JP2007215381A - Voltage converter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電圧変換装置に関し、より特定的には、サージ電圧の発生を抑制可能な電圧変換装置に関するものである。 The present invention relates to a voltage converter, and more particularly to a voltage converter that can suppress the generation of a surge voltage.
通常、電気自動車(EV:Electric Vehicle)やハイブリッド自動車(HV:Hybrid Vehicle)等の車両において、電気エネルギーによる駆動力は、高電圧の電池から供給される直流電力をインバータによって3相交流電力に変換し、これにより3相交流モータを回転させることにより得ている。また、車両の減速時には、逆に3相交流モータの回生発電により得られる回生エネルギーを電池に蓄電することにより、エネルギーを無駄なく利用して走行している。 Usually, in a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV), the driving force by electric energy is converted from DC power supplied from a high-voltage battery to three-phase AC power by an inverter. This is obtained by rotating a three-phase AC motor. Further, when the vehicle is decelerated, the battery is stored with regenerative energy obtained by the regenerative power generation of the three-phase AC motor, so that the vehicle travels without wasting energy.
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧がモータを駆動するインバータに供給される構成も検討されている(たとえば特許文献1〜3参照)。 In such a hybrid vehicle or electric vehicle, a configuration in which a DC voltage from a DC power source is boosted by a boost converter and the boosted DC voltage is supplied to an inverter that drives a motor has been studied (for example, Patent Document 1). To 3).
そして、昇圧コンバータは、インバータの電源ラインとアースラインとの間に直列に接続された2つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に電源ラインに向かう向きを順方向として並列接続された2つのダイオードと、一方端が2つのスイッチング素子の中間点に接続され、他方端が直流電源の電源ラインに接続されたリアクトルとからなる。 The boost converter includes two switching elements connected in series between the power supply line and the earth line of the inverter, two diodes connected in parallel with each switching element in the forward direction toward the power supply line, It consists of a reactor having one end connected to the midpoint of the two switching elements and the other end connected to the power supply line of the DC power supply.
昇圧コンバータは、電源ライン側に接続されたスイッチング素子(上アーム)と、アースライン側に接続されたスイッチング素子(下アーム)とを所定のデューティ比でオン/オフすることにより電源からの直流電圧を昇圧してインバータへ供給し、インバータからの直流電圧を降圧して電源へ供給する。 The step-up converter turns on / off a switching element (upper arm) connected to the power supply line side and a switching element (lower arm) connected to the earth line side with a predetermined duty ratio, thereby supplying a DC voltage from the power supply. Is boosted and supplied to the inverter, and the DC voltage from the inverter is stepped down and supplied to the power source.
そして、昇圧コンバータを構成する上アームおよび下アームは、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続されているため、上アームおよび下アームを同時にオンすることを防止する必要がある。そのため、上アームおよび下アームをスイッチング制御する制御信号には、上アームおよび下アームが同時にオンされるのを防止するためのデッドタイムが設けられている。
しかしながら、デッドタイムを設けたことにより、昇圧コンバータにおいては、上アームおよび下アームのデューティ比において、インバータ入力電圧の最適値に基づいて演算された指令デューティ比と、実際に上アームおよび下アームがオン/オフされるときのデューティ比(以下、実デューティ比とも称する)との間に偏差が生じるという問題がある。 However, due to the dead time, in the boost converter, in the duty ratio of the upper arm and the lower arm, the command duty ratio calculated based on the optimum value of the inverter input voltage and the actual upper arm and lower arm are There is a problem that a deviation occurs between the duty ratio when turned on / off (hereinafter also referred to as an actual duty ratio).
そして、この偏差はリアクトルを流れる電流の方向により異なるため、電流の方向が反転したときには実デューティ比が不連続に変動することとなり、昇圧コンバータの出力電圧にその変動量に応じたサージ電圧が発生する可能性がある。このサージ電圧は、昇圧コンバータの出力側に接続される負荷(インバータなど)を損傷するおそれがある。 Since this deviation differs depending on the direction of the current flowing through the reactor, when the current direction is reversed, the actual duty ratio fluctuates discontinuously, and a surge voltage corresponding to the fluctuation amount is generated in the output voltage of the boost converter. there's a possibility that. This surge voltage may damage a load (such as an inverter) connected to the output side of the boost converter.
そこで、従来のモータ駆動装置においては、負荷をサージ電圧から保護するため、昇圧コンバータとインバータとの間に接続される平滑用のコンデンサを、このサージ電圧を吸収するのに十分な大容量のもので構成する方策が採られている。しかしながら、コンデンサの大容量化は、モータ駆動装置の大型化およびコスト増を招いてしまう。 Therefore, in the conventional motor drive device, in order to protect the load from the surge voltage, the smoothing capacitor connected between the boost converter and the inverter has a capacity large enough to absorb this surge voltage. The measure which consists of is taken. However, an increase in the capacity of the capacitor leads to an increase in the size and cost of the motor drive device.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、サージ電圧の発生を抑制可能な電圧変換装置を提供することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a voltage converter capable of suppressing the generation of a surge voltage.
この発明によれば、電圧変換装置は、負荷への入力電圧を可変する。電圧変換装置は、電源ノードと接地ノードとの間に直列接続される第1および第2のスイッチング素子を含み、第1および第2のスイッチング素子のスイッチング動作により電源と負荷との間で電圧変換を行なう電圧変換器と、第1および第2のスイッチング素子の中間点の電圧を基に実際の第1および第2のスイッチング素子のオン期間比として得られる実デューティ比と、電圧変換の電圧指令値を基に第1および第2のスイッチング素子のオン期間比の指令値として設定される指令デューティ比との偏差を一定に維持するように指令デューティ比を補正し、補正された指令デューティ比に従ってスイッチング動作を制御する制御装置とを備える。 According to the present invention, the voltage converter varies the input voltage to the load. The voltage converter includes first and second switching elements connected in series between a power supply node and a ground node, and converts the voltage between the power supply and the load by the switching operation of the first and second switching elements. The actual duty ratio obtained as the on-period ratio of the first and second switching elements based on the voltage at the midpoint between the first and second switching elements, and the voltage command for voltage conversion Based on the value, the command duty ratio is corrected so as to maintain a constant deviation from the command duty ratio set as the command value of the ON period ratio of the first and second switching elements, and according to the corrected command duty ratio And a control device for controlling the switching operation.
上記の電圧変換装置によれば、電圧変換器における実デューティ比は、指令デューティ比との偏差が略一定に維持されることから、電圧変換器を流れる直流電流の極性が反転したときの急激な変動を回避することができる。これにより、電圧変換器の出力側にサージ電圧が発生するのを防止することができる。 According to the voltage converter described above, since the deviation from the command duty ratio is maintained substantially constant, the actual duty ratio in the voltage converter is abrupt when the polarity of the direct current flowing through the voltage converter is reversed. Variations can be avoided. Thereby, it is possible to prevent a surge voltage from being generated on the output side of the voltage converter.
好ましくは、電圧変換装置は、電圧変換器と負荷との間に配され、電源ノードと接地ノードとの間に接続される容量素子をさらに備える。 Preferably, the voltage conversion device further includes a capacitive element that is disposed between the voltage converter and the load and connected between the power supply node and the ground node.
上記の電圧変換装置によれば、従来、電圧サージの防御手段として負荷の入力側に設けられていた大容量の容量素子の低容量化が可能となるため、装置全体の小型化および低廉化を図ることができる。 According to the above-described voltage conversion device, since it is possible to reduce the capacity of a large-capacity capacitive element that has been conventionally provided on the input side of the load as a voltage surge protection means, the overall size and cost of the device can be reduced. Can be planned.
好ましくは、制御装置は、電圧指令値に応じて、指令デューティ比を設定する指令デューティ比演算部と、第1および第2のスイッチング素子の中間点の電圧に基づいて、実デューティ比と指令デューティ比演算部により設定された指令デューティ比との偏差を検出する比較回路と、検出された偏差に応じて、偏差を一定に維持するように指令デューティ比を補正する指令デューティ比補正部と、補正された指令デューティ比に基づき、スイッチング動作を制御する信号を生成する制御信号生成部とを含む。 Preferably, the control device sets the command duty ratio according to the voltage command value, and based on the voltage at the midpoint between the first and second switching elements, the actual duty ratio and the command duty are set. A comparison circuit that detects a deviation from the command duty ratio set by the ratio calculation unit, a command duty ratio correction unit that corrects the command duty ratio so as to maintain the deviation constant according to the detected deviation, and a correction And a control signal generator that generates a signal for controlling the switching operation based on the command duty ratio.
上記の電圧変換装置によれば、実デューティ比と指令デューティ比との偏差を検出してこれを一定に保つように指令デューティ比を補正することにより、電圧変換器を流れる直流電流の極性が反転したときの急激な変動を回避することができる。これにより、電圧変換器の出力側にサージ電圧が発生するのを防止することができる。 According to the above voltage converter, the polarity of the direct current flowing through the voltage converter is reversed by detecting the deviation between the actual duty ratio and the command duty ratio and correcting the command duty ratio so as to keep it constant. Abrupt fluctuations can be avoided. Thereby, it is possible to prevent a surge voltage from being generated on the output side of the voltage converter.
好ましくは、制御装置は、第1および第2のスイッチング素子がともにオフとなるデッドタイムが所定期間設けられるようにスイッチング動作を制御するデッドタイム付加部をさらに含む。 Preferably, the control device further includes a dead time adding unit that controls a switching operation so that a dead time during which both the first and second switching elements are turned off is provided for a predetermined period.
上記の電圧変換装置によれば、デッドタイムの影響として起こり得るサージ電圧を防止することができるため、電圧変換器の短絡防止とサージ電圧の抑制との両立が実現される。 According to the voltage converter described above, a surge voltage that can occur as a result of dead time can be prevented, so that both prevention of a short circuit of the voltage converter and suppression of the surge voltage can be realized.
好ましくは、電圧変換装置は、第1および第2のスイッチング素子の中間点の電圧を検出する電圧センサをさらに備える。比較回路は、検出された第1および第2のスイッチング素子の中間点の電圧から導出された実デューティ比と、指令デューティ比との偏差を検出する。指令デューティ比補正部は、検出された偏差を略零に維持するように指令デューティ比を補正する。制御信号生成部は、補正された指令デューティ比に従ってスイッチング動作を制御する信号を生成する。 Preferably, the voltage conversion device further includes a voltage sensor that detects a voltage at an intermediate point between the first and second switching elements. The comparison circuit detects a deviation between the actual duty ratio derived from the detected voltage at the midpoint between the first and second switching elements and the command duty ratio. The command duty ratio correction unit corrects the command duty ratio so as to maintain the detected deviation at substantially zero. The control signal generation unit generates a signal for controlling the switching operation according to the corrected command duty ratio.
上記の電圧変換装置によれば、実デューティ比は、直流電流の通流方向によらず、常に指令デューティ比に略一致するため、直流電流の通流方向の反転時に急変することがない。これにより、電圧変換器の出力側にサージ電圧が発生するのを防止することができる。 According to the above-described voltage converter, the actual duty ratio is always substantially equal to the command duty ratio regardless of the direction of DC current flow, and therefore does not change suddenly when the direction of DC current flow is reversed. Thereby, it is possible to prevent a surge voltage from being generated on the output side of the voltage converter.
好ましくは、電圧変換装置は、電源と第1および第2のスイッチング素子の中間点との間に配されたリアクトルと、リアクトルを流れるリアクトル電流を検出する電流センサとをさらに備える。制御装置は、電圧指令値に応じて、指令デューティ比を設定する指令デューティ比演算部と、リアクトル電流の極性を判定する電流極性判定回路と、リアクトル電流の極性が反転する前後において偏差が略一定に維持されるように、指令デューティ比を補正する指令デューティ比補正部と、補正された指令デューティ比に基づき、スイッチング動作を制御する信号を生成する制御信号生成部とを含む。 Preferably, the voltage conversion device further includes a reactor disposed between the power source and an intermediate point between the first and second switching elements, and a current sensor that detects a reactor current flowing through the reactor. The control device includes a command duty ratio calculation unit that sets the command duty ratio according to the voltage command value, a current polarity determination circuit that determines the polarity of the reactor current, and a deviation that is substantially constant before and after the polarity of the reactor current is reversed. The command duty ratio correction unit that corrects the command duty ratio and a control signal generation unit that generates a signal for controlling the switching operation based on the corrected command duty ratio.
