JP3350010B2 - 3相パルス幅変調波形発生装置 - Google Patents

3相パルス幅変調波形発生装置

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    • HELECTRICITY
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電動機等を可
変速するパルス幅変調インバータ(以下、パルス幅変調
をPWMと略記する)、特にIGBT等の高速スイッチ
ング素子を使用したインバータに用いられる三相PWM
波形発生装置関する。
【0002】
【従来の技術】PWM信号の生成方法の1つに、三角波
変調方式がある。これは、図11に示すように、正弦波
(U、V、W)を三角波(キャリア)401で変調す
る。
【0003】図14は従来の三相PWM波形発生装置に
おける+U相と−U相のPWM信号生成部分の構成を示
すブロック図である。
【0004】この従来の三相PWM波形発生装置は、カ
ウントクロック2を受けるアップダウンカウンタ1と、
アップダウンカウンタ1のアップカウントからダウンカ
ウントへの切替値を保持するカウントレジスタ3と、転
送許可信号5によりカウントレジスタ3へデータ転送が
可能なバッファレジスタ4と、比較器6と、U相のPW
M信号生成用データを保持する比較レジスタ7と、転送
許可信号9により比較レジスタ7へデータ転送が可能な
バッファレジスタ8と、短絡防止の為のデッドタイム生
成用の遅延回路10と、+U相PWM信号15、及び、
−U相PWM信号16を生成する波形生成部14と、出
力停止信号19により+U相並びに−U相出力を制御す
るスリーステートバッファ(17、18)とを備え、比
較器6の一致検出信号12、アップダウンのカウント方
向信号11および遅延回路10の遅延信号13を発生す
る構成である。
【0005】尚、+V相と−V相のPWM信号生成部分
の構成、並びに、+W相と−W相のPWM信号生成部分
の構成についても同様であり、アップダウンカウンタ
1、カウントレジスタ3、及び、バッファレジスタ4に
ついては三相共用である。
【0006】以上が従来の三相PWM波形発生装置の構
成であり、+U相と−U相のPWM信号生成について、
図12のタイミング図を参照して説明する。
【0007】バッファレジスタ4及び8は、CPU(図
示せず)から書換可能なレジスタであり、設定されたデ
ータは、それぞれ転送許可信号5及び9によりカウント
レジスタ3と比較レジスタ7に転送される。図12のタ
イミング図では転送許可信号として、アップダウンカウ
ンタ1の0検出信号を使用している。
【0008】アップダウンカウンタ1は、カウントクロ
ック2により動作し、アップカウント中にカウント値が
カウントレジスタ3の値と一致するとダウンカウントに
切り替わり、ダウンカウント中カウント値が0になると
再びアップカウントに切り替わる。
【0009】比較器6は、比較用レジスタ7で保持され
ているU相のPWM信号生成用データとアップダウンカ
ウンタ1のカウント値が一致した場合、一致検出信号1
2を短絡防止用のデッドタイムを生成する遅延回路10
と波形生成部14へ出力する。波形生成部14は、比較
器6からの一致検出信号12、遅延回路10からの遅延
信号13、及び、アップダウンカウンタ1からのカウン
ト方向信号11を受け、+U相と−U相のPWM信号1
5,16を生成し出力する。
【0010】CPUによるPWM出力処理の概略フロー
を図8に、Timing設定処理の概略フロー、及び、
出力周波数変更処理の概略フローを、それぞれ、図1
5、及び、図16に示す。図15に示すとおり、Tim
ing設定処理では、正弦波テーブルより得られるデー
タに対し、演算を行い、求められたタイミングデータ
を、U相、V相、W相のバッファレジスタに設定する。
【0011】正弦波テーブルの参照時には、出力周波数
に応じて予め設定されたステップアドレスを基に、参照
するべきアドレスを算出し、正弦波データを得る。V/
f変調率乗算、並びに、オフセット補正では、予め設定
されたV/f変調率、及び、オフセット補正値に基づき
演算する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術の三相PWM波形発生装置にてPWM波形を生成
するためには、各キャリア周期のはじめまでに、そのキ
ャリア周期にて使用するキャリア周期のデータ(図12
では、A,B,Cに相当)、及び、比較データ(図12
では、D,E,Fに相当)をバッファレジスタに設定す
る必要があり、CPUは、期待するPWM波形に応じ
