JP2008131712A

JP2008131712A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2008131712A
Application number: JP2006312607A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nishizono; 勝西園; Hisashi Ooto; 久志大音; Taro Kishibe; 太郎岸部; Takahiro Masuda; 隆宏増田; Kenichi Suzuki; 健一鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: JP4784491B2

Abstract

【課題】パワー素子のスイッチングノイズの影響を少なくし、かつ電流制御の応答性の向上を実現するモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】三角波のキャリア信号を出力するキャリア信号発生器１と、電流検出トリガを出力する電流検出トリガ発生器２と、モータ電流を検出する電流検出器３と、電流制御を行う電流制御器４と、ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御器５とを備え、電流検出トリガ発生器２はキャリア信号の山谷から、電流検出と電流制御の処理時間分だけ前で、電流検出トリガを出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置の電流フィードバック制御における電流検出の改善に関する。

モータ駆動装置を用いた電流制御は、サーボモータの高速・高応答制御のために、アナログ回路の時代から一般的に行われてきた。近年は、マイクロコンピュータやＬＳＩ技術の進歩で、電流制御もディジタル化が進み、アナログ制御では設計上もコスト上も実現困難であった複雑な制御が可能となり、サーボモータを用いる機器の高性能・高機能化に大きく貢献している。

一般に電流制御では、モータの３相電流を検出し、それを電流指令値に追従させるように３相の電圧指令値を生成し、複数個の半導体スイッチからなるパワー増幅器に出力し、パワー増幅器では供給される直流電圧を複数個の半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦの組合せにより所望の３相交流電圧をモータに印加している。

複数個の半導体スイッチにより直流電圧から３相交流電圧を生み出す方式であるＰＷＭ制御は、キャリア周波数と電圧指令値により、半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号を出力し、モータの線間にパルス状の電圧を印加するものである。

そのパルスの幅を、スイッチのＯＮ／ＯＦＦで制御することでモータに印加する実効電圧値を正弦波状にすることができる。キャリア周波数が高くなるほど細かい制御ができるが、スイッチングのロスや発熱などの問題もあり、一般的には数ｋＨｚから数十ｋＨｚくらいである。

このＰＷＭ方式を用いた電流制御では、半導体スイッチのスイッチングノイズが電流に重畳し、電流制御に悪影響を与えることが課題である。そのスイッチングノイズの影響を避けるために、モータに最大トルクを印加する場合以外にはスイッチングが行われないキャリア信号の山・谷部分で電流検出を行うことで、特に通常動作領域での正確な電流値を得る方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１３６９５０号公報

しかしながら、上述した技術では、キャリア周波数の山・谷で電流検出をした後、電流制御を行うため、実際に電圧指令値が更新されるのは次の谷・山となり、キャリア周波数の半周期分遅れるという課題がある。これにより、電流制御の応答性を向上させることができない。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、スイッチングノイズの影響を少なくし、かつ遅れ時間を最短にすることで電流応答の向上を実現するモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明のモータ駆動装置は、ＰＷＭ制御を用いた電流フィードバック制御を有するモータ駆動装置において、三角波のキャリア信号を出力するキャリア信号発生器と、電流検出トリガを出力する電流検出トリガ発生器と、モータ電流を検出
する電流検出器と、電流制御を行う電流制御器と、ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御器とを備え、前記電流検出トリガ発生器は、キャリア信号の山谷から、電流検出と電流制御の処理時間分だけ前で、電流検出トリガを出力する。

また、三角波のキャリア信号を出力するキャリア信号発生器と、電流検出トリガを出力する電流検出トリガ発生器と、モータ電流を検出する電流検出器と、電流制御を行う電流制御器と、ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御器と、電流制御に使用する電流値を選択する電流値選択器とを備え、前記電流検出トリガ発生器は、キャリア信号の山谷およびキャリア信号の山谷から電流検出と電流制御の処理時間分だけ前の両方のタイミングで電流検出トリガを出力し、前記電流値選択器は、入力された２種類の電流検出値のうち、１周期前の電圧指令値からパワー素子のスイッチングノイズの影響を受けない電流値を選択し、その電流値を用いて電流制御を行う。

本発明のモータ駆動装置によれば、キャリア信号の山谷から、電流検出と電流制御の処理時間分だけ前で、電流検出トリガを出力することで、スイッチングノイズの影響が小さく、かつ電流制御の応答性を向上させることができる。

