JP2563226B2 - 変換器用の電流検出方法 - Google Patents

変換器用の電流検出方法

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JP2563226B2
JP2563226B2 JP4277625A JP27762592A JP2563226B2 JP 2563226 B2 JP2563226 B2 JP 2563226B2 JP 4277625 A JP4277625 A JP 4277625A JP 27762592 A JP27762592 A JP 27762592A JP 2563226 B2 JP2563226 B2 JP 2563226B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は直流電流(DC)を3相
交流電流(AC)に変換する変換器用の電流検出方法に
関し、特に構造が簡単で、且つコストが低減される変換
器用の電流検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の変換器は一般に過電流及び過負荷
状態を検出し、且つこれらの様な状態が発生した場合に
検出器を保護する保護装置を有している。従来のDCを
3相ACに変換する変換器では、直流の過電流と3相交
流の過負荷電流のそれぞれを検出するために、DC電流
検出器と2つのAC電流検出器とを使用する必要があっ
た。
【0003】図4は従来の変換器の基本回路を示すもの
で、この変換器はDC電源Eを3相交流T,S,及びR
に変換し、次にこれらの3相交流を図示しない誘導モー
タ等の負荷に供給する。この基本回路は変換を遂行する
6個のトランジスタQ1 ないしQ6 と、これらのトラン
ジスタQ1 ないしQ6 にオン/オフ状態の制御信号6を
出力するドライバ10とを備えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この基本回
路は更に、過電流を検出し、変換器を保護するために制
御装置12を起動するDC電流検出器14と、負荷電流
を検出する2個のAC電流検出器とを備えなければなら
ない。検出器14,16及び18は極めて高価であり、
これらの費用は変換器のコストの大部分を占めるという
問題点があった。従って、本発明の主要な課題は構造が
簡単で、且つコストが低減される変換器用の新たな電流
検出方法を提案することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明では次の手段を構成した。 (1)変換器への直流電流を検出する直流電流検出器
と、変換器からの3相交流電流を制御する3対のトラン
ジスタとを備えた直流を3相交流に変換する変換器用の
電流検出方法において、(a) 前記3対のトランジスタに
よるゲート状態の切換えを制御する段階と、(b) 前記3
対のトランジスタによる第1のゲート状態で、変換器へ
の直流電流を直流電流検出器により検知し、第1のゲー
ト状態に基づく1つの相を判定して第1の電流検出値を
検出する段階と、(c) 前記3対のトランジスタによる第
2のゲート状態で、変換器への直流電流を直流電流検出
器により検知し、第2のゲート状態に基づく別の相を判
定して第2の電流検出値を検出する段階と、(d) 第1及
び第2の電流検出値を演算して残りの相における直流電
流検出値を算出する段階と、からなることを特徴とする
電流検出方法。 (2)前記3対のトランジスタによるゲート状態の切換
えを制御する段階(a) は、各ゲート状態が継続される期
間をパルス幅変調により制御するパルス幅変調制御方法
を使用することを特徴とする請求項1記載の電流検出方
法。 (3)前記3対のトランジスタによるゲート状態の切換
えを制御する段階(a) は、各搬送波周期を、それぞれ異
なるゲート状態が割り当てられた3つの区間に区分する
とともに、前記各区間を前記各ゲート状態のパルス幅に
変調し、これら3つの区間からなる信号を前記搬送波周
期ごとに出力するパルス幅変調制御信号を生成する段階
と、各々の搬送波周期における1つの区間で前記3対の
トランジスタを非導通状態に制御する段階と、各々の搬
