタ604のエミッタとベース間にはVd(約0.7V)が発生する。この結果、第2のpnpトランジスタ605のエミッタとベース間にもVd(約0.7V)が印加され、第2のpnpトランジスタ605はオンし、第2のpnpトランジスタ605のコレクタに電流IDCが流れる。
When the voltage pulse hw of the magnetic pole position detecting means hw is at the high level, the gate and source potential difference of the first pMOS transistor 631 becomes almost zero, and the first pMOS transistor 631 is turned off. At this time, if a current IDC flows through the collector of the
一方、磁極位置検出手段hwの電圧パルスhwがLowレベルのとき、第1のpMOSトランジスタ631のゲートとソース電位差は大きくなり、第1のpMOSトランジスタ631のしきい値電圧を超えると、第1のpMOSトランジスタ631はオンする。このとき第1のpnpトランジスタ604のコレクタに電流IDCが流れていても第1のpnpトランジスタ604のエミッタとベース間にはほぼゼロボルトしか発生しない。この結果、第2のpnpトランジスタ605のエミッタとベース間もほぼゼロボルトとなり第2のpnpトランジスタ605はオフし、コレクタには電流が流れない。
On the other hand, when the voltage pulse hw of the magnetic pole position detection means hw is at a low level, the gate and source potential difference of the first pMOS transistor 631 becomes large, and when the threshold voltage of the first pMOS transistor 631 is exceeded, The pMOS transistor 631 is turned on. At this time, even if the current IDC flows through the collector of the
このように、電圧パルスhwにより、本カレントミラー回路はオンオフし、定電流出力端子に電流IDCを吐き出したり、止めたりする。 In this way, the current mirror circuit is turned on / off by the voltage pulse hw, and the current IDC is discharged or stopped to the constant current output terminal.
第3のpnpトランジスタ607及び第4のpnpトランジスタ608はカレントミラー回路を構成し、第3のnpnトランジスタ607のコレクタから吸い込まれる電流IDCと同じ電流を第4のpnpトランジスタ608のコレクタから吐き出す。本カレントミラー回路は次段の放電用定電流スイッチに用いる吐き出し電流IDCを作る目的がある。第4のnpnトランジスタ609及び第5のnpnトランジスタ630はカレントミラー回路を構成し、更に第4のnpnトランジスタ609のエミッタと第1のnMOSトランジスタ632のソースが接続され、第4のnpnトランジスタ609のコレクタと第1のnMOSトランジスタ632のドレインが接続されている。第1のnMOSトランジスタ632は本カレントミラー回路の電流IDCをオンオフさせる。本カレントミラー回路と第1のnMOSトランジスタ632のより、放電用定電流スイッチの機能を実現する。
The
磁極位置検出手段hwの電圧パルスhwがhighレベルのとき、第1のnMOSトランジスタ632のゲートとソース電位差は大きくなり、第1のnMOSトランジスタ632のしきい値電圧を超えると、第1のpMOSトランジスタ631はオンする。このとき第4のnpnトランジスタ609のコレクタに電流IDCが流れていても第4のnpnトランジスタ609のエミッタとベース間にはほぼゼロボルトしか発生しない。この結果、第5のnpnトランジスタ630のエミッタとベース間もほぼゼロボルトとなり第5のnpnトランジスタ630はオフし、コレクタには電流が流れない。
When the voltage pulse hw of the magnetic pole position detection means hw is at the high level, the gate and source potential difference of the first nMOS transistor 632 increases, and when the threshold voltage of the first nMOS transistor 632 is exceeded, the first pMOS transistor 631 is turned on. At this time, even if the current IDC flows through the collector of the
一方、磁極位置検出手段hwの電圧パルスhwがLowレベルのとき、第1のnMOSトランジスタ632のゲートとソース電位差はほぼゼロになり、第1のnMOSトランジスタ632はオフする。このとき第4のnpnトランジスタ609のコレクタに電流IDCが流れていると第4のnpnトランジスタ609のエミッタとベース間にはVd(約0.7V)が発生する。この結果、第5のnpnトランジスタ630のエミッタとベース間にもVd(約0.7V)が印加され第5のnpnトランジスタ630はオンし、第5のnpnトランジスタ630のコレクタに電流IDCが流れる。
On the other hand, when the voltage pulse hw of the magnetic pole position detection means hw is at the low level, the gate and source potential difference of the first nMOS transistor 632 becomes substantially zero, and the first nMOS transistor 632 is turned off. At this time, if a current IDC flows through the collector of the
このように、電圧パルスhwにより、本カレントミラー回路はオンオフし、定電流出力端子から電流IDCを吸い込んだりたり、止めたりする。 In this way, the current mirror circuit is turned on / off by the voltage pulse hw, and the current IDC is sucked in or stopped from the constant current output terminal.
