JP2018125964A - Motor control device - Google Patents
Motor control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018125964A JP2018125964A JP2017016263A JP2017016263A JP2018125964A JP 2018125964 A JP2018125964 A JP 2018125964A JP 2017016263 A JP2017016263 A JP 2017016263A JP 2017016263 A JP2017016263 A JP 2017016263A JP 2018125964 A JP2018125964 A JP 2018125964A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- bit
- output
- modulator
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
一般的に、ベクトル制御でモータを駆動制御するモータ制御装置は、モータの回転速度が速度指令値(目標速度)になるようにd軸電流指令値およびq軸電流指令値を生成し、d軸電流指令値およびq軸電流指令値からd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を生成する。さらに、モータ制御装置は、d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を三相の電圧指令値へ変換し、PWM(Pulse Width Modulation)生成器にて三相の電圧指令値をもとにPWM信号を生成し、IPM(Intelligent Power Module)へ出力する。IPMは、入力されたPWM信号に応じてスイッチング制御を行うことにより、モータに三相電圧(U相電圧Vu、V相電圧Vv、W相電圧Vw)を印可してモータを駆動させる。 In general, a motor control device that drives and controls a motor by vector control generates a d-axis current command value and a q-axis current command value so that the rotational speed of the motor becomes a speed command value (target speed). A d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value are generated from the current command value and the q-axis current command value. Further, the motor control device converts the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value into a three-phase voltage command value, and the PWM (Pulse Width Modulation) generator generates the PWM based on the three-phase voltage command value. A signal is generated and output to an IPM (Intelligent Power Module). The IPM performs switching control according to the input PWM signal, thereby driving the motor by applying three-phase voltages (U-phase voltage Vu, V-phase voltage Vv, and W-phase voltage Vw) to the motor.
具体的には、PWM生成器にて生成されるIPMの入力信号(U相上アーム信号Up、V相上アーム信号Vp、W相上アーム信号Wp、U相下アーム信号Un、V相下アーム信号Vn、W相下アーム信号Wn)は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)などのトランジスタの入力信号である。IPMは、これらのトランジスタをスイッチング素子としてブリッジ接続して構成したインバータ回路であり、入力信号(U相上アーム信号Up、V相上アーム信号Vp、W相上アーム信号Wp、U相下アーム信号Un、V相下アーム信号Vn、W相下アーム信号Wn)をもとに三相電圧(U相電圧Vu、V相電圧Vv、W相電圧Vw)を生成する。 Specifically, the input signals of the IPM generated by the PWM generator (U-phase upper arm signal Up, V-phase upper arm signal Vp, W-phase upper arm signal Wp, U-phase lower arm signal Un, V-phase lower arm) The signal Vn and the W-phase lower arm signal Wn) are input signals of transistors such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOS-FETs (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistors). The IPM is an inverter circuit configured by bridge-connecting these transistors as switching elements, and includes input signals (U-phase upper arm signal Up, V-phase upper arm signal Vp, W-phase upper arm signal Wp, U-phase lower arm signal). Three-phase voltages (U-phase voltage Vu, V-phase voltage Vv, and W-phase voltage Vw) are generated based on Un, V-phase lower arm signal Vn, and W-phase lower arm signal Wn.
ここで、三相電圧(U相電圧Vu、V相電圧Vv、W相電圧Vw)の大きさや周波数は、PWM生成器の入力信号により制御される。この入力信号をもとにPWM生成器にて生成されたPWM信号をIPMへ入力し、入力信号に応じた特性を有する三相電圧(Vu、Vv、Vw)を生成することで、モータの回転速度などを制御する。このことから、モータ制御を精度良く行うためには、PWM信号を高精度で生成することが望まれる。PWM信号の生成を高精度にするための手段として、PWM生成器の入力信号のサンプリング周波数(キャリア周波数)を高くすることがある。これにより、PWM生成器で生成されるPWM信号による入力信号の再現性(精度)が高くなる。 Here, the magnitude and frequency of the three-phase voltage (U-phase voltage Vu, V-phase voltage Vv, W-phase voltage Vw) are controlled by the input signal of the PWM generator. The PWM signal generated by the PWM generator based on this input signal is input to the IPM, and a three-phase voltage (Vu, Vv, Vw) having characteristics according to the input signal is generated, thereby rotating the motor. Control speed, etc. Therefore, in order to perform motor control with high accuracy, it is desired to generate the PWM signal with high accuracy. As a means for improving the generation of the PWM signal, there is a case where the sampling frequency (carrier frequency) of the input signal of the PWM generator is increased. Thereby, the reproducibility (accuracy) of the input signal by the PWM signal generated by the PWM generator is increased.
しかし、サンプリング周波数を高くすることは、PWM信号による入力信号の再現性を高めるものの、IPMのスイッチング回数が増加する、すなわち、トランジスタ(スイッチング素子)のスイッチング回数が増加することを意味する。そのため、スイッチング損失が増大し、モータ駆動装置の効率を低下させてしまうことから、例えば、三相のうちの二相のPWM信号を出力する二相変調を用いて一相分のスイッチングを行わない手法がある。 However, increasing the sampling frequency means that although the reproducibility of the input signal by the PWM signal is improved, the number of times of switching of the IPM is increased, that is, the number of times of switching of the transistor (switching element) is increased. As a result, switching loss increases and the efficiency of the motor drive device is reduced. For example, switching for one phase is not performed using two-phase modulation that outputs a two-phase PWM signal of three phases. There is a technique.
他方で、例えば、1ビットのΔΣ(デルタ・シグマ)変調器によるPDM(Pulse Density Modulation)信号をスイッチング素子の制御信号として用いる従来技術がある(例えば特許文献1参照)。PDM信号をスイッチング素子の制御信号に用いることで、スイッチング回数を低減し、スイッチング損失を抑制する。 On the other hand, for example, there is a conventional technique using a PDM (Pulse Density Modulation) signal by a 1-bit ΔΣ (delta sigma) modulator as a control signal for a switching element (see, for example, Patent Document 1). By using the PDM signal as a control signal for the switching element, the number of times of switching is reduced and switching loss is suppressed.
また、例えば、量子化器の出力ビット数を1ビットより多くしたマルチビットのΔΣ変調器を用いて生成したPDM信号を、各相の入力がマルチビットに対応した複数入力のIPMへ入力して入力信号に応じた特性を有する三相電圧(U相電圧Vu、V相電圧Vv、W相電圧Vw)を生成し、各相の入力がマルチビットに対応した複数入力のモータへ、生成した三相電圧(U相電圧Vu、V相電圧Vv、W相電圧Vw)を印加することで、入力信号の再現性を高める従来技術がある(例えば特許文献2参照)。 Also, for example, a PDM signal generated using a multi-bit ΔΣ modulator in which the number of output bits of the quantizer is more than 1 bit is input to a multi-input IPM in which each phase input corresponds to multi-bit. A three-phase voltage (U-phase voltage Vu, V-phase voltage Vv, W-phase voltage Vw) having characteristics according to the input signal is generated, and the generated three-phase motor is supplied to a multi-input motor corresponding to multi-bit. There is a conventional technique that improves the reproducibility of an input signal by applying phase voltages (U-phase voltage Vu, V-phase voltage Vv, and W-phase voltage Vw) (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上述の従来技術において、二相変調を行う場合は、PWM信号を高精度で生成するために時間軸(横軸)の精度(分解能)を上げることから、サンプリング周波数(キャリア周波数)に依存してスイッチング回数が増加し、スイッチング損失が増大するという問題が依然としてある。また、PWM方式よりもスイッチング回数を低減するために1ビットのΔΣ変調器を用いる場合は、PDM信号による入力信号の再現性を高めるために振幅軸(縦軸)の精度(分解能)を上げることから、1ビットのΔΣ変調器のサンプリング周波数(キャリア周波数)を入力信号の周波数に対して十分高く(オーバーサンプリング率を高く)する必要があり、サンプリング周波数(キャリア周波数)が高くなり、スイッチング回数が増加するという問題がある。また、マルチビットのΔΣ変調器を用いる場合は、適用可能なIPMやモータに汎用性がないという問題がある。 However, in the above-described prior art, when performing two-phase modulation, the accuracy (resolution) of the time axis (horizontal axis) is increased in order to generate the PWM signal with high accuracy, and therefore depends on the sampling frequency (carrier frequency). As a result, there is still a problem that the number of times of switching increases and switching loss increases. In addition, when a 1-bit ΔΣ modulator is used to reduce the number of switching times compared to the PWM method, the accuracy (resolution) of the amplitude axis (vertical axis) is increased in order to improve the reproducibility of the input signal by the PDM signal. Therefore, the sampling frequency (carrier frequency) of the 1-bit ΔΣ modulator needs to be sufficiently higher than the frequency of the input signal (oversampling rate is increased), the sampling frequency (carrier frequency) is increased, and the switching frequency is increased There is a problem of increasing. In addition, when a multi-bit ΔΣ modulator is used, there is a problem that applicable IPMs and motors are not versatile.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチング回路におけるスイッチング素子のスイッチング回数を低減してスイッチング損失を抑制するモ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, and an object of the present invention is to provide a motor control device that suppresses switching loss by reducing the number of switching times of a switching element in a switching circuit.
上述の課題を解決するため、本発明の実施形態の一例は、モータ制御装置は、スイッチング信号に基づくスイッチ素子のスイッチングによりモータを駆動する駆動電圧を生成する駆動器と、速度指令値に基づいてモータを駆動する電圧指令値を生成する指令値生成器と、指令値生成器により生成された電圧指令値からスイッチング信号を生成する信号生成器とを備える。信号生成器は、入力されたマルチビット信号を1ビットの信号に変換してスイッチング信号を出力するビット変換器と、指令値生成器により生成された電圧指令値から、ビット変換器により出力されたスイッチング信号を減算した信号を出力する減算器と、減算器により出力された信号を積分する積分器と、積分器による積分結果をマルチビットで量子化したマルチビット信号をビット変換器に出力する量子化器とを含んだΔΣ変調器である。 In order to solve the above-described problem, an example of an embodiment of the present invention is based on a speed control value and a motor control device that generates a drive voltage for driving a motor by switching a switch element based on a switching signal. A command value generator that generates a voltage command value for driving the motor, and a signal generator that generates a switching signal from the voltage command value generated by the command value generator. The signal generator converts the input multi-bit signal into a 1-bit signal and outputs a switching signal, and the voltage command value generated by the command value generator, which is output by the bit converter. A subtractor that outputs a signal obtained by subtracting the switching signal, an integrator that integrates the signal output by the subtractor, and a quantum that outputs a multibit signal obtained by quantizing the integration result by the integrator to a bit converter. A delta-sigma modulator including a generator.
本発明の実施形態の一例によれば、例えば、スイッチング回路におけるスイッチング素子のスイッチング回数を低減してスイッチング損失を抑制できる。 According to an example of the embodiment of the present invention, for example, the switching loss of the switching element in the switching circuit can be reduced to suppress the switching loss.
