JP2013021868A - Control device for switching circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、スイッチング回路の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a switching circuit.
従来、例えば電動車両などに搭載され、直流電源から供給される電力を用いてスイッチング回路のスイッチング素子をON/OFF制御することでモータなどの負荷を駆動させる電圧変換装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この電圧変換装置に具備されるスイッチング回路は、高電位側端子に接続されてハイサイドアームを構成するハイ側スイッチング素子と、低電位側端子に接続されてローサイドアームを構成するロー側スイッチング素子と、各スイッチング素子に逆導通方向に並列に接続される還流ダイオードとにより構成され、ハイサイドアームとローサイドアームとの接続点にはモータなどの誘導性負荷が接続されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a voltage converter that is mounted on, for example, an electric vehicle and drives a load such as a motor by controlling ON / OFF of a switching element of a switching circuit using electric power supplied from a DC power source (for example, , See Patent Document 1).
A switching circuit included in the voltage converter includes a high-side switching element that is connected to a high-potential side terminal to configure a high-side arm, and a low-side switching element that is connected to a low-potential-side terminal to configure a low-side arm. Each of the switching elements includes a free-wheeling diode connected in parallel in the reverse conduction direction, and an inductive load such as a motor is connected to a connection point between the high-side arm and the low-side arm.
ところで、上記従来技術に係る電圧変換装置に具備されるスイッチング回路において、例えばスイッチング素子としてMOSFET(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)のような逆導通可能な双方向性の半導体素子を採用して、例えば相補PWM(パルス幅変調)によってハイサイドアームおよびローサイドアームの各スイッチング素子を交互にON/OFF駆動させると、各スイッチング素子がONからOFFへと切り換わるときにスイッチング回路に流れる転流電流(逆方向電流)は並列接続されたスイッチング素子および還流ダイオードに流れる。 By the way, in the switching circuit provided in the voltage converter according to the above-described prior art, a bidirectional semiconductor element capable of reverse conduction such as a MOSFET (Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor) is employed as a switching element, for example. For example, when the switching elements of the high side arm and the low side arm are alternately turned ON / OFF by complementary PWM (pulse width modulation), the commutation current that flows in the switching circuit when each switching element is switched from ON to OFF. (Reverse current) flows through the switching element and the free wheel diode connected in parallel.
この場合には、例えば転流電流(逆方向電流)が還流ダイオードのみに流れる場合に比べて、並列接続されたスイッチング素子および還流ダイオードの合成抵抗が小さくなることに伴って、スイッチング回路全体としての損失を低減させることができる。
しかも、還流ダイオードの導通損失および発熱が低減されることから、例えば還流ダイオードを小型化するなどによって還流ダイオードの耐熱性能を低下させることができ、還流ダイオードに必要される費用を削減することができる。
In this case, for example, the commutation current (reverse current) flows only in the freewheeling diode, and as a result, the combined resistance of the switching element connected in parallel and the freewheeling diode is reduced. Loss can be reduced.
In addition, since the conduction loss and heat generation of the freewheeling diode are reduced, the heat resistance performance of the freewheeling diode can be reduced by reducing the size of the freewheeling diode, for example, and the cost required for the freewheeling diode can be reduced. .
しかしながら、スイッチング素子では順方向電流が流れる場合と転流電流(逆方向電流)が流れる場合との両方において導通損失が生じ、例えば順方向電流のみが流れる場合に比べて、スイッチング素子での発熱の増大に伴って耐熱性能を増大させる必要が生じる虞がある。
スイッチング素子の耐熱性能を増大させるためには、例えば、スイッチング素子を大型化したり、スイッチング素子を並列化された複数の素子により構成するなどの方法が知られているが、スイッチング素子は還流ダイオードに比べて複雑な構造を有することから、スイッチング素子の耐熱性能を増大させることに要する費用が還流ダイオードの耐熱性能を低下させることで削減される費用を上回る虞があり、構成に要する費用が嵩むという問題が生じる。
However, in the switching element, conduction loss occurs in both the case where the forward current flows and the case where the commutation current (reverse current) flows. For example, compared to the case where only the forward current flows, heat generation in the switching element There is a possibility that the heat resistance performance needs to be increased with the increase.
In order to increase the heat resistance performance of the switching element, for example, there are known methods such as increasing the size of the switching element or configuring the switching element by a plurality of elements arranged in parallel. Compared to having a complicated structure, the cost required to increase the heat resistance performance of the switching element may exceed the cost reduced by reducing the heat resistance performance of the reflux diode, and the cost required for the configuration will increase. Problems arise.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成に要する費用が嵩むことを防止しつつ、スイッチング回路の熱損傷を防止することが可能なスイッチング回路の制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching circuit control device capable of preventing thermal damage to the switching circuit while preventing an increase in cost required for the configuration. .
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の請求項1に係るスイッチング回路の制御装置は、ハイ側スイッチング素子(例えば、実施の形態での各トランジスタUH,VH,WH)および還流ダイオード(例えば、実施の形態での各還流ダイオードDUH,DVH,DWH)を逆並列に接続してなるハイ側アームと、ロー側スイッチング素子(例えば、実施の形態での各トランジスタUL,VL,WL)および還流ダイオード(例えば、実施の形態での各還流ダイオードDUL,DVL,DWL)を逆並列に接続してなるロー側アームとを、直列に接続して構成されるスイッチング回路の制御装置であって、所定のスイッチング周期において、前記ハイ側スイッチング素子のオンデューティと前記ロー側スイッチング素子のオンデューティとを独立に設定可能なデューティ設定手段(例えば、実施の形態でのPWM演算部25)と、前記ハイ側アームおよび前記ロー側アームの接続点に接続された負荷(例えば、実施の形態でのモータ12)に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段(例えば、実施の形態での各相電流検出部32)と、前記負荷電流検出手段によって検出された前記負荷電流に基づき、前記ハイ側スイッチング素子および前記ロー側スイッチング素子のうち何れのスイッチング素子に順方向電流が流れていないかを判定する第1判定手段(例えば、実施の形態でのPWM演算部25が兼ねる)と、を備え、前記デューティ設定手段は、前記第1判定手段によって前記順方向電流が流れていないと判定された前記スイッチング素子の前記オンデューティをゼロに設定する。
In order to solve the above problems and achieve the object, a switching circuit control device according to claim 1 of the present invention includes a high-side switching element (for example, each transistor UH, VH, WH in the embodiment) and A high-side arm formed by connecting free-wheeling diodes (for example, the free-wheeling diodes DUH, DVH, and DWH in the embodiment) in antiparallel, and a low-side switching element (for example, each of the transistors UL, VL, WL) and a freewheeling diode (for example, each freewheeling diode DUL, DVL, DWL in the embodiment) connected in series to a low-side arm, and a switching circuit control device configured in series In the predetermined switching cycle, the on-duty of the high-side switching element and the on-state of the low-side switching element Duty setting means (for example,
さらに、本発明の請求項2に係るスイッチング回路の制御装置は、前記第1判定手段によって前記順方向電流が流れていないと判定された前記スイッチング素子の前記オンデューティをゼロに設定するか否かを判定する第2判定手段(例えば、実施の形態での逆方向デューティ判定部25a)を備え、前記デューティ設定手段は、前記第2判定手段によって前記オンデューティをゼロに設定すると判定された場合に、前記第1判定手段によって前記順方向電流が流れていないと判定された前記スイッチング素子の前記オンデューティをゼロに設定する。 Furthermore, the switching circuit control apparatus according to claim 2 of the present invention sets whether or not the on-duty of the switching element, which is determined by the first determination means that the forward current is not flowing, is set to zero. In the case where it is determined that the on-duty is set to zero by the second determination means. The on-duty of the switching element determined by the first determination means that the forward current is not flowing is set to zero.
