JP2010284018A - Motor driving apparatus - Google Patents

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Fumihiro Shimizu
清水文博
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To certainly correct a variation while leaving the possibility of the detection of a phase current, based on a current detection in a DC bus in a three-phase motor as it is. <P>SOLUTION: According to a motor driving apparatus, modulation output values are corrected particularly on the basis of specified output limit conditions regarding two phases excepting a zero phase, and output as correction output values, and the variation errors of the modulation output values and the correction output values are integrated. According to the motor driving apparatus, the correction of the variation is solved by including a correction means correcting the variation errors integrated regarding the correction output values and a current detecting means detecting a current value flowing through the DC bus for a bridge circuit within a range satisfying the output limit conditions after the next PWM period. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、多相モータを回転駆動するために、モータのコイル端子にパルス幅変調(PWM:Pulse Wide Modulation)された電圧を印加するモータ駆動装置において、ブリッジ回路の直流母線における電流を検出することにより、モータのコイルを流れる相電流を検出するモータ駆動装置に関する。   The present invention detects a current in a DC bus of a bridge circuit in a motor drive device that applies a pulse width modulation (PWM) voltage to a coil terminal of a motor in order to rotationally drive a multiphase motor. Thus, the present invention relates to a motor drive device that detects a phase current flowing through a coil of a motor.

家電機器、OA機器又は車両走行用電動機の分野において、ブラシレスモータや誘導モータなど、スイッチング素子を用いた電気回路により転流を行う無整流子型のモータが広く利用されており、近年は高効率駆動手法の研究開発が盛んに行われている。それら研究開発の1つとして、ベクトル制御がある。ここで、多相モータをベクトル制御する場合には、モータの全相のコイルを流れる相電流値を検出する必要があり、例えばY結線された3相モータにおいて全相の相電流値の情報を得るためには、U相、V相、W相のうち少なくとも2相の相電流値を検出する必要がある。この検出に対して2系統の電流検出手段を備える必要があり、これはコスト増の原因となる。   In the field of home appliances, OA equipment, or vehicle electric motors, non-commutator motors that perform commutation by an electric circuit using a switching element such as brushless motors and induction motors are widely used. Research and development of drive methods is actively conducted. One of such research and development is vector control. Here, in the case of vector control of a multi-phase motor, it is necessary to detect the phase current value flowing through the coils of all phases of the motor. For example, in the Y-connected three-phase motor, information on the phase current values of all phases is obtained. In order to obtain it, it is necessary to detect phase current values of at least two phases of the U phase, the V phase, and the W phase. It is necessary to provide two systems of current detection means for this detection, which causes an increase in cost.

この課題に対して、従来からブリッジ回路の直流母線に電流検出手段を設けて、直流母線の電流から2相分の電流を検出する、1シャント抵抗電流検出方式と呼ばれる手法が提案されている。例えば、特許文献1では、3相モータを駆動させるために、6個のスイッチング素子から構成されるインバータ部の母線に電流検出用シャント抵抗を接続し、各相の電流を検出することが記載されている。   In order to solve this problem, a technique called a one-shunt resistance current detection method has been proposed in which current detection means is provided on a DC bus of a bridge circuit, and current for two phases is detected from the current of the DC bus. For example, Patent Document 1 describes that in order to drive a three-phase motor, a current detection shunt resistor is connected to a bus of an inverter unit composed of six switching elements to detect a current of each phase. ing.

特許文献1にも記載されているように、上側アームのスイッチング素子がONしている相の相電流は、モータのコイルとブリッジ回路内を還流することなく、直流母線へ流れる。つまり、3相の上側アームの全てのスイッチング素子が同時にONする場合を除いて、直流母線の電流値は、上側のスイッチング素子がONしている相の相電流の合計となり、直流母線に設けられた電流検出手段の出力を、ブリッジ回路のスイッチング素子のON/OFFに基づいて適切なタイミングでサンプリングすることにより、2相の相電流値を検出することができる。
しかしこの手法では、各相のスイッチング素子をON/OFF駆動するためのPWM信号のデューティ値がある程度大きい場合、及び相間のPWM信号のデューティ値の差が大きい場合は、問題なく2相の電流を検出することができるが、PWM信号のデューティ値が小さい場合、及び各相間のPWM信号のデューティ値が接近している場合は、2相分の電流検出ができなくなる。この電流検出が可能となるPWM信号のデューティ値の下限値、及び相間のPWM信号のデューティ値の差の下限値は、電流検出手段の回路の帯域や信号のリンギングの収束の度合いによって決まる。
As described in Patent Document 1, the phase current of the phase in which the switching element of the upper arm is ON flows to the DC bus without flowing back through the motor coil and the bridge circuit. In other words, the current value of the DC bus is the sum of the phase currents of the phases in which the upper switching elements are ON, except when all the switching elements of the three-phase upper arm are simultaneously turned ON. By sampling the output of the current detection means at an appropriate timing based on ON / OFF of the switching element of the bridge circuit, a two-phase phase current value can be detected.
However, in this method, when the duty value of the PWM signal for driving ON / OFF of the switching element of each phase is large to some extent, and when the difference in the duty value of the PWM signal between the phases is large, the two-phase current is generated without any problem. Although it can be detected, when the duty value of the PWM signal is small and when the duty value of the PWM signal between the phases is close, current detection for two phases cannot be performed. The lower limit value of the duty value of the PWM signal that enables this current detection and the lower limit value of the difference in duty value of the PWM signal between phases are determined by the circuit bandwidth of the current detection means and the degree of convergence of the ringing of the signal.

そこで、特許文献2では、1シャント抵抗電流検出において、2相分の電流が検出できなくなる出力指令値が入力された場合、PWM信号を増減して補正することにより、電流検出が可能となる区間を設けて電流検出を可能とし、さらに、補正により増減した分だけ、次のPWM周期において、PWM信号の長さを増減して修正することにより、出力は差し引き零とする手法が提案されている。   Therefore, in Patent Document 2, when an output command value at which current for two phases cannot be detected is input in one shunt resistance current detection, an interval in which current detection is possible by correcting by increasing or decreasing the PWM signal. In addition, a method has been proposed in which the current can be detected and the output is deducted to zero by correcting the length of the PWM signal in the next PWM cycle by the amount increased or decreased by the correction. .

このように従来技術では、直流母線の電流を検出するために、あるPWM周期のPWMパルスの長さを増減補正し、次のPWM周期のPWMパルスに対して増減分を修正する。しかし、次のPWM周期のPWMパルスに対して、増減分の修正ができない恐れがある。例えば、あるPWM周期においてPWMパルスの長さを増加する補正を行った場合、次のPWM周期において入力された指令値に基づくPWMパルスが短かすぎて、増加補正した分を減じると零になる場合である。このとき、修正を行うべきPWM周期において、上側アームのスイッチング素子がONになることはないため、相電流が直流母線へ流れることはない。つまり、直流母線における電流検出に基づく相電流の検出を可能としたまま、増減分の補正をすることができない場合があるという問題がある。
よって、本発明は、3相モータにおいて直流母線における電流検出に基づく相電流の検出を可能としたまま、確実に増減分の補正を行うことを課題とする。
As described above, in the prior art, in order to detect the current of the DC bus, the length of the PWM pulse of a certain PWM cycle is corrected for increase / decrease, and the increase / decrease is corrected for the PWM pulse of the next PWM cycle. However, there is a possibility that the increase / decrease cannot be corrected with respect to the PWM pulse of the next PWM cycle. For example, when correction is performed to increase the length of the PWM pulse in a certain PWM cycle, the PWM pulse based on the command value input in the next PWM cycle is too short and becomes zero when the increase correction is reduced. Is the case. At this time, since the switching element of the upper arm is not turned ON in the PWM cycle to be corrected, the phase current does not flow to the DC bus. That is, there is a problem that correction of the increase / decrease may not be possible while detecting the phase current based on the current detection in the DC bus.
Therefore, it is an object of the present invention to reliably correct the increase / decrease while enabling detection of the phase current based on the current detection in the DC bus in the three-phase motor.