上記の電圧変換装置によれば、リアクトル電流の極性に関わらず、実デューティ比は指令デューティ比との偏差が略一定に保たれるため、リアクトル電流の極性が反転したときに実デューティ比が急激に変動するのが回避される。これにより、電圧変換器の出力側にサージ電圧が発生するのを防止することができる。 According to the voltage converter described above, the deviation of the actual duty ratio from the command duty ratio is kept substantially constant regardless of the polarity of the reactor current. Therefore, when the polarity of the reactor current is reversed, the actual duty ratio suddenly increases. The fluctuation is avoided. Thereby, it is possible to prevent a surge voltage from being generated on the output side of the voltage converter.
好ましくは、制御装置は、第1および第2のスイッチング素子がともにオフとなるデッドタイムが所定期間設けられるようにスイッチング動作を制御するデッドタイム付加回路をさらに含む。 Preferably, the control device further includes a dead time addition circuit for controlling the switching operation so that a dead time during which both the first and second switching elements are turned off is provided for a predetermined period.
上記の電圧変換装置によれば、デッドタイムの影響として起こり得るサージ電圧を防止することができるため、電圧変換器の短絡防止とサージ電圧の抑制との両立が実現される。 According to the voltage converter described above, a surge voltage that can occur as a result of dead time can be prevented, so that both prevention of a short circuit of the voltage converter and suppression of the surge voltage can be realized.
好ましくは、電流極性判定部は、リアクトル電流の極性が反転したと判定されると、判定したタイミングから所定のラッチ期間だけその判定結果を保持する。 Preferably, when it is determined that the polarity of the reactor current is inverted, the current polarity determination unit holds the determination result for a predetermined latch period from the determined timing.
上記の電圧変換装置によれば、リアクトル電流が零点と交差する状態にあるとき、その極性が頻繁に切換わることに起因して電圧変換制御が不安定となるのを防止することができる。 According to the voltage converter described above, it is possible to prevent voltage conversion control from becoming unstable due to frequent switching of the polarity when the reactor current intersects the zero point.
好ましくは、指令デューティ比補正部は、リアクトル電流の極性が正から負に反転したことに応じて、所定期間の略2倍に設定された所定値を加算することにより指令デューティ比を補正する。 Preferably, the command duty ratio correction unit corrects the command duty ratio by adding a predetermined value set to approximately twice a predetermined period in response to the polarity of the reactor current being reversed from positive to negative.
上記の電圧変換装置によれば、リアクトル電流の極性の反転に応じて既知の所定値を基に指令デューティ比を補正するため、リアクトル電流の極性が反転したときに実デューティ比が急激に変動するのを簡易に防止することができる。 According to the voltage converter described above, the command duty ratio is corrected based on a known predetermined value in accordance with the reversal of the polarity of the reactor current, so that the actual duty ratio fluctuates rapidly when the polarity of the reactor current is reversed. Can be easily prevented.
好ましくは、指令デューティ比補正部は、リアクトル電流の極性が負から正に反転したことに応じて、所定期間の略2倍に設定された所定値を減算することにより指令デューティ比を補正する。 Preferably, the command duty ratio correction unit corrects the command duty ratio by subtracting a predetermined value set to approximately twice a predetermined period in response to the polarity of the reactor current being reversed from negative to positive.
上記の電圧変換装置によれば、リアクトル電流の極性の反転に応じて既知の所定値を基に指令デューティ比を補正するため、リアクトル電流の極性が反転したときに実デューティ比が急激に変動するのを簡易に防止することができる。 According to the voltage converter described above, the command duty ratio is corrected based on a known predetermined value in accordance with the reversal of the polarity of the reactor current, so that the actual duty ratio fluctuates rapidly when the polarity of the reactor current is reversed. Can be easily prevented.
好ましくは、指令デューティ比補正部は、リアクトル電流の極性が正のとき、所定期間の略2倍に設定された所定値を減算することにより指令デューティ比を補正し、かつ、リアクトル電流の極性が負のとき、所定値を加算することにより指令デューティ比を補正する。 Preferably, when the polarity of the reactor current is positive, the command duty ratio correction unit corrects the command duty ratio by subtracting a predetermined value set to approximately twice the predetermined period, and the polarity of the reactor current is When negative, the command duty ratio is corrected by adding a predetermined value.
上記の電圧変換装置によれば、リアクトル電流の極性に応じて既知の所定値を基に指令デューティ比を補正するため、リアクトル電流の極性が反転したときに実デューティ比が急激に変動するのを簡易に防止することができる。 According to the voltage converter described above, since the command duty ratio is corrected based on a known predetermined value according to the polarity of the reactor current, the actual duty ratio varies rapidly when the polarity of the reactor current is reversed. This can be easily prevented.
好ましくは、負荷は、モータと、モータを駆動制御する駆動回路とを含む。制御装置は、モータを、要求トルクの発生に第1の電流振幅のモータ駆動電流を要する第1の動作点で動作させる第1の駆動制御手段と、モータを、要求トルクの発生に第1の電流振幅よりも大きい第2の電流振幅のモータ駆動電流を要する第2の動作点で動作させる第2の駆動制御手段と、リアクトル電流が零点を含む所定の電流範囲に所定の設定期間を超えて停滞していると判定されたことに応じて、第1の駆動制御手段から第2の駆動制御手段に切換えて駆動回路を制御する切換手段とを含む。 Preferably, the load includes a motor and a drive circuit that drives and controls the motor. The control device includes: a first drive control unit that operates the motor at a first operating point that requires a motor drive current having a first current amplitude to generate the required torque; and a first drive control unit that generates the required torque. A second drive control means for operating at a second operating point that requires a motor drive current having a second current amplitude greater than the current amplitude; and a reactor current exceeding a predetermined set period within a predetermined current range including a zero point And switching means for controlling the drive circuit by switching from the first drive control means to the second drive control means in response to the determination that the vehicle is stagnant.
上記の電圧変換装置によれば、リアクトル電流が零点付近に停滞することに起因して制御安定性が損なわれるのを防止することができる。 According to the voltage conversion device, it is possible to prevent the control stability from being impaired due to the reactor current stagnating near the zero point.
好ましくは、制御装置は、リアクトル電流が零点を含む所定の電流範囲に所定の設定期間を超えて停滞していると判定されたことに応じて、第1および第2のスイッチング素子をスイッチング制御するキャリア周波数を低減して電圧変換器を制御する。 Preferably, the control device performs switching control of the first and second switching elements when it is determined that the reactor current has stagnated in a predetermined current range including a zero point over a predetermined setting period. The voltage converter is controlled by reducing the carrier frequency.
上記の電圧変換装置によれば、リアクトル電流が零点付近に停滞することに起因して制御安定性が損なわれるのを防止することができる。 According to the voltage conversion device, it is possible to prevent the control stability from being impaired due to the reactor current stagnating near the zero point.
この発明によれば、実デューティ比は、指令デューティ比との偏差が略一定に保たれることから、電圧変換器を流れる直流電流の極性が反転したときに急激に変動するのが回避される。これにより、電圧変換器の出力側にサージ電圧が発生するのを防止することができる。その結果、従来、電圧サージの防御手段として負荷の入力側に設けられていた大容量の容量素子の低容量化が可能となるため、装置全体の小型化および低廉化を図ることができる。 According to the present invention, since the deviation from the command duty ratio is kept substantially constant, the actual duty ratio is prevented from abruptly changing when the polarity of the direct current flowing through the voltage converter is reversed. . Thereby, it is possible to prevent a surge voltage from being generated on the output side of the voltage converter. As a result, it is possible to reduce the capacity of a large capacity capacitive element that has been conventionally provided on the input side of the load as a means for protecting against voltage surges, so that the entire apparatus can be reduced in size and cost.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による電圧変換装置を備えるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a motor drive device including a voltage conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
図1を参照して、モータ駆動装置100は、バッテリBと、電圧センサ10,13と、電流センサ24と、コンデンサC1,C2と、昇圧コンバータ12と、インバータ14と、制御装置30とを備える。
Referring to FIG. 1,
交流モータM1は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータM1は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジン始動を行ない得るようなモータである。 AC motor M1 is a drive motor for generating torque for driving drive wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle. Further, AC motor M1 is a motor that has a function of a generator driven by an engine and operates as an electric motor for the engine and can start the engine, for example.
昇圧コンバータ12は、リアクトルL1と、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。
リアクトルL1の一方端はバッテリBの電源ラインに接続され、他方端はIGBT素子Q1とIGBT素子Q2との中間点、すなわち、IGBT素子Q1のエミッタとIGBT素子Q2のコレクタとの間に接続される。 Reactor L1 has one end connected to the power supply line of battery B and the other end connected to the intermediate point between IGBT element Q1 and IGBT element Q2, that is, between the emitter of IGBT element Q1 and the collector of IGBT element Q2. .
IGBT素子Q1,Q2は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。IGBT素子Q1のコレクタは電源ラインに接続され、IGBT素子Q2のエミッタはアースラインに接続される。また、各IGBT素子Q1,Q2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードD1,D2がそれぞれ配されている。 IGBT elements Q1, Q2 are connected in series between the power supply line and the earth line. The collector of IGBT element Q1 is connected to the power supply line, and the emitter of IGBT element Q2 is connected to the ground line. In addition, diodes D1 and D2 that allow current to flow from the emitter side to the collector side are arranged between the collectors and emitters of the IGBT elements Q1 and Q2, respectively.
インバータ14は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とからなる。U相アーム15、V相アーム16およびW相アーム17は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
U相アーム15は、直列接続されたIGBT素子Q3,Q4からなる。V相アーム16は、直列接続されたIGBT素子Q5,Q6からなる。W相アーム17は、直列接続されたIGBT素子Q7,Q8からなる。また、各IGBT素子Q3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
各相アームの中間点は、交流モータM1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータM1は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。U相コイルの他端がIGBT素子Q3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がIGBT素子Q5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がIGBT素子Q7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。 An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of AC motor M1. In other words, AC motor M1 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases is commonly connected to the midpoint. The other end of the U-phase coil is at the intermediate point between the IGBT elements Q3 and Q4, the other end of the V-phase coil is at the intermediate point between the IGBT elements Q5 and Q6, and the other end of the W-phase coil is at the intermediate point between the IGBT elements Q7 and Q8. Each is connected.
なお、昇圧コンバータ12およびインバータ14にそれぞれ含まれるスイッチング素子は、IGBT素子Q1〜Q8に限定されず、MOSFET等の他のパワー素子で構成しても良い。
Switching elements included in
バッテリBは、充放電可能な二次電池であり、例えば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどからなる。また、バッテリBに代えて、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタを用いても良い。電圧センサ10は、バッテリBから出力される直流電圧Vbを検出し、検出した直流電圧Vbを制御装置30へ出力する。
The battery B is a chargeable / dischargeable secondary battery, and is made of, for example, nickel metal hydride or lithium ion. Instead of the battery B, a chargeable / dischargeable battery other than the secondary battery, for example, a capacitor may be used.
システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオン/オフされる。
System relays SR1 and SR2 are turned on / off by signal SE from
コンデンサC1は、バッテリBから供給された直流電圧Vbを平滑化し、その平滑化した直流電圧Vbを昇圧コンバータ12へ出力する。
Capacitor C1 smoothes DC voltage Vb supplied from battery B, and outputs the smoothed DC voltage Vb to boost
昇圧コンバータ12は、バッテリBから供給された直流電圧Vbを昇圧してコンデンサC2へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ12は、制御装置30から信号PWMCを受けると、信号PWMCによってIGBT素子Q2がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサC2に供給する。
また、昇圧コンバータ12は、制御装置30から信号PWMCを受けると、コンデンサC2を介してインバータ14から供給された直流電圧を降圧してバッテリBを充電する。
Further, when
コンデンサC2は、昇圧コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ14へ供給する。電圧センサ13は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ12の出力電圧VH(インバータ14への入力電圧に相当する。以下同じ。)を検出し、その検出した出力電圧Vmを制御装置30へ出力する。
Capacitor C <b> 2 smoothes the DC voltage from
インバータ14は、コンデンサC2から直流電圧が供給されると、制御装置30からの信号PWMIに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。これにより、交流モータM1は、トルク指令値TRによって指定された要求トルクを発生するように駆動される。
When a DC voltage is supplied from the capacitor C2, the
また、インバータ14は、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1が発電した交流電圧を制御装置30からの信号PWMIに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ12へ供給する。
Further, the
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速(または加速を中止)させることを含む。 Note that regenerative braking here refers to braking with regenerative power generation when the driver operating the hybrid vehicle or electric vehicle performs footbrake operation, or while not operating the footbrake, Including decelerating (or stopping acceleration) the vehicle while regenerating power.
