JP2013021869A - Control device for switching circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the loss of a switching circuit.SOLUTION: A control device for a switching circuit includes a PWM operation unit 25 capable of independently setting each on-duty of a high-side switching element and a low-side switching element in a predetermined switching period. The PWM operation unit 25 includes an energization-ratio operation unit 25a for calculating the integrated value of the on-duty in a plurality of previous switching periods. The PWM operation unit 25 sets the on-duty of the switching element through which a forward current does not flow on the basis of the integrated value of the on-duty calculated by the energization-ratio operation unit 25a.

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側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側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、ハイ側アームとロー側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 connected to a high-potential side terminal to constitute a high-side arm, and a low-side switching element connected to a low-potential side terminal to constitute a low-side arm. And a free-wheeling diode connected in parallel to each switching element 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.

特許第4306236号公報Japanese Patent No. 4306236

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IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を採用するなどによって、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)がスイッチング素子に流れずに還流ダイオードのみに流れるように構成されていると、還流ダイオードでの導通損失が増大し、スイッチング回路全体としての損失が増大してしまう虞がある。   By the way, in the switching circuit provided in the voltage converter according to the above-described prior art, when each switching element switches from ON to OFF, for example, by adopting an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) as the switching element, the switching circuit If the commutation current (reverse current) flowing in the circuit is configured to flow only to the freewheeling diode without flowing to the switching element, the conduction loss in the freewheeling diode increases and the loss of the entire switching circuit increases. There is a risk of it.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スイッチング回路の損失を低減させ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 control device for a switching circuit capable of reducing the loss of the switching circuit.

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)を備え、前記デューティ設定手段は、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順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティを、該スイッチング素子の前回までの前記スイッチング周期における前記オンデューティに基づいて設定する。   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 A duty setting means (for example, the PWM calculation unit 25 in the embodiment) that can set the duty independently, and the duty setting means has a forward current out of the high-side switching element and the low-side switching element. The on-duty of the non-flowing switching element is set based on the on-duty in the switching cycle until the previous time of the switching element.

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、前回までの複数の前記スイッチング周期における前記オンデューティの積算値を算出する積算値算出手段(例えば、実施の形態での通電割合演算部25a)を備え、前記デューティ設定手段は、前記積算値算出手段によって算出された前記オンデューティの前記積算値に基づいて、前記順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティを設定する。   Further, the switching circuit control device according to claim 2 of the present invention is an integrated value calculating means for calculating an integrated value of the on-duty in the plurality of switching cycles up to the previous time (for example, an energization ratio calculation in the embodiment). 25a), and the duty setting means sets the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow, based on the integrated value of the on-duty calculated by the integrated value calculating means.

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は、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)を備え、前記デューティ設定手段は、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いて、前記順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティを設定する。   Furthermore, the switching circuit control device according to claim 3 of the present invention provides a load current flowing through a load (for example, the motor 12 in the embodiment) connected to a connection point of the high side arm and the low side arm. Load current detection means for detecting (for example, each phase current detection unit 32 in the embodiment), the duty setting means based on the load current detected by the load current detection means, the forward current The on-duty of the switching element where no current flows is set.

さらに、本発明の請求項4に係るスイッチング回路の制御装置では、前記デューティ設定手段は、前記順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティに係るマップあるいは数式を記憶しており、該マップあるいは数式に基づいて、前記順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティを設定する。   Furthermore, in the switching circuit control device according to claim 4 of the present invention, the duty setting means stores a map or a mathematical expression related to the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow, and the map Alternatively, the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow is set based on a mathematical formula.

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、前回までのスイッチング周期において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)に転流電流(逆方向電流)が流れていた時間、すなわち順方向電流が流れていないスイッチング素子の発熱度合いに応じて、このスイッチング素子のオンデューティを設定することができ、スイッチング素子の発熱を抑制し、熱損傷の発生を防止することができる。
しかも、スイッチング素子の温度を検出するための特別な検出デバイスを必要とせずに、スイッチング素子の温度を制御することができ、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, the switching element in which the forward current does not flow in the previous switching cycle (that is, the switching element connected in parallel to the free-wheeling diode in which the commutation current flows) ), The on-duty of the switching element can be set according to the time during which the commutation current (reverse current) flows, that is, the degree of heat generation of the switching element in which no forward current flows. And the occurrence of thermal damage can be prevented.
In addition, the temperature of the switching element can be controlled without requiring a special detection device for detecting the temperature of the switching element, and it is possible to prevent the cost required for the device configuration from increasing.

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、順方向電流が流れていないスイッチング素子の発熱度合いの推定精度を向上させることができ、より一層、的確にスイッチング素子の発熱を抑制し、熱損傷の発生を防止することができる。   Furthermore, according to the switching circuit control apparatus of the second aspect of the present invention, it is possible to improve the estimation accuracy of the degree of heat generation of the switching element in which no forward current flows, and more accurately generate heat of the switching element. And the occurrence of thermal damage can be prevented.

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、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順方向電流が流れるスイッチング素子は周期的に切り換わることから、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、このスイッチング素子に順方向電流が流れていたときの発熱度合いも考慮して設定することができる。
例えば、順方向電流が大きくなることに伴い、スイッチング素子の発熱度合いが大きくなるとして、スイッチング素子の発熱度合いの推定精度を向上させることができ、より一層、的確にスイッチング素子の発熱を抑制し、熱損傷の発生を防止することができる。
Furthermore, according to the switching circuit control device of the third aspect of the present invention, the switching element in which the forward current flows among the high-side switching element and the low-side switching element is periodically switched. The on-duty of a switching element that does not flow can be set in consideration of the degree of heat generation when a forward current flows through the switching element.
For example, as the forward current increases, the degree of heat generation of the switching element increases, so that the estimation accuracy of the degree of heat generation of the switching element can be improved, and the heat generation of the switching element is more accurately suppressed, The occurrence of thermal damage can be prevented.

