JP2005304176A - Motor driver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はモータ駆動装置に関するもので、特にその電流検出手段に関するものである。 The present invention relates to a motor drive device, and more particularly to current detection means thereof.
従来、この種のモータ駆動装置は、インバータ回路の下アームトランジスタのエミッタ端子に接続された複数のシャント抵抗に流れる電流を検出してモータを制御するようにしていた(例えば、特許文献1参照)。
しかし、従来の方式のモータ電流検出タイミングは三角波変調のピーク値のタイミングに同期していたため、インバータ回路の上下アーム同時導通や、モータの減磁電流保護等の高速遮断が必要な異常時には、キャリヤ周期の期間応答が遅くなり、過電流によりインバータ回路のパワースイッチング半導体の短絡故障、あるいは永久磁石モータの減磁が生じる課題があった。 However, since the motor current detection timing of the conventional method was synchronized with the timing of the peak value of the triangular wave modulation, the carrier in the case of an abnormality that requires high-speed interruption such as simultaneous conduction of the upper and lower arms of the inverter circuit and protection of the demagnetizing current of the motor There is a problem that the response of the period becomes slow, and a short circuit failure of the power switching semiconductor of the inverter circuit or demagnetization of the permanent magnet motor occurs due to overcurrent.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、インバータ回路とモータ電流の過電流高速遮断のために過電流保護手段を別途設けるもので、部品点数の少ない安価な構成で、パワースイッチング半導体の短絡故障によるインバータ回路の破壊やモータの異常加熱を防止できる信頼性の高いモータ駆動装置を実現することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, and separately provides an overcurrent protection means for overcurrent and high-speed interruption of the inverter circuit and the motor current. The power switching semiconductor has an inexpensive configuration with a small number of parts. An object of the present invention is to realize a highly reliable motor drive device that can prevent destruction of an inverter circuit and abnormal heating of a motor due to a short circuit failure.
上記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、交流電力を整流回路により直流電力に変換し、モータをインバータ回路により駆動し、インバータ回路の出力電流を電流検出手段により検出し、電流検出手段の信号によりインバータ回路をPWM制御してモータを駆動し、過電流保護手段により前記インバータ回路、あるいは前記モータの過電流保護動作を行うようにしたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the motor driving device of the present invention converts AC power into DC power by a rectifier circuit, drives the motor by an inverter circuit, and detects the output current of the inverter circuit by current detection means. The inverter circuit is PWM-controlled by a signal from the current detection means to drive the motor, and the overcurrent protection operation of the inverter circuit or the motor is performed by the overcurrent protection means.
本発明のモータ駆動装置は、インバータ回路のシャント抵抗に流れる電流を電流検出手段により検出してベクトル制御、あるいは、センサレス正弦波駆動するものであり、低価格の電流検出手段によりモータ電流を検出し、正弦波駆動によりモータ騒音を減らし、位置センサを無くしてモータを小型化でき、インバータ回路の過電流を検出して保護する過電流保護手段によりインバータ回路、あるいはモータ電流の過電流を検知して高速遮断するので、部品点数の少ない安価な構成で、パワースイッチング半導体の過電流よるインバータ回路の破壊や、モータの減磁を防止できる信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。 The motor drive device of the present invention detects the current flowing through the shunt resistor of the inverter circuit by the current detection means and performs vector control or sensorless sine wave drive, and detects the motor current by the low-cost current detection means. The motor noise can be reduced by sine wave driving, the position sensor can be eliminated and the motor can be downsized, and the inverter circuit or motor current overcurrent can be detected by overcurrent protection means that detects and protects the inverter circuit overcurrent. Since the high-speed shut-off is performed, it is possible to realize a highly reliable motor driving device that can prevent destruction of the inverter circuit due to overcurrent of the power switching semiconductor and demagnetization of the motor with an inexpensive configuration with a small number of parts.
第1の発明は、交流電源と、前記交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段と前記整流回路の負電圧端子間に接続する過電流保護手段と、前記電流検出手段の出力信号により前記インバータ回路を制御して前記モータを駆動する制御手段よりなり、前記過電流保護手段により前記モータ、あるいは前記インバータ回路の過電流保護動作を行うようにしたものであり、安価な電流検出手段によりモータ電流検出でき、正弦波駆動によりモータ騒音を減らし、位置センサを無くしてモータを小型化でき、過電流検出手段により高速でインバータ回路を遮断するので、パワースイッチング半導体の過電流によるインバータ回路の破壊や、モータの減磁を防止できる信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。 A first invention is an AC power source, a rectifier circuit that converts AC power of the AC power source into DC power, an inverter circuit that converts DC power of the rectifier circuit into AC power, and a motor driven by the inverter circuit Current detection means for detecting the output current of the inverter circuit, overcurrent protection means connected between the current detection means and the negative voltage terminal of the rectifier circuit, and the inverter circuit by the output signal of the current detection means It comprises control means for controlling and driving the motor, and the overcurrent protection operation of the motor or the inverter circuit is performed by the overcurrent protection means, and the motor current can be detected by an inexpensive current detection means. The motor noise can be reduced by sine wave drive, the position sensor can be eliminated, and the motor can be downsized. Initially prevents capacitor circuit can be realized destruction and the inverter circuit by the power switching semiconductor overcurrent, the motor driving device having high reliability capable of preventing demagnetization of the motor.