さらに、本発明の請求項3に係るスイッチング回路の制御装置では、前記第2判定手段は、前記負荷電流の絶対値あるいは前記順方向電流の導通損失が所定値以上の場合に、前記第1判定手段によって前記順方向電流が流れていないと判定された前記スイッチング素子の前記オンデューティをゼロに設定すると判定する。 Further, in the switching circuit control device according to claim 3 of the present invention, the second determination means may perform the first determination when the absolute value of the load current or the conduction loss of the forward current is equal to or greater than a predetermined value. It is determined that the on-duty of the switching element determined by the means that the forward current is not flowing is set to zero.
本発明の請求項1に係るスイッチング回路の制御装置によれば、ハイ側スイッチング素子およびロー側スイッチング素子を相補動作でオン/オフ駆動させる場合に比べて、逆導通可能な双方向性のスイッチング素子の導通損失を低減することができる。
これにより、例えば、スイッチング素子を大型化したり、スイッチング素子を並列化された複数の素子により構成するなどによって、スイッチング素子の耐熱性能を増大させる必要が生じることを防止し、装置構成に要する費用が嵩むことを防止しつつ、スイッチング素子および還流ダイオードが熱損傷することを防止することができる。
しかも、負荷の制御に用いられる負荷電流を検出する負荷電流検出手段の検出結果を用いることから、ハイ側スイッチング素子および前記ロー側スイッチング素子のうち何れのスイッチング素子に順方向電流が流れていないかを判定するための特別な検出デバイスを必要とせず、装置構成に要する費用が嵩むことを防止することができる。
According to the switching circuit control device of the first aspect of the present invention, a bidirectional switching element capable of reverse conduction as compared with the case where the high-side switching element and the low-side switching element are turned on / off in a complementary operation. The conduction loss can be reduced.
As a result, for example, it is possible to prevent the necessity of increasing the heat resistance performance of the switching element by increasing the size of the switching element or configuring the switching element by a plurality of elements arranged in parallel. It is possible to prevent the switching element and the reflux diode from being thermally damaged while preventing the bulking.
Moreover, since the detection result of the load current detection means for detecting the load current used for load control is used, which of the high-side switching element and the low-side switching element does not have a forward current flowing therethrough Therefore, it is possible to prevent an increase in the cost required for the apparatus configuration without requiring a special detection device for determining the above.
さらに、本発明の請求項2に係るスイッチング回路の制御装置によれば、第2判定手段により、第1判定手段によって順方向電流が流れていないと判定されたスイッチング素子のオンデューティをゼロに設定するか否かを判定することができる。
したがって、スイッチング回路の運転状況に応じて、第1判定手段によって順方向電流が流れていないと判定されたスイッチング素子のオンデューティをゼロに設定して、逆方向電流によりスイッチング素子に発生する損失を低減する場合と、第1判定手段によって順方向電流が流れていないと判定されたスイッチング素子のオンデューティをゼロに設定せずに、逆方向電流がスイッチング素子と還流ダイオードとの両方を流れるようにしてスイッチング回路の損失を低減させる場合とを、切り替えて運転することができる。
Furthermore, according to the switching circuit control apparatus of the second aspect of the present invention, the on-duty of the switching element determined by the second determination means that the forward current is not flowing by the first determination means is set to zero. Whether or not to do so can be determined.
Therefore, according to the operation state of the switching circuit, the on-duty of the switching element determined that the forward current is not flowing by the first determination unit is set to zero, and the loss generated in the switching element due to the reverse current is reduced. In this case, the reverse current flows through both the switching element and the free wheeling diode without setting the on-duty of the switching element determined that the forward current is not flowing by the first determination means to zero. Thus, the switching operation can be switched between the case of reducing the loss of the switching circuit.
さらに、本発明の請求項3に係るスイッチング回路の制御装置によれば、負荷電流が小さく、スイッチング素子の発熱が小さい場合には、転流電流(逆方向電流)がスイッチング素子と還流ダイオードとの両方に流れるようにすることができる。
転流電流(逆方向電流)がスイッチング素子と還流ダイオードとの両方に流れる場合には、転流電流が還流ダイオードのみを流れる場合、あるいは、逆方向電流がスイッチング素子のみに流れる場合に比べて、導通抵抗を低減することができ、逆方向電流が流れることによって発生する導通損失を低減することができ、スイッチング回路の損失を低減することができる。
Furthermore, according to the switching circuit control apparatus of the third aspect of the present invention, when the load current is small and the heating of the switching element is small, the commutation current (reverse current) is generated between the switching element and the free wheel diode. It can be made to flow in both.
When the commutation current (reverse current) flows through both the switching element and the return diode, compared to when the commutation current flows only through the return diode or when the reverse current flows only through the switching element, The conduction resistance can be reduced, the conduction loss caused by the reverse current flowing can be reduced, and the loss of the switching circuit can be reduced.
以下、本発明の一実施形態に係るスイッチング回路の制御装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態によるスイッチング回路の制御装置10は、例えば車両に搭載され、図1および図2に示すように、バッテリ11を直流電源として3相(例えば、U相、V相、W相の3相)交流のブラシレスDCモータ12(以下、単に、モータ12と呼ぶ)を制御するインバータ13と、処理装置14とを備えて構成されている。
Hereinafter, a control device for a switching circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The switching
インバータ13は、スイッチング素子(例えば、双方向性のMOSFET:Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路(スイッチング回路)13aと平滑コンデンサCとを具備し、このブリッジ回路13aがパルス幅変調(PWM)された信号によって駆動される。
The
このブリッジ回路13aでは、例えば各相毎に対をなすハイ側およびロー側U相トランジスタUH,ULと、ハイ側およびロー側V相トランジスタVH,VLと、ハイ側およびロー側W相トランジスタWH,WLとがブリッジ接続されている。
そして、各トランジスタUH,VH,WHはドレインがバッテリ11の正極側端子に接続されてハイ側アームを構成し、各トランジスタUL,VL,WLはソースがバッテリ11の接地された負極側端子に接続されてロー側アームを構成している。
そして、各相毎に、ハイ側アームの各トランジスタUH,VH,WHのソースはロー側アームの各トランジスタUL,VL,WLのドレインに接続され、各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのドレイン−ソース間には、ソースからドレインに向けて順方向となるようにして各還流ダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLが接続されている。
In this
Each of the transistors UH, VH, and WH has a drain connected to the positive terminal of the
For each phase, the sources of the high-side arm transistors UH, VH, WH are connected to the drains of the low-side arm transistors UL, VL, WL, and the transistors UH, UL, VH, VL, WH, The free-wheeling diodes DUH, DUL, DVH, DVL, DWH, and DWL are connected between the drain and source of WL so as to be in the forward direction from the source to the drain.
