JP3100148B2 - 正弦波近似パルス幅変調信号発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は正弦波近似パルス幅変調信号発生装置に関す
るもので、特に、空気調和装置の圧縮機モータの駆動を
行なうインバータ等に利用できる正弦波近似パルス幅変
調（以下、単に『PWM』という）信号の発生装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の正弦波近似PWM信号発生装置として、
特願昭63−31477号公報に掲載の技術を挙げることがで
きる。

第７図は前記公報に記載されている従来の正弦波近似
PWM信号発生装置を示すブロック図である。

図において、（１）はマイクロコンピュータの中央演
算処理装置であるCPU、（２）はタイマ、（３）は波形
データが格納される読み書き可能なRAM、（４）は基準
正弦波データ等が格納されている読み出し専用のROM、
（５）は波形発生データテーブル内の波形発生データア
ドレスを示すアドレスポインタ、（６）はPWM信号を発
生するポートである。なお、RAM（３）内には２つの波
形発生データテーブル領域が確保されている。また、図
中、実線はPWM信号発生のための割込処理の流れを示
し、点線は波形発生データ作成のためのメイン処理の流
れを示している。

つぎに、上記構成の正弦波近似PWM信号発生装置の動
作について、第８図から第10図のフローチャートを用い
て説明する。

第８図は従来の正弦波近似PWM信号発生装置におけるP
WM信号の割込処理動作を示すフローチャート、第９図は
従来の正弦波近似PWM信号発生装置におけるメイン処理
動作を示すフローチャート、第10図は第９図のメイン処
理動作中のデータ作成ルーチンを示すフローチャートで
ある。

まず、PWM信号の発生動作を第８図のフローチャート
で説明する。タイマ（２）による割込要求で、タイマ割
込動作が開始されると、ステップS1でアドレスポインタ
（５）がインクリメントされ、ステップS2でRAM（３）
のテーブルが終りであるか否かの判断がなされる。な
お、このテーブルは後述するメイン処理によってRAM
（３）上に作成されたものである。テーブルが終りであ
る場合には、ステップS3でテーブルを切換える必要があ
るか否かを判断し、切換える必要がある場合（即ち、出
力周波数或いは出力電力を変更する場合）は、ステップ
S4でテーブルを切換える。その後、ステップS5でアドレ
スポインタ（５）を初期化する。ステップS2でテーブル
が終りでなければ、ステップS3乃至ステップS5の動作は
行なわれない。続いて、ステップS6でアドレスポインタ
（５）で示されるRAM（３）上にあるテーブルの内容がC
PU（１）に読み込まれ、ポート出力データがポート
（６）に出力され、ステップS7で時間データがタイマ
（２）にセットされて割込処理が終了する。以後、波形
発生データの中の時間データに従った所定のタイミング
で割込処理に入り、PWM信号を発生する。

次に、波形発生データをRAM（３）上に作成する動作
を、第９図及び第10図のフローチャートで説明する。

第９図において、ステップS11で周波数、電圧に変更
があるか否かが判断され、変更がある場合には、ステッ
プS12でデータ作成プログラムが呼出され、データ作成
動作が実行された後、メインルーチンに戻る。しかし、
ステップS11で周波数、電圧に変更がない場合には、デ
ータ作成プログラムは呼び出されず、そのまま、メイン
ルーチンに戻る。このステップS12のデータ作成プログ
ラムによるデータ作成動作は第10図のような手順で実行
される。

第10図において、まず、ステップS21でタイマ割込み
で使用されていない方のテーブルが選択される。次に、
ステップS22で周波数データ、電圧データ、キャリア周
波数データ及びROM（４）内にある基準正弦波データか
ら三角波比較方式により30度分の波形発生データが作成
される。そして、ステップS23でこれを60度分のデータ
に展開し、更に、ステップS24でマイクロコンピュータ
が処理しきれない時間的に短いデータがカットされる。
このデータの作成が終了したら、ステップS25でテーブ
ルの切換えが可能であることを示すフラグを立て、その
後、再び、メインルーチンに戻る。

このような割込処理が発生するタイミングとPWM信号
とは第11図に示したような関係にある。第11図は従来の
正弦波近似PWM信号発生装置における割込処理発生タイ
ミングを示す波形図である。

