JP2010239765A - Motor drive device - Google Patents

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Takashi Fukue
貴史 福榮
Hideo Matsushiro
英夫 松城
Masanori Ogawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a motor drive device which drives a motor by directly switching an AC voltage, in which a switching element included in a converter has various characteristics and there are various driving conditions, so that motor driving with switching loss, conduction loss, drive loss, and the like suppressed in response to conditions cannot be easily achieved. <P>SOLUTION: At least one of a voltage detection unit 5 which detects characteristics of a switching element included in a converter 2 as well as a voltage applied to the converter 2, a phase detection unit 6 for detecting an AC power supply phase, a current detection unit 7 for detecting a motor current, a rotational speed detection unit 8 for detecting a rotational speed of a motor, and a carrier frequency variable part 9 for varying a PWM carrier frequency is provided. Further, a signal output switching part 10 is provided which switches the number of PWM outputs from a signal output unit 4 based on the motor drive condition detected by any of them, for simply achieving high efficiency of the entire device. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、交流電源からの交流電圧を直接スイッチングして3相モータを可変速で駆動できるモータ駆動装置に関するものである。   The present invention relates to a motor driving device that can directly switch an AC voltage from an AC power source to drive a three-phase motor at a variable speed.

従来、この種のモータ駆動装置は電源短絡および負荷開放を防止するようにコンバータ部に備えられたスイッチング素子をオン・オフさせるキャリア比較により変調されたPWM信号によりモータ駆動を実現させる。この場合、スイッチング素子のオン・オフ信号を入力するゲート端子にゲート端子数と同数のPWM信号を入力する(非特許文献1、2参照)。   Conventionally, this type of motor drive apparatus realizes motor drive by a PWM signal modulated by carrier comparison for turning on and off a switching element provided in a converter unit so as to prevent a power supply short circuit and a load release. In this case, the same number of PWM signals as the number of gate terminals are input to the gate terminal for inputting the ON / OFF signal of the switching element (see Non-Patent Documents 1 and 2).

図7、8は代表的なスイッチング素子の構成と各ゲート端子に入力するPWM信号を示したものである。   7 and 8 show a typical switching element configuration and a PWM signal input to each gate terminal.

図8に示すように電源短絡および負荷開放が発生しないようにキャリア比較により変調されたPWM信号が各スイッチング素子のゲート端子に入力される。   As shown in FIG. 8, a PWM signal modulated by carrier comparison so as not to cause a power supply short circuit and a load release is input to the gate terminal of each switching element.

また、より簡単な転流方法として転流時にスイッチング素子がオンでもオフでも良い状態では常時オンの信号をスイッチング素子のゲート端子に入力する方法もある(特許文献1参照)。この方法ではデッドタイムに相当する転流期間の簡略化により電圧利用率の向上、出力電圧誤差の低減等の効果が期待できる。   Further, as a simpler commutation method, there is a method of inputting an always-on signal to the gate terminal of the switching element in a state where the switching element may be on or off at the time of commutation (see Patent Document 1). In this method, effects such as improvement of voltage utilization rate and reduction of output voltage error can be expected by simplifying the commutation period corresponding to dead time.

図9は、各ゲート端子に入力される代表的な信号を示したものであり、還流ダイオードモードとなるスイッチング素子のゲート端子へ常時オンの信号を入力することで転流パターンの簡略化を図っている。
特開2005−210805号公報 櫻井、竹下:「マトリックスコンバータの3ステップ転流法」、平成19年電気学会産業応用部門全国大会、1−14、pp.219−222(2007) 直接形交流電力変換回路の実用化と応用技術調査専門委員会編:「マトリックスコンバータの技術動向と応用」、電気学会技術報告、第1111号、2008年3月、pp.17
FIG. 9 shows typical signals input to each gate terminal, and the commutation pattern is simplified by inputting the always-on signal to the gate terminal of the switching element in the freewheeling diode mode. ing.
Japanese Patent Laid-Open No. 2005-210805 Sakurai, Takeshita: “3-step commutation method of matrix converter”, 2007 IEEJ National Conference on Industrial Applications, 1-14, pp. 219-222 (2007) Practical application of direct AC power conversion circuit and application technology research technical committee edition: “Technology trend and application of matrix converter”, IEEJ Technical Report, No. 1111, March 2008, pp. 17

