JP2671291B2 - Ｐｗｍインバータ装置の制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はPWM（パルス幅変調）インバータ装置の制
御回路、特に非同期PWMモード領域と同期PWMモード領域
を有し、直流電力を可変周波数，可変電圧の交流電力に
変換するPWMインバータ装置の制御回路に関するもので
ある。 〔従来の技術〕 非同期PWMモードとは、基準波正弦周波数とキャリア
周波数（以下、キャリアと称する）の比が整数の関係で
ない場合を称し、同期PWMモードとは、それらの比が整
数である場合を称する。 これらの変調方式の選択は用途によるが、例えば、低
速度においてはキャリアを一定にして機械的な振動回避
を容易にするとともに、キャリアの変動にともなう不快
な騒音を減少させることのできる非同期PWMモードが用
いられる。又、高速度のキャリアの少なくなる領域で
は、例えばモータの安定な回転を得るため、分数調波の
でない同期式PWMモードが用いられる。 第４図は従来の非同期PWMモード領域と同期PWMモード
領域の存在するPWMインバータ装置の制御回路を示すブ
ロック図であり、図において、（１）はバイナリーのイ
ンバータ出力周波数指令（以下、ｆ指令と略称する）に
比例させて基準クロックパルス発生器（16）から出力さ
れた基準クロックパルスの周波数を変換し、第１のクロ
ックパルスｆ・CKとして出力する周波数変換器、（２）
は符号（３），（４），（５），（６），（７），
（９），（10），（11），（12），（13）を付した各構
成要素の機能を持った１チップマイクロコンピュータ
（以下、マイコンと称する）、（14）は第１のクロック
パルスｆ・CKと第２のクロックパルスとしての基準クロ
ックパルスとのうちどちらか一つを、非同期PWMモード
か同期PWMモードかを指定するモード指令に応じて決定
された選択信号に従って選択し、出力クロックパルスfc
・CKとして出力するデータセレクタ、（15）はマイコン
（２）から出力されたPWMデータと、後述するキャリア
パルスと、データセレクタ（14）からの出力クロックパ
ルスfc・CKとに基づいてPWM信号を作成するインターバ
ル・タイマーである。 つぎに、上記マイコン（２）の各構成要素について説
明する。（３）はリングカウンタであって、第１のクロ
ックパルスｆ・CKを計算し、その計算動作の１周期をイ
ンバータ出力の１周期とする位相カウンタ、（４）はモ
ード指令、キャリア周波数指令（以下、fc指令と称す）
に応じたキャリアデータの変更を行うときに生じる位相
のズレを補正する位相補正器、（５）はインバータが例
えば３相出力の場合は、３相分のsinデータを格納し
て、位相カウンタ（３）から位相補正器（４）を介して
得られた位相データをもとに、３相分のsinデータを得
るsinテーブルである。 （６）はモード指令,fc指令に応じたキャリアデータ
を得るキャリアテーブル、（７）はモード指令が非同期
PWMモードから同期PWMモードに切換わった時（この場
合、キャリア波形と基準正弦波形の位相関係が任意の任
意位相同期PWMモードに一旦切換わり、この任意位相同
期PWMモードからキャリア波形と基準正弦波波形の位相
関係が常に一定の固定位相同期PWMモードに切換え
る）、キャリア波形と基準正弦波波形の位相関係を一定
とするため、位相カウンタ（３）のカウント値によりキ
ャリアテーブル（６）から得られるキャリアデータを補
正するキャリアデータ補正器である。 また、（９）は非同期PWMモードか同期PWMモードかを
指定するモード指令に応じて決定された選択信号を出力
する選択器、（10）はキャリアデータ補正器（７）から
得たキャリアデータとデータセレクタ（14）の出力であ
る出力クロックパルスfc・CKを計数するキャリアカウン
タ（11）の計数値とを比較して、一致するとキャリアパ
ルスを出力するキャリア計数値比較器、（12），（13）
は乗算器である。 第５図はマイコン内での処理を示したフローチャート
である。次に動作について説明する。 キャリアカウンタ（11）の計数値とキャリア計数値比
較器（10）のセット値とが一致すると、一致する前に求
めていたキャリアデータ,PWMデータ，選択信号をキャリ
ア計数値比較器（10），インターバルタイマー（15），
データセレクタ（14）にそれぞれ設定する。次に位相カ
ウント値θを取込む。 次にデータセレクタ（14）は、選択器（９）から出力
される選択信号により、現在出力されているPWM信号の