この課題は、本発明に従うモータ駆動装置において、スイッチング素子とダイオードが並列に接続された、上側アームと下側アームの対が3相接続されて構成される回路であって、3相の対は3相モータのコイル端子に接続され、パルス幅変調された電圧をコイル端子に印加するブリッジ回路と、3相モータの各相のコイル端子に印加すべき電圧を示す出力指令値に対して、少なくとも1相が必ず零出力である零相となるように、3相の出力指令値を2相変調し、変調出力値として出力する変調手段と、零相を除く2相について、変調出力値を所定の出力制限条件に基づいて補正し、補正出力値として出力し、変調出力値と補正出力値の増減誤差を積算し、次のPWM周期以降に、出力制限条件を満たす範囲で、補正出力値について積算した増減誤差分を修正する補正手段と、各相の補正出力値をパルス幅変調して、PWM信号を生成するPWM手段と、各相のPWM信号から、所定のスイッチング素子駆動論理に従って、ブリッジ回路における各相のスイッチング素子のためのゲート信号を生成する、ゲート信号生成手段と、ブリッジ回路の直流母線を流れる電流値を検出する電流検出手段を備えることで解決される。   This problem is a circuit in which a pair of an upper arm and a lower arm are connected in three phases, in which a switching element and a diode are connected in parallel, in the motor drive device according to the present invention. At least with respect to a bridge circuit that is connected to a coil terminal of a three-phase motor and applies a pulse-width modulated voltage to the coil terminal, and an output command value indicating a voltage to be applied to the coil terminal of each phase of the three-phase motor. Modulation means for two-phase modulation of the output command value of three phases and outputting as a modulation output value so that one phase is always a zero phase that is zero output, and modulation output values for two phases excluding the zero phase are predetermined. Is corrected based on the output limit condition, output as a corrected output value, and the increase / decrease error of the modulation output value and the corrected output value is integrated. Accumulated In the bridge circuit in accordance with a predetermined switching element drive logic from the correction means for correcting the reduction error, the PWM means for generating the PWM signal by pulse width modulating the correction output value of each phase, and the PWM signal of each phase This is solved by providing a gate signal generating means for generating a gate signal for the switching element of each phase and a current detecting means for detecting a current value flowing through the DC bus of the bridge circuit.

また、補正手段は、零相を除く2相について、増減誤差を積算する積算器を備え、次のPWM周期において零相が異なる相へ移るときは、次のPWM周期から非零相となる相における増減誤差を積算する積算器へ、新たに零相になる相の増減誤差を積算した積算器の値を符号反転してロードし、また、継続して非零相となる相の積算器の値から、新たに零相になる相の積算器の値を減じると好ましい。
また、電流検出手段は、直流母線に直列に挿入されたシャント抵抗両端の電位差を検出すると好ましい。
The correcting means includes an integrator that integrates the increase / decrease error for the two phases excluding the zero phase. When the zero phase shifts to a different phase in the next PWM cycle, the phase that becomes a non-zero phase from the next PWM cycle. The accumulator that accumulates the increase / decrease error of the phase that becomes the zero phase is loaded by inverting the sign of the accumulator value that accumulates the increase / decrease error of the phase that becomes the new zero phase. It is preferable to subtract the value of the integrator of the phase that becomes a new zero phase from the value.
Moreover, it is preferable that the current detection means detect a potential difference between both ends of the shunt resistor inserted in series with the DC bus.

また、電流検出手段は、各相のPWM信号の立ち上がりエッジから所定間隔経過したタイミングで電流検出のサンプリングを実行すると好ましい。
また、PWM手段は、各相の補正出力値を比較し、各相間の差の大きさが出力差閾値よりも小さい相の組が存在した場合、これらの相の一方のPWM信号を、他方のPWM信号よりもエッジ間最低値だけ遅らせて出力すると好ましい。
Further, it is preferable that the current detection means execute current detection sampling at a timing when a predetermined interval has elapsed from the rising edge of the PWM signal of each phase.
Further, the PWM means compares the corrected output value of each phase, and when there is a set of phases in which the magnitude of the difference between the phases is smaller than the output difference threshold, the PWM signal of one of these phases is It is preferable that the output is delayed by a minimum value between the edges of the PWM signal.

また、ゲート信号生成手段は、各相のPWM信号に対して所定値だけ遅れた信号である、上側アームのスイッチング素子のゲート信号を生成し、また、各相のPWM信号を反転し、当該PWM信号の立ち上がり又は立ち下りを所定値の2倍だけ遅らせた信号である、下側アームのゲート信号を生成すると好ましい。
また、補正手段は、所定の出力制限条件として、各相の変調出力値の中間値が出力制限値未満であれば、中間値を出力制限値に補正して補正出力値として出力し、中間値が出力制限値以上であれば、中間値をそのまま補正出力値として出力すると好ましい。
The gate signal generating means generates a gate signal of the switching element of the upper arm, which is a signal delayed by a predetermined value with respect to the PWM signal of each phase, inverts the PWM signal of each phase, and It is preferable to generate a gate signal for the lower arm, which is a signal obtained by delaying the rise or fall of the signal by twice the predetermined value.
Further, as a predetermined output restriction condition, if the intermediate value of the modulation output value of each phase is less than the output restriction value, the correction means corrects the intermediate value to the output restriction value and outputs it as a corrected output value. Is more than the output limit value, it is preferable to output the intermediate value as it is as the corrected output value.

本発明によれば、あるPWM周期においてPWMパルスの長さを補正し、かつ補正による増減分を積算し、次のPWM周期においてPWMパルスの長さの増減分を修正できなくても、さらにその次以降のPWM周期において修正を行うため、全てのPWM周期において、直流母線の電流検出による相電流の検出を可能とし、かつ出力指令値に対して、コイル端子へ精度良く電圧を印加することができる。   According to the present invention, even if the length of the PWM pulse is corrected in a certain PWM cycle and the increase / decrease by the correction is integrated and the increase / decrease in the length of the PWM pulse cannot be corrected in the next PWM cycle, Since correction is performed in the following PWM cycles, phase current can be detected by detecting the current of the DC bus in all PWM cycles, and a voltage can be applied to the coil terminal with high accuracy in response to the output command value. it can.

また、ある相の出力において、PWMパルスの修正すべき増減分が残っているにも関わらず、零出力の零相に変わってしまった場合でも、当該相が再び非零相となるまで待つことなく、他相に増減誤差を移すことにより、2相変調を保った上で素早く誤差を修正することができる。
また、シャント抵抗を利用することで電流検出IC等の高価な部品を用いることなく、安価な構成で3相のコイル電流を検出することができる。
Also, even if there is an increase / decrease to be corrected in the PWM pulse in the output of a certain phase, even if it changes to the zero phase of zero output, wait until the phase becomes non-zero again. Instead, by shifting the increase / decrease error to another phase, the error can be corrected quickly while maintaining the two-phase modulation.
Further, by using a shunt resistor, a three-phase coil current can be detected with an inexpensive configuration without using expensive components such as a current detection IC.

また、電流検出手段が、各相のPWM信号の立ち上がりエッジから所定間隔経過したタイミングで電流検出のサンプリングを実行することで、スイッチング素子のON/OFF切り替え時の直流母線や電流検出手段における波形のリンギングや立ち上がり遅れの影響を回避し、精度よい電流検出をすることができる。
また、PWM手段は、各相の補正出力値を比較し、各相間の差の大きさが出力差閾値よりも小さい相の組が存在した場合、これらの相の一方のPWM信号を、他方のPWM信号よりもエッジ間最低値だけ遅らせて出力するため、直流母線の電流検出による3相の相電流の検出に必要となる、PWM信号の立ち上がりエッジ間の長さの最低値を、常に確保することが可能となり、どのような出力指令値の入力に対しても、直流母線の電流検出による相電流の検出をすることができる。
In addition, the current detection means executes current detection sampling at a timing when a predetermined interval has elapsed from the rising edge of the PWM signal of each phase, so that the waveform of the DC bus or the current detection means when the switching element is switched ON / OFF The influence of ringing or rise delay can be avoided, and current detection can be performed with high accuracy.
Further, the PWM means compares the corrected output value of each phase, and when there is a set of phases in which the magnitude of the difference between the phases is smaller than the output difference threshold, the PWM signal of one of these phases is Since the output is delayed by the minimum value between the edges of the PWM signal, the minimum value of the length between the rising edges of the PWM signal, which is necessary for detecting the three-phase current by detecting the current of the DC bus, is always secured. Therefore, it is possible to detect the phase current by detecting the current of the DC bus for any input of the output command value.