以下に、本発明にかかるモータ制御装置の基本技術および実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この基本技術および実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下の基本技術および実施形態で示すモータ制御装置は、空気調和機などに用いられるモータを駆動するモータ制御装置として説明するが、これに限られず、モータ一般に広く適用できる。以下に示す基本技術の実施形態およびその変形例は、矛盾しない範囲で適宜組合せて実施できる。 Hereinafter, basic techniques and embodiments of a motor control device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the basic technology and the embodiment. The motor control device shown in the following basic technology and embodiment will be described as a motor control device that drives a motor used in an air conditioner or the like, but is not limited to this and can be widely applied to motors in general. Embodiments of the basic technology described below and modifications thereof can be appropriately combined and implemented within a consistent range.
なお、以下に示す基本技術および実施形態は、一例を示すに過ぎず、開示技術を限定するものではない。また、以下に示す基本技術および実施形態およびその変形例は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせることができる。また、以下に示す基本技術および実施形態およびその変形例は、開示技術にかかる構成および処理について主に示し、その他の構成および処理の説明を簡略化または省略する。また、以下に示す基本技術および実施形態およびその変形例において、同一の構成および処理には同一の符号を付与し、既出の構成および処理の説明は省略する。 Note that the basic technology and embodiments described below are merely examples, and do not limit the disclosed technology. In addition, the basic technology and the embodiments described below and modifications thereof can be combined as appropriate within a consistent range. In addition, the basic technology and the embodiments described below and modifications thereof are mainly shown for the configuration and processing according to the disclosed technology, and description of the other configuration and processing is simplified or omitted. Further, in the basic technique and embodiment described below and modifications thereof, the same reference numerals are given to the same configuration and processing, and the description of the above-described configuration and processing is omitted.
[基本技術]
(基本技術にかかるモータ制御装置)
実施形態の説明に先立ち、背景となる基本技術について説明する。図1は、基本技術にかかるモータ制御装置の一例を示す図である。モータ制御装置100Xは、減算器11、速度制御器12、励磁電流制御器13、減算器14、減算器15、d軸電流制御器16、q軸電流制御器17、非干渉化制御器18、減算器19、加算器20、dq/3φ変換器21、PWM(Pulse Width Modulation)生成器22、IPM(Intelligent Power Module)23、1シャント電流検出器を構成する抵抗R、3φ電流算出器24、3φ/dq変換器25、軸誤差演算処理部26、PLL制御器29、位置推定器30、1/Pn処理器31を有する。また、モータ制御装置100Xは、接点CO1、接点CO2、接点CO3を含むスイッチSWを有する。
[Basic technology]
(Motor control device for basic technology)
Prior to the description of the embodiments, basic technology as a background will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a motor control device according to a basic technique. The motor control device 100X includes a
減算器11は、モータ制御装置100Xへ入力された速度指令値(目標速度、ここでは機械角目標速度)ωm*から、1/Pn処理器31により出力された推定された現在の角速度である実速度(機械角実速度)ωmを減算した速度偏差(機械角速度偏差)Δωを速度制御器12へ出力する。
The
速度制御器12は、減算器11から出力された速度偏差Δωが小さくなるようなq軸電流指令値Iq*を生成し、励磁電流制御器13および減算器15へ出力する。励磁電流制御器13は、速度制御器12から出力されたq軸電流指令値Iq*からd軸電流指令値Id*を生成し、減算器14へ出力する。ここで、速度制御器12と励磁電流制御器13を合わせ電流指令値生成部とも呼ぶ。また、d軸とq軸は2相の回転座標系の座標軸を表し、Id、Iqおよび後述するVd、Vqはこの座標軸上の電流および電圧である。
The
減算器14は、励磁電流制御器13から出力されたd軸電流指令値Id*から、3φ/dq変換器25により出力されたd軸電流Idを減算してd軸電流偏差ΔIdを生成しd軸電流制御器16へ出力する。減算器15は、速度制御器12から出力されたq軸電流指令値Iq*から、3φ/dq変換器25から出力されたq軸電流Iqを減算してq軸電流偏差ΔIqを生成しq軸電流制御器17へ出力する。
The
d軸電流制御器16は、減算器14から出力されたd軸電流偏差ΔIdからd軸電圧指令値Vd**を生成する。q軸電流制御器17は、減算器15から出力されたq軸電流偏差ΔIqからq軸電圧指令値Vq**を生成する。
The d-axis
非干渉化制御器18は、d軸とq軸の干渉をキャンセルしそれぞれを独立に制御するための非干渉化補正値を生成する。具体的には、3φ/dq変換器25から出力されたd軸電流IdとPLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeから、d軸電圧指令値Vd**を非干渉化するためのd軸非干渉化補正値Vdaを生成し、減算器19へ出力する。また、非干渉化制御器18は、3φ/dq変換器25から出力されたq軸電流IqとPLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeから、q軸電圧指令値Vq**を非干渉化するためのq軸非干渉化補正値Vqaを生成し、加算器20へ出力する。
The
減算器19は、d軸電流制御器16から出力されたd軸電圧指令値Vd**から、非干渉化制御器18から出力されたd軸非干渉化補正値Vdaを減算してd軸電圧指令値Vd**を非干渉化したd軸電圧指令値Vd*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。加算器20は、q軸電流制御器17から出力されたq軸電圧指令値Vq**へ、非干渉化制御器18から出力されたq軸非干渉化補正値Vqaを加算してq軸電圧指令値Vq**を非干渉化したq軸電圧指令値Vq*を生成し、dq/3φ変換器21へ出力する。
The
dq/3φ変換器21は、位置推定器30により出力された現在のロータの位置である電気角位相(dq軸位相)θeを用いて、非干渉化された2相のd軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を、3相の電圧指令値であるU相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*へ変換する。そして、dq/3φ変換器21は、U相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*を信号生成器2XであるPWM生成器22へ出力する。なお、Vu*とVv*とVw*および後述のIuとIvとIwは3相の固定座標系の電圧および電流である。
The dq /
PWM生成器22は、U相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*と、PWMキャリア信号から、6相のPWM信号を生成し、IPM23へ出力する。
The
駆動器3XであるIPM23は、PWM生成器22から出力された6相のPWM信号をもとに、モータMのU相、V相、W相それぞれへ印可する交流電圧を、外部から供給される直流電圧Vdcから変換して生成し、それぞれの交流電圧をモータMのU相、V相、W相へ印加する。
The
3φ電流算出器24は、スイッチSWの接点CO1が接点CO2と接続された状態のとき、1シャント方式により、PWM生成器22から出力された6相PWMスイッチング情報と、抵抗Rによって1シャント電流検出方式で検出された母線電流から、モータMのU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを算出する。
When the contact CO1 of the switch SW is connected to the contact CO2, the 3φ
または、3φ電流算出器24は、スイッチSWの接点CO1が接点CO3と接続された状態のとき、2CT方式により、モータMのU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwのうち、2つのCT(Current Transformer)でU相電流IuおよびV相電流Ivを検出し、残りのW相電流Iwを、Iu+Iv+Iw=0の関係式より算出する。3φ電流算出器24は、算出したモータMのU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、3φ/dq変換器25へ出力する。なお、電流検出は1シャント電流検出方式と2CT方式など一つの方式のみを用いればよく、その場合は用いる方式以外の検出回路とスイッチSWは不要である。
Alternatively, when the contact CO1 of the switch SW is connected to the contact CO3, the 3φ
3φ/dq変換器25は、位置推定器30から出力された電気角位相θeを用いて、3φ電流算出器24から出力された3相のU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、2相のd軸電流Idおよびq軸電流Iqへ変換する。そして、3φ/dq変換器25は、d軸電流Idを減算器14、非干渉化制御器18、軸誤差演算処理部26へ、q軸電流Iqを減算器15、非干渉化制御器18、軸誤差演算処理部26へ、それぞれ出力する。
The 3φ /
軸誤差演算処理部26は、減算器19から出力されたd軸電圧指令値Vd*と加算器20から出力されたq軸電圧指令値Vq*、3φ/dq変換器25から出力されたd軸電流Idおよびq軸電流Iqから、軸誤差変動Δθを算出し、PLL制御器29へ出力する。ここで、軸誤差とは実際のdq軸と制御上のdq軸とのずれのことである。
The axis error
PLL制御器29は、軸誤差演算処理部26から出力された軸誤差変動Δθから、推定された現在のモータの回転の角速度である電気角推定速度ωeを算出し、非干渉化制御器18、位置推定器30、1/Pn処理器31へそれぞれ出力する。
The
位置推定器30は、PLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeから、ロータ位置を推定する電気角位相(dq軸位相)θeを算出する。そして、位置推定器30は、電気角位相θeをdq/3φ変換器21および3φ/dq変換器25へそれぞれ出力する。
The
1/Pn処理器31は、PLL制御器29から出力された電気角推定速度ωeをモータMの極対数Pnで除算し、推定された現在の角速度である実速度(機械角実速度)ωmを算出し、減算器11へ出力する。
The 1 /
ここで、上記の減算器11、速度制御器12、励磁電流制御器13、減算器14、減算器15、d軸電流制御器16、q軸電流制御器17、非干渉化制御器18、減算器19、加算器20、dq/3φ変換器21、抵抗R、2つのCT、3φ電流算出器24、3φ/dq変換器25、軸誤差演算処理部26、PLL制御器29、位置推定器30、1/Pn処理器31、スイッチSWは、指令値生成器1Xである。なお、d軸電圧指令値Vd*とq軸電圧指令値Vq*を電圧指令値とし、dq/3φ変換器21を信号生成器2Xに加えてもよい。
Here, the
(基本技術にかかるIPM)
図2は、基本技術にかかるIPMの構成の一例を示す図である。図2に示すように、IPM23は、dq/3φ変換器21で生成されたU相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*をもとにPWM生成器22で生成されたPWM信号からUVWの三相の交流電圧を生成してモータMへ供給する。IPM23は、U相のスイッチング素子23Up,23Un、V相のスイッチング素子23Vp,23Vn、W相のスイッチング素子23Wp,23Wnを有する。
(IPM for basic technology)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the IPM according to the basic technology. As shown in FIG. 2, the
なお、スイッチング素子23Up,23Vp,23Wpは、上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子23Up,23Vp,23Wpは、下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子23Up,23Un,23Vp,23Vn,23Wp,23Wnは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)などのトランジスタである。 The switching elements 23Up, 23Vp, and 23Wp are upper arm switching elements, and the switching elements 23Up, 23Vp, and 23Wp are lower arm switching elements. The switching elements 23Up, 23Un, 23Vp, 23Vn, 23Wp, and 23Wn are transistors such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor).
