JP2014068417A - Inverter control device - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、インバータ制御装置に係り、PWM制御におけるPWM指令デューティ比の0%近傍又は100%近傍で上下アームのオン/オフが元に戻らなくなるのを防止することにある。
【解決手段】インバータ制御装置は、複数相の交流電動機に供給される交流電力を発生させるための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子を有するインバータと、交流電動機の各相それぞれの相電流を検出する電流検出手段と、その相電流に基づくPWM指令信号と所定周期のキャリア信号との電圧比較結果に基づいて、一対のスイッチング素子のオン/オフを制御するスイッチング制御手段と、交流電動機の各相それぞれの相電流のゼロクロス近傍を判定する電流ゼロクロス判定手段と、PWM制御におけるゼロクロス近傍において、相電流に基づくPWM指令デューティ比が0%近傍又は100%近傍であるときに、PWM指令信号を通常よりも電圧上昇又は電圧下降させる電圧指令補正手段と、を備える。
【選択図】図1The present invention relates to an inverter control device, and an object of the present invention is to prevent the on / off of upper and lower arms from returning to the original state near 0% or 100% of a PWM command duty ratio in PWM control.
An inverter control device generates an AC power supplied to a plurality of phases of an AC motor, and includes an inverter having a pair of switching elements corresponding to each phase and a phase current of each phase of the AC motor. Current detecting means for detecting the switching current, a switching control means for controlling on / off of the pair of switching elements based on a voltage comparison result between the PWM command signal based on the phase current and a carrier signal of a predetermined period, and an AC motor Current zero-cross determination means for determining the vicinity of the zero-cross of the phase current of each phase, and the PWM command signal when the PWM command duty ratio based on the phase current is near 0% or 100% in the vicinity of the zero-cross in PWM control Voltage command correction means for increasing or decreasing the voltage than usual.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、インバータ制御装置に係り、特に、複数相の交流電動機に供給される交流電力を発生するための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子を有するインバータを制御するうえで好適なインバータ制御装置に関する。 The present invention relates to an inverter control device, and in particular, an inverter suitable for controlling an inverter having a pair of switching elements corresponding to each phase for generating AC power supplied to a multi-phase AC motor. The present invention relates to a control device.
従来、複数相の交流電動機を駆動制御するための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子(すなわち、上アーム及び下アーム)を有するインバータを制御する制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このインバータ制御装置は、インバータのパルス幅変調(PWM;Pulse Width Modulation)制御に従って各相それぞれについて一対のスイッチング素子をオン/オフすることによって、交流電動機に供給される交流電力を発生させる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a control device that controls an inverter having a pair of switching elements (that is, an upper arm and a lower arm) corresponding to each phase for driving and controlling a multi-phase AC motor is known (for example, a patent) Reference 1). This inverter control device generates AC power supplied to an AC motor by turning on / off a pair of switching elements for each phase in accordance with pulse width modulation (PWM) control of the inverter.
PWM制御としては、少なくとも、正弦波モードと、その正弦波モードよりも交流電動機の高回転・高トルクを実現できる過変調モードと、がある。正弦波モードは、正弦波状の電圧指令値とキャリア(例えば、三角波)との電圧比較を行うことで所定期間内で入力電圧が正弦波状に変化するようにスイッチング素子のオン/オフを制御するものである。また、過変調モードは、ハイレベル値とローレベル値とが交互に生成される階段状の電圧指令値とキャリア(例えば、三角波)との電圧比較を行うことでPWM指令デューティ比が速やかに0%又は100%に達するようにスイッチング素子のオン/オフを制御するものである。 As PWM control, there are at least a sine wave mode and an overmodulation mode that can realize higher rotation and higher torque of the AC motor than the sine wave mode. The sine wave mode controls on / off of the switching element so that the input voltage changes in a sine wave form within a predetermined period by comparing the voltage between a sine wave voltage command value and a carrier (for example, a triangular wave). It is. In the overmodulation mode, the PWM command duty ratio is quickly reduced to 0 by performing voltage comparison between a stepped voltage command value in which a high level value and a low level value are alternately generated and a carrier (for example, a triangular wave). % Or 100% is controlled to turn on / off the switching element.
ところで、インバータの上下アームによる短絡を防止するため、上下アームを共にオフとする短絡防止時間(デッドタイム)を設けるのが一般的である。また、各相の相電流は、ゼロクロス近傍でノイズや電流リプルの影響により変動する。相電流のゼロクロス近傍でデッドタイムにより上下アームが共にオフされると、出力電圧が上下動してその出力電圧の時間変化が通常よりも緩やかになる。この点、電流ゼロクロス近傍でのデッドタイム中に出力電圧変化の変動に起因して上下アームのスイッチングが適切に行われない事態が生じ得る。 By the way, in order to prevent a short circuit by the upper and lower arms of the inverter, it is common to provide a short-circuit prevention time (dead time) in which both the upper and lower arms are turned off. Moreover, the phase current of each phase fluctuates near the zero cross due to the influence of noise and current ripple. When both the upper and lower arms are turned off near the zero cross of the phase current due to the dead time, the output voltage moves up and down, and the time change of the output voltage becomes slower than usual. In this regard, there may occur a situation in which the upper and lower arms are not properly switched due to fluctuations in the output voltage change during the dead time near the current zero cross.
