JP6673192B2 - 電力変換回路の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換回路の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、下記特許文献１に見られるように、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を備え、上記直列接続体に直流電源が並列接続される電力変換回路に適用されるものが知られている。上アームスイッチ及び下アームスイッチの双方が同時にオンされることを防止するデッドタイムの期間中においては、上アームスイッチに逆並列接続された上アームダイオード、又は下アームスイッチに逆並列接続された下アームダイオードに順方向電流が流れる。上記制御装置は、順方向電流がダイオードに流れることを利用して、デッドタイム補償に必要となる実際のデッドタイムの長さを、ダイオードの電圧降下に基づいて検出している。

特許第５３２６９１３号公報

ここで、電力変換回路の出力電圧をその指令電圧に近づける上では、デッドタイムを短縮することが要求される。ただし、例えば上記特許文献１に記載の制御装置のように、デッドタイム補償を行う構成では、デッドタイムを必ずしも短縮することはできない。

本発明は、デッドタイムを短縮することのできる電力変換回路の制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上アームダイオードが逆並列に接続された上アームスイッチと、下アームダイオードが逆並列に接続されて、かつ、前記上アームスイッチに直列接続された下アームスイッチと、を備え、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの直列接続体に直流電源が並列接続される電力変換回路に適用され、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの双方が同時にオンされることを防止するデッドタイムを設定しつつ、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを交互にオンするように、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのオン駆動信号を出力する信号出力部を備える。本発明では、前記直流電源の正極側の電圧よりも低くてかつ前記直流電源の負極側の電圧よりも高い電圧が所定電圧として設定されており、前記信号出力部は、前記デッドタイムの期間中において、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとを接続する電気経路の電圧である判定電圧が変化して前記所定電圧に到達したと判定した場合に前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのうち次回オンするスイッチの前記オン駆動信号を出力する信号切替処理を行う。

本発明は、デッドタイムを設定しつつ、上アームスイッチ及び下アームスイッチを交互にオンするように、上アームスイッチ及び下アームスイッチのオン駆動信号を出力する信号出力部を備えている。ここで、デッドタイムの期間中において、上アームスイッチ及び下アームスイッチを接続する電気経路に電流が流れないことがある。この場合、ダイオードが導通状態及び逆バイアス状態とされていない。そして、デッドタイムの期間中において、上アームスイッチと下アームスイッチとを接続する電気経路の電圧は、直流電源の正極側の電圧から直流電源の負極側の電圧に向かって徐々に低下、又は直流電源の負極側の電圧から直流電源の正極側の電圧に向かって徐々に上昇する現象が生じる。したがって、この現象の発生を検出することにより、デッドタイムが実際に開始されたことを検出することができる。

この点に鑑み、本発明では、直流電源の正極側の電圧よりも低くてかつ直流電源の負極側の電圧よりも高い電圧が所定電圧として設定されている。信号出力部は、デッドタイムの期間中において、上アームスイッチと下アームスイッチとを接続する電気経路の電圧である判定電圧が変化して所定電圧に到達したと判定した場合、デッドタイムが実際に開始されたと判定し、上アームスイッチ及び下アームスイッチのうち次回オンするスイッチのオン駆動信号を出力する。

以上説明した本発明は、例えば上記特許文献１に記載されたデッドタイム補償が行われる構成とは異なるものであり、デッドタイムが実際に開始された時点を迅速に把握することができる。これにより、上アームスイッチ及び下アームスイッチのうち次回オンすべきスイッチのオン駆動信号の出力タイミングを迅速に把握でき、デッドタイムを短縮することができる。

第１実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 比較例に係る相電流が０よりも大きい場合の判定電圧等の推移を示すタイムチャート。 比較例に係る電流の流通態様を示す図。 比較例に係る相電流が０に変化する場合の判定電圧等の推移を示すタイムチャート。 比較例に係る電流の流通態様を示す図。 比較例に係る相電流が０の場合の判定電圧等の推移を示すタイムチャート。 比較例に係る相電流が０よりも小さい場合の判定電圧等の推移を示すタイムチャート。 比較例に係る電流の流通態様を示す図。 比較例に係る相電流が０に変化する場合の判定電圧等の推移を示すタイムチャート。 比較例に係る電流の流通態様を示す図。 信号切替処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態に係る信号切替処理の一例を示すタイムチャート。 信号切替処理の一例を示すタイムチャート。 信号切替処理の一例を示すタイムチャート。 信号切替処理の一例を示すタイムチャート。 信号切替処理の一例を示すタイムチャート。 第２実施形態に係る信号切替処理の一例を示すタイムチャート。 比較例に係る信号切替処理の一例を示すタイムチャート。 第３実施形態に係る信号切替処理の一例を示すタイムチャート。 第４実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態において制御装置は、３相モータに接続された３相インバータに適用される。

図１に示すように、モータ制御システムは、モータ１０、インバータ２０及び制御装置３０を備えている。本実施形態では、モータ１０として、ブラシレスの同期機を用いている。同期機としては、例えば永久磁石同期機を用いることができる。なお本実施形態において、モータ１０は車載補機を駆動するために用いられている。車載補機としては、例えば、ラジエータファンや、エアコンのブロワ、ウォーターポンプが挙げられる。