運転モードを判定し、同期PWMモードの場合は、キャリ
ア位相と基準正弦波位相の位相関係を同期状態に保つた
め、第１のクロックパルスを選択し、キャリアカウンタ
（11）と位相カウンタ（３）へ入力クロックパルスを等
しくする。一方、非同期PWMモードの場合は、第２のク
ロックパルスである基準クロックパルスを選択する。 次に、fc指令と非同期PWMモードが同期PWMモードかを
指定するモード指令に応じたキャリアデータをキャリア
テーブル（６）より取り込む。 前記モード指令が非同期PWMモードから同期PWMモード
に切換わった場合、キャリア波形と基準正弦波波形の位
相関係が任意の任意位相同期PWMモードに一旦切換え、
この任意位相同期PWMモードからキャリア波形と基準正
弦波波形の位相関係が常に一定の固定位相同期モードに
切換える。この時、キャリアデータ補正器（７）は、キ
ャリア波形と基準正弦波波形の位相関係を一定にするた
め、位相カウンタ（３）の位相カウント値によりキャリ
アテーブル（６）から得られるキャリアデータを補正す
る。 又、位相補正器（４）はモード指令,fc指令に応じた
キャリアデータの変更を行うときに生じる位相ズレを補
正する。この補正された位相カウント値θにより、sin
テーブル（５）から該位相カウント値θに応じた位相の
正弦波データsinθを得る。また、その時のインバータ
出力電圧指令Ｖにより、乗算器（12）でＶ・sinθを求
める。 次に、１キャリア区間におけるＶ・sinθに応じたデ
ィティ（Duty）を決定するため、乗算器（13）で先に取
り込んだキャリアデータと上記Ｖ・sinθとを乗算し、P
WMデータを算出する。 こうして得られた選択信号，キャリアデータ,PWMデー
タは、前述したようにキャリアカウンタ（11）の計数値
とキャリア計数値比較器（10），インバータタイマー
（15），データセレクタ（14）へ出力される。そして、
これらの情報が今回のキャリア区間のPWM信号となる。 第６図は第５図の処理のタイムチャート図であり、Ａ
は基準正弦波、Ｂはキャリア,Cは位相カウント値,Dはキ
ャリアカウント値,T1は非同期PWMモード,T2は任意位相
同期PWMモード,T3は固定位相同期PWMモードである。 次に、上記動作において、特にモード指令を変更する
場合について第５図，第６図を参照しながら説明する。
同期時には常に基準正弦波とキャリアの位相を一定とす
るため、キャリアの変更位相は常に一定の位相で行う。 非同期PWMモードから同期PWMモードに移る時は、同期
ループ１回目はキャリアと正弦波の位相関係が一定でな
い任意位相同期PWMモードに切換え、位相カウンタ
（３）とキャリアカウンタ（11）への入力クロックを１
次クロックパルスｆ・CKにして、位相カウンタ（３）と
キャリアカウンタ（11）の計数値を等しくする。 同期ループ２回目以降はキャリアと基準正弦波の位相
関係が一定である固定位相同期PWMモードかどうかを判
断する。固定位相同期PWMモードでない場合は、固定位
相PWMモード時の基準正弦波上でキャリアが終了する位
相と、現在の位相がどれだけずれているかを判断して、
次回のPWM計算で取り込む位相カウント値が固定位相PWM
モード時の基準正弦波上の取り込み位相となるように、
今回のキャリアデータを変更する。 このとき、キャリアデータの変更は通常の固定位相同
期PWMモードよりも短くなるようにするとキャリア周期
が短くなり、その間に必要な処理ができない恐れがあ
る。このため、変更されたキャリアデータは通常のキャ
リアデータに現状の位相と固定位相時のキャリア終了位
相の位相差に相当するキャリアデータを加えたものとな
る。よって、変更時のキャリア周期は通常時の１倍以上
〜２倍未満となる。 ところが、キャリアの最初の位相カウント値で計算し
たデータが、次回のPWM信号となるとき、出力位相と位
相カウント値の位相には、基準正弦波上で１キャリア分
相当の位相ズレがある。 １キャリア分の位相が常に同じであれば問題は生じな
いが、上記で述べたようなキャリア周期を変化させる場
合には、１キャリア分の位相分が変化して、位相ズレの
程度が変化する。このため、出力位相の連続性が失われ
る。これを防ぐため、位相カウント値で取り込んだ値を
PWMデータ算出計算に使用する前に、位相補正器（４）
で現在出力中の１キャリア分の位相を加えるという位相
補正を行って、キャリアデータの変更による位相ズレを
防いでいる。このようにして、固定位相同期PWMモード
に切換える。 切換わった後は、モード指令が同期PWMモードを指令
し続けるならば、キャリアデータとデータセレクタ（1
