JP2012170200A - Load control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負荷制御装置に関するものである。 The present invention relates to a load control device.
従来、電気自動車の車両駆動用モータをインバータにより駆動するモータ駆動装置においては、スイッチング素子をブリッジ接続して構成されたインバータを直流電源間に配置し、PWM信号に従って上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを相補的にオンオフ制御するようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a motor drive device that drives a vehicle drive motor of an electric vehicle by an inverter, an inverter configured by bridge-connecting switching elements is arranged between DC power supplies, and the switching element on the upper arm side and the lower arm are arranged according to a PWM signal. The arm-side switching element is complementarily turned on / off.
このような装置では、バッテリや直流電源線にインダクタンス成分が存在するので、インバータのスイッチング素子のオンオフに伴い生じるサージ電圧を抑制するため、直流電源間に高周波特性に優れたコンデンサ(例えば、フィルムコンデンサ)を設ける必要がある。 In such a device, since an inductance component exists in the battery or the DC power supply line, a capacitor (for example, a film capacitor) having excellent high frequency characteristics between the DC power supplies is suppressed in order to suppress a surge voltage generated when the switching element of the inverter is turned on / off. ) Must be provided.
しかし、このようなインバータを備えたモータ制御装置により実際に車両駆動用のモータを駆動すると、上記コンデンサが発熱する現象が生じる。コンデンサは、温度が高くなるに従い急速に劣化が進むため、コンデンサの容量を増大したり、コンデンサ用に冷却器を設けたりする必要がある。このため、装置の大型化を招く結果となってしまう。 However, when a motor for driving a vehicle is actually driven by a motor control device including such an inverter, a phenomenon occurs in which the capacitor generates heat. Since the capacitor rapidly deteriorates as the temperature rises, it is necessary to increase the capacity of the capacitor or to provide a cooler for the capacitor. For this reason, it will result in the enlargement of an apparatus.
そこで、インバータのスイッチング信号のオンオフの切替に伴って平滑コンデンサにリプル電流が流れ、インバータ出力が大きくなるとリプル電流も大きくなりコンデンサの発熱量も大きくなるという点に着目し、インバータ出力が大きい場合はスイッチング回数の少ない矩形波モードで動作させ、インバータの出力が小さくコンデンサの発熱が小さくなる場合は効率良くモータを駆動することができるPWMモードで動作させるようにして、インバータ出力が大きい場合の平滑コンデンサの温度上昇を抑えるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, paying attention to the fact that the ripple current flows through the smoothing capacitor as the inverter switching signal is switched on and off, and when the inverter output increases, the ripple current also increases and the amount of heat generated by the capacitor also increases. Smoothing capacitor when the inverter output is large by operating in the rectangular wave mode with few switching times and operating in the PWM mode that can drive the motor efficiently when the output of the inverter is small and the heat generation of the capacitor is small There is one that suppresses the temperature rise (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1に記載されたような装置は、矩形波モードでモータを駆動しても、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況では、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することは困難となってしまうため、平滑コンデンサを小型化するにも限界がある。
However, the apparatus described in
また、上記特許文献1に記載されたような装置は、効率良くモータを駆動することができるPWMモードで平滑コンデンサの温度上昇を抑制するといったことはできない。このため、効率が良くないといった問題がある。
Moreover, the apparatus as described in the said
本発明は上記問題に鑑みたもので、コンデンサの小型化とモータ駆動効率の向上の両立を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to achieve both reduction in the size of a capacitor and improvement in motor drive efficiency.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、直流電源間に配置され、複数のスイッチング素子(51〜56)をブリッジ接続してなるインバータと、直流電源間に配置された平滑コンデンサ(57)と、平滑コンデンサ(57)の温度に応じた信号を出力する温度検出手段(57a)と、複数のスイッチング素子(51〜56)を制御するスイッチング信号のスイッチング速度を調整するスイッチング速度調整回路(30)と、温度検出手段(57a)より出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ(57)の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路(30)に指示する速度調整指示手段(S106〜S118)と、を備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an invention according to
このような構成によれば、温度検出手段(57a)より出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ(57)の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路(30)に指示される。すなわち、PWMモード、矩形波モード等の動作モードと関係なく、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制される。したがって、矩形波モードでモータを駆動して、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況でも、平滑コンデンサの温度を抑制することができ、平滑コンデンサの小型化を図ることができる。また、PWMモードでも、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制されるので、モータ駆動効率の向上を図ることができる。 According to such a configuration, the switching speed adjustment circuit (such that the switching speed of the switching signal becomes slower as the temperature of the smoothing capacitor (57) estimated based on the signal output from the temperature detection means (57a) becomes higher. 30). That is, regardless of the operation mode such as the PWM mode and the rectangular wave mode, the higher the smoothing capacitor temperature, the slower the switching speed of the switching signal, and the temperature rise of the smoothing capacitor is suppressed. Therefore, even when the motor is driven in the rectangular wave mode and the temperature of the smoothing capacitor further increases, the temperature of the smoothing capacitor can be suppressed, and the smoothing capacitor can be downsized. Even in the PWM mode, the higher the smoothing capacitor temperature, the slower the switching speed of the switching signal and the temperature rise of the smoothing capacitor is suppressed, so that the motor drive efficiency can be improved.