モータ１０は、インバータ２０を介して直流電源としてのバッテリ４０に接続されている。インバータ２０の入力側には、インバータ２０の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ２１が設けられている。

インバータ２０は、上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨと下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬとの直列接続体を備えている。Ｕ相上，下アームスイッチＳＵＨ，ＳＵＬの接続点には、モータ１０のＵ相巻線の第１端が接続されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳＶＨ，ＳＶＬの接続点には、モータ１０のＶ相巻線の第１端が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの接続点には、モータ１０のＷ相巻線の第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線の第２端は、中性点にて接続されている。本実施形態において、誘導性負荷であるＵ，Ｖ，Ｗ相巻線は、電気角で互いに１２０°ずれている。

本実施形態では、各スイッチＳＵＨ，ＳＵＬ，ＳＶＨ，ＳＶＬ，ＳＷＨ，ＳＷＬとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはユニポーラ素子であってかつＳｉＣ又はＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体であるＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。各スイッチＳＵＨ，ＳＵＬ，ＳＶＨ，ＳＶＬ，ＳＷＨ，ＳＷＬは、寄生ダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬを有している。なお、各スイッチＳＵＨ，ＳＵＬ，ＳＶＨ，ＳＶＬ，ＳＷＨ，ＳＷＬとしては、ワイドバンドギャップの半導体スイッチに限らず、例えばＳｉの半導体スイッチであってもよい。

モータ制御システムは、モータ１０に流れる各相電流のうち、少なくとも２相分の電流を検出する相電流検出部５０を備えている。相電流検出部５０の検出値は、制御装置３０に入力される。

制御装置３０は、マイコンを主体として構成され、モータ１０の制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、インバータ２０を操作する。本実施形態において、制御量は回転速度であり、その指令値は指令回転速度である。なお本実施形態において、制御装置３０は、ホール素子やレゾルバ等の回転角検出部により検出されるモータ１０の回転角情報を用いることなく、モータ１０の回転速度を制御する位置センサレス制御を行う。

制御装置３０には、各上アームスイッチＳＵＨ〜ＳＷＨのドレイン側の電位、各下アームスイッチＳＵＬ〜ＳＷＬのソース側の電位、並びにＵ，Ｖ、Ｗ相それぞれの上アームスイッチ及び下アームスイッチの接続点の電位が入力される。制御装置３０は、入力された電位に基づいて、平滑コンデンサ２１の端子間電圧をインバータ２０の電源電圧ＶＤＣとして検出したり、Ｕ，Ｖ、Ｗ相それぞれにおいて下アームスイッチのソース側に対する上アームスイッチ及び下アームスイッチの接続点の電位差を検出したりする。なお本実施形態において、制御装置３０が「信号出力部」を含む。

制御装置３０は、スイッチング制御部３１を備えている。スイッチング制御部３１は、インバータ２０を構成する各スイッチＳＵＨ，ＳＵＬ，ＳＶＨ，ＳＶＬ，ＳＷＨ，ＳＷＬをオンオフすべく、各駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬ，ＧＶＨ，ＧＶＬ，ＧＷＨ，ＧＷＬを生成し、生成した各駆動信号を各スイッチに対応する各ドライバＤｒに出力する。

ドライバＤｒは、自身に対応するスイッチのソース側に接続され、ソース側から電力を供給される。ドライバＤｒは、スイッチング制御部３１から出力された駆動信号がオン駆動信号である場合にスイッチをオンし、スイッチング制御部３１から出力された駆動信号がオフ駆動信号である場合にスイッチをオフする。各相において、上アームスイッチと、下アームスイッチとは交互にオンされる。

スイッチング制御部３１は、各駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬ，ＧＶＨ，ＧＶＬ，ＧＷＨ，ＧＷＬの元になる信号であるＵ，Ｖ，Ｗ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊，ＧＶ＊，ＧＷ＊を生成する。本実施形態において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊，ＧＶ＊，ＧＷ＊は、電気角で互いに１２０°ずれており、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線に電気角で互いに１２０°ずれた正弦波状の電流を流すように生成される。本実施形態において、各ＰＷＭ信号ＧＵ＊，ＧＶ＊，ＧＷ＊は、Ｈによって上アームスイッチのオンを指示し、Ｌによって下アームスイッチのオンを指示するものとする。以下、Ｕ相を例にして説明する。

スイッチング制御部３１は、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊とその論理反転信号との論理反転タイミング同士をデッドタイムＤＴだけ離間させる処理を行うことで、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨの駆動信号であるＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨと、Ｕ相下アームスイッチＳＵＬの駆動信号であるＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬとを生成する。スイッチング制御部３１は、生成した各駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬを各ドライバＤｒに出力する。