IPM23は、U相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*から生成されたPWM信号に基づいてスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号によって、スイッチング素子23Up,23Un,23Vp,23Vn,23Wp,23Wnをオン、オフ駆動することにより、モータMを駆動する駆動電圧であるUVWの三相の交流電圧を生成してモータMへ供給する。
The
(ΔΣ変調器を用いたモータ制御の精度向上)
ここで、モータMの制御をより精度良く行うためには、dq/3φ変換器21から出力されたU相出力電圧指令値Vu*、V相出力電圧指令値Vv*、W相出力電圧指令値Vw*から、IPM23に入力するPWM信号などの入力信号を高精度で生成することが望まれる。さらに、スイッチング回数を低減してスイッチング損失を抑制しつつ、IPM23に入力する入力信号を高精度に生成するために、ΔΣ(デルタ・シグマ)変調器によるPDM(Pulse Density Modulation)信号をIPM23のスイッチング素子の制御信号として用いる。
(Improvement of motor control accuracy using ΔΣ modulator)
Here, in order to control the motor M more accurately, the U-phase output voltage command value Vu * , the V-phase output voltage command value Vv * , and the W-phase output voltage command value output from the dq /
(基本技術にかかる1次ΔΣ変調器)
図3は、基本技術にかかる1次ΔΣ変調器を示す図である。図3は、1次ΔΣ変調器の構成の一例を示す。1次ΔΣ変調器M1は、減算器S1、積分器I1、量子化器Q1、遅延器D1を有する。減算器S1は、入力信号から、量子化器Q1の出力信号が遅延器D1により遅延された帰還信号を減算する。積分器I1は、減算器S1の出力信号を積分する。量子化器Q1は、積分器I1の出力信号を入力信号とし、入力信号を量子化する。図3において、量子化器Q1は、量子化の際に発生する量子化誤差Q10を入力信号に加算する加算器A1に置き換えている。量子化器Q1は、入力信号(積分器I1の出力信号)を量子化してPDM(Pulse Density Modulation)信号を生成し出力する。PDM信号が、1次ΔΣ変調器M1の出力信号となる。また、量子化器Q1の出力信号は、遅延器D1に入力される。
(Primary ΔΣ modulator for basic technology)
FIG. 3 is a diagram illustrating a first-order ΔΣ modulator according to the basic technique. FIG. 3 shows an example of the configuration of the first-order ΔΣ modulator. The primary ΔΣ modulator M1 includes a subtractor S1, an integrator I1, a quantizer Q1, and a delay device D1. The subtracter S1 subtracts the feedback signal obtained by delaying the output signal of the quantizer Q1 by the delay device D1 from the input signal. The integrator I1 integrates the output signal of the subtracter S1. The quantizer Q1 uses the output signal of the integrator I1 as an input signal, and quantizes the input signal. In FIG. 3, the quantizer Q1 is replaced with an adder A1 that adds a quantization error Q10 generated at the time of quantization to an input signal. The quantizer Q1 quantizes the input signal (output signal of the integrator I1) to generate and output a PDM (Pulse Density Modulation) signal. The PDM signal becomes the output signal of the primary ΔΣ modulator M1. The output signal of the quantizer Q1 is input to the delay device D1.
(基本技術にかかる1次ΔΣ変調器)
図4は、基本技術にかかる量子化器の動作の一例を示す図である。図4に示すように、一般的に、量子化器Q1は、入力信号のレベルと比較値である基準値との大小関係をもとに入力信号を量子化する。図4では、基準値が、基準値1〜4の4段階である場合を示す。量子化器Q1は、基準値の段階数が多いほど、入力信号をより高い分解能で量子化できるため、量子化の際に生じる量子化誤差Qを小さくすることができる。これは、図4からも分かるとおり、量子化誤差Qは、入力信号を示す曲線と、入力信号を量子化した後の信号を示す階段波との差分に該当する領域の面積の合計であることから、基準値の段階数が多いほど、入力信号を量子化した後の信号を示す階段波との差分に該当する領域の面積が小さくなるためである。
(Primary ΔΣ modulator for basic technology)
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the operation of the quantizer according to the basic technique. As shown in FIG. 4, generally, the quantizer Q1 quantizes the input signal based on the magnitude relationship between the level of the input signal and a reference value that is a comparison value. FIG. 4 shows a case where the reference value has four levels of
(ΔΣ変調器の高精度化)
1ビットの量子化器を有するΔΣ変調器は、パルス密度変調(PDM:Pulse Density Modulation)を行い、PDM信号を出力する。よって、入力信号の振幅が大きい区間ではパルスの密度が高く、小さい区間ではパルス密度が低くなる。ΔΣ変調器のサンプリング周波数(キャリア周波数)とPWM変調器のサンプリング周波数(キャリア周波数)とが同じ条件である場合、PDM信号とPWM信号とを比較すると、スイッチング回数を低減する観点で、PDM信号はPWM信号よりも優っている。そして、ΔΣ変調器の出力信号の生成を高精度化し入力信号の再現性を高めるためには、ΔΣ変調器の次数を上げること、および/または、量子化器の分解能(ビット数)を上げることが行われる。また、ΔΣ変調器のサンプリング周波数(キャリア周波数)を高くすることで、オーバーサンプリング率が高くなり、ΔΣ変調器の特徴であるノイズシェーピング特性によりSN比(Signal to Noise Ratio)が改善され、生成される出力信号の精度が向上する。また、ΔΣ変調器の次数を上げる一般的な手法として、複数の積分器を直列に接続する積分器直列接続方式、および、複数の1次ΔΣ変調器をカスケード接続(k段従属接続)するMASH(Multi stAage noise SHaping)方式がある。
(High accuracy of ΔΣ modulator)
A ΔΣ modulator having a 1-bit quantizer performs pulse density modulation (PDM) and outputs a PDM signal. Therefore, the pulse density is high in the section where the amplitude of the input signal is large, and the pulse density is low in the section where the amplitude is small. When the sampling frequency (carrier frequency) of the ΔΣ modulator and the sampling frequency (carrier frequency) of the PWM modulator are the same, comparing the PDM signal and the PWM signal, the PDM signal is It is superior to the PWM signal. In order to improve the generation of the output signal of the ΔΣ modulator and increase the reproducibility of the input signal, the order of the ΔΣ modulator is increased and / or the resolution (number of bits) of the quantizer is increased. Is done. In addition, by increasing the sampling frequency (carrier frequency) of the ΔΣ modulator, the oversampling rate increases, and the signal-to-noise ratio (SNR) is improved and generated by the noise shaping characteristics that are characteristic of the ΔΣ modulator. The accuracy of the output signal is improved. Further, as a general technique for increasing the order of the ΔΣ modulator, an integrator series connection system in which a plurality of integrators are connected in series, and a MASH in which a plurality of primary ΔΣ modulators are cascade-connected (k-stage dependent connection). (Multi stAage noise SHaping) method.
(基本技術にかかる2次ΔΣ変調器(積分器直列接続方式))
図5は、基本技術にかかる2次ΔΣ変調器(積分器直列接続方式)の一例を示す図である。図5は、2つの積分器を直列に接続した積分器直列接続方式による2次ΔΣ変調器の構成の一例を示す。図5に示すように、積分器直列接続方式による2次ΔΣ変調器M2は、減算器S2−1,S2−2、積分器I2−1,I2−2、量子化器Q2、遅延器D2を有する。
(Secondary ΔΣ modulator for basic technology (integrator series connection method))
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a second-order ΔΣ modulator (integrator series connection method) according to the basic technique. FIG. 5 shows an example of the configuration of a second-order ΔΣ modulator using an integrator serial connection system in which two integrators are connected in series. As shown in FIG. 5, the secondary ΔΣ modulator M2 based on the integrator serial connection system includes subtracters S2-1 and S2-2, integrators I2-1 and I2-2, a quantizer Q2, and a delay device D2. Have.
減算器S2−1は、入力信号から、量子化器Q2の出力信号が遅延器D2により遅延された帰還信号を減算する。積分器I2−1は、減算器S2−1の出力信号を積分する。減算器S2−2は、積分器I2−1による積分結果から、量子化器Q2の出力信号が遅延器D2により遅延された帰還信号を減算する。量子化器Q2は、積分器I2−2の出力信号を入力信号とし、入力信号を量子化する。図5において、量子化器Q2は、量子化の際に発生する量子化誤差Q20を入力信号に加算する加算器A2に置き換えている。量子化器Q2は、入力信号(積分器I2−2の出力信号)を量子化したPDM信号を出力する。また、量子化器Q2の出力信号は、遅延器D2に入力される。 The subtracter S2-1 subtracts the feedback signal obtained by delaying the output signal of the quantizer Q2 by the delay unit D2 from the input signal. The integrator I2-1 integrates the output signal of the subtracter S2-1. The subtracter S2-2 subtracts the feedback signal obtained by delaying the output signal of the quantizer Q2 by the delay unit D2 from the integration result obtained by the integrator I2-1. The quantizer Q2 uses the output signal of the integrator I2-2 as an input signal and quantizes the input signal. In FIG. 5, the quantizer Q2 is replaced with an adder A2 that adds a quantization error Q20 generated during quantization to the input signal. The quantizer Q2 outputs a PDM signal obtained by quantizing the input signal (output signal of the integrator I2-2). The output signal of the quantizer Q2 is input to the delay unit D2.
積分器直列接続方式によるn次ΔΣ変調器は、直列に接続した積分器の数nだけ次数を上げることができる。しかし、次数を高くすると帰還回路が増えることで発振するおそれがあるため、3次以上の高次では安定性を確保することが難しい。従って、3次以上に高次化するためには、積分器の係数の適切な設定や、安定性を補償するための構成が要求される。 An n-order ΔΣ modulator using an integrator series connection system can increase the order by the number n of integrators connected in series. However, if the order is increased, there is a risk of oscillation due to an increase in the number of feedback circuits. Therefore, it is difficult to ensure stability at a higher order than the third order. Therefore, in order to achieve higher order than the third order, an appropriate setting of the coefficient of the integrator and a configuration for compensating the stability are required.
(基本技術にかかる2次ΔΣ変調器(MASH方式))
図6は、基本技術にかかる2次ΔΣ変調器(MASH方式)の一例を示す図である。図6は、2つの1次ΔΣ変調器をカスケード接続したMASH方式による2次ΔΣ変調器の構成の一例を示す。図6に示すように、MASH方式による2次ΔΣ変調器M3は、減算器S3−1,S3−2,S3−3、積分器I3−1,I3−2、量子化器Q3−1,Q3−2、遅延器D3−1,D3−2、微分器d3、加算器A3−3を有する。
(Secondary ΔΣ modulator (MASH system) according to basic technology)
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a secondary ΔΣ modulator (MASH system) according to the basic technique. FIG. 6 shows an example of the configuration of a second-order ΔΣ modulator based on the MASH system in which two first-order ΔΣ modulators are cascade-connected. As shown in FIG. 6, the MASH-based secondary ΔΣ modulator M3 includes subtractors S3-1, S3-2, S3-3, integrators I3-1, I3-2, and quantizers Q3-1, Q3. -2, delay devices D3-1 and D3-2, differentiator d3, and adder A3-3.