また、請求項2に記載の発明は、スイッチング速度調整回路(30)は、複数のスイッチング素子(51〜56)の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようになっており、速度調整指示手段(S106〜S118)は、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路に指示することを特徴としている。
Further, in the invention according to
このように、スイッチング速度調整回路(30)は、複数のスイッチング素子(51〜56)の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようになっており、速度調整指示手段(S106〜S118)は、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路に指示することができる。 As described above, the switching speed adjustment circuit (30) changes the resistance value of the gate resistance connected to each gate of the plurality of switching elements (51 to 56) stepwise to change the switching speed of the switching signal stepwise. The speed adjustment instructing means (S106 to S118) can instruct the switching speed adjusting circuit so that the switching speed of the switching signal is gradually reduced.
また、請求項3に記載の発明のように、温度検出手段(57a)を、平滑コンデンサに内蔵された温度検出素子により構成することにより、精度良く平滑コンデンサの温度を推定することができる。 Further, as in the third aspect of the invention, the temperature detecting means (57a) is constituted by the temperature detecting element incorporated in the smoothing capacitor, so that the temperature of the smoothing capacitor can be estimated with high accuracy.
また、請求項4に記載の発明のように、温度検出手段(57a)を、複数のスイッチング素子の各々に内蔵された温度検出素子、インバータに接続された負荷の温度を検出する温度検出素子、インバータに接続された負荷に流れる電流を検出する電流センサのいずれか1つにより構成することもできる。 According to a fourth aspect of the present invention, the temperature detection means (57a) includes a temperature detection element incorporated in each of the plurality of switching elements, a temperature detection element that detects the temperature of a load connected to the inverter, It can also be configured by any one of current sensors that detect a current flowing through a load connected to the inverter.
また、請求項5に記載の発明は、複数のスイッチング素子(51〜56)の各々には、当該スイッチング素子と並列にダイオード(51a〜56a)が接続されており、直流電源間に、スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流とその周波数を低減する手段を有していることを特徴としている。
In the invention according to
このような構成によれば、スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流とその周波数を低減し、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。 According to such a configuration, it is possible to reduce the recovery current and the frequency that the diodes (51a to 56a) flow when the switching elements (51 to 56) are turned on, and to suppress the temperature rise of the smoothing capacitor.
また、請求項6に記載の発明は、インバータは、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子を直列接続して成る直列回路(51と52、53と54、55と56)を3つ並列接続して構成されており、リカバリ電流低減手段は、3つの直列回路(51と52、53と54、55と56)と並列に接続されたスナバコンデンサ(59)を有していることを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, the inverter includes three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56) formed by connecting the switching elements on the upper arm side and the switching elements on the lower arm side in series. The recovery current reducing means has a snubber capacitor (59) connected in parallel with three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56). It is characterized by.
このように、3つの直列回路(51と52、53と54、55と56)と並列に接続されたスナバコンデンサ(59)により、スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流が平滑コンデンサに流入するのを低減できる。 In this way, the diodes (51a to 56a) are turned on when the switching elements (51 to 56) are turned on by the snubber capacitor (59) connected in parallel with the three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56). ) Can be reduced from flowing into the smoothing capacitor.