第2の発明は、第1の発明におけるインバータ回路は、6ヶのトランジスタとダイオードよりなる3相フルブリッジインバータ回路より構成し、電流検出手段は前記3相フルブリッジインバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数のシャント抵抗と電流検知回路より構成し、前記シャント抵抗に流れる電流を検出することにより前記インバータ回路を制御するようにし、過電流保護手段は、前記シャント抵抗と直列関係に一方の端子を接続した過電流検出抵抗と、前記過電流検出抵抗に流れる電流を検知する過電流検知回路より構成し、前記過電流検出抵抗の他方の端子を整流回路の負電圧端子に接続するようにしたものであり、シャント抵抗によりモータ電流が検出できるので高価な直流電流トランスが不要となり、少なくとも1つの過電流検出抵抗と過電流検知回路によりインバータ回路の高速遮断が可能となり、安価で信頼性の高いモータ駆動装置が実現できる。 According to a second invention, the inverter circuit in the first invention is constituted by a three-phase full-bridge inverter circuit comprising six transistors and a diode, and the current detection means is a negative arm transistor of the lower arm transistor of the three-phase full-bridge inverter circuit. A plurality of shunt resistors respectively connected to the potential side terminals and a current detection circuit, wherein the inverter circuit is controlled by detecting a current flowing through the shunt resistor, and the overcurrent protection means is in series with the shunt resistor. An overcurrent detection resistor having one terminal connected thereto and an overcurrent detection circuit for detecting a current flowing through the overcurrent detection resistor, and the other terminal of the overcurrent detection resistor is used as a negative voltage terminal of the rectifier circuit Since the motor current can be detected by a shunt resistor, an expensive DC current transformer is not required. Next, at least one of the overcurrent detection resistor and overcurrent detection circuit enables high-speed cut-off of the inverter circuit, inexpensive and reliable motor drive device can be realized.
第3の発明は、第1の発明におけるシャント抵抗と過電流検出抵抗の接続端子を接地電位とし、前記シャント抵抗の電流を検出する電流検知回路と、前記過電流検出抵抗の電流を検知する過電流検知回路の接地電位を前記接続端子と共通接続するようにしたものであり、マイクロコンピュータ、あるいはDSPよりなる制御手段の接地電位、前記電流検知回路、前記過電流検知回路の接地電位を共通化できるので、部品点数の少なく安価で信頼性の高い制御回路を構成できる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a current detection circuit for detecting a current of the shunt resistor, a current detection circuit for detecting a current of the overcurrent detection resistor, wherein the connection terminal of the shunt resistor and the overcurrent detection resistor is a ground potential. The ground potential of the current detection circuit is commonly connected to the connection terminal, and the ground potential of the control means comprising a microcomputer or DSP, the ground potential of the current detection circuit, and the overcurrent detection circuit are shared. Therefore, an inexpensive and highly reliable control circuit can be configured with a small number of parts.
第4の発明は、交流電源と、前記交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路の出力電流を検出する複数のシャント抵抗と電流検知回路よりなる電流検出手段と、前記シャント抵抗の電流を検出して過電流保護動作を行う過電流保護手段と、前記電流検出手段の出力信号により前記インバータ回路を制御して前記モータを駆動する制御手段よりなり、前記過電流保護手段は前記複数のシャント抵抗の電流を検出する複数の過電流検知回路と少なくとも1つの過電流設定手段より構成し、前記過電流保護手段により前記モータ、あるいは前記インバータ回路の過電流保護動作を行うようにしたものであり、シャント抵抗によりモータ電流、及び過電流が検出できるので高価な直流電流トランスや過電流検出抵抗が不要となり、過電流検知回路によりインバータ回路の高速遮断が可能となり、安価で信頼性の高いモータ駆動装置が実現できる。 A fourth invention is an AC power source, a rectifier circuit that converts AC power of the AC power source into DC power, an inverter circuit that converts DC power of the rectifier circuit into AC power, and a motor driven by the inverter circuit Current detection means comprising a plurality of shunt resistors and a current detection circuit for detecting an output current of the inverter circuit, overcurrent protection means for detecting an electric current of the shunt resistor and performing an overcurrent protection operation, and the current detection Control means for controlling the inverter circuit according to an output signal of the means to drive the motor, wherein the overcurrent protection means includes a plurality of overcurrent detection circuits for detecting currents of the plurality of shunt resistors and at least one overcurrent. Consists of setting means, and the overcurrent protection means performs the overcurrent protection operation of the motor or the inverter circuit. Yes, motor current and overcurrent can be detected with a shunt resistor, eliminating the need for expensive direct current transformers and overcurrent detection resistors. Overcurrent detection circuit enables high-speed shut-off of the inverter circuit, making it an inexpensive and highly reliable motor. A driving device can be realized.