そこで、出力電圧変化の変動に起因した上下アームの不正なスイッチングを回避するため、出力電圧の時間変化(dv/dt)を検出し、出力電圧が比較的速やかに変化してその時間変化dv/dtが大きい期間中は上下アームのスイッチング指令をマスクせず、一方、出力電圧が比較的緩やかに変化してその時間変化dv/dtが小さい期間中は上下アームのスイッチング指令をマスクすることが考えられる(例えば、特許文献2参照)。かかる構成によれば、出力電圧が上下動して比較的緩やかに変化する際に上下アームが不正にスイッチングされるのを回避することができ、その結果として、インバータ制御を適切に行うことが可能となる。 Therefore, in order to avoid unauthorized switching of the upper and lower arms due to fluctuations in the output voltage, the time change (dv / dt) of the output voltage is detected, and the output voltage changes relatively quickly, and the time change dv / It is conceivable that the switching command for the upper and lower arms is not masked during the period when dt is large, while the switching command for the upper and lower arms is masked during the period when the output voltage changes relatively slowly and the time change dv / dt is small. (See, for example, Patent Document 2). According to such a configuration, it is possible to prevent the upper and lower arms from being illegally switched when the output voltage moves up and down relatively slowly, and as a result, it is possible to appropriately perform inverter control. It becomes.
一方、過変調モードでは、キャリア周期の数回分に亘ってオン(又はオフ)が継続するようなスイッチングが行われ得るが、PWM指令デューティ比が100%近傍又は0%近傍であるときにキャリアの山点又は谷点で上記の電圧指令値とキャリアとの電圧大小関係が短時間のうちに変化することがあるので、短時間でスイッチング指令が(a)オン→(b)オフ→(c)オン或いはその逆の順に切り替わる事態(すなわち、短パルスの発生)が起こり得る。また、正弦波モードでも、交流電動機の高回転・高トルクを実現させる場合には、PWM指令デューティ比が100%近傍又は0%近傍に至るので、キャリアの山点又は谷点で上記の電圧指令値とキャリアとの電圧大小関係が短時間のうちに変化することがあるので、上記の短パルスが発生し得る。 On the other hand, in the overmodulation mode, switching that continues to be turned on (or off) for several carrier cycles can be performed. However, when the PWM command duty ratio is near 100% or near 0%, Since the voltage magnitude relationship between the voltage command value and the carrier may change within a short time at the peak or valley point, the switching command is (a) on → (b) off → (c) in a short time. There may be a situation where the switching occurs in the order of ON or vice versa (that is, generation of a short pulse). Even in the sine wave mode, when high rotation and high torque of the AC motor is realized, the PWM command duty ratio reaches near 100% or near 0%. Since the voltage magnitude relationship between the value and the carrier may change within a short time, the above short pulse can be generated.
この点、PWM制御の正弦波モード及び過変調モードにおける電流ゼロクロス近傍でのデッドタイム中に、上記の如く上下アームのスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されると、短パルスでのスイッチング素子のオン又はオフが継続する時間がマスク時間よりも短い場合、2回目のスイッチング変更指令(例えば、上記(c)のオン指令)がマスクされる事態が生じ得、以後、その2回目のスイッチング変更指令に基づく上下アームのスイッチングが実行されない不都合が生ずるおそれがある。 In this regard, when the mask process for masking the switching command of the upper and lower arms is executed as described above during the dead time near the current zero cross in the sine wave mode and overmodulation mode of the PWM control, the switching element of the short pulse is changed. If the ON or OFF duration is shorter than the mask time, there may occur a situation where the second switching change command (for example, the ON command in (c) above) is masked, and thereafter the second switching change command. There is a risk that the switching of the upper and lower arms based on the above will not be performed.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、PWM制御におけるPWM指令デューティ比の0%近傍又は100%近傍で上下アームのオン/オフが元に戻らなくなるのを防止することが可能なインバータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to prevent the on / off of the upper and lower arms from returning to the original state in the vicinity of 0% or 100% of the PWM command duty ratio in the PWM control. It is an object to provide a simple inverter control device.
上記の目的は、複数相の交流電動機に供給される交流電力を発生するための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子を有するインバータと、前記交流電動機の各相それぞれの相電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出される前記相電流に基づいて生成されるPWM指令信号と、所定周期のキャリア信号と、の電圧比較結果に基づいて、前記一対のスイッチング素子のオン/オフを制御するスイッチング制御手段と、前記交流電動機の各相それぞれの相電流のゼロクロス近傍を判定する電流ゼロクロス判定手段と、PWM制御における前記ゼロクロス近傍において、前記電流検出手段により検出される前記相電流に基づくPWM指令デューティ比が0%近傍又は100%近傍であるときに、前記PWM指令信号を通常よりも電圧上昇させ又は電圧下降させる電圧指令補正手段と、を備えるインバータ制御装置により達成される。 The above object is to detect an inverter having a pair of switching elements corresponding to each phase for generating AC power supplied to the AC motor of a plurality of phases, and a phase current of each phase of the AC motor. On / off of the pair of switching elements based on a voltage comparison result between a current detection unit, a PWM command signal generated based on the phase current detected by the current detection unit, and a carrier signal having a predetermined period. Switching control means for controlling off, current zero cross determination means for determining the vicinity of the zero cross of each phase current of the AC motor, and the phase current detected by the current detection means in the vicinity of the zero cross in PWM control The PWM command signal when the PWM command duty ratio based on is near 0% or near 100% It is achieved by the inverter control device comprising: a voltage command correction means for voltage raising or voltage drop, the than normal.