次に、図7及び図8を用いて、本実施形態によるモータ制御装置の進角・駆動信号分配回路32の動作について説明する。
図7及び図8は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置の進角・駆動信号分配回路の動作を示す波形図である。図7は、周波数fが小さい場合(f=f1)の進角動作を示している。図8は、周波数fが大きい場合(f=f2)の進角動作を示している。
Next, the operation of the advance / drive
7 and 8 are waveform diagrams showing the operation of the advance / drive signal distribution circuit of the motor control device according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 shows the advance operation when the frequency f is small (f = f1). FIG. 8 shows the advance operation when the frequency f is large (f = f2).
最初に、図7を用いて、周波数fが小さい場合(f=f1)の進角動作について説明する。図7(A)は電圧パルスhuの波形を示し、図7(B)は電圧パルスhw及び三角波の波形を示し、図7(C)は比較器206の出力電圧パルスhu’の波形を示している。
First, the advance operation when the frequency f is small (f = f1) will be described with reference to FIG. 7A shows the waveform of the voltage pulse hu, FIG. 7B shows the waveform of the voltage pulse hw and the triangular wave, and FIG. 7C shows the waveform of the output voltage pulse hu ′ of the
図7(B)に示す電圧パルスhwの位相は、図7(A)に示す電圧パルスhuの位相に対して120度進んでいる。図7(B)に示す三角波は、図2の比較器206の非反転入力側に入る電圧パルスである。比較器206は反転入力側に入る基準電圧Vcc/2と比較して、図7(C)に示すように、電圧パルスhu’を出力する。
The phase of the voltage pulse hw shown in FIG. 7B is advanced by 120 degrees with respect to the phase of the voltage pulse hu shown in FIG. The triangular wave shown in FIG. 7B is a voltage pulse that enters the non-inverting input side of the
図7(C)に示す電圧パルスhu’の位相は、図7(A)に示す電圧パルスhuの位相に対してθc1進んでいる。周波数f1のときの進角θc1=−Kf1となる。ここで、Kは、式(7)よりIDC1=180・C・Vcc・f1/(120−Kf1)、式(8)よりIDC1=kf1/(R1+R2)及び式(1)よりk=VH・TW1からIDC1を消去すると求められる。尚、ここでは図5に示した定電流回路の場合の進角θc1を求めたが、別の回路手段を用いた場合は式が異なる。また、f1がf1<Vd×(R1+R2)/(kR2)として式(8)を適用した。 The phase of the voltage pulse hu ′ shown in FIG. 7C is advanced by θc1 with respect to the phase of the voltage pulse hu shown in FIG. The advance angle θc1 at the frequency f1 is −Kf1. Here, K is IDC1 = 180 · C · Vcc · f1 / (120−Kf1) from Equation (7), IDC1 = kf1 / (R1 + R2) from Equation (8), and k = VH · TW1 from Equation (1). It is required that IDC1 is deleted from. Here, the advance angle θc1 in the case of the constant current circuit shown in FIG. 5 is obtained, but the equation is different when another circuit means is used. Moreover, Formula (8) was applied as f1 was f1 <Vdx (R1 + R2) / (kR2).