さらに、本発明の請求項4に係るスイッチング回路の制御装置によれば、予め記憶しているマップあるいは数式に基づいて、順方向電流が流れていないスイッチング素子の発熱度合いを迅速に推定することができ、制御処理の負荷を低減しつつ、的確にスイッチング素子の発熱を抑制し、熱損傷の発生を防止することができる。   Furthermore, according to the control device for a switching circuit according to claim 4 of the present invention, it is possible to quickly estimate the degree of heat generation of the switching element in which the forward current does not flow, based on a map or formula stored in advance. Thus, while reducing the load of the control process, the heat generation of the switching element can be suppressed accurately and the occurrence of thermal damage can be prevented.

本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置の構成図である。It is a block diagram of the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置の構成図である。It is a block diagram of the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置におけるモータの目標トルクと回転数と順方向電流との対応関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the correspondence of the target torque of a motor, the rotation speed, and a forward current in the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置における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/オフの状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the ON / OFF state of the high side switching element and the low side switching element in the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置における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および還流ダイオードに流れる電流の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electric current which flows into the high side switching element, the low side switching element, and freewheeling diode in the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置において、スイッチング素子(MOSFET)のみに電流が流れる場合と、還流ダイオードのみに電流が流れる場合と、逆並列に接続されたスイッチング素子(MOSFET)および還流ダイオードの両方に電流が流れる場合とに対する電流−電圧特性の例を示す図である。In the control device for a switching circuit according to the embodiment of the present invention, a case where a current flows only to the switching element (MOSFET), a case where a current flows only to the freewheeling diode, a switching element (MOSFET) connected in antiparallel, and It is a figure which shows the example of the current-voltage characteristic with respect to the case where an electric current flows into both the free-wheeling diodes. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置において、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過去のオンデューティの履歴の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the past on-duty log | history of a high side switching element and a low side switching element in the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置における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/オフの状態の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the ON / OFF state of the high side switching element and the low side switching element in the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置の実施例および比較例における電流の通電状態の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the energization state of the electric current in the Example and comparative example of the control apparatus of the switching circuit which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置の前回までの複数のスイッチング周期における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の積算値と、順方向電流と、逆方向電流との対応関係の一例を示す図である。Correspondence between integrated value of on-duty, forward current, and reverse current of switching element in which forward current does not flow in a plurality of switching periods until the previous time of switching circuit control device according to an embodiment of the present invention It is a figure which shows an example of a relationship. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置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 the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention. 図11に示す順方向デューティの演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the forward duty shown in FIG. 図11に示す逆方向デューティの演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the reverse direction duty shown in FIG. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置の実施例および第1比較例および第2比較例における電流波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the electric current waveform in the Example of the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention, and a 1st comparative example and a 2nd comparative example. 本発明の実施の形態に係るスイッチング回路の制御装置の実施例および第1比較例における電流波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the current waveform in the Example of the control apparatus of the switching circuit which concerns on embodiment of this invention, and a 1st comparative example. 本発明の実施の形態の変形例に係るスイッチング回路の制御装置の動作、特に、逆方向デューティの演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the control apparatus of the switching circuit which concerns on the modification of embodiment of this invention, especially the calculation process of a reverse direction duty.

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 circuit control device 10 according to the present embodiment is mounted on a vehicle, for example, and has three phases (for example, three phases of U phase, V phase, and W phase) using a battery 11 as a DC power source as shown in FIGS. Phase) An inverter 13 that controls an AC brushless DC motor 12 (hereinafter simply referred to as a motor 12) and a processing device 14 are provided.

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 inverter 13 includes a bridge circuit (switching circuit) 13a formed by bridge connection using a plurality of switching elements (for example, bidirectional MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and a smoothing capacitor C. The bridge circuit 13a is driven by a pulse width modulated (PWM) signal.

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 bridge circuit 13a, for example, a high-side and low-side U-phase transistor UH, UL paired for each phase, a high-side and low-side V-phase transistor VH, VL, a high-side and low-side W-phase transistor WH, WL is bridge-connected.
Each of the transistors UH, VH, and WH has a drain connected to the positive terminal of the battery 11 to form a high-side arm, and each of the transistors UL, VL, and WL has a source connected to the negative terminal of the battery 11 that is grounded. And constitutes the low-side arm.
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 bridge circuit 13a connects the high-side switching elements (transistors UH, VH, WH) and the free wheel diodes (return diodes DUH, DVH, DWH) in anti-parallel for each phase (that is, bidirectional conduction type). A high-side arm formed by connecting in parallel a high-side switching element and a free-wheeling diode reversely conducting with respect to the forward conduction of the high-side switching element, and a low-side switching element (each transistor UL, VL, WL) and free-wheeling diodes (respective free-wheeling diodes DUL, DVL, DWL) are connected in antiparallel (that is, bidirectional conduction type low-side switching element and reverse conduction with respect to forward conduction of the low-side switching element) A low-side arm that is connected in parallel with a free-wheeling diode that is connected in series for each phase. That.
And the stator winding 12a of the motor 12 is connected to the connection point of the high side arm and the low side arm for each phase.

