JP2007306705A - Pwmアンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 三角波を発生する三角波発生器(15)と、前記三角波と単相または多相の電圧指令を比較器で比較してPWM信号を生成するPWM変調器(16)と、前記PWM信号に基づいて電力増幅するインバータとを備え、同一の直流電源に2軸接続されるPWMアンプにおいて、多軸の三角波が同期するための同期回路(22)と、電圧指令にバイアス信号を加えるバイアス回路(21)と、前記バイアス信号の値を生成するバイアス生成器(20)とを備えた。
【選択図】図2
Description
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回路規模を大きくせずに、入力電流のピーク値や実効値の小さいPWMアンプを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、三角波を発生する三角波発生器と、前記三角波と単相または多相の電圧指令を比較器で比較してPWM信号を生成するPWM変調器と、前記PWM信号に基づいて電力増幅するインバータとを備え、同一の直流電源に多軸接続されるPWMアンプにおいて、多軸の三角波が同期するための同期回路と、前記電圧指令にバイアス信号を加えるバイアス回路と、前記バイアス信号の値を生成するバイアス生成器とを備えることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載のPWMアンプにおいて、前記バイアス信号は接続される軸数が任意に整数nであるn軸の場合、前記直流電源電圧をVccとすると、1軸目のPWMアンプがVcc/2−Vcc/(n+1)、2軸目のPWMアンプがVcc/2−2×Vcc/(n+1)、k軸目のPWMアンプがVcc/2−k×Vcc/(n+1)、n軸目のPWMアンプがVcc/2−n×Vcc/(n+1)であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1記載のPWMアンプにおいて、前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、1軸目のPWMアンプがVcc/4であり、2軸目のPWMアンプが−Vcc/4であることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1記載のPWMアンプにおいて、前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、1軸目のPWMアンプがVcc/2−多相電圧指令の最大値であり、2軸目のPWMアンプが−Vcc/2+多相電圧指令の最小値であることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項1記載のPWMアンプにおいて、前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、電圧指令の振幅が所定値以下で、1軸目のPWMアンプがVcc/4で2軸目のPWMアンプが−Vcc/4であり、所定値を超えると一方のPWMアンプがVcc/2−多相電圧指令の最大値で他方のPWMアンプが−Vcc/2+多相電圧指令の最小値であることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項2乃至5記載のPWMアンプにおいて、前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、三角波の所定周期ごとに1軸目のPWMアンプと2軸目のPWMアンプで交互に交換することを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、請求項2乃至6記載のPWMアンプにおいて、前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、一方のPWMアンプが力行で他方のPWMが回生のときは、0にすることを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、請求項1記載のPWMアンプにおいて、前記バイアス信号は、接続される軸数が3軸の場合、1軸目のPWMアンプがVcc/4であり、2軸目のPWMアンプが0であり、3軸目のPWMアンプが−Vcc/4であることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、請求項1記載のPWMアンプにおいて、前記バイアス信号は、接続される軸数が3軸の場合、1軸目のPWMアンプがVcc/2−多相電圧指令の最大値であり、2軸目のPWMアンプが0であり、3軸目のPWMアンプが−Vcc/2+多相電圧指令の最小値であることを特徴とするものである。
また、このため、ピーク電流の小さい直流電源を使用でき、直流電源に接続されるコンデンサも許容リップル電流の小さいものとすることができ、ヒューズなど保護素子を入れる場合も容量を小さく、保護を速くできる。
本発明が従来技術と異なる部分は、PWMアンプに三角波同期信号があり三角波が同期していることとバイアス信号を加える回路を備えた部分である。