ここで、本実施形態の特徴的構成を、比較例と比較しつつ以下に説明する。

まず、比較例について説明する。比較例に係る制御装置は、下アームダイオードに順方向電流が流れていると判定した期間を実際のデッドタイムの長さとして検出する。また、制御装置は、上アームダイオードに順方向電流が流れていると判定した期間を実際のデッドタイムの長さとして検出する。制御装置は、検出したデッドタイムの長さに基づいて、デッドタイム補償を行う。

以下、図２〜図１０を用いて、比較例について説明する。なお、図２〜図１０では、Ｕ相を例にして説明する。

図２に、Ｕ相電流が０よりも大きくなる場合のＵ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨ、Ｕ相下アーム駆動信号ＧＵＬ、及びＵ相判定電圧Ｖｏｕｔの推移を示す。本実施形態において、相電流は、上アームスイッチ及び下アームスイッチの接続点側からモータ１０の巻線側へと流れる方向の符号が正と定義されている。また、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは、Ｕ相下アームスイッチＳＵＬのドレイン側に対するＵ相上，下アームスイッチＳＵＨ，ＳＵＬの接続点の電位差を示す。さらに、下アームスイッチのドレイン側の電位を０とし、上アームスイッチのソース側の電位をＶＤＣとする。

図２に示す例では、デッドタイムＤＴの期間に先立つ時刻ｔ１において、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号とされてかつＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号とされている。このため、図３（ａ）に示すように、バッテリ４０の正極側からＵ相上アームスイッチＳＵＨを介してモータ１０側へと電流が流れる。本実施形態において、各アームスイッチにおける電圧降下量は、各ダイオードにおける電圧降下量Ｖｆと比較して非常に小さいとして無視している。時刻ｔ１において、Ｕ相判定電圧ＶｏｕｔはＶＤＣとなる。

その後時刻ｔ２において、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオフ駆動信号に切り替えられる。このため、その後Ｕ相上アームスイッチＳＵＨがオフに切り替えられ、図３（ｂ）に示すようにバッテリ４０の負極側からＵ相下アームダイオードＤＵＬを介してモータ１０側へと電流が流れる。これにより、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは「−Ｖｆ」となる。制御装置は、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「−Ｖｆ」になっていると判定した期間を実際のデッドタイムの長さとして検出する。制御装置は、検出したデッドタイムの長さに基づいて、デッドタイム補償を行う。

なお図２では、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオフ駆動信号に切り替えられた時刻ｔ２において、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「−Ｖｆ」に到達するように図示されているが、これは便宜上のものである。実際には、時刻ｔ２と、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「−Ｖｆ」に到達するタイミングとの間に時間差が存在する。

その後時刻ｔ４〜ｔ５において、Ｕ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号とされる。このため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは０となる。その後時刻ｔ５においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号に切り替えられる。このため、その後Ｕ相下アームスイッチＳＵＬがオフに切り替えられ、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは「−Ｖｆ」となる。制御装置は、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「−Ｖｆ」になっていると判定した期間を実際のデッドタイムの長さとして検出する。制御装置は、検出したデッドタイムの長さに基づいて、デッドタイム補償を行う。なお、その後時刻ｔ６においてＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられると、Ｕ相判定電圧ＶｏｕｔはＶＤＣとなる。

比較例では、Ｕ相電流が０となる場合にデッドタイムを検出できなくなるといった問題が生じる。この問題について、図４を用いて説明する。図４は、Ｕ相電流が０となっている状態からＵ相電流が０よりも大きくなる状態に移行する場合を示す。

図４に示す例では、Ｕ相電流が０とされている状況下、時刻ｔ１において、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号とされてかつＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号とされている。このため、図５（ａ）に示すように、Ｕ相判定電圧ＶｏｕｔはＶＤＣとなる。

その後、時刻ｔ２においてＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオフ駆動信号に切り替えられる。ただし、Ｕ相電流が流れていないため、図５（ｂ）に示すようにＵ相下アームダイオードＤＵＬはオンせず、Ｕ相下アームダイオードＤＵＬの逆バイアス状態が解消されるだけである。このため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは、ＶＤＣから０に向かって徐々に低下する。なお、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが徐々に低下する理由の１つとして、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨのドレイン及びＵ相下アームスイッチＳＵＬのソースを接続する電気経路に存在する電荷が、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨに対応するドライバＤｒへと移動することが挙げられる。

このように時刻ｔ２以降において、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「−Ｖｆ」とならない。このため、制御装置は、実際のデッドタイムの長さを検出することができない。

なお、その後時刻ｔ３においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられ、時刻ｔ４よりも前のタイミングにおいて正方向にＵ相電流が流れ始める。このため、各駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬがオフ駆動信号とされる時刻ｔ４〜ｔ５において、Ｕ相下アームダイオードＤＵＬに順方向電流が流れるため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは「−Ｖｆ」となる。

ちなみに、先の図４において時刻ｔ４以降もＵ相電流が０となる場合、図６に示す波形となる。この場合、時刻ｔ４においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号に切り替えられたとしても、Ｕ相下アームダイオードＤＵＬに順方向電流が流れない。Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは、０からＶＤＣに向かって上昇する。

