JP4513937B2 - Ｐｗｍ方式電圧形インバータのデッドバンドによる電圧誤差の補正方法およびｐｗｍ方式電圧形インバータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＷＭ方式の電圧形インバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＭ方式の電圧形インバータにおいては、上アームの素子（メイントランジスタ）と下アームの素子が同時にオンする短絡状態となるのを防止するために、一方の素子がオフ状態となってから、ある時間（デッドバンド）をおいてから他方の素子をオンすることが行なわれている。
【０００３】
しかしながら、このデッドバンドの期間中はインバータ出力電圧が電動機の電流方向で決まる不安定な状態にあり、電圧誤差を生じ、電動機電流の歪を引き起こす原因となっている。
【０００４】
このデッドバンドの期間による出力電流の歪を解消するために、特開平４−２１７８７４号は、出力電圧と出力電流の位相差を計算し、位相差よりＵ，Ｖ，Ｗ各相の出力電流の方向を計算し、出力電流の方向よりＵ，Ｖ，Ｗ各相の主回路のデッドバンドによる電圧誤差を計算し、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の電圧指令をＵ，Ｖ，Ｗ各相の電圧誤差で補正することにより、デッドバンドによる電圧誤差を補正するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平４−２１７８７４号公報に開示された方法では、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電圧指令と３角波を比較して、Ｕ，Ｖ，ＷのＰＷＭ波形を制御する方式では有効であったが、ｄ−ｑの２軸の電圧指令より、直接、Ｕ，Ｖ，ＷのＰＷＭのスイッチングパターンを計算するＰＷＭの出力方式（Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令が演算上存在しないＰＷＭの出力方式）では対応できないという問題があった。また、周囲温度、素子自体の実力によりトランジスタの動作時間がばらつくため、デッドバンドによる電圧誤差もばらつく問題があった。ここで、ｄ−ｑの２軸とは、回転磁界と同じ速度で回転する直交する回転座標である。
【０００６】
本発明の目的は、周囲温度や素子自体の実力によりトランジスタの動作時間がばらついても、ｄ−ｑの２軸の電圧指令より、直接、Ｕ，Ｖ，ＷのＰＷＭのスイッチングパターンを計算するＰＷＭの出力方式（Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令が演算上存在しないＰＷＭの出力方式）でも、デッドバンドによる電圧誤差を補正するＰＷＭ方式電圧形インバータのデッドバンドによる電圧誤差の補正方法およびＰＷＭ方式電圧形インバータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相別にデッドバンドを付加する前のＰＷＭ波形と、主回路のトランジスタのスイッチング状態の違う時間を１つのキャリア内でカウントし、その際、上下のトランジスタの接続点の電位が正の場合、負の場合、カウント値をそれぞれ増加、減少させ、またはカウント値をそれぞれ減少、増加させ、該カウント値からＵ，Ｖ，Ｗの各相のＰＷＭ電圧指令と出力電圧の電圧誤差を求め、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のＰＷＭ電圧指令から電圧誤差を補正する。
【００１０】
デッドバンドを付加する前のＰＷＭ信号と、実際のトランジスタのスイッチング状態の誤差を検出し、これで出力電圧の指令を減算することで、前回出力した電圧の誤差を補正することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の第１の実施形態のＰＷＭ方式電圧形インバータの回路図である。
【００１３】
電流検出器３1で検出された電動機１のＷ相の電流ＩWはＡ／Ｄ変換器４1でアナログ／デジタル変換され、α軸の電流ｉαとなる。電流検出器３2で検出された電動機１のＵ相の電流ＩUはＡ／Ｄ変換器４2でアナログ／デジタル変換され、２倍された後Ｗ相の電流ＩWと加算され、
【００１４】
【外１】