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 motor 12 is driven, the inverter 13 is a gate signal (that is, a PWM signal) that is a switching command output from the processing device 14 and input to the gates of the transistors UH, VH, WH, UL, VL, and WL. Based on the above, the on (conducting) / off (shut off) state of each transistor paired for each phase is switched. As a result, the DC power supplied from the battery 11 is converted into three-phase AC power, and energization to the three-phase stator winding 12a is sequentially commutated, so that the AC U-phase is supplied to the stator winding 12a of each phase. Current Iu, V-phase current Iv and W-phase current Iw are energized.

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 motor 12, for example, the inverter 13 is synchronized for each phase based on the gate signal (that is, PWM signal) output from the processing device 14 in synchronization with the rotation angle of the motor 12. By switching the on / off (cutoff) state of each of the transistors, the three-phase AC power output from the motor 12 can be converted into DC power and the battery 11 can be charged.

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 processing device 14 performs, for example, feedback control (vector control) of current on the dq coordinates forming the rotation orthogonal coordinates, and calculates the target d-axis current Idc and the target q-axis current Iqc. Then, each phase voltage command Vu, Vv, Vw is calculated based on the target d-axis current Idc and the target q-axis current Iqc, and a PWM signal that is a gate signal for the inverter 13 according to each phase voltage command Vu, Vv, Vw. Is output. Then, the d-axis current Id and q-axis current Iq obtained by converting the phase currents Iu, Iv, and Iw actually supplied from the inverter 13 to the motor 12 on the dq coordinate, the target d-axis current Idc, and the target q Control is performed so that each deviation from the shaft current Iqc becomes zero.

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 processing device 14 includes, for example, a current command calculation unit 21, a difference calculation unit 22, a current feedback calculation unit 23, a dq-3 phase conversion unit 24, a PWM calculation unit 25, and a three phase-dq conversion unit 26. It is configured with.

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 command calculation unit 21 calculates a current command for designating each phase current Iu, Iv, Iw supplied from the inverter 13 to the motor 12 based on the target torque and the rotation speed of the motor 12. The current command is output to the difference calculation unit 22 as the target d-axis current Idc and the target q-axis current Iqc on the rotating orthogonal coordinates.

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 motor 12 is detected from a rotation angle sensor 31 that detects a rotation angle of a rotor (not shown) (for example, a rotation angle of a rotor magnetic pole from a predetermined reference rotation position), for example. It may be calculated based on the value, or may be detected by a rotational speed sensor (not shown) that detects the rotational speed of the rotor (not shown).

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 command calculation unit 21 stores data such as a map indicating a predetermined correspondence relationship between the target torque of the motor 12, the rotation speed, and the forward current of the switching element in advance with a plurality of different power supply voltages ( That is, it is stored in association with each output voltage of the battery 11.
Then, the current command calculation unit 21 acquires the forward current of the switching element according to the target torque, the rotation speed, and the power supply voltage of the motor 12 by a map search or the like for a map stored in advance, and this forward current The target d-axis current Idc and the target q-axis current Iqc corresponding to the above are calculated.

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 motor 12 and the inverter 13 or the element characteristic data.

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 motor 12 is the d axis (field axis). Is the q-axis (torque axis) and rotates in synchronization with the rotational phase of the rotor.
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 inverter 13 to each phase of the motor 12.

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 difference calculation unit 22 includes each of the target d-axis current Idc and target q-axis current Iqc output from the current command calculation unit 21 and the d-axis current Id and q-axis current Iq output from the three-phase-dq conversion unit 26. Deviations ΔId and ΔIq are calculated.
The current feedback calculation unit 23 controls and amplifies the deviations ΔId and ΔIq by, for example, a PID (proportional integral differentiation) operation to calculate the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq.

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 phase conversion unit 24 uses the rotation angle detection value output from the rotation angle sensor 31 that detects the rotation angle of the rotor (not shown) of the motor 12 to detect the d-axis voltage command value Vd on the dq coordinate. The q-axis voltage command value Vq is converted into a U-phase output voltage Vu, a V-phase output voltage Vv, and a W-phase output voltage Vw, which are voltage command values on a three-phase AC coordinate that is a stationary coordinate.

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 motor 12 is driven, the PWM calculation unit 25 outputs each phase output voltage in order to pass the AC sine-wave U-phase current Iu, V-phase current Iv, and W-phase current Iw to the stator windings 12a of each phase. Vu, Vv, Vw and a carrier signal such as a triangular wave are compared to generate a gate signal (that is, a PWM signal) for driving each transistor UH, VH, WH, UL, VL, WL of the inverter 13 on / off. .

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。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 PWM calculation unit 25 can independently set the on-duty of each switching element of the high side arm and the low side arm.
For example, as shown in FIG. 4, the PWM calculation unit 25 alternately turns on / off the switching elements of the high-side arm and the low-side arm of the bridge circuit 13 a by so-called complementary PWM (pulse width modulation). 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).

これにより、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。   Accordingly, the high-side switching element (SW1) of the high-side arm is turned on and the low-side switching element (SW2) of the low-side arm is turned off, and the high-side switching element (SW1) of the high-side arm is turned off and low. The low-side switching element (SW2) of the arm is alternately switched on.

そして、例えば図5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。   For example, as shown in FIG. 5, 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, the low-side switching element ( When SW2) is turned on, a reverse current flows through the low-side switching element (SW2), and a commutation current flows through the freewheeling diode (2) connected in reverse parallel to the low-side switching element (SW2).