4）の選択信号を変化させずに、固定位相関係を保ってP
WM信号を作成していく。又、第７図はPWM計算１周期の
タイムチャート図であり、Ａは基準正弦波,Bはキャリ
ア,Cは位相カウント値,Dはキャリアカウント値,D1はキ
ャリアカウント値の拡大値,Eは処理内容,FはPWM信号で
ある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来のPWMインバータ装置の制御回路は、以上のよう
に構成されているので、任意位相同期PWMモードから固
定位相同期PWMモードに変化するとき、切換時の電流リ
ップルが切換タイミングによって一定ではなく、そのた
め出力電流の再現性が悪かった。又、最悪の場合、切換
時の電流リップルの値が通常時の約２倍になるため出力
電流のピーク値から増大し、インバータ主回路の過電流
に対して余裕がなくなり過負荷耐量が低下した。このた
め、インバータの容量を大きくする必要が生じるなどの
問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、任意位相同期PWMモードから固定位相同期P
WMモードへの切換がスムースにでき、かつ切換時の電流
リップルを制御することができるPWMインバータ装置の
制御回路を得ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 インバータ出力周波数指令に比例した第１のクロック
パルスを発生する第１のクロックパルス発生手段と、前
期インバータ出力周波数指令とは独立する第２のクロッ
クパルスを発生する第２のクロックパルス発生手段と、
基準波正弦周波数とキャリア周波数の比が整数の関係で
ない非同期PWMモードか基準波正弦周波数とキャリア周
波数の比が整数の関係である同期PWMモードかを指令す
るモード指令に応じて、前記第１のクロックパルス発生
手段と第２のクロックパルス発生手段のいずれかの出力
を選択するデータセレクタと、を有し、直流電力を可変
周波数，可変電圧の交流電力に変換するPWMインバータ
装置の制御回路において、前記モード指令が非同期PWM
モードから同期PWMモードに切換わった時、非同期PWMモ
ードから一旦キャリア波形と基準正弦波形の位相関係が
任意の任意位相同期PWMモードに切り換えた後、キャリ
ア波形と基準正弦波形の位相関係が常に一定の固定位相
同期PWMモードに切り換えるという段階を経て、前記モ
ード指令とキャリア周波数指令により決定されるキャリ
アデータを補正するキャリアデータ補正手段と、任意位
相同期PWMモードから固定位相同期PWMモードに切り換え
る時、前記キャリアデータ補正手段により補正されるキ
ャリアデータをある一定範囲内の設定された所定値に制
限するキャリアデータ制限手段と、を備えたものであ
る。 〔作用〕 この発明におけるキャリアデータ補正手段は、モード
指令が非同期PWMモードから同期PWMモードに切換わった
時、非同期PWMモードから一旦キャリア波形と基準正弦
波形の位相関係が任意の任意位相同期PWMモードに切り
換えた後、キャリア波形と基準正弦波形の位相関係が常
に一定の固定位相同期PWMモードに切り換えるという段
階を経て、前記モード指令とキャリア周波数指令により
決定されるキャリアデータを補正し、また、キャリアデ
ータ制限手段は、任意位相同期PWMモードから固定位相
同期PWMモードに切り換える時、キャリアデータ補正手
段により補正されるキャリアデータをある一定範囲内の
設定された所定値に制限する。 〔発明の実施例〕 以下、この発明の１実施例を図について説明する。 第１図において、（８）は任意位相同期PWMモードか
ら固定位相同期PWMモードに移る時、キャリアデータ補
正器（７）により補正されたキャリアデータが、キャリ
アテーブル（６）から得られるテーブル値のｍ倍（ｍは
１＜ｍ＜２の範囲）以内なら、補正された所定のキャリ
アデータを今回の計算に使い、ｍ倍より大ならば、補正
した所定のキャリアデータを再補正してテーブル値のｍ
倍に変更するキャリアデータ制限器である。このキャリ
アデータ制限器（８）以外は第４図に示す従来の回路と
全く同一である。 第２図はマイコン（２）内のフローチャート図であ
る。 第３図は上記処理のタイムチャート図であり、Ａは基
準正弦波,Bはキャリア,Cは位相カウント値,Dはキャリア
カウント値,T1は非同期PWMモード,T2は任意位相同期PWM
モード,T3は固定位相同期PWMモードである。 任意位相同期PWMモードから固定位相同期PWMモードに
