JP6503636B2 - Motor controller - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関し、特に、車両に搭載される電動モータを駆動制御するのに使用される充電回路を備えたモータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device provided with a charging circuit used to drive and control an electric motor mounted on a vehicle.
従来、バッテリから電動モータなどへの電力供給を制御するために一般にリレーが使用されている。例えば、ハイブリッド車や電気自動車、あるいは電動4輪駆動車といった電動車両において、高電圧のバッテリから負荷回路であるインバータへの電力供給を制御するために、バッテリとインバータとの間に電源リレーを設ける。この電源リレーにより車両の制御状態に応じて、バッテリとインバータとの間の接続および開放が行なわれる。 Conventionally, a relay is generally used to control power supply from a battery to an electric motor or the like. For example, in an electric vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or an electric four-wheel drive vehicle, a power supply relay is provided between the battery and the inverter to control power supply from the high voltage battery to the inverter as a load circuit. . The power supply relay connects and disconnects the battery and the inverter according to the control state of the vehicle.
このような場合、直流電圧の電源ラインおよびアースライン間に接続された大容量の平滑用のコンデンサを充電するためにバッテリから瞬間的に大きな突入電流が流れ、電源リレーの接点が溶着することがある。この接点が溶着すると、電源リレーをオフに切り換えて電流を遮断できなくなるというおそれがあるため、電源リレーをオンに切り換える前に、平滑コンデンサをプリチャージするプリチャージ回路を備えた電力変換装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In such a case, a large inrush current may momentarily flow from the battery to charge a large capacity smoothing capacitor connected between the DC voltage power supply line and the ground line, and the contacts of the power supply relay may be welded. is there. If this contact is welded, there is a possibility that the power supply relay can not be turned off and the current can not be cut off. Therefore, the power conversion device provided with a precharge circuit for precharging the smoothing capacitor before switching the power supply relay on is proposed. (See, for example, Patent Document 1).
上記のような電力変換装置において、プリチャージ回路は、突入電流を制限するためのプリチャージ抵抗(例えば、セメント、ホーロー抵抗など)と、このプリチャージ抵抗に直列に接続されたプリチャージリレーとを備えている。プリチャージリレーをオンに切り換えてインバータの入力側に並列に接続されている平滑コンデンサをプリチャージする。平滑コンデンサがプリチャージされた後、プリチャージ回路と並列に接続された電源リレーをオンに切り換えてから、バッテリをインバータに接続する。そして、電源リレーをオンに切り換えた後、プリチャージリレーをオフに切り換える。 In the power converter as described above, the precharge circuit includes a precharge resistor (eg, cement, hollow resistor, etc.) for limiting inrush current, and a precharge relay connected in series to the precharge resistor. Have. The precharge relay is turned on to precharge the smoothing capacitor connected in parallel to the input side of the inverter. After the smoothing capacitor is precharged, the power supply relay connected in parallel with the precharge circuit is switched on, and then the battery is connected to the inverter. Then, after turning on the power supply relay, the precharge relay is turned off.