第5の発明は、第4の発明において、電流検知回路は単電源の演算増幅器より構成するようにしたものであり、負の電源電圧が不要となるので部品点数を減らすことができ安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。 According to a fifth invention, in the fourth invention, the current detection circuit is constituted by a single power supply operational amplifier, and a negative power supply voltage is not required, so that the number of parts can be reduced and inexpensive and reliable. A highly efficient motor drive device can be realized.
第6の発明は、第4の発明において、インバータ回路により駆動される複数のモータと、制御手段により前記複数のモータを交互に切り換える出力切換手段より構成し、前記出力切換手段により切り換える前記モータに応じて過電流設定手段の設定値を変更するようにしたものであり、制御手段からの切換信号によりモータ出力と過電流設定値を同時に切り換えることができるので、部品点数を減らすことができ安価で信頼性が高く、1インバータ回路による複数のモータ駆動装置を実現できる。 According to a sixth invention, in the fourth invention, the motor comprises a plurality of motors driven by an inverter circuit and an output switching means for alternately switching the plurality of motors by a control means, wherein the motor is switched by the output switching means. The setting value of the overcurrent setting means is changed accordingly, and the motor output and the overcurrent setting value can be switched simultaneously by a switching signal from the control means, so the number of parts can be reduced and inexpensive. The reliability is high, and a plurality of motor driving devices using one inverter circuit can be realized.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図を示すものである。図1において、交流電源1より整流回路2に交流電力を加えて直流電力に変換し、インバータ回路3により直流電力を3相交流電力に変換してモータ4を駆動する。整流回路2は、全波整流回路20の直流出力端子にコンデンサ21a、21bを直列接続し、コンデンサ21a、21bの接続点を交流電源入力の一方の端子に接続して直流倍電圧回路を構成し、インバータ回路3への印加電圧を高くし電流を減らして回路損失を減らす。インバータ回路3の負電圧側に電流検出手段5を接続し、インバータ回路3の3相各下アームに流れる電流を検出することによりインバータ回路3の出力電流、すなわち、モータ4の各相電流を検出する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a motor drive device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, AC power is applied to a
電流検出手段5は、いわゆる3シャント方式と呼ばれるもので、インバータ回路3の下アームトランジスタのエミッタ端子に接続されたシャント抵抗50a、50b、50cと、シャント抵抗50a、50b、50cのそれぞれに流れる電流を検知する電流検知回路51より構成される。
The current detection means 5 is a so-called three-shunt method, and the current flowing in each of the
電流検出手段5は、インバータ回路出力電流、すなわち、モータ相電流を検出して、ベクトル制御や位置センサレス正弦波駆動を行うもので、下アームトランジスタ、又は下アームの逆並列ダイオードが導通したタイミングにてモータ電流に対応した電流を検出する。3シャント方式は、下アームトランジスタの導通時間と、デッドタイムを確保することによりモータ相電流に対応した電流検出が可能となり、直流電流トランスを省略して低価格の電流検出が可能となる。いわゆる、1シャント方式は、キャリヤ周波数が高い場合や、変調度が大きくなった場合には電流検出不可能領域が出現するので、3シャント方式の方が優れている。 The current detection means 5 detects inverter circuit output current, that is, motor phase current, and performs vector control and position sensorless sine wave drive. At the timing when the lower arm transistor or the lower arm antiparallel diode is turned on. The current corresponding to the motor current is detected. The three-shunt method enables current detection corresponding to the motor phase current by securing the conduction time and dead time of the lower arm transistor, and enables low-cost current detection by omitting the DC current transformer. The so-called one-shunt method is superior to the three-shunt method because a current undetectable region appears when the carrier frequency is high or the modulation degree becomes large.
過電流保護手段6は、無誘導のシャント抵抗50a、50b、50cの共通接続点Gと整流回路2の負電圧端子L2間に無誘導の過電流検出抵抗60を接続し、過電流検出抵抗60に流れる電流を過電流検知回路61により検出する。
The overcurrent protection means 6 connects a non-inductive
制御手段7は、マイクロコンピュータ、あるいはディジタルシグナルプロセッサ(略してDSP)等の高速プロセッサより構成され、電流検出手段5からの電流信号によりインバータ回路3をPWM制御してセンサレス駆動するもので、過電流保護手段6からの遮断信号によりインバータ回路3の出力トランジスタを瞬時にターンオフさせ、インバータ回路3とモータ4の過電流保護動作を行う。