一般的に、この種のコンバータ部に備えられるスイッチング素子には様々な種類のデバイス(例えばIGBT、RB−IGBT等の単方向素子の組み合わせやSiC、GaNなどの双方向素子など)が使用され、またモータ駆動条件も様々な条件があり、これらの条件に合わせてモータ駆動時に損失となるコンバータ部におけるスイッチング素子のスイッチング損失、導通損失や信号出力部を駆動させるドライブ損失などを抑制したモータ駆動を簡単に実現できないという課題を有していた。   In general, various types of devices (for example, combinations of unidirectional elements such as IGBT and RB-IGBT and bidirectional elements such as SiC and GaN) are used as switching elements provided in this type of converter section. In addition, there are various motor driving conditions. In accordance with these conditions, motor driving that suppresses switching loss of the switching element, conduction loss and drive loss for driving the signal output unit in the converter unit that is a loss when driving the motor is performed. There was a problem that it could not be easily realized.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コンバータ部に備えられるスイッチング素子の特性やモータ駆動条件によりPWM出力数を切り替えることでモータ駆動時の損失を簡単に抑制することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and motor drive that can easily suppress loss during motor drive by switching the number of PWM outputs according to the characteristics of the switching element provided in the converter unit and the motor drive conditions. An object is to provide an apparatus.

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、交流電源と、該交流電
源出力を双方向に電流制御できるスイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるコンバータ部と、前記コンバータ部のスイッチング素子をオン・オフさせる信号を出力する信号出力部を備えたモータ駆動装置において、前記信号出力部から出力される信号としてキャリア比較により変調されたPWM信号と複数キャリア周期の間、オン・オフ状態を保持した出力固定信号とを切替える信号出力切替部を備えたものである。
In order to solve the above-described conventional problems, the motor driving device of the present invention includes an AC power supply and a switching element capable of bidirectionally controlling the AC power supply output in a bidirectional manner. As a signal output from the signal output unit in a motor drive device including a converter unit that drives a motor with an alternating current output of a variable frequency and a signal output unit that outputs a signal for turning on and off the switching element of the converter unit. A signal output switching unit that switches between a PWM signal modulated by carrier comparison and an output fixed signal that maintains an on / off state during a plurality of carrier periods is provided.

これによりコンバータ部に備えられるスイッチング素子の特性やモータ駆動条件によりPWM出力数を切り替えることでモータ駆動時の損失を簡単に抑制することができる。   Thereby, the loss at the time of motor drive can be easily suppressed by switching the number of PWM outputs by the characteristic of the switching element with which a converter part is equipped, and motor drive conditions.

本発明のモータ駆動装置は、状況に応じたPWM出力パターンでのモータ駆動を行うことで、モータ駆動時の損失を簡単に抑制することができる。   The motor driving device of the present invention can easily suppress loss during motor driving by performing motor driving with a PWM output pattern according to the situation.

第1の発明は、交流電源と、該交流電源出力を双方向に電流制御できるスイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるコンバータ部と、前記コンバータ部のスイッチング素子をオン・オフさせる信号を出力する信号出力部を備えたモータ駆動装置において、
前記信号出力部から出力される信号としてキャリア比較により変調されたPWM信号と複数キャリア周期の間、オン・オフ状態を保持した出力固定信号とを切替える信号出力切替部を備えることにより、前記コンバータ部に用いられるスイッチング素子の特性に応じたPWMパターン出力を可能にし、モータ駆動時の損失(特にドライブ損失)を抑制することができる。
1st invention is provided with the alternating current power supply and the switching element which can carry out current control of this alternating current power supply bidirectionally, and the converter part which drives a motor by the alternating current output of the variable voltage and the variable frequency obtained by switching bidirectionally directly And a motor drive device including a signal output unit that outputs a signal for turning on and off the switching element of the converter unit,
The converter unit includes a signal output switching unit that switches between a PWM signal modulated by carrier comparison as a signal output from the signal output unit and an output fixed signal that maintains an on / off state during a plurality of carrier periods. PWM pattern output according to the characteristics of the switching element used for the motor can be made possible, and loss (particularly drive loss) during motor driving can be suppressed.