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、例えば図5に示すように、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。   For example, as shown in FIG. 5, the switching elements that are not forward-flowing current (that is, the switching elements that are connected in parallel to the free-wheeling diode where the commutation current is flowing) are connected in parallel. When commutation current (reverse current) flows through both the switching element and the return diode, for example, as shown in FIG. 6, the commutation current (reverse current) flows through only the switching element or only the return diode. As compared with the above, as the combined resistance of the switching element and the freewheeling diode connected in parallel is reduced, the loss of the entire switching circuit can be reduced.

そして、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、所定のスイッチング周期においてハイ側スイッチング素子のオンデューティ(オンの比率)とロー側スイッチング素子のオンデューティ(オンの比率)とを独立に設定可能な通電割合演算部25aを備えている。   Then, the PWM calculation unit 25 determines the on-duty (ON ratio) of the high-side switching element in a predetermined switching period based on the detected values of the phase currents Iu, Iv, Iw detected by the phase current detection unit 32. An energization ratio calculation unit 25a that can independently set the on-duty (on ratio) of the low-side switching element is provided.

通電割合演算部25aは、ハイ側スイッチング素子(各トランジスタUH,VH,WH)およびロー側スイッチング素子(各トランジスタUL,VL,WL)のうち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(逆方向デューティ)を、該スイッチング素子の前回までのスイッチング周期におけるオンデューティ(例えば、前回までの複数のスイッチング周期における逆方向デューティの積算値など)に基づいて設定する。   The energization ratio calculation unit 25a is a switching element (that is, commutation) in which no forward current flows among the high-side switching elements (transistors UH, VH, WH) and the low-side switching elements (transistors UL, VL, WL). The on-duty (reverse duty) of the switching element connected in parallel with the free-wheeling diode through which the current flows is set to the on-duty in the switching cycle up to the previous time of the switching element (for example, the reverse in a plurality of switching cycles up to the previous time Set based on direction duty integrated value).

つまり、ハイ側スイッチング素子(各トランジスタUH,VH,WH)およびロー側スイッチング素子(各トランジスタUL,VL,WL)のうち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は、電流指令演算部21によってモータ12の目標トルクと回転数と電源電圧とに応じて設定されることに対して、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は、通電割合演算部25aによっ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)の通電割合に応じて設定される。   That is, the on-duty of the switching element through which the forward current flows among the high-side switching elements (each transistor UH, VH, WH) and the low-side switching elements (each transistor UL, VL, WL) is On the other hand, the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow is switched between the switching element and the free wheel diode by the energization ratio calculator 25a. It is set according to the energization ratio of the current (reverse direction current).

例えば図7に示す複数のスイッチング周期において、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は、前回までの過去所定回数(例えば、5回など)のスイッチング周期における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(逆方向デューティ)の積算値に基づいて設定される。   For example, in the plurality of switching cycles shown in FIG. 7, the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow among the high-side switching element and the low-side switching element is the predetermined number of times (for example, five times) in the past. It is set based on the integrated value of the on-duty (reverse direction duty) of the switching element in which the forward current does not flow in the switching cycle.

なお、通電割合演算部25aによって設定される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)には所定の上限値が設定されており、この上限値は、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%)である。
これにより、通電割合演算部25aによって設定される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、例えば図8に示すように、ゼロから所定の上限値までの間の適宜の値(例えば、a%,b%,c%など)となるように設定される。
Note that a predetermined upper limit value is set for the on-duty (SW2_Ton) of the switching element in which the forward current does not flow set by the energization ratio calculation unit 25a, and this upper limit value is a switching element in which the forward current flows. Is a value (= 100% −SW1_Ton% −Tdead%) corresponding to the on-duty (SW1_Ton) and dead time (Tdead).
Accordingly, the on-duty (SW2_Ton) of the switching element in which the forward current set by the energization ratio calculation unit 25a does not flow is an appropriate value between zero and a predetermined upper limit value, for example, as shown in FIG. (For example, a%, b%, c%, etc.).

これにより、例えば図9(A)に示すようにスイッチング素子としてIGBTを採用する比較例では、スイッチング素子のオンであってもスイッチング素子に逆方向電流が流れずに還流ダイオードのみに転流電流が流れることに対して、例えば図9(B),(C)に示すようにスイッチング素子としてMOSFETを採用する実施例では、通電割合演算部25aによって設定される通電割合でスイッチング素子と還流ダイオードの両方に転流電流(逆方向電流)が流れる。   Thus, for example, in a comparative example employing an IGBT as a switching element as shown in FIG. 9A, a reverse current does not flow through the switching element even when the switching element is on, and a commutation current is present only in the return diode. For example, in the embodiment in which a MOSFET is used as the switching element as shown in FIGS. 9B and 9C, both the switching element and the free wheel diode are set at the energization ratio set by the energization ratio calculation unit 25a. A commutation current (reverse direction current) flows in the.

通電割合演算部25aは、例えば、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のうち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(逆方向デューティ)に係るマップあるいは数式を記憶しており、該マップあるいは数式に基づいて、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(逆方向デューティ)を設定することにより、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)の通電割合を調整する。   The energization ratio calculation unit 25a stores, for example, a map or a mathematical formula related to the on-duty (reverse direction duty) of a switching element in which a forward current does not flow among the high-side switching element and the low-side switching element. Alternatively, the energization ratio of the commutation current (reverse current) between the switching element and the return diode is adjusted by setting the on-duty (reverse duty) of the switching element in which no forward current flows based on the mathematical formula. .