倍されてβ軸の電流ｉβとなる。α軸電流ｉα、β軸電流ｉβは電流変換回路５によりｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに変換される。ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑは位相計算回路６に入力され、出力電流と出力電圧の位相が検出される。α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβは出力電流実効値計算回路７に入力され、出力電流の実効値Ｉが計算される。速度指令演算回路（不図示）から出力された出力周波数Ｆoutは除算器８によってキャリア周波数で割られた後、積分器９で積分されてＵ相の出力電圧の位相が算出される。Ｕ相の出力電圧の位相から位相計算回路６で算出された位相が減算器１０で引かれる。減算器１０の出力（位相θ）と、出力電流実効値計算回路７で算出された実効値Ｉからそれぞれ出力電流瞬時値演算回路１１U，１１V，１１WによってＵ相の出力電流の瞬時値、
【００１５】
【数１】
Ｖ相の出力電流の瞬時値
【００１６】
【数２】
Ｗ相の出力電流の瞬時値
【００１７】
【数３】
が求められる。ここで、出力電流瞬時値演算回路１１U，１１V，１１Wはθを引数とする正弦波のテーブルである。電圧誤差演算回路１２U，１２V，１２WはＵ，Ｖ，Ｗの各相の瞬時値ＩU，ＩV，ＩWを設定されたデッドバンド時間による電圧誤差の最大値で制限（リミット）することにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のデッドバンドによる電圧誤差Δｖu，Δｖv，Δｖwを演算する。デッドバンドによる出力電圧の誤差は、出力電流が小さい場合、出力電流の大きさに比例し、出力電流が大きくなると一定値となる。このため、出力電流を電圧誤差の最大値で制限することで、デッドバンドによる出力電圧の誤差を演算している。デッドバンド補正量演算回路１３は、電圧誤差Δｖu，Δｖv，Δｖwから、次式
【００１８】
【数４】
によりα軸のデッドバンド補正量Δα、β軸のデッドバンド補正量Δβを算出する。α軸、β軸のデッドバンド補正量Δα，Δβはデッドバンド補正量変換回路１４に入力され、次式
Δｑ＝Δαcosθ＋Δβsinθ
Δｄ＝−Δαsinθ＋Δβcosθ
により、ｄ軸のデッドバンド補正量Δｄ、ｑ軸のデッドバンド補正量Δｑに変換される。加算器１５，１６はそれぞれｑ軸，ｄ軸の電圧指令Ｖqref，Ｖdrefにそれぞれｑ軸，ｄ軸のデッドバンド補正量Δｑ，Δｄを加算することで、ｑ軸，ｄ軸の電圧指令Ｖqref，Ｖdrefが補正される。補正後のｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖdref，Ｖqrefからそれぞれ絶対値演算回路１７、位相演算回路１８により電圧指令Ｖref、位相θが算出され、デッドバンドを付加する回路を備えたＰＷＭ波形発生回路１９に入力され、インバータ３のＰＷＭ制御が行なわれる。
【００１９】
図２は本発明の第２の実施形態のＰＷＭ方式電圧形インバータの要部の回路図である。ここでは、Ｕ相の主回路についてのみ示されている。
【００２０】
インバータ２３と遅延回路２４，２５はＵ相のパワートランジスタＰＵ，ＮＵをドライブするベースドライブ回路２１，２２に比較器２６から出力されるＰＷＭ信号Ｓ3が“０”から“１”になるのを時間Ｔｄ（デッドバンド）だけ遅延するデッドバンド付加回路を構成している。絶縁回路２７はＵ相の主回路のＣ点の電圧（出力電圧）（約３００Ｖ）Ｓ4をディジタル回路で使用できる５Ｖまで抵抗による分圧で落す回路である。ＥＸＯＲ回路２８はデッドバンドを付加する前のＰＷＭ信号Ｓ3と、絶縁回路２７の出力信号Ｓ5のレベルが異なる場合、出力が“１”になる。立上り検出回路２９はキャリアの立上り、つまりキャリアの谷を検出する回路である。タイマ３０はＥＸＯＲ回路２８の出力が“１”のときの時間を、キャリアの谷から谷までの間カウントする回路である。信号Ｓ5が“１”のときにはＰＷＭ指令より“１”の状態が増加するため、タイマ３０でカウントする時間は増加し、信号Ｓ5が“０”のときにはＰＷＭ指令より“１”の状態が減るためタイマ３０でカウントする時間は減少する。定数回路３１は、タイマ３０から出力された時間を電圧レベル（電圧誤差）に変換するためのものである。減算器３２はＰＷＭ電圧指令Ｓ1から、定数器３１から出力された電圧誤差を補正することで、前回出力された電圧Ｓ4の誤差を補正するものである。
【００２１】
次に、本実施形態の動作を説明する。ＰＷＭ信号波Ｓ1とキャリア周波数Ｓ2が比較器２６で比較されてＰＷＭ波形Ｓ3が出力される。このＰＷＭ波形Ｓ2はデッドバンド付加回路を経て主回路のトランジスタＰＵとＰＮを駆動する。トランジスタＰＵとＰＮが共にオフのときの出力電圧Ｓ4（Ｃ点）は出力電流の方向がＤ２のとき（期間Ｔ1）デッドバンドの期間Ｔｄの分だけ増加し、出力電流の方向がＤ１のとき（期間Ｔ2）デッドバンドの期間Ｔｄだけ減少する。図３（１）はデッドバンドを付加する前の電圧指令（ＰＷＭ信号波Ｓ1）と実際の出力電圧Ｓ4を示している。図３（２）は出力電流を示している。この電圧指令Ｓ1と出力電圧Ｓ4の誤差が生じる期間をタイマ３０でカウントし、定数回路３１で電圧レベルに変換することで、図３（３）に示すような電圧誤差が得られる。電圧指令Ｓ1からこの誤差電圧を減算する（図３（４）の一点鎖線）ことで、出力電圧Ｓ4（図３（４）の実線）は補正前の電圧指令（図３（１）の実線）Ｓ1と同じになる。
【００２２】
なお、タイマ３０は信号Ｓ5が“１”のときダウンカウント、“０”のときアップカウントするようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ｄ−ｑの２軸の電圧指令より、直接、Ｕ，Ｖ，Ｗのスイッチングパターンを計算するＰＷＭの出力方式（Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令が演算上存在しないＰＷＭの出力方式）でも、デッドバンドによる電圧誤差を補償したＰＷＭ方式電圧形インバータを提供でき、デッドバンドによる出力電圧ドロップ、出力電圧歪みの問題を改善し、スムーズにモータを駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のＰＷＭ方式電圧形インバータの回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のＰＷＭ方式電圧形インバータの要部の回路図である。
【図３】図２の回路の各部の信号の波形図である。
【符号の説明】
１ 電動機
２ インバータ
３1，３2 電圧検出器
４1，４2 Ａ／Ｄ変換器
５ 電流変換回路
６ 位相計算回路
７ 出力電流実効値計算回路
８ 除算器
９ 積分器
１０ 減算器
１１U，１１V，１１W 出力電流瞬時値演算回路
１２U，１２V，１２W 電圧誤差演算回路
１３ デッドバンド補正量演算回路
１４ デッドバンド補正量変換回路
１５，１６ 加算器
１７ 電圧指令演算回路
１８ 位相演算回路
１９ ＰＷＭ波形発生回路
２１ 比較器
２２，２４ 遅延回路
２３ インバータ
２５，２６ ベースドライブ回路
２７ 絶縁回路
２８ ＥＸＯＲ
２９ 立上がり検出回路
３０ タイマ
３１ 定数器
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＷＭ方式の電圧形インバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＭ方式の電圧形インバータにおいては、上アームの素子（メイントランジスタ）と下アームの素子が同時にオンする短絡状態となるのを防止するために、一方の素子がオフ状態となってから、ある時間（デッドバンド）をおいてから他方の素子をオンすることが行なわれている。
【０００３】
しかしながら、このデッドバンドの期間中はインバータ出力電圧が電動機の電流方向で決まる不安定な状態にあり、電圧誤差を生じ、電動機電流の歪を引き起こす原因となっている。
【０００４】
このデッドバンドの期間による出力電流の歪を解消するために、特開平４−２１７８７４号は、出力電圧と出力電流の位相差を計算し、位相差よりＵ，Ｖ，Ｗ各相の出力電流の方向を計算し、出力電流の方向よりＵ，Ｖ，Ｗ各相の主回路のデッドバンドによる電圧誤差を計算し、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の電圧指令をＵ，Ｖ，Ｗ各相の電圧誤差で補正することにより、デッドバンドによる電圧誤差を補正するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平４−２１７８７４号公報に開示された方法では、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電圧指令と３角波を比較して、Ｕ，Ｖ，ＷのＰＷＭ波形を制御する方式では有効であったが、ｄ−ｑの２軸の電圧指令より、直接、Ｕ，Ｖ，ＷのＰＷＭのスイッチングパターンを計算するＰＷＭの出力方式（Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令が演算上存在しないＰＷＭの出力方式）では対応できないという問題があった。また、周囲温度、素子自体の実力によりトランジスタの動作時間がばらつくため、デッドバンドによる電圧誤差もばらつく問題があった。ここで、ｄ−ｑの２軸とは、回転磁界と同じ速度で回転する直交する回転座標である。
【０００６】
本発明の目的は、周囲温度や素子自体の実力によりトランジスタの動作時間がばらついても、ｄ−ｑの２軸の電圧指令より、直接、Ｕ，Ｖ，ＷのＰＷＭのスイッチングパターンを計算するＰＷＭの出力方式（Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令が演算上存在しないＰＷＭの出力方式）でも、デッドバンドによる電圧誤差を補正するＰＷＭ方式電圧形インバータのデッドバンドによる電圧誤差の補正方法およびＰＷＭ方式電圧形インバータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相別にデッドバンドを付加する前のＰＷＭ波形と、主回路のトランジスタのスイッチング状態の違う時間を１つのキャリア内でカウントし、その際、上下のトランジスタの接続点の電位が正の場合、負の場合、カウント値をそれぞれ増加、減少させ、またはカウント値をそれぞれ減少、増加させ、該カウント値からＵ，Ｖ，Ｗの各相のＰＷＭ電圧指令と出力電圧の電圧誤差を求め、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のＰＷＭ電圧指令から電圧誤差を補正する。
【００１０】
デッドバンドを付加する前のＰＷＭ信号と、実際のトランジスタのスイッチング状態の誤差を検出し、これで出力電圧の指令を減算することで、前回出力した電圧の誤差を補正することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の第１の実施形態のＰＷＭ方式電圧形インバータの回路図である。
【００１３】
電流検出器３1で検出された電動機１のＷ相の電流ＩWはＡ／Ｄ変換器４1でアナログ／デジタル変換され、α軸の電流ｉαとなる。電流検出器３2で検出された電動機１のＵ相の電流ＩUはＡ／Ｄ変換器４2でアナログ／デジタル変換され、２倍された後Ｗ相の電流ＩWと加算され、
【００１４】
【外１】
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】
【数４】
Δｑ＝Δαcosθ＋Δβsinθ
Δｄ＝−Δαsinθ＋Δβcosθ
により、ｄ軸のデッドバンド補正量Δｄ、ｑ軸のデッドバンド補正量Δｑに変換される。加算器１５，１６はそれぞれｑ軸，ｄ軸の電圧指令Ｖqref，Ｖdrefにそれぞれｑ軸，ｄ軸のデッドバンド補正量Δｑ，Δｄを加算することで、ｑ軸，ｄ軸の電圧指令Ｖqref，Ｖdrefが補正される。補正後のｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖdref，Ｖqrefからそれぞれ絶対値演算回路１７、位相演算回路１８により電圧指令Ｖref、位相θが算出され、デッドバンドを付加する回路を備えたＰＷＭ波形発生回路１９に入力され、インバータ３のＰＷＭ制御が行なわれる。
【００１９】
図２は本発明の第２の実施形態のＰＷＭ方式電圧形インバータの要部の回路図である。ここでは、Ｕ相の主回路についてのみ示されている。
【００２０】
インバータ２３と遅延回路２４，２５はＵ相のパワートランジスタＰＵ，ＮＵをドライブするベースドライブ回路２１，２２に比較器２６から出力されるＰＷＭ信号Ｓ3が“０”から“１”になるのを時間Ｔｄ（デッドバンド）だけ遅延するデッドバンド付加回路を構成している。絶縁回路２７はＵ相の主回路のＣ点の電圧（出力電圧）（約３００Ｖ）Ｓ4をディジタル回路で使用できる５Ｖまで抵抗による分圧で落す回路である。ＥＸＯＲ回路２８はデッドバンドを付加する前のＰＷＭ信号Ｓ3と、絶縁回路２７の出力信号Ｓ5のレベルが異なる場合、出力が“１”になる。立上り検出回路２９はキャリアの立上り、つまりキャリアの谷を検出する回路である。タイマ３０はＥＸＯＲ回路２８の出力が“１”のときの時間を、キャリアの谷から谷までの間カウントする回路である。信号Ｓ5が“１”のときにはＰＷＭ指令より“１”の状態が増加するため、タイマ３０でカウントする時間は増加し、信号Ｓ5が“０”のときにはＰＷＭ指令より“１”の状態が減るためタイマ３０でカウントする時間は減少する。定数回路３１は、タイマ３０から出力された時間を電圧レベル（電圧誤差）に変換するためのものである。減算器３２はＰＷＭ電圧指令Ｓ1から、定数器３１から出力された電圧誤差を補正することで、前回出力された電圧Ｓ4の誤差を補正するものである。
【００２１】
次に、本実施形態の動作を説明する。ＰＷＭ信号波Ｓ1とキャリア周波数Ｓ2が比較器２６で比較されてＰＷＭ波形Ｓ3が出力される。このＰＷＭ波形Ｓ2はデッドバンド付加回路を経て主回路のトランジスタＰＵとＰＮを駆動する。トランジスタＰＵとＰＮが共にオフのときの出力電圧Ｓ4（Ｃ点）は出力電流の方向がＤ２のとき（期間Ｔ1）デッドバンドの期間Ｔｄの分だけ増加し、出力電流の方向がＤ１のとき（期間Ｔ2）デッドバンドの期間Ｔｄだけ減少する。図３（１）はデッドバンドを付加する前の電圧指令（ＰＷＭ信号波Ｓ1）と実際の出力電圧Ｓ4を示している。図３（２）は出力電流を示している。この電圧指令Ｓ1と出力電圧Ｓ4の誤差が生じる期間をタイマ３０でカウントし、定数回路３１で電圧レベルに変換することで、図３（３）に示すような電圧誤差が得られる。電圧指令Ｓ1からこの誤差電圧を減算する（図３（４）の一点鎖線）ことで、出力電圧Ｓ4（図３（４）の実線）は補正前の電圧指令（図３（１）の実線）Ｓ1と同じになる。