第2の発明は、第1の発明のモータ駆動装置において、前記コンバータ部に入力される交流電圧を検出する電圧検出部を備え、前記電圧検出部の検出結果により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることにより、コンバータに印加される電圧に応じたPWM出力パターンによりモータ駆動時の損失(特にスイッチング損失)を抑制することができる。   According to a second aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first aspect of the present invention, the motor drive device includes a voltage detection unit that detects an AC voltage input to the converter unit, and a PWM signal generated by the signal output switching unit based on a detection result of the voltage detection unit. By switching the number of outputs, loss (especially switching loss) during motor driving can be suppressed by the PWM output pattern corresponding to the voltage applied to the converter.

第3の発明は、第1の発明のモータ駆動装置において、前記コンバータ部に入力される交流電圧の電圧位相を検出する位相検出部を備え、前記位相検出部の検出結果により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることにより、コンバータに印加される交流電源位相に応じたPWM出力によりモータ駆動時の損失(特にスイッチング損失)を抑制することができる。   According to a third aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first aspect of the present invention, the motor drive device includes a phase detection unit that detects a voltage phase of the AC voltage input to the converter unit, and the signal output switching unit is detected based on a detection result of the phase detection unit. By switching the number of outputs of the PWM signal, loss (particularly switching loss) at the time of motor driving can be suppressed by the PWM output corresponding to the AC power supply phase applied to the converter.

第4の発明は、第1の発明のモータ駆動装置において、前記モータ電流を検出する電流検出部を備え、前記電流検出部の検出結果により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることにより、コンバータを流れるモータ電流に応じたPWM出力によりモータ駆動時の損失(特にスイッチング損失)を抑制することができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first aspect of the present invention, the motor drive device includes a current detection unit that detects the motor current, and switches the number of PWM signal outputs by the signal output switching unit according to a detection result of the current detection unit. Thus, the loss (particularly switching loss) at the time of driving the motor can be suppressed by the PWM output corresponding to the motor current flowing through the converter.

第5の発明は、第1の発明のモータ駆動装置において、前記モータの駆動回転数を検出する回転数検出部を備え、前記回転数検出部による検出結果により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることにより、モータ駆動時の損失低減とモータ駆動に必要な制御性能との両立を実現できる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first aspect of the present invention, the motor drive device includes a rotation speed detection unit that detects the drive rotation speed of the motor, and the PWM signal generated by the signal output switching unit is detected by the detection result of the rotation speed detection unit. By switching the number of outputs, it is possible to achieve both reduction in loss during motor driving and control performance necessary for motor driving.

第6の発明は、第1の発明のモータ駆動装置において、前記信号出力部より出力されるPWMを変調するキャリア周波数を可変させるキャリア周波数可変部を備え、該キャリア周波数により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることにより、キ
ャリア周波数に応じたPWM出力によりモータ駆動時の損失(特にスイッチング損失)を抑制することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first aspect of the present invention, the motor drive device includes a carrier frequency variable unit that varies a carrier frequency for modulating the PWM output from the signal output unit. By switching the number of outputs of the PWM signal, loss (particularly switching loss) at the time of motor driving can be suppressed by PWM output corresponding to the carrier frequency.

第7の発明は、第1から第6のいずれかの発明のモータ駆動装置において、前記信号出力切替部は前記信号出力部からの信号により前記スイッチング素子が還流ダイオードモードとして動作する出力信号について切替えを行うことにより、モータ駆動時の損失(特にドライブ損失)を抑制することができる。   According to a seventh aspect of the present invention, in the motor drive device according to any one of the first to sixth aspects, the signal output switching unit switches an output signal in which the switching element operates in a freewheeling diode mode according to a signal from the signal output unit. By performing the above, loss (especially drive loss) at the time of driving the motor can be suppressed.