送波周期における他の2つの区間で前記3対のトランジ
スタを第1及び第2のゲート状態にそれぞれ制御する段
階とを含むことを特徴とする請求項2記載の電流検出方
法。 (4)前記3対のトランジスタによる第1のゲート状態
で、変換器への直流電流を直流電流検出器により検知
し、第1のゲート状態に基づく1つの相を判定して第1
の電流検出値を検出する段階(b) は、各々の搬送波周期
における前記他の2つの区間の1つで、第1の電流検出
値を検出する段階を含み、前記3対のトランジスタによ
る第2のゲート状態で、変換器への直流電流を直流電流
検出器により検知し、第2のゲート状態に基づく別の相
を判定して第2の電流検出値を検出する段階(c) は、前
記他の2つの区間の残りで、第2の電流検出値を検出す
る段階を含むことを特徴とする請求項3記載の電流検出
方法。
【0006】
【作用】搬送波周期における相異なる区間で検出した相
異なる位相の電流値から、残りの位相の電流値を計算
し、順次それぞれの搬送波周期において同様に行うの
で、3相交流電流の各々を求めるために単一のDC電流
検出器のみを使用する。
【0007】
【実施例】図1は本発明の実施例である変換器用の電流
検出方法を使用する回路の概略図である。本発明の理解
を深めるために本出願の構成部分を成す以下の説明と添
付図面を参照する。先ず、本発明の方法を容易に理解す
るため、直流電流(以下、DCという)を3相交流電流
(以下、ACという)に変換する変換器の基本原理を説
明する。図1,図4を参照すると、変換器は3対のトラ
ンジスタQ1,Q4;Q3,Q6 及びQ5,Q2 と、DC電源E
を3相交流電流T,S及びRに変換するトランジスタQ
1 ないしQ6 のオン/オフ状態を制御するドライバ10
とを備えている。図1、及び図6,図7,図8のそれぞ
れにおける(a)ないし(f)に示したトランジスタは
簡潔にするため、スイッチとして図示されている。
【0008】この変換器の回路でトランジスタの組み合
わせQ1,Q4 はR位相の電圧を制御し、また、トランジ
スタの組み合わせQ3,Q6 はS位相の電圧を制御し、更
に、トランジスタの組み合わせQ5,Q2 はT位相の電圧
を制御する。トランジスタQ1,Q3,及びQ5 は正のゲー
トとして定義される一方、トランジスタQ4,Q6,及びQ
2 は負のゲートとして定義されている。各ゲート状態が
継続される期間をパルス幅変調により制御するパルス幅
変調制御のような基本的な電圧制御では、各位相での正
のゲートの導通時間は通常は負のゲートの導通時間と反
転状態にある。即ち正のゲートがオンである場合は負の
ゲートは常にオフであり、また、逆の場合も同様であ
る。
【0009】この様な際には、各位相のゲート状態を2
進コード、即ち0と1で表すことができる。つまり、コ
ード0は正のゲートがオフである一方、負のゲートがオ
ンであることを表し、コード1は正のゲートがオンであ
る一方、負のゲートがオフであることを表す。このよう
な定義に従って、3相交流R,S、及びTのゲート状態
を8つの組合せとし、これらの状態を3つの2進コード
で表す。例えば、コードの組合せ(1,0,0)はR位
相のトランジスタQ1 がオンで、トランジスタQ4 がオ
フであり、S位相のトランジスタQ3 がオフで、トラン
ジスタQ6 がオンであり、T位相のトランジスタQ5 が
オフで、トランジスタQ2 がオンであることを表す。
【0010】ここで特に、3相のゲート状態が全て同一
である2つの状態、即ち(0,0,0)、及び(1,
1,1)がある。これらの2つの状態では回路内の3相
AC端は短絡状態にある一方、DC端は非導通状態にあ
るので電圧は発生しない。従って、これらのゲート状態
をゼロ状態として定義することができる。ゼロ状態以外
の他の6つの状態はそれぞれ図6(a)ないし図6
(f)に示されている。
【0011】従って、これらの状態を電圧ベクトルで表
すことができる。図5に示す様に、ゼロ状態は基点にあ
り、他の6つのゲート状態はそれぞれ6つのベクトルに
よって表される。6つのベクトルのうち各々2つの隣接
するベクトルは、60度だけ回転され、各々2つの隣接