しかしながら、上記従来の構成では、プリチャージ抵抗は大きな耐電力を必要とし非常に大型であるため、設置スペースが増大し、充電回路を含む電力変換装置自体が大型化する。また、プリチャージ抵抗により充電電流が徐々に減少するため、充電時間が長くなることによってインバータの起動までの時間が長くなり、電動モータの駆動を早く開始できない可能性がある。 However, in the above-described conventional configuration, since the precharge resistor requires a large power resistance and is very large, the installation space is increased, and the power converter itself including the charging circuit is enlarged. In addition, since the charging current gradually decreases due to the pre-charge resistance, the time until the start of the inverter becomes long due to the long charging time, and there is a possibility that the driving of the electric motor can not be started early.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、突入電流を抑え、装置の小型化を図ることができる充電回路を備え、インバータを短時間で起動できるモータ制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a motor control device capable of starting up an inverter in a short time by including a charging circuit capable of suppressing inrush current and miniaturizing the device. To provide.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、モータ制御装置において、複数のスイッチング素子を含み電動モータに駆動電流を供給するモータ駆動回路と、前記電動モータを駆動する直流電源と電力が供給される前記モータ駆動回路との間の接続をオン・オフする半導体素子からなる電源スイッチと、前記電源スイッチと前記モータ駆動回路との間の電源ラインと接地ラインとの間に接続され、電流リップルを吸収する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに並列に接続され前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電スイッチのオン操作により放電抵抗を介して放電させる放電回路と、前記モータ駆動回路を制御する制御回路と、を備え、前記電源スイッチは、前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間の直流電力の供給路に挿入され、前記制御回路は、前記電源スイッチの前後両端間の電位差に基づいて、前記平滑コンデンサの充電電流が一定となるように前記電源スイッチをPWM制御し、前記電位差が予め設定した閾値以上であるとき、スイッチング周波数またはデューティを変更して前記電源スイッチを継続してスイッチング動作させることにより、前記供給路をオン・オフし前記平滑コンデンサを充電することを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 relates to a motor drive circuit including a plurality of switching elements for supplying a drive current to an electric motor, and a DC power supply for driving the electric motor. A power switch comprising a semiconductor element for turning on and off a connection with the motor drive circuit to which power is supplied; and a power supply line and a ground line between the power switch and the motor drive circuit. A discharge capacitor for absorbing current ripples; a discharge circuit connected in parallel to the discharge capacitor for discharging the electric charge stored in the discharge capacitor through the discharge resistor by the on operation of the discharge switch; and controlling the motor drive circuit Control circuit, and the power switch is connected to a DC power supply path between the DC power supply and the smoothing capacitor. Is input, the control circuit, based on a potential difference between the front and rear ends of the power switch, with the said power switch so that the charging current of the smoothing capacitor becomes constant PWM control, the threshold above which the potential difference is set in advance At a certain time, the power supply switch is continuously switched by changing the switching frequency or the duty, thereby turning on / off the supply path and charging the smoothing capacitor.
上記構成によれば、直流電源と平滑コンデンサとの間に半導体スイッチング素子からなる電源スイッチを設けてオン・オフ動作させる。このため、電源スイッチを制御して平滑コンデンサを充電することにより平滑コンデンサをプリチャージするときに発生する突入電流を抑えることができる。これにより、従来のプリチャージ抵抗とプリチャージリレーからなるプリチャージ回路が不要となり、設置スペースが削減できるとともに、モータ制御装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。また、電源スイッチを使用することにより部品点数の削減およびモータ制御装置の信頼性向上が可能になる。 According to the above configuration, the power switch comprising the semiconductor switching element is provided between the DC power supply and the smoothing capacitor to perform the on / off operation. Therefore, it is possible to suppress the inrush current generated when the smoothing capacitor is precharged by controlling the power switch to charge the smoothing capacitor. As a result, the precharge circuit consisting of the conventional precharge resistor and the precharge relay becomes unnecessary, the installation space can be reduced, and downsizing and cost reduction of the motor control device can be achieved. In addition, the use of the power switch makes it possible to reduce the number of parts and to improve the reliability of the motor control device.
さらに、電源スイッチは、充電電流が一定になるようにPWM制御されて、平滑コンデンサがプリチャージされる。電源スイッチの前後両端間の電位差が閾値より大きいとき、スイッチング周波数またはデューティを逐次変更して繰り返しスイッチング動作させる。これにより、プリチャージ時間を短縮することができ、モータ制御装置の起動時における初期化を早期に終了させインバータによるモータ駆動を早く開始することが可能になる。
Furthermore , the power switch is PWM-controlled so that the charging current becomes constant, and the smoothing capacitor is precharged. When the potential difference between the front and rear ends of the power supply switch is larger than the threshold, the switching frequency or duty is sequentially changed to perform the switching operation repeatedly. As a result, the pre-charge time can be shortened, and initialization at the time of startup of the motor control device can be ended early, and motor drive by the inverter can be started early.