第8の発明は、第1から第7のいずれかの発明のモータ駆動装置において、前記コンバータ部が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも1つの特徴を有するGaNで構成されることにより、前記コンバータにおける導通損失低減、高速スイッチングによるスイッチング損失低減による高効率化、装置の信頼性向上を図ることができる。   According to an eighth aspect of the present invention, in the motor drive device according to any one of the first to seventh aspects, the bidirectional switching element included in the converter unit is composed of GaN having at least one of a normally-off type and a double gate type. As a result, it is possible to reduce conduction loss in the converter, increase efficiency by reducing switching loss due to high-speed switching, and improve device reliability.

第9の発明は、第1から第8のいずれかの発明のモータ駆動装置を空気調和機に具備することにより交流電圧を直接スイッチングしてモータ駆動を行う装置において、装置全体の高効率化を実現することができる。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for directly switching an AC voltage to drive a motor by providing the air conditioner with the motor driving apparatus according to any one of the first to eighth aspects of the invention. Can be realized.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1、2は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の構成図を示したものである。
(Embodiment 1)
1 and 2 are configuration diagrams of a motor driving device according to an embodiment of the present invention.

図1、2のモータ駆動装置は、交流電源1より電力供給され、供給された交流電圧をコンバータ部2で所望の可変電圧・可変周波数の交流出力に直接変換しモータ3の駆動を行う。前記コンバータ部2は電流を双方向にスイッチング制御可能なスイッチング素子(三相交流電源入力の場合QRUからQTW、単相交流電源入力の場合QRUからQSW)を備え、該スイッチング素子はゲート端子(三相交流電源入力の場合RU1、RU2からTW1、TW2、単相交流電源入力の場合RU1、RU2、SW1、SW2)に対する信号出力部4からの信号によりオン・オフを制御される。更に前記交流電源1の電圧値を検出する電圧検出部5と、前記交流電源1の電圧位相を検出する位相検出部6と、前記モータ3に流れるモータ電流を検出する電流検出部7と、前記モータ3の駆動回転数を検出する回転数検出部8と、前記信号出力部4より出力されるPWM信号のキャリア周波数を可変するキャリア周波数可変部9の少なくとも1つを備え、これらの検出値により前記信号出力部4からのPWM信号出力を切り替える信号出力切替部10を有している。   The motor drive apparatus of FIGS. 1 and 2 is supplied with electric power from an AC power source 1 and directly converts the supplied AC voltage into an AC output of a desired variable voltage and variable frequency by the converter unit 2 to drive the motor 3. The converter unit 2 includes a switching element (QRU to QTW in the case of a three-phase AC power supply input, QRU to QSW in the case of a three-phase AC power supply input) capable of bidirectionally switching the current, and the switching element has a gate terminal (three In the case of phase AC power supply input, ON / OFF is controlled by a signal from the signal output unit 4 for RU1, RU2 to TW1, TW2, and in the case of single phase AC power supply input RU1, RU2, SW1, SW2. Furthermore, a voltage detection unit 5 that detects a voltage value of the AC power supply 1, a phase detection unit 6 that detects a voltage phase of the AC power supply 1, a current detection unit 7 that detects a motor current flowing through the motor 3, and At least one of a rotation speed detection unit 8 that detects the drive rotation number of the motor 3 and a carrier frequency variable unit 9 that varies the carrier frequency of the PWM signal output from the signal output unit 4 is provided. A signal output switching unit 10 for switching the PWM signal output from the signal output unit 4 is provided.

ここで前記信号出力切替部10は、前記交流電源1の電圧値を検出する電圧検出部5と、前記交流電源1の電圧位相を検出する位相検出部6と、前記モータ3に流れるモータ電流を検出する電流検出部7と、前記モータ3の駆動回転数を検出する回転数検出部8と、前記信号出力部4より出力されるPWM信号のキャリア周波数を可変するキャリア周波数可変部9の少なくとも1つを備え、いずれかの検出値により前記信号出力部4からのPWM信号出力を切り替える。   Here, the signal output switching unit 10 includes a voltage detection unit 5 that detects a voltage value of the AC power supply 1, a phase detection unit 6 that detects a voltage phase of the AC power supply 1, and a motor current flowing through the motor 3. At least one of a current detection unit 7 to detect, a rotation number detection unit 8 to detect the drive rotation number of the motor 3, and a carrier frequency variable unit 9 to vary the carrier frequency of the PWM signal output from the signal output unit 4. The PWM signal output from the signal output unit 4 is switched according to any detected value.