第11図において、矢印は上記の説明のようにして発生
する割込処理のタイミングを示している。この図では、
１キャリア周期の間に４回の割込みが発生している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の正弦波近似PWM信号発生装置で
は、キャリア周波数はキャリア周波数データとして固定
（出力周波数に対して１対１対応）であり、波形データ
作成時に１回転（360度）に含まれるキャリア周波数に
よって定まっていた。また、１キャリア周期の間に割込
処理が４回入り、レジスタ等の退避など、波形データの
演算以外の処理も多いために、キャリア周波数を増大さ
せることができなかった。

また、従来の正弦波近似PWM信号発生装置では、RAM
（３）内に大きな波形発生テーブルを二つ所有してい
た。しかし、通常、ROM（４）の容量に対してRAM（３）
の容量はそれ程多くないので、他のプログラムが共存す
る場合には、大きな制約を受けソフトウェアの負担とな
っていた。

一方、他の先行技術として、特開昭58−147231号公報
に掲載の技術がある。この技術は、分周カウンタを用い
てクロックパルス発生器から出力されるクロックパルス
を分周し、得られた信号をマイクロプロセッサの処理時
点を与える割込みパルスとしてマイクロプロセッサに加
えることにより、割込み処理時点を搬送波信号に同期す
るようにした技術が開示されている。しかし、割込処理
を発生させる時の各相の出力変化のタイミングについて
は何等開示するものがなく、また、割込み処理時点を搬
送波信号に同期することができても、キャリア周波数を
自動追随させることができないものである。

また、特開昭62−213578号公報に掲載の技術には、任
意の位相同期PWMモードから固定位相同期PWMモードに切
替えるとき、補正するキャリアデータの範囲を制限する
ように構成することにより、切替時の電流リップルを一
定の範囲に限定することを可能とし、出力電流の再現性
が改良するとともに出力電流のピーク値の増大を防止
し、過負荷耐量の低下も抑制することのできるPWMイン
バータ装置について開示している。即ち、任意の位相同
期PWMモードを有していることになる。しかし、この公
報の技術は、割込み処理時点を搬送波信号に同期するこ
とにより、キャリア周波数を変化させる技術を開示して
いるが、キャリア周波数はキャリアテーブルのデータに
基くものであり、任意にキャリア周波数を変化させた
り、RAM上の波形発生データテーブルの記憶容量を低減
することができない。

そこで、この発明はRAM上の波形発生データテーブル
が不要になるとともに、キャリア周波数の変更ができる
正弦波近似PWM信号発生装置の提供を課題とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる正弦波近似PWM信号発生装置は、三角
波キャリアの最上点を含む近傍、最下点を含む近傍、最
上点及び最下点を含む近傍のうちのいずれかの時点で発
生させる割込処理に応じて、前記割込処理を発生させる
時の各相の出力変化のタイミングを演算する出力変化タ
イミング演算手段と、前記演算により得られた出力変化
のタイミングを前記割込処理が発生する毎に設定する出
力変化タイミング設定手段と、前記出力変化のタイミン
グを記憶し、この出力変化のタイミングに応じて三角波
比較方式より生成されるPWM信号の出力を制御する出力
制御手段と、前記出力変化のタイミングの演算に必要な
予め用意された所定のパラメータをキャリア周波数に対
応して読出し設定するキャリア周波数変更手段とを備え
ている。

［作用］ 本発明においては、三角波キャリアの最上点を含む近
傍、最下点を含む近傍、或いは、最上点及び最下点を含
む近傍のいずれかの時点において割込処理を発生させ、
この割込処理の発生に応じてキャリア周期を設定し、そ
のキャリア周期を基にして、順次出力変化のタイミング
を演算し、割込処理の発生毎に出力変化のタイミングを
設定することで、各相の出力変化のタイミングに応じて
PWM信号を出力することができるとともに、キャリア周
波数を変更するものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を説明する。

第１図はこの発明の一実施例である正弦波近似PWM信
号発生装置を示すブロック図である。

図において、（11）は演算手段及びタイミング設定手
段としての機能を有するCPU、（12）はタイマ、（13）
は電圧倍率、実行するキャリア周期データ、キャリア周
期分のアドレスポインタの変化量及び演算結果を格納す
るRAM、（14）は基準正弦波データ、標準出力電圧デー
タ、各キャリア周波数に対応したキャリア周期データ等
が格納されているROM、（15）はROM（14）内の基準正弦
波データをアクセスするアドレスを示すアドレスポイン
タ、（16）はROM（14）内のキャリア周期データ、キャ
リア倍率データ、キャリア周期分のアドレスポインタの
変化量をアクセスするアドレスを示すアドレスポイン
タ、（17）はPWM信号を出力するポート、（18）はPWMの
出力変化タイミングや割込タイミングを記憶するレジス
タを有し、そのタイミングでポート（17）に出力した
り、CPU（11）に割込要求を出す出力制御手段、（19）
は外部機器やセンサ等との情報の入出力を行なうI/Oで
ある。