電流センサ24は、交流モータM1に流れるモータ電流MCRTを検出し、その検出したモータ電流MCRTを制御装置30へ出力する。
制御装置30は、外部に設けられたECU(Electric Control Unit)からトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNを受け、電圧センサ13から出力電圧VHを受け、電圧センサ10から直流電圧Vbを受け、電流センサ24からモータ電流MCRTを受ける。そして、制御装置30は、出力電圧VH、トルク指令値TR、モータ電流MCRTに基づいて、後述する方法によりインバータ14が交流モータM1を駆動するときにインバータ14のIGBT素子Q3〜Q8をスイッチング制御するための信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ14へ出力する。
また、制御装置30は、インバータ14が交流モータM1を駆動するとき、直流電圧Vb、出力電圧VH、トルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2をスイッチング制御するための信号PWMCを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
Further, when
さらに、制御装置30は、システムリレーSR1,SR2をオン/オフするための信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。
Furthermore,
ここで、図1から明らかなように、昇圧コンバータ12を構成するIGBT素子Q1,Q2は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続されているため、IGBT素子Q1,Q2をスイッチング制御するための信号PWMCには、IGBT素子Q1,Q2が同時にオンされるのを防止するためのデッドタイムが設けられる。
Here, as is apparent from FIG. 1, the IGBT elements Q1 and Q2 constituting the
しかしながら、デッドタイムを設けたことにより、昇圧コンバータ12においては、IGBT素子Q1,Q2のデューティ比において、インバータ入力電圧の最適値に基づいて演算された指令デューティ比と、実際にIGBT素子Q1,Q2がオン/オフされるときの実デューティ比との間に偏差が生じるという問題がある。また、その偏差はリアクトルL1を流れる電流の方向に応じて異なる値を示すことから、以下に述べるように、電流の方向が反転したときには実デューティ比が不連続に変動することとなり、その変動量に応じたサージ電圧が発生するおそれがある。
However, by providing the dead time, in
図2は、リアクトル電流が正方向に流れているときのIGBT素子Q1(上アーム)およびIGBT素子Q2(下アーム)の制御信号、および制御信号に応じてIGBT素子Q1,Q2の中間点に駆動される電圧のタイミングチャートである。なお、正方向は、直流電流がバッテリB、リアクトルL1、IGBT素子Q1を介してインバータ14の電源ラインに流れる方向を表わす。すなわち、正方向とは、昇圧コンバータ12が直流電圧を昇圧してインバータ14に供給する放電方向に相当する。
FIG. 2 shows a control signal for IGBT element Q1 (upper arm) and IGBT element Q2 (lower arm) when the reactor current is flowing in the positive direction, and is driven to an intermediate point between IGBT elements Q1 and Q2 in accordance with the control signal. It is a timing chart of the voltage to be performed. The positive direction represents the direction in which a direct current flows to the power line of
図2を参照して、上アームおよび下アームは、各制御周期長Tにおいて所定の指令デューティ比(たとえば0.5とする)でオン/オフされる。なお、デューティ比とは、制御周期長Tにおける上アームのオン期間の割合を表わす。 Referring to FIG. 2, the upper arm and the lower arm are turned on / off at a predetermined command duty ratio (for example, 0.5) in each control cycle length T. The duty ratio represents the ratio of the on-period of the upper arm in the control cycle length T.
このとき、下アームが時刻t2までオンされ、上アームが時刻t2までオフされた後、時刻t2で上アームをオンし、下アームをオフすると、上アームと下アームとで同時にオンされる虞があるため、時刻t2で下アームをオフし、その後一定のデッドタイムを経過した時刻t3で上アームをオンするようにしている。同様に、時刻t4で上アームをオフし、その後一定のデッドタイムを経過した時刻t5で下アームをオンするようにしている。なお、デッドタイムは、たとえば制御周期長Tの1/10の長さ(0.1T)に設定されているものとする。 At this time, if the lower arm is turned on until time t2, the upper arm is turned off until time t2, and then the upper arm is turned on at time t2 and the lower arm is turned off, the upper arm and the lower arm may be turned on simultaneously. Therefore, the lower arm is turned off at time t2, and the upper arm is turned on at time t3 after a certain dead time has elapsed. Similarly, the upper arm is turned off at time t4, and the lower arm is turned on at time t5 when a certain dead time has passed. It is assumed that the dead time is set to a length (0.1 T) that is 1/10 of the control cycle length T, for example.
そして、リアクトル電流が正方向に流れることから、IGBT素子Q1,Q2がオフされるデッドタイムの期間、リアクトル電流はIGBT素子Q1に並列接続されたダイオードD1を介してインバータ14の電源ラインに流れるため、実質的にIGBT素子Q1はオンされていることになる。
Since the reactor current flows in the positive direction, the reactor current flows to the power supply line of the
その結果、実デューティ比は、指令デューティ比(=0.5)により規定されるオンデューティよりもデッドタイム分だけ長くなる(=0.6)。そして、IGBT素子Q1,Q2の中間点の電圧は、実デューティ比に応答して上アームのオン期間だけ出力電圧VHに駆動される。 As a result, the actual duty ratio becomes longer by the dead time (= 0.6) than the on-duty defined by the command duty ratio (= 0.5). The voltage at the intermediate point between IGBT elements Q1 and Q2 is driven to output voltage VH only during the on-period of the upper arm in response to the actual duty ratio.
以上のように、リアクトル電流が正方向のときには、実デューティ比がデッドタイム分だけ指令デューティ比よりも増加する。一方、リアクトル電流が負方向のときには、図3に示すように、実デューティ比がデッドタイム分だけ指令デューティ比よりも減少する。 As described above, when the reactor current is in the positive direction, the actual duty ratio increases from the command duty ratio by the dead time. On the other hand, when the reactor current is in the negative direction, as shown in FIG. 3, the actual duty ratio decreases from the command duty ratio by the dead time.
図3は、リアクトル電流が負方向に流れているときのIGBT素子Q1,Q2の制御信号、および制御信号に応じてIGBT素子Q1,Q2の中間点(ノードN1)に駆動される電圧のタイミングチャートである。なお、負方向は、直流電流がバッテリBの負極、アースラインおよびIGBT素子Q2を介してバッテリBに流れる方向を表わす。すなわち、負方向とは、昇圧コンバータ12がインバータ14から供給された直流電圧を降圧してバッテリBに供給する充電方向に相当する。
FIG. 3 is a timing chart of the control signals of IGBT elements Q1 and Q2 when the reactor current is flowing in the negative direction, and the voltage driven to the intermediate point (node N1) between IGBT elements Q1 and Q2 according to the control signal. It is. Note that the negative direction represents the direction in which a direct current flows to battery B via the negative electrode of battery B, the ground line, and IGBT element Q2. That is, the negative direction corresponds to the charging direction in which the
図3を参照して、IGBT素子Q1,Q2の制御信号は、図2と同じである。すなわち、時刻t2でIGBT素子Q2をオフし、その後一定のデッドタイムを経過した時刻t3でIGBT素子Q1をオンするようにしている。同様に、時刻t4でIGBT素子Q1をオフし、その後一定のデッドタイムを経過した時刻t5でIGBT素子Q2をオンするようにしている。 Referring to FIG. 3, the control signals of IGBT elements Q1, Q2 are the same as those in FIG. That is, the IGBT element Q2 is turned off at time t2, and the IGBT element Q1 is turned on at time t3 after a certain dead time has elapsed. Similarly, the IGBT element Q1 is turned off at time t4, and then the IGBT element Q2 is turned on at time t5 when a certain dead time has elapsed.
しかしながら、リアクトル電流が負方向に流れることから、IGBT素子Q1,Q2がオフされるデッドタイムの期間、リアクトル電流はIGBT素子Q2に並列接続されたダイオードD2を介してリアクトルL1に流れるため、実質的にIGBT素子Q2はオンされていることになる。 However, since the reactor current flows in the negative direction, the reactor current flows to the reactor L1 through the diode D2 connected in parallel to the IGBT element Q2 during the dead time when the IGBT elements Q1 and Q2 are turned off. The IGBT element Q2 is turned on.
その結果、実デューティ比は、指令デューティ比(=0.5)により規定されるオンデューティよりもデッドタイム分だけ短くなる(=0.4)。そして、IGBT素子Q1,Q2の中間点の電圧は、実デューティ比に応答してIGBT素子Q1のオン期間だけ出力電圧VHに駆動される。 As a result, the actual duty ratio becomes shorter by the dead time (= 0.4) than the on-duty defined by the command duty ratio (= 0.5). The voltage at the intermediate point between IGBT elements Q1 and Q2 is driven to output voltage VH only during the ON period of IGBT element Q1 in response to the actual duty ratio.
図2および図3から明らかなように、リアクトル電流が正方向に流れるときと負方向に流れるときとでは、指令デューティ比と実デューティ比との偏差が異なっている。そのため、リアクトル電流の方向が正から負、もしくは負から正へと切換えられるタイミングにおいては、実デューティ比が急激に変動することとなる。これにより、昇圧コンバータ12の出力電圧には、図4に示すサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、昇圧コンバータ12の出力側に接続される負荷(インバータなど)を損傷するおそれがある。
As is apparent from FIGS. 2 and 3, the deviation between the command duty ratio and the actual duty ratio differs between when the reactor current flows in the positive direction and when the reactor current flows in the negative direction. Therefore, at the timing when the direction of the reactor current is switched from positive to negative, or from negative to positive, the actual duty ratio changes rapidly. As a result, a surge voltage shown in FIG. 4 is generated in the output voltage of
かかるサージ電圧から負荷を保護するために、従来のモータ駆動装置においては、昇圧コンバータ12とインバータ14との間に接続される平滑用のコンデンサC2を、このサージ電圧を吸収するのに十分な大容量のもので構成する方策が採られている。しかしながら、コンデンサC2の大容量化は、モータ駆動装置100の大型化およびコスト増を招いてしまう。
In order to protect the load from such a surge voltage, in a conventional motor drive device, a smoothing capacitor C2 connected between the
そこで、本発明の実施の形態によるモータ駆動装置100においては、昇圧コンバータ12の電圧変換制御を、電圧指令値を基に生成された指令デューティ比に補正を施したものに従って実行することを特徴的な構成とする。以下に、昇圧コンバータ12の電圧変換制御について詳細に説明する。
Therefore, in
再び図1を参照して、モータ駆動装置100は、比較回路40と、電圧センサ11とをさらに備える。
Referring to FIG. 1 again,
電圧センサ11は、IGBT素子Q1,Q2の中間点であるノードN1の電圧V0を検出し、その検出した電圧V0を比較回路40へ出力する。比較回路40は、制御装置30から指令デューティ比DR_comを受け、電圧センサ11からノードN1の電圧V0を受ける。
ここで、指令デューティ比DR_comとは、昇圧コンバータ12の電圧変換制御において、昇圧コンバータ12への入力電圧である直流電圧Vbと、昇圧コンバータ12の出力電圧の目標値(以下、電圧指令値とも称する)との間の電圧変換比に基づいて設定される。指令デューティ比DR_comは、1制御周期におけるIGBT素子Q1(上アーム)のオン期間の割合を指示するものであり、例えばIGBT素子Q1のオン期間をTon、オフ期間をToffとすると、指令デューティ比DR_comは、式(1)で表わされる。
DR_com=Ton/(Ton+Toff) ・・・(1)
比較回路40は、電圧センサ11からのノードN1の電圧V0に基づき、昇圧コンバータ12における実デューティ比DR_rを演算する。実デューティ比DR_rとは、昇圧コンバータ12の出力電圧VHから見たノードN1の電圧V0の電圧比である。実デューティ比DR_rは、1制御周期における電圧V0が出力電圧VHと等しくなる期間の割合として算出される。例えば電圧V0が出力電圧VHとなる期間をTVH、電圧V0が接地電圧となる期間をTVLとすると、実デューティ比DR_rは、式(2)で表わされる。
DR_r=TVH/(TVH+TVL) ・・・(2)
そして、比較回路40は、制御装置30からの指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの大小関係を比較し、その比較結果を示す信号DETを制御装置30へ出力する。制御装置30は、比較回路40からの信号DETに応じて、後述する方法により指令デューティ比DR_comを補正し、その補正した指令デューティ比DR_comに基づいて、IGBT素子Q1,Q2をオン/オフするための信号PWMCを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
Here, the command duty ratio DR_com refers to a DC voltage Vb that is an input voltage to the
DR_com = Ton / (Ton + Toff) (1)
The
DR_r = T VH / (T VH + T VL ) (2)
The
図5は、図1における制御装置30の機能ブロック図である。
図5を参照して、制御装置30は、インバータ制御手段301と、コンバータ制御手段302とを含む。
FIG. 5 is a functional block diagram of the
Referring to FIG. 5,
インバータ制御手段301は、トルク指令値TR、モータ電流MCRTおよび電圧VHに基づいて信号PWMIを生成してインバータ14のIGBT素子Q3〜Q8へ出力する。
Inverter control means 301 generates signal PWMI based on torque command value TR, motor current MCRT, and voltage VH, and outputs the signal to IGBT elements Q3-Q8 of
より具体的には、インバータ制御手段301は、トルク指令値TR、モータ電流MCRTおよび電圧VHに基づいて、交流モータM1の各相に印加する電圧を計算し、その計算した電圧に基づいて、実際にIGBT素子Q3〜Q8をオン/オフする信号PWMIを生成する。そして、インバータ制御手段301は、その生成した信号PWMIをインバータ14の各IGBT素子Q3〜Q8へ出力する。
More specifically, inverter control means 301 calculates the voltage to be applied to each phase of AC motor M1 based on torque command value TR, motor current MCRT and voltage VH, and based on the calculated voltage, A signal PWMI for turning on / off the IGBT elements Q3 to Q8 is generated. Then, inverter control means 301 outputs the generated signal PWMI to each IGBT element Q3 to Q8 of
これにより、インバータ14の各IGBT素子Q3〜Q8はスイッチング制御され、交流モータM1が指令されたトルクを出力するように交流モータM1の各相に流す電流を制御する。このようにしてモータ駆動電流が制御され、トルク指令値TRに応じたモータトルクが出力される。
Thereby, each IGBT element Q3-Q8 of
コンバータ制御手段302は、トルク指令値TR、モータ回転数MRN、電圧VH、直流電圧Vbおよび信号DETに基づいて、後述する方法により信号PWMCを生成して昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2へ出力する。
Converter control means 302 generates a signal PWMC based on torque command value TR, motor rotational speed MRN, voltage VH, DC voltage Vb and signal DET, and outputs the signal PWMC to IGBT elements Q1, Q2 of
図6は、図5に示すコンバータ制御手段302の機能ブロック図である。
図6を参照して、コンバータ制御手段302は、電圧指令演算部50と、コンバータ用デューティ比演算部52と、コンバータ用デューティ比補正部54と、コンバータ用PWM信号変換部56と、デッドタイム付加部58とを含む。
FIG. 6 is a functional block diagram of converter control means 302 shown in FIG.