するベクトルの間の領域は領域aないしfと表記されて
いる。これはいわゆる空間ベクトル制御の基本原理であ
るので、ここではそれをこれ以上説明する必要はない。
【0012】更に、図5,図6の(a)ないし(f)を
参照して説明を続ける。6つの3相ゲート状態の各々
で、正のゲートQ1,Q3,及びQ5 の一つ、あるいは負の
ゲートQ4,Q6,及びQ2 の一つがオン、あるいはオフ状
のそれぞれにおける他の2つのゲートは異なったオン
オフ状態でなければならない。例えば、図6(a)に示
した最初の状態では、トランジスタQ1 はトランジスタ
Q3,及びQ5 とは異なってオンでありこれは記号R+で
示され、図6(b)に示した第2の状態では、トランジ
スタQ2 が同様にオンであり記号T−で表される。
【0013】また、同様にして図6(c)に示した第3
の状態では、S+の記号で示す様にトランジスタQ3 が
オンであり、図6(d)に示した第4の状態では、R−
の記号で示す様にトランジスタQ4 がオンである。同様
に図6(e) に示した第5の状態では、T+の記号で示す
様にトランジスタQ5 がオンであり、図6(f)に示し
た第6の状態では、S−の記号で示す様にトランジスタ
Q6 がオンである。従って、それぞれのゲート状態の期
間内にオンに切換わったゲートを流れる電流は、それぞ
れの期間内では直流電流であるとみなすことができる。
【0014】さて、それぞれのゲート状態毎に電流の流
れる経路について説明する。前述の6つのゲート状態は
基本的に回転対称なので、ゲート状態の一つでの電流経
路の全てを説明すれば他のゲート状態も同様にして容易
に推察することができる。図7の(a)ないし(f)を
参照すると、図6(a)に示した第1のゲート状態での
電流経路が全て示されている。また、図1を参照すると
直流電流IdcがR位相から流出する電流と等しく、従っ
てIR =Idcであると定義することができる。
【0015】図8の(a)ないし(f)を参照すると図
6(d)に示した第4のゲート状態での電流経路の全て
が示されている。更に、図1を参照すると直流電流Idc
がR位相へと流入する電流と等しく、従ってIR =−I
dcであると定義することができる。同じ原理に基づい
て、図6(b)の第2のゲート状態ではIT =−Idcで
あり、図6(e)の第5のゲート状態ではIT =Idcで
あると推論することができ、図6(c)の第3のゲート
状態ではIs =Idcであり、また、図6(f)の第6の
ゲート状態ではIs =−Idcであると推論することがで
きる。
【0016】便宜上、第1から第6までのゲート状態に
は図5,図6の(a)ないし(f)に示した様に、前述
の電流の流れ方向を表すための記号R+,T−,S+,
R−,T+及びS−をそれぞれ付してある。また、図
1,図4に示した回路ループに沿って、3相交流電流の
合計はゼロに等しくならなければならない。即ち次の方
程式を満たすことになる。 方程式 : IR +Is +IT =0
【0017】次に、本発明の実施例である電流検出方法
を使用した変換器の主要部について図1を図2と比較し
て説明する。この変換器の主要部は、計算を処理する検
出装置32であり、図1の変換器は、図4に示した2個
のAC検出器16及び18を省略しており、この検出装
置32に接続された単一のDC検出器36だけを使用し
ていることである。図1に示した検出装置32はDC検
出器36によって検出された直流電流Idcを受け、本発
明の方法に従って3相電流IR,S,及びIT を計算す
る。検出装置32は更にトランジスタQ1 ないしQ6 の
オン/オフ状態に関する情報を得るために制御装置12
に接続されている。
【0018】本発明の方法を明解に理解するため、本明
細書ではパルス幅変調(PWM)技術を使用してトラン
ジスタあるいはゲートを制御する前述の空間ベクトル制
御方法により本発明の電流検出方法を説明している。し
かし、本発明は空間ベクトル制御の用途に限定すること
を意図するものでは勿論ない。
【0019】図3は本発明の実施例である変換器用の電
流検出方法を説明するタイムチャートである。PWM制
御におけるゲート制御信号は複数周期の搬送波で搬送す
るために短い時間単位である複数の搬送波周期ΔTに分