The control means 7 is composed of a microcomputer or a high-speed processor such as a digital signal processor (abbreviated as DSP), and performs sensorless driving by PWM control of the
シャント抵抗50a、50b、50cの共通接続点Gを接地電位とし、電流検知回路51、過電流検知回路61、制御手段7の各回路の各接地電位を共通にできるので回路の直流電源を減らし、部品点数を減らすことができる。
Since the common connection point G of the
図2はインバータ回路3の詳細な回路図であり、6個のトランジスタとダイオードよりなる3相フルブリッジインバータ回路により構成している。ここで、3相アームの1つのU相アーム30Aについて説明すると、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBTと略す)よりなる上アームトランジスタ31a1と逆並列ダイオード32a1の並列接続体と、IGBTよりなる下アームトランジスタ31a2と逆並列ダイオード32a2の並列接続体を直列に接続し、上アームトランジスタ31a1のコレクタ端子は直流電源の正電位端子Lpに接続し、上アームトランジスタ31a1のエミッタ端子は出力端子Uに接続し、下アームトランジスタ31a2のエミッタ端子は電流検出手段5を構成するシャント抵抗50aを介して整流回路2よりなる直流電源の負電位側端子L2に接続する。
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the
上アームトランジスタ31a1は上アーム駆動信号Upに応じて上アームゲート駆動回路33a1により駆動され、下アームトランジスタ31a2は下アーム駆動信号Unに応じて下アームゲート駆動回路33a2によりオンオフスイッチング制御される。上アームゲート駆動回路33a1は、微分信号によりセットリセットされるRSフリップフロップ回路を内蔵し、上アーム駆動信号Upの立ち上がりで上アームトランジスタ31a1をオン動作させ、上アーム駆動信号Upの立ち下がりで上アームトランジスタ31a1をオフ動作させる。下アームゲート駆動回路33a2にはRSフリップフロップ回路は不必要であり、内蔵していない。 The upper arm transistor 31a1 is driven by the upper arm gate drive circuit 33a1 in accordance with the upper arm drive signal Up, and the lower arm transistor 31a2 is subjected to on / off switching control by the lower arm gate drive circuit 33a2 in accordance with the lower arm drive signal Un. The upper arm gate drive circuit 33a1 incorporates an RS flip-flop circuit that is set and reset by a differential signal, turns on the upper arm transistor 31a1 at the rise of the upper arm drive signal Up, and rises at the fall of the upper arm drive signal Up. The arm transistor 31a1 is turned off. The lower arm gate drive circuit 33a2 does not need an RS flip-flop circuit and does not incorporate it.
IGBTのゲート印加電圧は10〜15V必要であり、下アームトランジスタ31a2をオンさせると、15Vの直流電源の+端子B1よりブートストラップ抵抗34a、ブートストラップダイオード35aを介してブートストラップコンデンサ36aが充電されるので、ブートストラップコンデンサ36aの蓄積エネルギーにより上アームトランジスタ31a1をオンオフスイッチングできる。また、下アームの逆並列ダイオード32a2が導通した場合にも同様にブートストラップコンデンサ36aが充電される。
The gate application voltage of the IGBT needs 10 to 15V. When the lower arm transistor 31a2 is turned on, the
過電流検出手段6が過電流を検出した場合には、過電流信号をインバータ回路3と制御手段7へ同時に遮断信号を出力し、インバータ回路3の遮断信号端子OfをLoにするとインバータ回路3のU相、V相、W相各下アームトランジスタが瞬時にターンオフする。
When the overcurrent detection means 6 detects an overcurrent, it outputs an overcurrent signal to the
制御手段7は、過電流検出手段6からの信号を割り込み入力端子に加え、過電流信号に対して最優先速度でインバータ回路3への駆動出力信号を遮断するが、内蔵するプロセッサの応答時間分遮断速度が遅いため、インバータ回路3には高速遮断信号端子Ofを設けて上下アーム同時短絡等によるパワースイッチング素子の破壊やモータ4の減磁を防止する。
The control means 7 adds the signal from the overcurrent detection means 6 to the interrupt input terminal, and cuts off the drive output signal to the
V相アーム30B、W相アーム30Cも同様の接続であり、各アームの下アームトランジスタのエミッタ端子は電流検出手段5を構成するシャント抵抗50b、50cに接続し、シャント抵抗50b、50cの他方の端子は直流電源負電位端子Lnに接続している。IGBT、あるいはパワーMOSFETにより下アームトランジスタを構成すると、ゲート電圧を制御することによりスイッチング制御できるので、IGBTの場合はエミッタ端子、パワーMOSFETの場合にはソース端子に接続するシャント抵抗の電圧が1V以下となるように抵抗値を選定すればスイッチング動作にはほとんど影響することなく電圧制御によりオンオフスイッチング制御でき、シャント抵抗50a、50b、50cの電圧veu、vev、vewを検出することによりインバータ回路出力電流、すなわちモータ電流を検出できる特徴がある。
The V-phase arm 30B and the W-
図3は、インバータ回路出力電流の検出タイミングを示し、三角波変調によりPWM制御して、スイッチングノイズの影響を減らすために上下アームIGBTのスイッチングタイミングをはずして高速A/D変換してマイクロコンピュータ等のモータ制御プロセッサにより電流検出する。 FIG. 3 shows the detection timing of the inverter circuit output current, PWM control is performed by triangular wave modulation, the switching timing of the upper and lower arm IGBTs is removed to reduce the influence of switching noise, and high-speed A / D conversion is performed to Current detection is performed by a motor control processor.