Referring to FIG. 6, converter control means 302 includes a voltage
電圧指令演算部50は、外部ECUからのトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNに基づいてインバータ入力電圧の最適値(目標値)、すなわち、昇圧コンバータ12の電圧指令値Vdc_comを演算し、その演算した電圧指令値Vdc_comをコンバータ用デューティ比演算部52へ出力する。
Voltage
コンバータ用デューティ比演算部52は、電圧指令演算部50からの電圧指令値Vdc_comと、電圧センサ10からの直流電圧Vbとに基づいて、昇圧コンバータ12の指令デューティ比DR_comを式(3)により演算する。
DR_com=Vb/Vdc_com ・・・(3)
そして、コンバータ用デューティ比演算部52は、演算した指令デューティ比DR_comをコンバータ用デューティ比補正部54および比較回路40へ出力する。
Converter duty-
DR_com = Vb / Vdc_com (3)
Then, converter duty-
比較回路40は、コンバータ用デューティ比演算部52から指令デューティ比DR_comを受け、電圧センサ11からIGBT素子Q1,Q2の中間点であるノードN1の電圧V0を受ける。
Comparing
比較回路40は、ノードN1の電圧V0に基づいて上記の式(2)により実デューティ比DR_rを演算する。そして、比較回路40は、演算された実デューティ比DR_rと指令デューティ比DR_comとを比較し、その比較結果を示す信号DETを生成してコンバータ用デューティ比補正部54へ出力する。
The
以下に、比較回路40における信号DETの具体的な生成方法について説明する。信号DETの生成方法としては、図7〜図9の各々に示される方法のいずれかを適用することができる。また、生成された信号DETは、図示しないA/Dコンバータによりデジタル信号に変換された後にコンバータ用デューティ比補正部54に入力される。
A specific method for generating the signal DET in the
図7は、図6の比較回路40における信号DETの生成方法の一例を示す図である。
図7を参照して、時刻t1から時刻t6までのある制御周期(制御周期長をTとする)において、指令デューティ比DR_comが0.5に設定されているのに対して、実デューティ比DR_rが0.6となる場合を考える。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method for generating the signal DET in the
Referring to FIG. 7, in a certain control cycle from time t1 to time t6 (control cycle length is T), command duty ratio DR_com is set to 0.5, whereas actual duty ratio DR_r Consider the case where becomes 0.6.
なお、指令デューティ比DR_comよりも実デューティ比DR_rが大きくなる場合とは、図2で説明したように、リアクトルL1を流れるリアクトル電流ILの極性が正のとき、すなわち、昇圧コンバータ12が直流電圧Vbを昇圧してコンデンサC2に供給するときに発生する。そして、指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRは、制御周期長Tに対して予め設定されたデッドタイムの割合(たとえば0.1Tとする)に相当する。
Note that the case where the actual duty ratio DR_r is larger than the command duty ratio DR_com is, as described in FIG. 2, when the polarity of the reactor current IL flowing through the reactor L1 is positive, that is, the
この場合、比較回路40は、式(4)により指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRを演算し、その演算された偏差ΔDR=−0.1をコンバータ用デューティ比補正部54へ出力する。
ΔDR=DR_com−DR_r ・・・(4)
また、比較回路40は、時刻t6から時刻t7までの別の制御周期において、指令デューティ比DR_comで0.5であるのに対して実デューティ比DR_rが0.4である場合には、式(4)により演算される偏差ΔDR=0.1をコンバータ用デューティ比補正部54へ出力する。
In this case, the
ΔDR = DR_com−DR_r (4)
Further, in another control cycle from the time t6 to the time t7, the
なお、指令デューティ比DR_comよりも実デューティ比DR_rが小さくなる場合とは、図3で説明したように、リアクトル電流ILの極性が負であるとき、すなわち、昇圧コンバータ12がコンデンサC2を介してインバータ14から供給された直流電圧を降圧してバッテリBに供給するときに発生する。
Note that the case where the actual duty ratio DR_r is smaller than the command duty ratio DR_com is, as described in FIG. 3, when the polarity of the reactor current IL is negative, that is, the
すなわち、図7の例では、コンバータ用デューティ比補正部54は、制御周期ごとに、指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRが入力されることとなる。
That is, in the example of FIG. 7, the converter duty-
図8は、図6の比較回路40における信号DETの生成方法の他の例を示す図である。
図8の例では、比較回路40は、指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRを検出すると、その検出した偏差ΔDRの極性に応じて、予め設定された2通りの電位のいずれかからなる信号DET1を生成して出力する。
FIG. 8 is a diagram illustrating another example of a method for generating the signal DET in the
In the example of FIG. 8, when the
具体的には、時刻t1から時刻t6までのある制御周期において、指令デューティ比DR_comが実デューティ比DR_rよりも小さいとき、すなわち、式(4)により演算される指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRが負であるときには、比較回路40は、所定の電位Vyからなる信号DET1を生成して出力する。
Specifically, in a certain control cycle from time t1 to time t6, when the command duty ratio DR_com is smaller than the actual duty ratio DR_r, that is, the command duty ratio DR_com and the actual duty ratio DR_r calculated by Expression (4). The
一方、時刻t6から時刻t7までの他の制御周期において、指令デューティ比DR_comが実デューティ比DR_rよりも大きいとき、すなわち、指令デューティDR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRが正であるときには、比較回路40は、所定の電位Vx(Vx≠Vy)からなる信号DET1を生成して出力する。
On the other hand, when the command duty ratio DR_com is larger than the actual duty ratio DR_r in another control cycle from time t6 to time t7, that is, when the deviation ΔDR between the command duty DR_com and the actual duty ratio DR_r is positive, the comparison is performed. The
したがって、図8の例では、コンバータ用デューティ比補正部54は、制御周期ごとに、指令デューティDR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRの極性が入力されることとなる。
Therefore, in the example of FIG. 8, the converter duty-
図9は、図6の比較回路40における信号DETの生成方法の他の例を示す図である。
図9の例では、比較回路40は、式(4)から算出される指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRの偏差の極性が反転したことに応じて、所定の電位からなる信号DET2を生成して出力する。
FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the method for generating the signal DET in the
In the example of FIG. 9, the
具体的には、図中の時刻t6から時刻t7までの制御周期、およびこれ以前の制御周期において、指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRが連続して負であるのに対し、時刻t7から時刻t8までの制御周期における偏差ΔDRが正に反転したとする。このとき、比較回路40は、時刻t8のタイミングにおいて所定の電位Vxからなる信号DET2を生成して出力する。なお、信号DET2は、次に偏差ΔDRの極性が負から正に反転したと判定されるまで、所定の電位Vxに保持される。
Specifically, the deviation ΔDR between the command duty ratio DR_com and the actual duty ratio DR_r is continuously negative in the control cycle from the time t6 to the time t7 in the figure and the control cycle before this, It is assumed that the deviation ΔDR in the control cycle from time t7 to time t8 is positively inverted. At this time, the
そして、比較回路40は、時刻t8から時刻t9までのある制御周期と、これに続く時刻t9から時刻t10までの他の制御周期とにおいて、各々で検出された偏差ΔDRの極性が正から負へ反転したと判定されたときには、時刻t10のタイミングにおいて所定の電位Vy(Vy≠Vx)からなる信号DET2を生成して出力する。
The
すなわち、図9の例では、コンバータ用デューティ比補正部54は、指令デューティDR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRの極性が反転するごとに、その極性の反転方向(正から負、または負から正)が入力されることとなる。
That is, in the example of FIG. 9, every time the polarity of the deviation ΔDR between the command duty DR_com and the actual duty ratio DR_r is reversed, the converter duty
再び図6を参照して、コンバータ用デューティ比補正部54は、以上に述べた3通りの方法のいずれかにより生成された信号DET(またはDET1/DET2)を受けると、その信号DET(またはDET1/DET2)に指示された内容に基づいて、コンバータ用デューティ比演算部52から入力された指令デューティ比DR_comを補正する。
Referring to FIG. 6 again, when converter duty-
詳細には、図7で述べた方法に従って指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRを指示する信号DETを受けた場合には、コンバータ用デューティ比補正部54は、信号DETで示される偏差ΔDRの極性を反転した分だけ指令デューティ比DR_comをオフセットさせる。
Specifically, when the signal DET indicating the deviation ΔDR between the command duty ratio DR_com and the actual duty ratio DR_r is received according to the method described in FIG. 7, the converter duty
すなわち、図7において指令デューティ比DR_comが0.5であり、かつ偏差ΔDRが−0.1であるときには、指令デューティ比DR_comは+0.1だけオフセットされて0.6に補正される。これに対し、指令デューティ比DR_comが0.5であり、かつ偏差ΔDRが+0.1であるときには、指令デューティ比DR_comは−0.1だけオフセットされて0.4に補正される。 That is, in FIG. 7, when the command duty ratio DR_com is 0.5 and the deviation ΔDR is −0.1, the command duty ratio DR_com is offset by +0.1 and corrected to 0.6. On the other hand, when the command duty ratio DR_com is 0.5 and the deviation ΔDR is +0.1, the command duty ratio DR_com is offset by −0.1 and corrected to 0.4.