減算器S3−1は、入力信号から、量子化器Q3−1の出力信号が遅延器D3−1により遅延された第1帰還信号を減算する。積分器I3−1は、減算器S3−1の出力信号を積分する。量子化器Q3−1は、積分器I3−1の出力信号を入力信号とし、入力信号を量子化する。図6において、量子化器Q3−1は、量子化の際に発生する量子化誤差Q31を入力信号に加算する加算器A3−1に置き換えている。量子化器Q3−1は、入力信号(積分器I3−1の出力信号)を量子化した信号を出力する。また、量子化器Q3−1の出力信号は、遅延器D3−1に入力される。減算器S3−3は、積分器I3−1の出力信号から、量子化器Q3−1の出力信号を減算する。 The subtractor S3-1 subtracts the first feedback signal obtained by delaying the output signal of the quantizer Q3-1 by the delay unit D3-1 from the input signal. The integrator I3-1 integrates the output signal of the subtracter S3-1. The quantizer Q3-1 uses the output signal of the integrator I3-1 as an input signal and quantizes the input signal. In FIG. 6, the quantizer Q3-1 is replaced with an adder A3-1 that adds a quantization error Q31 generated during quantization to the input signal. The quantizer Q3-1 outputs a signal obtained by quantizing the input signal (the output signal of the integrator I3-1). The output signal of the quantizer Q3-1 is input to the delay unit D3-1. The subtracter S3-3 subtracts the output signal of the quantizer Q3-1 from the output signal of the integrator I3-1.
また、減算器S3−2は、減算器S3−3の出力信号から、量子化器Q3−2の出力信号が遅延器D3−2により遅延された第2帰還信号を減算する。積分器I3−2は、減算器S3−2の出力信号を積分する。量子化器Q3−2は、積分器I3−2の出力信号を入力信号とし、入力信号を量子化する。図6において、量子化器Q3−2は、量子化の際に発生する量子化誤差Q32を入力信号に加算する加算器A3−2に置き換えている。量子化器Q3−2は、入力信号(積分器I3−2の出力信号)を量子化した信号を、微分器d3に出力する。また、量子化器Q3−2の出力信号は、遅延器D3−2に入力される。微分器d3は、量子化器Q3−2の出力信号を微分する。加算器A3−3は、量子化器Q3−1の出力信号と、微分器d3の出力信号とを加算してPDM信号を生成し、出力する。 The subtractor S3-2 subtracts the second feedback signal obtained by delaying the output signal of the quantizer Q3-2 by the delay unit D3-2 from the output signal of the subtractor S3-3. The integrator I3-2 integrates the output signal of the subtracter S3-2. The quantizer Q3-2 uses the output signal of the integrator I3-2 as an input signal and quantizes the input signal. In FIG. 6, a quantizer Q3-2 is replaced with an adder A3-2 that adds a quantization error Q32 generated during quantization to an input signal. The quantizer Q3-2 outputs a signal obtained by quantizing the input signal (output signal of the integrator I3-2) to the differentiator d3. Further, the output signal of the quantizer Q3-2 is input to the delay unit D3-2. Differentiator d3 differentiates the output signal of quantizer Q3-2. The adder A3-3 adds the output signal of the quantizer Q3-1 and the output signal of the differentiator d3 to generate and output a PDM signal.
MASH方式によるn次(nは2以上の自然数、特記する場合を除き以下同様)ΔΣ変調器は、カスケード接続した1次ΔΣ変調器の数nだけ次数を上げることができる。MASH方式によるn次ΔΣ変調器は、安定した1次ΔΣ変調器をn個カスケード接続するため、n個の積分器を直列接続した積分器直列接続方式によるn次ΔΣ変調器よりも安定性を確保できる。さらに、MASH方式によるn次ΔΣ変調器は、カスケード接続した各1次ΔΣ変調器の量子化器が1ビットであっても、次数を上げることで最終的な出力信号はマルチビットになる。 The nth order (n is a natural number greater than or equal to 2 unless otherwise specified) ΔΣ modulator according to the MASH system can increase the order by the number n of cascaded primary ΔΣ modulators. The n-th order ΔΣ modulator using the MASH system cascades n stable first-order ΔΣ modulators, so it is more stable than the n-order ΔΣ modulator using the integrator series connection system in which n integrators are connected in series. It can be secured. Further, the n-th order ΔΣ modulator of the MASH system has a multi-bit final output signal by increasing the order even if the quantizer of each cascaded first-order ΔΣ modulator is 1 bit.
図6に示すとおり、MASH方式による2次ΔΣ変調器は、各段のΔΣ変調器の出力を合計したものが2次ΔΣ変調器の出力になる。例えば、図6において、1段目のΔΣ変調器の出力が1ビットの“1”、2段目のΔΣ変調器の出力が1ビットの“1”である場合、最終的な出力は“1+1=2”となる。“2”は2進数で表すと“10”となることから、2ビットのマルチビットとなる。すなわち、各段が1ビットの量子化器であっても、次数が上がる(段数が増える)ことにより、最終的な出力はマルチビットになる。 As shown in FIG. 6, the second-order ΔΣ modulator according to the MASH system is the sum of the outputs of the ΔΣ modulators of the respective stages to become the output of the second-order ΔΣ modulator. For example, in FIG. 6, when the output of the first-stage ΔΣ modulator is “1” of 1 bit and the output of the second-stage ΔΣ modulator is “1” of 1 bit, the final output is “1 + 1”. = 2 ". Since “2” is represented as “10” in binary, it is a multi-bit of 2 bits. That is, even if each stage is a 1-bit quantizer, the final output becomes multibit by increasing the order (increasing the number of stages).
これらのことから、積分器直列接続方式によるn次ΔΣ変調器は、低い次数(例えば1次)のΔΣ変調器を用いるとともに、量子化器の出力ビット数をマルチビットとし、安定性を保ちつつ分解能を高くする。一方、MASH方式によるn次ΔΣ変調器は、量子化器の出力ビットが1ビットであっても1次ΔΣ変調器をカスケード接続することで、安定性を確保しつつ高次化および分解能向上を図ることができる。 Therefore, the n-order ΔΣ modulator using the integrator series connection system uses a low-order (for example, first-order) ΔΣ modulator and the number of output bits of the quantizer is multi-bit while maintaining stability. Increase the resolution. On the other hand, the n-order ΔΣ modulator based on the MASH system can increase the order and improve the resolution while ensuring stability by cascading the first-order ΔΣ modulator even if the output bit of the quantizer is 1 bit. Can be planned.
また、例えば、MASH方式による2次ΔΣ変調器は、1段目のΔΣ変調器で量子化した際の量子化誤差を2段目のΔΣ変調器で量子化し、それらを足し合わせる、すなわち、1段目のΔΣ変調器での量子化で欠落した情報を2段目のΔΣ変調器で量子化して加算することで補完する。このように、MASH方式によるn次ΔΣ変調器は、各段の量子化器の出力を加算することから、縦軸の分解能(量子化器の分解能)が高くなり、出力がマルチビットになる。なお、積分器直列接続方式によるn次ΔΣ変調器は、量子化器の分解能のみに依存して出力のビット数が決まる。 Further, for example, a second-order ΔΣ modulator based on the MASH method quantizes a quantization error when quantized by the first-stage ΔΣ modulator by the second-stage ΔΣ modulator, and adds them, that is, 1 Information missing due to quantization in the second-stage ΔΣ modulator is supplemented by quantizing with the second-stage ΔΣ modulator and adding. In this way, the n-order ΔΣ modulator according to the MASH system adds the outputs of the quantizers at each stage, so that the resolution on the vertical axis (quantizer resolution) increases and the output becomes multibit. Note that the number of output bits of an n-order ΔΣ modulator using an integrator serial connection system is determined only by the resolution of the quantizer.
積分器直列接続方式、MASH方式のいずれの方式であっても、マルチビットの出力信号(PDM信号)は、マルチビットに対応した複数の入力を持ったIPMでなければ駆動できず、マルチビットに対応した複数の入力を持ったモータでなければ制御できない。 Regardless of the integrator series connection method or the MASH method, a multi-bit output signal (PDM signal) can be driven only by an IPM having a plurality of inputs corresponding to the multi-bit. Control is only possible with motors with multiple inputs.
そこで、マルチビットに対応した複数の入力を持たないIPMを駆動し、マルチビットに対応した複数の入力を持たないモータを制御するため、マルチビットΔΣ変調器が出力するマルチビットの出力信号を、ΔΣ変調器が有する量子化雑音を高周波側にシフトさせて低減するノイズシェーピング特性を維持したまま1ビットの信号に変換する。 Therefore, in order to drive an IPM not having a plurality of inputs corresponding to multi-bit and to control a motor not having a plurality of inputs corresponding to multi-bit, a multi-bit output signal output from the multi-bit ΔΣ modulator is The quantization noise of the ΔΣ modulator is converted to a 1-bit signal while maintaining noise shaping characteristics that are reduced by shifting to the high frequency side.
(開示技術にかかる1ビットPDM信号を出力するマルチビットのΔΣ変調器)
図7は、開示技術にかかる1ビットのPDM信号を出力するマルチビットの1次ΔΣ変調器の構成の一例を示す図である。図7は、積分器直列接続方式およびMASH方式による高次ΔΣ変調器を構成する際の基本構成となる。
(Multi-bit ΔΣ modulator that outputs a 1-bit PDM signal according to the disclosed technology)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a configuration of a multi-bit first-order ΔΣ modulator that outputs a 1-bit PDM signal according to the disclosed technology. FIG. 7 shows a basic configuration for configuring a high-order ΔΣ modulator using an integrator series connection system and a MASH system.
図7に示す1次ΔΣ変調器M4は、図3に示す1次ΔΣ変調器M1と比較して、ΔΣ変調器のループ内において、量子化器Q1に代えて量子化誤差がQ10である量子化器Q1を有し、量子化器Q1の後段にビット変換器C4をさらに有する。量子化器Q1は、入力信号(積分器I1の出力信号)をマルチビットで量子化したPDM信号を出力する。ビット変換器C4は、量子化器Q1により量子化されたマルチビットの信号を、1ビットの信号に変換する。ビット変換器C4の出力信号は、遅延器D1に入力される。なお、ビット変換器C4が、ΔΣ変調器のループ内に位置することにより、ビット変換器C4により発生するノイズをキャンセルし、ノイズシェーピング特性の劣化を抑制できる。つまり、ノイズシェーピング特性が維持される。 The first-order ΔΣ modulator M4 shown in FIG. 7 is different from the first-order ΔΣ modulator M1 shown in FIG. 3 in that the quantization error is Q10 instead of the quantizer Q1 in the loop of the ΔΣ modulator. And a bit converter C4 in the subsequent stage of the quantizer Q1. The quantizer Q1 outputs a PDM signal obtained by quantizing the input signal (output signal of the integrator I1) with multi-bits. The bit converter C4 converts the multi-bit signal quantized by the quantizer Q1 into a 1-bit signal. The output signal of the bit converter C4 is input to the delay unit D1. Since the bit converter C4 is located in the loop of the ΔΣ modulator, noise generated by the bit converter C4 can be canceled and deterioration of noise shaping characteristics can be suppressed. That is, the noise shaping characteristic is maintained.