また、請求項7に記載の発明は、リカバリ電流とその周波数を低減する手段であり、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ(59)の一端に接続された第1のインダクタ(58a)と、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ(59)の他端に接続された第2のインダクタ(58b)を有していることを特徴としている。
The invention according to
このように、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ(59)の一端に接続された第1のインダクタ(58a)と、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ(59)の他端に接続された第2のインダクタ(58b)を備えることにより、スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流とその周波数を低減することができる。 In this way, one end is connected to the power supply line of the DC power supply, the other end is connected to one end of the snubber capacitor (59), one end is connected to the ground line of the DC power supply, and the other By providing the second inductor (58b) whose end is connected to the other end of the snubber capacitor (59), the recovery current and the frequency that the diode (51a-56a) flows when the switching element (51-56) is turned on Can be reduced.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の全体の構成を図1に示す。本負荷制御装置1には、直流電源(バッテリ)2および負荷としての3相高電圧交流モータ3が接続されている。なお、モータ3は、車両の走行用の動力源として用いられる。
FIG. 1 shows the overall configuration of a load control apparatus according to an embodiment of the present invention. The
本負荷制御装置1は、通信調停用マイコン10、6つのパワー半導体駆動用マイコン15、6つのスイッチングスピード調整回路(図中では、SWスピード調整回路と記す)30、絶縁ゲート型トランジスタ(以下、IGBTと記す)51〜56、平滑コンデンサ57、インダクタンス58a、58b、スナバコンデンサ59、MG−ECU60を備えている。なお、IGBT51〜56は、それぞれ並列に接続されたダイオード51a〜56aを備えている。また、平滑コンデンサ57には、平滑コンデンサ57の温度に応じた信号を出力する温度センサ57aが内蔵されている。具体的には、温度センサ57aは、サーミスタにより構成されている。
The
平滑コンデンサ57は、IGBT51〜56のオンオフに伴い生じるサージ電圧を抑え、また直流電源の電圧変動を小さくするためのものであり、直流電源間に設けられている。平滑コンデンサ57としては、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサ等が用いられる。
The
スナバコンデンサ59は、セラミックコンデンサにより構成され、IGBT51〜56により構成されるインバータと並列に接続されている。
インダクタンス58aは、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ59の一端に接続されている。
One end of the
インダクタンス58bは、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ59の他端に接続されている。
One end of the
スナバコンデンサ59、インダクタンス58a、58bは、後述するIGBT51〜56のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流を平滑コンデンサに流入させにくくすると共に、リカバリ電流の周波数を低減するために設けられている。
The
本負荷制御装置1は、IGBT51〜56のゲートに正弦波PWM信号を入力してモータ3をPWM駆動する正弦波PWM制御モードと、IGBT51〜56のゲートに過変調PWM信号を入力してモータ3をPWM駆動する過変調PWM制御モードと、IGBT51〜56のゲートに矩形波信号を入力してモータ3を矩形波駆動する矩形波制御モードを有している。
The
通信調停用マイコン10は、MG−ECU60と通信を行うためのものである。通信調停用マイコン10は、直流電源2の端子間電圧を検出する電圧検出回路(図示せず)を備え、この電圧検出回路により検出された直流電源2の端子間電圧をMG−ECU60へ通知するようになっている。なお、MG−ECU60は、通信調停用マイコン10より通知された直流電源2の端子間電圧等に基づいてモータ3を最適に駆動するための動作モード(制御モードに相当する)を決定し、決定した動作モードを特定するための情報を通信調停用マイコン10に通知するようになっている。
The
また、MG−ECU60には、サーミスタ57aからの信号が入力されるようになっている。MG−ECU60は、サーミスタ57aから入力される信号に基づいて平滑コンデンサ57の温度を推定し、これに基づいてインバータをスイッチングするスイッチング信号の最適な速度の度合い(低速、中速、高速)を決定し、決定した速度の度合いを表すスイッチスピード特定情報を通信調停用マイコン10に通知するようになっている。
In addition, a signal from the
通信調停用マイコン10は、MG−ECU60より動作モードを特定するための情報を受信すると、動作モードに適した各IGBT51〜56のゲートに入力する信号のスイッチングスピード値を特定し、各パワー半導体駆動用マイコン15に通知する。
Upon receiving information for specifying the operation mode from the MG-
パワー半導体駆動用マイコン15は、通信調停用マイコン10より通知されたスイッチングスピード値に応じてスイッチングスピード調整回路30を制御する。
The power
スイッチングスピード調整回路30は、IGBT51〜56の各ゲートに印加する電圧の立ち上がりスピードと立ち下がりスピードを調整するための回路である。このスイッチングスピード調整回路30についても後で詳細に説明する。
The switching
IGBT51〜56は、3相インバータとして構成されている。本実施形態では、IGBT51はU相の上アーム、IGBT52はU相の下アーム、IGBT53はV相の上アーム、IGBT54はV相の下アーム、IGBT55はW相の上アーム、IGBT56はW相の下アームとなっている。
The
MG−ECU60は、マイコン67を備えている。マイコン67は、前述したように、通信調停用マイコン10より通知される直流電源2の端子間電圧に基づいてモータ3を最適に駆動するための動作モードを決定し、この決定した動作モードを示す情報を通信調停用マイコン10へ通知する処理を実施する。
The MG-
マイコン67は、直流電源2の端子間電圧が高電圧(例えば、700V程度)の場合は、正弦波PWM制御モード、直流電源2の端子間電圧が中間の電圧(例えば、600V程度)では過変調PWM制御モード、直流電源2の端子間電圧が低電圧(例えば、500V程度)の場合は矩形波制御モードとなるように動作モードを決定する。