て、バッファレジスタに書き込むべきデータを各キャリ
ア周期毎に用意する必要がある。また、V相、W相につ
いても同様に、バッファレジスタに書き込むべきデータ
を用意することが必要である。
【0013】設定するべき値は、CPUの演算により算
出される。CPUは、予めメモリ等に用意された基本と
なる正弦波のデータテーブルを基に、期待する出力周波
数に合わせて演算を行い、設定値を求める。
【0014】従って、CPUでは、U相、V相、W相に
対応した設定データを、キャリア周期毎に、演算し、バ
ッファレジスタに書き込むことが必要となる。また、出
力周波数の変更においては、前述の処理に加え、出力周
波数に応じて、CPU演算に用いるパラメータの設定も
行う必要があり、 CPUの処理能力に対する負担が大
きいという問題がある。
【0015】また、Timing設定処理で使用される
パラメータ(ステップアドレス、V/f変調率、オフセ
ット補正値)は、出力周波数に応じて予め算出しておく
必要があり、出力周波数変更時には、周波数変更処理と
Timing設定処理の両方を行う必要があるため、 CPU
の処理能力に対する負担が増大する。本発明の主な目的
は、3相PWM波形の生成に関し、出力周波数変更にお
けるCPU負荷を軽減した3相PWM波形発生装置を提
供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の3相パルス幅変
調波形発生装置は、スイッチング素子を使用したインバ
ータ手段に用いられる3相パルス幅変調波形発生装置で
あって、転送信号により保持している第1のデータを転
送する第1のバッファと、前記第1のバッファのデータ
を受けるカウントレジスタと、カウントクロックに基づ
いてカウント動作するアップダウンカウンタと、前記カ
ウントクロックを受けて前記カウントクロックを計数
し、カウント許可信号を発生し、前記アップダウンカウ
ンタの計数およびカウント方向を制御するカウントコン
トローラと、転送信号により保持している第2のデータ
を転送する第2のバッファと、前記第2のバッファのデ
ータを受ける比較レジスタと、前記アップダウンカウン
タの計数値と前記第2のバッファの値とを比較する比較
器とを備え、前記3相パルスの出力周波数を変更する時
には、前記アップダウンカウンタのカウント動作を止め
ることなく、前記アップダウンカウンタは、カウント方
向切り替え信号を出力し、前記アップダウンカウンタの
計数値と前記第2のバッファの値とが一致した場合、前
記アップダウンカウンタの出力および前記比較器の出力
を受けて、前記3相パルス幅変調波を発生する3相パル
ス幅変調波形発生手段を有する構成である。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施の形態
について図面を参照して説明する。本発明の第1の実施
の形態の3相パルス幅変調波形発生装置を図1に示す。
【0018】図1は、本発明の三相PWM波形発生装置
における+U相と−U相のPWM信号生成部分の構成を
示すブロック図である。
【0019】図1を参照すると、本発明の第1の実施の
形態の3相パルス幅変調波形発生装置は、アップダウン
カウンタ101と、カウントクロック102と、アップ
ダウンカウンタ101のカウントを制御するカウントコ
ントローラ103とを備え、104はカウント許可信号
104と、カウント方向切替モニタ信号105を発生す
る構成である。
【0020】アップダウンカウンタ101は、カウント
許可信号104が発生している時にカウントクロック1
02が入力されるとカウント動作を行う。カウントコン
トローラ103は、カウントクロック102を計数しあ
らかじめ設定された任意の計数値毎にカウント許可信号
104を発生する。
【0021】また、アップダウンカウンタ101は、ダ
ウンカウント時において、次の有効カウントクロック
(カウント許可信号104が発生している時に入力され
るカウントクロック)にてカウント方向の切替(ダウン
カウントからアップカウント)が起こることを示すカウ
ント方向切替モニタ信号105を出力する。カウントコ
ントローラ103は、カウントクロック計数値が変更さ
れた場合、カウント方向切替モニタ信号105に同期し
て、カウント許可信号104の発生周期を変更する。
【0022】さらに、本発明の第1の実施の形態の3相
パルス幅変調波形発生装置は、アップダウンカウンタ1
01のアップカウントからダウンカウントへの切替値を
保持するカウントレジスタ3と、転送許可信号5により
カウントレジスタ3へデータ転送が可能なバッファレジ
スタ4と、一致検出信号12を出力する比較器6と、U