次に、図8を用いて、周波数fが大きい場合(f=f2)の進角動作について説明する。図8(A)は電圧パルスhuの波形を示し、図8(B)は電圧パルスhw及び三角波の波形を示し、図8(C)は比較器206の出力電圧パルスhu’の波形を示している。なお、図7の場合と比較するため、図7の周波数の2倍の周波数の例を記載している。
Next, the advance operation when the frequency f is large (f = f2) will be described with reference to FIG. 8A shows the waveform of the voltage pulse hu, FIG. 8B shows the waveform of the voltage pulse hw and the triangular wave, and FIG. 8C shows the waveform of the output voltage pulse hu ′ of the
図8(B)に示す電圧パルスhwの位相は、図8(A)に示す電圧パルスhuの位相に対して120度進んでいる。図8(B)に示す三角波は、図2の比較器206の非反転入力側に入る電圧パルスである。比較器206は反転入力側に入る基準電圧Vcc/2と比較して、図8(C)に示す電圧パルスhu’を出力する。
The phase of the voltage pulse hw shown in FIG. 8B is advanced by 120 degrees with respect to the phase of the voltage pulse hu shown in FIG. The triangular wave shown in FIG. 8B is a voltage pulse that enters the non-inverting input side of the
図4に示すように周波数が大きい場合、定電流源の電流値IDCを大きくすることにより、三角波の勾配が急になり、図7のとき比べて進角θcが大きくなる。電圧パルスhu’の位相は電圧パルスhuの位相に対してθc2進んでいる。周波数f2のときの進角θc2=−Kf2となる。ここで、Kは式(7)よりIDC2=180・C・Vcc・f2/(120−Kf2)、式(9)よりIDC2=(kf2−Vd)/R2及び式(1)よりk=VH・TW1からIDC2を消去すると求められる。尚、ここでは図5に示した定電流回路の場合の進角θc2を求めたが、別の回路手段を用いた場合は式が異なる。また、f2がf2≧Vd×(R1+R2)/(kR2)として式(9)を適用したが、f2<Vd×(R1+R2)/(kR2)の場合は式(8)を適用する必要がある。 As shown in FIG. 4, when the frequency is large, increasing the current value IDC of the constant current source makes the gradient of the triangular wave steep, and the advance angle θc becomes larger than that in FIG. The phase of the voltage pulse hu ′ is advanced by θc2 with respect to the phase of the voltage pulse hu ′. The advance angle θc2 at the frequency f2 is −Kf2. Here, K is IDC2 = 180 · C · Vcc · f2 / (120−Kf2) from Equation (7), IDC2 = (kf2−Vd) / R2 from Equation (9), and k = VH · from Equation (1). It is required to erase IDC2 from TW1. Here, the advance angle θc2 in the case of the constant current circuit shown in FIG. 5 is obtained, but the equation is different when another circuit means is used. Further, Expression (9) is applied as f2 is f2 ≧ Vd × (R1 + R2) / (kR2). However, when f2 <Vd × (R1 + R2) / (kR2), Expression (8) needs to be applied.
以上のようにして、図3に示すような周波数と進角の関係が実現できる。 As described above, the relationship between the frequency and the advance angle as shown in FIG. 3 can be realized.
次に、図9を用いて、本実施形態によるモータ制御装置を用いたときの力行駆動制御時のU,V,W相MOSFETのゲート駆動信号について説明する。
図9は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置を用いたときの力行駆動制御時のU,V,W相MOSFETのゲート駆動信号の波形図である。
Next, the gate drive signals of the U, V, and W phase MOSFETs during powering drive control when the motor control apparatus according to the present embodiment is used will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a waveform diagram of gate drive signals of U, V, and W phase MOSFETs during powering drive control when the motor control device according to the embodiment of the present invention is used.
図9(A)に示す各相の誘起電圧に対して、図9(B)に示すように、各相の磁極位置検出電圧hu,hv,hwが発生する。これら電圧パルスの位相はそれぞれ120度ずつずれている。図9(C)に示す電圧パルスhup及びhunは、それぞれU相上アームMOSFET及び下アームMOSFETの駆動信号である。各電圧パルスともhighレベルのときMOSFETがオンし、LowレベルのときMOSFETがオフする。電圧パルスhupがhighレベルのとき、電圧パルスhunはLowレベルになり、電圧パルスhupがLowレベルのとき電圧パルスhunはhighレベルになる。また、上アームMOSFET及び下アームMOSFETが同時オンしないように、各信号とも同時オフの期間(デッドタイム)も設定されている。電圧パルスhupの位相は電圧パルスhuの位相に対して、θcだけ進んでいる。同様に電圧パルスhvp及びhvnはそれぞれV相上アームMOSFET及び下アームMOSFETの駆動信号、電圧パルスhwp及びhwnはそれぞれW相上アームMOSFET及び下アームMOSFETの駆動信号である。 As shown in FIG. 9B, the magnetic pole position detection voltages hu, hv, hw of each phase are generated with respect to the induced voltage of each phase shown in FIG. 9A. The phases of these voltage pulses are shifted by 120 degrees. Voltage pulses hup and hun shown in FIG. 9C are drive signals for the U-phase upper arm MOSFET and the lower arm MOSFET, respectively. When each voltage pulse is at high level, the MOSFET is turned on, and when it is at low level, the MOSFET is turned off. When the voltage pulse hup is at high level, the voltage pulse hun is at low level, and when the voltage pulse hup is at low level, the voltage pulse hun is at high level. In addition, a period in which each signal is simultaneously turned off (dead time) is set so that the upper arm MOSFET and the lower arm MOSFET are not turned on at the same time. The phase of the voltage pulse hup is advanced by θc with respect to the phase of the voltage pulse hu. Similarly, voltage pulses hvp and hvn are drive signals for the V-phase upper arm MOSFET and lower arm MOSFET, respectively, and voltage pulses hwp and hwn are drive signals for the W-phase upper arm MOSFET and lower arm MOSFET, respectively.