続いて図７に、Ｕ相電流が０よりも小さくなる場合のＵ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊等の推移を示す。

図７に示す例では、デッドタイムＤＴの期間に先立つ時刻ｔ１において、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号とされてかつＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号とされている。このため、図８（ａ）に示すように、モータ１０側からＵ相上アームスイッチＳＵＨを介してバッテリ４０の正極側へと電流が流れ、Ｕ相判定電圧ＶｏｕｔはＶＤＣとなる。

その後時刻ｔ２において、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオフ駆動信号に切り替えられる。このため、その後、図８（ｂ）に示すようにモータ１０側からＵ相上アームダイオードＤＵＨを介してバッテリ４０の正極側へと電流が流れる。これにより、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは「ＶＤＣ＋Ｖｆ」となる。制御装置は、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「ＶＤＣ＋Ｖｆ」になっていると判定した期間を実際のデッドタイムの長さとして検出する。

その後時刻ｔ４〜ｔ５において、Ｕ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号とされ、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは０となる。その後時刻ｔ５においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号に切り替えられる。このため、その後Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは「ＶＤＣ＋Ｖｆ」となる。制御装置は、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「ＶＤＣ＋Ｖｆ」になっていると判定した期間を実際のデッドタイムの長さとして検出する。なお、その後時刻ｔ６においてＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられると、Ｕ相判定電圧ＶｏｕｔはＶＤＣとなる。

続いて図９に、Ｕ相電流が０となっている状態からＵ相電流が０よりも小さくなる状態に移行する場合を示す。

図９に示す例では、Ｕ相電流が０とされている状況下、時刻ｔ１において、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号とされてかつＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号とされている。このため、図１０（ａ）に示すように、Ｕ相判定電圧ＶｏｕｔはＶＤＣとなる。

その後、時刻ｔ２においてＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオフ駆動信号に切り替えられる。ただし、Ｕ相電流が流れていないため、図１０（ｂ）に示すようにＵ相上アームダイオードＤＵＨはオンしない。このため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは、ＶＤＣから０に向かって徐々に低下する。このように時刻ｔ２以降において、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「ＶＤＣ＋Ｖｆ」とならないため、制御装置は、実際のデッドタイムの長さを検出することができない。

なお、その後時刻ｔ３においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられ、時刻ｔ４よりも前のタイミングにおいて負方向にＵ相電流が流れ始める。このため、各駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬがオフ駆動信号とされる時刻ｔ４〜ｔ５において、Ｕ相下アームダイオードＤＵＬに順方向電流が流れるため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは「ＶＤＣ＋Ｖｆ」となる。

ちなみに、先の図９において時刻ｔ４以降もＵ相電流が０となる場合、時刻ｔ４〜ｔ５において、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔは０からＶＤＣに向かって上昇する。

以上説明した比較例は、例えば上記特許文献１に記載されたように、デッドタイム補償が行われる構成である。デッドタイム補償が行われる比較例では、デッドタイムを必ずしも短縮することはできない。また、比較例では、デッドタイムの長さを検出することができない場合がある。これに対し、本実施形態では、以下に説明する特徴的構成により、デッドタイムを短縮することができる。

続いて、本実施形態の特徴的構成について説明する。本実施形態では、制御装置３０の備える状態判定部３２により、図１１に示す信号切替処理が行われる。この処理は、状態判定部３２により所定の処理周期毎に繰り返し実行される。なお図１１では、Ｕ相を例にして説明する。また本実施形態において、図１１の処理で用いられる各フラグＦ１〜Ｆ４，ＦＡ，ＦＢの初期値はＬとされている。ちなみに、図１１に示す例では、信号切替処理が制御装置３０におけるソフトウェアにより実現されているが、これに限らず、ハードウェアにより実現されていてもよい。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、現時点がデッドタイムＤＴの期間に含まれているか否かを判定する。なお、デッドタイムＤＴの期間に含まれているか否かは、例えば各駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬに基づいて判定すればよい。

ステップＳ１０でデッドタイムＤＴの期間中に含まれていないと判定した場合には、現在の処理周期における一連の処理を一旦終了する。このため、スイッチング制御部３１により生成されたＵ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づく上，下アーム駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬに基づいて、Ｕ相上，下アームスイッチＳＵＨ，ＳＵＬがオンオフされる。現在の処理周期における一連の処理を一旦終了すると、次回の処理周期におけるステップＳ１０の処理に移行する。

ステップＳ１０においてデッドタイムＤＴの期間に含まれていると判定した場合には、ステップＳ１１に進み、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔを取得する。そして、取得したＵ相判定電圧Ｖｏｕｔが第１所定電圧「ＶＤＣ−α」以下であるか否かを判定する。本実施形態において、第１所定電圧「ＶＤＣ−α」は、電源電圧ＶＤＣよりも低くて、かつ、電源電圧ＶＤＣの１／２よりも高い値に設定されている。なお、第１所定電圧「ＶＤＣ−α」を規定する電源電圧ＶＤＣは、制御装置３０により検出された平滑コンデンサ２１の端子間電圧が用いられればよい。