図3において、ckは三角波変調信号Vtのピーク値すなわち時間t3にて発生させる同期信号であり、vuはU相電圧制御信号で、三角波変調信号VtとU相電圧制御信号vuを比較してU相上アームトランジスタ31a1の駆動信号UpとU相下アームトランジスタ31a2の駆動信号Unを発生させる。t1〜t2区間、t5〜t6区間は上下アームトランジスタの非導通期間でデッドタイムΔtと呼び、A/D変換タイミングは、上アームトランジスタがオフで下アームトランジスタがオンとなる時間t3、あるいは、時間t3からデッドタイムΔt時間ずらした時間t4の範囲内で行うとよい。 In FIG. 3, ck is a peak value of the triangular wave modulation signal Vt, that is, a synchronization signal generated at time t3, vu is a U-phase voltage control signal, and the triangular wave modulation signal Vt and the U-phase voltage control signal vu are compared with each other. A drive signal Up for the phase upper arm transistor 31a1 and a drive signal Un for the U phase lower arm transistor 31a2 are generated. The period between t1 and t2 and the period between t5 and t6 is called the dead time Δt in the non-conducting period of the upper and lower arm transistors, and the A / D conversion timing is the time t3 when the upper arm transistor is off and the lower arm transistor is on, It may be performed within a range of time t4 that is shifted from t3 by dead time Δt.
図4は、本発明による電流検知回路の詳細な実施例であり、シャント抵抗50a、50b、50cにより検出した電流信号を非反転増幅器により増幅し、マイクロコンピュータ等のプロセッサに内蔵するA/D変換回路が検出できるDC電圧レベルにレベル変換するものである。
FIG. 4 shows a detailed embodiment of the current detection circuit according to the present invention. A / D conversion is performed by amplifying current signals detected by the
電流検知回路51a、51b、51cは同一の回路なので、U相電流検知回路51aについて説明する。シャント抵抗50aに発生する電圧veuのピーク値はインバータ回路3のU相出力電流に対応しており、シャント抵抗電圧は電流検知回路の接地電位に対して正と負に変化する。マイクロコンピュータ等に内蔵のA/D変換回路は所定のDC電圧で動作するので、DC電圧のセンター値に対して変化するように増幅してレベルシフトさせる必要がある。言い換えれば、A/D変換回路の入力ダイナミックレンジ内で、モータ電流信号が変化するように設定する。
Since the
シャント抵抗50aと並列関係にコンデンサ500aを接続し、シャント抵抗50aより抵抗501a、502aを直列関係に接続して電流検知回路51aの直流電源(Vcc)に抵抗502aをプルアップ接続する。抵抗501a(抵抗値R2)と抵抗502a(抵抗値R1)の接続点を演算増幅器503aの+入力端子に接続し、演算増幅器503aの出力端子と−入力端子間に帰還抵抗504a(抵抗値R4)を接続し、−入力端子と接地電位間に抵抗505a(抵抗値R3)を接続し非反転増幅器として使用する。シャント抵抗抵抗値をRoとするとveu=Ro×Iとなり、抵抗501aと抵抗502aの分圧比kをk=R2/(R1+R2)、帰還増幅率KをK=R4/R3とすると、電流検知回路51aの出力電圧vauは式1で表される。
The
ここで、分圧比kと帰還増幅率Kの積、すなわち、k×K=0.5となるようにすれば、直流電源電圧Vccの1/2を中心にして電流Iに対応した電圧信号に変換される。 Here, if the product of the voltage division ratio k and the feedback amplification factor K, that is, k × K = 0.5, the voltage signal corresponding to the current I is centered on 1/2 of the DC power supply voltage Vcc. Converted.
例えば、分圧比k=0.1、帰還増幅率K=5、シャント抵抗値Ro=0.2Ω、Vcc=5Vとすると、電流検知回路51aの出力電圧はvau=0.9×I+2.5で表される。すなわち、A/D変換回路のDC電圧が5Vの場合、センター値2.5Vが0Aに相当し、ダイナミックレンジは±2.5Vに対して±2.5Aまでの電流を検知することができる。
For example, when the voltage division ratio k = 0.1, the feedback amplification factor K = 5, the shunt resistance value Ro = 0.2Ω, and Vcc = 5V, the output voltage of the
抵抗506aとダイオード507a、508aはA/D変換回路の過電圧保護のために接続している。
The
図5は、本発明による電流検知回路の他の実施例であり、反転増幅器により電流信号を増幅して電圧レベル変換するもので、U相電流検知回路51a1の実施例のみ示している。 FIG. 5 shows another embodiment of the current detection circuit according to the present invention, which amplifies a current signal by an inverting amplifier and converts the voltage level. Only the embodiment of the U-phase current detection circuit 51a1 is shown.
