JP2006230049A - Motor control device and motor current detector - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置およびモータ電流検出装置に関し、詳細には、ブラシレスDCモータなどの3相モータを任意の回転数で駆動するモータ制御装置およびそのモータ電流を検出するモータ電流検出装置に関する。 The present invention relates to a motor control device and a motor current detection device, and more particularly to a motor control device that drives a three-phase motor such as a brushless DC motor at an arbitrary number of rotations and a motor current detection device that detects the motor current.
近年、エアコンにおける圧縮機などのモータを駆動する装置においては、地球環境保護の観点から消費電力を低減する必要性が大きくなっている。その中で、省電力の技術の一つとして、ブラシレスDCモータのような効率の高いモータを任意の周波数で駆動するインバータなどが広く一般に使用されている。さらに、駆動する技術としては、矩形波状の電流により駆動を行う矩形波駆動に対して、より効率が高く、騒音も低くすることが可能な正弦波駆動技術が注目されている。 In recent years, in an apparatus for driving a motor such as a compressor in an air conditioner, there is an increasing need for reducing power consumption from the viewpoint of protecting the global environment. Among them, as one of the power saving techniques, an inverter that drives a highly efficient motor such as a brushless DC motor at an arbitrary frequency is widely used. Furthermore, as a driving technique, a sine wave driving technique that is more efficient and can reduce noise is attracting attention as compared with the rectangular wave driving that is driven by a rectangular wave current.
エアコンにおける圧縮機のようなモータを駆動する場合、モータの回転子の位置を検出するセンサを取りつけることが困難であるため、回転子の位置を何らかの方法で推定しながら駆動を行う位置センサレス正弦波駆動の技術も発明されている。また、回転子の位置を推定する方法としては、電動機の誘起電圧を推定することにより行う方法がある。 When driving a motor such as a compressor in an air conditioner, it is difficult to attach a sensor that detects the position of the rotor of the motor, so a position sensorless sine wave that drives while estimating the position of the rotor by some method Driving techniques have also been invented. Further, as a method for estimating the position of the rotor, there is a method for estimating the rotor induced voltage.
誘起電圧の推定による位置センサレス正弦波駆動において、安価な構成で相電流を検出するモータ駆動装置として、例えば、特許文献1が公知である。同文献のモータ駆動装置によれば、インバータ、インバータ母線電流を検出する電流検出部、インバータの出力電圧値と電流検出部による電流値とからモータ誘起電圧を推定する誘起電圧推定部、推定された誘起電圧推定値に基づきモータの回転子位置を推定する回転子位置速度検出部、推定された回転子位置の情報に基づきインバータを制御するPWM信号を生成するPWM信号生成部及びPWM信号生成部で生成されたPWM信号のデューティを補正するデューティ補正部を備え、当該デューティ補正部はPWM信号生成部で生成されたPWM信号のデューティを電流検出部がインバータ母線電流を検出する期間においてPWM信号を変化させないようなデューティに補正するものである。
For example,
しかしながら、同文献の技術では、PWMデューティを補正する場合に、2キャリア周期単位で3相印加電圧が変化しないようにデューティを補正しているので、1キャリア周期単位では3相印加電圧の誤差が大きくなってしまうため、安定したモータ回転制御を行うことができないという問題がある。 However, in the technique of this document, when the PWM duty is corrected, the duty is corrected so that the three-phase applied voltage does not change in units of two carrier periods. Since it becomes large, there exists a problem that stable motor rotation control cannot be performed.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安価な構成でモータ電流を正確に検出するとともに、安定したモータ回転制御を行うことが可能なモータ制御装置およびそのモータ電流を検出するモータ電流検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a motor control device capable of accurately detecting a motor current with an inexpensive configuration and capable of performing stable motor rotation control, and a motor for detecting the motor current An object is to provide a current detection device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のスイッチング素子を含み、入力される直流電圧を交流電圧に変換して、その駆動電圧を3相モータに供給するインバータと、前記インバータに流れる電流からモータ電流値を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流値に基づいて、前記3相モータの回転子位置を推定する回転子位置推定手段と、前記推定された回転子位置に基づいて、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、を備え、前記PWM信号生成手段は、前記モータ電流検出手段でのモータ電流検出タイミングが短かくなる前記PWM信号のパターンの場合には、所定時間以上のモータ電流検出タイミングを確保すべく、キャリア周波数をn(但し、nは2以上の整数)倍とし、かつ、前記PWM信号のパターンを変更することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes an inverter that includes a plurality of switching elements, converts an input DC voltage into an AC voltage, and supplies the drive voltage to a three-phase motor. Motor current detection means for detecting a motor current value from the current flowing through the inverter, and rotor position estimation means for estimating the rotor position of the three-phase motor based on the motor current value detected by the motor current detection means And PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the estimated rotor position, wherein the PWM signal generating means is the motor current detecting means. In the case of the PWM signal pattern in which the motor current detection timing at the time becomes short, the motor current detection timing of a predetermined time or more is ensured. Ku, the carrier frequency n (where, n is an integer of 2 or more) and times, and, and changing the pattern of the PWM signal.