以上のように構成されたモータ駆動装置について、以下にその動作、作用を説明する。   About the motor drive device comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

まず信号出力部4によるコンバータ部2のスイッチング素子の動作について説明する。   First, the operation of the switching element of the converter unit 2 by the signal output unit 4 will be described.

図3はコンバータ部2に備えられる代表的な双方スイッチング素子の構成を示したもの
である。図3(a)、(b)、(c)はそれぞれ単方向スイッチング素子であるIGBTを2つ組み合わせたもの、逆阻止型のIGBTを2つ組み合わせたもの、ダブルゲート型のGaNをモデルにしたものを示しており、各ゲート端子G1、G2によるスイッチング制御は等価である。
FIG. 3 shows a configuration of a typical bidirectional switching element provided in the converter unit 2. FIGS. 3A, 3B, and 3C are modeled on a combination of two IGBTs that are unidirectional switching elements, a combination of two reverse blocking IGBTs, and a double gate type GaN. The switching control by the gate terminals G1 and G2 is equivalent.

図4はダブルゲート型のGaNスイッチング素子Qの等価回路であり、表1に各モードにおける動作状態を示す。   FIG. 4 is an equivalent circuit of the double gate type GaN switching element Q, and Table 1 shows the operation state in each mode.

Figure 2010239765
Figure 2010239765

表1において「1」はオン、「0」オフを表し、最下段にスイッチング素子Qの動作状態を示す。G1、G2ともにオフ信号が入力された場合は両方向ともに電流は流れない。G1、G2ともにオン信号が入力された場合は両方向ともに電流を流すことができる。G1へオン信号、G2へオフ信号が入力された場合は下方向にのみ電流を流すことができ、G1へオフ信号、G2へオン信号が入力された場合は上方向にのみ電流を流すことができる。   In Table 1, “1” represents on and “0” off, and the operating state of the switching element Q is shown at the bottom. When an off signal is input to both G1 and G2, no current flows in both directions. When an ON signal is input to both G1 and G2, current can flow in both directions. When an ON signal is input to G1 and an OFF signal is input to G2, a current can flow only in the downward direction. When an OFF signal is input to G1 and an ON signal is input to G2, the current can only flow upward. it can.

このようなスイッチング素子のゲート信号、スイッチング素子に印加される電圧、スイッチング素子を流れる電流の関係を図5に示す。図中のTp、Ton、Tdon、Tdoffはそれぞれスイッチング素子のゲート端子に入力されるPWM信号のキャリア周期、スイッチング素子のゲート端子へ入力するオン期間、スイッチング素子がオフからオンするまでの遅延時間、スイッチング素子がオンからオフするまでの遅延時間を示す。このようにスイッチング素子のオン・オフ時には斜線部に示されるような損失が生じる。   FIG. 5 shows the relationship between the gate signal of such a switching element, the voltage applied to the switching element, and the current flowing through the switching element. Tp, Ton, Tdon, and Tdoff in the figure are the carrier period of the PWM signal inputted to the gate terminal of the switching element, the on period inputted to the gate terminal of the switching element, the delay time until the switching element is turned on, The delay time until the switching element is turned off is shown. Thus, when the switching element is turned on / off, a loss as indicated by the hatched portion occurs.

また、スイッチング素子に関連する損失にはオン抵抗による導通損失の他、スイッチング素子にGaNを用いた場合などは、スイッチング素子をオン状態で保持している期間、信号出力部4を駆動させるためのドライブ損失が発生する。   In addition to the conduction loss due to the on-resistance, the loss related to the switching element, in the case of using GaN for the switching element, is for driving the signal output unit 4 while the switching element is held in the on state. Drive loss occurs.