本発明によれば、PWM制御におけるPWM指令デューティ比の0%近傍又は100%近傍で上下アームのオン/オフが元に戻らなくなるのを防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the on / off of the upper and lower arms from returning to the original state when the PWM command duty ratio in the PWM control is near 0% or near 100%.
以下、図面を用いて、本発明に係るインバータ制御装置の具体的な実施の形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of an inverter control device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例であるインバータ制御装置10を備えるシステムの全体構成図を示す。図2は、本実施例のインバータ制御装置10の要部のブロック構成図を示す。本実施例のインバータ制御装置10は、直流電源から交流電力を発生させるためのインバータ12を制御する装置である。
FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a system including an
インバータ12は、例えば電気自動車又はハイブリッド自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生し或いは車両エンジンに対する電動機としてエンジン始動を行うモータ14に供給される交流電力を、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などのバッテリ16の直流電力を用いて発生させるための機器である。また、モータ14は、三相の同期型交流電動機であって、U相,V相,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続された構成を有している。
The
インバータ12は、バッテリ16とモータ14との間に介在されている。尚、インバータ12とバッテリ16との間に、リアクトルのエネルギ蓄積作用を利用してバッテリ16の直流電圧を一対のスイッチング素子のオン/オフにより昇圧する昇圧コンバータを設けることとしてもよい。インバータ12は、モータ14の各相それぞれに対応した上下アーム20,22,24を有している。U相の上下アーム20とV相の上下アーム22とW相の上下アーム24とは、正極用電源と負極用電源との間に並列に接続されている。
The
U相の上下アーム20は、上アーム素子であるスイッチング素子20aと下アーム素子であるスイッチング素子20bとからなる。V相の上下アーム22は、上アーム素子であるスイッチング素子22aと下アーム素子であるスイッチング素子22bとからなる。また、W相の上下アーム24は、上アーム素子であるスイッチング素子24aと下アーム素子であるスイッチング素子24bとからなる。各相の上下アーム20,22,24の上アーム素子と下アーム素子とは、正極用電源と負極用電源との間に直列に接続されている。各相の上下アーム20,22,24の上アーム素子と下アーム素子との間の中間点は、モータ14の当該相のコイルの他端に接続されている。各スイッチング素子は、例えばIGBTなどのパワートランジスタである。
The U-phase upper and lower arms 20 include a
インバータ12は、相ごとに、上下アーム20,22,24の上アーム素子と下アーム素子とが交互にオン/オフされることにより、直流電圧を交流電圧に変換して出力する。上アーム素子及び下アーム素子である各スイッチング素子のオン/オフは、インバータ制御装置10からの制御信号によって制御される。これらの各スイッチング素子には、逆並列ダイオードDu,Ddが並列に接続されている。
The
インバータ制御装置10は、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニット(ECU)18を有し、予め格納されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理及び/又は電子回路によるハードウェア処理により、インバータ12の動作を制御する。
The
インバータ制御装置10のECU18は、電流センサ26及びレゾルバ28に接続されている。電流センサ26は、モータ14の各相それぞれの相電流に応じた信号を出力する。ECU18は、電流センサ26から出力される信号に基づいて、モータ14の各相それぞれに流れる相電流を検出する。尚、三相の相電流iu,iv,iwの瞬時値の和はゼロであるので、電流センサ26が二相分の相電流に応じた信号を出力するものとし、残り一相の電流については演算により求めることとしてもよい(例えば、iu=−(iv+iw))。また、レゾルバ28は、モータ14のロータ回転角θに応じた信号を出力する。ECU18は、レゾルバ28から出力される信号に基づいて、モータ14のロータ回転角θを検出する。
The ECU 18 of the
ECU18は、電流センサ26に接続するdq軸電流変換部30を備えている。電流センサ26を用いて検出されるモータ各相の相電流iu,iv,iwの情報は、dq軸電流変換部30に供給される。dq軸電流変換部30は、電流センサ26から入力されるモータ14の三相の相電流iu,iv,iwを二相のd軸電流id及びq軸電流iqに座標変換することで、三相の相電流iu,iv,iwに基づいてd軸電流id及びq軸電流iqを演算する。
The
ECU18には、予め定められたマップなどに従ってモータ14のトルク指令値に応じたd軸電流指令値id*及びq軸電流指令値iq*が入力る。ECU18は、フィードバック演算部32を備えている。フィードバック演算部32には、d軸電流の指令値id*と実値idとの偏差Δid(=id*−id)、及び、q軸電流の指令値iq*と実値iqとの偏差Δiq(=iq*−iq)が入力される。