(開示技術にかかる1ビットPDM信号を出力するマルチビットのΔΣ変調器(積分器直列接続方式))
図8は、開示技術にかかる1ビットのPDM信号を出力するマルチビットの2次ΔΣ変調器(積分器直列接続方式)の構成の一例を示す図である。図8に示す2次ΔΣ変調器M5は、図5に示す2つの積分器が直列接続された2次ΔΣ変調器M2と比較して、ΔΣ変調器のループ内において、量子化器Q2の後段にビット変換器C5をさらに有する。量子化器Q2は、入力信号(積分器I2−2の出力信号)をマルチビットで量子化する。ビット変換器C5は、量子化器Q2により量子化されたマルチビットの信号を、1ビットの信号に変換する。ビット変換器C5の出力信号は、遅延器D2に入力される。
(Multi-bit ΔΣ modulator that outputs 1-bit PDM signal according to the disclosed technology (integrator serial connection method))
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a configuration of a multi-bit second-order ΔΣ modulator (integrator series connection method) that outputs a 1-bit PDM signal according to the disclosed technique. The second-order ΔΣ modulator M5 shown in FIG. 8 is a subsequent stage of the quantizer Q2 in the loop of the ΔΣ modulator as compared with the second-order ΔΣ modulator M2 in which two integrators shown in FIG. 5 are connected in series. Further includes a bit converter C5. The quantizer Q2 quantizes the input signal (the output signal of the integrator I2-2) with multiple bits. The bit converter C5 converts the multi-bit signal quantized by the quantizer Q2 into a 1-bit signal. The output signal of the bit converter C5 is input to the delay unit D2.
(開示技術にかかる1ビットPDM信号を出力するマルチビットのΔΣ変調器(MASH方式))
図9は、開示技術にかかる1ビットのPDM信号を出力するマルチビットの2次ΔΣ変調器(MASH方式)の構成の一例を示す図である。図9に示す2次ΔΣ変調器M6は、図6に示す2つの1次ΔΣ変調器がカスケード接続された2次ΔΣ変調器M3と比較して、微分器d3を削除し、加算器A3−3の後段にビット変換器C6をさらに有する。また、遅延器D3−1に入力される信号は、ビット変換器C6の出力となる。ビット変換器C6は、量子化器Q3−1,Q3−2により量子化された信号を加算したマルチビットの信号を、1ビットの信号に変換する。ビット変換器C6の出力信号は、遅延器D3−1に入力される。
(Multi-bit ΔΣ modulator (MASH system) that outputs a 1-bit PDM signal according to the disclosed technology)
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of a multi-bit secondary ΔΣ modulator (MASH system) that outputs a 1-bit PDM signal according to the disclosed technique. The second-order ΔΣ modulator M6 shown in FIG. 9 is different from the second-order ΔΣ modulator M3 in which the two first-order ΔΣ modulators shown in FIG. 3 further includes a bit converter C6. The signal input to the delay unit D3-1 is the output of the bit converter C6. The bit converter C6 converts a multi-bit signal obtained by adding the signals quantized by the quantizers Q3-1 and Q3-2 into a 1-bit signal. The output signal of the bit converter C6 is input to the delay unit D3-1.
2次ΔΣ変調器M6は、減算器S3−1、積分器I3−1、量子化器Q3−1、遅延器D3−1を含む1段目のΔΣ変調器において入力信号の量子化を行い、減算器S3−2,S3−3、積分器I3−2、量子化器Q3−2、遅延器D3−2を含む2段目のΔΣ変調器は、1段目のΔΣ変調器で発生した量子化誤差Q31を量子化する。そのため、2次ΔΣ変調器M6は、加算器A3−3における1段目のΔΣ変調器と2段目のΔΣ変調器の量子化されたそれぞれの信号を加算した信号を入力としたビット変換器C6で生じる誤差を、1段目のΔΣ変調器にのみフィードバックさせるべく、減算器S3−1に入力する。よって、ビット変換器C6の出力は、ノイズシェーピングされた1ビットのPDM信号となる。 The second-order ΔΣ modulator M6 quantizes the input signal in the first-stage ΔΣ modulator including the subtractor S3-1, the integrator I3-1, the quantizer Q3-1, and the delay unit D3-1. The second-stage ΔΣ modulator including the subtracters S 3-2, S 3-3, the integrator I 3-2, the quantizer Q 3-2, and the delay unit D 3-2 is a quantum generated by the first-stage ΔΣ modulator. The quantization error Q31 is quantized. Therefore, the second-order ΔΣ modulator M6 is a bit converter that receives as input a signal obtained by adding the quantized signals of the first-stage ΔΣ modulator and the second-stage ΔΣ modulator in the adder A3-3. The error generated in C6 is input to the subtracter S3-1 so that only the first-stage ΔΣ modulator is fed back. Therefore, the output of the bit converter C6 becomes a noise-shaped 1-bit PDM signal.
(ビット変換器の概要)
図10Aおよび図10Bは、開示技術にかかるビット変換器の概要の一例を示す図である。図10Aに示すように、ビット変換器C4〜C6は、例えば、入力信号のレベルと比較する比較値が基準値3<基準値2<基準値1の三段階であり、入力信号のレベルが基準値3以上である場合に2ビットの出力値“11”、入力信号のレベルが基準値2以上基準値3未満である場合に2ビットの出力値“10”、入力信号のレベルが基準値1以上基準値2未満である場合に2ビットの出力値“01”、入力信号のレベルが基準値1未満である場合に2ビットの出力値“00”を出力値とする量子化器の出力信号を1ビットに変換する。
(Outline of bit converter)
10A and 10B are diagrams illustrating an example of an outline of a bit converter according to the disclosed technique. As shown in FIG. 10A, in the bit converters C4 to C6, for example, the comparison value to be compared with the level of the input signal has three levels of
ビット変換器C4〜C6は、最大値“11”の出力値を変換値“1”に変換し、最小値“00”の出力値を変換値“0”に変換する。そして、ビット変換器C4〜C6は、中間値“10”および中間値“01”の出力値を、補正量を加えることで、変換値“1”または変換値“0”に変換する。 The bit converters C4 to C6 convert the output value of the maximum value “11” into the conversion value “1”, and convert the output value of the minimum value “00” into the conversion value “0”. Then, the bit converters C4 to C6 convert the output values of the intermediate value “10” and the intermediate value “01” into the converted value “1” or the converted value “0” by adding the correction amount.
図10Bに示すように、ビット変換器の処理を10進数を格納するバッファを用いて概念的に説明する。例えば、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“2”における出力値が中間値“01”である場合、1つ前のタイミング“1”においてバッファの格納値が“0”であることから、“1”をバッファに格納し(この結果バッファは“1”となる)、タイミング“2”における出力値である中間値“01”を変換値“0”に変換する。 As shown in FIG. 10B, the processing of the bit converter will be conceptually described using a buffer for storing decimal numbers. For example, when the output value at the timing “2” is the intermediate value “01”, the bit converters C4 to C6 have the buffer stored value “0” at the previous timing “1”. 1 ”is stored in the buffer (as a result, the buffer becomes“ 1 ”), and an intermediate value“ 01 ”, which is an output value at timing“ 2 ”, is converted into a converted value“ 0 ”.
また、例えば、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“3”における出力値が中間値“10”である場合、1つ前のタイミング“2”においてバッファの格納値が“1”であることから、バッファから“1”を取り出して加算し(この結果バッファは“0”となる)、タイミング“3”における出力値である中間値“10”を変換値“1”に変換する。 Further, for example, when the output value at the timing “3” is the intermediate value “10”, the bit converters C4 to C6 have the buffer stored value “1” at the previous timing “2”. Then, “1” is extracted from the buffer and added (as a result, the buffer becomes “0”), and the intermediate value “10”, which is the output value at timing “3”, is converted into the converted value “1”.
また、例えば、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“4”における出力値が最大値“11”である場合、タイミング“4”における出力値である最大値“11”を変換値“1”に変換する。 For example, when the output value at the timing “4” is the maximum value “11”, the bit converters C4 to C6 change the maximum value “11” that is the output value at the timing “4” to the conversion value “1”. Convert.
また、例えば、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“6”における出力値が中間値“10”である場合、1つ前のタイミング“5”においてバッファの格納値が“0”であることから、バッファから“1”を取り出して加算し(この結果バッファは“−1”となる)、タイミング“6”における出力値である中間値“10”を変換値“1”に変換する。 Further, for example, in the bit converters C4 to C6, when the output value at the timing “6” is the intermediate value “10”, the stored value of the buffer is “0” at the previous timing “5”. Then, “1” is extracted from the buffer and added (as a result, the buffer becomes “−1”), and the intermediate value “10”, which is the output value at the timing “6”, is converted into the converted value “1”.
また、例えば、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“8”における出力値が中間値“01”である場合、1つ前のタイミング“7”においてバッファの格納値が“−1”であることから、“1”をバッファに格納し(この結果バッファは“0”となる)、タイミング“8”における出力値である中間値“01”を変換値“0”に変換する。 Further, for example, when the output values at the timing “8” are the intermediate value “01”, the bit converters C4 to C6 have the buffer stored value “−1” at the previous timing “7”. Then, “1” is stored in the buffer (the result buffer becomes “0”), and the intermediate value “01”, which is the output value at timing “8”, is converted into the converted value “0”.
また、例えば、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“12”における出力値が中間値“10”である場合、1つ前のタイミング“11”においてバッファの格納値が“−1”であることから、“2”をバッファに格納し(この結果バッファは“1”となる)、タイミング“12”における出力値である中間値“10”を変換値“0”に変換する。 Further, for example, in the bit converters C4 to C6, when the output value at the timing “12” is the intermediate value “10”, the stored value of the buffer is “−1” at the previous timing “11”. Then, “2” is stored in the buffer (the result buffer becomes “1”), and the intermediate value “10” which is the output value at the timing “12” is converted into the converted value “0”.
また、例えば、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“14”における出力値が中間値“10”である場合、1つ前のタイミング“13”においてバッファの格納値が“1”であることから、バッファから“1”を取り出して加算し(この結果バッファは“0”となる)、タイミング“14”における出力値である中間値“10”を変換値“1”に変換する。なお、図10Bではビット変換器の処理を10進数を格納するバッファを用いて概念的に説明したが、実際のバッファは2進数を格納するバッファとしてよい。 Further, for example, in the bit converters C4 to C6, when the output value at the timing “14” is the intermediate value “10”, the stored value of the buffer is “1” at the previous timing “13”. Then, “1” is extracted from the buffer and added (as a result, the buffer becomes “0”), and the intermediate value “10”, which is the output value at timing “14”, is converted into the converted value “1”. In FIG. 10B, the bit converter process is conceptually described using a buffer that stores decimal numbers, but the actual buffer may be a buffer that stores binary numbers.