また、本発明は、3相モータを駆動するインバータに流れる直流電流からモータ電流を検出するモータ電流検出装置において、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成し、かつ、モータ電流のサンプルタイミング信号を出力するPWM信号生成手段と、前記サンプルタイミング信号に基づいて、前記インバータに流れる電流からモータ電流値を検出するモータ電流検出手段と、を備え、前記PWM信号生成手段は、前記モータ電流検出手段でのモータ電流検出タイミングが短かくなる前記PWM信号のパターンの場合には、所定時間以上のモータ電流検出タイミングを確保すべく、キャリア周波数をn(但し、nは2以上の整数)倍とし、かつ、前記PWM信号のパターンを変更するとともに、前記サンプルタイミング信号を変更することを特徴とする。 Further, the present invention provides a motor current detection device that detects a motor current from a direct current flowing in an inverter that drives a three-phase motor, generates a PWM signal that controls the operation of each switching element of the inverter, and the motor current PWM signal generating means for outputting the sample timing signal, and motor current detecting means for detecting a motor current value from the current flowing through the inverter based on the sample timing signal, the PWM signal generating means, In the case of the PWM signal pattern in which the motor current detection timing in the motor current detection means becomes short, the carrier frequency is set to n (where n is an integer of 2 or more) in order to ensure the motor current detection timing of a predetermined time or more. ) And the PWM signal pattern is changed and the sample is changed. And changes the timing signals.
本発明によれば、PWM信号生成手段は、モータ電流検出手段でのモータ電流検出タイミングが短かくなるPWM信号のパターンの場合には、所定時間以上のモータ電流検出タイミングを確保すべく、キャリア周波数をn(但し、nは2以上の整数)倍とし、かつ、PWM信号のパターンを変更することとしたので、基本キャリア周期単位での3相電圧の出力値に変動を与えることなく、インバータに流れる電流から正確にモータ電流のサンプリングを行うことができ、安価な構成でモータ電流を正確に検出するとともに、安定したモータ回転制御を行うことが可能なモータ制御装置およびそのモータ電流を検出するモータ電流検出装置を提供することが可能となるという効果を奏する。 According to the present invention, in the case of a PWM signal pattern in which the motor current detection timing in the motor current detection means is shortened, the PWM signal generation means has a carrier frequency to ensure a motor current detection timing of a predetermined time or more. Is multiplied by n (where n is an integer greater than or equal to 2), and the pattern of the PWM signal is changed, so that the output value of the three-phase voltage in the basic carrier cycle unit is not changed, Motor controller capable of accurately sampling motor current from flowing current, accurately detecting motor current with an inexpensive configuration, and capable of performing stable motor rotation control, and motor for detecting the motor current There is an effect that it is possible to provide a current detection device.
以下に、この発明に係るモータ制御装置およびモータ電流検出装置の最良の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。 The best mode of a motor control device and a motor current detection device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は本実施例に係るモータ制御装置1の構成例を示すブロック図である。モータ駆動装置1は、図1に示すように、直流電源10、ブラシレスDCモータ80に駆動電圧を供給するインバータ20と、インバータ20の印加電圧を検出する検出するDC電圧検出回路30と、インバータ20に流れる電流を検出するDC電流検出回路40と、インバータ20を駆動するインバータ駆動回路50と、インバータ駆動回路50を制御する制御回路60と、ブラシレスDCモータ80とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a
ブラシレスDCモータ80は、3相巻線が取付けられた固定子81と、磁石が装着された回転子82とを備えている。固定子81のU相巻線,V相巻線,およびW相巻線の非結線端は、インバータ20のU相端子、V相端子、およびW相端子にそれぞれ接続されている。
The
インバータ20は、一対のスイッチング素子からなるハーフブリッジ回路をU相用,V相用,W相用として3相分備えており、各スイッチング素子には還流ダイオードが並列接続されている。このハーフブリッジ回路には直流電源10から出力される直流電圧が印加される。各スイッチング素子の制御端子(ゲート端子)には、インバータ駆動回路50からゲート駆動信号が入力される。インバータ20に印加される直流電圧は、インバータ20内のスイッチング素子のスイッチング動作によって3相の交流電圧に変換され、それによりブラシレスDCモータ80が駆動される。