また、ゲート信号生成手段が、上側アームと下側アームのスイッチング素子の短絡防止を目的に設けられた所定の短絡防止区間(デッドタイム)を有するように、上側アームと下側アームのためのゲート信号を生成することで、確実に短絡が防止される。
また、補正手段が、いずれか2相分の上側アームのスイッチング素子がONする区間の長さが所定の最小値以上となるように各相の変調出力値の中間値を補正することで、確実な電流検出が保証される。
In addition, the gates for the upper arm and the lower arm so that the gate signal generating means has a predetermined short-circuit prevention section (dead time) provided for the purpose of preventing a short circuit between the switching elements of the upper arm and the lower arm. By generating the signal, the short circuit is surely prevented.
In addition, the correction means reliably corrects the intermediate value of the modulation output value of each phase so that the length of the section in which the switching element of the upper arm for any two phases is ON is not less than a predetermined minimum value. Current detection is guaranteed.

本発明に従う、モータのコイル端子にパルス幅変調された電圧を印加し、モータを駆動するモータ駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor drive device which applies the voltage by which the pulse width modulation was applied to the coil terminal of the motor according to this invention, and drives a motor. ブリッジ回路における上側アームの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the upper arm in a bridge circuit. 本発明に従う、出力指令値の波形例を示す図である。It is a figure which shows the example of a waveform of the output command value according to this invention. 図3の波形例に対する変調出力値を示す図である。It is a figure which shows the modulation output value with respect to the example of a waveform of FIG. 補正手段の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a correction | amendment means. 補正手段の出力制限を示す図である。It is a figure which shows the output restriction | limiting of a correction | amendment means. PWM手段及びゲート信号生成手段の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a PWM means and a gate signal production | generation means. 電流検出手段の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of an electric current detection means. 上側アームのスイッチング素子のゲート信号と直流母線電流の波形例を示す図である。It is a figure which shows the example of a waveform of the gate signal of the switching element of an upper arm, and a DC bus current. 電流検出手段がフィルタ出力値をサンプリングするタイミングを示す図である。It is a figure which shows the timing which an electric current detection means samples a filter output value. PWM手段の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a PWM means. U相のPWM信号の遅延を示す図である。It is a figure which shows the delay of the PWM signal of a U phase.

以下に、本発明の第1の実施形態について、図を用いて説明する。
図1に、本実施形態における、モータのコイル端子にパルス幅変調(以下、適宜「PWM」という)された電圧を印加し、モータを駆動するモータ駆動装置の概略構成を示す。3相モータ1は、互いに120度の位相差を持ち、Y字結線された3相のコイルを有し、各コイルの非結線端は、U相、V相、W相の3相のスイッチング素子で構成されるブリッジ回路2に接続している。ブリッジ回路2には、直流電源(図示せず)、3相モータ1の各コイル端子に印加すべき電圧を表す出力指令値(Vu,Vv,Vw)を変調する変調手段7、変調出力値(Vum,Vvm,Vwm)の値を所定の出力制限条件に基づいて補正する補正手段6、補正出力値(Vur,Vvr,Vwr)と搬送波Vcを比較してパルス幅変調し、PWM信号(Uon,Von,Won)を生成するPWM手段3、スイッチング素子の短絡防止区間(デッドタイム)を挿入して、各相の上側アーム21及び下側アーム22のスイッチング素子のゲート信号(UH,VH,WH,UL,VL,WL)を生成するゲート信号生成手段5、及び直流母線の電流値igを検出する電流検出手段4が接続されている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a motor driving apparatus that drives a motor by applying a pulse width modulated (hereinafter referred to as “PWM” as appropriate) voltage to a coil terminal of the motor in the present embodiment. The three-phase motor 1 has a phase difference of 120 degrees from each other and has Y-connected three-phase coils, and the non-connected ends of the coils are U-phase, V-phase, and W-phase switching elements. Is connected to a bridge circuit 2 constituted by The bridge circuit 2 includes a DC power supply (not shown), a modulation means 7 for modulating output command values (Vu, Vv, Vw) representing voltages to be applied to the respective coil terminals of the three-phase motor 1, and a modulation output value ( Correction means 6 for correcting the value of Vum, Vvm, Vwm) based on a predetermined output restriction condition, the corrected output value (Vur, Vvr, Vwr) and the carrier wave Vc are compared and pulse width modulated, and the PWM signal (Uon, Von, Won) generating PWM means 3, switching element short-circuit prevention interval (dead time) is inserted, and gate signals (UH, VH, WH, (UL, VL, WL) are connected to the gate signal generating means 5 and the current detecting means 4 for detecting the current value ig of the DC bus.

図2は、ブリッジ回路2の詳細を示しており、U相用の直列回路は、スイッチング素子25とダイオード26が並列に接続された上側アーム21と同様に構成された下側アーム22とにより構成されている。V相用の直列回路及びW相用の直列回路も同様に構成され、これらU相、V相、W相の3相は互いに接続している。これら直列回路に、直流電源から出力されるDC電圧が印加される。それぞれのスイッチング素子は、ゲート信号(UH,VH,WH,UL,VL,WL)により駆動され、3相モータ1のコイルにPWMされた電圧を印加して、コイルへ駆動電流を供給し、3相モータ1を回転駆動する。このとき、U相、V相、W相のコイルを流れる相電流を、それぞれiu,iv,iwとする。また、Hは電流の上流側(高圧側)、Lは下流側(低圧側)を表す。   FIG. 2 shows details of the bridge circuit 2, and the U-phase series circuit includes a switching element 25 and a lower arm 22 configured similarly to the upper arm 21 in which a diode 26 is connected in parallel. Has been. The V-phase series circuit and the W-phase series circuit are configured in the same manner, and these three phases of U phase, V phase, and W phase are connected to each other. A DC voltage output from a DC power supply is applied to these series circuits. Each switching element is driven by a gate signal (UH, VH, WH, UL, VL, WL), applies a PWM voltage to the coil of the three-phase motor 1, supplies a driving current to the coil, and 3 The phase motor 1 is rotationally driven. At this time, phase currents flowing through the U-phase, V-phase, and W-phase coils are denoted by iu, iv, and iw, respectively. H represents the upstream side (high voltage side) of the current, and L represents the downstream side (low pressure side).

先ず、変調手段7について説明する。変調手段7は、3相モータ1の各コイル端子に印加すべき電圧を表す出力指令値(Vu,Vv,Vw)に対して、少なくとも1相の出力が零である零相とするように、2相変調して変調出力値(Vum,Vvm,Vwm)として出力する。   First, the modulation means 7 will be described. The modulation means 7 has a zero phase in which at least one phase output is zero with respect to an output command value (Vu, Vv, Vw) representing a voltage to be applied to each coil terminal of the three-phase motor 1. Two-phase modulation is performed and output as modulation output values (Vum, Vvm, Vwm).

ここで、本実施形態における2相変調について、図3,4を用いて説明する。出力指令値が図3のように正負で与えられ、横軸が時間を示し、縦軸が出力指令値を示すとする。このとき、3相の出力指令値のうち、最も値が小さい相の出力指令値を当該相及び他の2相から減じる。ただし、最も出力指令値の小さい相が同値で複数存在する場合は、その中からどの相でもよいので1相だけ零相とする相を選択する。図3に対して、この変調を行った結果が図4に示す変調出力値(Vum,Vvm,Vwm)であり、当該変調出力値は非負の値となり、常に少なくとも1相は出力が零の零相となる。   Here, the two-phase modulation in the present embodiment will be described with reference to FIGS. Assume that the output command value is given as positive and negative as shown in FIG. 3, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the output command value. At this time, the output command value of the phase having the smallest value among the output command values of the three phases is subtracted from the relevant phase and the other two phases. However, when there are a plurality of phases having the same output command value and the same value, any phase may be selected from them, and the phase in which only one phase is zero is selected. 3, the result of this modulation is the modulation output value (Vum, Vvm, Vwm) shown in FIG. 4. The modulation output value is a non-negative value, and at least one phase always has zero output. Become a phase.