以上をまとめると、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“n”(nは自然数)における出力値が中間値“10”または中間値“01”である場合であって、タイミング“n−1”におけるバッファの格納値が0以下である場合には、“1”をバッファに格納してタイミング“n”における出力値である中間値“01”を変換値“0”に変換する、あるいは、“2”をバッファに格納してタイミング“n”における出力値である中間値“10”を変換値“0”に変換する。一方、ビット変換器C4〜C6は、タイミング“n”(nは自然数)における出力値が中間値“10”または中間値“01”である場合であって、タイミング“n−1”におけるバッファの格納値が正である場合には、バッファから“1”を取り出し加算しタイミング“n”における出力値である中間値“10”を変換値“1”に変換する、あるいは、バッファから“2”を取り出して加算しタイミング“n”における出力値である中間値“01”を変換値“1”に変換する。 In summary, the bit converters C4 to C6 have the timing “n−1” when the output value at the timing “n” (n is a natural number) is the intermediate value “10” or the intermediate value “01”. When the stored value of the buffer at 0 is less than or equal to 0, “1” is stored in the buffer and the intermediate value “01”, which is the output value at timing “n”, is converted to the converted value “0”, or “ 2 ”is stored in the buffer, and the intermediate value“ 10 ”, which is the output value at timing“ n ”, is converted into the converted value“ 0 ”. On the other hand, the bit converters C4 to C6 are provided when the output value at the timing “n” (n is a natural number) is the intermediate value “10” or the intermediate value “01”, and the buffer converter at the timing “n−1”. If the stored value is positive, “1” is extracted from the buffer and added to convert the intermediate value “10”, which is the output value at timing “n”, into the converted value “1”, or “2” from the buffer. Are extracted and added to convert the intermediate value “01”, which is the output value at timing “n”, into the converted value “1”.
詳細は後述するが、ビット変換器C4〜C6において、中間値“10”または中間値“01”に対して補正量を加える操作は、量子化器Q1および量子化器Q2のデジタル出力信号を比較器に入力し、デジタル出力信号の最大値以外を積分することである。ビット変換器C4〜C6において、このように変換された変換値は、PDM信号の出力値となるとともに、出力値の帰還ループにより帰還信号として入力信号とともに減算器に入力されるため、ビット変換器C4〜C6により発生するノイズをキャンセルし、ビット変換器C4〜C6にノイズシェーピング特性を与えることになる。これにより、ビット変換器C4〜C6は、出力信号であるPDM信号を高精度な1ビットの信号として出力することができる。 Although details will be described later, in the bit converters C4 to C6, the operation of adding the correction amount to the intermediate value “10” or the intermediate value “01” compares the digital output signals of the quantizer Q1 and the quantizer Q2. Input to the instrument and integrate other than the maximum value of the digital output signal. In the bit converters C4 to C6, the conversion value converted in this way becomes an output value of the PDM signal, and is also input to the subtractor together with the input signal as a feedback signal by the feedback loop of the output value. The noise generated by C4 to C6 is canceled, and noise shaping characteristics are given to the bit converters C4 to C6. Thereby, the bit converters C4 to C6 can output the PDM signal as an output signal as a highly accurate 1-bit signal.
(量子化器の縦軸方向(分解能)−横軸方向(時間)の変換)
図11は、量子化器の縦軸方向(分解能)−横軸方向(時間)の変換の一例を示す図である。上述のように、量子化時の出力値が最大値および最小値のいずれでもない中間値である場合に、中間値を最大値および最小値のいずれかに変換することは、縦軸の分解能(量子化器の分解能)を、横軸の分解能(密度量)に置き換えることと等価である。
(Quantizer vertical axis direction (resolution)-horizontal axis direction (time) conversion)
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of conversion in the vertical axis direction (resolution) −horizontal axis direction (time) of the quantizer. As described above, when the output value at the time of quantization is an intermediate value that is neither the maximum value nor the minimum value, converting the intermediate value to either the maximum value or the minimum value is the resolution of the vertical axis ( This is equivalent to replacing the resolution of the quantizer) with the resolution (density amount) on the horizontal axis.
このような変換を行うことにより、図11に示すように、1ビットの量子化器から出力される信号(図11の(a)参照)に比べて、マルチビットの量子化器から出力され、マルチビットの縦軸方向の成分が横軸方向の成分に変換された信号(図11の(b)参照)は、同じ値が連続して出力される回数が増加する。ビット“0”がスイッチング素子のオフであり、ビット“1”がスイッチング素子のオンの指令値であることから、同じ値が連続して出力される回数が増加することにより、スイッチング素子のオンおよびオフの切り換え回数が減少する。すなわち、マルチビットのΔΣ変調器の出力信号をビット変換器により1ビットのPDM信号に変換して出力するΔΣ変調器は、一般的な1ビットのΔΣ変調器により出力されるPDM信号よりも、スイッチング回数を減少させる効果がある。 By performing such conversion, as shown in FIG. 11, compared with the signal output from the 1-bit quantizer (see FIG. 11A), it is output from the multi-bit quantizer, In the signal (see FIG. 11B) in which the multi-bit vertical component is converted into the horizontal component, the number of times the same value is continuously output increases. Since the bit “0” is the switching element OFF and the bit “1” is the switching element ON command value, the number of times the same value is continuously output increases, so that the switching element ON and The number of times of switching off is reduced. In other words, the ΔΣ modulator that converts the output signal of the multi-bit ΔΣ modulator into a 1-bit PDM signal by the bit converter and outputs the converted signal is more than the PDM signal output by the general 1-bit ΔΣ modulator. There is an effect of reducing the number of times of switching.
以上から、開示技術にかかるΔΣ変調器は、ΔΣ変調器により入力信号から出力信号(PDM信号)を生成する過程において、マルチビットの量子化器の出力で1回目のPDMが行われ、そのPDMの結果の最上位ビットを除いたビットで得られる値に対してさらにPDMを行い、その最終結果を1ビットのPDM信号として出力する二重パルス密度変調(DPDM:Double Pulse Density Modulation)の構成となる。 As described above, the ΔΣ modulator according to the disclosed technique performs the first PDM on the output of the multibit quantizer in the process of generating the output signal (PDM signal) from the input signal by the ΔΣ modulator. The structure obtained by double pulse density modulation (DPDM) in which PDM is further performed on the value obtained by removing the most significant bit of the result and the final result is output as a 1-bit PDM signal. Become.
[実施形態]
以上で説明した基本技術および開示技術を踏まえ、以下において、本願の実施形態を説明する。
[Embodiment]
Based on the basic technology and the disclosed technology described above, embodiments of the present application will be described below.
(実施形態にかかるモータ制御装置およびビット変換器)
図12は、実施形態にかかるモータ制御装置の一例を示す図である。実施形態にかかるモータ制御装置100は、図1に示す基本技術にかかるモータ制御装置100Xと比較して、PWM生成器22に代えて、PDM生成器22Aを有する点が異なる。その他の点において、実施形態にかかるモータ制御装置100は、基本技術にかかるモータ制御装置100Xと同様である。
(Motor control device and bit converter according to embodiments)
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a motor control device according to the embodiment. The
ここで、上記の減算器11、速度制御器12、励磁電流制御器13、減算器14、減算器15、d軸電流制御器16、q軸電流制御器17、非干渉化制御器18、減算器19、加算器20、dq/3φ変換器21、抵抗R、2つのCT、3φ電流算出器24、3φ/dq変換器25、軸誤差演算処理部26、PLL制御器29、位置推定器30、1/Pn処理器31、スイッチSWは、指令値生成器1である。PDM生成器22Aは、信号生成器2である。IPM23は、駆動器3である。なお、d軸電圧指令値Vd*とq軸電圧指令値Vq*を電圧指令値とし、dq/3φ変換器21を信号生成器2に加えてもよい。
Here, the
PDM生成器22Aは、U相、V相、W相の相ごとに同じΔΣ変調器を有する。このΔΣ変調器は、上述の1次ΔΣ変調器M4、2次ΔΣ変調器M5、2次ΔΣ変調器M6のいずれかである。PDM生成器22Aは、U相、V相、W相ごとの入力信号から1ビットのPDM信号である、U相上アーム信号Up、V相上アーム信号Vp、W相上アーム信号Wpを生成し、同じく1ビットのPDM信号である、U相上アーム信号Upに応じたU相下アーム信号Un、V相上アーム信号Vpに応じたV相下アーム信号Vn、W相上アーム信号Wpに応じたW相下アーム信号Wnを生成する。PDM生成器22Aは、生成した6相のPDM信号(U相上アーム信号Up、V相上アーム信号Vp、W相上アーム信号Wp、U相下アーム信号Un、V相下アーム信号Vn、W相下アーム信号Wn)をIPM23に出力する。
The
(実施形態にかかるビット変換器)
図13は、実施形態にかかるビット変換器の一例を示す図である。PDM生成器22Aは、上述の1次ΔΣ変調器M4、2次ΔΣ変調器M5、2次ΔΣ変調器M6のいずれか一種類をU相、V相、W相の三相ごとに有し、量子化器22A−Q、ビット変換器22A−Cを有する。なお、図13では、量子化器22A−Q、ビット変換器22A−C以外の要素の図示を省略している。量子化器22A−Qは、上述の量子化器Q1〜Q3−1、Q3−2のいずれかであり、ビット変換器22A−Cは、量子化器Q1〜Q3−1、Q3−2に応じた上述のビット変換器C4〜C6のいずれかである。
(Bit Converter According to Embodiment)
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the bit converter according to the embodiment. The
図13に示すように、ビット変換器22A−Cは、量子化器22A−Qのマルチビットのデジタル信号の出力を入力信号とする、デジタル回路である。ビット変換器22A−Cは、比較器41、乗算器42、減算器43、積分器44、比較器45、乗算器46、加算器47、反転器48、乗算器49を有する。
As shown in FIG. 13, the
比較器41は、量子化器22A−Qからの2ビットの入力信号と、この入力信号が取り得る値の最大値(図10Aの例では“11”)との比較を行い、両者が一致する場合にデータ“1”を反転したデータ“0”を出力し、両者が一致しない場合にデータ“0”を反転したデータ“1”を出力する。乗算器42は、量子化器22A−Qからの入力信号と、比較器41の反転出力とを乗算することにより、量子化器22A−Qからの入力信号のうち最大値以外が減算器43に入力される。