なお、例えば図10に示す適宜の電源電圧Aに対する所定のマップでは、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(逆方向デューティ)の積算値の増大あるいは順方向電流の増大に伴い、逆方向電流(逆方向デューティ)が低下傾向に変化する(すなわち、転流電流のスイッチング素子への通電割合が還流ダイオードへの通電割合に対して低下傾向に変化する)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。   For example, in the predetermined map for the appropriate power supply voltage A shown in FIG. 10, the reverse of the integrated value of the on-duty (reverse duty) of the switching element in which the forward current does not flow or the forward current increases. The direction current (reverse duty) is set to decrease (that is, the energization ratio of the commutation current to the switching element changes to decrease with respect to the energization ratio of the return diode) It is not limited to this, For example, you may set so that the suitable tendency according to the characteristics or element characteristic data, such as the motor 12 and the inverter 13, may be shown.

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 converter 26 uses the detected value of each phase current Iu, Iv, Iw detected by each phase current detector 32 and the detected value of the rotation angle output from the rotation angle sensor 31 to The d-axis current Id and the q-axis current Iq on the rotation coordinate, that is, the dq coordinate, are calculated.

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 circuit control device 10 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, an operation example of the switching circuit control device 10 will be described.

先ず、例えば図11に示すステップS01においては、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S02においては、順方向電流が流れるスイッチング素子(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何れか一方であって、例えばハイ側スイッチング素子)のオンデューティである順方向デューティ(例えば、ハイ側デューティDutyH)の演算処理を実行する。
First, for example, in step S01 shown in FIG. 11, the rotation angle and phase current of the motor 12 and the power supply voltage (that is, the output voltage of the battery 11) are acquired.
Next, in step S02, the forward duty (for example, the on-duty of a switching element (a high-side switching element or a low-side switching element, for example, a high-side switching element) through which a forward current flows is set (for example, High-side duty (DutyH) is calculated.

次に、ステップS03においては、順方向電流が流れていないスイッチング素子(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何れか他方であって、例えばロー側スイッチング素子)のオンデューティである逆方向デューティ(例えば、ロー側デューティDutyL)の演算処理を実行する。
次に、ステップS04においては、順方向デューティおよび逆方向デューティの演算結果に応じた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 S03, the reverse duty (ON duty of the switching element in which the forward current does not flow (either the high-side switching element or the low-side switching element, for example, the low-side switching element) ( For example, the low-side duty (DutyL) is calculated.
Next, in step S04, the high-side and low-side on-duty duty U (H, L), Duty V (H, L), Duty W (H, H) for each phase according to the calculation results of the forward duty and the reverse duty. L) and go to the end.

以下に、上述したステップS02における順方向デューティ演算の処理について説明する。
先ず、例えば図12に示すステップS11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。
次に、ステップS12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(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S13においては、順方向電流およびデッドタイムに基づき、順方向デューティを演算し、リターンに進む。
The forward duty calculation process in step S02 described above will be described below.
First, for example, in step S11 shown in FIG. 12, the forward current of the switching element according to the target torque, the rotation speed, and the power supply voltage of the motor 12 is calculated by a map search or the like for a map stored in advance.
Next, in step S12, based on, for example, data stored in advance, a dead time (for example, a predetermined minimum dead time) for a switching element through which a forward current flows is acquired.
Next, in step S13, the forward duty is calculated based on the forward current and the dead time, and the process proceeds to return.

以下に、上述したステップS03における逆方向デューティ演算の処理について説明する。
先ず、例えば図13に示すステップS21においては、前回までのスイッチング周期における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(逆方向デューティ)の履歴を取得する。
次に、ステップS22においては、前回までの過去所定回数(例えば、5回など)のスイッチング周期における逆方向デューティの積算値を演算する。
Below, the process of the reverse duty calculation in step S03 mentioned above is demonstrated.
First, for example, in step S21 shown in FIG. 13, a history of the on-duty (reverse duty) of the switching element in which no forward current flows in the previous switching cycle is acquired.
Next, in step S22, the integrated value of the reverse duty in the past predetermined number of times (for example, five times) until the previous time is calculated.

次に、ステップS23においては、前回までの過去所定回数(例えば、5回など)のスイッチング周期における逆方向デューティの積算値と、今回のスイッチング周期での順方向電流の大きさとに基づき、例えば図10に示すような予め記憶しているマップあるいは数式などを参照して、今回のスイッチング周期での逆方向電流(あるいは、逆方向電流の大きさに対応する逆方向デューティ)を演算する。   Next, in step S23, based on the integrated value of the reverse duty in the switching period of the past predetermined number of times (for example, 5 times) up to the previous time and the magnitude of the forward current in the current switching period, for example, FIG. The reverse current (or reverse duty corresponding to the magnitude of the reverse current) in the current switching cycle is calculated with reference to a map or formula stored in advance as shown in FIG.

次に、ステップS24においては、逆方向電流に基づき逆方向デューティ(例えば、ロー側デューティDutyL)を演算する。
次に、ステップS25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(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
Next, in step S24, a reverse duty (for example, low-side duty DutyL) is calculated based on the reverse current.
Next, in step S25, based on, for example, data stored in advance, a dead time (for example, a predetermined minimum dead time) for the switching element through which the reverse current flows is acquired.