さらに、例えばU相の出力指令値Vuが3相の中で最も値が小さい場合における上記2相変調の処理を、式1に示す。このとき、式3に示す、3相の相電流(iu,iv,iw)の合計が零となる公知の関係を利用すると、式2に示すように、各相においてコイル端子電圧と相電流を乗じて合計した値が、2相変調の前後で等しいことが分かる。これは、本実施形態における2相変調を実行しても電力は同じであって、モータの挙動も変調しない場合と変わらないことを示している。   Further, for example, the processing of the two-phase modulation when the U-phase output command value Vu is the smallest among the three phases is expressed by Equation 1. At this time, using a known relationship in which the total of the three-phase phase currents (iu, iv, iw) shown in Equation 3 is zero, the coil terminal voltage and the phase current are expressed in each phase as shown in Equation 2. It can be seen that the total value multiplied is equal before and after the two-phase modulation. This shows that even if the two-phase modulation in the present embodiment is executed, the power is the same, and the behavior of the motor is not different from the case where it is not modulated.

Figure 2010284018
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Figure 2010284018
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次に、補正手段6について説明する。補正手段6は、変調出力値(Vum,Vvm,Vwm)に対して、1つの零相を除く2相について所定の出力制限条件に基づいて値を補正し、補正出力値(Vur,Vvr,Vwr)を出力する。また、補正手段6は、変調出力値と補正出力値の増減誤差をとり、その誤差を積算器(図示せず)により積算し、次のPWM周期以降の出力値に対して増減分を修正する。ここで、「その誤差を積算し、次のPWM周期以降の出力値に対して増減分を修正する」のは、あるPWM周期における1つの誤差の増減分を次のPWM周期において必ず修正してしまうと、次のPWM周期における変調出力値(Vum,Vvm,Vwm)が修正すべき誤差より小さい場合には、変調出力値が零になってしまうからであり、これを避けるために、このような場合には誤差を積算しておき、次のPWM周期以降において変調出力値が零にならないように修正できる場合に、誤差の増減分を修正することを意図している。   Next, the correction means 6 will be described. The correction means 6 corrects the modulation output values (Vum, Vvm, Vwm) based on a predetermined output restriction condition for two phases excluding one zero phase, and corrects the corrected output values (Vur, Vvr, Vwr). ) Is output. Further, the correction means 6 takes an increase / decrease error between the modulation output value and the correction output value, integrates the error by an integrator (not shown), and corrects the increase / decrease for the output value after the next PWM cycle. . Here, “accumulate the error and correct the increase / decrease with respect to the output value after the next PWM cycle” means that the increase / decrease of one error in a certain PWM cycle must be corrected in the next PWM cycle. In other words, if the modulation output value (Vum, Vvm, Vwm) in the next PWM cycle is smaller than the error to be corrected, the modulation output value becomes zero. In such a case, the error is accumulated, and when the modulation output value can be corrected so as not to become zero after the next PWM cycle, the increase / decrease of the error is intended to be corrected.

ここで、補正手段6の動作を詳細に説明する。
本実施形態における出力値制限条件としては、零相を除く2相における出力値の最小値を制限する。これは、後述する電流検出を可能とするためには、いずれか2相分の上側アームのスイッチング素子がONする区間の長さが、所定の最小値以上である必要があるからである。補正手段6においては電圧がPWM変調される前であるため、前述のスイッチング素子のON区間の長さの最小値は電圧値で表され、この出力制限値をVminとする。
Here, the operation of the correction means 6 will be described in detail.
As an output value limiting condition in the present embodiment, the minimum value of output values in two phases excluding the zero phase is limited. This is because the length of the section in which the switching element of the upper arm for any two phases is turned on needs to be equal to or greater than a predetermined minimum value in order to enable current detection described later. Since the correction means 6 is before the voltage is PWM-modulated, the minimum value of the ON section length of the switching element described above is represented by a voltage value, and this output limit value is Vmin.

次に、補正手段6における補正処理の詳細を図5を用いて説明する。図5は、補正処理のフローチャートであり、PWM周期毎に1回実行される。
先ず、変調出力値(Vum,Vvm,Vwm)の中から零相を選択する。ただし、入力される変調出力値が零の相が複数存在する場合、どの相でもよいのでいずれか1相のみを零相として選択する(S01)。
Next, details of the correction processing in the correction means 6 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart of the correction process, which is executed once every PWM cycle.
First, the zero phase is selected from the modulation output values (Vum, Vvm, Vwm). However, when there are a plurality of phases with zero modulation output values, any phase can be used, so only one of them is selected as the zero phase (S01).

零相を除く2相に対して、変調出力値に、変調出力値と補正出力値の増減誤差の積算値を加算する。
例えば、カウント値n−1のPWM周期とカウント値nのPWM周期においてW相が零相の場合、式4に示す処理を実行する。式4中、dVu,dVvは補正による各相の増減誤差の積算値であり、Vu1,Vv1は処理上の中間値である。nはPWM周期毎にインクリメントされるカウント値である。
For the two phases excluding the zero phase, the integrated value of the increase / decrease error of the modulation output value and the correction output value is added to the modulation output value.
For example, when the W phase is zero phase in the PWM cycle of the count value n−1 and the PWM cycle of the count value n, the process shown in Expression 4 is executed. In Expression 4, dVu and dVv are integrated values of the increase / decrease errors of each phase due to correction, and Vu1 and Vv1 are intermediate values in processing. n is a count value incremented every PWM cycle.

式4は、あるPWM周期までに修正されていないU,V相の誤差積算値を、次のPWM周期以降におけるU,V相において修正することを意味する。
ここで、「あるPWM周期までに修正されていないU,V相の誤差積算値」について説明する。例えば、ある2つの連続したPWM周期において、U相の補正出力値Vurが2回ともVmin未満であったとき(以下、それぞれVur0,Vur1という)、1つ目のPWM周期では、誤差「−(Vmin−Vur0)」が発生する。当該誤差を2つ目のPWM周期で修正しようとしても、Vur1<Vminのため、当該誤差を2つ目のPWM周期において修正することはできない。さらに、2つ目のPWM周期においても、誤差「−(Vmin−Vur1)」が発生する。よって、この2つのPWM周期において、未修正分の誤差は、「−(Vmin−Vur0)−(Vmin−Vur1)」となる。これは、修正できなかった分の誤差が次々に加算されていくこと(積算)を表す。
Equation 4 means that the error integrated value of the U and V phases that have not been corrected by a certain PWM cycle is corrected in the U and V phases after the next PWM cycle.
Here, the “U and V-phase error integrated values that have not been corrected by a certain PWM period” will be described. For example, when the U-phase corrected output value Vur is less than Vmin twice in two consecutive PWM cycles (hereinafter referred to as Vur0 and Vur1, respectively), the error “− ( Vmin−Vur0) ”occurs. Even if it is attempted to correct the error in the second PWM cycle, the error cannot be corrected in the second PWM cycle because Vur1 <Vmin. Further, an error “− (Vmin−Vur1)” occurs in the second PWM cycle. Therefore, in these two PWM periods, the uncorrected error is “− (Vmin−Vur0) − (Vmin−Vur1)”. This indicates that errors that could not be corrected are added one after another (integration).

次に、「次のPWM周期以降におけるU,V相において修正する」ことについて説明する。式4だけを見ると、それまで蓄積された誤差積算値を次のPWM周期で全て修正しているように見えるが(S02)、後述するように、ステップS03において、非零相の2相について出力値の最小値制限処理を行うため、上記の例のように次の誤差を次のPWM周期で全て修正できるとは限らない。よって、次のPWM周期以降の誤差を修正できるPWM周期において、それまでに積算された誤差を修正する。   Next, “correction in U and V phases after the next PWM cycle” will be described. Looking only at Expression 4, it seems that all accumulated error accumulated values are corrected in the next PWM cycle (S02). As described later, in step S03, two non-zero phases are corrected. Since the output value minimum value limiting process is performed, it is not always possible to correct all the following errors in the next PWM cycle as in the above example. Therefore, in the PWM cycle in which the error after the next PWM cycle can be corrected, the error accumulated so far is corrected.