相のPWM信号生成用データを保持する比較レジスタ7
と、転送許可信号9により比較レジスタ7へデータ転送
が可能なバッファレジスタ8と、短絡防止の為のデッド
タイム生成用の遅延回路10と、+U相PWM信号1
5、及び、−U相PWM信号16を生成する波形生成部
14と、出力停止信号19により+U相並びに−U相出
力を制御するスリーステートバッファ(17、18)と
を備え、アップダウンのカウント方向信号11、一致検
出信号12および遅延信号13を出力し、3相PWM波
形を出力する。
【0023】次に、図2に、本発明の第1の実施の形態
の3相パルス幅変調波形発生装置のカウントコントロー
ラ103のブロック図を示す。
【0024】図2を参照すると、カウントコントローラ
103は、入力されるカウントクロック102をカウン
トするクロックカウンタ201と、計数レジスタ202
と、CPUによる書込みが可能である計数レジスタ20
2のバッファレジスタ203と、計数レジスタ202の
値とクロックカウンタの値を比較する比較器204と、
計数レジスタ202の更新を許可する計数更新許可信号
206を出力するAND回路205とを備える。
【0025】次に、本発明の第1の実施の形態の3相パ
ルス幅変調波形発生装置の動作について説明する。
【0026】まず、アップダウンカウンタ101および
カウントコントローラ103の動作について図3、図
4、図5および図12のタイミング図を参照して説明す
る。
【0027】図3は計数値を0とした場合のタイミング
図であり、図4は計数値を3とした場合のタイミング図
である。また、図5は、計数値を0から3へ変更した場
合のタイミング図である。
【0028】クロックカウンター201は、入力される
カウントクロック102をカウントする。カウント値が
計数レジスタ202にあらかじめ設定された計数値と一
致すると、比較器204はカウント許可信号104を出
力する。
【0029】クロックカウンター201は、次のカウン
トクロック102により初期化され、入力されるカウン
トクロック102を再カウントする。また、バッファレ
ジスタ203に設定された計数値は、計数更新許可信号
206の発生時に入力されるカウントクロック102に
より、計数レジスタ202へ転送される。
【0030】次に、カウントコントローラ103以外の
動作について、図12のタイミング図を参照して説明す
る。
【0031】図12は、転送許可信号5、及び9にアッ
プダウンカウンタの0検知信号を使用した場合のタイミ
ング図である。
【0032】図12を参照すると、アップダウンカウン
タ101は、三角波変調のキャリア周期に相当する周期
T1およびT2で動作する。そして、アップダウンカウ
ンタ101の周期T1を決定するデータAが、周期T1
の開始時(ST1)に、バッファレジスタ4からカウン
トレジスタ3へ転送される。
【0033】アップダウンカウンタ101は、このデー
タAを元に、アップカウントからダウンカウントへの切
替を行う。
【0034】さらに、アップダウンカウンタ101の周
期T2を決定するデータBが、周期T2の開始時(ST
2)に、バッファレジスタ4からカウントレジスタ3へ
転送される。データAと同様に、アップダウンカウンタ
101は、このデータBを元に、アップカウントからダ
ウンカウントへの切替を行う。
【0035】データDは、周期T1における+U相/−
U相出力を生成するための比較データであり、周期T1
の開始時(ST1)に、バッファレジスタ8から比較用
レジスタ7へ転送される。比較器6では、比較用レジス
タ7に転送されたデータDとアップダウンカウンタ10
1のカウント値を比較し、+U相/−U相出力の元とな
る一致検出信号12が生成される。
【0036】データEは、周期T2における+U相/−
U相出力を生成するための比較データであり、周期T2
の開始時(ST2)に、バッファレジスタ8から比較用
レジスタ7へ転送される。比較器6では、比較用レジス
タ7に転送されたデータEとアップダウンカウンタ10
1のカウント値を比較し、+U相/−U相出力の元とな
る一致検出信号12が生成される。
【0037】すなわち、バッファレジスタ4及び8に設
定されたデータは、アップダウンカウンタの0検知によ
り、それぞれ、カウントレジスタ3及び比較用レジスタ
7に転送される。アップダウンカウンタ101は、カウ
ント許可信号104が発生している時にカウントクロッ
ク102が入力されるとカウント動作を行ない、カウン
トレジスタに設定された値と0の間でアップダウンカウ
ントを行う。
【0038】比較器6は、比較用レジスタ7で保持され
ているU相のPWM信号生成用データとアップダウンカ