そして、補正された指令デューティ比DR_comは、補正指令デューティ比DR_0としてコンバータ用PWM信号変換部56へ出力される。
The corrected command duty ratio DR_com is output to the converter PWM
一方、図8および図9で述べた方法に従って偏差ΔDRの極性または極性の反転を指示する信号DET1またはDET2を受けた場合には、コンバータ用デューティ比補正部54は、予めデッドタイムに基づいて設定された所定の偏差ΔDR_stdだけ指令デューティ比DR_comをオフセットさせる。
On the other hand, when the signal DET1 or DET2 instructing the polarity of the deviation ΔDR or the polarity inversion is received according to the method described in FIGS. 8 and 9, the converter duty-
具体的には、図10を参照して、指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRの極性を示す信号DET1を受けた場合、コンバータ用デューティ比補正部54は、信号DET1が所定の電位Vxであれば、偏差ΔDRが正であると判定する。そして、コンバータ用デューティ比補正部54は、所定の偏差ΔDR_stdだけ正方向に指令デューティ比DR_comをオフセットさせる。補正後の指令デューティ比(=DR_com+ΔDR_std)は補正指令デューティ比DR_0としてコンバータ用PWM信号変換部56へ出力される。
Specifically, referring to FIG. 10, when receiving signal DET1 indicating the polarity of deviation ΔDR between command duty ratio DR_com and actual duty ratio DR_r, converter duty
一方、コンバータ用デューティ比補正部54は、信号DET1が所定の電位Vyであれば、偏差ΔDRが負であると判定し、所定の偏差ΔDR_stdだけ負方向に指令デューティ比DR_comをオフセットさせる。この場合、補正指令デューティ比DR_0は、(DR_com−ΔDR_std)となる。
On the other hand, converter duty-
また、指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRの極性の反転を示す信号DET2を受けた場合、コンバータ用デューティ比補正部54は、信号DET2の電位が所定の電位Vxであれば、偏差ΔDRが負から正に反転したと判定する。そして、コンバータ用デューティ比補正部54は、所定の偏差ΔDR_stdだけ正方向に指令デューティ比DR_comをオフセットさせる。
Further, when the signal DET2 indicating the polarity inversion of the deviation ΔDR between the command duty ratio DR_com and the actual duty ratio DR_r is received, the converter duty
一方、コンバータ用デューティ比補正部54は、信号DET2の電位が所定の電位Vyであれば、偏差ΔDRが正から負に反転したと判定し、所定の偏差ΔDR_stdだけ負方向に指令デューティ比DR_comをオフセットさせる。正方向または負方向にオフセットされた指令デューティ比DR_comは、補正指令デューティ比DR_0としてコンバータ用PWM信号変換部56へ出力される。
On the other hand, if the potential of signal DET2 is predetermined potential Vy, converter duty-
コンバータ用PWM信号変換部56は、コンバータ用デューティ比補正部54からの補正指令デューティ比DR_0に基づいて、昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2をオン/オフするための信号PWMCを生成してデッドタイム付加部58へ出力する。
Converter PWM
デッドタイム付加部58は、IGBT素子Q1,Q2をオン/オフするための信号を受けると、この信号に予め設定されているデッドタイムを付加する。デッドタイムが付加された信号PWMCは、昇圧コンバータ12へ出力される。
When receiving a signal for turning on / off IGBT elements Q1, Q2, dead
これにより、例えば指令デューティ比DR_comが0.5に対して、補正指令デューティ比DR_0を0.4とした場合であれば、補正指令デューティ比DR_0に従う電圧変換制御によって得られる実デューティ比DR_rは、補正指令デューティ比DR_0から0.1だけ増加して0.5となる。これは、本来の指令デューティ比DR_comに等しいことから、両者間の偏差ΔDRが略零に抑制されていることが分かる。 Thus, for example, when the command duty ratio DR_com is 0.5 and the correction command duty ratio DR_0 is 0.4, the actual duty ratio DR_r obtained by the voltage conversion control according to the correction command duty ratio DR_0 is The correction command duty ratio DR_0 is increased by 0.1 to 0.5. Since this is equal to the original command duty ratio DR_com, it can be seen that the deviation ΔDR between them is suppressed to substantially zero.
一方、指令デューティ比DR_comが0.5に対して、補正指令デューティ比DR_0を0.6とした場合には、補正指令デューティ比DR_0に従う電圧変換制御により得られる実デューティ比DR_rは、補正指令デューティ比DR_0から0.1だけ減少して0.5となる。この場合も、実デューティ比DR_rが本来の指令デューティ比DR_comに等しく、偏差ΔDRが略零に抑制されている。 On the other hand, when the command duty ratio DR_com is 0.5 and the correction command duty ratio DR_0 is 0.6, the actual duty ratio DR_r obtained by the voltage conversion control according to the correction command duty ratio DR_0 is the correction command duty ratio. The ratio DR_0 is decreased by 0.1 to 0.5. Also in this case, the actual duty ratio DR_r is equal to the original command duty ratio DR_com, and the deviation ΔDR is suppressed to substantially zero.
そして、次回の制御周期では、本来の指令デューティDR_comと、補正指令デューティ比DR_0により調整された実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRが改めて検出される。その検出された偏差ΔDRに基づいて生成された信号DET(またはDET1/DET2)に応じて指令デューティ比DR_comが補正され、補正指令デューティ比DR_に従って電圧変換制御が引き続き実行される。 In the next control cycle, the deviation ΔDR between the original command duty DR_com and the actual duty ratio DR_r adjusted by the correction command duty ratio DR_0 is detected again. The command duty ratio DR_com is corrected according to the signal DET (or DET1 / DET2) generated based on the detected deviation ΔDR, and the voltage conversion control is continuously executed according to the corrected command duty ratio DR_.
このように、制御周期ごとに指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差に応じて指令デューティ比DR_comを補正することにより、実デューティ比DR_rは、デッドタイムの影響が抑えられ、指令デューティ比DRとの偏差が略零に維持される。したがって、従来の電圧変換制御において、リアクトル電流ILの極性が反転したとき、すなわち、昇圧コンバータ12における放電方向と充電方向とが切換えられたときに現われる実デューティ比DR_rの不連続的な変化を抑制することができる。結果として、かかるタイミングにサージ電圧が発生するのを防止することができる。
In this way, by correcting the command duty ratio DR_com in accordance with the deviation between the command duty ratio DR_com and the actual duty ratio DR_r for each control period, the actual duty ratio DR_r is less affected by the dead time, and the command duty ratio is reduced. Deviation from DR is maintained at approximately zero. Therefore, in the conventional voltage conversion control, the discontinuous change in the actual duty ratio DR_r that appears when the polarity of the reactor current IL is reversed, that is, when the discharge direction and the charge direction in the
また、サージ電圧吸収のためにコンデンサC2を大容量化することが不要となるため、コンデンサC2を小型なもので構成することができ、装置の小型化および低廉化を図ることができる。 Further, since it is not necessary to increase the capacity of the capacitor C2 for absorbing the surge voltage, the capacitor C2 can be configured with a small size, and the apparatus can be reduced in size and cost.
図11は、コンバータ制御手段302における電圧変換制御動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart for explaining the voltage conversion control operation in converter control means 302.
図11を参照して、電圧変換のための一連の動作が開始されると、コンバータ用デューティ比演算部52は、電圧指令演算部50からの電圧指令値Vdc_comに基づいて指令デューティ比DR_comを演算する(ステップS01)。
Referring to FIG. 11, when a series of operations for voltage conversion is started, converter duty
比較回路40は、コンバータ用デューティ比演算部52から指令デューティ比DR_comを受け、電圧センサ11からノードN1の電圧V0を受けると、電圧V0に基づいて実デューティ比DR_rを演算する(ステップS02)。そして、比較回路40は、指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRに基づいて信号DET(またはDET1/DET2)を生成してコンバータ用デューティ比補正部54へ出力する(ステップS03)。
When the
コンバータ用デューティ比補正部54は、比較回路40からの信号DET(またはDET1/DET2)に基づいて指令デューティ比DR_comを補正し、補正指令デューティ比DR_0を生成する(ステップS04)。
Converter duty-
コンバータ用PWM信号変換部56は、補正指令デューティ比DR_0に従って信号PWMCを生成する。デッドタイム付加部58は生成した信号PWMCに所定のデッドタイムを付加して昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2へ出力する。これにより、IGBT素子Q1,Q2は、デッドタイムの影響が除去され、指令デューティ比DR_comに略一致したデューティ比でスイッチング制御される(ステップS05)。したがって、リアクトル電流ILの極性が反転したときにもサージ電圧が発生することがないため、小型かつ低廉な装置構成で回路素子を保護することができる。
Converter
[変更例]
先の本発明の実施の形態1で述べた電圧変換制御は、実際には、制御装置30を含むように構成されたCPUにおいて、図11に示すフローチャートの各ステップ(但し比較回路40によるステップS03は除く)を備えるプログラムをROMから読出し、その読出したプログラムを実行することにより行なわれる。
[Example of change]
The voltage conversion control described in the first embodiment of the present invention is actually performed by each step of the flowchart shown in FIG. 11 in the CPU configured to include the control device 30 (however, step S03 by the comparison circuit 40). Is removed from the ROM, and the read program is executed.
なお、図11に示すフローチャートのうちのステップS03およびS04については、図12に示すように、制御装置30に外付けした比較回路40および補正回路60により実行する構成とすることもできる。
Note that steps S03 and S04 in the flowchart shown in FIG. 11 may be executed by a
図12は、図6のコンバータ制御手段302の変更例を説明するための機能ブロック図である。 FIG. 12 is a functional block diagram for explaining a modified example of converter control means 302 in FIG.
図12を参照して、コンバータ制御手段302Cは、電圧指令演算部50と、コンバータ用デューティ比演算部52と、コンバータ用PWM信号変換部56とを含む。コンバータ制御手段302Cは、図6のコンバータ制御手段302におけるコンバータ用デューティ比補正部54を、制御装置30の外部に設けられた補正回路60に変更したものである。
Referring to FIG. 12, converter control means 302 </ b> C includes a voltage
補正回路60は、図6のコンバータ用デューティ比補正部54と同等の機能を具備する。すなわち、補正回路60は、比較回路40から指令デューティ比DR_comおよび信号DET(またはDET1/DET2)を受けると、信号DETに指示された偏差ΔDRまたは偏差ΔDRの極性に基づいて補正指令デューティ比DR_0を生成してコンバータ用PWM信号変換部56へ出力する。
The
このように補正回路60をハードウェアで構成することのメリットとしては、比較回路40と一体化して制御装置30に外付けすることにより、デッドタイムの異なる様々な昇圧コンバータ12に対応可能となり、汎用性が高められる点が挙げられる。
As a merit of configuring the
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、指令デューティ比と実デューティ比との偏差が常に略零に保たれるため、リアクトル電流の極性が反転したときに、デッドタイムの影響を受けて実デューティ比が不連続となるのを抑制することができる。その結果、かかるタイミングにサージ電圧が発生するのを防止することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the deviation between the command duty ratio and the actual duty ratio is always kept substantially zero, the influence of the dead time when the polarity of the reactor current is reversed. In response, the actual duty ratio can be suppressed from becoming discontinuous. As a result, it is possible to prevent a surge voltage from occurring at such timing.
さらに、サージ電圧吸収のためにコンデンサC2を大容量化することが不要となるため、コンデンサC2を小型なもので構成することができ、装置の小型化および低廉化を図ることができる。 Furthermore, since it is not necessary to increase the capacity of the capacitor C2 for absorbing the surge voltage, the capacitor C2 can be configured with a small size, and the apparatus can be reduced in size and cost.