次に、ステップS26においては、逆方向デューティリミット処理を行なう。
この処理では、先ず、今回のスイッチング周期での順方向デューティ(例えば、ハイ側デューティDutyH)と、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とに基づき、逆方向デューティに対する所定の上限値(=100%−順方向デューティ%−デッドタイム%)を演算する。
そして、逆方向デューティの演算結果が逆方向デューティに対する所定の上限値以下であれば、この演算結果を逆方向デューティとして出力し、リターンに進む。
一方、逆方向デューティの演算結果が逆方向デューティに対する所定の上限値よりも大きい場合には、所定の上限値を逆方向デューティとして出力し、リターンに進む。
Next, in step S26, reverse duty limit processing is performed.
In this process, first, a predetermined upper limit value (= 100) for the reverse duty based on the forward duty (for example, the high-side duty DutyH) in the current switching cycle and the dead time for the switching element through which the reverse current flows. %-Forward duty%-dead time%).
If the calculation result of the reverse duty is equal to or less than a predetermined upper limit value with respect to the reverse duty, the calculation result is output as the reverse duty and the process proceeds to return.
On the other hand, if the calculation result of the reverse duty is larger than the predetermined upper limit value for the reverse duty, the predetermined upper limit value is output as the reverse duty and the process proceeds to return.

例えば図14(A)〜(D)に示すように、モータ12に3相交流の各相電流Iu,Iv,Iwが通電される状態において、各相電流Iu,Iv,Iwが正の場合には順方向電流がハイ側スイッチング素子に流れ、各相電流Iu,Iv,Iwが負の場合には順方向電流がロー側スイッチング素子に流れる。
そして、例えば図14(C)に示すように、スイッチング素子として双方向性のMOSFETを採用して通常の相補PWM制御が実行される第1比較例では、モータ12の目標トルクと回転数と電源電圧とによって設定される所定の順方向デューティおよび逆方向デューティに応じて、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が交互にON/OFF駆動される。
すなわち、一方側のアームのスイッチング素子の順方向デューティと、他方側のアームのスイッチング素子の逆方向デューティとの間には、逆方向デューティ%=100%−順方向デューティ%−デッドタイム%の関係が成り立っている。
For example, as shown in FIGS. 14A to 14D, when each phase current Iu, Iv, Iw is positive in a state where the motor 12 is supplied with the three-phase alternating currents Iu, Iv, Iw. The forward current flows through the high-side switching element, and when the phase currents Iu, Iv, and Iw are negative, the forward current flows through the low-side switching element.
For example, as shown in FIG. 14C, in the first comparative example in which a bidirectional complementary MOSFET is employed as a switching element and normal complementary PWM control is executed, the target torque, the rotational speed, and the power source of the motor 12 The high-side switching element and the low-side switching element are alternately turned ON / OFF according to a predetermined forward duty and reverse duty set by the voltage.
That is, there is a relationship of reverse duty% = 100% −forward duty% −dead time% between the forward duty of the switching element of one arm and the reverse duty of the switching element of the other arm. Is true.

これに対して、例えば図14(B)に示すように、スイッチング素子として双方向性のMOSFETを採用して、前回までの過去所定回数(例えば、5回など)のスイッチング周期における逆方向デューティの積算値に基づいて、今回のスイッチング周期での逆方向デューティが設定される実施例では、この逆方向デューティに応じて転流時のデッドタイムが変更される。   On the other hand, for example, as shown in FIG. 14B, a bidirectional MOSFET is adopted as the switching element, and the reverse duty in the switching cycle of the past predetermined number of times (for example, five times) up to the previous time is adopted. In the embodiment in which the reverse duty in the current switching cycle is set based on the integrated value, the dead time at the time of commutation is changed according to the reverse duty.

なお、例えば図14(D)に示すように、スイッチング素子としてIGBTを採用して通常の相補PWM制御が実行される第2比較例では、スイッチング素子において転流時の逆導通は生じない。   For example, as shown in FIG. 14D, in the second comparative example in which the normal complementary PWM control is performed by adopting the IGBT as the switching element, reverse conduction at the time of commutation does not occur in the switching element.

例えば図15(A),(B)に示すように、モータ12の相電流が負となって順方向電流がロー側スイッチング素子に流れる場合において、第1比較例では転流時のデッドタイムが一定であり、ハイ側スイッチング素子に流れる逆方向電流は一定となることに対して、実施例では転流時のデッドタイムが可変となり、ハイ側スイッチング素子に流れる逆方向電流は、前回までの過去所定回数(例えば、5回など)のスイッチング周期における逆方向デューティの積算値に応じて変化する。   For example, as shown in FIGS. 15A and 15B, when the phase current of the motor 12 is negative and the forward current flows to the low-side switching element, the first comparative example has a dead time during commutation. In contrast to the constant reverse current flowing through the high-side switching element, the dead time during commutation is variable in the embodiment, and the reverse current flowing through the high-side switching element is It changes according to the integrated value of the reverse duty in a predetermined number of times (for example, 5 times) switching period.

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、前回までのスイッチング周期において順方向電流が流れていないスイッチング素子に転流電流(逆方向電流)が流れていた時間、すなわち順方向電流が流れていないスイッチング素子の発熱度合いに応じて、このスイッチング素子のオンデューティを設定することができ、スイッチング素子の発熱を抑制し、熱損傷の発生を防止することができる。
しかも、スイッチング素子の温度を検出するための特別な検出デバイスを必要とせずに、スイッチング素子の温度を制御することができ、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。
As described above, according to the control device 10 of the switching circuit according to the present embodiment, the time during which the commutation current (reverse current) flows in the switching element in which the forward current does not flow in the previous switching cycle, That is, the on-duty of the switching element can be set according to the degree of heat generation of the switching element in which no forward current flows, and the heat generation of the switching element can be suppressed and the occurrence of thermal damage can be prevented.
In addition, the temperature of the switching element can be controlled without requiring a special detection device for detecting the temperature of the switching element, and it is possible to prevent the cost required for the device configuration from increasing.