また、キャリア信号の山谷部分が、電流検出と電流制御の時間の真ん中にくるように、電流検出トリガ信号を出力すれば、さらにスイッチングノイズの影響を受けにくく、同等の電流制御応答性を得ることができる。

また、２種類の電流検出値のうち、１周期前の電圧指令値からパワー素子のスイッチングノイズの影響を受けない電流値を用いて電流制御を行うことで、電流制御の安定性、応答性の向上が可能になる。

三角波のキャリア信号を出力するキャリア信号発生器と、電流検出トリガを出力する電流検出トリガ発生器と、モータ電流を検出する電流検出器と、電流制御を行う電流制御器と、ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御器とを備え、前記電流検出トリガ発生器は、キャリア信号の山谷から電流検出と電流制御の処理時間分だけ前で電流検出トリガを出力するようにしている。

以下、本発明のモータ駆動装置について、図を参照して説明する。

図１は、実施例１における要部のブロック図である。図１において、モータ駆動装置は、キャリア信号１１を出力するキャリア信号発生器１と、キャリア信号１１から電流検出トリガ１２を出力する電流検出トリガ発生器２と、電流検出トリガ信号１２が入力したときの電流検出値１３を出力する電流検出器３と、電流検出値１３から電圧指令１４を出力する電流制御器４と、電圧指令１４とキャリア信号１１からＰＷＭ出力１５を生成するＰＷＭ制御器５を備えている。

図２は、キャリア信号およびパワー素子のスイッチング信号に対する電流値、電流検出トリガのタイミングを示しており、図１を併用しながら説明する。図２において、キャリア信号１１は通常三角波であり、電圧指令１４によってＰＷＭ出力１５を生成する。その際、図２に示すように電流値（波形）にスイッチングノイズが重畳し、電流制御に悪影響を与える。

ＰＷＭ電圧指令はセンター値を中心に最大トルクを出力する場合に、キャリアの山谷に
近いところでスイッチングが行われるため、通常状態ではキャリア信号の山谷でスイッチングが行われることは少ない。また、応答性の観点からは、電流検出してから実際に電圧指令を更新するまでの時間を短くする必要がある。

そこで、本発明は、電流検出トリガ発生器２において、図２に示すように、電流検出と電流制御の時間分だけ、キャリアの山谷から前の部分で電流検出トリガ１２を出力する。これにより、スイッチングノイズの影響を抑えつつ、電流検出から電圧指令更新までの遅れ時間を最少にすることができ、安定かつ応答性の高い電流制御を実現できる。

なお、電圧指令更新のタイミングは、一般的にはキャリアの山谷であるが、それ以外の場合でもその電圧指令更新のタイミングに対して、電流検出と電流制御の時間分だけ前で電流検出を行うことで同様の効果を得ることができる。

実施例２におけるモータ駆動装置の構成は、実施例１と同じである。実施例１との相違点は、電流検出トリガ発生器２が電流検出トリガ信号を出力するタイミングと、ＰＷＭ制御器５が電圧指令１４を更新するタイミングである。

以下、その点を中心に図１を併用して説明する。図３は、そのタイミングを示したもので、電流検出トリガ発生器２において、ちょうどキャリア信号１１の山谷部分が電流検出と電流制御の時間の真ん中にくるように、電流検出トリガ信号１２を出力する。かつ、ＰＷＭ制御器５において、電圧指令１４の更新をキャリア信号１１の状態に関わらず即時更新を行う。

これにより、実施例１よりさらにスイッチングノイズの影響を受けにくくすることができ、かつ同等の電流制御応答性を得ることができる。

実施例３のモータ駆動装置について、要部のブロック図とタイミング図を併用して説明する。

図４において、モータ駆動装置は、キャリア信号１１を出力するキャリア信号発生器１と、キャリア信号１１から電流検出トリガ１２を出力する電流検出トリガ発生器２と、電流検出トリガ信号１２が入力したときの電流検出値１３を出力する電流検出器３と、電流検出値１３と電圧指令１４から電流値を選択して出力する電流値選択器６と、選択電流値１６から電圧指令１４を出力する電流制御器と、電圧指令１４とキャリア信号１１からＰＷＭ出力１５を生成するＰＷＭ制御器を備えている。

図５は、キャリア信号およびパワー素子のスイッチング信号に対する電流値、電流検出トリガのタイミングを説明するもので、基本的なタイミングは実施例１に示すものと同じである。

実施例１との相違は、電流検出トリガ発生器２において、キャリア信号１１の山谷のタイミングと、その山谷から電流検出と電流制御の時間分だけ前のタイミングの両方で電流検出トリガ信号を出力する点である。