The
図2に、図1中のA部の詳細を示す。この図には、スイッチングスピード調整回路30、半導体駆動用マイコン15およびIGBT51が示されている。
FIG. 2 shows the details of part A in FIG. In this figure, a switching
スイッチングスピード調整回路30は、レベルシフト回路31、抵抗301、スピード調整回路32〜35を備えている。
The switching
レベルシフト回路31には、スイッチ端子SWを介して半導体駆動用マイコン15より動作モードに応じたスイッチング信号が入力される。
A switching signal corresponding to an operation mode is input to the
レベルシフト回路31は、このスイッチング信号の電圧レベル(例えば、5V)を、入力端子INを介して入力される定電圧の範囲(例えば、0V〜30V)にレベルシフトした電圧を出力する。
The
スピード調整回路32、33は、IGBT51のゲート電圧の波形の立ち上がりを調整するための回路であり、スピード調整回路34、35は、IGBT51のゲート電圧の波形の立ち下がりを調整するための回路である。
The
スピード調整回路32は、抵抗321、322、コンデンサ323、ダイオード324およびNチャネル型MOSトランジスタ325を備えている。
The
同様に、スピード調整回路33は、抵抗331、332、コンデンサ333、ダイオード334およびNチャネル型MOSトランジスタ335を備えている。
Similarly, the
スピード調整回路32における抵抗321およびスピード調整回路33における抵抗331は、抵抗301と並列に接続されている。
The
スピード調整回路32におけるトランジスタ325およびスピード調整回路33におけるトランジスタ335をオンまたはオフすることにより、抵抗301、スピード調整回路32における抵抗321およびスピード調整回路33における抵抗331から成る合成抵抗が変化して、IGBT51のゲート抵抗が変化する構成となっている。なお、抵抗301、抵抗321および抵抗331から成る合成抵抗の抵抗値が大きくなるほど、IGBT51のゲート電圧の波形の立ち上がりが緩やかになる。
By turning on or off the
また、スピード調整回路34は、抵抗341、342、コンデンサ343、ダイオード344およびNチャネル型MOSトランジスタ345を備えている。
The
同様に、スピード調整回路35は、抵抗351、352、コンデンサ353、ダイオード354およびNチャネル型MOSトランジスタ355を備えている。
Similarly, the
スピード調整回路35におけるダイオード354およびスピード調整回路34におけるダイオード344は、スピード調整回路32、33におけるダイオード324、334と接続方向が逆となっている。
The
スピード調整回路34におけるトランジスタ345およびスピード調整回路35におけるトランジスタ355をオンまたはオフすることにより、抵抗301、抵抗341および抵抗351から成る合成抵抗が変化して、IGBT51のゲート抵抗が変化する構成となっている。なお、抵抗301、抵抗341および抵抗351から成る合成抵抗の抵抗値が大きくなるほど、IGBT51のゲート電圧の波形の立ち下がりが緩やかになる。
By turning on or off the
ところで、本発明者は、実験等の結果、平滑コンデンサの発熱の主要因は、リプル電流に含まれるリカバリ電流に起因する高周波の電流成分であり、低い周波数成分は平滑コンデンサの発熱にあまり影響しないということを見出した。 By the way, as a result of experiments and the like, the present inventors have found that the main factor of heat generation of the smoothing capacitor is a high-frequency current component caused by the recovery current included in the ripple current, and the low frequency component does not significantly affect the heat generation of the smoothing capacitor. I found out.
なお、リカバリ電流は、IGBT51〜56の各ゲートに入力するスイッチング信号がオフからオンに変化し、IGBT51〜56と並列に接続されたダイオード51a〜56aに電流が流れている状態からダイオード51a〜56aに電流が流れない状態になるときに発生する電流である。
Note that the recovery current is changed from a state in which a switching signal input to each of the gates of the
以下、リカバリ電流と平滑コンデンサの発熱の関係について説明する。図3に、平滑コンデンサ57に流れるリプル電流の計測波形の例を示す。図3中の(b)は、図3中の(1)の拡大図である。図3(b)には、数MHz帯の周波数成分を有するパルス電流と、十数kHz帯の周波数成分を有するパルス電流が示されている。
Hereinafter, the relationship between the recovery current and the heat generation of the smoothing capacitor will be described. FIG. 3 shows an example of a measurement waveform of the ripple current flowing through the smoothing
この例では、平滑コンデンサ57に流れるリプル電流には、大きく分けて、数MHz帯、十数kHz帯の2種類のパルス電流が含まれる。これらのパルス電流のうち、数MHz帯のパルス電流がリカバリ電流による電流成分である。このリカバリ電流成分は、他のパルス電流と比較して、電流の流れている時間は短いがピーク値は数百アンペア程度の非常に大きな値となっている。
In this example, the ripple current flowing through the smoothing
ここで、平滑コンデンサの発熱量は、平滑コンデンサで消費される電力量で表すことができる。すなわち、(平滑コンデンサの発熱量)=(平滑コンデンサに流れる電流)2×(直列等価抵抗)として算出することができる。なお、直列等価抵抗ESR(Equivalent Series Resistance)は、平滑コンデンサに流れる電流の周波数に応じてその抵抗値が変化する。 Here, the calorific value of the smoothing capacitor can be represented by the amount of power consumed by the smoothing capacitor. That is, it can be calculated as (heat generation amount of the smoothing capacitor) = (current flowing through the smoothing capacitor) 2 × (series equivalent resistance). Note that the resistance value of the series equivalent resistance ESR (Equivalent Series Resistance) changes according to the frequency of the current flowing through the smoothing capacitor.