さらに、前回までの複数のスイッチング周期における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の積算値に基づいて、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(つまり逆方向デューティ)を設定することから、順方向電流が流れていないスイッチング素子の発熱度合いの推定精度を向上させることができ、より一層、的確にスイッチング素子の発熱を抑制し、熱損傷の発生を防止することができる。   Furthermore, the on-duty (that is, reverse duty) of the switching element in which the forward current does not flow is set based on the integrated value of the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow in the plurality of switching cycles up to the previous time. Therefore, it is possible to improve the estimation accuracy of the degree of heat generation of the switching element in which the forward current does not flow, and more accurately suppress the heat generation of the switching element and prevent the occurrence of thermal damage.

さらに、予め記憶しているマップあるいは数式に基づいて、順方向電流が流れていないスイッチング素子の発熱度合いを迅速に推定することができ、制御処理の負荷を低減しつつ、的確にスイッチング素子の発熱を抑制し、熱損傷の発生を防止することができる。   Furthermore, the degree of heat generation of the switching element in which no forward current flows can be quickly estimated based on a map or mathematical formula stored in advance, and the heat generation of the switching element can be accurately performed while reducing the control processing load. And the occurrence of thermal damage can be prevented.

なお、上述した実施の形態において、通電割合演算部25aは、前回までの複数のスイッチング周期における逆方向デューティの積算値に基づいて今回のスイッチング周期での逆方向デューティを設定するとしたが、これに限定されず、前回までの複数のスイッチング周期における逆方向デューティに係る他の値、例えば平均値などであって、順方向電流が流れていないスイッチング素子の発熱度合いに係る適宜の値に基づいて今回のスイッチング周期での逆方向デューティを設定してもよい。   In the above-described embodiment, the energization ratio calculation unit 25a sets the reverse duty in the current switching cycle based on the integrated value of the reverse duty in the plurality of switching cycles until the previous time. This is not limited and is based on other values related to the reverse duty in a plurality of switching cycles up to the previous time, such as an average value, and an appropriate value related to the degree of heat generation of the switching element in which no forward current flows. You may set the reverse direction duty in the switching period.

なお、上述した実施の形態において、通電割合演算部25aは順方向電流が流れていないスイッチング素子の過去のオンデューティの履歴に基づいて逆方向デューティを設定するとしたが、これに限定されず、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順方向電流が流れるスイッチング素子は周期的に切り換わることから、今回のスイッチング周期での逆方向デューティを、このスイッチング素子に順方向電流が流れていたときのオンデューティ、つまり順方向電流が流れていたときの発熱度合いも考慮して設定してもよい。
この場合には、例えば、順方向電流が大きくなることに伴い、スイッチング素子の発熱度合いが大きくなるとして、スイッチング素子の発熱度合いの推定精度を向上させることができ、より一層、的確にスイッチング素子の発熱を抑制し、熱損傷の発生を防止することができる。
In the above-described embodiment, the energization ratio calculation unit 25a sets the reverse duty based on the past on-duty history of the switching element in which the forward current does not flow. However, the present invention is not limited to this. Since the switching element in which the forward current flows among the switching elements on the low side and the switching element on the low side is periodically switched, the reverse duty in the current switching cycle is determined by the forward current flowing in this switching element. It may be set in consideration of the on-duty, that is, the degree of heat generation when a forward current flows.
In this case, for example, as the forward current increases, the degree of heat generation of the switching element increases, so that the estimation accuracy of the degree of heat generation of the switching element can be improved, and the switching element can be more accurately detected. Heat generation can be suppressed and occurrence of thermal damage can be prevented.

なお、上述した実施の形態において、通電割合演算部25aは、逆方向デューティの積算値および順方向電流と、逆方向電流との所定の対応関係を示すマップあるいは数式に基づいて、今回のスイッチング周期での逆方向電流あるいは逆方向デューティを演算するとしたが、これに限定されず、例えばインバータ13のスイッチング素子などのチップ温度を推定して、この推定結果に基づき逆方向電流あるいは逆方向デューティを演算してもよい。   In the above-described embodiment, the energization ratio calculation unit 25a determines the current switching cycle based on a map or a mathematical expression indicating a predetermined correspondence relationship between the integrated value of the reverse duty and the forward current and the reverse current. However, the present invention is not limited to this. For example, the chip temperature of the switching element of the inverter 13 is estimated, and the reverse current or the reverse duty is calculated based on the estimation result. May be.

以下に、この変形例において、上述した実施の形態のステップS03における逆方向デューティ演算の処理について説明する。
先ず、例えば図16に示すステップS31においては、前回までのスイッチング周期における逆方向デューティの履歴を取得する。
次に、ステップS32においては、前回までの過去所定回数(例えば、5回など)のスイッチング周期における逆方向デューティの積算値を演算する。
Hereinafter, in this modification, the reverse duty calculation process in step S03 of the above-described embodiment will be described.
First, for example, in step S31 shown in FIG. 16, a history of reverse duty in the previous switching cycle is acquired.
Next, in step S32, the integrated value of the reverse duty in the past predetermined number of times (for example, five times) until the previous time is calculated.