The comparator 41 compares the 2-bit input signal from the
減算器43は、乗算器42からの入力信号から、乗算器49からの信号を減算し、積分器44に出力する。積分器44は、減算器43からの入力信号を積分することにより、量子化器22A−Qからの入力信号のうちの最大値以外を積分する。
The
比較器45は、積分器44らの入力信号と、この入力信号が取り得る値の最大値(図10Aの例では“11”)との比較を行い、入力信号が最大値以上となる場合にデータ“1”を出力し、入力信号が最大値未満となる場合にデータ“0”を出力することにより、オーバーフロー発生の有無を判定する。オーバーフローが発生した時の出力は“1”、オーバーフローが発生しないときの出力は“0”である。なお、実施形態では、オーバーフローとは、量子化器22A−Qが2ビット出力であるので、2ビットの桁あふれである。比較器45の出力に応じて、ビット変換器22A−Cの出力信号が変化する。
The
乗算器46は、比較器41の反転出力と、比較器45の出力(オーバーフロー信号)とを乗算することにより、入力信号に応じて22A−Cの出力信号が変化する。また、積分器44がリセットされるように、比較器45の出力を乗算器49に入力する。加算器47は、反転器48による比較器41の反転出力の再反転出力と、乗算器46の出力とを加算することにより、量子化器22A−Qからの2ビットの入力信号を、1ビットの出力信号に変換する。
The
乗算器49は、積分器44の出力信号と、比較器45の出力信号とを乗算した結果を減算器43に入力することで、積分器44のオーバーフロー時に積分器44がリセット処理されるように制御する。
The
(実施形態にかかるビット変換処理)
図14は、実施形態にかかるビット変換処理の一例を示すフローチャートである。図14は、図13に示すビット変換器22A−Cが有する制御部(図示せず)によるビット変換器22A−Cの制御により実行される、ビット変換器22A−Cにおけるビット変換処理であり、量子化器22A−Qのサンプリング周期ごとに量子化器22A−Qの2ビットの出力信号を1ビットの信号に変換する処理を繰り返す。量子化器22A−Qの2ビットの出力信号は、“00”、“01”、“10”、“11”のいずれかである。
(Bit conversion processing according to the embodiment)
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of the bit conversion processing according to the embodiment. FIG. 14 shows a bit conversion process in the
図14に示すように、ビット変換器22A−Cは、量子化器22A−Qからの入力信号が、この入力信号が取り得る値の最大値(この実施形態では“11”)であるか否かを判定する(ステップS11)。ビット変換器22A−Cは、量子化器22A−Qからの入力信号が最大値である場合(ステップS11:Yes)、ステップS12へ処理を移し、量子化器22A−Qからの入力信号が最大値でない場合(ステップS11:No)、ステップS13へ処理を移す。ステップS12では、ビット変換器22A−Cは、データ“1”を出力する。この出力がPDM信号となる。
As shown in FIG. 14, in the
他方、ステップS13では、ビット変換器22A−Cは、量子化器22A−Qからの入力信号のうちの最大値以外を積分する。次に、ビット変換器22A−Cは、ステップS13で積分した値がオーバーフローしたか否かを判定する(ステップS14)。ビット変換器22A−Cは、ステップS13で積分した値がオーバーフローした場合(ステップS14:Yes)、ステップS12へ処理を移し、ステップS13で積分した値がオーバーフローしていない場合(ステップS14:No)、ステップS15へ処理を移す。ステップS15では、ビット変換器22A−Cは、データ“0”を出力する。ビット変換器22A−Cは、ステップS12またはステップS15が終了すると、ビット変換処理を終了する。
On the other hand, in step S13, the
以上の実施形態にかかるビット変換処理の一例によれば、量子化器22A−Qの2ビットの出力信号が“11”の場合、デジタル信号の最大値となるため、出力データは“1”となる。また、量子化器22A−Qの2ビットの出力信号が“11”以外の場合、すなわちデジタル信号の最大値以外の場合、そのデジタル信号の値を積分する。積分した値が最大値である“11”以上となる場合には、オーバーフローとなり、出力データは“1”となる一方、オーバーフローしない場合は、出力データは“0”となる。
According to an example of the bit conversion processing according to the above embodiment, when the 2-bit output signal of the
(入力信号に対する出力信号(量子化器出力)のシミュレーション結果)
上述の実施形態の実施例および従来技術による比較例として、1次ΔΣ変調器を用いて(例えば、実施例では図7に示す1次ΔΣ変調器M4を用い、比較例では図3に示す1次ΔΣ変調器M1を用いた)シミュレーションを行った。図15Aは、PDM生成器として従来技術にかかる1次ΔΣ変調器を用いた場合の入力信号に対する出力信号(量子化器出力)のシミュレーション結果(入力振幅130Vの場合)の一例を示す図である。図15Bは、PDM生成器として従来技術にかかる1次ΔΣ変調器を用いた場合の入力信号に対する出力信号(量子化器出力)のシミュレーション結果(入力振幅40Vの場合)の一例を示す図である。
(Simulation result of output signal (quantizer output) with respect to input signal)
As an example of the above-described embodiment and a comparative example according to the prior art, a primary ΔΣ modulator is used (for example, the primary ΔΣ modulator M4 shown in FIG. 7 is used in the example, and the comparative example shown in FIG. A simulation was performed (using the next ΔΣ modulator M1). FIG. 15A is a diagram illustrating an example of a simulation result (in the case of an input amplitude of 130 V) of an output signal (quantizer output) with respect to an input signal when a first-order ΔΣ modulator according to the related art is used as a PDM generator. . FIG. 15B is a diagram illustrating an example of a simulation result (in the case of an input amplitude of 40 V) of an output signal (quantizer output) with respect to an input signal when a first-order ΔΣ modulator according to the related art is used as a PDM generator. .
また、図16Aは、PDM生成器として実施形態にかかる1次ΔΣ変調器を用いた場合の入力信号に対する出力信号(量子化器出力)のシミュレーション結果(入力振幅130Vの場合)を示す図である。図16Bは、PDM生成器として実施形態にかかる1次ΔΣ変調器を用いた場合の入力信号に対する出力信号(量子化器出力)のシミュレーション結果(入力振幅40Vの場合)の一例を示す図である。 FIG. 16A is a diagram illustrating a simulation result (in the case of an input amplitude of 130 V) of an output signal (quantizer output) with respect to an input signal when the first-order ΔΣ modulator according to the embodiment is used as a PDM generator. . FIG. 16B is a diagram illustrating an example of a simulation result (in the case of an input amplitude of 40 V) of an output signal (quantizer output) with respect to an input signal when the first-order ΔΣ modulator according to the embodiment is used as a PDM generator. .
なお、図15A、図15B、図16A、図16Bに示す、シミュレーション結果の比較値(中間電位)は、従来技術にかかる1次ΔΣ変調器における1ビットの量子化器による量子化の際の基準電圧値を示す。実施形態にかかる1次ΔΣ変調器において2ビットの量子化器を用いた際の中間電位も、従来技術にかかる1ビットのΔΣ変調器と同じ条件とした。なお、実施形態にかかる1次ΔΣ変調器では、この中間電位は図10Aに示す基準値2に相当する。そして、実施形態にかかる1次ΔΣ変調器の出力を2ビット出力とするために、図10Aに示すように基準値2(中間電位)の上下の電位として基準値1、基準値3を設けている。
15A, FIG. 15B, FIG. 16A, and FIG. 16B show the comparison values (intermediate potentials) of the simulation results as the reference for quantization by the 1-bit quantizer in the first-order ΔΣ modulator according to the prior art. Indicates the voltage value. The intermediate potential when the 2-bit quantizer is used in the primary ΔΣ modulator according to the embodiment is also set to the same condition as that of the 1-bit ΔΣ modulator according to the conventional technique. In the first-order ΔΣ modulator according to the embodiment, this intermediate potential corresponds to the
図15Aと図16Aとの比較における、従来技術にかかる1ビットのΔΣ変調器を適用したPDM生成器と、実施形態にかかるΔΣ変調器を適用したPDM生成器22Aとの比較では、PDM生成器22Aの方が、出力信号としてデータ“0”またはデータ“1”の同じ値が連続して出力される期間が、従来技術の1ビットのΔΣ変調器を適用したPDM生成器よりも長く、入力信号の一周期におけるパルスの立ち上がり回数、すなわちスイッチング回数が少ないという結果であった。
In the comparison between FIG. 15A and FIG. 16A, the PDM generator to which the 1-bit ΔΣ modulator according to the prior art is applied and the
図15Aと図16Aとの比較において、入力振幅が130Vの入力信号の一周期において、従来技術にかかる1ビットのΔΣ変調器を適用したPDM生成器は、出力されたPDM信号が90回のパルスの立ち上がりを示したが、実施形態にかかるPDM生成器22Aが、77回のパルスの立ち上がりを示したことから、実施形態は従来技術よりもIPM23のスイッチング回数を減少させ、スイッチング損失を低減できることが分かる。
15A and FIG. 16A, in one period of an input signal with an input amplitude of 130V, the PDM generator to which the 1-bit ΔΣ modulator according to the prior art is applied has an output PDM signal of 90 pulses. However, since the
同様に、図15Bと図16Bとの比較において、入力振幅が40Vの入力信号の一周期において、従来技術にかかる1ビットのΔΣ変調器を適用したPDM生成器は、出力されたPDM信号が192回のパルスの立ち上がりを示したが、実施形態にかかるPDM生成器22Aが、145回のパルスの立ち上がりを示したことから、実施形態は従来技術よりもIPM23のスイッチング回数を低減させ、スイッチング損失を低減できることが分かる。
Similarly, in the comparison between FIG. 15B and FIG. 16B, the PDM generator to which the 1-bit ΔΣ modulator according to the prior art is applied in one cycle of the input signal having an input amplitude of 40 V has an output PDM signal of 192. However, since the
以上の実施形態によれば、従来の1ビットのΔΣ変調器を用いて生成した1ビットのPDM信号よりも、マルチビットの量子化器によるマルチビットのPDM信号をビット変換器により1ビットに変換したPDM信号が、スイッチング回数を減少させ、スイッチング損失を低減することができる。また、図7、図8、図9に示すように、本実施形態のビット変換器はΔΣ変調器の帰還ループ内に配置されるため、ΔΣ変調器が持つノイズシェーピング特性によりビット変換器で発生するノイズがキャンセルされる。その結果、従来のΔΣ変調器を用いたモータ駆動装置のノイズ特性を維持しつつ、スイッチング回数およびスイッチング損失を低減できる。 According to the above embodiment, the multi-bit PDM signal generated by the multi-bit quantizer is converted to 1 bit by the bit converter rather than the 1-bit PDM signal generated by using the conventional 1-bit ΔΣ modulator. The PDM signal thus reduced can reduce the number of times of switching and reduce the switching loss. Further, as shown in FIGS. 7, 8, and 9, the bit converter according to the present embodiment is arranged in the feedback loop of the ΔΣ modulator, and therefore generated by the bit converter due to the noise shaping characteristics of the ΔΣ modulator. Noise is canceled. As a result, the number of times of switching and switching loss can be reduced while maintaining the noise characteristics of the motor drive device using the conventional ΔΣ modulator.