またさらに、前記制御回路は、前記電源スイッチの前後両端間の前記電位差が小さくなるにしたがって、前記スイッチング周波数を所定の値より低くなるように設定してデューティ制御を行なうことを要旨とする。上記構成によれば、平滑コンデンサの充電電圧が高くなったとき、電源スイッチのスイッチング周波数を低く設定してデューティ制御することにより所定の値で一定の充電電流でプリチャージが行なわれるため、突入電流を抑えることができる。
Still further , the control circuit performs duty control by setting the switching frequency to be lower than a predetermined value as the potential difference between the front and rear ends of the power switch becomes smaller. According to the above configuration, when the charging voltage of the smoothing capacitor becomes high, the switching frequency of the power switch is set low and the duty control is performed to perform precharging with a constant charging current at a predetermined value. Can be reduced.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のモータ制御装置において、前記制御回路は、前記電源スイッチの前後両端間に前記電位差がなくなったとき、前記平滑コンデンサの充電完了と判断し、前記電源スイッチを常時オン状態に切り換えることを要旨とする。上記構成によれば、電源スイッチの前後両端間に電位差がなくなったとき、電源スイッチは常時オンに切り換わるため、突入電流が生じることなく的確なタイミングでプリチャージを終了させることができる。
The invention according to
本発明によれば、突入電流を抑え、装置の小型化を図ることができる充電回路を備え、インバータを短時間で起動できるモータ制御装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a motor control device capable of starting an inverter in a short time, provided with a charging circuit capable of suppressing rush current and achieving downsizing of the device.
以下、本発明の実施形態に係る車両に搭載されるモータ制御装置について、図に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置1を搭載する車両の駆動系の概略構成を示す図である。
図1に示すように、車両(本実施形態では、電動4輪駆動車)は、直流電源(以下、高圧バッテリという)11と、車両コントロールユニット18と、後輪駆動ユニット20と、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であり後輪19の駆動に用いる電動モータ12を制御するモータ制御装置(ECU)1とを備えている。
Hereinafter, a motor control device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a drive system of a vehicle equipped with a motor control device 1 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a vehicle (in the present embodiment, an electric four-wheel drive vehicle) comprises a DC power supply (hereinafter referred to as a high voltage battery) 11, a
後輪駆動ユニット20は、電動モータ12、減速機(ディファレンシャルギヤ)16、およびクラッチ17により構成されている。クラッチ17は、減速機16の最終段に設置されている。駆動源用の電動モータ12として、例えば3相のブラシレスモータが使用されている。電動モータ12は、ロータコアに永久磁石を埋め込み固着させた埋込磁石型のロータを備えるIPMモータや、ロータコアの表面に永久磁石を固着させた表面磁石型のロータを備えるSPMモータなどの永久磁石式同期モータが使用される。
The rear
高圧バッテリ11は、例えば充放電可能なニッケル水素やリチウムイオンなどの2次電池からなる高電圧(例えば、250Vなど)の直流電源が使用されている。高圧バッテリ11は、例えば車両のリアシートの後方に配設されている。高圧バッテリ11から受ける直流電圧は、インバータ(モータ駆動回路)8の仕様に応じて、電源回路2でさらに高電圧(例えば、600Vなど)に昇圧され(あるいは、非昇圧のままで)、インバータ8に供給される。
The
モータ制御装置1は、さらに高電圧の直流電圧が必要な場合には、高圧バッテリ11の直流電圧を昇圧コンバータ(図示せず)により昇圧し、内部の平滑コンデンサ7(後述、図2参照)により安定化させる電源回路2と、インバータ8とを含んでいる。モータ制御装置1は、例えば車両のリアシート下に搭載されている。また、モータ制御装置1は、電動モータ12の回生制動時、電動モータ12が発電した電力を高圧バッテリ11に供給し充電することができる。
When a high voltage DC voltage is required, the motor control device 1 boosts the DC voltage of the
さらに、モータ制御装置1は、例えばマイクロコンピュータ(以下、CPUという)で構成される制御回路10を備えている。この制御回路10は、後輪駆動ユニット20他を制御する。制御回路10は、低電圧(例えば,12Vなど)の補助電源(以下、低圧バッテリという)13に接続され、車両の駆動を制御する車両コントロールユニット18から通信線(ハーネス)を介して、車内ネットワーク(例えば、CAN)により指令を受ける。この指令に応じて制御回路10は、クラッチ17を接続状態にして、電動モータ12が駆動されて発生した駆動力が後輪19に伝達される。
Further, the motor control device 1 includes a
次に、図2は、図1のモータ制御装置1の回路構成を示す図である。
図2において、電動モータ12は、3相の巻線(U相、V相、およびW相巻線、図示せず)を有する3相のブラシレスモータである。また、高圧バッテリ11は、インバータ8に接続され、電動モータ12を駆動する高電圧の直流電源である。
Next, FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the motor control device 1 of FIG.