ステップＳ１１において否定判定した場合には、ステップＳ１２に進み、第１フラグＦ１をＬにする。一方、ステップＳ１１において肯定判定した場合には、ステップＳ１３に進み、第１フラグＦ１をＨにする。

ステップＳ１２，Ｓ１３の処理の完了後、ステップＳ１４に進み、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが第２所定電圧α以上であるか否かを判定する。本実施形態において、第２所定電圧αは、電源電圧ＶＤＣの１／２よりも低くて、かつ、バッテリ４０の負極側の電圧（０）よりも高い値に設定されている。

ステップＳ１４において否定判定した場合には、ステップＳ１５に進み、第２フラグＦ２をＬにする。一方、ステップＳ１４において肯定判定した場合には、ステップＳ１６に進み、第２フラグＦ２をＨにする。

ステップＳ１５，Ｓ１６の処理の完了後、ステップＳ１７に進み、第１フラグＦ１がＨであるとの条件と、第２フラグＦ２がＨであるとの条件との論理積が真であるか否かを判定する。ステップＳ１７において否定判定した場合には、ステップＳ１８に進み、第１切替フラグＦＡをＬにする。一方、ステップＳ１７において肯定判定した場合には、ステップＳ１９に進み、第１切替フラグＦＡをＨにする。

ステップＳ１８，Ｓ１９の処理の完了後、ステップＳ２０に進み、現在の処理周期において、第１切替フラグＦＡがＬからＨに切り替わったか否かを判定する。

ステップＳ２０において切り替わったと判定した場合には、ステップＳ２１に進み、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨ及びＵ相下アームスイッチＳＵＬのうち、次回オンするスイッチがＵ相上アームスイッチＳＵＨであるか否かを判定する。

ステップＳ２１において肯定判定した場合には、ステップＳ２２進み、スイッチング制御部３１から出力されるＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨを、オフ駆動信号からオン駆動信号に切り替える。これにより、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくオン駆動信号の切り替えタイミングに先立ち、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる。

一方、ステップＳ２１において否定判定した場合には、ステップＳ２３進み、スイッチング制御部３１から出力されるＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬを、オフ駆動信号からオン駆動信号に切り替える。これにより、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくオン駆動信号の切り替えタイミングに先立ち、Ｕ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられる。

ステップＳ２０において第１切替フラグＦＡがＬからＨに切り替わらないと判定した場合には、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが、電源電圧ＶＤＣにＵ相上アームダイオードＤＵＨの電圧降下量Ｖｆ加算した値以上であるか否かを判定する。この処理は、Ｕ相上アームダイオードＤＵＨに順方向電流が流れているか否かを判定するための処理である。

ステップＳ２４において否定判定した場合には、ステップＳ２５に進み、第３フラグＦ３をＬにする。一方、ステップＳ２４において肯定判定した場合には、ステップＳ２６に進み、第３フラグＦ３をＨにする。

ステップＳ２５，Ｓ２６の処理の完了後、ステップＳ２７に進み、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「−Ｖｆ」以下であるか否かを判定する。この処理は、Ｕ相下アームダイオードＤＵＬに順方向電流が流れているか否かを判定するための処理である。

ステップＳ２７において否定判定した場合には、ステップＳ２８に進み、第４フラグＦ４をＬにする。一方、ステップＳ２７において肯定判定した場合には、ステップＳ２９に進み、第４フラグＦ４をＨにする。

ステップＳ２８，Ｓ２９の処理の完了後、ステップＳ３０に進み、第３フラグＦ３がＨであるとの条件と、第４フラグＦ４がＨであるとの条件との論理和が真であるか否かを判定する。ステップＳ３０において否定判定した場合には、ステップＳ３１に進み、第２切替フラグＦＢをＬにする。一方、ステップＳ３０において肯定判定した場合には、ステップＳ３２に進み、第２切替フラグＦＢをＨにする。

ステップＳ３１，Ｓ３２の処理の完了後、ステップＳ３３に進み、現在の処理周期において、第２切替フラグＦＢがＬからＨに切り替わったか否かを判定する。ステップＳ３３において切り替わったと判定した場合には、ステップＳ２１に進む。一方、ステップＳ３３において否定判定した場合には、現在の処理周期における一連の処理を一旦終了する。

ステップＳ２４〜Ｓ３３，Ｓ２１〜Ｓ２３の処理によれば、デッドタイムＤＴの期間中においてＵ相下アームダイオードＤＵＬに順方向電流が流れていると判定された場合、スイッチング制御部３１から出力される駆動信号であって、次回オンされるスイッチの駆動信号がオン駆動信号に切り替えられる。一方、デッドタイムＤＴの期間中においてＵ相上アームダイオードＤＵＨに順方向電流が流れていると判定された場合、次回オンされるスイッチの駆動信号がオン駆動信号に切り替えられる。