次に、図10を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いる整流検知・駆動回路31(31a,31b))の構成について説明する。
図10は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置に用いる整流検知・駆動回路の構成を示すブロック図である。なお、ここでは、図1に示すU相上アーム整流検知・駆動回路31a及びU相下アーム整流検知・駆動回路31bの基本構成及び動作を説明するが、V相及びW相整流検知・駆動回路についても同様である。
Next, the configuration of the rectification detection / drive circuit 31 (31a, 31b) used in the motor control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a commutation detection / drive circuit used in the motor control device according to the embodiment of the present invention. Although the basic configuration and operation of the U-phase upper arm rectification detection /
整流検知・駆動回路31aは、U相上アーム負電圧検出回路1001aと、U相上アーム電圧増幅回路1002aとから構成される。整流検知・駆動回路31bは、U相下アーム負電圧検出回路1001bと、U相下アーム電圧増幅回路1002bとから構成される。なお、符号UVpは上アーム電源であり、符号LVpは下アーム電源である。上アーム電源UVpは、U端子を基準として所定の電圧を出力する。また、下アーム電源LVpは、G端子を基準として所定の電圧を出力する。その他の符号は図1と同様である。
The rectification detection /
U相上アーム負電圧検出回路1001aは、b端子電圧VBとU端子電圧VUの大小を比較して、(VB−VU)の演算結果を出力する。U相上アーム負電圧検出回路1001aは、VU≦VBのとき、U端子に対して正の電圧を出力し、VU>VBのときU端子に対して負の電圧を出力する。U相上アーム負電圧検出回路1001aは、例えば,オペアンプを用いた減算器で実現できる。
The U-phase upper arm negative
また、U相上アーム電圧増幅回路1002aは、U相上アーム負電圧検出回路1001aの出力の負電圧部をU相上アームMOSFETのしきい値電圧まで増幅する。U相上アーム電圧増幅回路1002aも、オペアンプを用いた半波整流回路及び増幅回路で実現できる。
U-phase upper arm
一方、U相下アーム負電圧検出回路1001bは、G端子電圧VGとU端子電圧VUの大小を比較して、(VU−VG)の演算結果を出力する。U相下アーム負電圧検出回路1001bは、VG≦VUのときG端子に対して正の電圧を出力し、VG>VUのときG端子に対して負の電圧を出力する。U相下アーム負電圧検出回路1001bは、例えば,オペアンプを用いた減算器で実現できる。また、U相下アーム電圧増幅回路1002bは、U相下アーム負電圧検出回路1001bの出力の負電圧部をU相下アームMOSFETのしきい値電圧まで増幅する。U相下アーム電圧増幅回路1002bも、オペアンプを用いた半波整流回路及び増幅回路で実現できる。 On the other hand, the U-phase lower arm negative voltage detection circuit 1001b compares the G terminal voltage VG and the U terminal voltage VU, and outputs the calculation result of (VU−VG). The U-phase lower arm negative voltage detection circuit 1001b outputs a positive voltage to the G terminal when VG ≦ VU, and outputs a negative voltage to the G terminal when VG> VU. The U-phase lower arm negative voltage detection circuit 1001b can be realized by a subtracter using an operational amplifier, for example. U-phase lower arm voltage amplification circuit 1002b amplifies the negative voltage portion of the output of U-phase lower arm negative voltage detection circuit 1001b to the threshold voltage of U-phase lower arm MOSFET. The U-phase lower arm voltage amplifier circuit 1002b can also be realized by a half-wave rectifier circuit and an amplifier circuit using an operational amplifier.