In FIG. 2, the
図2に示すように、電源回路2は、充電回路を構成する電源スイッチ3、平滑コンデンサ7および放電回路6で構成される。電源スイッチ3は、高圧バッテリ11と平滑コンデンサ7との間の直流電力供給路に直列に挿入されインバータ8への電力供給を制御する。放電回路6は、インバータ8の停止時に電力を消費させるために電源スイッチ3がオフ状態となった後、平滑コンデンサ7に蓄積された電荷を放電させる。平滑コンデンサ7に並列にインバータ8が接続され、このインバータ8を介して電動モータ12が接続される。
As shown in FIG. 2, the
電源スイッチ3は、半導体で構成されたスイッチング素子(例えば、SiC、GaNなどのパワー半導体素子)であり、平滑コンデンサ7およびインバータ8を高圧バッテリ11に接続するか否かを電気的に切り換える。この電源スイッチ3には、高速スイッチング動作、低電力損失のパワー素子が使用され、スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで双方向スイッチを構成する。電源スイッチ3は、制御回路10により制御され、制御回路10から出力されたPWM信号が電源スイッチ3のゲート端子に供給される。
The
電源スイッチ3は、モータ制御装置1が起動された直後に平滑コンデンサ7に大きな突入電流が流れることを防止するとともに、充電電流Icを制限しながら平滑コンデンサ7をプリチャージする。電源スイッチ3は、モータ制御装置1の起動時にはオン・オフ状態(スイッチング動作)、インバータ動作時にはオン状態(導通状態)、停止時にはオフ状態(非導通状態)となる。
The
また、電源スイッチ3は、充電電圧Vdに応じて制御回路10によってスイッチング周波数およびデューティ(オン時間)を逐次変更してPWM制御(スイッチング動作)され、平滑コンデンサ7をプリチャージする。平滑コンデンサ7がプリチャージされた後、制御回路10は、電源スイッチ3を常時オンに切り換えて、高圧バッテリ11をインバータ8に直接接続する。ここで、電源スイッチ3は、例えば減速運転を行なうときには、電動モータ12からの回生電力をインバータ8および電源スイッチ3のダイオードを経由して高圧バッテリ11側に回生することが可能になる。
Further, the
平滑コンデンサ7は、電源スイッチ3およびインバータ8間の電源ライン14と接地ライン(以下、アースラインという)15との間に設けられている。平滑コンデンサ7は、電源スイッチ3を常時オンに切り換えた状態で、高圧バッテリ11と双方からインバータ8に電力を供給する。特に、平滑コンデンサ7からは、インバータ8に瞬間的に大電力を供給する。具体的には、平滑コンデンサ7は、電荷を蓄積し、高圧バッテリ11からインバータ8に流れる電流が不足するときには、蓄積した電荷を放電する。このように、平滑コンデンサ7は、電流リップルを吸収し電動モータ12を駆動するための電源電圧を平滑するコンデンサとして機能している。また、本実施形態の電源回路2では、電源スイッチ3がオフ状態となった後、平滑コンデンサ7に蓄積された電荷は、放電回路6を通って放電される。
The smoothing
放電回路6は、放電抵抗4と半導体スイッチング素子(例えば、IGBT,MOSFETなど)である放電スイッチ5とを直列に接続して形成され、平滑コンデンサ7に並列に電源ライン14とアースライン15との間に設けられている。電源スイッチ3が遮断され、電動モータ12の駆動が停止された場合、平滑コンデンサ7に蓄積された電荷は、放電スイッチ5をオン操作することにより放電抵抗4を通って放電され、平滑コンデンサ7の充電電圧Vdが急速に低下する。
The discharge circuit 6 is formed by connecting a discharge resistor 4 and a
インバータ8は、6個のスイッチング素子(パワートランジスタ、例えば、IGBT,MOSFETなど)9a〜9fを含んでいる。これら6個のスイッチング素子9a〜9fを2個ずつ直列に接続して上下アーム(例えば、9a,9d)が形成された3つの回路は、電源ライン14とアースライン15との間に並列に設けられている。上下アームのスイッチング素子9a〜9fのそれぞれの接続点は、3相の巻線の一端に直接接続されている。そして、電動モータ12の3相の巻線の他端は、図示しない共通の接続点(中性点)に接続されている。
The inverter 8 includes six switching elements (power transistors such as IGBTs and MOSFETs) 9a to 9f. Three circuits in which upper and lower arms (for example, 9a and 9d) are formed by connecting two each of these six