次に信号出力切替部10による信号出力部4からのスイッチング素子駆動信号の切替について説明を行う。   Next, switching of the switching element drive signal from the signal output unit 4 by the signal output switching unit 10 will be described.

ここでスイッチング素子のゲート端子数と同数のキャリア比較により変調されたPWM信号を出力するパターンをA、複数キャリア周期の間、オン・オフ状態を保持した出力固定信号を含む信号を出力するパターンをBとする。   Here, a pattern for outputting a PWM signal modulated by carrier comparison of the same number as the number of gate terminals of the switching element is A, and a pattern for outputting a signal including an output fixed signal that is kept on / off for a plurality of carrier periods. B.

まず、電圧検出部5の検出結果による切替について説明する。電圧検出部5により所定の電圧値V1以上では出力電圧変化により発生するサージ電圧抑制のためPWM出力パターンB、V1未満ではPWMのオン期間増加に伴うドライブ損失抑制のためPWM出力パターンAと電圧検出部5による検出結果によりPWM出力パターンを切替えることでモータ駆動時の性能の確保と損失低減を図る。   First, switching based on the detection result of the voltage detection unit 5 will be described. The voltage detection unit 5 detects a PWM output pattern B for suppressing a surge voltage generated by an output voltage change when the voltage value is equal to or higher than a predetermined voltage value V1, and detects a PWM output pattern A and a voltage for suppressing a drive loss accompanying an increase in the PWM ON period when the voltage is less than V1. By switching the PWM output pattern based on the detection result by the unit 5, the performance at the time of driving the motor is secured and the loss is reduced.

また、位相検出部6の検出結果による切替は、交流電源1のゼロクロス間(電源半周期)の位相を0<θ<πとした場合、所定の位相θ1、θ2(0<θ1<θ2<π)により以下のようにPWM出力パターンを切替える。まず、図6は交流電源1が単相交流電源の場合のコンバータ部2への入力電圧波形とモータ電流波形を示したものである。図6に示
すように位相範囲がθ1≦θ≦θ2ではスイッチング素子に印加される電圧、流れる電流が大きくなる。つまり図5における斜線部分の面積が大きくなりスイッチング損失が増加するためPWM出力パターンBに切替えることでスイッチング損失抑制、および出力電圧変化により発生するサージ電圧抑制を図る。またθ<θ1、θ>θ2ではPWMのオン期間増加に伴うドライブ損失抑制のためPWM出力パターンAに切替える。
Further, the switching based on the detection result of the phase detection unit 6 is performed when the phase between the zero crosses of the AC power supply 1 (power supply half cycle) is 0 <θ <π. ) To switch the PWM output pattern as follows. First, FIG. 6 shows an input voltage waveform and a motor current waveform to the converter unit 2 when the AC power source 1 is a single-phase AC power source. As shown in FIG. 6, when the phase range is θ1 ≦ θ ≦ θ2, the voltage applied to the switching element and the flowing current increase. That is, since the area of the shaded portion in FIG. 5 increases and the switching loss increases, switching to the PWM output pattern B suppresses the switching loss and suppresses the surge voltage generated due to the output voltage change. Further, when θ <θ1 and θ> θ2, the output is switched to the PWM output pattern A in order to suppress drive loss accompanying an increase in the PWM ON period.

次に、電流検出部7の検出結果による切替は、電流検出部7により所定の電流値I1以上ではPWM出力におけるオン期間のドライブ損失抑制のためPWM出力パターンAに切替え、I1未満ではスイッチング時のスイッチング損失抑制のためPWM出力パターンBに切替える。   Next, switching by the detection result of the current detection unit 7 is switched to the PWM output pattern A by the current detection unit 7 to suppress drive loss during the ON period in the PWM output when the current value is equal to or greater than I1, and when less than I1, the switching is performed at the time of switching. Switch to PWM output pattern B to suppress switching loss.