つまり、ブリッジ回路13aは、各相毎にハイ側スイッチング素子(各トランジスタUH,VH,WH)および還流ダイオード(各還流ダイオードDUH,DVH,DWH)を逆並列に接続(すなわち、双方向導通型のハイ側スイッチング素子と、該ハイ側スイッチング素子の順方向導通に対して逆導通する還流ダイオードとを並列に接続)してなるハイ側アームと、各相毎にロー側スイッチング素子(各トランジスタUL,VL,WL)および還流ダイオード(各還流ダイオードDUL,DVL,DWL)を逆並列に接続(すなわち、双方向導通型のロー側スイッチング素子と、該ロー側スイッチング素子の順方向導通に対して逆導通する還流ダイオードとを並列に接続)してなるロー側アームとが、各相毎に直列に接続されて構成されている。
そして、各相毎に、ハイ側アームおよびロー側アームの接続点にモータ12のステータ巻線12aが接続されている。
That is, the
And the stator winding 12a of the
インバータ13は、例えばモータ12の駆動時において、処理装置14から出力されて各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号(つまり、PWM信号)に基づき、各相毎に対をなす各トランジスタのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り替える。これによって、バッテリ11から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、3相のステータ巻線12aへの通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線12aに交流のU相電流IuおよびV相電流IvおよびW相電流Iwを通電する。
For example, when the
一方、例えばモータ12の回生時において、インバータ13は、モータ12の回転角に基づいて同期がとられて処理装置14から出力されるゲート信号(つまり、PWM信号)に基づき、各相毎に対をなす各トランジスタのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り替えることによって、モータ12から出力される3相交流電力を直流電力に変換してバッテリ11に充電可能である。
On the other hand, at the time of regeneration of the
処理装置14は、例えば、回転直交座標をなすdq座標上で電流のフィードバック制御(ベクトル制御)をおこなうものであり、目標d軸電流Idc及び目標q軸電流Iqcを演算する。そして、目標d軸電流Idc及び目標q軸電流Iqcに基づいて各相電圧指令Vu,Vv,Vwを算出し、各相電圧指令Vu,Vv,Vwに応じてインバータ13に対するゲート信号であるPWM信号を出力する。そして、実際にインバータ13からモータ12に供給される各相電流Iu,Iv,Iwをdq座標上に変換して得たd軸電流Id及びq軸電流Iqと、目標d軸電流Idc及び目標q軸電流Iqcとの各偏差がゼロとなるように制御をおこなう。
The
処理装置14は、例えば、電流指令演算部21と、差分演算部22と、電流フィードバック演算部23と、dq−3相変換部24と、PWM演算部25と、3相−dq変換部26とを備えて構成されている。
The
電流指令演算部21は、モータ12の目標トルクと回転数とに基づき、インバータ13からモータ12に供給される各相電流Iu,Iv,Iwを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上での目標d軸電流Idc及び目標q軸電流Iqcとして差分演算部22へ出力されている。
The current
なお、モータ12の回転数は、例えば、回転子(図示略)の回転角(例えば、所定の基準回転位置からの回転子の磁極の回転角度)を検出する回転角センサ31から出力される検出値に基づき算出されてもよいし、あるいは、回転子(図示略)の回転数を検出する回転数センサ(図示略)により検出されてもよい。
The rotation speed of the
電流指令演算部21は、例えば図3に示すように、予めモータ12の目標トルクと回転数とスイッチング素子の順方向電流との所定の対応関係を示すマップなどのデータを複数の異なる電源電圧(つまり、バッテリ11の出力電圧)毎に対応付けて記憶している。
そして、電流指令演算部21は、モータ12の目標トルクと回転数と電源電圧とに応じたスイッチング素子の順方向電流を、予め記憶しているマップに対するマップ検索などにより取得し、この順方向電流に応じた目標d軸電流Idc及び目標q軸電流Iqcを演算する。
For example, as shown in FIG. 3, the current
Then, the current
なお、例えば図3に示す適宜の電源電圧Aに対する所定のマップでは、目標トルクの増大あるいは回転数の増大あるいは電源電圧の低下に伴い、順方向電流が増大傾向に変化するように設定されているが、これに限定されず、例えばモータ12やインバータ13などの特性あるいは素子特性データなどに応じた適宜の傾向を示すように設定されてもよい。
Note that, for example, in a predetermined map for an appropriate power supply voltage A shown in FIG. 3, the forward current is set to increase as the target torque increases, the rotation speed increases, or the power supply voltage decreases. However, the present invention is not limited to this, and for example, it may be set to show an appropriate tendency according to the characteristics of the
また、回転直交座標をなすdq座標は、例えばモータ12の回転子(図示略)に具備される永久磁石による界磁極の磁束方向をd軸(界磁軸)とし、このd軸と直交する方向をq軸(トルク軸)としており、回転子の回転位相に同期して回転している。
これにより、インバータ13からモータ12の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号である目標d軸電流Idcおよび目標q軸電流Iqcを与えるようになっている。
Further, the dq coordinate forming the rotation orthogonal coordinate is, for example, a direction perpendicular to the d axis, where the magnetic flux direction of the field pole by the permanent magnet provided in the rotor (not shown) of the
As a result, the target d-axis current Idc and the target q-axis current Iqc, which are DC signals, are given as current commands for the AC signal supplied from the
差分演算部22は、電流指令演算部21から出力される目標d軸電流Idcおよび目標q軸電流Iqcと3相−dq変換部26から出力されるd軸電流Idおよびq軸電流Iqとの各偏差ΔId,ΔIqを算出する。
電流フィードバック演算部23は、例えばPID(比例積分微分)動作などにより、各偏差ΔId,ΔIqを制御増幅してd軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqを算出する。
The
The current
dq−3相変換部24は、モータ12の回転子(図示略)の回転角を検出する回転角センサ31から出力される回転角の検出値により、dq座標上でのd軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqを、静止座標である3相交流座標上での電圧指令値であるU相出力電圧VuおよびV相出力電圧VvおよびW相出力電圧Vwに変換する。
The dq-3
PWM演算部25は、例えばモータ12の駆動時には、各相のステータ巻線12aに交流の正弦波状のU相電流IuおよびV相電流IvおよびW相電流Iwを通電するために、各相出力電圧Vu,Vv,Vwと三角波などのキャリア信号とを比較して、インバータ13の各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLをオン/オフ駆動させるゲート信号(つまり、PWM信号)を生成する。
For example, when the
PWM演算部25は、ハイ側アームおよびロー側アームの各スイッチング素子のオンデューティを独立に設定可能である。
PWM演算部25は、例えば図4(A),(B)および図5(A),(B)に示すように、いわゆる相補PWM(パルス幅変調)によってブリッジ回路13aのハイ側アームおよびロー側アームの各スイッチング素子を交互にON/OFF駆動させる動作と、順方向電流が流れていないスイッチング素子(つまり転流電流が流れている還流ダイオードに並列に接続されたスイッチング素子)のオンデューティである逆方向デューティをゼロとする動作とを、切り替えて実行する。
そして、各相毎のハイ側スイッチング素子およびロー側スイッチング素子のオンの比率は、各相毎のハイ側およびロー側オンデューティDutyU(H,L),DutyV(H,L),DutyW(H,L)により設定されている。
The
For example, as shown in FIGS. 4 (A), 4 (B) and FIGS. 5 (A), (B), the
The ON ratio of the high-side switching element and the low-side switching element for each phase is as follows: high-side and low-side on-duty DutyU (H, L), DutyV (H, L), DutyW (H, for each phase) L).