また、例外的な処理として零相が変化する場合、例えば1つ前のPWM周期はU相が零相であり、当該PWM周期からW相が零相に変化するときは、式5に示すように、それまで零相だったU相の変調出力値Vum(n)から、当該PWM周期から零相に変化したW相の積算値dVw(n−1)を減じて中間値Vu1(n)とする。換言すれば、次のPWM周期から非零相となる相における増減誤差を積算する積算器へ、新たに零相になる相の増減誤差を積算した積算器の値を符号反転して(「−dVw(n−1)」)ロードする。ここで、次のPWM周期直前において、零相であるU相の積算器の値は零のため、「−dVw(n−1)」がそのまま積算器の値になる(ロードする)。一方、非零相のまま変化しなかったV相については、変調出力値Vvm(n)に積算値dVv(n−1)を加算し、積算値dVw(n−1)を減じて中間値Vv1(n)とする。換言すれば、継続して非零相となる相の積算器の値から、新たに零相になる相の積算器の値を減じる(「dVv(n−1)−dVw(n−1)」)。ここで、V相の積算器の値は「dVv(n−1)」のため、「dVv(n−1)」から「dVw(n−1)」を減じる。
この処理は、W相が零相になってしまったため、未修正分の誤差積算値を他相(U相とV相)に移す処理であり、式2と同様に考えれば、電力が等しくなるように移していることが分かる。なお、他相が零相の場合も、相を入れ替えるのみで同様である(S02)。
Further, when the zero phase changes as an exceptional process, for example, when the U phase is the zero phase in the previous PWM cycle and the W phase changes from the PWM cycle to the zero phase, as shown in Expression 5 Further, the intermediate value Vu1 (n) is obtained by subtracting the integrated value dVw (n-1) of the W phase, which has changed from the PWM cycle to the zero phase, from the U phase modulation output value Vum (n), which has been zero phase until then. To do. In other words, the value of the integrator that integrated the increase / decrease error of the phase that becomes the new zero phase is inverted to the integrator that integrates the increase / decrease error of the phase that becomes the non-zero phase from the next PWM cycle ("- dVw (n-1) "). Here, immediately before the next PWM period, the value of the U-phase integrator that is the zero phase is zero, so “−dVw (n−1)” becomes the value of the integrator as it is (loaded). On the other hand, with respect to the V phase that has not changed in the non-zero phase, the integrated value dVv (n-1) is added to the modulation output value Vvm (n), and the integrated value dVw (n-1) is subtracted to obtain the intermediate value Vv1. (N). In other words, the value of the accumulator of the phase that newly becomes the zero phase is subtracted from the value of the accumulator of the phase that continuously becomes the non-zero phase (“dVv (n−1) −dVw (n−1)”). ). Here, since the value of the V-phase integrator is “dVv (n−1)”, “dVw (n−1)” is subtracted from “dVv (n−1)”.
This process is a process of shifting the uncorrected error integrated value to the other phase (U phase and V phase) because the W phase has become the zero phase. You can see that it has moved. The same applies to the case where the other phase is the zero phase, just by switching the phases (S02).

式5は、零相がU相からW相に変わった場合において、あるPWM周期におけるV,W相での未修正分の誤差積算値を、次のPWM周期におけるV,W相において修正したいが、次のPWM周期ではW相が零相であるため修正できないので、誤差積算値を、W相の代わりに非零相であるU,V相において修正することを意味している。   Equation 5 shows that when the zero phase is changed from the U phase to the W phase, it is desired to correct the uncorrected error integrated value in the V and W phases in a certain PWM cycle in the V and W phases in the next PWM cycle. Since the W phase is a zero phase and cannot be corrected in the next PWM cycle, this means that the error integrated value is corrected in the U and V phases which are non-zero phases instead of the W phase.

このようにして、あるPWM周期におけるある相の出力(V相とW相)において、修正すべき出力値の増減誤差が残っているにも関わらず、次のPWM周期においてW相が零相に変わってしまった場合でも、増減誤差の積算値を他相(U相とV相)へ移すため、当該相(W相)が再び非零相となるまで待つことなく、他相(U相とV相)に増減誤差を移して、2相変調を保った上で素早く誤差を修正することができる。   In this way, in the output of a certain phase (V phase and W phase) in a certain PWM cycle, although the increase / decrease error of the output value to be corrected remains, the W phase becomes zero phase in the next PWM cycle. Even if it has changed, the accumulated value of the increase / decrease error is transferred to the other phases (U phase and V phase), so that the other phase (U phase and The increase / decrease error is shifted to (V phase), and the error can be corrected quickly while maintaining the two-phase modulation.

Figure 2010284018
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Figure 2010284018
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次に、非零相の2相について、出力値の最小値制限処理を行う。例えば、U相が非零相の場合、図6に示すように、中間値Vu1が出力制限値Vmin未満の場合は、出力値をVminに補正して補正出力値Vurとして出力し、中間値Vu1が出力制限値Vmin以上の場合は、そのまま補正出力値Vurとして出力する。以上の補正処理をもう1つの非零相についても行う。なお、零相については補正処理は行わない(S03)。   Next, the minimum value limiting process of the output value is performed for the two non-zero phases. For example, when the U phase is a non-zero phase, as shown in FIG. 6, if the intermediate value Vu1 is less than the output limit value Vmin, the output value is corrected to Vmin and output as a corrected output value Vur, and the intermediate value Vu1 Is output as the corrected output value Vur as it is. The above correction process is also performed for another non-zero phase. The correction process is not performed for the zero phase (S03).

次に、2つの非零相について、ステップS03の補正による増減分の誤差積算を積算器(図示せず)により行う。W相が零相の場合の処理を式6に示す。例えばU相の場合、中間値Vu1(n)から補正出力値Vur(n)を減じて誤差積算値dVu(n)とする。他相が零相の場合も相を入れ替えるのみで同様である(S04)。
最後に、PWM周期カウントnをインクリメントする(S05)。
Next, for the two non-zero phases, the error accumulation by the correction in step S03 is performed by an integrator (not shown). The processing when the W phase is the zero phase is shown in Equation 6. For example, in the case of the U phase, the error output value dVu (n) is obtained by subtracting the correction output value Vur (n) from the intermediate value Vu1 (n). The same applies to the case where the other phase is the zero phase, just by switching the phases (S04).
Finally, the PWM cycle count n is incremented (S05).

Figure 2010284018
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以上が、本実施形態における補正手段6の詳細動作であり、ステップS02及びS03で出力値の補正及び出力制限条件下での増減誤差の修正を行い、ステップS04で未修正分の増減誤差を積算する。
このようにして、補正手段6により、変調出力値を所定の出力制限条件に基づいて補正した補正出力値であって、出力制限条件を満たす範囲で前記補正出力値について積算した増減誤差分を修正する補正がされた補正出力値Vurが出力される。
The detailed operation of the correction means 6 in the present embodiment is as described above. In steps S02 and S03, the output value is corrected and the increase / decrease error is corrected under the output restriction condition, and the uncorrected increase / decrease error is integrated in step S04. To do.
In this way, the correction output value obtained by correcting the modulation output value based on the predetermined output restriction condition by the correction means 6 and correcting the increase / decrease error accumulated for the correction output value within the range satisfying the output restriction condition is corrected. The corrected output value Vur that has been corrected is output.

次に、PWM手段3及びゲート信号生成手段5について説明する。
PWM手段3は、補正出力値(Vur,Vvr,Vwr)と搬送波Vcを比較してパルス幅変調し、PWM信号(Uon,Von,Won)を生成する。
ゲート信号生成手段5は、PWM信号(Uon,Von,Won)に対して、所定の論理に基づき、スイッチング素子の短絡防止区間(デッドタイム)を挿入して、各相の上側アーム21のスイッチング素子のゲート信号(UH,VH,WH)と下側アーム22のスイッチング素子のゲート信号(UL,VL,WL)を生成する。
Next, the PWM means 3 and the gate signal generation means 5 will be described.
The PWM means 3 compares the corrected output value (Vur, Vvr, Vwr) with the carrier wave Vc and performs pulse width modulation to generate a PWM signal (Uon, Von, Won).
The gate signal generation means 5 inserts a short-circuit prevention section (dead time) of the switching element into the PWM signal (Uon, Von, Won) based on a predetermined logic, and switches the switching element of the upper arm 21 of each phase. Gate signals (UH, VH, WH) and the gate signals (UL, VL, WL) of the switching elements of the lower arm 22 are generated.

ここで、PWM手段3とゲート信号生成手段5の詳細な動作を、U相のみを例として図7を用いて説明する。
先ず、PWM手段3の動作を説明する。図7の1段目に示す搬送波Vcは、所定のPWM周期の三角波であり、接地GNDから電源電圧Vccまでの振幅を持つとする。PWM手段3は、非負の値をとる補正出力値Vurと、搬送波Vcを比較して、図7の2段目に示すPWM信号Uonを生成する。
Here, detailed operations of the PWM unit 3 and the gate signal generation unit 5 will be described with reference to FIG. 7 by taking only the U phase as an example.
First, the operation of the PWM means 3 will be described. The carrier wave Vc shown in the first stage of FIG. 7 is a triangular wave having a predetermined PWM cycle, and has an amplitude from the ground GND to the power supply voltage Vcc. The PWM means 3 compares the corrected output value Vur taking a non-negative value with the carrier wave Vc, and generates the PWM signal Uon shown in the second stage of FIG.