回路接続は、図4に示す実施例から一部変更したもので、抵抗502aを負電源Veにプルダウン接続し、演算増幅器503aを反転増幅器として使用したものである。図4に示す接地抵抗505aは省略できる。この時、帰還増幅率Kは帰還抵抗504a(R4)を入力抵抗501a(R2)で除したもので、シャント抵抗電圧降下veuと出力電圧vauの関係式は式2で表される。
The circuit connection is a partial change from the embodiment shown in FIG. 4, in which the
ここで、帰還抵抗504aと抵抗502aの比を、R4/R1=0.5に設定し、負電源VeのDC電圧絶対値をA/D変換器の電源電圧(ダイナミックレンジ)と等しくすると、A/D変換器の電源電圧のセンター値に対して上下に変化するようにシャント抵抗電圧が増幅されてレベル変換される。例えば、Ve=−5V、R4=10kΩ、R1=20kΩ、R2=2kΩとすると、vau=2.5−5×veuで表される。シャント抵抗抵抗値を0.2Ω、電流をIとすれば、vau=2.5−Iとなる。
Here, when the ratio of the
図4に説明した非反転増幅器を使用した回路は、プルアップ接続するDC電源電圧(Vcc)とA/D変換回路のDC電圧と等しくし、入力抵抗とプルアップ抵抗の分圧比kと帰還増幅率Kの積、すなわち、k×Kをほぼ0.5となるようにすれば、A/D変換回路のDC電圧のセンター値にレベル変換できる。 In the circuit using the non-inverting amplifier described in FIG. 4, the DC power supply voltage (Vcc) to be pulled up is equal to the DC voltage of the A / D converter circuit, the voltage dividing ratio k between the input resistor and the pull-up resistor, and the feedback amplification. If the product of the rate K, that is, k × K is approximately 0.5, the level can be converted to the center value of the DC voltage of the A / D conversion circuit.
図5に説明した反転増幅器を使用した回路は、負電源電圧絶対値をA/D変換回路のDC電圧と等しくし、帰還抵抗と負電源(Ve)へプルダウン接続する抵抗の比をほぼ0.5に設定すればよい。 In the circuit using the inverting amplifier described in FIG. 5, the absolute value of the negative power supply voltage is made equal to the DC voltage of the A / D conversion circuit, and the ratio of the feedback resistance and the resistance pull-down connected to the negative power supply (Ve) is approximately 0. 0. It may be set to 5.
以上述べたように、本発明の電流検知回路は少ない部品点数と単電源の演算増幅器により電流検出が容易、かつ安価にできる特長がある。 As described above, the current detection circuit of the present invention has a feature that current detection can be easily performed at low cost by using a small number of components and a single power supply operational amplifier.
図4に示した非反転増幅器による実施例は、単一電源で動作するので直流電源が簡略化される特長があり、図5に示した反転増幅器による実施例は、A/D変換回路のダイナミックレンジと同一の負電圧が必要となり価格アップとなるが、電流信号の正負の方向はモータ電流と等しいので演算が簡略化される特長がある。 The embodiment using the non-inverting amplifier shown in FIG. 4 has a feature that the DC power supply is simplified because it operates with a single power source. The embodiment using the inverting amplifier shown in FIG. The negative voltage that is the same as the range is required, which increases the price. However, since the positive and negative directions of the current signal are equal to the motor current, the calculation is simplified.
図6は、本発明による電流検知手段5と過電流検出手段6の接続関係を示す詳細な実施例であり、過電流検出手段6は1つの過電流検出抵抗60と単電源のコンパレータによりなる過電流検知回路61より構成している。U相電流検知回路51aの接地電位は接地電位Gと共通であり、詳細は図4にて説明したので説明は省略する。
FIG. 6 is a detailed embodiment showing the connection relation between the current detection means 5 and the overcurrent detection means 6 according to the present invention. The overcurrent detection means 6 is an
インバータ回路3、あるいは、モータ4に過電流が流れた場合には、過電流検出抵抗60にも過電流が流れるので、接地電位Gに対して電流Iと過電流検出抵抗抵抗値Raの積の電圧降下(va=I×Ra)が発生する。接地電位Gに対して電流Iは負の方向なので、負の電圧降下となる。過電流検出抵抗60の負電圧端子(L2)より抵抗600を接続し、抵抗600の他方の端子には抵抗601を接続して直流電源Vcc端子へ接続する。抵抗600と抵抗601の接続点を接地電位Gに共通接続したコンパレータ602の+入力端子に接続し、コンパレータ602の−入力端子(基準入力端子)には、抵抗603と抵抗604により直流電圧Vccの分圧された基準信号vrfが入力される。過電流検出抵抗60に流れる電流が少ない場合、コンパレータ602の−入力端子(基準入力端子)よりも+入力端子の方が高くなるように設定し、コンパレータ602の出力電圧はHiレベルとなる。
When an overcurrent flows through the
以上述べたように、本発明による実施の形態1においては、インバータ回路3によりベクトル制御、あるいは、センサレス正弦波駆動する場合、電流検出手段5をシャント抵抗50a、50b、50cと電流検知回路51により構成し、電流検出手段5とは別に設けた過電流保護手段6によりインバータ回路3の高速遮断保護が可能となるので、永久磁石モータの減磁や過電流によるパワー半導体の上下アーム短絡故障を防ぐことができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。
As described above, in the first embodiment according to the present invention, when vector control or sensorless sine wave drive is performed by the
また、電流検出手段は複数のシャント抵抗と単電源の演算増幅器より構成し、過電流検出手段は1つの過電流検出用抵抗と単電源のコンパレータで構成できるので、直流電流トランスを不要とし、部品抵抗が少なく安価な電流検出手段と過電流保護手段を構成できる。 In addition, the current detection means is composed of a plurality of shunt resistors and a single power supply operational amplifier, and the overcurrent detection means can be composed of a single overcurrent detection resistance and a single power supply comparator, eliminating the need for a DC current transformer. An inexpensive current detection means and overcurrent protection means with low resistance can be configured.