割されており、各々の搬送波周期は一つのゲート状態出
力の継続期間をそれぞれのパルス幅に変調する3つの区
間ΔT1,ないしΔT3,ΔT4,ないしΔT6,ΔT7,ないし
ΔT9にそれぞれ細分化されている。従って、各搬送波周
期内ΔTには3つのゲート状態出力があり、ゲート状態
出力の一つはゼロ状態(0,0,0)、あるいは(1,
1,1)として選択される一方、別の2つのゲート状態
は前述の6つのゲート状態からつ選択される様になっ
ている。
【0020】選択方法は以下に詳述する。図5を参照す
ると、図示された角度は空間ベクトルの概念に基づく3
相ACの電圧の位相角を表している。従って、動作中、
仮想のポインタが逆時計回り方向に回転するものと想定
することができる。その回転周波数は3相ACの電圧の
周波数と全く同一である。図5の領域a,ないしf内の
電圧ベクトルはその領域に隣接する2つのゲート状態の
電圧ベクトルによって形成することができる。
【0021】例えば、領域aの電圧ベクトルは全てR+
及びT−電圧ベクトルによって形成することができ、以
下、領域b,ないしfの電圧ベクトルも同様である。図
1,図3(a)を参照すると、領域a内のPWM信号の
3つの搬送波周期ΔTの一例が示されている。各搬送波
周期内で、2つのゲート状態がR+(1,0,0)及び
T−(1,1,0)のゲート状態として選択され、別の
ゲート状態はゼロ状態として選択される。3つのゲート
状態の継続期間は異なる電圧出力を生成するために変更
される。特に、図3(a)に示した区間ΔT1,ないしΔ
T9におけるそれぞれの長さの変化は説明を簡潔にするた
め誇張してある。実際の用例では出力電圧を所望に生成
するため、これらの長さの変化は図3(a)に示したも
のよりも小さくなるだろう。
【0022】本発明の方法及び図1に従って、区間ΔT1
内でDC検出器36によって検出された直流電流Idcは
R に等しく、即ちIR =Idcである。区間ΔT2では電
流が流れない。区間ΔT3内でDC検出器36によって検
出された直流電流Idcは−I T に等しく、即ちIT =−
Idcである。検出装置32はこの搬送波周期ΔT内で電
流IR,及びIT を検出し、次に前記して説明した方程式
に従って電流Is を計算することができる。同じ原理に
従って、3相交流電流IR,S,及びIT を区間ΔT4,な
いしΔT6,及びΔT7,ないしΔT9のような別の搬送波周
期においても検出して計算することができる。
【0023】さて図1及び図3(b)を参照すると、領
域b内のPWM信号の3つの搬送波周期ΔTの一例が示
されている。各搬送波周期内で、2つのゲート状態がT
−(1,1,0)及びS+(0,1,0)ゲート状態と
して選択され、残りのゲート状態はゼロ状態として選択
される。本発明の方法及び図1の回路に従って、区間Δ
T1内でDC検出器36によって検出された直流電流Idc
は−IT に等しく、即ちIT =−Idcである。区間ΔT2
では電流がない。また、区間ΔT3内でDC検出器36に
よって検出された直流電流IdcはIs に等しい。即ちI
s =Idcである。検出装置32はこの搬送波周期ΔT内で
電流IT,及びIS を検出し、次に、前記の方程式に従い
電流IR を計算することができる。同様に、3相交流電
流IR, S,T を別の搬送波周期のそれぞれについて検
出して計算することができる。
【0024】別の領域cないしfにおける電流検出方法
と原理も同様であるので、それらを更に説明する必要は
ない。従って、本発明の方法に従って、搬送波周波数に
て3相交流電流を検出するために単一のDC検出器36
のみを使用すればよい。
【0025】続いて、本発明の実施例である変換器用の
電流検出方法を詳しく説明する。図2は本発明の方法を
説明する流れ図である。この方法において、図1の検出
装置32はマイクロプロセッサを組み入れた適宜のソフ
トウェアであり制御装置12内に集約することができ
る。最初に、ブロック60に示す様にパラメータnが1
に設定される。次に、ブロック62に示す様にトランジ
スタQ1,ないしQ6 のゲート状態を切換えるために制御
信号がドライバ10に出力される。ブロック64に示す