ウンタ1のカウント値とが一致した場合、一致検出信号
12を短絡防止用のデッドタイムを生成する遅延回路1
0と波形生成部14とへ出力する。
【0039】波形生成部14は、比較器6からの一致検
出信号12と、遅延回路10からの遅延信号13、及
び、アップダウンカウンタ101からのカウント方向信
号11を受け、+U相と−U相のPWM信号15,16
を生成し出力する。バッファレジスタ4及び8はCPU
(図示せず)から書換可能なレジスタである。
【0040】次に、本発明の第2の実施の形態の3相パ
ルス幅変調波形発生装置について説明する。
【0041】本発明の第2の実施の形態の3相パルス幅
変調波形発生装置のカウントコントローラ103の構成
を図6に示し、動作タイミング図を図7に示す。
【0042】図6を参照すると、本発明の第2の実施の
形態の3相パルス幅変調波形発生装置のカウントコント
ローラ103は、CPUによる書換が可能である計数値
を保持するバッファレジスタ302と、カウント方向切
替モニタ信号105を受けるAND回路303と、AN
D回路303の出力であるロード許可信号304、カウ
ントクロック102およびバッファレジスタ302より
の計数データのそれぞれを受け、カウント許可信号10
4を出力するデータロード機能を備えるダウンカウンタ
301を備える。
【0043】次に、図7を参照して、本発明の第2の実
施の形態の3相パルス幅変調波形発生装置の動作を説明
する。
【0044】データロード機能を備えるダウンカウンタ
301は、ロード許可信号304の発生時に、カウント
クロック102が入力されると、バッファレジスタ30
2より計数データをロードし、ロード許可信号304が
インアクティブの場合にカウントクロック102が入力
されると、ダウンカウントを行う。
【0045】ロードされたデータは新たなデータロード
が行われるまで、ダウンカウンタ301内に保持され、
カウント値が0になるとカウント許可信号104を出力
し、保持されたロードデータから再びダウンカウントを
開始する。
【0046】尚、本発明の第2の実施の形態の3相パル
ス幅変調波形発生装置による効果は、先の述べた本発明
の第1の実施の形態の3相パルス幅変調波形発生装置と
同等である。
【0047】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明の三相PW
M波形発生装置では、キャリア周期のもととなるアップ
ダウンカウンタのカウント周期をカウント動作を止める
ことなく切り替えることにより、キャリア周期を変更す
ることが可能である。
【0048】これにより、キャリア周期変更前に参照し
ていた正弦波テーブル上の正弦波データ群を、キャリア
周期を変更後、そのまま異なる出力周波数の正弦波デー
タ群として利用することが可能となり、正弦波テーブル
の参照時において従来必要とされた出力周波数に合わせ
たテーブルアドレスの算出が不要となる(図15正弦波
テーブル参照)
【0049】また、これにより、テーブルアドレス演算
に用いられるステップアドレスの算出も不要となる(図
16ステップアドレス設定フローの削減)。
【0050】以上により、本発明の三相PWM波形発生
装置では、PWM出力処理におけるCPUの処理能力に
対する負担の軽減が可能であり、特に、負荷が大きくな
る出力周波数変更時において、CPUの負荷を軽減する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の3相パルス幅変調
波形発生装置のブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の3相パルス幅変調
波形発生装置のカウントコントロールのブロック図であ
る。
【図3】本発明の第1の実施の形態の3相パルス幅変調
波形発生装置の動作を説明する第1のタイムチャートで
ある。
【図4】本発明の第1の実施の形態の3相パルス幅変調
波形発生装置の動作を説明する第2のタイムチャートで
ある。
【図5】本発明の第1の実施の形態の3相パルス幅変調
波形発生装置の動作を説明する第3のタイムチャートで
ある。
【図6】本発明の第2の実施の形態の3相パルス幅変調
波形発生装置のカウントコントロールのブロック図であ
る。
【図7】本発明の第2の実施の形態の3相パルス幅変調
波形発生装置の動作を説明する第4のタイムチャートで
ある。
【図8】3相パルス幅変調波形発生装置の出力処理を示
すフローチャートである。
【図9】本発明の第1の実施の形態の3相パルス幅変調
波形発生装置のTiming設定処理を示すフローチャ
ートである。
【図10】本発明の第1の実施の形態の3相パルス幅変