さらに、インバータ回路のパワースイッチング半導体が上下アーム同時短絡した場合においても、不燃性の過電流検出抵抗にすれば、小電力容量過電流検出抵抗内部で溶断して保護されるので、交流電源側の電流ヒューズが溶断するよりも先に遮断でき、インバータ回路の配線パターンが燃焼したり、パワースイッチング半導体が破裂する事故に至らないので、信頼性の高い保護装置を実現できる。 Furthermore, even if the power switching semiconductor of the inverter circuit is short-circuited simultaneously with the upper and lower arms, if the non-flammable overcurrent detection resistor is used, it will be melted and protected inside the small power capacity overcurrent detection resistor. Since the current fuse can be cut off before it blows, and the wiring pattern of the inverter circuit does not burn and the accident that the power switching semiconductor bursts does not occur, a highly reliable protective device can be realized.
特に倍電圧整流回路により直流電圧を高くしてインバータ回路に供給してインバータ回路直流電流を減らすことにより小容量の過電流検出抵抗を使用でき、過電流に対して溶断し易くなるので、保護性能を高めることができる。 In particular, by using a voltage doubler rectifier circuit to increase the DC voltage and supply it to the inverter circuit to reduce the inverter circuit DC current, a small-capacity overcurrent detection resistor can be used, and it is easy to blow out against overcurrent. Can be increased.
(実施の形態2)
以下、本発明の第2の実施の形態について図7を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図7のブロック図における過電流保護手段6Aは、図1に示したブロック図において過電流検出抵抗60を省略し、シャント抵抗の電圧降下を検出して過電流を検出するようにしたものである。
The overcurrent protection means 6A in the block diagram of FIG. 7 is such that the
過電流保護回路61Aは、複数のシャント抵抗50a、50b、50cそれぞれの電圧降下を検出する複数のコンパレータより構成し、1つの過電流設定手段62により複数のコンパレータの基準電位を設定する。
The
図8は、過電流保護手段6Aの詳細な実施例であり、過電流検知回路61Aは、U相、V相、W相それぞれに過電流検知回路61a、61b、61cを設け、1つの過電流設定手段62の過電流設定信号vrfにより過電流検知レベルが設定される。
FIG. 8 shows a detailed embodiment of the overcurrent protection means 6A. The
過電流検知回路61aについて説明すると、シャント抵抗50aの端子電圧信号を抵抗610aとコンデンサ611aよりなる積分回路を介してコンパレータ612aの−入力端子に信号を加える。コンパレータ612aの+入力端子には設定信号vrfが加えられる。コンパレータ612aの出力端子にはプルアップ抵抗を接続し、コンパレータ出力信号は、インバータ回路3の遮断信号端子Ofと、制御手段7の過電流停止端子IRQに接続しインバータ回路3と制御手段7によりインバータ回路3の出力トランジスタをターンオフさせる。
Explaining the
コンパレータ出力は通常オープンコレクタであり、過電流検知するとコンパレータ出力端子はLoとなり、U相、V相、W相それぞれのコンパレータ出力端子を共通接続すれば、いずれかのコンパレータが動作してもLoになり、インバータ回路3の出力が遮断される。
The comparator output is normally an open collector. When an overcurrent is detected, the comparator output terminal becomes Lo. If the U, V, and W phase comparator output terminals are connected in common, they will remain Lo even if either comparator operates. Thus, the output of the
過電流設定手段62は、直流電源Vccに抵抗621と抵抗622の直列接続体を接続し、抵抗621と抵抗622の接続点の信号、すなわち、直流電圧の分圧信号vrfを過電流検知回路61a、61b、61cのコンパレータ入力+端子に加える。
The overcurrent setting means 62 connects a series connection body of a
図8に示した実施例は、シャント抵抗50a、50b、50cから過電流信号を検出する回路例を示したが、電流検知回路51aの入力抵抗501aとプルアップ抵抗502aの接続点の電圧信号viuをコンパレータ612aの−入力端子に加えても動作は同じである。この時、抵抗610aとコンデンサ611aは省略でき、部品点数の削減ができる。
Although the embodiment shown in FIG. 8 shows an example of a circuit that detects an overcurrent signal from the
以上述べたように、本発明はインバータ回路3をセンサレス制御するためのシャント抵抗50a、50b、50cに流れる電流を過電流検知回路により検出するものであり、実施の形態1に示したように過電流検出抵抗を特別に設ける必要が無い。
As described above, according to the present invention, the current flowing through the
また、過電流設定手段は1つでよくいずれのシャント抵抗に電流が流れても同じ電流設定値で過電流保護可能である。 Further, only one overcurrent setting means is sufficient, and overcurrent protection can be performed with the same current setting value regardless of the current flowing through any of the shunt resistors.