次に、回転数検出部8の検出結果による切替は、モータ回転数rpsに対して所定の回転数rps1、rps2(0<rps1<rps2)により以下のようにPWM出力パターンを切替える。まずモータ停止状態からの起動時、また高速回転時にはより高いトルクが必要となるため回転数rps<rps1、rps>rps2では電圧利用率が高くより高いトルク出力が可能なPWMパターンBにて駆動させ、回転数rps1≦rps≦rps2ではドライブ損失を抑制した高効率駆動を実現させるためPWM出力パターンAへ切替える。   Next, switching according to the detection result of the rotation speed detection unit 8 switches the PWM output pattern as follows according to predetermined rotation speeds rps1 and rps2 (0 <rps1 <rps2) with respect to the motor rotation speed rps. First, when starting from a motor stopped state or during high-speed rotation, a higher torque is required. Therefore, at a rotational speed rps <rps1, rps> rps2, it is driven by a PWM pattern B that has a high voltage utilization rate and can output a higher torque. When the rotational speed is rps1 ≦ rps ≦ rps2, the PWM output pattern A is switched to realize high-efficiency driving with suppressed drive loss.

次に、キャリア周波数による切替は、キャリア周波数可変部9により可変されるキャリア周波数fcに対して所定のキャリア周波数fc1以上では単位時間における図5の斜線部分の面積合計が大きくなりスイッチング損失が増加するためPWMパターンBに切替えてスイッチング損失を抑制し、キャリア周波数fc1未満ではドライブ損失を抑制した高効率駆動を実現させるためPWM出力パターンAへ切替える。   Next, in the switching by the carrier frequency, the total area of the hatched portion in FIG. 5 per unit time increases and the switching loss increases at a predetermined carrier frequency fc1 or more with respect to the carrier frequency fc varied by the carrier frequency variable unit 9. Therefore, switching to the PWM pattern B is performed to suppress the switching loss, and when the carrier frequency is less than fc1, the switching to the PWM output pattern A is performed in order to realize high-efficiency driving with suppressed drive loss.

また、スイッチング素子(デバイス)の特性による切替として、ドライブ損失よりもスイッチング速度や動作抵抗による損失(スイッチング損失、導通損失)の影響が大きいIGBT、RB−IGBTなどをスイッチング素子として用いる場合はPWM出力パターンBを設定し、逆にスイッチング速度が速く、動作抵抗も低いGaNなどをスイッチング素子として用いる場合はPWM出力パターンAを設定することにより使用するスイッチング素子の特性に合わせた低損失モータ駆動を実現できる。   In addition, when switching according to the characteristics of the switching element (device), if an IGBT, RB-IGBT, or the like that is more affected by switching speed or operating resistance loss (switching loss, conduction loss) than drive loss is used as the switching element, PWM output When pattern B is set and GaN, etc., which has a high switching speed and low operating resistance, is used as a switching element, low loss motor drive that matches the characteristics of the switching element used is achieved by setting PWM output pattern A it can.

以上のように本実施の形態においては、コンバータ部2に備えられるスイッチング素子の特性やモータ駆動条件により信号出力部4からのPWM出力数を切り替える信号出力切替部10を備えることにより、装置全体の高効率化を簡単に実現することができる。   As described above, in the present embodiment, by providing the signal output switching unit 10 that switches the number of PWM outputs from the signal output unit 4 according to the characteristics of the switching elements provided in the converter unit 2 and the motor driving conditions, High efficiency can be easily realized.

以上のように、本発明にかかるモータ駆動装置は、使用するスイッチング素子の特性や様々なモータ駆動条件に対応したPWM出力を行うことができるため、空気調和機など圧縮機(モータ)を備えたあらゆる機器への適用が可能である。     As described above, since the motor drive device according to the present invention can perform PWM output corresponding to the characteristics of the switching elements to be used and various motor drive conditions, the motor drive device includes a compressor (motor) such as an air conditioner. Applicable to all devices.