The
ECU18は、レゾルバ28に接続する回転数演算部34を備えている。レゾルバ28を用いて検出されるモータ14のロータ回転角θの情報は、回転数演算部34に供給される。回転数演算部34は、モータ14のロータ回転角θに基づいてモータ14の回転数Nを演算する。
The
回転数演算部34は、上記のフィードバック演算部32に接続されている。回転数演算部34で演算されたモータ14の回転数Nの情報は、フィードバック演算部32に供給される。フィードバック演算部32は、モータ14の回転数Nを用いて、入力されるd軸電流の偏差Δid及びq軸電流の偏差Δiqがゼロに収束されるようにd軸電圧の指令値vd及びq軸電圧の指令値vqを演算する。
The rotation
ECU18は、フィードバック演算部32に接続するdq軸電圧変換部36を備えている。フィードバック演算部32で演算されたdq軸の電圧指令値vd,vqの情報は、dq軸電圧変換部36に供給される。dq軸電圧変換部36には、また、上記のレゾルバ28が接続されている。レゾルバ28を用いて検出されるモータ14のロータ回転角θの情報は、dq軸電圧変換部36に供給される。dq軸電圧変換部36は、モータ14のロータ回転角θを用いて、入力されるdq軸の電圧指令値vd,vqを三相の基準電圧指令値Vu,Vv,Vwに座標変換することで、dq軸の電圧指令値vd,vqに基づいて三相の基準電圧指令値Vu,Vv,Vwを演算する。尚、この三相の基準電圧指令値Vu,Vv,Vwは、互いに等振幅を有し、電気角120°ずつ位相がずれた信号である。
The
ECU18は、dq軸電圧変換部36に接続するPWM指令補正部40を備えている。dq軸電圧変換部36で演算された三相の基準電圧指令値Vu,Vv,Vwの情報は、PWM指令補正部40に供給される。PWM指令補正部40は、入力される三相の基準電圧指令値Vu,Vv,Vwを後に詳述する如く補正して、出力すべき三相の電圧指令値U,V,Wを演算する。
The
ECU18は、また、PWM指令補正部40に接続するPWM出力部42を備えている。PWM指令補正部40で演算された三相の電圧指令値U,V,Wの情報は、PWM出力部42に供給される。PWM出力部42には、所定周期Tcのキャリア信号が入力される。このキャリア信号は、例えば三角波状に形成された搬送波であって、三相の電圧指令値U,V,Wの振幅と略同じ所定振幅を有している。PWM出力部42は、各相それぞれにおいて、入力される電圧指令値U,V,Wとキャリア信号とを電圧比較し、インバータ12の上下アーム20,22,24のオン/オフを指令する制御信号を生成して、上下アーム20,22,24に向けて出力する。
The
次に、図3乃至図7を参照して、本実施例のインバータ制御装置10における動作について説明する。
Next, the operation of the
図3は、電流ゼロクロス近傍で上下アーム20,22,24の上アーム素子と下アーム素子とが共にオフする短絡防止時間(デッドタイム)中に上下アーム20,22,24の出力電圧が上下動する状況を表した図を示す。尚、図3(A)は回路図を、また、図3(B)は動作タイムチャートを、それぞれ示す。図4は、図5は、本実施例のインバータ制御装置10においてインバータ12を制御する制御モードを表した図を示す。図6は、本実施例のインバータ制御装置10における過変調PWM制御モードでの動作タイムチャートの一例を示す。また、図7は、過変調PWM制御モードにおけるゼロクロス近傍でのデッドタイム中にスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されることに伴う不都合を説明するための図を示す。
FIG. 3 shows that the output voltages of the upper and
本実施例において、インバータ12の上下アーム20,22,24はそれぞれ、正極用電源と負極用電源との間に直列に接続されかつ交互にオン/オフされる上アーム素子と下アーム素子とからなる。かかる構造においては、ECU18がインバータ12の各スイッチング素子のオン/オフを制御するうえで、上アーム素子と下アーム素子とが短絡するのを防止するため、上アーム素子と下アーム素子とが共にオフする短絡防止時間(デッドタイム)が設けられる。また、モータ各相の相電流iu,iv,iwは、ゼロクロス近傍でノイズや電流リプルの影響により変動する。モータ14の相電流iu,iv,iwがゼロクロス近傍に至った際に上記のデッドタイムにより上下アームが共にオフにされると、上下アーム20,22,24の出力電圧Vceがその相電流iu,iv,iwに応じて上下動し、その出力電圧Vceの時間変化が通常よりも緩やかになる(図3参照)。この点、電流ゼロクロス近傍でのデッドタイム中に出力電圧変化の変動に起因して上下アーム20,22,24のスイッチングが適切に行われない事態が生じ得る。
In this embodiment, the upper and
これに対して、本実施例のインバータ制御装置10において、ECU18は、電流ゼロクロス判定部44を備えている。電流ゼロクロス判定部44には、電流センサ26を用いて検出されるモータ各相の相電流iu,iv,iwの情報が入力されると共に、回転数演算部34で演算されたモータ14の回転数Nの情報が入力される。電流ゼロクロス判定部44は、モータ各相の相電流iu,iv,iwそれぞれについてゼロクロス近傍に至るか否かを判定する。
On the other hand, in the
ECU18は、三相の電圧指令値U,V,Wとキャリア信号とを電圧比較して、インバータ12への制御信号を生成するうえでキャリア信号の頂点タイミング(例えば、三角波の山点及び谷点の双方)で、電流センサ26からの相電流iu,iv,iwをモニタする(図4参照)。そして、その頂点タイミングの次の頂点タイミングで(例えば、三角波の山点で相電流をモニタしたときは次の谷点で、また、三角波の谷点で相電流をモニタしたときは次の山点で)、インバータ12へのPWM指令を行う。