また、過電流検知回路をコンパレータにより構成してオープンコレクタ出力端子を共通接続することにより、いずれのシャント抵抗に過電流が流れても1つの出力信号によりインバータ回路を遮断することができるので、インバータ回路の遮断入力端子は1つで保護可能となる。 In addition, by configuring the overcurrent detection circuit with a comparator and connecting the open collector output terminals in common, the inverter circuit can be shut off with a single output signal regardless of the shunt resistance, so the inverter circuit The circuit can be protected by one interrupt input terminal.
(実施の形態3)
以下、本発明の第3の実施の形態について図9を用いて説明する。図9は1つのインバータ回路により複数のモータを交互に切り換えて駆動する実施例である。基本的に動作は実施の形態2と同じなので変更点のみ説明する。
(Embodiment 3)
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 9 shows an embodiment in which a plurality of motors are alternately switched and driven by one inverter circuit. Since the operation is basically the same as in the second embodiment, only the changes will be described.
インバータ回路3の出力端子にリレーより構成される出力切換手段8を接続し、モータ4A、あるいはモータ4Bのどちらか一方を出力切換手段8により切り換えて駆動する。出力切換手段8は、制御手段7Aの切換信号swにより制御される。
An output switching means 8 constituted by a relay is connected to the output terminal of the
過電流保護手段6Bは、制御手段7Aの切換信号swにより過電流設定値をモータ4A、あるいはモータ4Bに応じて切り換えるようにしたもので、過電流設定手段62aは複数の過電流設定値を有し、過電流設定値変更手段63により過電流検知レベルを変更できる。
The overcurrent protection means 6B is configured to switch the overcurrent set value according to the
1つのインバータ回路により複数のモータを交互に駆動する実施例として、洗濯機の駆動モータと風呂水ポンプモータの駆動切換、あるいは、洗濯乾燥機の乾燥ファンモータと風呂水ポンプモータの切換、あるいは、食器洗い機の洗浄ポンプモータと排水ポンプモータ、あるいは乾燥ファンモータの切換駆動が考えられる。 As an example of alternately driving a plurality of motors by one inverter circuit, the drive switching of the washing motor drive motor and bath water pump motor, or the switching of the drying fan motor and bath water pump motor of the washing dryer, or A switching drive of the washing pump motor and the drainage pump motor or the drying fan motor of the dishwasher can be considered.
モータ4Bを駆動する場合には。制御手段7Aより切換信号swが出力切換手段8と、過電流保護手段6Bの過電流設定値変更手段63に加えられ、所定時間経過後、インバータ回路3が駆動されてモータ4Bが駆動される。
When driving the motor 4B. A switching signal sw is applied from the control means 7A to the output switching means 8 and the overcurrent set value changing means 63 of the overcurrent protection means 6B, and after a predetermined time has elapsed, the
以上述べたように、本発明によれば、過電流保護手段の過電流設定値を変更できるようにしたので、モータに応じて過電流検知レベルを最適値に設定でき、永久磁石モータの減磁レベルが異なる場合に於いてモータを交互に駆動する場合でも、モータに応じた最適値に設定でき、モータを切り換えても永久磁石が減磁しないように保護するので、信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。 As described above, according to the present invention, since the overcurrent set value of the overcurrent protection means can be changed, the overcurrent detection level can be set to an optimum value according to the motor, and the demagnetization of the permanent magnet motor Even when the motors are driven alternately at different levels, the optimum value can be set according to the motor, and even if the motor is switched, the permanent magnet is protected from demagnetization, so a highly reliable motor drive device Can be realized.
以上のように、本発明のモータ駆動装置は、交流電力を整流回路により直流電力に変換し、モータをインバータ回路により駆動し、インバータ回路の出力電流を電流検出手段により検出し、電流検出手段の信号によりインバータ回路をPWM制御してベクトル制御、あるいは、センサレス正弦波駆動し、過電流保護手段により前記モータ、あるいは前記インバータ回路の過電流保護動作を行うようにしたものであるから、安価な過電流保護手段により永久磁石同期モータの減磁や過電流による温度上昇、あるいは、パワースイッチング素子の破壊を防止するようにしたものであるから、ベクトル制御、あるいは、センサレス制御するほとんどのモータ駆動装置に応用することができ、食器洗い機の洗浄ポンプ駆動装置や洗濯機のモータ駆動装置、あるいはファンモータ駆動装置、空気調和機や冷蔵庫のヒートポンプモータ駆動装置に適用できる。 As described above, the motor driving device of the present invention converts AC power into DC power by the rectifier circuit, drives the motor by the inverter circuit, detects the output current of the inverter circuit by the current detection means, Since the inverter circuit is PWM-controlled by the signal to perform vector control or sensorless sine wave drive, and the overcurrent protection operation of the motor or the inverter circuit is performed by the overcurrent protection means, an inexpensive excessive current Current protection means prevents permanent magnet synchronous motors from demagnetizing and temperature rise due to overcurrent, or destruction of power switching elements, so it can be used in most motor control systems that perform vector control or sensorless control. Can be applied to dishwasher washing pump drive or washing machine motor drive Or the fan motor driving apparatus can be applied to an air conditioner or a refrigerator heat pump motor driving device.
1 交流電源
2 整流回路
3 インバータ回路
4 モータ
5 電流検出手段
6 過電流保護手段
7 制御手段
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