The
DC電圧検出回路30は、分圧抵抗Rh,Rlの接続点に接続され、インバータ20に印加される印加電圧を検出して制御回路60に出力する。DC電流検出回路40は、シャント抵抗Rの両端間に接続され、インバータ20に流れる電流を検出して制御回路60に出力する。
The DC
制御回路60は、マイコンやDSP等で構成されており、CPU、制御プログラムが格納された不揮発性メモリ、一時的なデータ格納される揮発性メモリ、入出力ポート、およびA/D変換器などを備えている。図1では、制御回路60は、機能ブロックにより示されている。制御回路60は、A/Dポート61、62と、モータ電流検出部63と、3相−2相変換部64と、位置・速度誤差推定部65と、絶対座標変換部66と、速度制御部67と、2相−3相変換部68と、電流制御部69と、PWM波形生成部70と、PWM出力ポート71とを備えている。
The control circuit 60 includes a microcomputer, a DSP, and the like, and includes a CPU, a non-volatile memory in which a control program is stored, a volatile memory in which temporary data is stored, an input / output port, an A / D converter, and the like. I have. In FIG. 1, the control circuit 60 is shown by functional blocks. The control circuit 60 includes A /
DC電圧検出回路30で検出された直流電圧は、A/Dポート61でA/D変換されて、電圧値VdcとしてPWM波形生成部70に入力される。モータ電流検出部63は、DC電流検出回路40からA/Dポート62を介してA/D変換された電流値が入力され、PWM波形生成部70から入力されるサンプルタイミング信号に従って、モータの2相電流値を検出し、残りの1相の電流値を下式(1)で算出し、モータの3相(U相、V相、Z相)電流値iu、iv、iwを3相−2相変換部64に出力する。
The DC voltage detected by the DC
3相−2相変換部64は、モータ電流検出部63から入力される3相電流値iu、iv、iwに、絶対座標上における座標変換を行って2相電流値(iα、iβ)を位置・速度誤差推定部65に出力する。ここで、2相電流値(iα、iβ)は、下式(2)で算出することができる。
The three-phase to two-
位置・速度誤差推定部65は、3相−2相変換部64から入力される2相電流値(iα、iβ)に基づいて、モータ実回転数(ω(n))およびモータ実角度(θ(n))を算出し、モータ実回転数(ω(n))を速度制御部67に、モータ実角度(θ(n))を絶対座標変換部66に出力する。ここで、モータ実回転数(ω(n))およびモータ実角度(θ(n))は、以下のようにして算出することができる。まず、絶対座標系における2相電流値(iα、iβ)から、下式(3)を使用して、任意のγδ座標系のIγ、Iδを算出する。
The position / velocity
つぎに、下式(4)に示すモータ電流のモデル式を使用して、モデル電流Imγ(n)、Imδ(n)を算出する。 Next, model currents Imγ (n) and Imδ (n) are calculated using a model formula of the motor current shown in the following formula (4).
そして、モデル電流Imγ(n)、Imδ(n)、iγ、iδに基づいて、下式(5)を使用して、速度誤差(ΔIδ(n))、位置誤差(ΔIγ(n))をそれぞれ算出する。 Then, based on the model currents Imγ (n), Imδ (n), iγ, iδ, the following formula (5) is used to calculate the speed error (ΔIδ (n)) and the position error (ΔIγ (n)), respectively. calculate.
また、下式(6)を使用して、速度誤差(ΔIδ(n))に基づいてモータ実回転数(ω(n))を算出し、また、位置誤差(ΔIγ(n))、モータ実回転数(ω(n))に基づいてモータ実角度(θ(n))を算出する。 Further, the following equation (6) is used to calculate the motor actual rotational speed (ω (n)) based on the speed error (ΔIδ (n)), and the position error (ΔIγ (n)), motor actual The actual motor angle (θ (n)) is calculated based on the rotation speed (ω (n)).
速度制御部67は、外部から与えられる目標回転数と位置・速度誤差推定部65から入力されるモータ実回転数(ω(n))とを比較してトルク電流値(iq*)を算出し、また、トルク電流値(iq*)に基づいて、下式(7)を使用して励磁電流(id*)を算出する。速度制御部67は、算出したトルク電流値(iq*)および励磁電流(id*)を電流制御部69に出力する。
The
電流制御部69は、速度制御部67から入力されるトルク電流値(iq*)および励磁電流(id*)を電圧値に変換して、トルク電圧値(Vq*)および励磁電圧(Vd*)を絶対座標変換部66に出力する。ここで、トルク電圧値(Vq*)および励磁電圧(Vd*)は、dq座標系において、下記式(8)で算出することができる。
The
絶対座標変換部66は、電流制御部69から入力されるトルク電圧値(Vq*)、励磁電圧(Vd*)、および位置・速度誤差推定部65から入力されるモータ実角度(θ(n))に基づいて、αβ座標上での電圧(Vα、Vβ)を算出して、2相−3相変換部68に出力する。
The absolute
具体的には、以下の方法でαβ座標上での電圧Vα、Vβを算出する。まず、絶対値および出力角度を算出する。下式(9)を使用して、回転座標軸上の電圧ベクトルから、下式電圧の絶対値(Vo)とd軸との位相(θvo)を算出する。 Specifically, the voltages Vα and Vβ on the αβ coordinates are calculated by the following method. First, an absolute value and an output angle are calculated. Using the following equation (9), the absolute value (Vo) of the voltage of the following equation and the phase (θvo) between the d-axis and the voltage vector on the rotation coordinate axis are calculated.