PWM演算部25は、各相電流検出部32により検出された各相電流Iu,Iv,Iwの検出値に基づき、ハイ側スイッチング素子および前記ロー側スイッチング素子のうち何れのスイッチング素子に順方向電流が流れていないかを判定しており、さらに、この判定結果において順方向電流が流れていないと判定されたスイッチング素子のオンデューティ(つまり逆方向デューティ)をゼロに設定するか否かを判定する逆方向デューティ判定部25aを備えている。
Based on the detected values of the phase currents Iu, Iv, and Iw detected by the phase
PWM演算部25は、例えば、通常の制御動作として相補PWM(パルス幅変調)による動作を実行しており、この場合には、ハイ側アームのハイ側スイッチング素子(SW1)のオンおよびロー側アームのロー側スイッチング素子(SW2)のオフの状態と、ハイ側アームのハイ側スイッチング素子(SW1)のオフおよびロー側アームのロー側スイッチング素子(SW2)のオンの状態とが、交互に切り替えられる。
For example, the
これにより、例えば図4(A),図5(A)に示すように、ハイ側アームのハイ側スイッチング素子(SW1)のオンにおいてハイ側スイッチング素子(SW1)に順方向電流が流れる場合には、ロー側アームのロー側スイッチング素子(SW2)のオンにおいてロー側スイッチング素子(SW2)に逆方向電流が流れると共に、このロー側スイッチング素子(SW2)に逆並列に接続されている還流ダイオード(2)に転流電流が流れる。
この場合、例えば、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティ(SW2_Ton)は、順方向電流が流れるスイッチング素子のオンデューティ(SW1_Ton)およびデッドタイム(Tdead)に応じた値(=100%−SW1_Ton%−Tdead%)とされる。
Accordingly, for example, as shown in FIGS. 4A and 5A, when a forward current flows through the high-side switching element (SW1) when the high-side switching element (SW1) of the high-side arm is turned on. When the low-side switching element (SW2) of the low-side arm is turned on, a reverse current flows through the low-side switching element (SW2), and the free-wheeling diode (2) connected in reverse parallel to the low-side switching element (SW2) ) Commutation current.
In this case, for example, the on-duty (SW2_Ton) of the switching element in which the forward current does not flow is a value (= 100% −) corresponding to the on-duty (SW1_Ton) and the dead time (Tdead) of the switching element in which the forward current flows. SW1_Ton% -Tdead%).
一方、ロー側アームのロー側スイッチング素子(SW2)のオンにおいてロー側スイッチング素子(SW2)に順方向電流が流れる場合には、ハイ側アームのハイ側スイッチング素子(SW1)のオンにおいてハイ側スイッチング素子(SW1)に逆方向電流が流れると共に、このハイ側スイッチング素子(SW1)に逆並列に接続されている還流ダイオード(1)に転流電流が流れる。 On the other hand, when a forward current flows through the low-side switching element (SW2) when the low-side switching element (SW2) of the low-side arm is on, high-side switching is performed when the high-side switching element (SW1) of the high-side arm is on. A reverse current flows through the element (SW1), and a commutation current flows through the freewheeling diode (1) connected in antiparallel to the high-side switching element (SW1).
なお、順方向電流が流れていないスイッチング素子(つまり、転流電流が流れている還流ダイオードに並列に接続されたスイッチング素子)のオンの状態において、並列接続されたスイッチング素子および還流ダイオードの両方に転流電流(逆方向電流)が流れる場合には、例えば図6に示すように、転流電流(逆方向電流)がスイッチング素子のみ、あるいは還流ダイオードのみに流れる場合に比べて、並列接続されたスイッチング素子および還流ダイオードの合成抵抗が小さくなることに伴って、スイッチング回路全体としての損失を低減させることができる。 Note that, in a state where the switching element in which the forward current does not flow (that is, the switching element connected in parallel to the freewheeling diode in which the commutation current flows) is on, both the switching element and the freewheeling diode connected in parallel When the commutation current (reverse current) flows, for example, as shown in FIG. 6, compared to the case where the commutation current (reverse current) flows only to the switching element or only to the freewheeling diode, As the combined resistance of the switching element and the freewheeling diode decreases, the loss of the entire switching circuit can be reduced.
また、PWM演算部25は、順方向電流が流れていないと判定したスイッチング素子(つまり転流電流が流れている還流ダイオードに並列に接続されたスイッチング素子)のオンデューティ(つまり逆方向デューティ)をゼロに設定すると逆方向デューティ判定部25aによって判定された場合には、この逆方向デューティをゼロとする。
この場合には、順方向電流が流れるスイッチング素子のオンおよび転流電流が流れる還流ダイオードに並列に接続されたスイッチング素子のオフの状態と、順方向電流が流れるスイッチング素子のオフおよび転流電流が流れる還流ダイオードに並列に接続されたスイッチング素子のオフの状態とが、交互に切り替えられる。
Further, the
In this case, the ON state of the switching element in which the forward current flows and the OFF state of the switching element connected in parallel to the free wheel diode in which the commutation current flows, and the OFF state and the commutation current of the switching element in which the forward current flows are The switching element connected in parallel to the flowing free-wheeling diode is alternately switched off.
これにより、例えば図4(B),図5(B)および図7(A),(B)に示すように、に示すように、ハイ側アームのハイ側スイッチング素子(SW1)のオンにおいてハイ側スイッチング素子(SW1)に順方向電流が流れる場合には、ハイ側スイッチング素子(SW1)のオン/オフにかかわらずにロー側アームのロー側スイッチング素子(SW2)はオンとされず、転流時にはロー側スイッチング素子(SW2)に逆並列に接続されている還流ダイオード(2)にのみ転流電流が流れる。
この場合、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティ(SW2_Ton)はゼロである。
As a result, for example, as shown in FIGS. 4B, 5B and 7A, 7B, the high side switching element (SW1) of the high side arm is turned on as shown in FIG. When a forward current flows through the high-side switching element (SW1), the low-side switching element (SW2) of the low-side arm is not turned on regardless of whether the high-side switching element (SW1) is turned on or off. Sometimes a commutation current flows only through the freewheeling diode (2) connected in antiparallel to the low-side switching element (SW2).
In this case, the on-duty (SW2_Ton) of the switching element in which the forward current does not flow is zero.
一方、ロー側アームのロー側スイッチング素子(SW2)のオンにおいてロー側スイッチング素子(SW2)に順方向電流が流れる場合には、ロー側スイッチング素子(SW2)のオン/オフにかかわらずにハイ側アームのハイ側スイッチング素子(SW1)はオンとされず、このハイ側スイッチング素子(SW1)に逆並列に接続されている還流ダイオード(1)に転流電流が流れる。 On the other hand, when a forward current flows through the low-side switching element (SW2) when the low-side switching element (SW2) of the low-side arm is turned on, the high-side regardless of whether the low-side switching element (SW2) is on or off. The high-side switching element (SW1) of the arm is not turned on, and a commutation current flows through the free-wheeling diode (1) connected in antiparallel to the high-side switching element (SW1).
逆方向デューティ判定部25aは、例えば、各相電流検出部32により検出された各相電流Iu,Iv,Iwの絶対値または順方向電流の絶対値が所定値以上の場合、あるいは順方向電流の導通損失が所定値以上の場合に、順方向電流が流れていないと判定されたスイッチング素子のオンデューティ(つまり逆方向デューティ)をゼロに設定すると判定する。
The reverse
3相−dq変換部26は、各相電流検出部32により検出された各相電流Iu,Iv,Iwの検出値と、回転角センサ31から出力される回転角の検出値とにより、モータ12の回転位相による回転座標すなわちdq座標上でのd軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。
The three-phase-dq
本実施の形態によるスイッチング回路の制御装置10は上記構成を備えており、次に、このスイッチング回路の制御装置10の動作例について説明する。
The switching
先ず、例えば図8に示すステップS01においては、モータ12の目標トルクおよび回転角および相電流と、電源電圧(つまり、バッテリ11の出力電圧)を取得する。
次に、ステップS02においては、モータ12の目標トルクと回転数と電源電圧とに応じたスイッチング素子の順方向電流を、予め記憶しているマップに対するマップ検索などにより演算する。
First, for example, in step S01 shown in FIG. 8, the target torque, rotation angle and phase current of the
Next, in step S02, the forward current of the switching element according to the target torque, rotation speed, and power supply voltage of the
次に、ステップS03においては、負荷電流(例えば、モータ12の相電流)がゼロよりも大きい(つまり、符号が正である)か否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS10に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS04に進む。
Next, in step S03, it is determined whether or not the load current (for example, the phase current of the motor 12) is greater than zero (that is, the sign is positive).