様に検出装置32はDC検出器36によって検出された
直流電流Idcを受け、In を表す適宜のアドレスにこの
値Idcを記憶する。
【0026】決定ブロック68では、Idcを負の値に変
更すべきか否かの決定をブロック62での制御信号の出
力に従って行う。ブロック70では、例えば、トランジ
スタQ1 ないしQ6 が現在第2のゲート状態T−(1,
1,0)と、第4のゲート状態R−(0,1,1)と、
あるいは第6のゲート状態S−(1,0,1)とにある
場合は、Idcを負の値に変更する必要があり、これを遂
行する。ブロック72では、ブロック64で記憶されて
いたIn の値を、ブロック62の制御信号出力に従って
3相交流電流IR,S,及びIT のいずれかに分類し、I
R,S,及びIT を表す適宜のアドレスにこの値In を記
憶する。
【0027】ブロック74ではパラメータnが1だけ増
分され、決定ブロック76でパラメータnが2以上であ
るか否かの判定が行われる。決定ブロック76では、例
えば、パラメータnが2以上でない場合は、同じ搬送波
周期内での別の直流電流Idcを更に検出するためにブロ
ック62,ないし74のそれぞれの段階を再度繰り返
す。パラメータnが2以上である場合は、一つの搬送波
周期内で直流電流Idcの値を既に2回検出し、I1,2
を表す適宜のアドレスにこれらの値を記憶し終わったこ
とを意味する。
【0028】ブロック78では別の直流電流I3 を同様
に計算する。即ち、I3 は前記して説明した方程式に従
って−I1 −I2 と等しい。ブロック80では、I1,
2,及びI3 の電流値、即ち3相交流電流IR,S,及びI
T の値を出力する。この様にして、一つの搬送波周期で
の電流検出が完了する。次に、次の搬送波周期の電流検
出のためにブロック60ないし80の段階が再度繰り返
される。
【0029】図2に示した例では、3相交流電流IR,
S,及びIT は一つの搬送波周期で一度検出される。即
ち、最初と二番目に検出された2つの位相の電流が別の
位相の電流値を計算するために利用される。第3と第4
に検出された2つの位相の電流は更に別の位相の電流値
を計算するために利用され、以下、残りの位相の電流も
同様である。
【0030】尚、これまで本発明を現在最も実際的で好
ましいと思われる実施例で説明してきたが、しかし本発
明は開示した実施例に限定されることを意図するもので
はない。例えば、別の位相の電流値を計算するために
は、任意の2つの隣接して検出された電流を利用するこ
とができる。即ち、別の位相の電流値を計算するために
第2と第3に検出された電流を利用することもでき、こ
のことは全く用例によって左右される。搬送波周期は一
般に極めて短いので、この様にして計算された電流値を
実用上の適正な値と見なすことができる。
【0031】また、本発明の方法は必要なソフトウェア
を組み入れたマイクロプロセッサの代わりに電子回路に
よっても実施可能である。当業者は本発明に従ってこの
ような電子回路を容易に設計できるので、詳細に説明す
る必要はないであろう。更に、本発明に従って設計され
た電子回路はASICあるいはハイブリッドICとして
構成することができ、そのコストは周知の様に極めて安
価にできる。この様に本発明は、むしろ前記した特許請
求の範囲と趣旨とに含まれる種々の変更と同類の構成を
含むことを意図するものであり、特許請求の範囲は前記
の変更及び同類の構造の全てを包含する様に広く解釈さ
れるべきものである。
【0032】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明のDCを3相
ACに変換する変換器のための電流検出方法は3対のト
ランジスタのゲート状態の切換えを制御する段階と、前
記3対のトランジスタによる2つの相異なるゲート状態
で、相異なる位相の2つの電流値を前記直流電流検出器
によってそれぞれ検出する段階と、検出された異なる位
相の電流値を用いて別の位相の電流値を検出する段階と
から構成されることにより、3相交流のそれぞれの電流
値を検出するために単一のDC電流検出器のみを使用
し、これらの電流値を計算して求めるので、変換器のシ
ステム構造は大幅に簡略化され、その結果コストが大幅