制御回路10は、インバータ8に含まれるスイッチング素子9a〜9fを制御する。より具体的には、制御回路10は、入力されたデータ(モータ回転角度など)に基づき、電動モータ12に供給すべき3相の駆動電流(U相、V相、およびW相電流)の目標値(目標電流)を決定する。そして、制御回路10は、図示しない電流センサ等により検出した各相電流値を目標電流に一致させるためのPWM信号を出力する。制御回路10から出力された各相のPWM信号は、インバータ8に含まれるスイッチング素子9a〜9fのゲート端子にそれぞれ供給される。なお、制御回路10の電源となる制御電圧(例えば、12V)は、低圧バッテリ13より供給される。低圧バッテリ13は、補助バッテリを搭載してもよいし、あるいは、高圧バッテリ11からDC/DCコンバータなどを介して給電されていてもよい。
次に、本実施形態における電源回路2の充電動作について説明する。
図3は、制御回路10で実行される平滑コンデンサ7のプリチャージ時の処理手順を示すフローチャート、図4は、平滑コンデンサ7のプリチャージ時の充電電流−時間特性を示す図である。
Next, the charging operation of the
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure at the time of precharging of the smoothing
平滑コンデンサ7の充放電動作は、車両制御が停止中のとき、すなわち、電動モータ12を駆動するモータ制御装置1の起動および停止時に制御回路10によって行われる。本実施形態において、制御回路10内のCPU(図示せず)がROMに記憶されたプログラムを読み出し、図3のフローチャートに示すステップS301〜S308の各処理を実行する。以下に示すフローチャートにおける処理は、所定の時間間隔毎に実行される。
The charge and discharge operation of the smoothing
なお、電源スイッチ3を常時オンに切り換える前には平滑コンデンサ7の充電電圧Vdが高圧バッテリ11のバッテリ電圧Vaにプリチャージされる。電源スイッチ3が正常時には、平滑コンデンサ7の充電電圧Vdがバッテリ電圧Vaまで充電された後、電源スイッチ3が常時オンに切り換えられる。
The charging voltage Vd of the smoothing
図3に示すように、モータ制御装置1内の制御回路10のCPUは、まず、放電スイッチ5および電源スイッチ3をオフ状態にする(ステップS301)。次に、電源スイッチ3のスイッチング周波数を所定の値(例えば、数KHz〜数MHz程度)に設定する(ステップS302)。電源スイッチ3は、電源回路2内のバスバーや配線のインダクタンスと抵抗とによる時定数よりも短いPWM周期でスイッチング動作を制御される。
As shown in FIG. 3, the CPU of the
続いて、平滑コンデンサ7の充電状態を判定する第1の閾値および第2の閾値(電圧値)を設定する(ステップS303)。第1の閾値は、第2の閾値より大きく、第2の閾値は、0V近傍の値が設定される。
Subsequently, a first threshold and a second threshold (voltage value) for determining the charge state of the smoothing
次に、CPUは、電源スイッチ3の前後両端間の電位差(Va−Vd)に基づいて、デューティ比(=デューティ/PWM周期)を演算し設定する(ステップS304)。デューティ比は、充電電流Icが所定の値で一定になるように電源スイッチ3の許容電流を超えない値に設定され、電位差(Va−Vd)が小さくなるにしたがって、前回値より大きく設定される。
Next, the CPU calculates and sets a duty ratio (= duty / PWM cycle) based on the potential difference (Va−Vd) between the front and rear ends of the power switch 3 (step S304). The duty ratio is set to a value not exceeding the allowable current of
続いて、電源スイッチ3は、設定されたスイッチング周波数およびデューティ比の値に基づきスイッチング動作(PWM制御)が行なわれ(ステップS305)、平滑コンデンサ7がプリチャージされる。
Subsequently, the