【００２２】
なお、タイマ３０は信号Ｓ5が“１”のときダウンカウント、“０”のときアップカウントするようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ｄ−ｑの２軸の電圧指令より、直接、Ｕ，Ｖ，Ｗのスイッチングパターンを計算するＰＷＭの出力方式（Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令が演算上存在しないＰＷＭの出力方式）でも、デッドバンドによる電圧誤差を補償したＰＷＭ方式電圧形インバータを提供でき、デッドバンドによる出力電圧ドロップ、出力電圧歪みの問題を改善し、スムーズにモータを駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のＰＷＭ方式電圧形インバータの回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のＰＷＭ方式電圧形インバータの要部の回路図である。
【図３】図２の回路の各部の信号の波形図である。
【符号の説明】
１ 電動機
２ インバータ
３1，３2 電圧検出器
４1，４2 Ａ／Ｄ変換器
５ 電流変換回路
６ 位相計算回路
７ 出力電流実効値計算回路
８ 除算器
９ 積分器
１０ 減算器
１１U，１１V，１１W 出力電流瞬時値演算回路
１２U，１２V，１２W 電圧誤差演算回路
１３ デッドバンド補正量演算回路
１４ デッドバンド補正量変換回路
１５，１６ 加算器
１７ 電圧指令演算回路
１８ 位相演算回路
１９ ＰＷＭ波形発生回路
２１ 比較器
２２，２４ 遅延回路
２３ インバータ
２５，２６ ベースドライブ回路
２７ 絶縁回路
２８ ＥＸＯＲ
２９ 立上がり検出回路
３０ タイマ
３１ 定数器
Claims (2)
- 主回路のトランジスタの上下短絡を防止するためにＰＷＭ波形にデッドバンドが付加されるＰＷＭ方式電圧形インバータにおいて、
Ｕ，Ｖ，Ｗの各相別にデッドバンドを付加する前のＰＷＭ波形と、主回路のトランジスタのスイッチング状態の違う時間を１つのキャリア内でカウントし、その際、上下のトランジスタの接続点の電位が正の場合、負の場合、カウント値をそれぞれ増加、減少させ、またはカウント値をそれぞれ減少、増加させ、該カウント値からＵ，Ｖ，Ｗの各相のＰＷＭ電圧指令と出力電圧の電圧誤差を求め、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のＰＷＭ電圧指令から該電圧誤差を補正する、デッドバンドによる電圧誤差を補正する方法。 - 主回路のトランジスタの上下短絡を防止するためにＰＷＭ波形にデッドバンドを付加する回路を有するＰＷＭ方式電圧形インバータにおいて、
上下トランジスタの接続点の電圧をディジタル回路で使用できる電圧までに落す電圧変換回路と、
デッドバンドが付加される前のＰＷＭ波形と前記電圧変換回路の出力電圧を入力し、両信号のレベルを比較する比較回路と、
キャリア信号の立上りまたは立下りを検出する回路と、
前記両信号のレベルが異なる時間を、前記キャリア信号の立上りから次の立上り、または立下りから次の立下りまでの間、前記出力電圧が“１”、“０”の場合、それぞれアップカウント、ダウンカウントし、またはそれぞれダウンカウント、アップカウントするタイマと、
前記タイマから出力された時間を、ＰＷＭ電圧指令と主回路の出力電圧の電圧誤差に変換する変換回路と、
前記ＰＷＭ電圧指令から前記電圧誤差を補正する減算回路と、
を有することを特徴とするＰＷＭ方式電圧形インバータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000212895A JP4513937B2 (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | Ｐｗｍ方式電圧形インバータのデッドバンドによる電圧誤差の補正方法およびｐｗｍ方式電圧形インバータ |
| PCT/JP2001/005843 WO2002007299A1 (fr) | 2000-07-13 | 2001-07-05 | Procede et circuit de correction des erreurs de tension dues a la zone morte d'un inverseur du type a systeme mid |
Applications Claiming Priority (1)
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