ここで、最終的な出力であるUVW相電圧が直流電圧を超えないために、下式(10)を使用して、Voの上限値を判定し、出力電圧(Va)を算出する。 Here, since the UVW phase voltage as the final output does not exceed the DC voltage, the upper limit value of Vo is determined using the following equation (10), and the output voltage (Va) is calculated.
つぎに、絶対座標変換を行う。回転子位置角(θ(n))と回転座標軸上での電圧位相(θvo)から、下式(11)を使用して、α軸との電圧位相(θv)を算出する。 Next, absolute coordinate transformation is performed. From the rotor position angle (θ (n)) and the voltage phase (θvo) on the rotation coordinate axis, the voltage phase (θv) with respect to the α axis is calculated using the following equation (11).
さらに、下式(12)を使用して、出力電圧(Va)と、電圧位相(θv)とからαβ座標軸上での電圧(Vα、Vβ)を算出する。 Further, the voltage (Vα, Vβ) on the αβ coordinate axis is calculated from the output voltage (Va) and the voltage phase (θv) using the following equation (12).
2相−3相変調部68は、絶対座標変換部66から入力されるαβ座標上での電圧Vα、Vβに基づいて、2相変調方式による3相電圧(VU、VV、VW)を算出して、PWM波形生成部70に出力する。
The two-phase / three-
PWM波形生成部70は、2相−3相変調部68から入力される3相電圧(VU、VV、VW)に基づいて、例えば、三角比較法によりPWM変調されたPWM信号(VPWM)を生成する。ここで、U相PWMデューティ(U_PWM)=(VU/Vdc)×100、V相PWMデューティ(V_PWM)=(VV/Vdc)×100、W相PWMデューティ(W_PWM)=(VW/Vdc)×100となる。
The PWM
PWM波形生成部70は、モータ電流検出部63において、入力される直流電流からモータ電流検出タイミングが短かくなるPWM信号(VPWM)のパターンの場合には、後述するPWM補正処理を行って、キャリア周波数をn(但し、nは2以上の整数)倍とし、かつ、PWM信号のパターンを変更する。
In the case of a pattern of a PWM signal (V PWM ) in which the motor current detection timing becomes shorter from the input DC current in the motor
PWM波形生成部70は、PWM信号(VPWM)をPWM出力ポート71を出力する。PWM出力ポート71は、入力されるPWM信号(VPWM)を各相正負の通電信号(Up,Un,Vp,Vn、Wp,Wn)に変換して、インバータ駆動回路50に出力する。インバータ駆動回路50は、入力される通電信号(Up,Un,Vp,Vn、Wp,Wn)に従って、インバータ20の各スイッチング素子を動作させる。
The PWM
図2〜図7を参照して、PWM波形生成部70のPWM補正処理について詳細に説明する。図2および図3は正弦波駆動時の3相電圧(VU、VV、VW)波形を示した図である。図2および図3において、横軸は出力角度、縦軸は出力電圧を示している。
The PWM correction processing of the PWM
図2において、Cで示す最大電圧と中間電圧との差が小さい区間、すなわち、PWM信号の最大相(=最大デューティ相)と中間相(=中間デューティ相)のデューティ差が小さい区間では、直流電流からモータ電流をサンプリングするためのサンプリング時間が十分に得ることができない。このCの区間では、PWM信号に対して後述する同電圧変換処理を行う。また、Bで示す中間電圧と最小電圧の小さい区間、すなわち、PWM信号の中間相と最小相(=最小デューティ相)のデューティ差が小さい区間では、直流電流からモータ電流をサンプリングするためのサンプリング時間が十分に得ることができない。このBの区間では、PWM信号に対して後述する1相低電圧時変換処理を行う。 In FIG. 2, in a section where the difference between the maximum voltage and the intermediate voltage indicated by C is small, that is, in a section where the duty difference between the maximum phase (= maximum duty phase) and the intermediate phase (= intermediate duty phase) of the PWM signal is small, Sampling time for sampling the motor current from the current cannot be obtained sufficiently. In the section C, the same voltage conversion process described later is performed on the PWM signal. Also, in a section where the intermediate voltage and the minimum voltage indicated by B are small, that is, a section where the duty difference between the intermediate phase and the minimum phase (= minimum duty phase) of the PWM signal is small, the sampling time for sampling the motor current from the direct current Can't get enough. In the section B, a one-phase low voltage conversion process described later is performed on the PWM signal.
図3において、Aで示す2相の電圧が小さい区間、すなわち、PWM信号の2相のデューティが小さい区間では、直流電流からモータ電流をサンプリングするためのサンプリング時間が十分に得ることができない。このAの区間では、PWM信号に対して後述する2相低電圧時変換処理を行う。 In FIG. 3, in a section where the two-phase voltage indicated by A is small, that is, a section where the two-phase duty of the PWM signal is small, a sufficient sampling time for sampling the motor current from the direct current cannot be obtained. In the section A, a two-phase low voltage conversion process described later is performed on the PWM signal.