次に、CPUは、所定時間経過後に平滑コンデンサ7の充電電圧Vdがバッテリ電圧Vaまで上昇したか否かを判定する。電源スイッチ3の前後両端間の電位差(Va−Vd)が第1の閾値より小さいか否か判定する(ステップS306)。電位差が第1の閾値以上の場合、ステップS303に移行し(ステップS306:NO)、再度デューティ比を設定する。電位差が第1の閾値より小さい(ステップS306:YES)場合、電源スイッチ3の前後両端間の電位差(Va−Vd)が第2の閾値より小さいか否か判定する(ステップS307)。
Next, the CPU determines whether the charging voltage Vd of the smoothing
電位差が第2の閾値以上(ステップS307:NO)である場合、ステップS302に移行し、スイッチング周波数を前回値(所定の値)より低い値に設定する。すなわち、電位差が小さくなるにしたがって、スイッチング周波数が低くなるように設定され充電電圧Vdがバッテリ電圧Vaになるまでプリチャージを継続する。電位差が第2の閾値より小さくなった(ステップS307:YES)場合、プリチャージが終了したと判断し、電源スイッチ3を常時オン状態に切り換える(ステップS308)。
プリチャージを停止した後、インバータ8へバッテリ電圧Vaが供給され、フローを抜ける。その後、CPUは、インバータ8の駆動処理を実行する。
If the potential difference is greater than or equal to the second threshold (step S307: NO), the process proceeds to step S302, and the switching frequency is set to a value lower than the previous value (predetermined value). That is, as the potential difference decreases, the switching frequency is set to decrease, and the precharge is continued until the charge voltage Vd reaches the battery voltage Va. If the potential difference is smaller than the second threshold (step S307: YES), it is determined that the precharging is completed, and the
After stopping the precharging, the battery voltage Va is supplied to the inverter 8 and the flow is exited. Thereafter, the CPU executes drive processing of the inverter 8.
図4において、縦軸に充電電流、横軸に時間を示す。図4に示すように、平滑コンデンサ7のプリチャージ中は充電電流Icが一定の値に保たれ、電源スイッチ3の前後両端間の電位差(Va−Vd)が0V近傍の所定の値以下になったときに急速に電流が減少してプリチャージを終了する(充電完了)。例えば図中破線で示すように、従来のプリチャージ抵抗が挿入された場合には、充電電流Icは緩やかに減少し、プリチャージ後、電源スイッチ3がオンに切り換えられるので、充電時間が長くなる。
In FIG. 4, the vertical axis represents the charging current, and the horizontal axis represents time. As shown in FIG. 4, while the smoothing
上記のように、電源スイッチ3の前後両端間の電位差(Va−Vd)を判定して充電電流Icが一定の値になるようにスイッチング周波数およびデューティ比を制御する。例えば、平滑コンデンサ7の充電率が低い(電位差が大)場合は、高いスイッチング周波数でデューティ制御しプリチャージする。そして、平滑コンデンサ7の充電率が高くなった(電位差が小)場合には、低いスイッチング周波数でデューティ制御する。その後、電位差が0Vに近づいた(Vd≒Va)時点(デューティ比がほぼ100%)で電源スイッチ3が常時オンに切り換わりプリチャージを終了する。
As described above, the potential difference (Va-Vd) between the front and rear ends of the
次に、上記のように構成された本実施形態に係るモータ制御装置1の作用および効果について説明する。 Next, the operation and effects of the motor control device 1 according to the present embodiment configured as described above will be described.