[実施の形態2]
図13は、この発明の実施の形態2による電圧変換装置を備えるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
[Embodiment 2]
FIG. 13 is a schematic block diagram of a motor drive device including a voltage conversion device according to
図13を参照して、モータ駆動装置100Aは、バッテリBと、電圧センサ10,13と、電流センサ24,26と、コンデンサC1,C2と、昇圧コンバータ12と、インバータ14と、制御装置30Aと、判定回路70とを備える。
Referring to FIG. 13,
図10のモータ駆動装置100Aは、図1のモータ駆動装置100に対して、電圧センサ11、比較回路40および制御装置30を、電流センサ26、判定回路70および制御装置30Aにそれぞれ変更したものである。よって、図1と共通する部分についての詳細な説明は省略する。
The
電流センサ26は、リアクトルL1を流れるリアクトル電流ILを検出し、その検出したリアクトル電流ILを判定回路70へ出力する。
判定回路70は、リアクトル電流ILの極性を判定し、その判定した極性を指示する信号IPDを生成して制御装置30Aへ出力する。詳細には、リアクトル電流ILが正方向に流れるとき、判定回路70は、リアクトル電流ILの極性が正であると判定する。一方、リアクトル電流ILが負方向に流れるとき、判定回路70は、リアクトル電流ILの極性が負であると判定する。
なお、正方向とは、上述したように、昇圧コンバータ12が直流電圧Vbを昇圧してコンデンサC2に供給する方向を表わす。正方向において、リアクトル電流ILは、バッテリB〜リアクトルL1〜IGBT素子Q1〜インバータ14の電源ラインを電流経路として流れる。また、負方向とは、昇圧コンバータ12がコンデンサC2を介してインバータ14から供給された直流電圧を降圧してバッテリBに供給する方向を表わす。負方向において、リアクトル電流ILは、バッテリBの負極〜アースライン〜IGBT素子Q2〜リアクトルL1〜電源ライン〜バッテリBを電流経路として流れる。
As described above, the positive direction represents a direction in which boost
制御装置30Aは、外部ECUからトルク指令値TRおよびモータ回転数MRNを受け、電圧センサ13から出力電圧VHを受け、電圧センサ10から直流電圧Vbを受け、電流センサ24からモータ電流MCRTを受け、判定回路70から信号IPDを受ける。そして、制御装置30Aは、出力電圧VH、トルク指令値TR、モータ電流MCRTに基づいて、インバータ14が交流モータM1を駆動するときにインバータ14のIGBT素子Q3〜Q8をスイッチング制御するための信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ14へ出力する。
また、制御装置30Aは、インバータ14が交流モータM1を駆動するとき、直流電圧Vb、出力電圧VH、トルク指令値TR、モータ回転数MRNおよび信号IPDに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2をスイッチング制御するための信号PWMCを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
In addition, when
さらに、制御装置30Aは、システムリレーSR1,SR2をオン/オフするための信号SEを生成してシステムリレーSR1,SR2へ出力する。
Further,
図14は、図13における制御装置30Aの機能ブロック図である。
図14を参照して、制御装置30Aは、インバータ制御手段301Aと、コンバータ制御手段302Aとを含む。
FIG. 14 is a functional block diagram of
Referring to FIG. 14,
インバータ制御手段301Aは、モータ制御用相電圧演算部80Aと、インバータ用PWM信号変換部82Aとを含む。
Inverter control means 301A includes a motor control
モータ制御用相電圧演算部80Aは、電圧センサ13から昇圧コンバータ12の出力電圧VHを受け、電流センサ24からモータ電流MCRTを受け、外部ECUからトルク指令値TRを受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部80Aは、これらの入力信号に基づいて、交流モータM1の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用PWM信号変換部82Aへ出力する。
Motor control phase
インバータ用PWM信号変換部82Aは、モータ制御用相電圧演算部80Aから受けた計算結果に基づいて、インバータ14の各IGBT素子Q3〜Q8をオン/オフする信号PWMIを生成し、その生成した信号PWMIをインバータ14のIGBT素子Q3〜Q8へ出力する。
Based on the calculation result received from motor control phase
コンバータ制御手段302Aは、電圧指令演算部50と、コンバータ用デューティ比演算部52と、コンバータ用デューティ比補正部54Aと、コンバータ用PWM信号変換部56と、デッドタイム付加部58とを含む。コンバータ制御手段302Aは、図3のコンバータ制御手段302におけるコンバータ用デューティ比補正部54を、コンバータ用デューティ比補正部54Aに変更したものである。
Converter control means 302A includes a voltage
コンバータ用デューティ比補正部54Aは、コンバータ用デューティ比演算部52から指令デューティ比DR_comを受け、判定回路70からリアクトル電流ILの極性を示す信号IPDを受ける。そして、コンバータ用デューティ比補正部54Aは、リアクトル電流ILの極性に基づいて指令デューティ比DR_comを補正し、その補正した指令デューティ比DR_comを補正指令デューティ比DR_0としてコンバータ用PWM信号変換部56へ出力する。
Converter duty-
このように本実施の形態によるコンバータ制御手段302Aは、リアクトル電流ILの極性に基づいて指令デューティ比DR_comを補正することを特徴的な構成とする。以下に、コンバータ制御手段302Aによる電圧変換制御について詳細に説明する。
Thus, converter control means 302A according to the present embodiment has a characteristic configuration in which command duty ratio DR_com is corrected based on the polarity of reactor current IL. Hereinafter, the voltage conversion control by the
最初に、判定回路70で実行されるリアクトル電流ILの極性の判定方法について説明する。
First, a method for determining the polarity of the reactor current IL executed by the
図15は、リアクトル電流IL、およびこれに基づく判定回路70の出力信号IPDを説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 15 is a timing chart for explaining reactor current IL and output signal IPD of
図15を参照して、リアクトル電流ILは、IGBT素子Q1,Q2のオン/オフに応答して増加と減少とを繰り返しながら、次第に減少する。時刻t11までの期間において、リアクトル電流ILは、スイッチングの1サイクルにおいて常に正である状態を示す。 Referring to FIG. 15, reactor current IL gradually decreases while repeating increase and decrease in response to on / off of IGBT elements Q1 and Q2. In the period up to time t11, reactor current IL is always positive in one switching cycle.
そして、時刻t11から所定の期間、リアクトル電流ILが零点と交差する状態、すなわち、スイッチングの1サイクルにおいてリアクトル電流ILの最大値が正で、最小値が負である状態を示す。その後、リアクトル電流ILはスイッチングの1サイクルにおいて常に負である状態を示す。 Then, the reactor current IL crosses the zero point for a predetermined period from the time t11, that is, a state where the maximum value of the reactor current IL is positive and the minimum value is negative in one switching cycle. Thereafter, the reactor current IL shows a state that is always negative in one cycle of switching.
このような状態に基づいたリアクトル電流ILの極性は、図中の中段に示すように、時刻t11までは正となり、時刻t11から所定の期間においてリアクトル電流ILが零点と交差するのに応じて正と負とを頻繁に繰り返す波形を示す。そして、所定の期間後においては負となる。 The polarity of the reactor current IL based on such a state is positive until time t11 as shown in the middle part of the figure, and is positive as the reactor current IL crosses the zero point in a predetermined period from time t11. A waveform that frequently repeats negative and negative. And it becomes negative after a predetermined period.
判定回路70は、リアクトル電流ILの極性を基に信号IPDを生成して出力する。詳細には、リアクトル電流ILが正の状態であることに応じてL(論理ロー)レベルの信号IPDを出力する。そして、時刻t11において極性が正から負に切換わったことに応じてリアクトル電流ILが負の状態であると判定し、H(論理ハイ)レベルの信号IPDを出力する。
そして、信号IPDは、時刻t11においてリアクトル電流ILの極性が正から負に反転したことに応じてLレベルからHレベルに立ち上がると、所定のラッチ期間dt_ratだけその論理レベルが保持される。そして、所定のラッチ期間dt_ratが経過した時刻t12において、リアクトル電流ILが負の状態であることに応じて信号IPDは引き続きHレベルを示す。 When signal IPD rises from L level to H level in response to the polarity of reactor current IL being inverted from positive to negative at time t11, the logic level is maintained for a predetermined latch period dt_rat. Then, at time t12 when the predetermined latch period dt_rat has elapsed, the signal IPD continues to show the H level in response to the reactor current IL being in a negative state.
このように信号IPDの出力に所定のラッチ期間dt_ratを設けたのは、リアクトル電流ILが零点と交差する所定の期間はその極性が頻繁に切換わるため、これに応じて信号IPDの論理レベルが頻繁に切換えられることにより信号IPDを基に実行される電圧変換制御が不安定となるのを防止するためである。したがって、所定のラッチ期間dt_ratは、リアクトル電流ILが零点と交差する所定の期間を含むように設定される。 The reason why the predetermined latch period dt_rat is provided for the output of the signal IPD is that the polarity of the signal IPD is changed accordingly during the predetermined period in which the reactor current IL crosses the zero point. This is to prevent the voltage conversion control executed based on the signal IPD from becoming unstable due to frequent switching. Therefore, the predetermined latch period dt_rat is set so as to include a predetermined period in which reactor current IL crosses the zero point.
次に、コンバータ用デューティ比補正部54Aは、判定回路70から信号IPDを受けると、信号IPDの論理レベルに基づいて指令デューティ比DR_comを補正する。
Next, converter duty-
詳細には、コンバータ用デューティ比補正部54Aは、信号IPDの論理レベルが“L”から“H”に立ち上がったことに応じて、指令デューティ比DR_comを補正する。例えば図15のように、時刻t12において信号IPDがLレベルからHレベルに立ち上がると、コンバータ用デューティ比補正部54Aは、指令デューティ比DR_comに予め設定された所定の偏差を加算する。
Specifically, converter duty-
このときの所定の偏差は、リアクトル電流ILの極性が正のときに生じる指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRと、リアクトル電流ILの極性が負のときに生じる指令デューティ比DR_comと実デューティ比DR_rとの偏差ΔDRとの絶対値の和に設定される。 The predetermined deviation at this time includes a deviation ΔDR between the command duty ratio DR_com and the actual duty ratio DR_r that occurs when the polarity of the reactor current IL is positive, and a command duty ratio DR_com that occurs when the polarity of the reactor current IL is negative. It is set to the sum of absolute values of deviation ΔDR from actual duty ratio DR_r.
したがって、図2で示したように、指令デューティ比DR_comが0.5であり、かつ、デッドタイムが0.1である場合、リアクトル電流ILが正のときには実デューティ比DR_rは0.6となり、リアクトル電流ILが負のときには実デューティ比DR_rが0.4となるため、各々の偏差の絶対値の和は0.2となる。リアクトル電流ILの極性が正から負へ反転したことに応じて、指令デューティ比DR_comにこの偏差の絶対値の和である0.2が加算されることにより、リアクトル電流ILが負のときの補正指令デューティ比DR_0は、0.5+0.2=0.7に設定される。これにより、リアクトル電流ILが負のときの実デューティ比DR_rは、補正指令デューティ比DR_0に対して偏差ΔDRだけ減少した値0.6(=0.7−0.1)が得られる。すなわち、リアクトル電流ILの極性反転の前後で、実デューティ比DR_rは一定(=0.6)に保たれることとなる。その結果、リアクトル電流ILの極性反転時に実デューティ比DR_rが不連続とならないため、サージ電圧の発生を防止することができる。 Therefore, as shown in FIG. 2, when the command duty ratio DR_com is 0.5 and the dead time is 0.1, the actual duty ratio DR_r is 0.6 when the reactor current IL is positive, Since the actual duty ratio DR_r is 0.4 when the reactor current IL is negative, the sum of the absolute values of the deviations is 0.2. Correction when reactor current IL is negative by adding 0.2, which is the sum of absolute values of this deviation, to command duty ratio DR_com in response to the polarity of reactor current IL reversing from positive to negative The command duty ratio DR_0 is set to 0.5 + 0.2 = 0.7. As a result, the actual duty ratio DR_r when the reactor current IL is negative is obtained as a value 0.6 (= 0.7−0.1) that is reduced by the deviation ΔDR with respect to the correction command duty ratio DR_0. In other words, the actual duty ratio DR_r is kept constant (= 0.6) before and after the polarity inversion of the reactor current IL. As a result, since the actual duty ratio DR_r does not become discontinuous when the polarity of the reactor current IL is reversed, generation of a surge voltage can be prevented.
なお、本発明の実施の形態では、実デューティ比DR_rは、指令デューティ比DR_comに対して常に一定の偏差(例えば+0.1)を有することとなるが、この偏差は、モータ駆動制御において一般的に実行されるPI制御においてPIゲインの調整により吸収することができるため、特段の不具合を生じないと判断できる。 In the embodiment of the present invention, the actual duty ratio DR_r always has a constant deviation (for example, +0.1) with respect to the command duty ratio DR_com. This deviation is common in motor drive control. Since it can be absorbed by the adjustment of the PI gain in the PI control executed at the same time, it can be determined that no particular problem occurs.
また、本発明の実施の形態では、リアクトル電流ILの極性が正から負へ反転したことに応じて指令デューティ比DR_comに各極性での偏差の絶対値の和を加算する構成としたが、本構成以外に、リアクトル電流ILの極性が負から正へ反転したことに応じて指令デューティ比DR_comに当該偏差の絶対値の和を減算する構成としても同様の効果を得ることができる。この場合、実デューティ比DR_rは、指令デューティ比DR_comに対して常に一定の偏差(例えば−0.1)を有することとなる。 In the embodiment of the present invention, the sum of the absolute values of deviations in each polarity is added to the command duty ratio DR_com in response to the polarity of the reactor current IL being inverted from positive to negative. In addition to the configuration, the same effect can be obtained by a configuration in which the sum of the absolute values of the deviations is subtracted from the command duty ratio DR_com in response to the polarity of the reactor current IL being inverted from negative to positive. In this case, the actual duty ratio DR_r always has a constant deviation (for example, −0.1) with respect to the command duty ratio DR_com.
さらに、リアクトル電流ILの極性が正のときには指令デューティ比DR_comに偏差分を減算し、かつ、リアクトル電流ILが負のときには指令デューティ比DR_comに偏差分を加算する構成としても良い。これによれば、実デューティ比DR_rは、常に指令デューティDR_comと略一致することになる。 Furthermore, a configuration may be adopted in which the deviation is subtracted from the command duty ratio DR_com when the polarity of the reactor current IL is positive, and the deviation is added to the command duty ratio DR_com when the reactor current IL is negative. According to this, the actual duty ratio DR_r is always substantially equal to the command duty DR_com.
図16は、コンバータ制御手段302Aにおける電圧変換制御動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart for explaining the voltage conversion control operation in converter control means 302A.