ここで、上記各用語の説明をする。「基準正弦波デー
タ」は、正弦波データと三角波キャリアとを比較して各
相のスイッチング素子のオンまたはオフのタイミング
（出力変化タイミング）を得る所謂三角波比較方式にお
ける正弦波データ作成の基準となるものであり、「標準
出力電圧データ」は、出力周波数に対してV/Fパターン
で予め設定されている出力電圧のデータであり、「電圧
倍率」は、実際の出力電圧を前記標準出力電圧データよ
り決める際の係数である。

この実施例では、このように電圧倍率を可変にして標
準出力電圧データを基にして出力電圧を変化させるよう
にしている。

第２図は第１図の正弦波近似PWM信号発生装置におけ
る正弦波PWM波形の出力タイミングを演算する割込処理
の発生タイミングを示す波形図である。

図において、（21）は三角波キャリアであり、（22）
及び（23）は出力すべき正弦波の一部である。また、矢
印は割込処理の発生タイミングを示しており、この図で
は、三角波キャリア（21）の最上点を含むその近傍及び
最下点を含むその近傍の両方の時点で割込が発生してい
る場合を示している。

つぎに、上記構成の正弦波近似PWM信号発生装置の動
作について説明する。まず、割込処理動作の全体の流れ
について述べる。第３図はこの発明の一実施例である正
弦波近似PWM信号発生装置におけるPWM信号の割込処理動
作を示すフローチャートである。

第３図において、割込要求が発生し、割込処理に入る
と、ステップS31でキャリアが上昇中か下降中かの判断
がされ、上昇中の場合には、ステップS32でキャリア周
波数変更の処理が行なわれる。続いて、ステップS33で
上記ステップS32で設定されたキャリア周期データがタ
イマ（12）に設定される。以後、この設定されたタイマ
周期で割込処理が繰返される。そして、割込処理が行な
われる毎に、ステップS34で出力変化タイミングの演算
の処理が行なわれ、ステップS35で前記演算結果が設定
される。

ここで、上記第３図の主要なステップの動作につい
て、第４図から第６図のフローチャートを用いて説明す
る。

第４図は第３図のステップS32で実行されるキャリア
周波数変更動作の処理ルーチンを示すフローチャートで
あり、この動作はキャリア周波数変更手段によってなさ
れる。

第４図において、まず、ステップS41で、マイクロコ
ンピュータの外部若くは内部処理によって、キャリア周
波数を変更する旨のキャリア周波数のアドレスポインタ
が設定されたか否かが判断され、キャリア周波数を変更
する場合は、ステップS42でアドレスポインタ（16）に
従ってキャリア周期データを読込み、このデータをステ
ップS43でRAM（13）上に記憶する。続いて、ステップS4
4で同じくアドレスポインタ（16）に従ってキャリア倍
率データを読み込み、このデータをステップS45でRAM
（13）上に記憶する。同様にして、ステップS45でアド
レスポインタ（16）に従ってキャリア周期分のアドレス
ポインタ（16）の変化量を読出し、ステップS47でRAM
（13）上に記憶する。一方、ステップS41でキャリア周
波数を変更しない場合は、上記のステップS42からステ
ップS57の各動作は行なわれない。このような一連の動
作により、キャリア周波数の変更処理がなされる。