上記構成によれば、高圧バッテリ11と平滑コンデンサ7との間に半導体スイッチング素子からなる電源スイッチ3を設けて開閉動作させる。電源スイッチ3は、充電電流Icが所定の値で一定になるようにPWM制御されて、平滑コンデンサ7がプリチャージされる。このとき、電源スイッチ3の前後両端間の電位差(Va−Vd)が第1の閾値または第2の閾値より大きいとき、電源スイッチ3のスイッチング周波数またはデューティ比を逐次変更して繰り返しスイッチング動作させる。この電源スイッチ3を制御して平滑コンデンサ7を充電することにより、平滑コンデンサ7をプリチャージするときに発生する突入電流を抑えることができる。
According to the above configuration, the
また、平滑コンデンサ7の充電電圧Vdが高くなったとき、電源スイッチ3のスイッチング周波数を低く設定してデューティ制御することによりプリチャージする。このとき、所定の値で一定の充電電流Icで平滑コンデンサ7が充電されるので、突入電流が抑えられる。さらに、電源スイッチ3の前後両端間に電位差(Va−Vd)がなくなったときに電源スイッチ3が常時オンに切り換わるため、突入電流が生じることなく的確なタイミングでプリチャージを終了させることができる。
In addition, when the charging voltage Vd of the smoothing
これにより、従来のプリチャージ抵抗およびプリチャージリレーからなるプリチャージ回路が不要となり、設置スペースが削減できるとともに、モータ制御装置1の小型化およびコスト低減を図ることができる。また、電源スイッチ3を使用することにより部品点数の削減およびモータ制御装置1の信頼性向上が可能になる。さらに、プリチャージ時間を短縮することができるので、モータ制御装置1の起動時における初期化を早期に終了させ、インバータ8によるモータ駆動を早く開始することが可能になる。
As a result, the precharge circuit consisting of the conventional precharge resistor and precharge relay becomes unnecessary, the installation space can be reduced, and downsizing and cost reduction of the motor control device 1 can be achieved. Further, the use of the
以上のように、本発明の実施形態によれば、突入電流を抑え、装置の小型化を図ることができる充電回路を備え、インバータを短時間で起動できるモータ制御装置を提供できる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a motor control device capable of starting an inverter in a short time by including a charging circuit capable of suppressing rush current and achieving downsizing of the device.
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。 As mentioned above, although embodiment concerning this invention was described, it is also possible to implement this invention by another form.
上記実施形態では、電源スイッチ3にパワー半導体からなるスイッチング素子を用いてPWM制御するようにしたが、これに限定されるものでなく、双方向に遮断可能な半導体スイッチ(例えば、MOSFETの複数使用など)を用いてオン・オフ動作させてもよい。また、インバータ8を構成するスイッチング素子9a〜9fと同じものを適用してもよい。さらに、放電スイッチ5に機械式リレーを用いてもよい。
In the above embodiment, PWM control is performed using a switching element made of a power semiconductor for the
上記実施形態では、デューティ比の設定およびスイッチング動作の判定条件として、ステップS306において電源スイッチ3の前後両端間の電位差(Va−Vd)と第1の閾値とを比較したが、これに限定されるものでなく、他の条件を適用してもよい。例えば、デューティ比の値が第3の閾値より大きいか否か判定し(ステップS306)、デューティ比の値が第3の閾値以下(ステップS306:NO)の場合、再度デューティ比を設定する(ステップS303)。デューティ比が第3の閾値より大きい(ステップS306:YES)場合、電源スイッチ3の前後両端間の電位差(Va−Vd)が第2の閾値より小さいか否か判定する(ステップS307)。
In the above embodiment, the potential difference (Va−Vd) between the front and rear ends of the
上記実施形態において、電源スイッチ3を正常であるとして、平滑コンデンサ7へのプリチャージ動作の処理手順を説明したが、これに限定されるものでなく、充電処理内で電源スイッチ3のオープン異常またはショート異常を検出する処理を実行してもよい。
In the above embodiment, the processing procedure of the precharging operation to the smoothing
上記実施形態では、本発明を車両の後輪駆動ユニット20駆動用のインバータ8に適用した例を説明したが、これに限定されるものでなく、従来の電源リレーおよびプリチャージ回路を有する、例えば、高電圧、大電流の電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などのインバータ、あるいは、他の車載用電力変換装置に適用してもよい。また、ハイブリッド車や電気自動車の走行用モータを駆動するインバータに適用してもよい。
Although the example which applied this invention to the inverter 8 for the rear
1:モータ制御装置(ECU)、2:電源回路、3:電源スイッチ、4:放電抵抗、
5:放電スイッチ、6:放電回路、7:平滑コンデンサ、
8:インバータ(モータ駆動回路)、9a〜9f:スイッチング素子、
10:制御回路、11:高圧バッテリ(直流電源)、12:電動モータ、
13:低圧バッテリ、14:電源ライン、15:アースライン(接地ライン)、
16:減速機、17:クラッチ、18:車両コントロールユニット、19:後輪、
20:後輪駆動ユニット、
Vd:平滑コンデンサ充電電圧、Va:バッテリ電圧、Ic:充電電流
1: Motor control unit (ECU), 2: Power supply circuit, 3: Power supply switch, 4: Discharge resistance,