図4は、PWM波形生成部70におけるPWM補正処理を説明するためのフローチャートである。同図において、MAX_DUTYは、PWM信号の最大相のデューティ値、MID_DUTYは、PWM信号の中間相のデューティ値、MIN_DUTYは、PWM信号の最小相のデューティ値を示している。なお、どの相が最大相、中間相、最小相になるかは出力角度で異なる。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the PWM correction processing in the PWM
図4において、PWM波形生成部70は、3相PWMデューティ(U_PWM、V_PWM、W_PWM)を大きい順に並び替え、大きい順にMAX_DUTY、MID_DUTY、MIN_DUTYとする(ステップS1)。PWM波形生成部70は、MID_DUTY−MIN_DUTY<電流検出に必要な時間Xであるか否かを判定する(ステップS2)。ここで、Xは本実施例では、A/D変換に必要な時間として、例えば、X=5μsecとしてしている。Xの値は、マイコンの性能やスイッチング素子の遅延時間等により変わるものである。PWM波形生成部70は、MID_DUTY−MIN_DUTY<電流検出に必要な時間Xである場合には(ステップS2の「Yes」)、MAX_DUTY<電流検出に必要な時間Xであるか否かを判定し(ステップS3)、MAX_DUTY<電流検出に必要な時間Xである場合には(ステップS3の「Yes」)、2相低電圧時変換処理を実行し(ステップS5)、MAX_DUTY<電流検出に必要な時間Xでない場合には(ステップS3の「No」)、1相低電圧時変換処理を実行する(ステップS6)。
In FIG. 4, the PWM
他方、PWM波形生成部70は、MID_DUTY−MIN_DUTY<電流検出に必要な時間Xでない場合には(ステップS2の「No」)、MAX_DUTY−MID_DUTY<2X(電流検出に必要な時間Xの2倍の時間)であるか否かを判定し(ステップS4)、MAX_DUTY−MID_DUTY<2Xである場合には(ステップS4の「Yes」)、同電圧時変換処理を実行し(ステップS7)、MAX_DUTY−MID_DUTY<2Xでない場合には(ステップS3の「No」)、PWM補正処理を実行しない。
On the other hand, if the PWM
図5を参照して、2相低電圧時変換処理を説明する。図5は、キャリア一周期におけるPWMデューティと各相電圧の関係を示している。PWM波形生成部70において、例えば、図5(変換前)に示すようなPWM波形を出力するような演算結果がなされた場合、電流検出可能期間が短くなってしまうため、直流電流からモータ電流をサンプリングするためのサンプリング時間を十分に得ることができない。
The two-phase low voltage conversion process will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the relationship between the PWM duty and each phase voltage in one carrier cycle. In the PWM
そこで、PWM波形生成部70は、モータ電流検出可能時間を確保するために、図5(変換前)に示すPWM波形を、例えば、図5(変換後)に示すようなPWM波形に変換する。すなわち、PWM波形生成部70は、2相低電圧時変換処理では、各相のデューティに所定値(α)を加算し、また、キャリア周波数を2倍とした上で、最大相を前半に、中間相を後半に、および最小相を前後均等に配置するようにPWM波形の変換を行う。図5(変換後)に示す例では、UVW相のデューティに所定の値(α)を加算し、また、キャリア周波数を2倍とした上で、最大相であるU相を前半に、中間相であるV相を後半に、および最小相であるW相を前後均等に配置している。なお、ここでは、最小デューティ相を前後均等に配分しているが、その配分比率を変更することにしてもよい。
Therefore, the PWM
図6を参照して、1相低電圧時変換処理を説明する。図6は、キャリア一周期におけるPWMデューティと各相電圧の関係を示している。PWM波形生成部70において、例えば、図6(変換前)に示すようなPWM波形を出力するような演算結果がなされた場合、電流検出可能期間が短くなってしまうため、直流電流からモータ電流をサンプリングするためのサンプリング時間を十分に得ることができない。
The one-phase low-voltage conversion process will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the relationship between the PWM duty and each phase voltage in one carrier cycle. In the PWM
そこで、PWM波形生成部70は、モータ電流検出可能時間を確保するために、図6(変換前)に示すPWM波形を、例えば、図6(変換後)に示すようなPWM波形に変換する。すなわち、PWM波形生成部70は、1相低電圧時変換処理では、各相のデューティに所定の値(α)を加算し、また、キャリア周波数を2倍とした上で、最大相を前後均等に、中間相を後半に、および最小相を前半に配置するようなPWM波形の変換を行う。図6(変換後)に示す例では、各相のデューティに所定の値(α)を加算し、また、キャリア周波数を2倍とした上で、最大相であるU相を前後均等に、中間相であるV相を後半に、および最小相であるW相を前半に配置している。なお、ここでは、最大相を前後均等に配分しているが、その配分比率を変更することにしてもよい。
Therefore, the PWM
図7を参照して、同電圧時変換処理を説明する。図7は、キャリア一周期におけるPWMデューティと各相電圧の関係を示している。PWM波形生成部70において、例えば、図7(変換前)に示すようなPWM波形を出力するような演算結果がなされた場合、電流検出可能期間が短くなってしまうため、直流電流からモータ電流をサンプリングするためのサンプリング時間を十分に得ることができない。
With reference to FIG. 7, the same voltage conversion process will be described. FIG. 7 shows the relationship between the PWM duty and each phase voltage in one carrier cycle. In the PWM