(実施形態の変形例)
上述の実施形態では、PDM生成器22Aの量子化器Q1〜Q3−1、Q3−2の出力は“2”ビット、すなわち、量子化器Q1〜Q3−1、Q3−2の縦軸の分解能は“2”ビットであるとするが、これに限らず、“m”(mは3以上の自然数)ビットであってもよい。また、1次ΔΣ変調器M4、2次ΔΣ変調器M5、2次ΔΣ変調器M6の次数は、それぞれのΔΣ変調器で、直列接続される積分器またはカスケード接続される1次ΔΣ変調器の数を3つ以上として、より高次化されてもよい。量子化器の分解能(ビット数)を上げる、および/または、ΔΣ変調器の次数を上げることにより、ΔΣ変調器の出力信号をさらに高精度化することができる。
(Modification of the embodiment)
In the above-described embodiment, the outputs of the quantizers Q1 to Q3-1 and Q3-2 of the
また、上述の実施形態では、PDM生成器22Aは、三相の指令電圧値を入力信号としてΔΣ変調して三相のPDM信号を出力する三相変調を行うとする。しかし、これに限らず、三相の指令電圧値のうちの二相を入力信号として二相のΔΣ変調を行って二相のPDM信号を出力する二相変調であってもよい。あるいは、三相の指令電圧値を入力信号として入力信号のうちの二相の指令電圧値をΔΣ変調して二相のPDM信号を出力する二相変調を行ってもよい。いずれであっても、さらにスイッチング回数を減少させ、スイッチング損失を低減することができる。
In the above-described embodiment, it is assumed that the
上述の実施形態および図示の具体的名称、処理、制御、各種のデータやパラメータを含む情報については、一例を示すに過ぎず、特記する場合を除いて適宜変更することができる。また、上述の実施形態における各部もしくは各装置の構成は、処理負荷や実装効率等から適宜分散または統合されてもよい。また、上述の実施形態における各処理は、処理負荷や実装効率等から、処理順序を適宜入れ替えて実行されてもよい。 The information including the above-described embodiment and the specific names, processes, controls, various data and parameters shown in the drawings is merely an example, and can be changed as appropriate unless otherwise specified. In addition, the configuration of each unit or each device in the above-described embodiment may be appropriately distributed or integrated from the processing load, mounting efficiency, and the like. In addition, each process in the above-described embodiment may be executed by appropriately changing the process order from the processing load, the mounting efficiency, and the like.
上述の実施形態のより広範な態様は、上述のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 The broader aspects of the embodiments described above are not limited to the specific details and representative embodiments described and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the general inventive concept or scope defined by the appended claims and their equivalents.
M1、M4 1次ΔΣ変調器
M2、M3、M5、M6 2次ΔΣ変調器
S1、S2−1、S2−2、S3−1、S3−2、S3−3 減算器
I1、I2−1、I2−2、I3−1、I3−2 積分器
Q1、Q2、Q3−1,Q3−2 量子化器
D1、D2、D3−1、D3−2 遅延器
A1、A2、A3−1、A3−2、A3−3 加算器
d3 微分器
C4、C5、C6 ビット変換器
100X、100 モータ制御装置
1、1X 指令値生成器
2、2X 信号生成器
3、3X 駆動器
11 減算器
12 速度制御器
13 励磁電流制御器
14、15 減算器
16 d軸電流制御器
17 q軸電流制御器
18 非干渉化制御器
19 減算器
20 加算器
21 dq/3φ変換器
22 PWM生成器
22A PDM生成器
22A−Q 量子化器
22A−C ビット変換器
23 IPM
23Up、23Un、23Vp,23Vn、23Wp、23Wn スイッチング素子
24 3φ電流算出器
25 3φ/dq変換器
26 軸誤差演算処理部
29 PLL制御器
30 位置推定器
31 1/Pn処理器
41 比較器
42 乗算器
43 減算器
44 積分器
45 比較器
46 乗算器
47 加算器
48 反転器
49 乗算器
SW スイッチ
CO1 接点
CO2 接点
CO3 接点
R 抵抗
M モータ
M1, M4 primary ΔΣ modulator M2, M3, M5, M6 secondary ΔΣ modulator S1, S2-1, S2-2, S3-1, S3-2, S3-3 subtractors I1, I2-1, I2 -2, I3-1, I3-2 Integrators Q1, Q2, Q3-1, Q3-2 Quantizers D1, D2, D3-1, D3-2 Delay devices A1, A2, A3-1, A3-2 A3-3 Adder d3 Differentiator C4, C5,
23Up, 23Un, 23Vp, 23Vn, 23Wp,
Claims (3)
前記信号生成器は、
入力されたマルチビット信号を1ビットの信号に変換して前記スイッチング信号を出力するビット変換器と、
前記指令値生成器により生成された電圧指令値から、前記ビット変換器により出力された前記スイッチング信号を減算した信号を出力する減算器と、
前記減算器により出力された信号を積分する積分器と、
前記積分器による積分結果をマルチビットで量子化したマルチビット信号を前記ビット変換器に出力する量子化器と
を備えたΔΣ変調器を含んだ
ことを特徴とするモータ制御装置。 A driver for generating a driving voltage for driving the motor by switching of a switching element based on a switching signal; a command value generator for generating a voltage command value for driving the motor based on a speed command value; and the command value generator A motor control device comprising a signal generator for generating the switching signal from the voltage command value generated by
The signal generator is
A bit converter that converts an input multi-bit signal into a 1-bit signal and outputs the switching signal;
A subtractor that outputs a signal obtained by subtracting the switching signal output by the bit converter from the voltage command value generated by the command value generator;
An integrator for integrating the signal output by the subtractor;
A motor control device comprising: a ΔΣ modulator comprising: a quantizer that outputs a multi-bit signal obtained by quantizing an integration result of the integrator with multi-bits to the bit converter.
複数の前記積分器が直列接続された2次以上のΔΣ変調器である
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The ΔΣ modulator is
The motor control device according to claim 1, wherein the plurality of integrators are second-order or higher-order ΔΣ modulators connected in series.
複数の1次ΔΣ変調器がカスケード接続された2次以上のΔΣ変調器である
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The ΔΣ modulator is
The motor control device according to claim 1, wherein a plurality of primary ΔΣ modulators are secondary or higher ΔΣ modulators connected in cascade.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017016263A JP6787158B2 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Motor control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017016263A JP6787158B2 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Motor control device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018125964A true JP2018125964A (en) | 2018-08-09 |
JP6787158B2 JP6787158B2 (en) | 2020-11-18 |
Family
ID=63110453
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017016263A Active JP6787158B2 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Motor control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6787158B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020167867A (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 株式会社富士通ゼネラル | Motor controller |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002314425A (en) * | 2001-02-09 | 2002-10-25 | Sony Corp | Delta-sigma modulating apparatus and method, and digital signal processing apparatus and method |
JP2005027170A (en) * | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Cascade delta sigma modulator |
US20070127761A1 (en) * | 2003-11-24 | 2007-06-07 | Poulsen Jens K | Microphone comprising integral multi-level quantizer and single-bit conversion means |
JP2010057314A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Kyocera Mita Corp | Motor control device and image forming apparatus |
CN102332918A (en) * | 2011-06-14 | 2012-01-25 | 中国矿业大学 | Quick high-precision method for sampling analog quantity in alternating current speed regulating system of mine hoist |
JP2013198229A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Yaskawa Electric Corp | Δς modulation a/d converter and motor controller including the same |
JP2014103755A (en) * | 2012-11-19 | 2014-06-05 | Minebea Co Ltd | Drive control device for motor |
-
2017
- 2017-01-31 JP JP2017016263A patent/JP6787158B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002314425A (en) * | 2001-02-09 | 2002-10-25 | Sony Corp | Delta-sigma modulating apparatus and method, and digital signal processing apparatus and method |
JP2005027170A (en) * | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Cascade delta sigma modulator |
US20070127761A1 (en) * | 2003-11-24 | 2007-06-07 | Poulsen Jens K | Microphone comprising integral multi-level quantizer and single-bit conversion means |
JP2010057314A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Kyocera Mita Corp | Motor control device and image forming apparatus |
CN102332918A (en) * | 2011-06-14 | 2012-01-25 | 中国矿业大学 | Quick high-precision method for sampling analog quantity in alternating current speed regulating system of mine hoist |
JP2013198229A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Yaskawa Electric Corp | Δς modulation a/d converter and motor controller including the same |
JP2014103755A (en) * | 2012-11-19 | 2014-06-05 | Minebea Co Ltd | Drive control device for motor |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020167867A (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 株式会社富士通ゼネラル | Motor controller |
JP7255292B2 (en) | 2019-03-29 | 2023-04-11 | 株式会社富士通ゼネラル | motor controller |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6787158B2 (en) | 2020-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7642737B2 (en) | Anti-windup control for a current regulator of a pulse width modulation inverter | |
JP5023788B2 (en) | Control device and control method for power conversion device | |
US8269441B2 (en) | Motor control apparatus | |
US7969106B2 (en) | Vector controller for permanent-magnet synchronous electric motor | |
US10541638B2 (en) | Control apparatus and control method | |
JP2015186431A (en) | Power converter, controller for power converter, and control method for power converter | |
JP2016063559A (en) | Motor controller | |
WO2018037980A1 (en) | Electric power steering device | |
JP6376239B1 (en) | Control device for power conversion circuit | |
JP2018088750A (en) | Power conversion device | |
JP2011211818A (en) | Power conversion equipment, method of converting power, and motor drive system | |
Chen et al. | Band-based multi-step predictive torque control strategy for PMSM drives | |
JP6787158B2 (en) | Motor control device | |
JP2004201440A (en) | Method and apparatus for pulse width modulation, power conversion method, and power converter | |
JP5209650B2 (en) | Driving method and driving apparatus for driving a multi-phase inverter | |
Wang et al. | Analysis, measurement, and compensation of the system time delay in a three-phase voltage source rectifier | |
WO2022064673A1 (en) | Power conversion device | |
JP6690956B2 (en) | Overmodulation PWM inverter device | |
JP2012050173A (en) | Ac motor drive control apparatus | |
Hu et al. | Discrete-Time Frequency-Domain Disturbance Observer to Mitigate Harmonic Current in PMSM Drives and the Implementation with Reduced Delay | |
JP2019054569A (en) | Three-level power converter | |
Mirzaeva et al. | Feedback quantizer vs sigma-delta modulator for voltage source inverters | |
CN110380636B (en) | Power conversion device and control method for power conversion device | |
Li et al. | Encoderless predictive control of pmsm drives combining sliding-mode and luenberger observers | |
JP6711170B2 (en) | Motor controller |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191129 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200918 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200929 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201012 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6787158 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |