JP3682508B2 - 車両用電力変換器の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電力変換器の制御装置に係り、特に、電動機に流れる電流を検出する電流センサの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、例えば特開平６−３０３７７８号公報に記載のインバータ装置ように、電動機に流れる電流をアナログ信号の状態で制御装置にフィードバックし、制御装置内でＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換するのが一般的である。
更に、特開平４−１７２９９５号公報や特開平１１−１３６９５０号公報に記載のように、デジタル信号に変換されるタイミングをキャリア信号に同期させることにより、スイッチングによるノイズやリップル等の影響を受けにくくしたものも提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のように、３相誘導電動機に流れる電流をアナログ信号の状態で制御装置にフィードバックすると、各電流センサ毎に電源及び信号用の配線が必要となるばかりか、制御装置側にノイズ低減のためのアナログフィルタ回路を実装する必要があり、コストが割高になるといった問題がある。
また、特開平４−１７２９９５号公報や特開平１１−１３６９５０号公報に記載のように、デジタル信号に変換されるタイミングをキャリア信号に同期させることにより、制御性能の向上は期待できるが、ノイズの影響を完全に除去することは不可能である。
【０００４】
本発明の課題は、複数の電流センサの出力をシリアル通信手段を介して制御装置にフィードバックすることによる低コスト化と、ノイズを完全除去した高精度な電流取り込みを同時に実現し、車両制御の高精度化を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、交流電動機の複数相の入力電流を各相毎に検出する電流センサの出力に基づいて電力変換器を制御する車両用電力変換器の制御装置において、ＰＷＭパルスを生成すると共に、ＰＷＭパルスに同期した電流変換タイミングを演算する演算手段と、この演算結果のタイミングを時間情報とする取り込み信号として各電流センサへデジタル通信するシリアル通信手段を有する制御手段を備え、前記各電流センサ内には、前記制御手段から出力される取り込み信号を受信し、その信号に応じて交流電動機に流れるアナグロ値の電流を取り込む手段と、取り込んだアナグロ値の電流をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、デジタル信号に変換したデータの取り込み及びそのデータの通信制御を行う演算手段と、前記データをシリアル通信により制御手段にフィードバック送信するシリアル通信手段とを設け、複数の電流センサの各シリアル通信手段と制御手段のシリアル通信手段とがシリアル接続され、各電流センサ間の取り込み信号は前記タイミングに同期するようにシリアル通信される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両用電力変換器の制御装置を示す。図示のように、指令部１から出力されるノッチ指令Ｓｎに基づいて制御部２ではＰＷＭパルスＳｐｗｍを生成し、出力する。ゲートドライブ部３はＰＷＭパルスＳｐｗｍをパワー変換し、電力変換部４の電力用素子（ＩＧＢＴ，ＧＴＯなど）をオン／オフ制御する。この結果、出力される可変電圧可変周波数の交流電力により、誘導電動機６が駆動される。
このとき、誘導電動機６に流れる電流は、それぞれに設けた電流センサ５ａ，５ｂ，５ｃによって検出され、シリアル伝送路７を介して制御部２にフィードバックされる。制御部２では指令部１から出力される電流指令Ｉｐと電流センサ５ａ，５ｂ，５ｃによって検出した電流の偏差に基づいて誘導電動機６に流れる電流を制御する。
【０００７】
以下、制御部２と電流センサ５ａにおける電流取り込み方法について詳細に説明する。なお、電流センサ５ｂ，５ｃについては同構成のため説明を省略する。図２に、電流センサ５ａの構成と制御部２の通信インターフェースを示す。電流センサ５ａは、電流検出部５１と、検出した電流のフィルタリング及びレベル変換を行うバッファ部５２と、バッファ部５２から出力されるアナログの電流をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換部５３と、制御部２から出力されるデータ取り込み信号に応じて電動機に流れる電流をデジタル値に変換したデータの取り込みや通信制御を行う演算部５４と、シリアル通信部５５から成る。
一方、制御部２は、電流センサ５ａと同様の演算部２１とシリアル通信部２２を有し、電流センサ５ａとの間で電流の送受信を行う。
【０００８】
図３に、制御部２における電流取り込みのタイミングを示す。図中、変調波は実際に得たい正弦波電圧、搬送波（キャリア）はＰＷＭパルスの生成に用いる三角波信号であり、これらを比較することにより、ＰＷＭパルスＳｐｗｍが生成される。なお、一点鎖線は電動機に流れる電流を表わす。
演算信号Ｓ１は、制御部２におけるＰＷＭパルス生成処理及び電流取り込み処理を行う周期とこれらの処理に要する時間を示す。期間ｔ０はＰＷＭパルスの演算時間、ｔ１は空き時間を表わす。なお、本実施形態では演算周期Ｔをキャリアの１／２としている。
データ取り込み信号Ｓ２は、制御部２が電流センサ５ａに対して電流取り込みを要求するタイミングを示す信号であり、演算処理終了後に制御部２から電流センサ５ａに対して電流取り込み要求の送信を行う。なお、本要求は全電流センサに共通である。
データ要求信号Ｓ３は、制御部２が電流センサ５ａで取り込んだ電流のデジタルデータの送信を要求するタイミングを示す信号であり、演算処理開始時に全電流センサ５ａ，５ｂ，５ｃとの間でデータの送受信を行う。
図３において、制御部２は、キャリア周期（演算周期Ｔ）に基づいて空き時間ｔ１を計算した時点でデータ取り込み信号Ｓ２を発信し、ｔ１後のキャリアのピークに同期してデータ要求信号Ｓ３を送信する。電流センサ５ａではこの時の電動機電流値（・印）を取り込む。
このように、演算部２１は、キャリア周期に基づいて最適とする空き時間ｔ１後のキャリアのピークに同期する電流変換タイミングを演算する。
ここでは、電流変換タイミングをキャリアのピークに同期するようにしたが、キャリアのピークの前後つまり同期状態であってもよい。
【０００９】
図４に、データ取り込み時に制御部２から送信されるデータを示す。データは全電流センサに共通のアドレスを示すＩＤ部１００と処理内容を示す命令部１０１及び取り込みタイミングを示すディレイタイム１０２から成る。ここで、ディレイタイム１０２は図３に示す空き時間ｔ１に相当し、電流センサ５ａはこの時間だけ遅れた時点の電流を取り込むように動作する。これにより、全電流センサは、常にＰＷＭパルスによるリップルの影響を受けにくいキャリアの頂点付近の電流を同時に検出する。
【００１０】
図５に、データ要求時の制御部２から送信されるデータ及び電流センサ５ａから送信されるデータを示す。制御部２から送信されるデータは、各電流センサに固有のアドレスを示すＩＤ部１０３と処理内容を示す命令部１０４から成り、電流センサ５ａから送信されるデータは、各電流センサに固有のアドレスを示すＩＤ部１０５とデータの上位部１０６及びデータの下位部１０７から成る。
【００１１】
図６に、制御部２における電流取り込み処理を示す。ステップ２００においてＰＷＭパルス生成処理及び電流取り込み処理が終了したか否か判定し、終了している場合は、ステップ２０１において演算周期の空き時間ｔ１（＝Ｔ−ｔ０）を算出し、ステップ２０２において図４に示すデータを送信する。
一方、ステップ２００においてＰＷＭパルス生成処理及び電流取り込み処理が終了していない場合は、ステップ２０３において演算開始時か否か判定し、演算開始時の場合、ステップ２０４において図５に示すデータを送信する。また、ステップ２０３において演算開始時でない場合は、ステップ２０４をバイパスする。
【００１２】
図７に、電流センサ５ａにおける電流取り込み処理を示す。ステップ３００において受信データの有無を判定し、受信データが有る場合は、ステップ３０１においてデータ取り込み処理か否か判定する。データ取り込み処理の場合は、ステップ３０２においてディレイタイムが終了したか否か判定し、ディレイタイム終了であれば、ステップ３０３において電流を取り込む。また、ディレイタイムを終了していない場合は、ステップ３０３をバイパスする。
一方、ステップ３０１においてデータ取り込み処理でない場合は、ステップ３０４でデータ要求命令か否かを判定し、データ要求命令の場合は、ステップ３０５において取り込んだ電流のデータを送信する。また、データ要求命令でない場合は、ステップ３０５をバイパスする。ステップ３００において受信データが無い場合は、全ての処理をバイパスする。
【００１３】
以上、本実施形態によれば、シリアル通信手段を用いた場合においても、複数の電流センサの電流取り込みタイミングを同一にすることができると共に、ＰＷＭパルスによるリップルの影響を受けない電流取り込みが可能となり、電流検出精度を向上することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電流センサにＡ／Ｄ変換手段とシリアル通信手段を備え、電流センサと制御装置間をディジタル化することにより、対ノイズ性を向上させると共に、シリアル化することにより、配線本数を削減し、低コスト化を図ることができる。
また、同時に、制御装置側でＰＷＭパルスに同期した最適な電流変換タイミングを演算し、また、電流センサ側ではこのタイミングで電動機に流れる電流を取り込むようにすることにより、キャリアのピークに同期したまたは同期状態の電流の取り込みが可能となり、ＰＷＭパルスによるリップルの影響を受けることなく、電流検出精度を向上させ、車両制御の高精度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による車両用電力変換器の制御装置
【図２】本発明の電流センサの構成図
【図３】本発明の電流取り込み動作説明図
【図４】本発明のデータ取り込み時の通信データフォーマット図
【図５】本発明のデータ要求時の通信データフォーマット図
【図６】本発明の制御部の通信処理フローチャート
【図７】本発明の電流センサの通信処理フローチャート
【符号の説明】
１…指令部、２…制御部、３…ゲートドライブ部、４…電力変換部、５ａ、５ｂ，５ｃ…電流センサ、６…誘導電動機、７…シリアル伝送路、２１、５４…演算部、２２、５５…シリアル通信部、５５…電流検出部、５２…バッファ部、５３…アナログ／デジタル変換部
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電力変換器の制御装置に係り、特に、電動機に流れる電流を検出する電流センサの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、例えば特開平６−３０３７７８号公報に記載のインバータ装置ように、電動機に流れる電流をアナログ信号の状態で制御装置にフィードバックし、制御装置内でＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換するのが一般的である。
更に、特開平４−１７２９９５号公報や特開平１１−１３６９５０号公報に記載のように、デジタル信号に変換されるタイミングをキャリア信号に同期させることにより、スイッチングによるノイズやリップル等の影響を受けにくくしたものも提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のように、３相誘導電動機に流れる電流をアナログ信号の状態で制御装置にフィードバックすると、各電流センサ毎に電源及び信号用の配線が必要となるばかりか、制御装置側にノイズ低減のためのアナログフィルタ回路を実装する必要があり、コストが割高になるといった問題がある。
また、特開平４−１７２９９５号公報や特開平１１−１３６９５０号公報に記載のように、デジタル信号に変換されるタイミングをキャリア信号に同期させることにより、制御性能の向上は期待できるが、ノイズの影響を完全に除去することは不可能である。
【０００４】
本発明の課題は、複数の電流センサの出力をシリアル通信手段を介して制御装置にフィードバックすることによる低コスト化と、ノイズを完全除去した高精度な電流取り込みを同時に実現し、車両制御の高精度化を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、交流電動機の複数相の入力電流を各相毎に検出する電流センサの出力に基づいて電力変換器を制御する車両用電力変換器の制御装置において、ＰＷＭパルスを生成すると共に、ＰＷＭパルスに同期した電流変換タイミングを演算する演算手段と、この演算結果のタイミングを時間情報とする取り込み信号として各電流センサへデジタル通信するシリアル通信手段を有する制御手段を備え、前記各電流センサ内には、前記制御手段から出力される取り込み信号を受信し、その信号に応じて交流電動機に流れるアナグロ値の電流を取り込む手段と、取り込んだアナグロ値の電流をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、デジタル信号に変換したデータの取り込み及びそのデータの通信制御を行う演算手段と、前記データをシリアル通信により制御手段にフィードバック送信するシリアル通信手段とを設け、複数の電流センサの各シリアル通信手段と制御手段のシリアル通信手段とがシリアル接続され、各電流センサ間の取り込み信号は前記タイミングに同期するようにシリアル通信される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両用電力変換器の制御装置を示す。図示のように、指令部１から出力されるノッチ指令Ｓｎに基づいて制御部２ではＰＷＭパルスＳｐｗｍを生成し、出力する。ゲートドライブ部３はＰＷＭパルスＳｐｗｍをパワー変換し、電力変換部４の電力用素子（ＩＧＢＴ，ＧＴＯなど）をオン／オフ制御する。この結果、出力される可変電圧可変周波数の交流電力により、誘導電動機６が駆動される。
このとき、誘導電動機６に流れる電流は、それぞれに設けた電流センサ５ａ，５ｂ，５ｃによって検出され、シリアル伝送路７を介して制御部２にフィードバックされる。制御部２では指令部１から出力される電流指令Ｉｐと電流センサ５ａ，５ｂ，５ｃによって検出した電流の偏差に基づいて誘導電動機６に流れる電流を制御する。
【０００７】
以下、制御部２と電流センサ５ａにおける電流取り込み方法について詳細に説明する。なお、電流センサ５ｂ，５ｃについては同構成のため説明を省略する。図２に、電流センサ５ａの構成と制御部２の通信インターフェースを示す。電流センサ５ａは、電流検出部５１と、検出した電流のフィルタリング及びレベル変換を行うバッファ部５２と、バッファ部５２から出力されるアナログの電流をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換部５３と、制御部２から出力されるデータ取り込み信号に応じて電動機に流れる電流をデジタル値に変換したデータの取り込みや通信制御を行う演算部５４と、シリアル通信部５５から成る。
一方、制御部２は、電流センサ５ａと同様の演算部２１とシリアル通信部２２を有し、電流センサ５ａとの間で電流の送受信を行う。
【０００８】
図３に、制御部２における電流取り込みのタイミングを示す。図中、変調波は実際に得たい正弦波電圧、搬送波（キャリア）はＰＷＭパルスの生成に用いる三角波信号であり、これらを比較することにより、ＰＷＭパルスＳｐｗｍが生成される。なお、一点鎖線は電動機に流れる電流を表わす。
演算信号Ｓ１は、制御部２におけるＰＷＭパルス生成処理及び電流取り込み処理を行う周期とこれらの処理に要する時間を示す。期間ｔ０はＰＷＭパルスの演算時間、ｔ１は空き時間を表わす。なお、本実施形態では演算周期Ｔをキャリアの１／２としている。
データ取り込み信号Ｓ２は、制御部２が電流センサ５ａに対して電流取り込みを要求するタイミングを示す信号であり、演算処理終了後に制御部２から電流センサ５ａに対して電流取り込み要求の送信を行う。なお、本要求は全電流センサに共通である。
データ要求信号Ｓ３は、制御部２が電流センサ５ａで取り込んだ電流のデジタルデータの送信を要求するタイミングを示す信号であり、演算処理開始時に全電流センサ５ａ，５ｂ，５ｃとの間でデータの送受信を行う。
図３において、制御部２は、キャリア周期（演算周期Ｔ）に基づいて空き時間ｔ１を計算した時点でデータ取り込み信号Ｓ２を発信し、ｔ１後のキャリアのピークに同期してデータ要求信号Ｓ３を送信する。電流センサ５ａではこの時の電動機電流値（・印）を取り込む。
このように、演算部２１は、キャリア周期に基づいて最適とする空き時間ｔ１後のキャリアのピークに同期する電流変換タイミングを演算する。
ここでは、電流変換タイミングをキャリアのピークに同期するようにしたが、キャリアのピークの前後つまり同期状態であってもよい。
【０００９】
図４に、データ取り込み時に制御部２から送信されるデータを示す。データは全電流センサに共通のアドレスを示すＩＤ部１００と処理内容を示す命令部１０１及び取り込みタイミングを示すディレイタイム１０２から成る。ここで、ディレイタイム１０２は図３に示す空き時間ｔ１に相当し、電流センサ５ａはこの時間だけ遅れた時点の電流を取り込むように動作する。これにより、全電流センサは、常にＰＷＭパルスによるリップルの影響を受けにくいキャリアの頂点付近の電流を同時に検出する。
【００１０】
図５に、データ要求時の制御部２から送信されるデータ及び電流センサ５ａから送信されるデータを示す。制御部２から送信されるデータは、各電流センサに固有のアドレスを示すＩＤ部１０３と処理内容を示す命令部１０４から成り、電流センサ５ａから送信されるデータは、各電流センサに固有のアドレスを示すＩＤ部１０５とデータの上位部１０６及びデータの下位部１０７から成る。
【００１１】
図６に、制御部２における電流取り込み処理を示す。ステップ２００においてＰＷＭパルス生成処理及び電流取り込み処理が終了したか否か判定し、終了している場合は、ステップ２０１において演算周期の空き時間ｔ１（＝Ｔ−ｔ０）を算出し、ステップ２０２において図４に示すデータを送信する。
一方、ステップ２００においてＰＷＭパルス生成処理及び電流取り込み処理が終了していない場合は、ステップ２０３において演算開始時か否か判定し、演算開始時の場合、ステップ２０４において図５に示すデータを送信する。また、ステップ２０３において演算開始時でない場合は、ステップ２０４をバイパスする。
【００１２】
図７に、電流センサ５ａにおける電流取り込み処理を示す。ステップ３００において受信データの有無を判定し、受信データが有る場合は、ステップ３０１においてデータ取り込み処理か否か判定する。データ取り込み処理の場合は、ステップ３０２においてディレイタイムが終了したか否か判定し、ディレイタイム終了であれば、ステップ３０３において電流を取り込む。また、ディレイタイムを終了していない場合は、ステップ３０３をバイパスする。
一方、ステップ３０１においてデータ取り込み処理でない場合は、ステップ３０４でデータ要求命令か否かを判定し、データ要求命令の場合は、ステップ３０５において取り込んだ電流のデータを送信する。また、データ要求命令でない場合は、ステップ３０５をバイパスする。ステップ３００において受信データが無い場合は、全ての処理をバイパスする。
【００１３】