また、電流値選択器６において、その２つの電流値を取込み、電流制御周期１周期前の電圧指令から、どちらの電流値がスイッチングノイズの影響を受けていないかを判断し、最適な方を選択電流値１６として電流制御器４に出力する。

ここで、電流値選択器６における電流値の選択方法について、図６を用いて詳しく説明する。

図６では、電圧指令がキャリアの山谷で変化している。区間１では、スイッチングノイズが電流検出トリガＡ、Ｂともに影響を受けないため、電流制御に対して遅れの小さいＢを採用する。区間２では、電流検出トリガＢはスイッチングノイズの影響を受けるため、Ａを採用する。区間３では、区間１と同様の理由でＢを採用する。

電流検出トリガＢが、スイッチングノイズの影響をうけるかどうかは、前周期の電圧指令から判断することができる。例えば、電流制御周期５０μｓ、キャリア周波数１０ｋＨｚ（周期１００μｓ）、電流検出時間５μｓ、電流制御時間１０μｓとした場合、電流検出トリガＢはキャリアの山谷から１５μｓ前となる。

電圧指令がＤｕｔｙ８５％または１５％の場合、スイッチングはキャリアの山谷からちょうど１５μｓ前となり、スイッチングの影響を受けることが前もってわかる。こうすることで、常にスイッチングノイズの影響を受けずに、かつより電流応答性を高くすることができる電流値を制御で使用し続けることができ、電流制御の安定性、応答性の向上に大きく貢献する。

なお、実際にはスイッチングノイズには幅があり、その幅分だけ電流検出タイミングＢの選択をしないようにすることもできる。

また、ここでは１相分のみを説明したが、通常のモータ制御で用いる３相ＰＷＭでも同様の方式により電流制御の安定性と応答性の向上を実現できる。

本発明のモータ駆動装置は、高速応答性と制御の安定性が要求される用途などにも有用である。

本発明の実施例１におけるモータ駆動装置の要部ブロック図本発明の実施例１におけるタイミング図本発明の実施例２におけるタイミング図本発明の実施例３におけるモータ駆動装置の要部ブロック図本発明の実施例３におけるタイミング図本発明の実施例３における電流値選択の説明図

符号の説明

１キャリア信号発生器
２電流検出トリガ発生器
３電流検出器
４電流制御器
５ＰＷＭ制御器
６電流値選択器
１１キャリア信号
１２電流検出トリガ信号
１３電流検出値
１４電圧指令
１５ＰＷＭ出力
１６選択電流値

Claims

ＰＷＭ制御を用いた電流フィードバック制御を有するモータ駆動装置において、三角波のキャリア信号を出力するキャリア信号発生器と、電流検出トリガを出力する電流検出トリガ発生器と、モータ電流を検出する電流検出器と、電流制御を行う電流制御器と、ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御器とを備え、前記電流検出トリガ発生器は、キャリア信号の山谷から、電流検出と電流制御の処理時間分だけ前で、電流検出トリガを出力することを特徴としたモータ駆動装置。
前記電流検出トリガ発生器において、キャリア信号の山谷部分が、電流検出と電流制御の処理時間の半分の位置になるように、電流検出トリガを出力することを特徴とした請求項１に記載のモータ駆動装置。
ＰＷＭ制御を用いた電流フィードバック制御を有するモータ駆動装置において、三角波のキャリア信号を出力するキャリア信号発生器と、電流検出トリガを出力する電流検出トリガ発生器と、モータ電流を検出する電流検出器と、電流制御を行う電流制御器と、ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御器と、電流制御に使用する電流値を選択する電流値選択器とを備え、前記電流検出トリガ発生器は、キャリア信号の山谷およびキャリア信号の山谷から電流検出と電流制御の処理時間分だけ前の両方のタイミングで電流検出トリガを出力し、前記電流値選択器は、入力された２種類の電流検出値のうち、１周期前の電圧指令値からパワー素子のスイッチングノイズの影響を受けない電流値を選択し、その電流値を用いて電流制御を行うことを特徴としたモータ駆動装置。
前記電流値選択器において、１周期前の電圧指令値によるパワー素子のスイッチングタイミングが、キャリアの山谷から電流検出と電流制御の処理時間分だけ前のタイミングとかぶらない場合はそのときの電流検出値を用い、かぶる場合はキャリアの山谷で検出した電流値を用いて電流制御を行うことを特徴とした請求項３に記載のモータ駆動装置。