The
電流ゼロクロス判定部44は、上記した電流ゼロクロス近傍の判定を行ううえで、まず、キャリア信号の頂点タイミングt_nでモニタした相電流i_nを基に、次式(1)に示す如く、その頂点タイミングt_nの次の頂点タイミングt_n+1で生ずる相電流i_n+1を推定する。但し、Tcはキャリア信号の周期であり、また、αは相電流が時間変化するときの傾きであって、モータ14の回転数に応じて変動する値である。
In determining the vicinity of the current zero cross, the current zero
i_n+1=i_n+α×Tc/2 ・・・(1)
そして、電流ゼロクロス判定部44は、上記の如く次の頂点タイミングt_n+1で生ずる相電流i_n+1を推定すると、その相電流i_n+1がゼロクロス近傍となるか否かを判別する。尚、ゼロクロス近傍か否かの判別は、相電流i_n+1が電流ゼロを中心にした所定の上下範囲に属するか否かに基づいて行われるものとすればよい。
i_n + 1 = i_n + α × Tc / 2 (1)
Then, when the phase current i_n + 1 generated at the next vertex timing t_n + 1 is estimated as described above, the current zero
ECU18は、上記の如く電流ゼロクロス判定部44にて次の頂点タイミングt_n+1で相電流i_n+1がゼロクロス近傍になると判定すると、その頂点タイミングt_n+1近傍で上アーム素子及び下アーム素子が共にオフするデッドタイムが生ずるか否か、すなわち、上下アームへのオン/オフの切り替えが行われるか否かを判別する。尚、この判別は、上下アームの出力電圧の時間変化を検出して、その時間変化が閾値に比べて大きいか否かに基づいて行うものとすればよい。
When the
ECU18は、電流ゼロクロス近傍でデッドタイムを伴う上下アームへのオン/オフの切り替えが行われると判別した場合は、上記の頂点タイミングt_n+1でのインバータ12へのPWM指令がマスクされるようにPWM指令に対する所定期間のマスク処理を行う。尚、この所定期間は、少なくとも上下アーム20,22,24の出力電圧Vceの上下動が継続する時間に設定されていればよい。かかるマスク処理によれば、デッドタイム中の電流ゼロクロス近傍において、上下アーム20,22,24の出力電圧Vceの上下動がある程度長時間に亘って継続することに起因して上下アーム20,22,24に対するオン指令及びオフ指令が不正に行われるのを回避することができ、そのスイッチングが適切に行われなくなるのを回避することができる。
When the
また、本実施例のモータ制御装置10において、ECU18は、図5に示す如く、インバータ12を制御する制御モードとして正弦波PWM(Pulse Width Modulation;パルス幅変調)制御と過変調PWM制御と矩形波制御との3つの制御モードを有し、それら3つの制御モードのうちから何れか一つのモードを選択し、インバータ12の制御実行を行う。
Further, in the
正弦波PWM制御は、正弦波状の電圧指令値とキャリア信号との電圧比較を行うことでパルス幅が変調するPWM信号を生成し、そのPWM信号によりモータ14の各相の上下アーム20,22,24におけるスイッチング素子のオン/オフを制御するものである。そして、上アームスイッチング素子をオンしかつ下アームスイッチング素子をオフする第1期間と、上アームスイッチング素子をオフしかつ下アームスイッチング素子をオンする第2期間と、を交互に繰り返すことにより、所定期間内でインバータ12から出力されてモータ14に入力される電圧が正弦波状に変化するように各スイッチング素子のデューティ比を制御するものである。インバータ12が上記の正弦波PWM制御によりPWM信号に従って電力変換を行うと、モータ14に入力される電圧波形が実質的に正弦波状になる。かかる正弦波PWM制御によれば、モータ14が比較的低い回転域で回転駆動されても、トルク制御を容易に行うことができ、滑らかな回転を得ることが可能である。
In the sine wave PWM control, a PWM signal whose pulse width is modulated is generated by comparing a voltage between a sine wave voltage command value and a carrier signal, and the upper and
また、過変調PWM制御は、例えば図6に示す如く、ハイレベル値(例えば、正極用電源の電圧値近傍の値)、ローレベル値(例えば、負極用電源の電圧値近傍の値)、又はそれらの中間値が生成される階段状の電圧指令値とキャリア信号との電圧比較を行うことでパルス幅が変調するPWM信号を生成し、そのPWM信号によりPWM指令デューティ比が速やかに0%又は100%に達するようにモータ14の各相の上下アーム20,22,24におけるスイッチング素子のオン/オフを制御するものである。インバータ12が上記の過変調PWM制御によりPWM信号に従って電力変換を行うと、モータ14に入力される電圧波形が直ちにハイレベル又はローレベルになる。かかる過変調PWM制御によれば、モータ14が比較的高い回転域で回転駆動されても、高いトルクを発生させることができる。