以上、本実施形態によれば、シリアル通信手段を用いた場合においても、複数の電流センサの電流取り込みタイミングを同一にすることができると共に、ＰＷＭパルスによるリップルの影響を受けない電流取り込みが可能となり、電流検出精度を向上することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電流センサにＡ／Ｄ変換手段とシリアル通信手段を備え、電流センサと制御装置間をディジタル化することにより、対ノイズ性を向上させると共に、シリアル化することにより、配線本数を削減し、低コスト化を図ることができる。
また、同時に、制御装置側でＰＷＭパルスに同期した最適な電流変換タイミングを演算し、また、電流センサ側ではこのタイミングで電動機に流れる電流を取り込むようにすることにより、キャリアのピークに同期したまたは同期状態の電流の取り込みが可能となり、ＰＷＭパルスによるリップルの影響を受けることなく、電流検出精度を向上させ、車両制御の高精度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による車両用電力変換器の制御装置
【図２】本発明の電流センサの構成図
【図３】本発明の電流取り込み動作説明図
【図４】本発明のデータ取り込み時の通信データフォーマット図
【図５】本発明のデータ要求時の通信データフォーマット図
【図６】本発明の制御部の通信処理フローチャート
【図７】本発明の電流センサの通信処理フローチャート
【符号の説明】
１…指令部、２…制御部、３…ゲートドライブ部、４…電力変換部、５ａ、５ｂ，５ｃ…電流センサ、６…誘導電動機、７…シリアル伝送路、２１、５４…演算部、２２、５５…シリアル通信部、５５…電流検出部、５２…バッファ部、５３…アナログ／デジタル変換部
Claims (1)
- 交流電動機の複数相の入力電流を各相毎に検出する電流センサの出力に基づいて電力変換器を制御する車両用電力変換器の制御装置において、
ＰＷＭパルスを生成すると共に、前記ＰＷＭパルスに同期した電流変換タイミングを演算する演算手段と、
この演算結果のタイミングを時間情報とする取り込み信号として前記各電流センサへデジタル通信するシリアル通信手段を有する制御手段を備え、
前記各電流センサ内には、前記制御手段から出力される取り込み信号を受信し、その信号に応じて前記電動機に流れるアナグロ値の電流を取り込む手段と、
前記取り込んだアナグロ値の電流をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記デジタル信号に変換したデータの取り込み及びそのデータの通信制御を行う演算手段と、
前記データをシリアル通信により前記制御手段にフィードバック送信するシリアル通信手段とを設け、
前記複数の電流センサの各シリアル通信手段と前記制御手段のシリアル通信手段とがシリアル接続され、各電流センサ間の取り込み信号は前記タイミングに同期するようにシリアル通信されることを特徴とする車両用電力変換器の制御装置。
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|---|---|---|---|
| JP33379299A JP3682508B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 車両用電力変換器の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33379299A JP3682508B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 車両用電力変換器の制御装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001157458A JP2001157458A (ja) | 2001-06-08 |
| JP3682508B2 true JP3682508B2 (ja) | 2005-08-10 |
Family
ID=18270017
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP33379299A Expired - Fee Related JP3682508B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 車両用電力変換器の制御装置 |
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|---|---|---|---|---|
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1999
- 1999-11-25 JP JP33379299A patent/JP3682508B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001157458A (ja) | 2001-06-08 |
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