以上のように構成することにより、U端子電圧VUから整流タイミングを検知して、U相上アームMOSFET及びU相下アームMOSFETをオンオフさせてMOS整流動作が可能となり、ダイオード整流に比べて整流損失を低減できる。 By configuring as described above, the rectification timing is detected from the U terminal voltage VU and the U-phase upper arm MOSFET and the U-phase lower arm MOSFET are turned on and off to enable the MOS rectification operation. Can be reduced.
ここで、図11を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いる整流検知・駆動回路31の動作について説明する。
図11は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置に用いる整流検知・駆動回路の波形図である。
Here, the operation of the rectification detection / drive circuit 31 used in the motor control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a waveform diagram of the commutation detection / drive circuit used in the motor control device according to the embodiment of the present invention.
図11において、VBはB端子電圧、VUはU端子電圧、VGはG端子電圧であり、図11(A)は誘起電圧を示し、図11(B)は上アーム負電圧検出回路1001aの出力を示し、図11(C)は上アーム増幅回路1002aの出力を示し、図11(D)は下アーム負電圧検出回路1001bの出力を示し、図11(E)は下アーム増幅回路1002bの出力を示している。
In FIG. 11, VB is a B terminal voltage, VU is a U terminal voltage, VG is a G terminal voltage, FIG. 11 (A) shows an induced voltage, and FIG. 11 (B) is an output of the upper arm negative
図11(B)に示すように、上アーム負電圧回路1001aは、(VB−VU)の電圧値を、VUを基準に出力する。VU≦VBのとき、VU基準にして正電圧が出力され、VU>VBのとき、VU基準にして負電圧が出力される。図11(C)に示すように、上アーム増幅回路1002aは、この負電圧回路出力を半波整流して負電圧部の電圧レベルを増幅している。
As shown in FIG. 11B, the upper arm
図11(D)に示すように、下アーム負電圧回路1001bは、(VU−VG)の電圧値をVGを基準に出力す。VG≦VUのとき、VU基準にして正電圧が出力され、VG>VUのとき、VU基準にして負電圧が出力される。図11(E)に示すように、上アーム増幅回路1002bは、この負電圧回路出力を半波整流して負電圧部の電圧レベルを増幅している。 As shown in FIG. 11D, the lower arm negative voltage circuit 1001b outputs the voltage value of (VU−VG) based on VG. When VG ≦ VU, a positive voltage is output with reference to VU, and when VG> VU, a negative voltage is output with reference to VU. As shown in FIG. 11E, the upper arm amplifier circuit 1002b amplifies the voltage level of the negative voltage section by half-wave rectifying the negative voltage circuit output.
次に、図12を用いて、本実施形態によるモータ制御装置の整流駆動制御時のU,V,W相MOSFETのゲート駆動信号について説明する。
図12は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置の整流駆動制御時のU,V,W相MOSFETのゲート駆動信号の波形図である。
Next, the gate drive signals of the U, V, and W phase MOSFETs during the rectifying drive control of the motor control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a waveform diagram of gate drive signals of U, V, and W phase MOSFETs during rectification drive control of the motor control device according to the embodiment of the present invention.
図12(B1)の電圧パルスRUpは、U相上アームMOSFETの駆動信号であり、図12(B2)の電圧パルスRUnは、U相下アームMOSFETの駆動信号である。各電圧パルスともhighレベルのときMOSFETがオンし、LowレベルのときMOSFETがオフする。電圧パルスRUpがhighレベルのときRUnはLowレベルになり、RUpがLowレベルのときRUnはhighレベルになる。また、上アームMOSFET及び下アームMOSFETが同時オンしないように、各信号とも同時オフの期間(デッドタイム)も設定されている。 The voltage pulse RUp in FIG. 12 (B1) is a drive signal for the U-phase upper arm MOSFET, and the voltage pulse RUn in FIG. 12 (B2) is a drive signal for the U-phase lower arm MOSFET. When each voltage pulse is at high level, the MOSFET is turned on, and when it is at low level, the MOSFET is turned off. When the voltage pulse RUp is at a high level, RUn is at a low level, and when RUp is at a low level, RUn is at a high level. In addition, a period in which each signal is simultaneously turned off (dead time) is set so that the upper arm MOSFET and the lower arm MOSFET are not turned on at the same time.