調波形発生装置の周波数変更処理を示すフローチャート
である。
【図11】3相パルス幅変調波形発生装置の変調方法を
説明する図である。
【図12】3相パルス幅変調波形発生装置の動作を説明
する波形図である。
【図13】本発明の第1の実施の形態の3相パルス幅変
調波形発生装置の動作を説明する別の波形図である。
【図14】従来技術の3相パルス幅変調波形発生装置の
ブロック図である。
【図15】従来技術の3相パルス幅変調波形発生装置の
Timing設定処理を示すフローチャートである。
【図16】従来技術の3相パルス幅変調波形発生装置の
周波数変更処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1,101 アップダウンカウンタ 2,102 カウントクロック 3 カウントレジスタ 4,8 バッファレジスタ 5,9 転送許可信号 6 比較器 7 比較用レジスタ 10 遅延回路 11 カウント方向信号 12 一致検出信号 13 遅延信号 14 波形生成部 15 +U相PWM信号 16 −U相PWM信号 17,18 スリーステートバッファ 19 出力停止信号 104 カウント許可信号 105 カウント方向切替モニタ信号 103 カウントコントローラ 201 クロックカウンタ 202 計数レジスタ 203 バッファレジスタ 204 比較器 205 AND回路 206 計数更新許可信号 301 ダウンカウンタ 302 バッファレジスタ 303 AND回路 304 ロード許可信号 401 三角波
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子を使用したインバータ
    手段に用いられる3相パルス幅変調波形発生装置であっ
    て、 転送信号により保持している第1のデータを転送する第
    1のバッファと、前記第1のバッファのデータを受ける
    カウントレジスタと、カウントクロックに基づいてカウ
    ント動作するアップダウンカウンタと、前記カウントク
    ロックを受けて前記カウントクロックを計数し、カウン
    ト許可信号を発生し、前記アップダウンカウンタの計数
    およびカウント方向を制御するカウントコントローラ
    と、転送信号により保持している第2のデータを転送す
    る第2のバッファと、前記第2のバッファのデータを受
    ける比較レジスタと、前記アップダウンカウンタの計数
    値と前記第2のバッファの値とを比較する比較器とを備
    え、前記3相パルスの出力周波数を変更する時には、前記ア
    ップダウンカウンタのカウント動作を止めることなく、
    前記アップダウンカウンタは、カウント方向切り替え信
    号を出力し、前記アップダウンカウンタの計数値と前記
    第2のバッファの値とが一致した場合、前記アップダウ
    ンカウンタの出力および前記比較器の出力を受けて、前
    記3相パルス幅変調波を発生する3相パルス幅変調波形
    発生手段を有することを特徴とする3相パルス幅変調波
    形発生装置。
  2. 【請求項2】 前記第1のデータは、前記アップダウン
    カウンタのアップカウントからダウンカウントへの切替
    値である請求項1記載の3相パルス幅変調波形発生装
    置。
  3. 【請求項3】 前記第2のデータは、前記3相パルス幅
    変調波形生成データである請求項1または2記載の3相
    パルス幅変調波形発生装置。
  4. 【請求項4】 前記3相パルス幅変調波形発生手段は、
    前記比較器の出力を受けて、前記インバータ手段の短絡
    を防止する遅延回路を備える請求項1,2または3記載
    の3相パルス幅変調波形発生装置。
  5. 【請求項5】 前記カウントコントローラは、前記カウ
    ント方向切り替え信号を受ける請求項1,2,3または
    4記載の3相パルス幅変調波形発生装置。
  6. 【請求項6】 前記カウントコントローラは、前記カウ
    ントクロックに基づいてカウント動作する第1のクロッ
    クカウンタと、第3のバッファレジスタと、前記第3の
    バッファレジスタの出力を受ける計数レジスタと、前記
    計数レジスタと前記第1のクロックカウンタとを比較す
    る第2の比較器と、前記前記カウント方向切り替え信号
    と前記比較器の出力とを受けるAND回路とを備える請
    求項1,2,3,4または5記載の3相パルス幅変調波
    形発生装置。
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