そこで、PWM波形生成部70は、モータ電流検出可能時間を確保するために、図7(変換前)に示すPWM波形を、例えば、図7(変換後)に示すようなPWM波形に変換する。すなわち、PWM波形生成部70は、同電圧時変換処理では、キャリア周波数を2倍とした上で、最大相を前半に、中間相を後半に集中的に配置するようなPWM波形の変換を行う。図7(変換後)に示す例では、キャリア周波数を2倍とした上で、最大相であるU相を前半に、中間相であるV相を後半に集中的に配置している。PWM波形生成部70は、これらの変換されたPWM波形をPWM出力ポート71に対して出力する。
Therefore, the PWM
図8〜図11を参照して、モータ電流検出タイミングについて説明する。PWM波形生成部70は、PWM補正処理を行わない場合と、PWM補正処理を行う場合(2相低電圧時変換処理、1相低電圧時変換処理、同電圧時変換処理)とでモータ電流の検出タイミングの切り替えを行う。PWM波形生成部70は、以下に説明するような検出タイミングのサンプルタイミング信号をモータ電流検出部63に出力し、モータ電流検出部63は、このサンプルタイミング信号に従って、モータ電流を検出する。
The motor current detection timing will be described with reference to FIGS. The PWM
図8は、PWM補正処理を実行しない場合のモータ電流検出タイミングを説明するための図である。図8において、PWM補正処理を実行しない場合には、最大相の立ち上がりのタイミングで最大相の正方向電流の検出を行い、中間相の立ち上がりで最小相の負方向電流の検出を行う。 FIG. 8 is a diagram for explaining the motor current detection timing when the PWM correction process is not executed. In FIG. 8, when the PWM correction process is not executed, the positive current of the maximum phase is detected at the rising timing of the maximum phase, and the negative current of the minimum phase is detected at the rising of the intermediate phase.
図9は、2相低電圧時変換時のモータ電流検出タイミングを説明するための図である。図9において、2相低電圧時変換時には、前半キャリアの最小相の立ち上がりで中間相の負方向電流を検出し、後半キャリアの中間相の立ち上がりで最大相の負方向電流の検出を行う。 FIG. 9 is a diagram for explaining the motor current detection timing at the time of two-phase low voltage conversion. In FIG. 9, at the time of two-phase low voltage conversion, the negative current of the intermediate phase is detected at the rising edge of the minimum phase of the first half carrier, and the negative current of the maximum phase is detected at the rising edge of the intermediate phase of the second half carrier.
図10は、1相低電圧時変換時のモータ電流検出タイミングを説明するための図である。図10において、1相低電圧時変換時は、前半キャリアの最大相の立ち上がりで、中間相の正方向電流を検出し、後半キャリアの中間相の立ち上がりで最小相の負方向電流の検出を行う。 FIG. 10 is a diagram for explaining the motor current detection timing at the time of the one-phase low voltage conversion. In FIG. 10, at the time of one-phase low voltage conversion, the positive current of the intermediate phase is detected at the rising edge of the maximum phase of the first half carrier, and the negative current of the minimum phase is detected at the rising edge of the intermediate phase of the second half carrier. .
図11は、同電圧時変換時のモータ電流検出タイミングを説明するための図である。同電圧時変換時は、前半キャリアの最大相の立ち上がりで、最大相の正方向電流を検出し、後半キャリアの中間相の立ち上がりで中間相の正方向電流の検出を行う。 FIG. 11 is a diagram for explaining the motor current detection timing at the time of conversion at the same voltage. At the same voltage conversion time, the positive current of the maximum phase is detected at the rising edge of the maximum phase of the first half carrier, and the positive current of the intermediate phase is detected at the rising edge of the intermediate phase of the second half carrier.