Further, as shown in FIG. 6, for example, the overmodulation PWM control is performed by a high level value (for example, a value near the voltage value of the positive power supply), a low level value (for example, a value near the voltage value of the negative power supply), or A PWM signal whose pulse width is modulated is generated by comparing the voltage between the stepped voltage command value for generating the intermediate value and the carrier signal, and the PWM command duty ratio is quickly 0% or The on / off states of the switching elements in the upper and
更に、矩形波制御は、モータ14の回転位置に応じた矩形波信号を生成し、その矩形波信号によりモータ14の各相の上下アーム20,22,4におけるスイッチング素子のオン/オフを制御するものである。そして、所定期間内でインバータ12から出力されてモータ14に入力される電圧が矩形波状になるようにすなわち矩形波1パルスがモータ14に入力されるように各スイッチング素子のオン期間とオフ期間とを一対一に制御するものであり、モータ各相の半周期分(電気角180°)を1パルスとして出力するものである。尚、矩形波制御において、インバータ12から出力される電圧の振幅は固定されており、モータ14の出力制御はインバータ12の出力電圧の位相を変化させることにより実現される。インバータ12が上記の矩形波制御により矩形波信号に従って電力変換を行うと、モータ14に入力される電圧波形がその回転位置に応じて矩形波状になる。かかる矩形波制御によれば、インバータ12への入力電圧に対するモータ14への入力電圧の振幅の比を、上記のPWM制御に比べて高めることができるので、モータ14が比較的高い回転域かつ比較的高いトルク域で回転駆動されても、容易に制御を行うことができる。また、弱め界磁制御などを行うPWM制御に比べて、モータ14での鉄損の発生を抑えてエネルギ効率を向上させることが可能であると共に、インバータ12でのスイッチング回数を少なくすることができるため、スイッチング損失を抑えることが可能である。
Further, the rectangular wave control generates a rectangular wave signal corresponding to the rotational position of the
本実施例において、ECU18は、アクセル操作量やモータ回転数などに基づいてモータ14が出力すべきトルクを決定し、そのトルクに対応するトルク指令値を求め、そのトルク指令値に従ってインバータ12のスイッチング素子へ供給すべき信号を生成する。ECU18は、モータ回転数N及びモータトルクTなどに応じて、インバータ12の制御モードを正弦波PWM制御と過変調PWM制御と矩形波制御とで切り替える。
In this embodiment, the
ECU18は、上記の如く求めたトルク指令値からd−q軸座標上のd軸電流指令値id*及びq軸電流指令値iq*を求めると共に、モータ14の各相に実際に流れるモータ電流からd軸電流id及びq軸電流iqを求める。そして、正弦波PWM制御モードでは、これら電流の指令値と実値との偏差に基づいて正弦波状のdq軸の電圧指令値vd,vqを求め、一方、過変調PWM制御モードでは、これら電流の指令値と実値との偏差に基づいて矩形波状のdq軸の電圧指令値vd,vqを求める。次に、上記の如く求めた電圧指令値vd,vqについて二相→三相の座標変換を行ったうえで、補正後の電圧指令値U,V,Qとキャリア信号とを比較して、パルス幅変調されたPWM信号を生成する。
The
また、ECU18は、矩形波制御モードでは、モータ14の各相に実際に流れるモータ電流からd軸電流id及びq軸電流iqを求め、その電流値からモータ14に生じているトルクを求める。そして、このトルクと上記のトルク指令値とを比較して、矩形波の位相を決定し、その位相をロータ角に加算して矩形波信号を生成する。
Further, in the rectangular wave control mode, the
ところで、上記の過変調PWM制御モードでは、キャリア周期Tcの数回分に亘ってオン(又はオフ)が継続するようなスイッチングが行われ得るが、PWM指令デューティ比が100%近傍又は0%近傍であるときには、キャリア信号の山点又は谷点で電圧指令値とキャリア信号との電圧大小関係が短時間のうちに変化することがあるので、短時間でスイッチング指令が(a)オン→(b)オフ→(c)オン或いはその逆の順に切り替わる事態(すなわち、短パルスの発生)が起こり得る。 By the way, in the above-described overmodulation PWM control mode, switching that continues to be turned on (or off) for several times of the carrier cycle Tc can be performed, but the PWM command duty ratio is near 100% or near 0%. In some cases, the voltage magnitude relationship between the voltage command value and the carrier signal may change within a short time at the peak or valley point of the carrier signal, so that the switching command is (a) on → (b) in a short time. There is a possibility of switching from OFF to (c) ON or vice versa (that is, generation of a short pulse).