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 04.
そして、ステップS04においては、順方向電流が流れるスイッチング素子のオンデューティである順方向デューティとして、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHを、順方向電流に基づき演算する。
次に、ステップS05においては、順方向電流の絶対値が所定値Xa未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS06に進み、このステップS06においては、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLをゼロとし、後述するステップS09に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS07に進む。
In step S04, the high-side on-duty DutyH of the high-side switching element is calculated based on the forward-direction current as the forward-direction duty that is the on-duty of the switching element through which the forward-direction current flows.
Next, in step S05, it is determined whether or not the absolute value of the forward current is less than a predetermined value Xa.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 06, and in this step S 06, the low-side on-duty DutyL of the low-side switching element is set to zero, and the flow proceeds to step S 09 described later.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S07.
そして、ステップS07においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、順方向電流が流れていないスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
次に、ステップS08においては、順方向デューティ(つまり、ハイ側オンデューティDutyH)およびデッドタイムTdeadに応じて、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティとして、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyL(=100%−DutyH%−Tdead%)を演算する。
そして、ステップS09においては、各相毎のハイ側およびロー側オンデューティDutyU(H,L),DutyV(H,L),DutyW(H,L)を出力し、エンドに進む。
In step S07, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element in which a forward current does not flow is acquired based on, for example, data stored in advance.
Next, in step S08, the low-side switching element is turned on as the on-duty of the switching element in which no forward current flows according to the forward duty (that is, the high-side on-duty DutyH) and the dead time Tdead. Duty DutyL (= 100% −DutyH% −Tdead%) is calculated.
In step S09, high-side and low-side on-duty duty U (H, L), Duty V (H, L), and Duty W (H, L) for each phase are output, and the process proceeds to the end.
また、ステップS10においては、順方向電流が流れるスイッチング素子のオンデューティである順方向デューティとして、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLを、順方向電流に基づき演算する。
次に、ステップS11においては、順方向電流の絶対値が所定値Xa未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS12に進み、このステップS12においては、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHをゼロとし、上述したステップS09に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS13に進む。
In step S10, the low-side on-duty DutyL of the low-side switching element is calculated based on the forward-direction current as the forward-direction duty that is the on-duty of the switching element through which the forward-direction current flows.
Next, in step S11, it is determined whether or not the absolute value of the forward current is less than a predetermined value Xa.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step
On the other hand, if the determination is “YES”, the flow proceeds to step S13.
そして、ステップS13においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、順方向電流が流れていないスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
次に、ステップS14においては、順方向デューティ(つまり、ロー側オンデューティDutyL)およびデッドタイムTdeadに応じて、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティとして、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyH(=100%−DutyL%−Tdead%)を演算し、上述したステップS09に進む。
In step S13, for example, based on data stored in advance, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element in which no forward current flows is acquired.
Next, in step S14, the high-side switching element is turned on as the on-duty of the switching element in which no forward current flows according to the forward duty (that is, the low-side on-duty DutyL) and the dead time Tdead. The duty DutyH (= 100% −DutyL% −Tdead%) is calculated, and the process proceeds to step S09 described above.
なお、上述したステップS05およびステップS11においては、例えば図9に示すステップS05aおよびステップS11aのように、順方向電流の絶対値が所定値Xa未満であるか否かを判定する代わりに、順方向電流の導通損失(順方向損失)の絶対値が所定値Ploss未満であるか否かを判定してもよい。 In step S05 and step S11 described above, instead of determining whether or not the absolute value of the forward current is less than the predetermined value Xa, for example, as in step S05a and step S11a shown in FIG. It may be determined whether or not the absolute value of the current conduction loss (forward loss) is less than a predetermined value Ploss.
上述したように、本実施の形態によるスイッチング回路の制御装置10によれば、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティをゼロに設定することにより、ハイ側スイッチング素子およびロー側スイッチング素子を相補動作でオン/オフ駆動させる場合に比べて、逆導通可能な双方向性のスイッチング素子の導通損失を低減することができる。
これにより、例えば、スイッチング素子を大型化したり、スイッチング素子を並列化された複数の素子により構成するなどによって、スイッチング素子の耐熱性能を増大させる必要が生じることを防止し、装置構成に要する費用が嵩むことを防止しつつ、スイッチング素子および還流ダイオードが熱損傷することを防止することができる。
As described above, according to the switching
As a result, for example, it is possible to prevent the necessity of increasing the heat resistance performance of the switching element by increasing the size of the switching element or configuring the switching element by a plurality of elements arranged in parallel. It is possible to prevent the switching element and the reflux diode from being thermally damaged while preventing the bulking.
しかも、モータ12の制御に用いられる負荷電流(つまり、各相電流Iu,Iv,Iw)を検出する各相電流検出部32の検出結果を用いて、ハイ側スイッチング素子およびロー側スイッチング素子のうち何れのスイッチング素子に順方向電流が流れていないかを判定することから、特別な検出デバイスを必要とせずに、装置構成に要する費用が嵩むことを防止することができる。
Moreover, the detection result of each phase
さらに、スイッチング回路の運転状況に応じて、順方向電流が流れていないと判定されたスイッチング素子のオンデューティをゼロに設定して、逆方向電流によりスイッチング素子に発生する損失を低減する場合と、順方向電流が流れていないと判定されたスイッチング素子のオンデューティをゼロに設定せずに、逆方向電流(転流電流)がスイッチング素子と還流ダイオードとの両方を流れるようにしてスイッチング回路の損失を低減させる場合とを、切り替えて、柔軟に運転することができる。 Furthermore, according to the operating state of the switching circuit, when the on-duty of the switching element determined that the forward current is not flowing is set to zero, the loss generated in the switching element due to the reverse current is reduced, Loss of switching circuit by setting reverse current (commutation current) through both switching element and freewheeling diode without setting on-duty of switching element determined that forward current is not flowing to zero It is possible to operate flexibly by switching between the cases of reducing the power consumption.
さらに、負荷電流が小さく、スイッチング素子の発熱が小さい場合には、転流電流(逆方向電流)がスイッチング素子と還流ダイオードとの両方に流れるようにすることができる。
転流電流(逆方向電流)がスイッチング素子と還流ダイオードとの両方に流れる場合には、転流電流が還流ダイオードのみを流れる場合、あるいは、逆方向電流がスイッチング素子のみに流れる場合に比べて、導通抵抗を低減することができ、逆方向電流が流れることによって発生する導通損失を低減することができ、スイッチング回路の損失を低減することができる。
Furthermore, when the load current is small and the heat generation of the switching element is small, the commutation current (reverse direction current) can flow through both the switching element and the free wheeling diode.
When the commutation current (reverse current) flows through both the switching element and the return diode, compared to when the commutation current flows only through the return diode or when the reverse current flows only through the switching element, The conduction resistance can be reduced, the conduction loss caused by the reverse current flowing can be reduced, and the loss of the switching circuit can be reduced.