次に、ゲート信号生成手段5の動作を説明する。ゲート信号生成手段5は、図7の3,4段目に示すように、PWM信号Uonに対して所定値tdだけ遅れた信号である、上側アーム21のスイッチング素子のゲート信号UHを生成する。また、PWM信号Uonを反転し、立ち上がり(Uonでは立ち下がり部分)を所定値tdの2倍だけ遅らせた信号である、下側アーム22のゲート信号ULを生成する。なお、所定値tdは、上側アームと下側アームのスイッチング素子の短絡防止を目的に設けられた短絡防止区間(デッドタイム)である。他のV相及びW相での動作も同様である。   Next, the operation of the gate signal generating means 5 will be described. As shown in the third and fourth stages of FIG. 7, the gate signal generating means 5 generates a gate signal UH of the switching element of the upper arm 21, which is a signal delayed by a predetermined value td with respect to the PWM signal Uon. Further, the PWM signal Uon is inverted to generate the gate signal UL of the lower arm 22 which is a signal obtained by delaying the rising edge (falling portion in Uon) by twice the predetermined value td. The predetermined value td is a short-circuit prevention section (dead time) provided for the purpose of preventing a short circuit between the switching elements of the upper arm and the lower arm. The operations in the other V and W phases are the same.

次に、電流検出手段4について説明する。電流検出手段4は、ブリッジ回路2と接地GNDを繋ぐ直流母線の電流値igを検出する手段であり、本実施形態においては、図8に示すように、シャント抵抗41を直流母線に直列に挿入し、その両端の電位差をオペアンプ42を用いて増幅及びレベルシフトして、フィルタ出力idetとして出力するフィルタと、フィルタ出力idetをサンプリングすることにより、直流母線の電流値を検出するサンプリング手段と(図示せず)により構成される。   Next, the current detection means 4 will be described. The current detection means 4 is a means for detecting the current value ig of the DC bus connecting the bridge circuit 2 and the ground GND. In this embodiment, as shown in FIG. 8, a shunt resistor 41 is inserted in series with the DC bus. Then, the potential difference between both ends is amplified and level-shifted by using the operational amplifier 42 and output as a filter output idet, and sampling means for detecting the current value of the DC bus by sampling the filter output idet (see FIG. (Not shown).

ここで、直流母線電流igと相電流iu,iv,iwの関係について説明する。図9は、上側アーム21のスイッチング素子のゲート信号(UH,VH,WH)と、直流母線電流igの関係を示す。このとき、W相は零相であり、区間(a)における直流母線電流igは、U相の相電流iuが流れ、区間(b)における直流母線電流igは、U相の相電流iuとV相の相電流ivを足した電流である。つまり、上側アームのスイッチング素子がONの相の相電流が、直流母線に流れることになる。   Here, the relationship between the DC bus current ig and the phase currents iu, iv, iw will be described. FIG. 9 shows the relationship between the gate signal (UH, VH, WH) of the switching element of the upper arm 21 and the DC bus current ig. At this time, the W phase is a zero phase, the U-phase current iu flows in the DC bus current ig in the section (a), and the DC bus current ig in the section (b) is equal to the U-phase current iu and V This is a current obtained by adding the phase current iv of the phase. That is, the phase current of the phase where the switching element of the upper arm is ON flows to the DC bus.

次に、直流母線電流igの検出による、3相の相電流の検出について説明する。例えば図9の場合、区間(a)において直流母線電流igを検出することにより、U相の相電流iuを検出する。また、区間(b)において直流母線電流igを検出することにより、U相の相電流iuとV相の相電流ivの合計を検出し、検出した値から検出済みのiu分を減じることにより、V相の相電流ivを検出する。さらに、3相モータ1には、式3の関係があるため、残りのW相電流iwの値も検出することができる。このようにして、3相の相電流を検出することができる。他相が零相である場合も同様であり、ゲート信号(UH,VH,WH)の論理から、直流母線に流れている電流を推定して、同様の処理を行う。   Next, detection of a three-phase phase current by detection of the DC bus current ig will be described. For example, in the case of FIG. 9, the U-phase current iu is detected by detecting the DC bus current ig in the section (a). Further, by detecting the DC bus current ig in the section (b), the sum of the U-phase phase current iu and the V-phase phase current iv is detected, and by subtracting the detected iu from the detected value, V-phase current iv is detected. Furthermore, since the three-phase motor 1 has the relationship of Expression 3, the remaining value of the W-phase current iw can also be detected. In this way, a three-phase phase current can be detected. The same applies to the case where the other phase is the zero phase, and the same processing is performed by estimating the current flowing through the DC bus from the logic of the gate signals (UH, VH, WH).

次に、以上を踏まえて、サンプリング手段(図示せず)の動作について説明する。サンプリング手段は、図10に示すように、上側アームのスイッチング素子のゲート信号(UH,VH,WH)の1つのPWM周期において2回発生する立ち上がりエッジに対して、それぞれエッジから所定区間ts経過した点でフィルタ出力idetをサンプリングし、上記原理に基づいて、サンプリングした値と、上側アームのスイッチング素子がONしている相を示す、ゲート信号(UH,Vh、WH)の論理から3相の相電流の値とを算出し、3相の相電流データ(diu,div,diw)として出力する。   Next, based on the above, the operation of the sampling means (not shown) will be described. As shown in FIG. 10, the sampling means has passed a predetermined interval ts from the rising edge generated twice in one PWM cycle of the gate signal (UH, VH, WH) of the switching element of the upper arm. The filter output idet is sampled at a point. Based on the above principle, the sampled value and the phase from the logic of the gate signal (UH, Vh, WH) indicating the phase in which the switching element of the upper arm is ON are shown. The current value is calculated and output as three-phase phase current data (diu, div, diw).

ここで、所定区間tsは、スイッチング素子のON/OFF切り替え時における、フィルタ出力idetの波形立ち上がり遅れやリンギングの影響を回避するために設けられた区間である。また、前記出力制限値Vminは、パルス幅変調してts以上になる値に設定する必要がある。   Here, the predetermined section ts is a section provided to avoid the influence of the delay in the rise of the waveform of the filter output idet and the ringing when the switching element is switched ON / OFF. The output limit value Vmin needs to be set to a value that is equal to or greater than ts after pulse width modulation.