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置1によれば、PWM波形生成部70は、モータ電流検出部63でのモータ電流検出タイミングが短かくなるPWM信号のパターンの場合には、所定時間以上のモータ電流検出タイミングを確保すべく、キャリア周波数をn(但し、nは2以上の整数)倍とし、かつ、PWM信号のパターンを変更することとしたので、基本キャリア周期単位での3相電圧の出力値に変動を与えることなく、インバータ20(シャント抵抗R)に流れる電流から、正確にモータ電流のサンプリングを行うことができ、ブラシレスDCモータ80の正弦波駆動をセンサレスで低コストな構成および方法で実現できるととともに、低騒音および弱め界磁効果による安定したモータ回転制御を行うことができる。
As described above, according to the
なお、上記実施例では、キャリアとして三角波を使用することとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ノコギリ波を使用することにしてもよい。また、キャリア周波数を2倍として場合を一例として説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、3倍以上とすることにしても良い。また、本発明のモータ電流検出装置は、ブラシレスDCモータに限られるものではなく、例えば、誘導モータのモータ電流検出にも適用することができる。 In the above embodiment, the triangular wave is used as the carrier. However, the present invention is not limited to this, and for example, a sawtooth wave may be used. Further, the case where the carrier frequency is doubled has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and may be three times or more. The motor current detection device of the present invention is not limited to a brushless DC motor, and can be applied to, for example, motor current detection of an induction motor.
本発明に係るモータ制御装置およびモータ電流検出装置は、ブラシレスDCモータを使用したモータ制御装置およびモータ電流検出装置に有用であり、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、クリーナー、および換気扇などの低騒音・低消費電力・省スペースが要求される製品に広く利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The motor control device and the motor current detection device according to the present invention are useful for a motor control device and a motor current detection device that use a brushless DC motor, and are low noise and low in air conditioners, refrigerators, washing machines, cleaners, and ventilation fans. It can be widely used for products that require power consumption and space saving.
1 モータ駆動装置
10 直流電源
20 インバータ
30 DC電流検出回路
40 DC電圧検出回路
50 インバータ駆動回路
60 制御回路
61,62 A/Dポート
63 モータ電流検出部
64 3相−2相変換部
65 位置・速度誤差推定部
66 絶対座標変換部
67 速度制御部
68 2相−3相変換部
69 電流制御部
70 PWM波形生成部
71 PWM出力ポート
80 ブラシレススDCモータ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記インバータに流れる電流からモータ電流値を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流値に基づいて、前記3相モータの回転子位置を推定する回転子位置推定手段と、
前記推定された回転子位置に基づいて、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
を備え、
前記PWM信号生成手段は、前記モータ電流検出手段でのモータ電流検出タイミングが短かくなる前記PWM信号のパターンの場合には、所定時間以上のモータ電流検出タイミングを確保すべく、キャリア周波数をn(但し、nは2以上の整数)倍とし、かつ、前記PWM信号のパターンを変更することを特徴とするモータ制御装置。 An inverter that includes a plurality of switching elements, converts an input DC voltage into an AC voltage, and supplies the drive voltage to a three-phase motor;
Motor current detection means for detecting a motor current value from the current flowing through the inverter;
Rotor position estimating means for estimating the rotor position of the three-phase motor based on the motor current value detected by the motor current detecting means;
PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the estimated rotor position;
With
In the case of the PWM signal pattern in which the motor current detection timing in the motor current detection means is short, the PWM signal generation means sets the carrier frequency to n ( However, n is an integer of 2 or more), and the PWM signal pattern is changed.
(A)前記PWM信号の中間相のデューティ値と最小相のデューティ値との差が第1閾値より小さいか否かを判定し、
(B)中間相のデューティ値と最小相のデューティ値との差が第1閾値より小さい場合には、最大相のデューティ値が前記第1閾値より小さいか否かを判定し、最大相のデューティ値が前記第1閾値より小さい場合には、第1の補正処理を実行し、最大相のデューティ値が前記第1閾値より小さくない場合には、第2の補正処理を実行し、
(C)中間相のデューティ値と最小相のデューティ値との差が第1閾値より小さくない場合には、最大相のデューティ値と中間相のデューティ値の差が、前記第1閾値より大なる第2閾値より小さいか否かを判定し、最大相のデューティ値と中間相のデューティ値との差が前記第2閾値より小さい場合には、第3の補正処理を実行し、
(D)前記第1の補正処理では、各相のデューティ値に所定値を加算し、かつ、キャリア周波数を2倍とした上で、最大相を前半キャリアに配置し、中間相を後半キャリアに配置し、最小相を前記前半キャリアおよび前記後半キャリアに分割して配置し、
(E)前記第2の補正処理では、各相のデューティ値に所定値を加算し、かつ、キャリア周波数を2倍とした上で、最大相を前半キャリアおよび前記後半キャリアに分割して配置し、中間相を後半キャリアに配置し、および最小相を前記前半キャリアに配置し、
(F)前記第3の補正処理では、最大相を前半キャリアに集中して配置し、中間相を後半キャリアに集中的に配置することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The PWM signal generating means includes
(A) It is determined whether the difference between the duty value of the intermediate phase and the duty value of the minimum phase of the PWM signal is smaller than a first threshold value,
(B) When the difference between the duty value of the intermediate phase and the duty value of the minimum phase is smaller than the first threshold value, it is determined whether the duty value of the maximum phase is smaller than the first threshold value, and the duty of the maximum phase When the value is smaller than the first threshold value, the first correction process is performed. When the maximum phase duty value is not smaller than the first threshold value, the second correction process is performed.