図4に、平滑コンデンサのESR特性を示す。この図の例では、十数kHzのときのESRは1mオーム(Ω)程度、数MHzのときのESRは30mオーム(Ω)程度となっている。このように、平滑コンデンサの直列等価抵抗ESRは、周波数が高くなるほど大きくなる。 FIG. 4 shows the ESR characteristics of the smoothing capacitor. In the example of this figure, the ESR at the time of ten and several kHz is about 1 m ohm (Ω), and the ESR at the time of several MHz is about 30 m ohm (Ω). Thus, the series equivalent resistance ESR of the smoothing capacitor increases as the frequency increases.
つまり、電流値のピーク値が小さく、かつ、平滑コンデンサに流れ込む電流の周波数が低い場合には、平滑コンデンサの発熱量は少ないが、電流値のピーク値が大きく、かつ、平滑コンデンサに流れ込む電流の周波数が高い場合、平滑コンデンサの発熱量は大幅に増加することが分かる。 In other words, when the peak value of the current value is small and the frequency of the current flowing into the smoothing capacitor is low, the amount of heat generated by the smoothing capacitor is small, but the peak value of the current value is large and the current flowing into the smoothing capacitor is small. It can be seen that when the frequency is high, the amount of heat generated by the smoothing capacitor increases significantly.
したがって、電流値のピーク値が大きく、直列等価抵抗ESRが大きくなる高周波なリカバリ電流成分を低減することで、平滑コンデンサの発熱を大幅に抑制することが可能となる。 Therefore, by reducing the high-frequency recovery current component that has a large peak current value and a large series equivalent resistance ESR, it is possible to significantly suppress the heat generation of the smoothing capacitor.
上記したように、平滑コンデンサの発熱の主要因は、リプル電流に含まれるリカバリ電流に起因する高周波成分であることが分かった。 As described above, it has been found that the main factor of the heat generation of the smoothing capacitor is a high-frequency component resulting from the recovery current included in the ripple current.
そこで、本負荷制御装置1は、平滑コンデンサ57の温度を検出するサーミスタ57aより出力される信号に基づいて平滑コンデンサ57の温度を推定し、平滑コンデンサ57の温度が高くなるほど、IGBT51〜56を制御するスイッチング信号のスイッチングスピードが遅くなるようにスイッチングスピード調整回路30に指示し、リカバリ電流ピーク値を低減して平滑コンデンサ57の温度上昇を抑制する。
Therefore, the
次に、図5に従って、通信調停用マイコン10の処理について説明する。なお、ここでは、通信調停用マイコン10とパワー半導体用マイコン15の処理として説明する。低圧バッテリより電源が供給されると、通信調停用マイコン10とパワー半導体用マイコン15は起動して、図5に示す処理を実施する。なお、ここでは、インバータを正弦波PWM制御モードで動作させるものとして説明する。
Next, processing of the
まず、温度センサ57より出力される信号に基づいてMG−ECU60は平滑コンデンサ57の温度を推定する(S100)。
First, the MG-
MG−ECU60は、この温度情報に基づいてIGBT51〜56のゲートに入力するスイッチング信号の最適なスイッチングスピードの度合い(低速、中速、高速)を決定し、決定した速度の度合いを表すスイッチスピード特定情報(SWスピード特定情報)を通信調停用マイコン10に通知する。本実施形態では、平滑コンデンサ57の温度が70℃未満の場合は高速、平滑コンデンサ57の温度が70℃以上で、かつ、90℃未満の場合は中速、平滑コンデンサ57の温度が90℃以上の場合は低速となるようにスイッチングスピードの度合いを決定する。
The MG-
通信調停用マイコン10は、スイッチスピード特定情報を受信すると(S104)、このスイッチスピード特定情報に基づいてスイッチスピードの判定を行う(S106)。
When receiving the switch speed specifying information (S104), the
ここで、推定された平滑コンデンサ57の温度が70℃未満となっておりスイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが高速であると判定した場合、スイッチングスピードが高速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する(S108)。ここでは、IGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値が小さくなるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図2に示したスイッチングスピード調整回路30において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを急峻にするため、スピード調整回路32のトランジスタ325と、スピード調整回路33のトランジスタ335とがそれぞれオンするようにCnt2端子およびCnt3端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを急峻にするため、スピード調整回路34のトランジスタ345と、スピード調整回路35のトランジスタ355とをそれぞれオンするように、Cnt4端子およびCnt5端子の論理レベルを特定する。
Here, when the estimated temperature of the smoothing
この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と、スピード調整回路32の抵抗321と、スピード調整回路33の抵抗331とを並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。また、スイッチング信号の立ち下がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と、スピード調整回路34の抵抗341と、スピード調整回路35の抵抗351とを並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。
In this case, the resistance value of the gate resistance of the