なお、上述した実施の形態においては、順方向電流の絶対値が所定値Xa未満または順方向損失の絶対値が所定値Ploss未満である場合に、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティを、順方向電流が流れるスイッチング素子のオンデューティ(順方向デューティ)およびデッドタイム(Tdead)に応じた所定値(=100%−順方向デューティ%−Tdead%)としたが、これに限定されず、例えばスイッチング素子と還流ダイオードとの転流電流(逆方向電流)の通電割合に応じた値としてもよい。 In the above-described embodiment, when the absolute value of the forward current is less than the predetermined value Xa or the absolute value of the forward loss is less than the predetermined value Ploss, the on-duty of the switching element in which no forward current flows. Is a predetermined value (= 100% −forward duty% −Tdead%) corresponding to the on-duty (forward duty) and dead time (Tdead) of the switching element through which the forward current flows. However, the present invention is not limited to this. For example, it is good also as a value according to the energization ratio of the commutation current (reverse direction current) of a switching element and a return diode.
この第1変形例においては、先ず、例えば図10に示すステップS21において、モータ12の目標トルクおよび回転角および相電流と、電源電圧(つまり、バッテリ11の出力電圧)を取得する。
次に、ステップS22においては、モータ12の目標トルクと回転数と電源電圧とに応じたスイッチング素子の順方向電流を、予め記憶しているマップに対するマップ検索などにより演算する。
In the first modification, first, for example, in step S21 shown in FIG. 10, the target torque, rotation angle, phase current, and power supply voltage (that is, the output voltage of the battery 11) of the
Next, in step S22, the forward current of the switching element corresponding to the target torque, the rotation speed, and the power supply voltage of the
次に、ステップS23においては、負荷電流(例えば、モータ12の相電流)がゼロよりも大きい(つまり、符号が正である)か否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS32に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS24に進む。
Next, in step S23, it is determined whether or not the load current (for example, the phase current of the motor 12) is greater than zero (that is, the sign is positive).
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S24.
そして、ステップS24においては、順方向電流が流れるスイッチング素子のオンデューティである順方向デューティとして、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHを、順方向電流に基づき演算する。
次に、ステップS25においては、順方向電流の絶対値が所定値Xa未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS26に進み、このステップS26においては、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLをゼロとし、後述するステップS31に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS27に進む。
In step S24, the high-side on-duty DutyH of the high-side switching element is calculated based on the forward-direction current as the forward-direction duty that is the on-duty of the switching element through which the forward-direction current flows.
Next, in step S25, it is determined whether or not the absolute value of the forward current is less than a predetermined value Xa.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S27.
そして、ステップS27においては、例えば予め記憶されている所定のマップや数式などを参照して、スイッチング素子と還流ダイオードとの転流電流(逆方向電流)の通電割合を取得する。
なお、例えば図11に示す所定のマップでは、転流電流(逆方向電流)の増大に伴い、還流ダイオードの通電割合(オンデューティ)がゼロから50%よりも大きい所定の値に向かい増大傾向に変化し、かつ、スイッチング素子の通電割合が50%よりも大きい所定の値からゼロに向かい減少傾向に変化するように設定されているが、これに限定されず、例えばモータ12やインバータ13などの特性あるいは素子特性データなどに応じた適宜の傾向を示すように設定されてもよい。
そして、ステップS28においては、スイッチング素子と還流ダイオードとの転流電流(逆方向電流)の通電割合に応じて、逆方向電流を演算する。
なお、順方向電流が大きいほど、転流電流(逆方向電流)も大きくなる。
In step S27, the energization ratio of the commutation current (reverse current) between the switching element and the return diode is acquired with reference to, for example, a predetermined map or mathematical formula stored in advance.
For example, in the predetermined map shown in FIG. 11, the energization ratio (on-duty) of the freewheeling diode tends to increase from zero to a predetermined value larger than 50% as the commutation current (reverse current) increases. However, the present invention is not limited to this. For example, the
In step S28, the reverse current is calculated according to the energization ratio of the commutation current (reverse current) between the switching element and the return diode.
Note that the greater the forward current, the greater the commutation current (reverse current).
そして、ステップS29においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、順方向電流が流れていないスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
次に、ステップS30においては、逆方向電流およびデッドタイムTdeadに応じて、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティとして、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLを演算する。そして、この演算結果に対して、順方向デューティ(つまり、ハイ側オンデューティDutyH)およびデッドタイムTdeadに応じた所定の上限値(=100%−DutyH%−Tdead%)によりリミット処理を実行する。
In step S29, for example, based on data stored in advance, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element in which a forward current does not flow is acquired.
Next, in step S30, the low-side on-duty DutyL of the low-side switching element is calculated as the on-duty of the switching element in which no forward current flows, according to the reverse current and the dead time Tdead. Then, a limit process is performed on the calculation result with a predetermined upper limit value (= 100% −DutyH% −Tdead%) corresponding to the forward duty (that is, the high-side on-duty DutyH) and the dead time Tdead.
このリミット処理では、演算結果がロー側オンデューティDutyLに対する所定の上限値以下であれば、この演算結果をロー側オンデューティDutyLとして出力する。
一方、この演算結果がロー側オンデューティDutyLに対する所定の上限値よりも大きい場合には、所定の上限値をロー側オンデューティDutyLとして出力する。
そして、ステップS31においては、各相毎のハイ側およびロー側オンデューティDutyU(H,L),DutyV(H,L),DutyW(H,L)を出力し、エンドに進む。
In this limit processing, if the calculation result is equal to or less than a predetermined upper limit value for the low-side on-duty DutyL, the calculation result is output as the low-side on-duty DutyL.
On the other hand, when the calculation result is larger than a predetermined upper limit value for the low-side on-duty duty L, the predetermined upper limit value is output as the low-side on-duty duty L.
In step S31, high-side and low-side on-duty duty U (H, L), Duty V (H, L), and Duty W (H, L) for each phase are output, and the process proceeds to the end.
そして、ステップS32においては、順方向電流が流れるスイッチング素子のオンデューティである順方向デューティとして、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLを、順方向電流に基づき演算する。
次に、ステップS33においては、順方向電流の絶対値が所定値Xa未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS34に進み、このステップS34においては、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHをゼロとし、上述したステップS31に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS35に進む。
In step S32, the low-side on-duty DutyL of the low-side switching element is calculated based on the forward-direction current as the forward-direction duty that is the on-duty of the switching element through which the forward-direction current flows.
Next, in step S33, it is determined whether or not the absolute value of the forward current is less than a predetermined value Xa.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 34, and in this step S 34, the high-side on-duty DutyH of the high-side switching element is set to zero, and the flow proceeds to step
On the other hand, if the determination is “YES”, the flow proceeds to step S35.
そして、ステップS35においては、例えば予め記憶されている所定のマップや数式などを参照して、スイッチング素子と還流ダイオードとの転流電流(逆方向電流)の通電割合を取得する。
そして、ステップS36においては、スイッチング素子と還流ダイオードとの転流電流(逆方向電流)の通電割合に応じて、逆方向電流を演算する。
In step S35, for example, the energization ratio of the commutation current (reverse current) between the switching element and the return diode is acquired with reference to a predetermined map or mathematical formula stored in advance.
In step S36, the reverse current is calculated according to the energization ratio of the commutation current (reverse current) between the switching element and the return diode.
そして、ステップS37においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、順方向電流が流れていないスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
次に、ステップS38においては、逆方向電流およびデッドタイムTdeadに応じて、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティとして、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHを演算する。そして、この演算結果に対して、順方向デューティ(つまり、ロー側オンデューティDutyL)およびデッドタイムTdeadに応じた所定の上限値(=100%−DutyL%−Tdead%)によりリミット処理を実行し、上述したステップS31に進む。
In step S37, for example, based on data stored in advance, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element in which no forward current flows is acquired.