本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック構成図The block block diagram of the motor drive device in embodiment of this invention 本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック構成図The block block diagram of the motor drive device in embodiment of this invention 交流スイッチング素子のモデル図AC switching element model diagram 交流スイッチング素子の等価回路図Equivalent circuit diagram of AC switching element スイッチング素子における各部波形図Waveform diagram of each part in switching element 本発明の実施の形態における各部波形図Waveform diagram of each part in the embodiment of the present invention 交流スイッチング素子の接続図AC switching element connection diagram 従来のモータ駆動装置におけるモータ起動の流れを表す概略図Schematic showing the flow of motor startup in a conventional motor drive device 従来のモータ駆動装置におけるモータ起動の流れを表す概略図Schematic showing the flow of motor startup in a conventional motor drive device

1 交流電源
2 コンバータ部
3 モータ
4 信号出力部
5 電圧検出部
6 位相検出部
7 電流検出部
8 回転数検出部
9 キャリア周波数可変部
10 信号切替部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Converter part 3 Motor 4 Signal output part 5 Voltage detection part 6 Phase detection part 7 Current detection part 8 Rotation speed detection part 9 Carrier frequency variable part 10 Signal switching part

Claims (9)

交流電源と、該交流電源出力を双方向に電流制御できるスイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるコンバータ部と、前記コンバータ部のスイッチング素子をオン・オフさせる信号を出力する信号出力部を備えたモータ駆動装置において、
前記信号出力部から出力される信号としてキャリア比較により変調されたPWM信号と複数キャリア周期の間、オン・オフ状態を保持した出力固定信号とを切替える信号出力切替部を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
An AC power supply and a switching element capable of bidirectionally controlling the AC power supply output bidirectionally, and a converter unit for driving a motor by an AC output of variable voltage and variable frequency obtained by direct bidirectional switching; In the motor drive device including a signal output unit that outputs a signal for turning on and off the switching element,
A signal output switching unit that switches between a PWM signal modulated by carrier comparison as a signal output from the signal output unit and an output fixed signal that maintains an on / off state during a plurality of carrier periods is provided. Motor drive device.
前記コンバータ部に入力される交流電圧を検出する電圧検出部を備え、前記電圧検出部の検出結果により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。 The motor according to claim 1, further comprising a voltage detection unit that detects an AC voltage input to the converter unit, wherein the number of PWM signals output by the signal output switching unit is switched according to a detection result of the voltage detection unit. Drive device. 前記コンバータ部に入力される交流電圧の電圧位相を検出する位相検出部を備え、前記位相検出部の検出結果により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。 The phase detection part which detects the voltage phase of the alternating voltage input into the said converter part is provided, The output number of the PWM signal by the said signal output switching part is switched by the detection result of the said phase detection part, The motor drive device described. 前記モータ電流を検出する電流検出部を備え、前記電流検出部の検出結果により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1, further comprising: a current detection unit that detects the motor current, wherein the number of PWM signal outputs by the signal output switching unit is switched based on a detection result of the current detection unit. 前記モータの駆動回転数を検出する回転数検出部を備え、前記回転数検出部による検出結果により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。 2. The motor drive according to claim 1, further comprising: a rotation number detection unit that detects a drive rotation number of the motor, wherein the output number of the PWM signal by the signal output switching unit is switched based on a detection result of the rotation number detection unit. apparatus. 前記信号出力部より出力されるPWMを変調するキャリア周波数を可変させるキャリア周波数可変部を備え、該キャリア周波数により前記信号出力切替部によるPWM信号の出力数を切り替えることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。 The carrier frequency variable part which changes the carrier frequency which modulates PWM output from the said signal output part, The output number of the PWM signal by the said signal output switch part is switched by this carrier frequency, The signal output part is characterized by the above-mentioned. Motor drive device. 前記信号出力切替部は前記信号出力部からの信号により前記スイッチング素子が還流ダイオードモードとして動作する出力信号について切替えを行うことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。 The motor drive according to any one of claims 1 to 6, wherein the signal output switching unit switches an output signal in which the switching element operates in a freewheeling diode mode according to a signal from the signal output unit. apparatus. 前記コンバータ部が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも1つの特徴を有するGaNで構成される請求項1から7のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。 8. The motor drive device according to claim 1, wherein the bidirectional switching element included in the converter unit is made of GaN having at least one of a normally-off type and a double gate type. 請求項1から8のいずれか1項に記載のモータ駆動装置を具備した空気調和機。 An air conditioner comprising the motor drive device according to any one of claims 1 to 8.
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