次に、スイッチングスピードが高速となるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する(S110)。具体的には、S108にて特定した論理レベルとなるようにCnt2端子〜Cnt4端子へ制御信号を出力する。これにより、IGBT51〜56の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ高速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを速くすることで、IGBT51〜56のスイッチング損失が低減されるので、効率良くインバータを駆動することができる。
Next, the switching
次に、平滑コンデンサ57の温度が上昇して、推定された平滑コンデンサ57の温度が70℃以上で、かつ、90℃未満となり、S106にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが中速であると判定した場合は、スイッチングスピードが中速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する(S112)。ここでは、IGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値が中間の値となるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図2に示したスイッチングスピード調整回路30において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを中速にするため、スピード調整回路32のトランジスタ325がオンし、スピード調整回路33のトランジスタ335がオフするようにCnt2端子およびCnt3端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを中速にするため、スピード調整回路34のトランジスタ345がオンし、スピード調整回路35のトランジスタ355がオフするようにCnt4端子およびCnt5端子の論理レベルを特定する。
Next, the temperature of the smoothing
この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と、スピード調整回路32の抵抗321を並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。また、スイッチング信号の立ち下がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と、スピード調整回路34の抵抗341を並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。
In this case, the resistance value of the gate resistance of the
次に、スイッチングスピードが中速となるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する(S114)。具体的には、S112にて特定した論理レベルとなるようにCnt2端子〜Cnt4端子へ制御信号を出力する。これにより、IGBT51〜56の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ中速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを中速にすることで、平滑コンデンサ57の発熱が抑制される。
Next, the switching
また、更に、平滑コンデンサ57の温度が上昇して、推定された平滑コンデンサ57の温度が90℃以上となり、S106にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが低速であると判定した場合は、スイッチングスピードが低速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する(S116)。ここでは、IGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値が大きくなるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図2に示したスイッチングスピード調整回路30において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを低速にするため、スピード調整回路32のトランジスタ325と、スピード調整回路33のトランジスタ335とがそれぞれオフするようにCnt2端子およびCnt3端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを低速にするため、スピード調整回路34のトランジスタ345と、スピード調整回路35のトランジスタ355とがそれぞれオフするようにCnt4端子およびCnt5端子の論理レベルを特定する。
Further, the temperature of the smoothing
この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と等しくなり、また、スイッチング信号の立ち下がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値も、抵抗301と等しくなる。
In this case, the resistance value of the gate resistance of the
次に、スイッチングスピードが低速となるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する(S118)。具体的には、S116にて特定した論理レベルとなるようにCnt2端子〜Cnt4端子へ制御信号を出力する。これにより、IGBT51〜56の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ低速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを低速にすることで、平滑コンデンサ57の発熱が抑制される。
Next, the switching
そして、平滑コンデンサ57の温度が下がり、推定された平滑コンデンサ57の温度が90℃未満となり、S106にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが中速であると判定した場合は、スイッチングスピードが中速になるようなゲート抵抗の組合せを特定し(S112)、スイッチングスピードが中速になるようにスイッチングスピード調整回路へ指示する(S114)。
If the temperature of the smoothing
上記した処理を繰り返すことにより、平滑コンデンサ57の温度が高くなるとスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示されるので、平滑コンデンサ57の温度上昇が抑制され、平滑コンデンサ57の温度が低くなると、スイッチング信号のスイッチング速度が速くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示するので、インバータのスイッチング損失を小さくすることができ、すなわち、効率良く負荷を駆動することが可能となる。
By repeating the above processing, when the temperature of the smoothing
したがって、平滑コンデンサの温度上昇を抑えるためにコンデンサを大型にしたり、冷却能力を高めたりする必要がなくなる。 Therefore, it is not necessary to increase the size of the capacitor or increase the cooling capacity in order to suppress the temperature rise of the smoothing capacitor.