この点、図7に示す如く、過変調PWM制御モードでの電圧指令値がハイレベル値(PWM指令デューティ比100%)近傍又はローレベル値(PWM指令デューティ比0%)近傍である状況で、電流ゼロクロス近傍でのデッドタイム中に上記の如く上下アームのスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されると、短パルスでのスイッチング素子のオン又はオフが継続する時間がマスク時間よりも短い場合、2回目のスイッチング変更指令(例えば、上記(c)のオン指令)がマスクされる事態が生じ得、以後、その2回目のスイッチング変更指令に基づく上下アームのスイッチングが実行されない不都合が生ずるおそれがある。 In this regard, as shown in FIG. 7, in the situation where the voltage command value in the overmodulation PWM control mode is near the high level value (PWM command duty ratio 100%) or the low level value (PWM command duty ratio 0%), When the mask processing for masking the switching command of the upper and lower arms is executed during the dead time near the current zero crossing as described above, when the switching element is continuously turned on or off with a short pulse is shorter than the mask time, There may be a situation where the second switching change command (for example, the ON command in (c) above) is masked, and there is a possibility that the upper and lower arms are not switched based on the second switching change command. .
図8は、本実施例のインバータ制御装置10における過変調PWM制御モードでの動作タイムチャートの一例を示す。尚、図8において、本実施例における電圧指令値の波形を実線で、また、本実施例と対比される対比例における電圧指令値の波形を破線で、それぞれ示す。
FIG. 8 shows an example of an operation time chart in the overmodulation PWM control mode in the
そこで、本実施例のインバータ制御装置10において、電流ゼロクロス判定部44には、上記したPWM指令補正部40が接続されている。電流ゼロクロス判定部44における判定結果は、PWM指令補正部40に供給される。PWM指令補正部40は、制御モードが過変調PWM制御モードであってその電圧指令値がハイレベル値(PWM指令デューティ比100%)近傍又はローレベル値(PWM指令デューティ比0%)近傍である状況において、電流ゼロクロス判定部44の判定結果に基づいて次の頂点タイミングt_n+1で相電流i_n+1がゼロクロス近傍になると判定すると、電圧指令値を通常値に対して変更させる補正を行う。
Therefore, in the
具体的には、電圧指令値がハイレベル値近傍である状況では、その電圧指令値を、通常(=対比例のもの)よりも電圧上昇させることで、キャリア信号の山点及び谷点の近傍で短パルスが生じないように変更させる(図8参照)。また、電圧指令値がローレベル値近傍である状況では、その電圧指令値を、通常(=対比例のもの)よりも電圧下降させることで、キャリア信号の山点及び谷点の近傍で短パルスが生じないように変更させる。 Specifically, in a situation where the voltage command value is close to the high level value, the voltage command value is increased from the normal (= proportional) voltage so that it is near the peak and valley points of the carrier signal. Then, change is made so as not to generate a short pulse (see FIG. 8). Also, in a situation where the voltage command value is near the low level value, the voltage command value is lowered from the normal (= proportional) voltage so that a short pulse is generated near the peak and valley points of the carrier signal. Change so that does not occur.
かかる電圧指令値の変更が実施されると、短パルスでのスイッチング素子のオン又はオフが継続する時間がマスク時間よりも短くなることは無く、キャリア信号の山点及び谷点の近傍での短パルスの発生が抑止される。この場合は、過変調PWM制御モードにおいて、電流ゼロクロス近傍でキャリア信号が山点及び谷点の近傍に至っても、PWM指令デューティ比が確実に100%又は0%に維持されるので、上下アームが共にオフにされるデッドタイムが生ずることは無く、また、そのデッドタイムの存在に起因してスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されることは回避される。 When such a change in the voltage command value is performed, the time for which the switching element is continuously turned on or off with a short pulse will not be shorter than the mask time, and a short time near the peak and valley points of the carrier signal. Generation of pulses is suppressed. In this case, in the overmodulation PWM control mode, the PWM command duty ratio is reliably maintained at 100% or 0% even when the carrier signal reaches the vicinity of the peak and valley points near the current zero cross. There is no dead time in which both are turned off, and it is avoided that the mask process for masking the switching command due to the existence of the dead time is performed.
従って、本実施例によれば、過変調PWM制御モードで電圧指令値がハイレベル値近傍又はローレベル値近傍であってPWM指令ディーティ比が100%近傍又は0%近傍である状況で、電流ゼロクロス近傍でキャリア信号が山点及び谷点の近傍に至るときにも、上記したマスク処理の実施によってスイッチング変更指令に基づく上下アームのスイッチングが実行されない事態が生ずるのを解消させることができ、これにより、上下アームのオン/オフがマスク処理によって元に戻らなくなるのを防止することができる。 Therefore, according to the present embodiment, in the overmodulation PWM control mode, in the situation where the voltage command value is near the high level value or the low level value and the PWM command duty ratio is near 100% or near 0%, Even when the carrier signal reaches the vicinity of the peak point and the valley point in the vicinity, it is possible to eliminate the situation where the switching of the upper and lower arms based on the switching change command is not performed due to the execution of the mask processing described above. It is possible to prevent the upper and lower arms from being turned on / off by masking.