に低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である変換器用の電流検出方法
を使用する回路の概略図である。
【図2】図1における方法を説明する流れ図である。
【図3】図1における方法を説明するタイムチャートで
ある。
【図4】従来の一般的な変換器用の電流検出方法を使用
する回路の概略図である。
【図5】図4における方法を説明する電圧ベクトル図で
ある。
【図6】図4における方法のオン/オフ状態を説明する
図である。
【図7】図6の(a)における電流経路を説明する図で
ある。
【図8】図6の(d)における電流経路を説明する図で
ある。
【符号の説明】
6 制御信号 10
ドライバ 12 制御装置 32
検出装置 36 直流電流検出器 62
制御する段階 64ないし76 検出する段階 60,78,
80 算出する段階 Q1 ないしQ6 トランジスタ E
直流電源 T,S,R 3相交流 Idc
直流電流 IR,S,T 3相交流電流 ΔT
搬送波周期 ΔT1ないしΔT9 区間

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 変換器への直流電流を検出する直流電流
    検出器と、変換器からの3相交流電流を制御する3対の
    トランジスタとを備えた直流を3相交流に変換する変換
    器用の電流検出方法において、 (a) 前記3対のトランジスタによるゲート状態の切換え
    を制御する段階と、 (b) 前記3対のトランジスタによる第1のゲート状態
    で、変換器への直流電流を直流電流検出器により検知
    し、第1のゲート状態に基づく1つの相を判定して第1
    の電流検出値を検出する段階と、 (c) 前記3対のトランジスタによる第2のゲート状態
    で、変換器への直流電流を直流電流検出器により検知
    し、第2のゲート状態に基づく別の相を判定して第2の
    電流検出値を検出する段階と、 (d) 第1及び第2の電流検出値を演算して残りの相にお
    ける直流電流検出値を算出する段階と、 からなることを特徴とする電流検出方法。
  2. 【請求項2】 前記3対のトランジスタによるゲート状
    態の切換えを制御する段階(a) は、各ゲート状態が継続
    される期間をパルス幅変調により制御するパルス幅変調
    制御方法を使用することを特徴とする請求項1記載の電
    流検出方法。
  3. 【請求項3】 前記3対のトランジスタによるゲート状
    態の切換えを制御する段階(a) は、各搬送波周期を、そ
    れぞれ異なるゲート状態が割り当てられた3つの区間に
    区分するとともに、前記各区間を前記各ゲート状態のパ
    ルス幅に変調し、これら3つの区間からなる信号を前記
    搬送波周期ごとに出力するパルス幅変調制御信号を生成
    する段階と、 各々の搬送波周期における1つの区間で前記3対のトラ
    ンジスタを非導通状態に制御する段階と、 各々の搬送波周期における他の2つの区間で前記3対の
    トランジスタを第1及び第2のゲート状態にそれぞれ制
    御する段階とを含むことを特徴とする請求項2記載の電
    流検出方法。
  4. 【請求項4】 前記3対のトランジスタによる第1のゲ
    ート状態で、変換器への直流電流を直流電流検出器によ
    り検知し、第1のゲート状態に基づく1つの相を判定し
    て第1の電流検出値を検出する段階(b) は、各々の搬送
    波周期における前記他の2つの区間の1つで、第1の電
    流検出値を検出する段階を含み、 前記3対のトランジスタによる第2のゲート状態で、変
    換器への直流電流を直流電流検出器により検知し、第2
    のゲート状態に基づく別の相を判定して第2の電流検出
    値を検出する段階(c) は、前記他の2つの区間の残り
    で、第2の電流検出値を検出する段階を含むことを特徴
    とする請求項3記載の電流検出方法。
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