ちなみに、図１１に示す処理は、Ｖ，Ｗ相についても同様に実施されればよい。

続いて図１２〜図１６を用いて、本実施形態に係る制御装置３０の処理についてＵ相を例にして説明する。図１２〜図１６には、比較例に係るＵ相上，下アーム駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬも示した。

図１２に、Ｕ相電流が０となっている状態からＵ相電流が０よりも大きくなる状態に移行する場合を示す。

図１２に示す例では、Ｕ相電流が流れていない状況下、デッドタイムＤＴの期間中でない時刻ｔ１において、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオフ駆動信号に切り替えられる。オフ駆動信号に従ってＵ相上アームスイッチＳＵＨがオフされるため、Ｕ相判定電圧ＶｏｕｔがＶＤＣから０に向かって低下し始める。その後、時刻ｔ２においてＵ相判定電圧Ｖｏｕｔが低下して第１所定電圧「ＶＤＣ−α」に到達したと判定される。これにより、第１フラグＦ１がＨに切り替えられ、第１フラグＦ１及び第２フラグＦ２の双方がＨとなることにより、第１切替フラグＦＡがＨに切り替えられる。このため、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられる時刻ｔ３を待たずに、Ｕ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられる。

なお、その後、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが低下して第２所定電圧αを下回ったと判定されることにより、第２フラグＦ２がＬに切り替えられる。これにより、第１切替フラグＦＡがＬに切り替えられる。

その後、時刻ｔ４よりも前のタイミングにおいて、正方向にＵ相電流が流れ始める。このため、デッドタイムＤＴの期間中でない時刻ｔ４においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号に切り替えられることにより、オフ駆動信号に従ってＵ相下アームスイッチＳＵＬがオフされる。このため、その後デッドタイムＤＴの期間中においてＵ相判定電圧Ｖｏｕｔが低下して「−Ｖｆ」になったと判定される。これにより、第４フラグＦ４がＨに切り替えられ、第２切替フラグＦＢがＨに切り替えられる。これにより、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる時刻ｔ５を待たずに、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる。

なお、その後、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが上昇してＶＤＣになったと判定されることにより、第４フラグＦ４がＬに切り替えられる。これにより、第２切替フラグＦＢがＬに切り替えられる。

図１３に、Ｕ相電流が０となっている状態からＵ相電流が０よりも小さくなる状態に移行する場合を示す。なお図１３の説明において、先の図１２の説明と重複する部分については適宜省略している。

図１３に示す例では、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間のタイミングにおいて、負方向にＵ相電流が流れ始める。このため、デッドタイムＤＴの期間中でない時刻ｔ４においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号に切り替えられ、デッドタイムＤＴの期間中においてＵ相判定電圧Ｖｏｕｔが上昇して「ＶＤＣ＋Ｖｆ」になったと判定される。このため、第３フラグＦ３がＨに切り替えられ、第２切替フラグＦＢがＨに切り替えられる。これにより、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる時刻ｔ５を待たずに、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる。

なお、その後、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが低下してＶＤＣになったと判定されることにより、第３フラグＦ３がＬに切り替えられる。これにより、第２切替フラグＦＢがＬに切り替えられる。

図１４に、Ｕ相電流が０となっている状態が維持される場合を示す。なお図１４の説明において、先の図１２の説明と重複する部分については適宜省略している。

図１４に示す例では、Ｕ相電流が０のままの状態で、デッドタイムＤＴの期間中でない時刻ｔ４においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号に切り替えられる。これにより、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが０からＶＤＣに向かって上昇し始める。その後時刻ｔ５において、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが上昇して第２所定電圧αに到達したと判定されることにより、第２フラグＦ２がＨに切り替えられ、第１切替フラグＦＡがＨに切り替えられる。このため、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる時刻ｔ６を待たずに、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる。

なお、その後、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが上昇してＶＤＣになったと判定されることにより、第１フラグＦ１がＬに切り替えられる。これにより、第１切替フラグＦＡがＬに切り替えられる。

図１５に、Ｕ相電流が０よりも大きくなっている状態が維持される場合を示す。

図１５に示す例では、時刻ｔ１においてＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオフ駆動信号に切り替えられ、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨがオフされる。このため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「−Ｖｆ」まで低下したと判定され、第４フラグＦ４がＨに切り替えられる。これにより、第２切替フラグＦＢがＨに切り替えられ、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられる時刻ｔ２を待たずに、Ｕ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられる。なお、その後、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが上昇して０になったと判定されることにより、第４フラグＦ４がＬに切り替えられる。これにより、第２切替フラグＦＢがＬに切り替えられる。

その後、デッドタイムＤＴの期間中ではない時刻ｔ３においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号に切り替えられ、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨがオフされる。このため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「−Ｖｆ」まで低下したと判定され、第４フラグＦ４がＨに切り替えられる。これにより、第２切替フラグＦＢがＨに切り替えられ、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる時刻ｔ４を待たずに、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる。