第５図は第３図のステップS34で実行される演算動作
の処理ルーチンを示すフローチャートであり、この動作
は出力変化タイミング演算手段によってなされる。

第５図において、まず、ステップS51でアドレスポイ
ンタ（15）が示すアドレスから所定の基準正弦波データ
が読み込まれる。ステップS52では、上記ステップS51で
読み込まれた基準正弦波データにキャリア周期倍率デー
タが乗算され、実行するキャリア周波数に対応する基準
正弦波データが演算される。ステップS53で、更に、ROM
（14）内に格納されメイン処理によってRAM（13）内に
移された標準出力電圧データとRAM（13）内に格納され
た電圧倍率データが乗算され、これと三角波キャリアに
基づく割込みタイミング間のうちのキャリア上昇中にお
ける出力変化のタイミングが演算され、この演算結果が
ステップS54でRAM（13）に記憶される。次に、キャリア
下降中の出力変化のタイミングを演算するために、ステ
ップS55で、上記ステップS33で得られた出力変化のタイ
ミングデータがRAM（13）内のキャリア周期データから
減算され、その減算結果がステップS56でRAM（13）に記
憶される。次に、他の相の出力変化のタイミングを演算
するために、ステップS57でアドレスポインタ（15）が
位相差に相当する値だけ進められ、ステップS58でアド
レスポインタ（15）が示すアドレスから基準正弦波デー
タが読み込まれ、ステップS59でキャリア周期倍率デー
タが乗算され、実行するキャリアに対応した基準正弦波
データが演算される。そして、ステップS60で基準正弦
波データ、標準出力データ、電圧倍率データが乗算さ
れ、これらの乗算結果がステップS61で記憶される。続
いて、キャリア下降中の出力変化のタイミングを演算す
るため、ステップS62で、上記ステップS60で得られた結
果がRAM（13）内のキャリア周期データから減算され、
その結果がステップS63で記憶される。次に、ステップS
64でキャリア周期分のアドレスポインタの変化量がRAM
（13）から読出されアドレスポインタ（15）に加算さ
れ、ステップS65でアドレスが正弦波データテーブルの
範囲を越えた場合は、ステップS66でアドレスポインタ
が初期化される。このような一連の動作により、出力変
化タイミングの演算処理がなされる。

第６図は第３図のステップS35で実行されるタイミン
グ設定動作の処理ルーチンを示すフローチャートであ
り、この動作は出力変化タイミング設定手段によってな
される。

第６図において、まず、ステップS71でキャリアが上
昇中のタイミングを設定するのか、或いは、下降中のタ
イミングを設定するのかの判断がなされ、上昇中のタイ
ミングを設定する場合は、ステップS72に進み、上記第
５図のステップS54で記憶した出力変化のタイミングが
出力制御手段（18）にセットされ、ステップS73で、上
記第５図のステップS61で記憶した出力変化のタイミン
グが出力制御手段（18）にセットされる。一方、キャリ
アが下降中のタイミングを設定する場合はステップS74
に進み、上記第５図のステップS56で記憶した出力変化
のタイミングが出力制御手段（18）にセットされ、ステ
ップS75で、上記第５図のステップS63で記憶した出力変
化のタイミングが出力制御手段（18）にセットされる。
このような一連の動作により、出力変化のタイミングの
設定処理がなされる。

上記のように、この実施例の正弦波近似PWM信号発生
装置は、メイン処理の途中に行なわれる三角波キャリア
の最上点を含む近傍、最下点を含む近傍、最上点及び最
下点を含む近傍のうちのいずれかの時点で発生する割込
処理に応じて、前記割込処理が発生する時の各相の出力
変化のタイミングを演算する上記第５図のフローチャー
トで示したような出力変化タイミング演算手段と、前記
演算により得られた出力変化のタイミングを前記割込処
理が発生する毎に設定する上記第６図のフローチャート
で示したような出力変化タイミング設定手段と、前記出
力変化のタイミングを記憶し、この出力変化のタイミン
グに応じて三角波比較方式より生成されるPWM信号の出
力を制御する出力制御手段（18）と、前記出力変化のタ
イミングの演算に必要な予め用意された所定のパラメー
タをキャリア周波数に対応して読出し設定する上記第４
図のフローチャートで示したようなキャリア周波数変更
手段とを備えている。

そして、三角波キャリアの最上点を含む近傍、最下点
を含む近傍、或いは、最上点及び最下点を含む近傍のい
ずれかの時点において割込処理が発生し、この割込処理
の発生に応じてキャリア周期を設定し、そのキャリア周
期を基にして、順次出力変化のタイミングを演算し、割
込処理の発生毎に出力変化のタイミングを設定すること
で、各相の出力変化のタイミングに応じてPWM信号を出
力することができる。