以上により、本実施形態によれば、出力値補正において最低出力値を制限する補正を行うため、出力値の小さい相が存在する場合でも、直流母線の電流検出による相電流の検出を可能とし、さらに出力値補正による増減誤差を積算し、出力制限条件の下で随時修正していくため、出力指令値に対してコイル端子へ精度良く電圧を印加することができる。
また、ある相の出力において、修正すべき出力値の増減誤差が残っているにも関わらず、零相に変わってしまった場合でも、増減誤差の積算値を他相へ移すため、当該相が再び非零相となるまで待つことなく、他相に増減誤差を移して、2相変調を保った上で素早く誤差を修正することができる。また、1個のシャント抵抗とオペアンプを用いて電流検出を行うため、電流検出IC等の高価な部品を用いることなく、安価な構成で3相のコイル電流を検出することができる。
さらに、電流検出のサンプリングタイミングを調節することで、電流検出手段における波形の立ち上がり遅れやリンギングの影響を回避し、精度よい電流検出をすることができる。
As described above, according to the present embodiment, correction for limiting the minimum output value in the output value correction is performed, so that even when a phase with a small output value exists, phase current can be detected by detecting the current of the DC bus, Furthermore, since the increase / decrease error due to the output value correction is integrated and corrected as necessary under the output restriction condition, the voltage can be applied to the coil terminal with high accuracy with respect to the output command value.
In addition, even if the output value to be corrected remains unchanged in the output of a certain phase, even if the output value has changed to the zero phase, the integrated value of the increase / decrease error is transferred to the other phase. Without waiting for a non-zero phase again, the increase / decrease error can be shifted to the other phase, and the error can be corrected quickly while maintaining the two-phase modulation. In addition, since current detection is performed using one shunt resistor and an operational amplifier, a three-phase coil current can be detected with an inexpensive configuration without using expensive components such as a current detection IC.
Furthermore, by adjusting the sampling timing of the current detection, it is possible to avoid the influence of the waveform rising delay and ringing in the current detection means, and to accurately detect the current.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
先ず、第1の実施形態と同様に、出力指令値(Vu,Vv,Vw)を変調手段7で変調して変調出力値(Vum,Vvm,Vwm)を出力し、次いで、当該変調出力値(Vum,Vvm,Vwm)を補正手段6により補正して補正出力値(Vur,Vvr,Vwr)を出力する。
そして、PWM手段3は、補正出力値(Vur,Vvr,Vwr)と、搬送波Vcを比較してパルス幅変調し、PWM信号(Uon,Von,Won)を生成する。ただし、本実施形態では、2つの非零相間の補正出力値の差が所定値より小さい場合、補正出力値が小さい方の相のPWM信号を遅延させて出力する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
First, similarly to the first embodiment, the output command value (Vu, Vv, Vw) is modulated by the modulation means 7 to output the modulated output value (Vum, Vvm, Vwm), and then the modulated output value ( Vum, Vvm, Vwm) are corrected by the correcting means 6 and corrected output values (Vur, Vvr, Vwr) are output.
The PWM means 3 compares the corrected output value (Vur, Vvr, Vwr) with the carrier wave Vc and performs pulse width modulation to generate a PWM signal (Uon, Von, Won). However, in this embodiment, when the difference between the correction output values between the two non-zero phases is smaller than a predetermined value, the PWM signal of the phase with the smaller correction output value is delayed and output.

以下では、W相が零相の場合を例として、PWM手段3の動作フローチャートを示す図11を用いて、本実施形態のPWM手段3の動作について詳細に説明する。
先ず、各相の補正出力値をパルス幅変調する(S11)。
次に、2つの非零相の補正出力値の差が、後述する出力差閾値Vth未満か否か判定する。例えばW相が零相の場合、式7に示す式の真偽を判定する(S12)。
Hereinafter, the operation of the PWM means 3 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 11 showing an operation flowchart of the PWM means 3, taking the case where the W phase is a zero phase as an example.
First, the correction output value of each phase is pulse width modulated (S11).
Next, it is determined whether or not the difference between the two non-zero phase corrected output values is less than an output difference threshold Vth described later. For example, when the W phase is the zero phase, the authenticity of the expression shown in Expression 7 is determined (S12).

Figure 2010284018
Figure 2010284018

ステップS12がNo(偽)の場合、処理は終了する。
ステップS12がYes(真)の場合、非零相のどちらの補正出力値が大きいかを判定する。例えばW相が零相の場合、図11に示すように「VvrはVur以上?」に対して、真偽を判定する(S13)。
If step S12 is No (false), the process ends.
If step S12 is Yes (true), it is determined which of the non-zero phase correction output values is larger. For example, when the W phase is the zero phase, as shown in FIG. 11, the authenticity is determined for “Vvr is Vur or higher?” (S13).

そして、ステップS13がYes(真)の場合、図12に示すように、V相のPWM信号Vonの立ち上がりエッジに対して、U相のPWM信号Uonの立ち上がりエッジが、後述する所定値thだけ遅れるように遅延させて出力する(S14)。   If Step S13 is Yes (true), as shown in FIG. 12, the rising edge of the U-phase PWM signal Uon is delayed by a predetermined value th described later with respect to the rising edge of the V-phase PWM signal Von. The output is delayed as described above (S14).

所定値thは、2つの非零相におけるPWM信号立ち上がりエッジ間の長さが確保すべき最低値(以下、エッジ間最低値とよぶ)を示しており、これは、電流検出手段4における波形の立ち上がり遅れやリンギングの影響を避けて、精度よく電流検出を行うために必要な区間の長さである。   The predetermined value th indicates the minimum value (hereinafter referred to as the minimum value between edges) that the length between the PWM signal rising edges in the two non-zero phases should be ensured. This is the length of the section necessary for accurate current detection while avoiding the effects of rising delay and ringing.

出力差閾値Vthとエッジ間最低値thの関係を、PWM周期tpwmを用いて式8に示す。これは、出力差閾値Vthをパルス幅変調した値の半分がエッジ間最低値thであることを示している。また、エッジ間最低値thが、直流母線における電流検出のサンプリングタイミングを設定する値tsよりも大きくなるように設定する。   The relationship between the output difference threshold Vth and the edge-to-edge minimum value th is shown in Equation 8 using the PWM cycle tpwm. This indicates that half of the value obtained by subjecting the output difference threshold Vth to pulse width modulation is the minimum value th between edges. Further, the minimum value th between edges is set to be larger than the value ts for setting the current detection sampling timing in the DC bus.

Figure 2010284018
Figure 2010284018

また、ステップS14における遅延量を式9に示す。式9に示す量だけU相のPWM信号Uonを遅延させれば、2つの非零相の立ち上がりエッジの間隔は、エッジ間最低値thになる。   Further, the delay amount in step S14 is shown in Equation 9. If the U-phase PWM signal Uon is delayed by the amount shown in Equation 9, the interval between the rising edges of the two non-zero phases becomes the lowest value th between edges.

Figure 2010284018
Figure 2010284018

一方、ステップS13がNo(偽)の場合、U相のPWM信号Uonの立ち上がりエッジに対して、V相のPWM信号Vonの立ち上がりエッジがエッジ間最低値thだけ遅れるように遅延させて出力する。この処理は、相が変更されるのみであって、ステップS14と同様の処理である(S15)。
ステップS14,S15が完了した後、PWM手段3での処理を終了する。
On the other hand, when step S13 is No (false), the output is delayed with respect to the rising edge of the U-phase PWM signal Uon so that the rising edge of the V-phase PWM signal Von is delayed by the inter-edge minimum value th. This process is the same as step S14 except that the phase is changed (S15).
After steps S14 and S15 are completed, the processing in the PWM means 3 is terminated.

次に、第1の実施形態と同様に、ゲート信号生成手段5は、PWM信号(Uon,Von,Won)からゲート信号(UH,VH,WH,UL,VL,WL)を生成し、電流検出手段4は、ブリッジ回路2と接地GNDを繋ぐ直流母線の電流値ig及び3相の相電流を検出する。ここで、サンプリング手段も同様に、上側アームのスイッチング素子のゲート信号(UH,VH,WH)の1つのPWM周期において2回発生する立ち上がりエッジに対して、それぞれエッジから所定区間ts経過した点でフィルタ出力idetをサンプリングし、上記原理に基づいて、サンプリングした値と、上側アームのスイッチング素子がONしている相を示す、ゲート信号(UH,Vh、WH)の論理から3相の相電流の値とを算出し、3相の相電流データ(diu,div,diw)として出力する。   Next, as in the first embodiment, the gate signal generation means 5 generates a gate signal (UH, VH, WH, UL, VL, WL) from the PWM signal (Uon, Von, Won) and detects the current. The means 4 detects the current value ig and the three-phase phase current of the DC bus connecting the bridge circuit 2 and the ground GND. Here, the sampling means is also similar in that a predetermined interval ts has elapsed from the rising edge generated twice in one PWM cycle of the gate signal (UH, VH, WH) of the switching element of the upper arm. The filter output idet is sampled. Based on the above principle, the sampled value and the logic of the gate signal (UH, Vh, WH) indicating the phase in which the switching element of the upper arm is turned on are calculated. Value is calculated and output as three-phase phase current data (diu, div, diw).

以上のように、本実施形態によれば、非零相の補正出力値を比較し、相間の差が所定値よりも小さい場合、PWM信号に時間差を設けて出力するように構成するため、電流検出手段4における波形の立ち上がり遅れやリンギングの影響を避けて、安定に電流検出を行うために必要となる、PWM信号の立ち上がりエッジ間の長さの最低値を常に確保することが可能となり、どのような出力指令値の入力に対しても、直流母線の電流検出による相電流の検出をすることができる。   As described above, according to the present embodiment, the non-zero phase correction output values are compared, and when the difference between the phases is smaller than the predetermined value, the PWM signal is configured to be output with a time difference. It is possible to always ensure the minimum value of the length between the rising edges of the PWM signal, which is necessary for stable current detection while avoiding the influence of the waveform rising delay and ringing in the detecting means 4. The phase current can be detected by detecting the current of the DC bus even when the output command value is input.