U端子電圧VUがB端子電圧VBを上がるとRUpがhighレベルになり、U端子電圧VUがb端子電圧VBより下がるとRUpがLowレベルになる。U端子電圧VUがG端子電圧VGより下がるとRUnがhighレベルになり、U端子電圧VUがG端子電圧VGより上がるとRUnがLowレベルになる。V相、W相も同様の動作をする。尚、図12(B3)の電圧パルスRVpはV相上アームMOSFETの駆動信号であり、図12(B4)の電圧パルスRVnはV相下アームMOSFETの駆動信号であり、図12(B5)の電圧パルスRWpはW相上アームMOSFETの駆動信号であり、図12(B6)の電圧パルスRWnはW相下アームMOSFETの駆動信号である。 When the U terminal voltage VU rises above the B terminal voltage VB, RUp goes high, and when the U terminal voltage VU falls below the b terminal voltage VB, RUp goes low. When the U terminal voltage VU falls below the G terminal voltage VG, RUn goes high, and when the U terminal voltage VU rises above the G terminal voltage VG, RUn goes low. The V-phase and W-phase operate similarly. The voltage pulse RVp in FIG. 12 (B3) is a drive signal for the V-phase upper arm MOSFET, and the voltage pulse RVn in FIG. 12 (B4) is a drive signal for the V-phase lower arm MOSFET, as shown in FIG. 12 (B5). Voltage pulse RWp is a drive signal for the W-phase upper arm MOSFET, and voltage pulse RWn in FIG. 12 (B6) is a drive signal for the W-phase lower arm MOSFET.
以上のように構成することで、各端子電圧VU、VV、VWから整流タイミングを検知して各相上アーム及び下アームのMOSFETをオンオフさせてMOS整流動作が可能となり、ダイオード整流に比べて整流損失を低減できる。
By configuring as described above, the rectification timing is detected from each terminal voltage VU, VV, VW, and the MOSFETs of the upper and lower arms of each phase are turned on and off to enable the MOS rectification operation. Loss can be reduced.
3…モータ制御装置
9…交流電動機
10…パワーモジュール
12A…パワーモジュール制御回路
13…磁極位置検出手段
15…励磁電流制御回路
30,40,50…駆動信号切替回路
31,41,51…整流検知・駆動回路
32,42,52…進角・駆動信号分配回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Motor control apparatus 9 ...
Claims (4)
力行又は整流モード指令を受けて下アーム力行駆動信号又は下アーム整流駆動信号を選択し、下アームスイッチング素子の制御端子へ下アーム力行駆動信号又は下アーム整流駆動信号を出力する下アーム駆動手段と、
交流電動機の磁極位置検出信号を入力し、その位相を交流電動機の回転数に応じて進め、上アーム力行駆動信号と下アーム力行駆動信号に分配し、上アーム力行駆動信号を前記上アーム駆動手段へ出力し、下アーム力行駆動信号を前記下アーム駆動手段へ出力する位相補正・駆動信号分配手段と、
主電源用高電位端子電位と出力端子電位の大小を比較して、出力端子電位が大きいときに上アーム整流駆動信号を前記上アーム駆動手段へ出力する上アーム整流検出手段と、
出力端子電位と主電源用低電位端子電位との大小を比較して出力端子電位が小さいときに下アーム整流駆動信号を前記下アーム駆動手段へ出力する下アーム整流検出手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。 Upper arm driving means for selecting an upper arm powering driving signal or upper arm rectifying driving signal in response to a powering or rectifying mode command and outputting the upper arm powering driving signal or upper arm rectifying driving signal to the control terminal of the upper arm switching element; ,
Lower arm driving means for selecting a lower arm powering driving signal or a lower arm rectifying driving signal in response to a powering or rectifying mode command and outputting the lower arm powering driving signal or the lower arm rectifying driving signal to the control terminal of the lower arm switching element; ,
Inputs the magnetic pole position detection signal of the AC motor, advances the phase according to the rotational speed of the AC motor, distributes it to the upper arm powering drive signal and the lower arm powering drive signal, and the upper arm powering drive signal to the upper arm driving means And a phase correction / drive signal distribution means for outputting a lower arm powering drive signal to the lower arm drive means,
An upper arm rectification detection means for comparing the magnitude of the high potential terminal potential for the main power supply and the output terminal potential and outputting an upper arm rectification drive signal to the upper arm drive means when the output terminal potential is large;
Lower arm rectification detection means for comparing the magnitude of the output terminal potential with the low potential terminal potential for main power supply and outputting the lower arm rectification drive signal to the lower arm drive means when the output terminal potential is small. A motor control device.