図１６に、Ｕ相電流が０よりも小さくなっている状態が維持される場合を示す。

図１６に示す例では、時刻ｔ１においてＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオフ駆動信号に切り替えられ、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨがオフされる。このため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「ＶＤＣ＋Ｖｆ」まで上昇したと判定され、第３フラグＦ３がＨに切り替えられる。これにより、第２切替フラグＦＢがＨに切り替えられ、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられる時刻ｔ２を待たずに、Ｕ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオン駆動信号に切り替えられる。なお、その後、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが低下して０になったと判定されることにより、第３フラグＦ３がＬに切り替えられる。これにより、第２切替フラグＦＢがＬに切り替えられる。

その後、デッドタイムＤＴの期間中ではない時刻ｔ３においてＵ相下アーム駆動信号ＧＵＬがオフ駆動信号に切り替えられ、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨがオフされる。このため、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが「ＶＤＣ＋Ｖｆ」まで上昇したと判定され、第３フラグＦ３がＨに切り替えられる。これにより、第２切替フラグＦＢがＨに切り替えられ、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊に基づくＵ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる時刻ｔ４を待たずに、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨがオン駆動信号に切り替えられる。

以上詳述した本実施形態によれば、各相において、上アームスイッチ及び下アームスイッチのうち次回オンすべきスイッチのオン駆動信号の出力タイミングを迅速に把握することができる。このため、Ｕ相を例にして説明すると、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨの１スイッチング周期において、Ｕ相上アーム駆動信号ＧＵＨのオン駆動信号の期間を、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊のＨの期間に近づけることができる。また、Ｕ相下アームスイッチＳＵＬの１スイッチング周期において、Ｕ相下アーム駆動信号ＧＵＬのオン駆動信号の期間を、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵ＊のＬの期間に近づけることができる。このため、正弦波状の電流に対する各相電流の歪を抑制することができ、モータ１０の振動及び騒音を抑制することができる。

また本実施形態では、現時点がデッドタイムの期間中に含まれていることを条件として、信号切替処理が行われる。このため、デッドタイムの期間以外の期間において、例えばＵ相判定電圧Ｖｏｕｔにノイズが混入することにより、信号切替処理が誤って行われることを防止できる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、状態判定部３２は、相電流が０近傍であると判定していることを条件として、先の図１１のステップＳ１１〜Ｓ２０の処理を行う。

図１７に、本実施形態に係る信号切替処理の手順を示す。この処理は、状態判定部３２により所定の処理周期毎に繰り返し実行される。なお図１７において、先の図１１に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１０において肯定判定した場合には、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、相電流検出部５０により検出されたＵ相電流ＩＵの絶対値が所定電流Ｉｔｈ以下であるか否かを判定する。この処理は、Ｕ相電流ＩＵが０近傍であるか否かを判定するための処理である。

ステップＳ４０において否定判定した場合には、ステップＳ２４に進む。一方、ステップＳ４０において肯定判定した場合には、ステップＳ１１に進む。

以上説明した本実施形態によれば、相電流が０近傍である状況に限ってステップＳ１１〜Ｓ２０の処理が行われる。このため、ステップＳ１１〜Ｓ２０の処理が行われるべきでない状況において、これら処理が誤って行われることを防止することができる。また本実施形態によれば、制御装置３０の処理負荷を低減することもできる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、Ｕ相を例にして説明すると、状態判定部３２は、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが第１所定電圧「ＶＤＣ−α」以下であってかつ第２所定電圧α以上になっている状態が所定時間Ｔｔｈ継続されていると判定した場合に信号切替処理を行う。以下、この理由について、図１８に示す比較例を用いて説明する。

図１８に示す比較例は、上記第１実施形態のことである。Ｕ相下アームスイッチＳＵＬがオンされてかつ第１フラグＦ１がＨにされている場合において、ノイズ等の影響により、時刻ｔ１に示すように第２フラグＦ２が一時的にＨとされ、第１切替フラグＦＡが一時的にＨに切り替わることがある。この場合、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨが誤ってオンされ、上下アーム短絡が生じるといった問題が生じ得る。

そこで本実施形態では、状態判定部３２は、Ｕ相判定電圧Ｖｏｕｔが第１所定電圧「ＶＤＣ−α」以下であってかつ第２所定電圧α以上になっている状態が所定時間Ｔｔｈ継続されていると判定した場合に信号切替処理を行う。すなわち、状態判定部３２は、第１切替フラグＦＡがＨになっている状態が所定時間Ｔｔｈ継続されていると判定した場合に信号切替処理を行う。これにより、上述した問題の発生を抑制する。なお図１９に示す例では、状態判定部３２は、第１切替フラグＦＡがＨになっている状態が所定時間Ｔｔｈ継続されていると判定しない。このため、信号切替処理は行わず、Ｕ相上アームスイッチＳＵＨが誤ってオンされない。ちなみに所定時間Ｔｔｈは、例えば、Ｕ相ＰＷＭ信号ＧＵに基づく各駆動信号ＧＵＨ，ＧＵＬが生成される場合に設定されるデッドタイムＤＴよりも短い時間に設定されていればよい。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、電力変換回路として、図２０に示すインバータ７０が用いられる。本実施形態において、図２０に示すモータ６０は、ブラシ付きのＤＣモータを想定している。