したがって、この実施例では従来のようにキャリア周
波数はキャリア周波数データとして固定されるものでは
なく、キャリア周波数を変更することができる。また、
従来のように、RAM内に大きな波形発生テーブルを二つ
所有する必要はなく、しかも、従来のように１キャリア
周期の間に割込処理が４回入るようなことがなく、１キ
ャリア周期に発生する割込処理の回数が減るので、他の
プログラムが共存する場合にも、大きな制約を受けず、
結果的に、ソフトウェフの負担を軽減することができ
る。

なお、上記実施例の出力変化タイミング演算手段、出
力変化タイミング設定手段、出力制御手段、及びキャリ
ア周波数変更手段は、全て１チップのマイクロコンピュ
ータのハードウェア及びソフトウェアによって構成して
もよいし、マイクロコンピュータの外部機構として構成
してもよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の正弦波近似PWM信号発生装置
は、割込処理が発生する時の各相の出力変化のタイミン
グを演算する出力変化タイミング演算手段と、前記出力
変化のタイミングを前記割込処理が発生する毎に設定す
る出力変化タイミング設定手段と、前記出力変化のタイ
ミングに応じて三角波比較方式より生成されるPWM信号
の出力を制御する出力制御手段と、前記予定のパラメー
タをキャリア周波数に対応して読出し設定するキャリア
周波数変更手段とを備えており、三角波キャリアの最上
点を含む近傍、最下点を含む近傍、或いは、最上点及び
最下点を含む近傍のいずれかの時点において割込処理が
発生し、この割込処理の発生に応じてキャリア周期を設
定し、そのキャリア周期を基にして、順次出力変化のタ
イミングを演算し、割込処理の発生毎に出力変化のタイ
ミングを設定することで、各相の出力変化のタイミング
に応じてPWM信号を出力することができるから、キャリ
ア周波数を変更することができ、しかも、１キャリア周
期に発生する割込処理の回数が減り、RAM上の波形発生
データテーブルが不要になるから、他のプログラムが共
存する場合にも、大きな制約を受けず、ソフトウェアの
負担を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である正弦波近似PWM信号
発生装置を示すブロック図、第２図は第１図の正弦波近
似PWM信号発生装置における割込処理発生タイミングを
示す波形図、第３図はこの発明の一実施例である正弦波
近似PWM信号発生装置における割込処理動作を示すフロ
ーチャート、第４図は第３図の割込処理動作中のキャリ
ア周波数変更動作の処理ルーチンを示すフローチャー
ト、第５図は同じく第３図の割込処理動作中の演算動作
の処理ルーチンを示すフローチャート、第６図は同じく
第３図の割込処理動作中のタイミング設定動作の処理ル
ーチンを示すフローチャート、第７図は従来の正弦波近
似PWM信号発生装置を示すブロック図、第８図は従来の
正弦波近似PWM信号発生装置におけるPWM信号の割込処理
動作を示すフローチャート、第９図は従来の正弦波近似
PWM信号発生装置におけるメイン処理動作を示すフロー
チャート、第10図は第９図のメイン処理動作中のデータ
作成ルーチンを示すフローチャート、第11図は従来の正
弦波近似PWM信号発生装置における割込処理発生タイミ
ングを示す波形図である。 図において、 11:CPU、12:タイマ 13:RAM、14:ROM 15,16:アドレスポインタ 17:ポート、18:出力制御手段 19:I/O である。 なお、図中、同一符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三角波キャリアの最上点を含む近傍、最下
   点を含む近傍、最上点及び最下点を含む近傍のうちのい
   ずれかの三角波キャリアの所定の時点で発生させる割込
   処理に応じて、前記割込処理を発生させる時の各相の出
   力変化タイミングを演算する出力変化タイミング演算手
   段と、 前記出力変化タイミング演算手段の演算により得られた
   出力変化のタイミングを前記割込処理が発生する毎に設
   定する出力変化タイミング設定手段と、 前記出力変化タイミング演算手段の演算により得られた
   前記出力変化のタイミングを記憶し、この出力変化のタ
   イミングに応じて三角波比較方式により生成されるパル
   ス幅変調信号の出力を制御する出力制御手段と、 前記出力変化タイミング演算手段により出力変化のタイ
   ミングの演算に必要な予め用意された所定のパラメータ
   をキャリア周波数に対応して読出し設定するキャリア周
   波数変更手段と を具備することを特徴とする正弦波近似パルス幅変調信
   号発生装置。