Next, in step S38, the high-side on-duty DutyH of the high-side switching element is calculated as the on-duty of the switching element in which no forward current flows, according to the reverse current and the dead time Tdead. Then, a limit process is performed on the calculation result with a predetermined upper limit value (= 100% −DutyL% −Tdead%) according to the forward duty (that is, the low-side on-duty DutyL) and the dead time Tdead, It progresses to step S31 mentioned above.
このリミット処理では、演算結果がハイ側オンデューティDutyHに対する所定の上限値以下であれば、この演算結果をハイ側オンデューティDutyHとして出力する。
一方、この演算結果がハイ側オンデューティDutyHに対する所定の上限値よりも大きい場合には、所定の上限値をハイ側オンデューティDutyHとして出力する。
そして、ステップS09においては、各相毎のハイ側およびロー側オンデューティDutyU(H,L),DutyV(H,L),DutyW(H,L)を出力し、エンドに進む。
In this limit processing, if the calculation result is equal to or less than a predetermined upper limit value for the high-side on-duty DutyH, the calculation result is output as the high-side on-duty DutyH.
On the other hand, when this calculation result is larger than a predetermined upper limit value for the high-side on-duty duty H, the predetermined upper limit value is output as the high-side on-duty duty H.
In step S09, high-side and low-side on-duty duty U (H, L), Duty V (H, L), and Duty W (H, L) for each phase are output, and the process proceeds to the end.
なお、この第1変形例において、上述したステップS25およびステップS33においては、例えば図12に示すステップS25aおよびステップS33aのように、順方向電流の絶対値が所定値Xa未満であるか否かを判定する代わりに、順方向電流の導通損失(順方向損失)の絶対値が所定値Ploss未満であるか否かを判定してもよい。 In the first modified example, in step S25 and step S33 described above, whether or not the absolute value of the forward current is less than the predetermined value Xa, for example, as in step S25a and step S33a shown in FIG. Instead of determining, it may be determined whether or not the absolute value of forward current conduction loss (forward loss) is less than a predetermined value Ploss.
この第1変形例によれば、スイッチング素子と還流ダイオードとの転流電流(逆方向電流)の通電割合に応じて、順方向電流が流れていないスイッチング素子のオンデューティを設定することにより、逆方向電流によりスイッチング素子に発生する損失を低減する動作と、スイッチング回路の損失を低減させる動作とを、より柔軟に制御することができる。 According to this first modification, the reverse duty is set by setting the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow according to the energization ratio of the commutation current (reverse current) between the switching element and the return diode. The operation of reducing the loss generated in the switching element due to the directional current and the operation of reducing the loss of the switching circuit can be controlled more flexibly.
なお、上述した実施の形態においては、PWM演算部25は、通常の制御動作として相補PWM(パルス幅変調)によるスイッチング動作を実行するとしたが、これに限定されず、単に、順方向電流が流れていないと判定したスイッチング素子のオンデューティ(つまり逆方向デューティ)をゼロに設定してもよい。
In the above-described embodiment, the
この第2変形例においては、先ず、例えば図13に示すステップS41において、モータ12の回転角および相電流と、電源電圧(つまり、バッテリ11の出力電圧)を取得する。
次に、ステップS42においては、モータ12の目標トルクと回転数と電源電圧とに応じたスイッチング素子の順方向電流を、予め記憶しているマップに対するマップ検索などにより演算する。
In the second modification, first, for example, in step S41 shown in FIG. 13, the rotation angle and phase current of the
Next, in step S42, the forward current of the switching element corresponding to the target torque, the rotation speed, and the power supply voltage of the
次に、ステップS43においては、順方向電流に基づき順方向デューティを演算する。
次に、ステップS44においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、逆方向電流が流れるスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
次に、ステップS45においては、順方向デューティおよびデッドタイムTdeadに応じて、逆方向デューティ(=100%−順方向デューティ%−Tdead%)を演算する。
Next, in step S43, the forward duty is calculated based on the forward current.
Next, in step S44, based on, for example, data stored in advance, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element in which a reverse current flows is acquired.
Next, in step S45, a reverse duty (= 100% -forward duty% -Tdead%) is calculated according to the forward duty and dead time Tdead.
次に、ステップS46においては、負荷電流(つまり、モータ12の相電流)がゼロよりも大きい(つまり、符号が正である)か否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS47に進み、このステップS47においては、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHを順方向デューティとし、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLをゼロとする。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS48に進み、このステップS48においては、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLを順方向デューティとし、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHをゼロとする。
そして、ステップS49においては、各相毎のハイ側およびロー側オンデューティDutyU(H,L),DutyV(H,L),DutyW(H,L)を出力し、エンドに進む。
Next, in step S46, it is determined whether or not the load current (that is, the phase current of the motor 12) is greater than zero (that is, the sign is positive).
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 47, in which the high-side on-duty DutyH of the high-side switching element is set as the forward duty, and the low-side on-duty DutyL of the low-side switching element is set to Zero.
On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 48, in which the low-side on-duty DutyL of the low-side switching element is the forward duty, and the high-side on-duty of the high-side switching element is Set DutyH to zero.
In step S49, the high-side and low-side on-duty duty U (H, L), Duty V (H, L), and Duty W (H, L) for each phase are output, and the process proceeds to the end.
なお、上述した実施の形態の第2変形例においては、ステップS41〜ステップS49の処理の代わりに、例えば図14に示す第3変形例のようなステップS51〜ステップS60の処理を実行してもよい。 In the second modification of the above-described embodiment, instead of the processes of steps S41 to S49, the processes of steps S51 to S60 such as the third modification shown in FIG. 14 may be executed. Good.
この第3変形例においては、先ず、例えば図14に示すステップS51において、モータ12の回転角および相電流と、電源電圧(つまり、バッテリ11の出力電圧)を取得する。
次に、ステップS52においては、モータ12の目標トルクと回転数と電源電圧とに応じたスイッチング素子の順方向電流を、予め記憶しているマップに対するマップ検索などにより演算する。
In the third modification, first, for example, in step S51 shown in FIG. 14, the rotation angle and phase current of the
Next, in step S52, the forward current of the switching element according to the target torque, the rotation speed, and the power supply voltage of the
次に、ステップS53においては、負荷電流(つまり、モータ12の相電流)がゼロよりも大きい(つまり、符号が正である)か否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS57に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS54に進む。
次に、ステップS54においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、順方向電流が流れるスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
Next, in step S53, it is determined whether or not the load current (that is, the phase current of the motor 12) is greater than zero (that is, the sign is positive).
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 57 described later.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S54.
Next, in step S54, based on, for example, data stored in advance, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element through which a forward current flows is acquired.
次に、ステップS55においては、順方向電流およびデッドタイムTdeadに基づき、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHとして、順方向デューティを演算する。
次に、ステップS56においては、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLをゼロとする。
そして、ステップS57においては、各相毎のハイ側およびロー側オンデューティDutyU(H,L),DutyV(H,L),DutyW(H,L)を出力し、エンドに進む。
Next, in step S55, based on the forward current and the dead time Tdead, the forward duty is calculated as the high-side on-duty DutyH of the high-side switching element.
Next, in step S56, the low-side on-duty duty L of the low-side switching element is set to zero.
In step S57, the high-side and low-side on-duty duty U (H, L), Duty V (H, L), and Duty W (H, L) for each phase are output, and the process proceeds to the end.