前記位相補正・駆動信号分配手段は、
交流電動機の磁極位置検出信号を入力し交流電動機の回転周波数を直流電圧に変換する周波数−電圧変換回路と、
この周波数−電圧変換回路の出力電圧に応じて電流値が変化する定電流源と、
この定電流源から供給される定電流により三角波を発生させる三角波発生手段と、
この三角波発生手段に前記定電流源の電流を吐き出すための容量充電用スイッチと、
前記三角波発生手段から前記定電流源の電流を吸い込むための容量放電用スイッチと、
前記三角波発生手段が出力する三角波と基準電圧と比較し、電圧パルスを発生させる電圧比較器と、
この電圧パルスを主電源用低電位端子の電位を基準とする上アーム力行駆動信号及び主電源用低電位端子の電位を基準とし該下アーム駆動手段へ出力するための下アーム力行駆動信号に分配する駆動信号分配回路と、
この上アーム力行駆動信号の基準電位を主電源用低電位端子の電位から出力端子の電位へ変換し、前記上アーム駆動手段へ出力するレベルシフトアップ回路とからなることを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The phase correction / drive signal distribution means includes:
A frequency-voltage conversion circuit that inputs a magnetic pole position detection signal of an AC motor and converts the rotation frequency of the AC motor into a DC voltage;
A constant current source whose current value changes according to the output voltage of the frequency-voltage conversion circuit;
A triangular wave generating means for generating a triangular wave by a constant current supplied from the constant current source;
A capacitor charging switch for discharging the current of the constant current source to the triangular wave generating means;
A capacitive discharge switch for drawing the current of the constant current source from the triangular wave generating means;
A voltage comparator that generates a voltage pulse by comparing the triangular wave output from the triangular wave generating means with a reference voltage;
This voltage pulse is distributed to the upper arm powering drive signal based on the potential of the main power supply low potential terminal and the lower arm powering drive signal for output to the lower arm driving means based on the potential of the main power supply low potential terminal. Driving signal distribution circuit to
A motor control device comprising a level shift-up circuit for converting the reference potential of the upper arm powering drive signal from the potential of the low potential terminal for main power supply to the potential of the output terminal and outputting the same to the upper arm drive means .
前記上アーム整流検出手段は、
主電源用高電位端子電位と出力端子電位を入力し出力端子電位が大きいときに出力端子に対して負電圧を出力し、出力端子電位が小さいときに出力端子に対して正電圧を出力する負電圧検出手段と、
この負電圧検出手段の出力が負電圧のときに電圧レベルを増幅する増幅手段とからなり、
前記下アーム整流検出手段は、
出力端子電位と主電源用低電位端子電位を入力し出力端子電位が小さいときに主電源用低電位端子に対して負電圧を出力し、出力端子電位が大きいときに出力端子に対して正電圧を出力する負電圧検出手段と、
負電圧検出手段の出力が負電圧のときに電圧レベルを増幅する増幅手段とからなることを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The upper arm rectification detecting means is
Negative voltage that outputs high voltage terminal potential and output terminal potential for main power supply, outputs negative voltage to output terminal when output terminal potential is large, and outputs positive voltage to output terminal when output terminal potential is small Voltage detection means;
The negative voltage detection means comprises an amplification means for amplifying the voltage level when the output of the negative voltage detection means is a negative voltage,
The lower arm rectification detecting means is
When the output terminal potential and the main power supply low potential terminal potential are input and the output terminal potential is small, a negative voltage is output to the main power supply low potential terminal, and when the output terminal potential is large, the positive voltage is applied to the output terminal. Negative voltage detection means for outputting
A motor control device comprising amplification means for amplifying a voltage level when the output of the negative voltage detection means is a negative voltage.
ドレインが主電源用高電位端子に接続され、ソースが出力端子に接続された上アームスイッチング素子と、
ドレインが出力端子に接続され、ソースが主電源用低電位端子に接続された下アームスイッチング素子とを備えることを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1, further comprising:
An upper arm switching element having a drain connected to the high potential terminal for main power supply and a source connected to the output terminal;
A motor control apparatus comprising: a lower arm switching element having a drain connected to an output terminal and a source connected to a low potential terminal for main power supply.
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