モータ６０は、インバータ７０を介してバッテリ４０に接続されている。インバータ７０の入力側には、インバータ７０の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ７１が設けられている。

インバータ７０は、第１上アームスイッチＳ１Ｈ及び第１下アームスイッチＳ１Ｌの直列接続体と、第２上アームスイッチＳ２Ｈ及び第２下アームスイッチＳ２Ｌの直列接続体とを備えている。なお本実施形態では、各スイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｈ，Ｓ２Ｌとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。各スイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｈ，Ｓ２Ｌは、寄生ダイオードＤ１Ｈ，Ｄ１Ｌ，Ｄ２Ｈ，Ｄ２Ｌを有している。

モータ制御システムは、制御装置８０と、モータ６０に流れる電流を検出する相電流検出部９０とを備えている。相電流検出部９０の検出値は、制御装置８０に入力される。なお、制御装置８０は、上記第１実施形態と同様に、スイッチング制御部８１と、状態判定部８２とを備えている。スイッチング制御部８１は、インバータ７０を構成する各スイッチＳ１Ｈ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｈ，Ｓ２Ｌをオンオフすべく、各駆動信号Ｇ１Ｈ，Ｇ１Ｌ，Ｇ２Ｈ，Ｇ２Ｌを生成し、生成した各駆動信号を各スイッチに対応する各ドライバＤｒに出力する。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・インバータを構成するスイッチとしては、ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。この場合、ＩＧＢＴにフリーホイールダイオードが逆並列に接続されていればよい。

・補助回路としては、ドライバＤｒに限らず、例えばソフトスイッチング用の回路であってもよい。

・モータの制御量としては、回転速度に限らず、例えばトルクであってもよい。

・モータとしては、車載補機を駆動するために用いられるものに限らず、例えば、車両の走行動力源となる車載主機として用いられるものであってもよい。

２０…インバータ、３０…制御装置、ＳＵＨ〜ＳＷＬ…各アームスイッチ。

Claims (6)

1. 上アームダイオード（ＤＵＨ〜ＤＷＨ；Ｄ１Ｈ，Ｄ２Ｈ）が逆並列に接続された上アームスイッチ（ＳＵＨ〜ＳＷＨ；Ｓ１Ｈ，Ｓ２Ｈ）と、
   下アームダイオード（ＤＵＬ〜ＤＷＬ；Ｄ１Ｌ，Ｄ２Ｌ）が逆並列に接続されて、かつ、前記上アームスイッチに直列接続された下アームスイッチ（ＳＵＬ〜ＳＷＬ；Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ）と、を備え、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの直列接続体に直流電源（４０）が並列接続される電力変換回路（２０；７０）に適用され、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの双方が同時にオンされることを防止するデッドタイムを設定しつつ、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを交互にオンするように、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのオン駆動信号を出力する信号出力部（３０；８０）を備え、
   前記直流電源の正極側の電圧よりも低くてかつ前記直流電源の負極側の電圧よりも高い電圧が所定電圧（ＶＤＣ−α，α）として設定されており、
   前記信号出力部は、前記デッドタイムの期間中において、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとを接続する電気経路の電圧である判定電圧（Ｖｏｕｔ）が変化して前記所定電圧に到達したと判定した場合に前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのうち次回オンするスイッチの前記オン駆動信号を出力する信号切替処理を行う電力変換回路の制御装置。
2. 前記所定電圧は、
   前記直流電源の正極側の電圧よりも低くて、かつ、前記直流電源の正極側の電圧及び負極側の電圧の中央値よりも高い第１所定電圧（ＶＤＣ−α）と、
   前記中央値よりも低くて、かつ、前記直流電源の負極側の電圧よりも高い第２所定電圧（α）と、であり、
   前記信号出力部は、前記信号切替処理として、前記デッドタイムの期間中において前記判定電圧が低下して前記直流電源の負極側の電圧を下回ることなく前記第１所定電圧に到達したと判定した場合に前記下アームスイッチの前記オン駆動信号を出力する処理を行い、
   前記信号出力部は、前記信号切替処理として、前記デッドタイムの期間中において前記判定電圧が上昇して前記直流電源の正極側の電圧を上回ることなく前記第２所定電圧に到達したと判定した場合に前記上アームスイッチの前記オン駆動信号を出力する処理を行う請求項１に記載の電力変換回路の制御装置。
3. 前記信号出力部は、前記判定電圧が前記第１所定電圧以下であってかつ前記第２所定電圧以上になっている状態が所定時間継続されていると判定したことを条件として、前記信号切替処理を行う請求項２に記載の電力変換回路の制御装置。
4. 前記信号出力部は、前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとを接続する電気経路に流れる電流が０近傍であると判定していることを条件として、前記信号切替処理を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
5. 前記信号出力部は、前記デッドタイムの期間中であることを条件として、前記信号切替処理を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
6. 前記上アームスイッチと前記下アームスイッチとを接続する電気経路から電力を供給される補助回路（Ｄｒ）を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。

Images