次に、ステップS33においては、前回までの過去所定回数(例えば、5回など)のスイッチング周期における逆方向デューティの積算値に基づき、インバータ13のスイッチング素子などのチップ温度を推定する。
この推定処理では、例えば逆方向デューティの積算値とチップ温度の推定値との対応関係を示す所定のマップや数式、あるいは、例えば逆方向デューティの積算値および順方向電流とチップ温度の推定値との対応関係を示す所定のマップや数式、などを参照して、チップ温度の推定値を演算する。
Next, in step S33, the chip temperature of the switching element of the inverter 13 is estimated based on the integrated value of the reverse duty in the past predetermined number of times (for example, five times) until the previous time.
In this estimation process, for example, a predetermined map or mathematical expression showing the correspondence between the integrated value of the reverse duty and the estimated value of the chip temperature, or the integrated value of the reverse duty and the estimated value of the forward current and the chip temperature, for example, The estimated value of the chip temperature is calculated with reference to a predetermined map or mathematical expression showing the correspondence relationship between the two.

次に、ステップS34においては、例えばチップ温度の推定値および順方向電流と、逆方向電流との対応関係を示す所定のマップや数式などを参照して、逆方向電流を演算する。
次に、ステップS35においては、逆方向電流に基づき逆方向デューティ(例えば、ロー側デューティDutyL)を演算する。
次に、ステップS36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(例えば、所定の最小デッドタイムなど)を取得する。
Next, in step S34, for example, the backward current is calculated with reference to a predetermined map or a mathematical formula showing the correspondence between the estimated value of the chip temperature and the forward current and the backward current.
Next, in step S35, a reverse duty (for example, low-side duty DutyL) is calculated based on the reverse current.
Next, in step S36, based on, for example, data stored in advance, a dead time (for example, a predetermined minimum dead time) for the switching element through which the reverse current flows is acquired.

次に、ステップS37においては、逆方向デューティリミット処理を行なう。
この処理では、先ず、今回のスイッチング周期での順方向デューティ(例えば、ハイ側デューティDutyH)と、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とに基づき、逆方向デューティに対する所定の上限値(=100%−順方向デューティ%−デッドタイム%)を演算する。
そして、逆方向デューティの演算結果が逆方向デューティに対する所定の上限値以下であれば、この演算結果を逆方向デューティとして出力し、リターンに進む。
一方、逆方向デューティの演算結果が逆方向デューティに対する所定の上限値よりも大きい場合には、所定の上限値を逆方向デューティとして出力し、リターンに進む。
Next, in step S37, reverse duty limit processing is performed.
In this process, first, a predetermined upper limit value (= 100) for the reverse duty based on the forward duty (for example, the high-side duty DutyH) in the current switching cycle and the dead time for the switching element through which the reverse current flows. %-Forward duty%-dead time%).
If the calculation result of the reverse duty is equal to or less than a predetermined upper limit value with respect to the reverse duty, the calculation result is output as the reverse duty and the process proceeds to return.
On the other hand, if the calculation result of the reverse duty is larger than the predetermined upper limit value for the reverse duty, the predetermined upper limit value is output as the reverse duty and the process proceeds to return.

この変形例によれば、順方向電流が流れていないスイッチング素子の発熱度合いに係るチップ温度の推定値に基づいて、スイッチング素子のオンデューティを、より一層適切に設定することができる。   According to this modification, the on-duty of the switching element can be set more appropriately based on the estimated value of the chip temperature related to the degree of heat generation of the switching element in which no forward current flows.

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)
25a 通電割合演算部(積算値算出手段)
32 相電流検出部(負荷電流検出手段)
10 Switching circuit controller 12 Motor (load)
13 Inverter 13a Bridge circuit (switching circuit)
14 processor 25 PWM calculation part (duty setting means)
25a Energization ratio calculation unit (integrated value calculation means)
32 phase current detector (load current detection means)

Claims (4)

ハイ側スイッチング素子および還流ダイオード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および還流ダイオード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を備え、
前記デューティ設定手段は、
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順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティを、該スイッチング素子の前回までの前記スイッチング周期における前記オンデューティに基づいて設定する
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,
A duty setting means capable of independently setting the on-duty of the high-side switching element and the on-duty of the low-side switching element in a predetermined switching cycle;
The duty setting means includes
The on-duty of a switching element in which a forward current does not flow among the high-side switching element and the low-side switching element is set based on the on-duty in the switching period until the previous time of the switching element. A switching circuit control device.
前回までの複数の前記スイッチング周期における前記オンデューティの積算値を算出する積算値算出手段を備え、
前記デューティ設定手段は、前記積算値算出手段によって算出された前記オンデューティの前記積算値に基づいて、前記順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティを設定する
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。
An integrated value calculating means for calculating an integrated value of the on-duty in a plurality of the switching cycles up to the previous time;
The duty setting means sets the on-duty of a switching element in which the forward current does not flow based on the integrated value of the on-duty calculated by the integrated value calculating means. 2. A control device for a switching circuit according to 1.
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を備え、
前記デューティ設定手段は、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いて、前記順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティを設定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスイッチング回路の制御装置。
Load current detection 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;
The duty setting unit sets the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow, based on the load current detected by the load current detection unit. 3. The switching circuit control device according to 2.
前記デューティ設定手段は、前記順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティに係るマップあるいは数式を記憶しており、該マップあるいは数式に基づいて、前記順方向電流が流れていないスイッチング素子の前記オンデューティを設定する
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1つに記載のスイッチング回路の制御装置。
The duty setting means stores a map or a mathematical expression related to the on-duty of the switching element in which the forward current does not flow, and based on the map or mathematical expression, the duty setting means of the switching element in which the forward current does not flow The switching circuit control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the on-duty is set.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018058143A (en) * 2016-10-04 2018-04-12 株式会社マキタ Electric working machine
JP7545345B2 (en) 2021-02-19 2024-09-04 日立Astemo株式会社 Brushless motor control device and control method

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