切換える時、まず、固定位相同期PWMモードか否かとい
う判断を行う。そして、任意位相同期PWMモードの場合
はキャリアデータを補正して固定位相同期PWMモードに
移行しようとする。しかし、補正したキャリアデータが
補正前のキャリアデータのｍ倍以内ならその値を採用し
て、固定位相同期PWMモードに移行する。又、ｍ倍より
大なる場合は、今回のPWM計算処理では補正されたキャ
リアデータを補正前のキャリアデータのｍ倍とし、固定
位相同期PWMモードとはならない。このため、次回のPWM
計算においても前述の判断から続く処理を行い、固定位
相同期PWMモードとなるまで行う。 以上のようにして、任意位相同期PWMモードから固定
位相同期PWMモードに、キャリアデータをある一定範囲
での補正を行いながら徐々に移行していく。 なお、上記実施例では、選択器をマイコンソフトで行
っていたがフリップフロップを使ったリード回路で構成
することもできる。また、データセレクタのかわりに周
波数変換器で構成することもできる。 〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、任意位相同期PWMモ
ードから固定位相同期PWMモードに切換わる時、補正す
るキャリアデータをある一定範囲内の設定された所定値
に制限するように構成したので、キャリアデータをある
一定範囲での補正を行いながら徐々に移行していくこと
ができるので、切換時の電流リップルを一定の範囲に限
定することが可能となり、いかなる切換えタイミングで
あっても電流リップルを一定にし、出力電流を再現性が
改良できるとともに出力電流のピーク値の増大を防止し
て、過負荷耐量の低下も抑制することができるPWMイン
バータ装置の制御回路が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例によるPWMインバータ装置
の制御回路を示すブロック図、第２図はこの発明の一実
施例によるフローチャート図、第３図はこの発明を使っ
た時の非同期PWMモードから同期PWMモードに切換える時
の運転モードの一例とPWM計算の概略タイムタャート
図、第４図は従来のPWMインバータ装置の制御回路を示
すブロック図、第５図はその動作を説明するフローチャ
ート図、第６図は非同期PWMモードから同期PWMモードに
切換える時のタイムチャート図、第７図はPWM計算１周
期のタイムチャート図である。 図において、（２）は１チップマイクロコンピュータ、
（３）は位相カウンタ、（４）は位相補正器、（６）は
キャリアテーブル、（７）はキャリアデータ、（８）は
キャリアデータ制限器、（９）は選択器、（10）はキャ
リア計数値比較器、（11）はキャリアカウンタ、（14）
はデータセレクタ、（15）はインターバル・タイマであ
る。 なお、図中、同一符号は同一部分を示す。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．インバータ出力周波数指令に比例した第１のクロッ
   クパルスを発生する第１のクロックパルス発生手段と、
   前期インバータ出力周波数指令とは独立する第２のクロ
   ックパルスを発生する第２のクロックパルス発生手段
   と、基準波正弦周波数とキャリア周波数の比が整数の関
   係でない非同期PWMモードか基準波正弦周波数とキャリ
   ア周波数の比が整数の関係である同期PWMモードかを指
   令するモード指令に応じて、前記第１のクロックパルス
   発生手段と第２のクロックパルス発生手段のいずれかの
   出力を選択するデータセレクタと、を有し、直流電力を
   可変周波数，可変電圧の交流電力に変換するPWMインバ
   ータ装置の制御回路において、 前記モード指令が非同期PWMモードから同期PWMモードに
   切換わった時、非同期PWMモードから一旦キャリア波形
   と基準正弦波形の位相関係が任意の任意位相同期PWMモ
   ードに切り換えた後、キャリア波形と基準正弦波形の位
   相関係が常に一定の固定位相同期PWMモードに切り換え
   るという段階を経て、前記モード指令とキャリア周波数
   指令により決定されるキャリアデータを補正するキャリ
   アデータ補正手段と、任意位相同期PWMモードから固定
   位相同期PWMモードに切り換える時、前記キャリアデー
   タ補正手段により補正されるキャリアデータをある一定
   範囲内の設定された所定値に制限するキャリアデータ制
   限手段と、を備えたことを特徴とするPWMインバータ装
   置の制御回路。