(C) When the difference between the duty value of the intermediate phase and the duty value of the minimum phase is not smaller than the first threshold value, the difference between the duty value of the maximum phase and the duty value of the intermediate phase is larger than the first threshold value. It is determined whether or not it is smaller than the second threshold value, and if the difference between the maximum phase duty value and the intermediate phase duty value is smaller than the second threshold value, a third correction process is executed,
(D) In the first correction process, a predetermined value is added to the duty value of each phase, the carrier frequency is doubled, the maximum phase is arranged in the first half carrier, and the intermediate phase is set in the second half carrier. Arranging, dividing the minimum phase into the first carrier and the second carrier,
(E) In the second correction process, a predetermined value is added to the duty value of each phase, the carrier frequency is doubled, and the maximum phase is divided into the first half carrier and the second half carrier. The intermediate phase is placed on the second half carrier, and the minimum phase is placed on the first half carrier,
(F) The motor control device according to claim 1, wherein, in the third correction process, the maximum phase is concentrated on the first half carrier and the intermediate phase is concentrated on the second half carrier.
前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成し、かつ、モータ電流のサンプルタイミング信号を出力するPWM信号生成手段と、
前記サンプルタイミング信号に基づいて、前記インバータに流れる電流からモータ電流値を検出するモータ電流検出手段と、
を備え、
前記PWM信号生成手段は、前記モータ電流検出手段でのモータ電流検出タイミングが短かくなる前記PWM信号のパターンの場合には、所定時間以上のモータ電流検出タイミングを確保すべく、キャリア周波数をn(但し、nは2以上の整数)倍とし、かつ、前記PWM信号のパターンを変更するとともに、前記サンプルタイミング信号を変更することを特徴とするモータ電流検出装置。 In a motor current detection device that detects a motor current from a direct current flowing in an inverter that drives a three-phase motor,
PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter and outputting a sample timing signal of the motor current;
Motor current detecting means for detecting a motor current value from a current flowing through the inverter based on the sample timing signal;
With
In the case of the PWM signal pattern in which the motor current detection timing in the motor current detection means is short, the PWM signal generation means sets the carrier frequency to n ( However, n is an integer of 2 or more), and the PWM signal pattern is changed, and the sample timing signal is changed.
前記モータ電流検出手段は、前半キャリアの最小相の立ち上がりで中間相の負方向電流を検出し、後半キャリアの中間相の立ち上がりで最大相の負方向電流の検出を行うことを特徴とする請求項6に記載のモータ電流検出装置。 When the difference between the duty value of the intermediate phase and the duty value of the minimum phase is smaller than the first threshold value and the duty value of the maximum phase is smaller than the first threshold value, the PWM signal generating means A predetermined value is added to the value and the carrier frequency is doubled, the maximum phase is arranged in the first half carrier, the intermediate phase is arranged in the second half carrier, and the minimum phase is arranged in the first half carrier and the second half carrier. Divide and arrange
The motor current detection means detects a negative current in the intermediate phase at the rising edge of the minimum phase of the first half carrier, and detects a negative current in the maximum phase at the rising edge of the intermediate phase of the second half carrier. 6. The motor current detection device according to 6.
前記モータ電流検出手段は、前半キャリアの最大相の立ち上がりで、中間相の正方向電流を検出し、後半キャリアの中間相の立ち上がりで最小相の負方向電流の検出を行うことを特徴とする請求項6に記載のモータ電流検出装置。 When the difference between the duty value of the intermediate phase and the duty value of the minimum phase is smaller than the first threshold value and the duty value of the maximum phase is not smaller than the first threshold value, the PWM signal generating means A predetermined value is added to the duty value and the carrier frequency is doubled, the maximum phase is divided into the first half carrier and the second half carrier, the intermediate phase is arranged in the second half carrier, and the minimum phase is Placed in the first half carrier,
The motor current detecting means detects a positive current in the intermediate phase at the rising edge of the maximum phase of the first half carrier, and detects a negative current in the minimum phase at the rising edge of the intermediate phase of the second half carrier. Item 7. The motor current detection device according to Item 6.
前記モータ電流検出手段は、前半キャリアの最大相の立ち上がりで、最大相の正方向電流を検出し、後半キャリアの中間相の立ち上がりで中間相の正方向電流の検出を行うことを特徴とする請求項6に記載のモータ電流検出装置。 The PWM signal generation means is such that the difference between the duty value of the intermediate phase and the duty value of the minimum phase is not smaller than the first threshold value, and the difference between the duty value of the maximum phase and the duty value of the intermediate phase is the first threshold value. If it is smaller than the larger second threshold, the maximum phase is concentrated on the first half carrier, the intermediate phase is concentrated on the second half carrier,
The motor current detecting means detects the positive current of the maximum phase at the rising edge of the maximum phase of the first half carrier, and detects the positive current of the intermediate phase at the rising edge of the intermediate phase of the second half carrier. Item 7. The motor current detection device according to Item 6.
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