また、PWM制御モード、矩形波モードといった動作モードと関係なく、平滑コンデンサ57の温度上昇を抑制することができる。
Further, the temperature rise of the smoothing
図6に、スイッチング信号のスイッチングスピードを変化させた場合の平滑コンデンサ57の温度特性を示す。スイッチング信号のスイッチングスピードを遅くするほどリカバリ電流は小さくなる。この図6には、リカバリ電流のピーク値が、450アンペア、550アンペア、700アンペアの場合の平滑コンデンサ57の温度特性が示されている。図に示すように、リカバリ電流のピーク値が小さくなるほど平滑コンデンサの温度上昇が抑制されていることが分かる。
FIG. 6 shows the temperature characteristics of the smoothing
次に、スナバコンデンサ59の有無による平滑コンデンサの温度特性の相違について説明する。図7に、スナバコンデンサ59の有無と平滑コンデンサの温度特性を示す。
Next, the difference in temperature characteristics of the smoothing capacitor depending on the presence or absence of the
図に示すように、スナバコンデンサ59が有る場合の方が、スナバコンデンサ59が無い場合よりも平滑コンデンサ57の温度上昇が抑制されている。これは、スナバコンデンサ59により平滑コンデンサ57に流れるリカバリ電流が低減されるためである。
As shown in the figure, when the
図8に、インダクタンス58a、58bが設けていない場合と、インダクタンス58a、58bが設けられている場合の平滑コンデンサに流れるリカバリ電流のシミュレーション波形を示す。(a)は、インダクタンス58a、58bが設けていない場合、(b)は、インダクタンス58a、58bが設けられている場合が示されている。
FIG. 8 shows simulation waveforms of the recovery current flowing through the smoothing capacitor when the
図8(a)、(b)に示すように、コンデンサに流れるリカバリ電流の波形は、インダクタンス58a、58bが設けられていない場合よりも、インダクタンス58a、58bが設けられている場合の方が周波数成分が低くなり、波形も鈍っている。これは、インダクタンス58a、58bにより、高周波のリカバリ電流が平滑コンデンサ57に流れ込みにくくなるためである。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the waveform of the recovery current flowing through the capacitor is higher when the
このように、スナバコンデンサ59およびインダクタンス58a、58bを備えることで、更に、平滑コンデンサ57の発熱を抑止することが可能である。
Thus, by providing the
上記した構成によれば、温度センサ57aより出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ57の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示される。すなわち、PWMモード、矩形波モード等の動作モードと関係なく、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制される。したがって、矩形波モードでモータを駆動して、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況でも、平滑コンデンサの温度を抑制することができ、平滑コンデンサの小型化を図ることができる。また、PWMモードでも、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制されるので、モータ駆動効率の向上を図ることができる。
According to the configuration described above, the switching
また、IGBT51〜56のONスイッチング時にダイオード51a〜56aが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を低減する手段により、平滑コンデンサに流入されにくくなるので、更に、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。
Further, the means for reducing the high-frequency component current caused by the recovery current flowing through the
ここで、高周波成分の電流を低減する手段として、スナバコンデンサ59を備え、このスナバコンデンサ59により、IGBT51〜56のONスイッチング時にダイオード51a〜56aが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を低減することが可能である。
Here, a
また、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ59の一端に接続された第1のインダクタ58aと、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ59の他端に接続された第2のインダクタ58bを備えることにより、IGBT51〜56のONスイッチング時にダイオード51a〜56aが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を平滑コンデンサに流入するのを低減できる。
One end is connected to the power line of the DC power supply, the other end is connected to one end of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Based on the meaning of this invention, it can implement with a various form.
例えば、上記実施形態では、直流電源2の端子間電圧が高い場合に正弦波PWM制御モードとなり、直流電源2の端子間電圧が低い場合に矩形波制御モードとなる例を示したが、このような動作モードの切替は一例であり、例えば、推定される平滑コンデンサ27の温度が低い場合にはPWM制御モードとし、推定される平滑コンデンサ27の温度が上昇するにつれてスイッチング信号のデューティが大きくなり、推定される平滑コンデンサ27の温度が閾値を超えると矩形波制御モードとなるように動作モードを切り替えるように構成してもよい。また、直流電源2の端子間電圧以外の各種条件に応じて動作モードを切り替えるように構成してもよい。
For example, in the above embodiment, the sine wave PWM control mode is set when the voltage between the terminals of the
また、上記実施形態では、3相高電圧交流モータ3を負荷として駆動する構成を示したが、このような負荷に限定されるものではない。
Moreover, in the said embodiment, although the structure which drives the three-phase high voltage alternating
また、上記実施形態では、温度検出手段として、平滑コンデンサの温度を直接検出する温度センサ57aを用いたが、例えば、IGBT51〜56の各々に内蔵された温度センサ、モータ3の温度を検出する温度センサから平滑コンデンサの温度を推定してもよい。また、モータ3に流れる電流を検出する電流センサの出力から平滑コンデンサの温度を推定するようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、IGBT51〜56の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようにスイッチング速度調整回路30を構成し、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示する(S106〜S118)ように構成したが、例えば、IGBT51〜56の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を直線的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を直線的に調整するようにスイッチング速度調整回路30を構成し、スイッチング信号のスイッチング速度が直線的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示する(S106〜S118)ように構成してもよい。
In the above embodiment, the switching
1 負荷制御装置
2 直流電源
3 モータ
10 通信調停用マイコン
15 パワー半導体駆動用マイコン
30 スイッチングスピード調整回路
51〜56 IGBT
57 平滑コンデンサ
58a、58b インダクタンス
59 スナバコンデンサ
60 MG−ECU
DESCRIPTION OF
57
Claims (7)
前記直流電源間に配置された平滑コンデンサ(57)と、
前記平滑コンデンサ(57)の温度に応じた信号を出力する温度検出手段(57a)と、
前記複数のスイッチング素子(51〜56)を制御するスイッチング信号のスイッチング速度を調整するスイッチング速度調整回路(30)と、