バイアスの無い場合より電圧指令が三角波の山や谷を越えて、電圧指令どおりの電圧出力にならない電圧指令が小さくなってしまうが、電流制御付きのPWMアンプであれば、電流制御部分で補正されるので問題は無い。電流制御が無い場合は出力電圧が歪んでしまうが、これが問題になる場合はバイアス信号を第1PWMアンプで(+直流電源電圧/2−各相電圧指令の最大値)、第2PWMアンプで(−直流電源電圧/2+各相電圧指令の最小値)とする例も構成可能である。バイアス信号を電圧指令に応じて運転中に変更しなくてはいけないが、出力電圧の歪みが始まる電圧指令はバイアス信号が無いときと同じになる。この方法の欠点は電圧指令が小さいとき微小時間トランジスタをオンしなくてはいけないことがあるがサージの発生などでこれが難しいことがあることである。この場合は電圧指令が小さいときはバイアス信号を第1PWMアンプで(+直流電源電圧/4)、第2PWMアンプで(−直流電源電圧/4)とし、大きくなったら第1PWMアンプで(+直流電源電圧−各相電圧指令の最大値)、第2PWMアンプで(−直流電源電圧+各相電圧指令の最小値)とする例も構成可能である。
また、回路構成によっては上側または下側トランジスタのオンの時間に制限のある場合がある。バイアス信号を加えることでこの状態になりやすくなるのが問題の場合は第1PWMアンプと第2PWMアンプでバイアス信号を交互に入れ替える例も構成可能である。
以上の説明では、直流電源からモータへパワーが供給される電動状態を前提に説明しているが、実際にはモータからコンデンサへパワーが戻ってくる回生状態があり、この場合は入力電流がマイナスになる。2台のモータが似た動きをする場合は以上のバイアス信号でよいが、モータの第1PWMアンプが電動で第2PWMアンプ回生、あるいはその逆ということが多い場合は入力電流のタイミングが同じ方が電流がプラスマイナス相殺され入力電流の実効値が小さくなる。このような場合にはバイアス信号をゼロにするようにする例も構成可能である。
以上の実施例では2台のPWMアンプは外部からの三角波同期信号で三角波を同期しているが、三角波発生器を1つにして共通の三角波を使用することもできる。また、実施例では電圧指令にバイアス信号を加算しているが、(電圧指令+バイアス信号)を三角波を比較した結果は電圧指令を(三角波−バイアス信号)と比較した結果と同じため構成としては三角波にバイアス信号を加算する構成としてもよい。また、実施例は三相交流モータ用の3相のPWMアンプの例であるが、直流モータ用の2相のPWMアンプなどについても適用できる。
さらに、PWMアンプの軸数がn軸の場合は、電源電圧をVccとしたときに、k軸目の電圧指令のバイアス信号をVcc/2−k×Vcc/(n+1)とすれば時間軸に沿って均等に分散される。
2 第2PWMアンプ
3 第3PWMアンプ
4 第nPWMアンプ
5 第1インバータ
6 第2インバータ
7 第1制御回路
8 第2制御回路
9 直流電源
10 コンデンサ
11 第1モータ
12 第2モータ
13 第3モータ
14 第nモータ
15 三角波発生器
16 PWM変調器
17、18、19 比較器
20 バイアス信号生成器
21 バイアス回路
22 同期回路
Claims (9)
- 三角波を発生する三角波発生器と、前記三角波と単相または多相の電圧指令を比較器で比較してPWM信号を生成するPWM変調器と、前記PWM信号に基づいて電力増幅するインバータとを備え、同一の直流電源に多軸接続されるPWMアンプにおいて、
多軸の三角波が同期するための同期回路と、
前記電圧指令にバイアス信号を加えるバイアス回路と、
前記バイアス信号の値を生成するバイアス生成器と、
を備えることを特徴とするPWMアンプ。 - 前記バイアス信号は接続される軸数が任意の整数nであるn軸の場合、前記直流電源電圧をVccとすると、1軸目のPWMアンプがVcc/2−Vcc/(n+1)、2軸目のPWMアンプがVcc/2−2×Vcc/(n+1)、k軸目のPWMアンプがVcc/2−k×Vcc/(n+1)、n軸目のPWMアンプがVcc/2−n×Vcc/(n+1)であることを特徴とする請求項1記載のPWMアンプ。
- 前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、1軸目のPWMアンプがVcc/4であり、2軸目のPWMアンプが−Vcc/4であることを特徴とする請求項1記載のPWMアンプ。
- 前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、1軸目のPWMアンプがVcc/2−多相電圧指令の最大値であり、2軸目のPWMアンプが−Vcc/2+多相電圧指令の最小値であることを特徴とする請求項1記載のPWMアンプ。
- 前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、電圧指令の振幅が所定値以下で、1軸目のPWMアンプがVcc/4で2軸目のPWMアンプが−Vcc/4であり、所定値を超えると一方のPWMアンプがVcc/2−多相電圧指令の最大値で他方のPWMアンプが−Vcc/2+多相電圧指令の最小値であることを特徴とする請求項1記載のPWMアンプ。
- 前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、三角波の所定周期ごとに1軸目のPWMアンプと2軸目のPWMアンプで交互に交換することを特徴とする請求項2乃至5記載のPWMアンプ。
- 前記バイアス信号は、接続される軸数が2軸の場合、一方のPWMアンプが力行で他方のPWMが回生のときは、0にすることを特徴とする請求項2乃至6記載のPWMアンプ。
- 前記バイアス信号は、接続される軸数が3軸の場合、1軸目のPWMアンプがVcc/4であり、2軸目のPWMアンプが0であり、3軸目のPWMアンプが−Vcc/4であることを特徴とする請求項1記載のPWMアンプ。
- 前記バイアス信号は、接続される軸数が3軸の場合、1軸目のPWMアンプがVcc/2−多相電圧指令の最大値であり、2軸目のPWMアンプが0であり、3軸目のPWMアンプが−Vcc/2+多相電圧指令の最小値であることを特徴とする請求項1記載のPWMアンプ。
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