1 3相モータ
2 ブリッジ回路
21 上側アーム
22 下側アーム
25 スイッチング素子
26 ダイオード
3 PWM手段
4 電流検出手段
41 シャント抵抗
42 オペアンプ
5 ゲート信号生成手段
6 補正手段
7 変調手段
Vu,Vv,Vw 出力指令値(U相、V相、W相)
Vum,Vvm,Vwm 変調出力値(U相、V相、W相)
Vum,Vvm,Vwm 補正出力値(U相、V相、W相)
Uon,Von,Won PWM信号(U相、V相、W相)
UH,VH,WH スイッチング素子駆動信号(U相、V相、W相 上側アーム)
UL,VL,WL スイッチング素子駆動信号(U相、V相、W相 下側アーム)
iu,iv,iw 相電流(U相、V相、W相)
idet フィルタ出力
diu,div,diw 相電流データ(U相、V相、W相)
Vc 搬送波
td 短絡防止区間Dead(デッドタイム)の長さ
tpwm PWM周期の長さ
ts 電流サンプルタイミングを示す値
th エッジ間最低値
Vth 出力差閾値
Vcc 電源電圧
GND 接地
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3 phase motor 2 Bridge circuit 21 Upper arm 22 Lower arm 25 Switching element 26 Diode 3 PWM means 4 Current detection means 41 Shunt resistor 42 Operational amplifier 5 Gate signal generation means 6 Correction means 7 Modulation means Vu, Vv, Vw Output command value (U phase, V phase, W phase)
Vum, Vvm, Vwm Modulation output value (U phase, V phase, W phase)
Vum, Vvm, Vwm Correction output value (U phase, V phase, W phase)
Uon, Von, Won PWM signal (U phase, V phase, W phase)
UH, VH, WH Switching element drive signal (U-phase, V-phase, W-phase upper arm)
UL, VL, WL Switching element drive signal (U-phase, V-phase, W-phase lower arm)
iu, iv, iw phase current (U phase, V phase, W phase)
idet filter output diu, div, diw Phase current data (U phase, V phase, W phase)
Vc carrier wave td Short-circuit prevention interval Dead (dead time) length tpwm PWM cycle length ts Current sample timing value th Minimum value between edges Vth Output difference threshold Vcc Power supply voltage GND Ground

特許第2712470号明細書Japanese Patent No. 2712470 特許第3931079号明細書Japanese Patent No. 3931079

Claims (7)

スイッチング素子とダイオードが並列に接続された、上側アームと下側アームの対が3相接続されて構成される回路であって、3相の前記対は3相モータのコイル端子に接続され、パルス幅変調された電圧をコイル端子に印加するブリッジ回路と、
前記3相モータの各相のコイル端子に印加すべき電圧を示す出力指令値に対して、少なくとも1相が必ず零出力である零相となるように、3相の出力指令値を2相変調し、変調出力値として出力する変調手段と、
前記零相を除く2相について、前記変調出力値を所定の出力制限条件に基づいて補正し、補正出力値として出力し、前記変調出力値と前記補正出力値の増減誤差を積算し、次のPWM周期以降に、前記出力制限条件を満たす範囲で、前記補正出力値について積算した増減誤差分を修正する補正手段と、
各相の補正出力値をパルス幅変調して、PWM信号を生成するPWM手段と、
各相のPWM信号から、所定のスイッチング素子駆動論理に従って、前記ブリッジ回路における各相のスイッチング素子のためのゲート信号を生成する、ゲート信号生成手段と、
前記ブリッジ回路の直流母線を流れる電流値を検出する電流検出手段を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
A circuit in which a switching element and a diode are connected in parallel, and a pair of an upper arm and a lower arm is connected in three phases, and the three-phase pair is connected to a coil terminal of a three-phase motor, and a pulse A bridge circuit for applying a width-modulated voltage to the coil terminals;
Two-phase modulation of the three-phase output command value so that at least one phase is a zero phase that is always zero output with respect to the output command value indicating the voltage to be applied to the coil terminals of each phase of the three-phase motor Modulation means for outputting as a modulation output value;
For the two phases other than the zero phase, the modulation output value is corrected based on a predetermined output restriction condition, output as a correction output value, and the increase / decrease error of the modulation output value and the correction output value is integrated, Correction means for correcting an increase / decrease error accumulated for the corrected output value within a range satisfying the output restriction condition after the PWM period;
PWM means for generating a PWM signal by pulse width modulating the corrected output value of each phase;
A gate signal generating means for generating a gate signal for each phase switching element in the bridge circuit according to a predetermined switching element drive logic from each phase PWM signal;
A motor drive device comprising: current detection means for detecting a current value flowing through a DC bus of the bridge circuit.
前記補正手段は、前記零相を除く2相について、増減誤差を積算する積算器を備え、次のPWM周期において零相が異なる相へ移るときは、次のPWM周期から非零相となる相における増減誤差を積算する積算器へ、新たに零相になる相の増減誤差を積算した積算器の値を符号反転してロードし、また、継続して非零相となる相の前記積算器の値から、新たに零相になる相の前記積算器の値を減じることを特徴とする、請求項1記載のモータ駆動装置。   The correction means includes an integrator that integrates an increase / decrease error for two phases excluding the zero phase, and when the zero phase shifts to a different phase in the next PWM cycle, the phase that becomes a non-zero phase from the next PWM cycle The accumulator integrating the increase / decrease error of the phase that becomes a new zero phase is loaded by inverting the sign of the value of the accumulator that newly adds the increase / decrease error of the phase that becomes the zero phase, 2. The motor drive device according to claim 1, wherein a value of the integrator of a phase that becomes a new zero phase is subtracted from the value of. 前記電流検出手段は、前記直流母線に直列に挿入されたシャント抵抗の両端の電位差を検出することを特徴とする、請求項1又は2記載のモータ駆動装置。   The motor driving device according to claim 1, wherein the current detection unit detects a potential difference between both ends of a shunt resistor inserted in series with the DC bus. 前記電流検出手段は、各相のPWM信号の立ち上がりエッジから所定間隔だけ経過したタイミングで電流検出のサンプリングを実行することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。   4. The motor drive according to claim 1, wherein the current detection unit performs current detection sampling at a timing when a predetermined interval has elapsed from a rising edge of a PWM signal of each phase. apparatus. 前記PWM手段は、各相の補正出力値を比較し、各相間の差の大きさが出力差閾値よりも小さい相の組が存在した場合、これらの相の一方の前記PWM信号を、他方の前記PWM信号よりもエッジ間最低値だけ遅らせて出力することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。   The PWM means compares the corrected output value of each phase, and when there is a set of phases in which the magnitude of the difference between the phases is smaller than the output difference threshold, the PWM signal of one of these phases is changed to the other 5. The motor drive device according to claim 1, wherein the motor drive device outputs the signal delayed by a minimum value between edges with respect to the PWM signal. 6. 前記ゲート信号生成手段は、各相のPWM信号に対して所定値だけ遅れた信号である、上側アームのスイッチング素子のゲート信号を生成し、また、各相のPWM信号を反転し、当該PWM信号の立ち上がり又は立ち下りを所定値の2倍だけ遅らせた信号である、下側アームのゲート信号を生成することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。   The gate signal generating means generates a gate signal of the switching element of the upper arm, which is a signal delayed by a predetermined value with respect to the PWM signal of each phase, inverts the PWM signal of each phase, and outputs the PWM signal 6. The motor drive device according to claim 1, wherein a gate signal of the lower arm, which is a signal obtained by delaying the rising or falling of the signal by two times a predetermined value, is generated. 前記補正手段は、所定の出力制限条件として、各相の変調出力値の中間値が出力制限値未満であれば、前記中間値を出力制限値に補正して補正出力値として出力し、前記中間値が出力制限値以上であれば、前記中間値をそのまま補正出力値として出力することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。   If the intermediate value of the modulation output value of each phase is less than the output limit value as the predetermined output limit condition, the correction unit corrects the intermediate value to an output limit value and outputs the corrected output value as the intermediate value. The motor drive device according to any one of claims 1 to 6, wherein if the value is equal to or greater than an output limit value, the intermediate value is directly output as a corrected output value.
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