図16を参照して、電圧変換のための一連の動作が開始されると、コンバータ用デューティ比演算部52は、電圧指令演算部50からの電圧指令値Vdc_comに基づいて指令デューティ比DR_comを演算する(ステップS11)。
Referring to FIG. 16, when a series of operations for voltage conversion is started, converter duty
判定回路70は、電流センサ26からリアクトル電流ILを受けると、その極性を判定し、判定の結果を示す信号IPDを生成する(ステップS12)。判定回路70は、生成した信号IPDをコンバータ用デューティ比補正部54Aへ出力する。
When receiving the reactor current IL from the
コンバータ用デューティ比補正部54Aは、判定回路70からの信号IPDがLレベルからHレベルに立ち上がったことに応じて、指令デューティ比DR_comに上述した所定の偏差を加算することにより補正指令デューティ比DR_0を生成する(ステップS13)。
The converter duty-
コンバータ用PWM信号変換部56は、補正指令デューティ比DR_0に従って信号PWMCを生成する。デッドタイム付加部58は、生成された信号PWMCに所定のデッドタイムを付加して昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2へ出力する。これにより、IGBT素子Q1,Q2は、デッドタイムの影響が除去され、略一定値に保たれたデューティ比でスイッチング制御される(ステップS14)。したがって、リアクトル電流ILの極性が反転したときにサージ電圧が発生することがないため、コンデンサC2を小型化することができる。その結果、小型かつ低廉な装置構成で回路素子を保護することができる。
Converter
ここで、リアクトルL1を流れるリアクトル電流ILにおいては、図15に示したように所定の期間零点と交差する状態を介在して極性が反転する波形以外に、図17の上段に示すように、長期間にわたって零点付近に停滞する波形を示す場合がある。このような電流波形が判定回路70に入力されると、所定のラッチ期間dt_ratの経過時点においてもリアクトル電流ILが未だ零点と交差しているため、その極性の切換わりに応じて生成される信号IPDの論理レベルが頻繁に切換えられることとなる。そのため、信号IPDを基に実行される電圧変換制御が不安定となる可能性がより一層高くなる。
Here, in the reactor current IL flowing through the reactor L1, as shown in the upper part of FIG. 17, in addition to the waveform in which the polarity is inverted through the state intersecting with the zero point for a predetermined period as shown in FIG. There may be a waveform stagnating near the zero point over a period of time. When such a current waveform is input to the
そこで、本発明の実施の形態によるモータ駆動装置100Aは、リアクトル電流ILが零点付近に停滞したことに応じて、交流モータM1の出力トルクを一定に保ちながらエネルギー損失を意図的に増加させる構成とする。これによれば、エネルギー損失分だけリアクトル電流ILが上昇するため、リアクトル電流ILを零点付近での停滞から脱出させることができる。
Therefore, the
図18は、この発明の実施の形態2による交流モータM1の制御を説明するための図である。 FIG. 18 is a diagram for explaining control of AC motor M1 according to the second embodiment of the present invention.
図18を参照して、交流モータM1のトルクとモータを流れる電流の電流位相θとの関係は、曲線k1,k2によって表わされる。なお、曲線k1,k2は、互いにモータ電流の振幅が異なっており、曲線k1(振幅I1とする)よりも曲線k2が相対的に振幅が大きい(振幅I2(I2>I1)とする)。 Referring to FIG. 18, the relationship between torque of AC motor M1 and current phase θ of the current flowing through the motor is represented by curves k1 and k2. The curves k1 and k2 have different motor current amplitudes, and the curve k2 has a relatively larger amplitude than the curve k1 (assumed that the amplitude is I1) (amplitude I2 (I2> I1)).
そして、曲線k1,k2のそれぞれにおいて、トルクは、ある電流位相θoptに対して最大になるように変化する。すなわち、電流位相θoptで交流モータM1に電流を流すことにより、最大トルクが得られる。以下において、最大トルクが得られるように電流位相θを変化させる制御モードを最大トルク制御モードとも称する。また、電流位相θ=θoptとなるときの交流モータM1の動作点Aを最適動作点とも称する。 In each of the curves k1 and k2, the torque changes so as to become maximum with respect to a certain current phase θopt. That is, the maximum torque can be obtained by passing a current through AC motor M1 at current phase θopt. Hereinafter, the control mode in which the current phase θ is changed so as to obtain the maximum torque is also referred to as a maximum torque control mode. Further, the operating point A of AC motor M1 when current phase θ = θopt is also referred to as an optimal operating point.
一方、曲線k1,k2の各々において、電流位相θを、最適動作点Aを与えるθoptからずらしていくと、トルクは次第に減少する。すなわち、電流位相θがθoptからずらすことによって、モータ効率が低下する。 On the other hand, when the current phase θ is shifted from θopt that gives the optimum operating point A in each of the curves k1 and k2, the torque gradually decreases. That is, the motor efficiency is lowered by shifting the current phase θ from θopt.
本発明の実施の形態によるモータ駆動装置は、上述した最大トルク制御モードに加えて、さらに、出力トルクに一定に保ちながら、エネルギー損失が増加するように交流モータM1を制御する制御モードを備えることを特徴とする。以下において、トルクを一定として、エネルギー損失を増加させた制御モードを損失増加制御モードとも称する。 In addition to the above-described maximum torque control mode, the motor drive device according to the embodiment of the present invention further includes a control mode for controlling AC motor M1 so as to increase energy loss while keeping the output torque constant. It is characterized by. Hereinafter, the control mode in which the torque is constant and the energy loss is increased is also referred to as a loss increase control mode.
詳細には、損失増加制御モードは、図18に示すように、電流振幅を、最適動作点Aのときの電流振幅I1よりも大きい電流振幅I2とし、かつ、電流位相を、最適動作点Aの電流位相θoptからずらした電流位相θiとした動作点Bで交流モータM1を駆動する。図15から明らかなように、この動作点Bにおいて、交流モータM1は、最適動作点Aの出力トルクと同等のトルクを出力する。以下において、この動作点Bをモータ損失増加点とも称する。なお、モータ損失増加点Bにおける電流位相θiは、電流位相θoptに対して高位相および低位相のいずれであってもよい。 Specifically, in the loss increase control mode, as shown in FIG. 18, the current amplitude is set to a current amplitude I2 larger than the current amplitude I1 at the optimum operating point A, and the current phase is set to the optimum operating point A. AC motor M1 is driven at operating point B with current phase θi shifted from current phase θopt. As apparent from FIG. 15, at this operating point B, AC motor M1 outputs a torque equivalent to the output torque at optimal operating point A. Hereinafter, this operating point B is also referred to as a motor loss increasing point. The current phase θi at the motor loss increase point B may be either a high phase or a low phase with respect to the current phase θopt.
そして、制御装置30Aのインバータ制御手段301Aは、リアクトル電流ILが零点付近に停滞していると判定されると、制御モードを、最大トルク制御モードから損失増加制御モードに切換える。これにより、交流モータM1においては、モータ電流の電流振幅が振幅I1から振幅I2に増加することとなる。そして、損失増加点Bで交流モータM1を駆動したときには、モータ電流の電流振幅が増加したことによって3相コイルに発生する銅損が増加する。
When it is determined that the reactor current IL is stagnating near the zero point, the inverter control means 301A of the
これに伴ない、バッテリBでは、銅損に相当する電力が放電され、その電力に応じてバッテリBを流れる直流電流が増加する。このとき、直流電流の増加に伴なってリアクトル電流ILも増加することから、図17の下段に示すように、リアクトル電流ILを零点付近での停滞から脱出させることができる。 Along with this, in the battery B, electric power corresponding to copper loss is discharged, and the direct current flowing through the battery B increases in accordance with the electric power. At this time, the reactor current IL also increases as the direct current increases, so that the reactor current IL can escape from the stagnation near the zero point as shown in the lower part of FIG.
図19は、コンバータ制御手段302Aにおける電圧変換制御動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 19 is a flowchart for explaining the voltage conversion control operation in converter control means 302A.
図19を参照して、電圧変換のための一連の動作が開始されると、コンバータ用デューティ比演算部52は、電圧指令演算部50からの電圧指令値Vdc_comに基づいて指令デューティ比DR_comを演算する(ステップS11)。
Referring to FIG. 19, when a series of operations for voltage conversion is started, converter duty-
判定回路70は、電流センサ26からリアクトル電流ILを受けると、リアクトル電流ILが零点付近に設定された所定の電流範囲ΔIL_stdに含まれるか否かを判定する(ステップS111)。ステップS111においてリアクトル電流ILが所定の電流範囲ΔIL_stdに含まれると判定されると、判定回路70はさらに、予め設定された所定期間T_stdが経過したか否かを判定する(ステップS112)。
When receiving the reactor current IL from the
そして、ステップS112において所定期間T_stdが経過したと判定されると、判定回路70は、リアクトル電流ILが零点付近に停滞していると判定し、その判定結果を示す信号ICDをインバータ制御手段301Aのモータ制御用相電圧演算部80Aへ出力する。
When it is determined in step S112 that the predetermined period T_std has elapsed, the
モータ制御用相電圧演算部80Aは、信号ICDを受けると、交流モータM1の制御モードを最大トルク制御モードから損失増加制御モードに切換える。モータ制御用相電圧演算部80Aにおける制御モードの切換えは、実際には、図15の最適動作点Aを基に設定された電流指令を、電流振幅を最適動作点Aのときの電流振幅I1よりも大きい電流振幅I2とし、かつ、電流位相を最適動作点Aの電流位相θoptからずらした電流位相θiとした損失増加点Bを基に設定された電流指令に変更することにより行なわれる(ステップS113)。
When receiving the signal ICD, the motor control phase
かかる交流モータM1の制御モードの切換えを行なうことにより、リアクトル電流ILが増加して零点付近での停滞から脱出する。判定回路70は、リアクトル電流ILの極性を判定し、判定の結果を示す信号IPDを生成する(ステップS12)。判定回路70は、生成した信号IPDをコンバータ用デューティ比補正部54Aへ出力する。
By switching the control mode of AC motor M1, reactor current IL increases to escape from the stagnation near the zero point. The
なお、ステップS111,S112によりリアクトル電流ILが零点付近に停滞していないと判定された場合は、交流モータM1の制御モードは、通常の最大トルク制御モードに保たれる。そして、ステップS12により、判定回路70によりリアクトル電流ILの極性に基づいて信号IPDが生成される。
If it is determined in steps S111 and S112 that reactor current IL is not stagnating near the zero point, the control mode of AC motor M1 is maintained in the normal maximum torque control mode. In step S12, the
コンバータ用デューティ比補正部54Aは、判定回路70からの信号IPDがLレベルからHレベルに立ち上がったことに応じて、指令デューティ比DR_comに上述した所定の偏差を加算することにより補正指令デューティ比DR_0を生成する(ステップS13)。
The converter duty-
コンバータ用PWM信号変換部56は、補正指令デューティ比DR_0に従って信号PWMCを生成して昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2へ出力する。これにより、IGBT素子Q1,Q2は、デッドタイムの影響が除去され、略一定値に保たれたデューティ比でスイッチング制御される(ステップS14)。
Converter PWM
[変更例]
本変更例は、リアクトル電流ILを零点付近での停滞から脱出させるための別の方法について説明する。
[Example of change]
In this modified example, another method for causing the reactor current IL to escape from the stagnation near the zero point will be described.
図20は、この発明の実施の形態2の変更例におけるコンバータ制御手段302Bの機能ブロック図である。 FIG. 20 is a functional block diagram of converter control means 302B in a modification of the second embodiment of the present invention.