また、ステップS58においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、順方向電流が流れるスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
次に、ステップS59においては、順方向電流およびデッドタイムTdeadに基づき、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLとして、順方向デューティを演算する。
次に、ステップS60においては、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHをゼロとし、上述したステップS57に進む。
In step S58, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element through which a forward current flows is acquired based on, for example, data stored in advance.
Next, in step S59, the forward duty is calculated as the low-side on-duty DutyL of the low-side switching element based on the forward current and the dead time Tdead.
Next, in step S60, the high-side on-duty duty H of the high-side switching element is set to zero, and the process proceeds to step S57 described above.
また、上述した実施の形態の第3変形例においては、ステップS51〜ステップS60の処理の代わりに、例えば図15に示す第4変形例のようなステップS61〜ステップS60の処理を実行してもよい。 Further, in the third modified example of the above-described embodiment, instead of the process of step S51 to step S60, the process of step S61 to step S60 as in the fourth modified example shown in FIG. Good.
この第4変形例においては、先ず、例えば図15に示すステップS61において、モータ12の回転角および相電流と、電源電圧(つまり、バッテリ11の出力電圧)を取得する。
次に、ステップS62においては、モータ12の目標トルクと回転数と電源電圧とに応じたスイッチング素子の順方向電流を、予め記憶しているマップに対するマップ検索などにより演算する。
In the fourth modification, first, for example, in step S61 shown in FIG. 15, the rotation angle and phase current of the
Next, in step S62, the forward current of the switching element according to the target torque, the rotation speed, and the power supply voltage of the
次に、ステップS63においては、負荷電流(つまり、モータ12の相電流)がゼロよりも大きい(つまり、符号が正である)か否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS68に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS64に進む。
次に、ステップS64においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、順方向電流が流れるスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
Next, in step S63, it is determined whether or not the load current (that is, the phase current of the motor 12) is greater than zero (that is, the sign is positive).
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 68 described later.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S64.
Next, in step S64, based on, for example, data stored in advance, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element through which a forward current flows is acquired.
次に、ステップS65においては、順方向電流およびデッドタイムTdeadに基づき、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHとして、順方向デューティを演算する。
次に、ステップS66においては、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyLをゼロとする。
そして、ステップS67においては、各相毎のハイ側およびロー側オンデューティDutyU(H,L),DutyV(H,L),DutyW(H,L)を出力し、エンドに進む。
Next, in step S65, based on the forward current and the dead time Tdead, the forward duty is calculated as the high-side on-duty DutyH of the high-side switching element.
Next, in step S66, the low-side on-duty duty L of the low-side switching element is set to zero.
In step S67, the high-side and low-side on-duty duty U (H, L), Duty V (H, L), and Duty W (H, L) for each phase are output, and the process proceeds to the end.
また、ステップS68においては、例えば予め記憶されているデータなどに基づき、順方向電流が流れるスイッチング素子に対するデッドタイムTdead(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
次に、ステップS69においては、例えば順方向電流に基づき予め記憶しているマップや数式などを参照して、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHとして、逆方向デューティを演算する。
次に、ステップS70においては、ハイ側オンデューティDutyH(つまり逆方向デューティ)およびデッドタイムTdeadに基づき、ロー側スイッチング素子のロー側オンデューティDutyL(=100%−DutyH%−Tdead%)を演算する。
次に、ステップS71においては、ハイ側スイッチング素子のハイ側オンデューティDutyHをゼロとし、上述したステップS67に進む。
In step S68, a dead time Tdead (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element through which a forward current flows is acquired based on, for example, data stored in advance.
Next, in step S69, the reverse duty is calculated as the high-side on-duty DutyH of the high-side switching element with reference to, for example, a map or formula stored in advance based on the forward current.
Next, in step S70, the low-side on-duty duty L (= 100% −DutyH% −Tdead%) of the low-side switching element is calculated based on the high-side on-duty DutyH (that is, reverse duty) and the dead time Tdead. .
Next, in step S71, the high-side on-duty duty H of the high-side switching element is set to zero, and the process proceeds to step S67 described above.
これらの第1〜第4変形例によれば、ハイ側スイッチング素子およびロー側スイッチング素子を相補動作でオン/オフ駆動させる場合に比べて、逆導通可能な双方向性のスイッチング素子の導通損失を低減することができる。 According to these first to fourth modifications, the conduction loss of the bidirectional switching element capable of reverse conduction can be reduced as compared with the case where the high-side switching element and the low-side switching element are driven on / off in a complementary operation. Can be reduced.
10 スイッチング回路の制御装置
12 モータ(負荷)
13 インバータ
13a ブリッジ回路(スイッチング回路)
14 処理装置
25 PWM演算部(デューティ設定手段、第1判定手段)
25a 逆方向デューティ判定部(第2判定手段)
32 相電流検出部(負荷電流検出手段)
10
13
14
25a Reverse duty determination unit (second determination means)
32 phase current detector (load current detection means)
Claims (3)
所定のスイッチング周期において、前記ハイ側スイッチング素子のオンデューティと前記ロー側スイッチング素子のオンデューティとを独立に設定可能なデューティ設定手段と、
前記ハイ側アームおよび前記ロー側アームの接続点に接続された負荷に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流検出手段によって検出された前記負荷電流に基づき、前記ハイ側スイッチング素子および前記ロー側スイッチング素子のうち何れのスイッチング素子に順方向電流が流れていないかを判定する第1判定手段と、を備え、
前記デューティ設定手段は、前記第1判定手段によって前記順方向電流が流れていないと判定された前記スイッチング素子の前記オンデューティをゼロに設定する
ことを特徴とするスイッチング回路の制御装置。 Switching configured by connecting in series a high-side arm formed by connecting a high-side switching element and a freewheeling diode in antiparallel and a low-side arm formed by connecting a low-side switching element and a freewheeling diode in antiparallel. A control device for a circuit,
Duty setting means capable of independently setting an on-duty of the high-side switching element and an on-duty of the low-side switching element in a predetermined switching cycle;
Load current detecting means for detecting a load current flowing in a load connected to a connection point of the high side arm and the low side arm;
Based on the load current detected by the load current detection means, a first determination means for determining which of the high-side switching element and the low-side switching element a forward current is not flowing; With
The control apparatus for a switching circuit, wherein the duty setting means sets the on-duty of the switching element that is determined by the first determination means that the forward current is not flowing to zero.
前記デューティ設定手段は、
前記第2判定手段によって前記オンデューティをゼロに設定すると判定された場合に、前記第1判定手段によって前記順方向電流が流れていないと判定された前記スイッチング素子の前記オンデューティをゼロに設定する
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング回路の制御装置。 Second determining means for determining whether or not to set the on-duty of the switching element determined by the first determining means that the forward current is not flowing to zero;
The duty setting means includes
When the on-duty is determined to be set to zero by the second determining means, the on-duty of the switching element that is determined by the first determining means that the forward current is not flowing is set to zero. The control apparatus for a switching circuit according to claim 1.
前記負荷電流の絶対値あるいは前記順方向電流の導通損失が所定値以上の場合に、前記第1判定手段によって前記順方向電流が流れていないと判定された前記スイッチング素子の前記オンデューティをゼロに設定すると判定する
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング回路の制御装置。 The second determination means includes
When the absolute value of the load current or the conduction loss of the forward current is greater than or equal to a predetermined value, the on-duty of the switching element determined by the first determination means that the forward current is not flowing is set to zero. 3. The switching circuit control device according to claim 2, wherein it is determined to be set.
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