尚、上記の実施例においては、上下アーム20,22,24が特許請求の範囲に記載した「一対のスイッチング素子」に相当している。また、ECU18が、電流センサ26から出力される信号に基づいてモータ14の各相それぞれに流れる相電流を検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、入力される電圧指令値U,V,Wと所定周期のキャリア信号とを電圧比較し、インバータ12の上下アーム20,22,24のオン/オフを指令する制御信号を生成することにより特許請求の範囲に記載した「スイッチング制御手段」が、電流ゼロクロス判定部44にてモータ各相の相電流iu,iv,iwそれぞれについてゼロクロス近傍に至るか否かを判定することにより特許請求の範囲に記載した「電流ゼロクロス判定手段」が、PWM指令補正部40にて過変調PWM制御モードでの電流ゼロクロス近傍において、相電流iu,iv,iwに基づくPWM指令デューティ比が0%近傍又は100%近傍であるときに、各相への電圧指令値を通常よりも電圧上昇させ又は電圧下降させることにより特許請求の範囲に記載した「電圧指令補正手段」が、それぞれ実現されている。
In the above-described embodiment, the upper and
ところで、上記の実施例においては、電圧指令値がハイレベル値近傍又はローレベル値近傍であってPWM指令ディーティ比が100%近傍又は0%近傍である状況で、電流ゼロクロス近傍でキャリア信号が山点及び谷点の近傍に至るときに、上記したマスク処理の実施によってスイッチング変更指令に基づく上下アームのスイッチングが実行されない事態が生ずるのを解消させるタイミングを、制御モードが過変調PWM制御モードであるときに限定することとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、制御モードが正弦波PWM制御モードであるときにも上記の事態と同じことが起こり得るので、上記したタイミングを、制御モードが正弦波PWM制御モードであるときに限定することとしてもよく、また、制御モードが過変調PWM制御モード及び正弦波PWM制御モードの何れかであるときに限定することとしてもよい。 By the way, in the above embodiment, in the situation where the voltage command value is in the vicinity of the high level value or the low level value and the PWM command duty ratio is in the vicinity of 100% or 0%, the carrier signal has a peak near the current zero cross. The control mode is the overmodulation PWM control mode at the timing to eliminate the situation where the switching of the upper and lower arms based on the switching change command is not performed due to the execution of the mask processing when reaching the point and the vicinity of the valley point. Sometimes we are going to limit it. However, the present invention is not limited to this, and the same situation can occur when the control mode is the sine wave PWM control mode. The control mode may be limited to the mode, or the control mode may be limited to the overmodulation PWM control mode or the sine wave PWM control mode.
10 インバータ制御装置
12 インバータ
14 モータ
18 ECU
20,22,24 上下アーム
20a,20b,22a,22b,24a,24b スイッチング素子
26 電流センサ
28 レゾルバ
40 PWM指令補正部
42 PWM出力部
44 電流ゼロクロス判定部
DESCRIPTION OF
20, 22, 24 Upper and
Claims (1)
前記交流電動機の各相それぞれの相電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出される前記相電流に基づいて生成されるPWM指令信号と、所定周期のキャリア信号と、の電圧比較結果に基づいて、前記一対のスイッチング素子のオン/オフを制御するスイッチング制御手段と、
前記交流電動機の各相それぞれの相電流のゼロクロス近傍を判定する電流ゼロクロス判定手段と、
PWM制御における前記ゼロクロス近傍において、前記電流検出手段により検出される前記相電流に基づくPWM指令デューティ比が0%近傍又は100%近傍であるときに、前記PWM指令信号を通常よりも電圧上昇させ又は電圧下降させる電圧指令補正手段と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。 An inverter having a pair of switching elements corresponding to each phase for generating AC power supplied to a multi-phase AC motor;
Current detecting means for detecting a phase current of each phase of the AC motor;
Switching for controlling on / off of the pair of switching elements based on a voltage comparison result between a PWM command signal generated based on the phase current detected by the current detection means and a carrier signal having a predetermined period Control means;
Current zero cross determining means for determining the vicinity of the zero cross of the phase current of each phase of the AC motor;
In the vicinity of the zero cross in the PWM control, when the PWM command duty ratio based on the phase current detected by the current detection means is near 0% or near 100%, the voltage of the PWM command signal is increased more than usual or Voltage command correction means for lowering the voltage;
An inverter control device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012209986A JP2014068417A (en) | 2012-09-24 | 2012-09-24 | Inverter control device |
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ID=50744327
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019009956A (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-17 | トヨタ自動車株式会社 | Inverter device |
CN117811451A (en) * | 2023-12-29 | 2024-04-02 | 上海铼钠克数控科技有限公司 | Automatic zeroing method, device, system, equipment and readable storage medium |
US12174266B2 (en) | 2021-05-06 | 2024-12-24 | Denso Corporation | Leakage current detection circuit for semiconductor |
-
2012
- 2012-09-24 JP JP2012209986A patent/JP2014068417A/en not_active Withdrawn
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