5: discharge switch, 6: discharge circuit, 7: smoothing capacitor,
8: inverter (motor drive circuit) 9a to 9f: switching element
10: Control circuit, 11: High voltage battery (DC power supply), 12: Electric motor,
13: low voltage battery 14: power supply line 15: earth line (ground line)
16: reducer, 17: clutch, 18: vehicle control unit, 19: rear wheel,
20: Rear wheel drive unit,
Vd: smoothing capacitor charging voltage, Va: battery voltage, Ic: charging current
Claims (2)
前記電動モータを駆動する直流電源と電力が供給される前記モータ駆動回路との間の接続をオン・オフする半導体素子からなる電源スイッチと、
前記電源スイッチと前記モータ駆動回路との間の電源ラインと接地ラインとの間に接続され、電流リップルを吸収する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続され前記平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電スイッチのオン操作により放電抵抗を介して放電させる放電回路と、
前記モータ駆動回路を制御する制御回路と、を備え、
前記電源スイッチは、前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間の直流電力の供給路に挿入され、
前記制御回路は、前記電源スイッチの前後両端間の電位差に基づいて、前記平滑コンデンサの充電電流が一定となるように前記電源スイッチをPWM制御し、前記電位差が予め設定した閾値以上であるとき、スイッチング周波数またはデューティを変更して前記電源スイッチを継続してスイッチング動作させることにより、前記供給路をオン・オフし前記平滑コンデンサを充電し、前記電源スイッチの前後両端間の前記電位差が小さくなるにしたがって、前記スイッチング周波数を所定の値より低くなるように設定してデューティ制御を行なうことを特徴とするモータ制御装置。 A motor drive circuit including a plurality of switching elements for supplying a drive current to the electric motor;
A power switch comprising a semiconductor element for turning on and off a connection between a DC power source for driving the electric motor and the motor drive circuit to which power is supplied;
A smoothing capacitor connected between a power supply line between the power supply switch and the motor drive circuit and a ground line to absorb current ripple;
A discharge circuit connected in parallel to the smoothing capacitor and discharging the charge accumulated in the smoothing capacitor through a discharge resistor by an on operation of the discharge switch;
A control circuit for controlling the motor drive circuit;
The power switch is inserted into a DC power supply path between the DC power supply and the smoothing capacitor.
The control circuit performs PWM control of the power supply switch so that the charging current of the smoothing capacitor is constant based on the potential difference between the front and rear ends of the power supply switch, and the potential difference is equal to or greater than a preset threshold. By continuously switching the power supply switch by changing the switching frequency or duty, the supply path is turned on / off to charge the smoothing capacitor, and the potential difference between the front and back ends of the power switch is reduced. Therefore, the motor control device performs duty control by setting the switching frequency to be lower than a predetermined value .
前記制御回路は、前記電源スイッチの前後両端間に前記電位差がなくなったとき、前記平滑コンデンサの充電完了と判断し、前記電源スイッチを常時オン状態に切り換えることを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to claim 1,
The motor control device, wherein the control circuit determines that charging of the smoothing capacitor is completed when the potential difference disappears between the front and rear ends of the power switch, and the power switch is always switched to the on state .
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