図20を参照して、コンバータ制御手段302Bは、電圧指令演算部50と、コンバータ用デューティ比演算部52と、コンバータ用デューティ比補正部54Bと、コンバータ用PWM信号変換部56Bと、デッドタイム付加部58とを含む。
Referring to FIG. 20, converter control means 302B includes voltage
コンバータ制御手段302Bは、図6のコンバータ制御手段302のコンバータ用デューティ比補正部54およびコンバータ用PWM信号変換部56を、コンバータ用デューティ比補正部54Bおよびコンバータ用PWM信号変換部56Bに変更したものである。
Converter control means 302B is obtained by changing converter duty
判定回路70は、電流センサ26からリアクトル電流ILを受けると、図15で述べた方法に従ってリアクトル電流ILの極性を判定し、その判定結果を示す信号IPDを生成する。そして、判定回路70は、生成した信号IPDをコンバータ用デューティ比補正部54Bへ出力する。
When receiving the reactor current IL from the
コンバータ用デューティ比補正部54Bは、図14のコンバータ用デューティ比補正部54Aと同様の構成からなる。すなわち、コンバータ用デューティ比補正部54Bは、判定回路70からの信号IPDがLレベルからHレベルに立ち上がったことに応じて、指令デューティ比DR_comに所定の偏差を加算することにより補正指令デューティ比DR_0を生成する。
Converter duty-
判定回路70はさらに、リアクトル電流ILが零点付近に停滞しているか否かを判定する。詳細には、図21の上段に示すように、リアクトル電流ILが所定の電流範囲ΔIL_stdに含まれており、かつその期間が所定期間T_stdを超えたと判定されると、リアクトル電流ILが零点付近に停滞していると判定し、その判定結果を示す信号ICDをコンバータ用PWM信号変換部56Bへ出力する。
コンバータ用PWM信号変換部56Bは、判定回路70から信号IPDが入力されたことに応じて、キャリア周波数を相対的に低いキャリア周波数に設定する。なお、相対的に低いキャリア周波数は、キャリア周波数の低下に伴なう騒音の発生を抑制可能な周波数に設定される。
Converter PWM
このようにキャリア周波数を低下させることにより、リアクトル電流ILの波形は、図21の下段に示すように、スイッチングの1サイクル長が長くなるため、時刻t13以前と比較して零点を交差する頻度が低減される。したがって、リアクトル電流ILの極性が頻繁に切換わるのが抑えられ、その極性の切換わりに応じて生成される信号IPDの論理レベルを安定化させることができる。結果として、信号IPDを基に実行される電圧変換制御を安定的に行なうことが可能となる。 By reducing the carrier frequency in this way, the waveform of the reactor current IL increases the cycle length of one cycle as shown in the lower part of FIG. Reduced. Therefore, frequent switching of the polarity of reactor current IL is suppressed, and the logic level of signal IPD generated according to the switching of the polarity can be stabilized. As a result, it is possible to stably perform voltage conversion control executed based on the signal IPD.
図22は、コンバータ制御手段302Bにおける電圧変換制御動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 22 is a flowchart for explaining the voltage conversion control operation in converter control means 302B.
図22を参照して、電圧変換のための一連の動作が開始されると、コンバータ用デューティ比演算部52は、電圧指令演算部50からの電圧指令値Vdc_comに基づいて指令デューティ比DR_comを演算する(ステップS11)。
Referring to FIG. 22, when a series of operations for voltage conversion is started, converter duty-
判定回路70は、電流センサ26からリアクトル電流ILを受けると、リアクトル電流ILが零点付近に設定された所定の電流範囲ΔIL_stdに含まれるか否かを判定する(ステップS111)。ステップS111においてリアクトル電流ILが所定の電流範囲ΔIL_stdに含まれると判定されると、判定回路70はさらに、予め設定された所定期間T_stdが経過したか否かを判定する(ステップS112)。
When receiving the reactor current IL from the
そして、ステップS112において所定期間T_stdが経過したと判定されると、判定回路70は、リアクトル電流ILが零点付近に停滞していると判定し、その判定結果を示す信号ICDをコンバータ用PWM信号変換部56Bへ出力する。
When it is determined in step S112 that the predetermined period T_std has elapsed, the
コンバータ用PWM信号変換部56Bは、信号ICDを受けると、キャリア周波数を相対的に低い周波数に設定する(ステップS114)。そして、コンバータ用PWM信号変換部56Bは、その設定されたキャリア周波数とコンバータ用デューティ比補正部54Bからの補正指令デューティ比DR_0とを用いて信号PWMCを生成し、その生成した信号PWMCを昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2へ出力する。
When receiving signal ICD, converter PWM
キャリア周波数の低下によりリアクトル電流ILの極性の切換わる頻度が低減されると、判定回路70は、リアクトル電流ILの極性を判定して判定の結果を示す信号IPDを生成する(ステップS12)。判定回路70は、生成した信号IPDをコンバータ用デューティ比補正部54Bへ出力する。
When the frequency of switching the polarity of reactor current IL is reduced due to the decrease in carrier frequency,
なお、ステップS111,S112によりリアクトル電流ILが零点付近に停滞していないと判定された場合は、キャリア周波数は通常の周波数に保持される。そして、ステップS12により、判定回路70によりリアクトル電流ILの極性に基づいて信号IPDが生成される。
When it is determined in steps S111 and S112 that the reactor current IL is not stagnating near the zero point, the carrier frequency is held at a normal frequency. In step S12, the
コンバータ用デューティ比補正部54Bは、判定回路70からの信号IPDがLレベルからHレベルに立ち上がったことに応じて、指令デューティ比DR_comに上述した所定の偏差を加算することにより補正指令デューティ比DR_0を生成する(ステップS13)。
The converter duty-
コンバータ用PWM信号変換部56は、補正指令デューティ比DR_0に従って信号PWMCを生成して昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2へ出力する。これにより、IGBT素子Q1,Q2は、デッドタイムの影響が除去され、略一定値に保たれたデューティ比でスイッチング制御される(ステップS14)。
Converter PWM
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、リアクトル電流の極性が反転する前後において、指令デューティ比と実デューティ比との偏差が略一定に保たれるため、デッドタイムの影響を受けて実デューティ比が不連続となるのを抑制することができる。その結果、かかるタイミングにサージ電圧が発生するのを防止することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the deviation between the command duty ratio and the actual duty ratio is kept substantially constant before and after the polarity of the reactor current is reversed. In response, the actual duty ratio can be suppressed from becoming discontinuous. As a result, it is possible to prevent a surge voltage from occurring at such timing.
さらに、サージ電圧吸収のためにコンデンサC2を大容量化することが不要となるため、コンデンサC2を小型なもので構成することができ、装置の小型化および低廉化を図ることができる。 Furthermore, since it is not necessary to increase the capacity of the capacitor C2 for absorbing the surge voltage, the capacitor C2 can be configured with a small size, and the apparatus can be reduced in size and cost.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、電圧変換装置およびこれを備えるモータ駆動装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a voltage conversion device and a motor drive device including the same.
10,11,13 電圧センサ、12 昇圧コンバータ、14 インバータ、15 U相アーム、16 V相アーム、17 W相アーム、24,26 電流センサ、30,30A 制御装置、40 比較回路、50 電流指令変換部、52 コンバータ用デューティ比演算部、54,54A,54B コンバータ用デューティ比補正部、56,56B コンバータ用PWM信号変換部、58 デッドタイム付加部、60 補正回路、70 判定回路、301,301A インバータ制御手段、302,302A〜302C コンバータ制御手段、Q1〜Q8 IGBT素子、D1〜D8 ダイオード、C1,C2 コンデンサ、B バッテリ、L1 リアクトル、M1 交流モータ。 10, 11, 13 Voltage sensor, 12 Boost converter, 14 Inverter, 15 U-phase arm, 16 V-phase arm, 17 W-phase arm, 24, 26 Current sensor, 30, 30A Control device, 40 Comparison circuit, 50 Current command conversion Unit, 52 converter duty ratio calculation unit, 54, 54A, 54B converter duty ratio correction unit, 56, 56B converter PWM signal conversion unit, 58 dead time addition unit, 60 correction circuit, 70 determination circuit, 301, 301A inverter Control means, 302, 302A to 302C Converter control means, Q1 to Q8 IGBT elements, D1 to D8 diodes, C1 and C2 capacitors, B battery, L1 reactor, M1 AC motor.
Claims (13)
電源ノードと接地ノードとの間に直列接続される第1および第2のスイッチング素子を含み、前記第1および第2のスイッチング素子のスイッチング動作により電源と前記負荷との間で電圧変換を行なう電圧変換器と、
前記第1および第2のスイッチング素子の中間点の電圧を基に実際の前記第1および第2のスイッチング素子のオン期間比として得られる実デューティ比と、前記電圧変換の電圧指令値を基に前記第1および第2のスイッチング素子のオン期間比の指令値として設定される指令デューティ比との偏差を一定に維持するように前記指令デューティ比を補正し、補正された前記指令デューティ比に従って前記スイッチング動作を制御する制御装置とを備える、電圧変換装置。 A voltage converter that varies an input voltage to a load,
A voltage including first and second switching elements connected in series between a power supply node and a ground node, and performing voltage conversion between the power supply and the load by the switching operation of the first and second switching elements A converter,
Based on the actual duty ratio obtained as the actual on-period ratio of the first and second switching elements based on the voltage at the intermediate point of the first and second switching elements, and the voltage command value for the voltage conversion The command duty ratio is corrected so as to maintain a constant deviation from a command duty ratio set as a command value of the ON period ratio of the first and second switching elements, and the command duty ratio is corrected according to the corrected command duty ratio. A voltage converter comprising: a control device that controls a switching operation.
前記電圧指令値に応じて、前記指令デューティ比を設定する指令デューティ比演算部と、
前記第1および第2のスイッチング素子の中間点の電圧に基づいて、前記実デューティ比と前記指令デューティ比演算部により設定された前記指令デューティ比との偏差を検出する比較回路と、
検出された前記偏差に応じて、前記偏差を一定に維持するように前記指令デューティ比を補正する指令デューティ比補正部と、
補正された前記指令デューティ比に基づき、前記スイッチング動作を制御する信号を生成する制御信号生成部とを含む、請求項1または請求項2に記載の電圧変換装置。 The controller is
A command duty ratio calculation unit for setting the command duty ratio according to the voltage command value;
A comparison circuit for detecting a deviation between the actual duty ratio and the command duty ratio set by the command duty ratio calculation unit based on a voltage at an intermediate point between the first and second switching elements;
A command duty ratio correction unit that corrects the command duty ratio so as to maintain the deviation constant according to the detected deviation;
The voltage conversion device according to claim 1, further comprising: a control signal generation unit configured to generate a signal for controlling the switching operation based on the corrected command duty ratio.
前記比較回路は、検出された前記第1および第2のスイッチング素子の中間点の電圧から導出された前記実デューティ比と、前記指令デューティ比との前記偏差を検出し、
前記指令デューティ比補正部は、検出された前記偏差を略零に維持するように前記指令デューティ比を補正し、
前記制御信号生成部は、補正された前記指令デューティ比に従って前記スイッチング動作を制御する信号を生成する、請求項4に記載の電圧変換装置。 A voltage sensor for detecting a voltage at an intermediate point between the first and second switching elements;
The comparison circuit detects the deviation between the actual duty ratio derived from the detected midpoint voltage of the first and second switching elements and the command duty ratio;
The command duty ratio correction unit corrects the command duty ratio so as to maintain the detected deviation substantially at zero,
The voltage conversion device according to claim 4, wherein the control signal generation unit generates a signal for controlling the switching operation according to the corrected command duty ratio.
前記リアクトルを流れるリアクトル電流を検出する電流センサとをさらに備え、
前記制御装置は、
前記電圧指令値に応じて、前記指令デューティ比を設定する指令デューティ比演算部と、
前記リアクトル電流の極性を判定する電流極性判定回路と、
前記リアクトル電流の極性が反転する前後において前記偏差が略一定に維持されるように、前記指令デューティ比を補正する指令デューティ比補正部と、
補正された前記指令デューティ比に基づき、前記スイッチング動作を制御する信号を生成する制御信号生成部とを含む、請求項1または請求項2に記載の電圧変換装置。 A reactor disposed between the power source and an intermediate point between the first and second switching elements;
A current sensor for detecting a reactor current flowing through the reactor,
The controller is
A command duty ratio calculation unit for setting the command duty ratio according to the voltage command value;
A current polarity determination circuit for determining the polarity of the reactor current;
A command duty ratio correction unit that corrects the command duty ratio so that the deviation is maintained substantially constant before and after the polarity of the reactor current is reversed;
The voltage conversion device according to claim 1, further comprising: a control signal generation unit configured to generate a signal for controlling the switching operation based on the corrected command duty ratio.
モータと、
前記モータを駆動制御する駆動回路とを含み、
前記制御装置は、
前記モータを、要求トルクの発生に第1の電流振幅のモータ駆動電流を要する第1の動作点で動作させる第1の駆動制御手段と、
前記モータを、前記要求トルクの発生に前記第1の電流振幅よりも大きい第2の電流振幅のモータ駆動電流を要する第2の動作点で動作させる第2の駆動制御手段と、
前記リアクトル電流が零点を含む所定の電流範囲に所定の設定期間を超えて停滞していると判定されたことに応じて、前記第1の駆動制御手段から前記第2の駆動制御手段に切換えて前記駆動回路を制御する切換手段とを含む、請求項7に記載の電圧変換装置。 The load is
A motor,
A drive circuit for driving and controlling the motor,
The controller is
First drive control means for operating the motor at a first operating point that requires a motor drive current of a first current amplitude to generate the required torque;
Second drive control means for operating the motor at a second operating point that requires a motor drive current having a second current amplitude larger than the first current amplitude to generate the required torque;
When it is determined that the reactor current has stagnated in a predetermined current range including a zero point over a predetermined set period, the first drive control means is switched to the second drive control means. The voltage conversion apparatus according to claim 7, further comprising switching means for controlling the drive circuit.
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