前記温度検出手段(57a)より出力される信号に基づいて推定される前記平滑コンデンサ(57)の温度が高くなるほど前記スイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるように前記スイッチング速度調整回路(30)に指示する速度調整指示手段(S106〜S118)と、を備えたことを特徴とする負荷制御装置。 An inverter that is arranged between the DC power sources and that bridge-connects a plurality of switching elements (51 to 56);
A smoothing capacitor (57) disposed between the DC power sources;
Temperature detecting means (57a) for outputting a signal corresponding to the temperature of the smoothing capacitor (57);
A switching speed adjustment circuit (30) for adjusting a switching speed of a switching signal for controlling the plurality of switching elements (51 to 56);
Instructs the switching speed adjustment circuit (30) so that the switching speed of the switching signal becomes slower as the temperature of the smoothing capacitor (57) estimated based on the signal output from the temperature detecting means (57a) becomes higher. And a speed adjustment instruction means (S106 to S118) for performing the load control.
前記速度調整指示手段(S106〜S118)は、前記スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるように前記スイッチング速度調整回路に指示することを特徴とする請求項1に記載の負荷制御装置。 The switching speed adjusting circuit (30) adjusts the switching speed of the switching signal stepwise by changing stepwise the resistance value of the gate resistance connected to each gate of the plurality of switching elements (51 to 56). Is supposed to
The load control apparatus according to claim 1, wherein the speed adjustment instruction means (S106 to S118) instructs the switching speed adjustment circuit so that a switching speed of the switching signal is decreased in a stepwise manner.
前記直流電源間に、前記スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時に前記ダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流とその周波数を低減する手段を有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の負荷制御装置。 A diode (51a-56a) is connected to each of the plurality of switching elements (51-56) in parallel with the switching element,
A means for reducing a recovery current flowing through the diodes (51a to 56a) when the switching elements (51 to 56) are ON-switched and a frequency between the DC power sources is provided. 4. The load control device according to any one of 4.
前記リカバリ電流とその周波数低減手段は、前記3つの直列回路(51と52、53と54、55と56)と並列に接続されたスナバコンデンサ(59)を有していることを特徴とする請求項5に記載の負荷制御装置。 The inverter is configured by connecting in parallel three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56) formed by connecting upper arm side switching elements and lower arm side switching elements in series.
The recovery current and its frequency reduction means comprise a snubber capacitor (59) connected in parallel with the three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56). Item 6. The load control device according to Item 5.
一端が前記直流電源のグランドラインに接続され、他端が前記スナバコンデンサ(59)の他端に接続された第2のインダクタ(58b)を有していることを特徴とする請求項6に記載の負荷制御装置。 A first inductor (58a) having one end connected to a power supply line of the DC power supply and the other end connected to one end of the snubber capacitor (59);
The second inductor (58b) having one end connected to the ground line of the DC power supply and the other end connected to the other end of the snubber capacitor (59). Load control device.
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Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
JP2014103703A (en) * | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Sharp Corp | Motor controlling device |
WO2016098160A1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 三菱電機株式会社 | Power converter, compressor, air blower, and air conditioner |
CN109936326A (en) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 发那科株式会社 | Motor drive and electric motor drive system |
JP2022036727A (en) * | 2020-08-24 | 2022-03-08 | 株式会社Soken | Controller for inverter |
-
2011
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014103703A (en) * | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Sharp Corp | Motor controlling device |
WO2016098160A1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 三菱電機株式会社 | Power converter, compressor, air blower, and air conditioner |
CN109936326A (en) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 发那科株式会社 | Motor drive and electric motor drive system |
US10840848B2 (en) | 2017-12-19 | 2020-11-17 | Fanuc Corporation | Motor driver and motor driving system |
CN109936326B (en) * | 2017-12-19 | 2021-07-27 | 发那科株式会社 | Motor drive device and motor drive system |
JP2022036727A (en) * | 2020-08-24 | 2022-03-08 | 株式会社Soken | Controller for inverter |
JP7354962B2 (en) | 2020-08-24 | 2023-10-03 | 株式会社デンソー | Inverter control device and program |
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