JPH0698564A - 電流制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は直流電圧をスイッチングして駆動電
流を所望値に制御する多相パルス巾変調式インバータで
スイッチング素子に還流素子を並列に接続した構成のの
もにおいて、負荷に流れる駆動電流の検出方法が従来は
絶縁型電流検出器を多数使用する必要があり、制御装置
の価格が高くなるという問題があった。 【構成】 本発明においては、インバータを構成する各
下アームのスイッチ素子と直列に抵抗を接続し、前記抵
抗の電圧降下より各相の電流を検出する構成により制御
装置を安価に構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電圧をスイッチン
グして駆動電流を所望値に制御する多相パルス幅変調式
インバータにおいて、負荷に流れる駆動電流の検出方法
を改良した多相負荷の電流制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ブリッジ接続された主回路の
スイッチング操作によって各種モータ等の多相負荷に流
す駆動電流を所望の電流に制御して運転する場合、負荷
巻線に流れる電流を検出して電流指令との比較を行い、
比較結果に基づくパルス信号によって主にパルス幅変調
（以下ＰＷＭと略称する）方式で駆動電流の制御が行わ
れており、社団法人電気学会発行の書籍「半導体電力変
換回路」１５０頁等にも開示されている。図５は、従来
から用いられている３相モータの電流制御装置の一例を
示している。同図で、１がＵ相とＶ相とＷ相の巻線をス
ター結線した３相モータ、２が駆動電源、３〜１４がイ
ンバータの主回路を構成する各相スイッチ素子と還流素
子、２４〜２６が各相に流れる駆動電流を検出するため
に設けられた絶縁型電流検出器を示している。絶縁型電
流検出器で検出された駆動電流は、電流処理回路２７で
レベル変換等の処理が行われ、誤差増幅回路１９で各相
の電流指令Ｉｒｅｆｕ、Ｉｒｅｆｖ、Ｉｒｅｆｗと突き
合わせが行われる。その結果の各相差分電圧が比較回路
２１へ入力され、三角波発生回路２０で発生される三角
状のキャリア信号とレベルの比較が行われて差分電圧の
レベルに応じたパルス幅を持ったパルス信号が生成され
る。このパルス信号は、ゲート駆動回路２２で各相スイ
ッチ素子のゲートを駆動するのに適したレベルへ変換さ
れ、この変換されたゲート信号によって各相スイッチ素
子のオン・オフ制御が行われる。この結果、３相モータ
１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相巻線には前記パルス信号のパルス
幅に見合った駆動電流が通電される。以上のようなルー
プで構成される電流制御装置では、３相モータ１の各相
に流れる駆動電流を連続的に観測するために電流検出器
はインバータの主回路とモータとの間に設けられるが、
一般に駆動電源２は商用電源を直接整流して使用するた
め前記の電流検出器の経路が高圧回路となるので、電流
検出器はホールセンサ等を利用した絶縁型の電流検出器
を使用する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような絶
縁型電流検出器は感磁センサや増幅回路やレベル調整部
等多くの部品を要し、更に絶縁性を確保するために堅牢
なケースに密封する等の処置が必要であり、結果として
高価な電流検出器となってしまう。特に従来例の電流制
御装置で負荷としてステップモータ等を駆動する場合、
本来安価に位置決めシステムを構築可能な同種モータの
応用で、上述のように電流検出器が高価となることは極
めて不利な欠点となる。従って本発明は、多相パルス幅
変調式インバータへ接続された負荷に流れる実駆動電流
の電流検出方法を改良し、多相負荷の電流制御装置を安
価に実現することを目的としている。

【０００４】

【問題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため本発明による電流制御装置では、並列に還流素子
を備えたスイッチ素子をブリッジ接続したインバータ主
回路の各相下側スイッチ素子と直列に抵抗素子を接続
し、該下側スイッチ素子を経由する順電流と前記還流素
子を経由する還流電流によって該抵抗素子に生ずる電圧
を基に実駆動電流情報を得てパルス幅変調を行い、イン
バータ主回路に接続された負荷の各相駆動電流を所望の
電流値に制御するように構成している。

【０００５】

【作用】この結果、インバータ主回路の低圧側に接続し
た安価な抵抗素子を用いて負荷に流れる実駆動電流の検
出が可能となり、安価な構成で多相負荷の電流制御装置
を実現することができる。

【０００６】

【実施例】本発明による一実施例を図１に示す。図１
で、１が多相負荷の一例として３相モータ、２が駆動電
源、３がＵ相上側スイッチ素子、４がＵ相上側還流素
子、５がＵ相下側スイッチ素子、６がＵ相下側還流素
子、７がＶ相上側スイッチ素子、８がＶ相上側還流素
子、９がＶ相下側スイッチ素子、１０がＶ相下側還流素
子、１１がＷ相上側スイッチ素子、１２がＷ相上側還流
素子、１３がＷ相下側スイッチ素子、１４がＶ相下側還
流素子、１５がＵ相電流検出抵抗、１６がＶ相電流検出
抵抗、１７がＷ相電流検出抵抗、１８が検出電流処理回
路、１９が誤差増幅器、２０が三角波発生回路、２１が
比較回路、２２がケート駆動回路、２３が平滑コンデン
サを示す。

【０００７】図１において、駆動電源２および平滑コン
デンサ２３の正電極へ接続されたＵ相上側スイッチ素子
３とＵ相上側還流素子４は図示の極性で並列接続されて
おり、Ｕ相下側スイッチ素子５とＵ相下側還流素子６も
同様に並列接続し、それぞれの還流素子は各スイッチ素
子のスイッチング操作によって３相モータ１の巻線に生
ずるサージ電圧を吸収するように還流電流経路を形成
し、これらスイッチ素子をサージ電圧による破壊から保
護する役目をはたしている。Ｕ相下側スイッチ素子５と
Ｕ相下側還流素子６のアノードとの接続点には、Ｕ相電
流検出抵抗１５が接続されており、該Ｕ相電流検出抵抗
１５の他端は駆動電源２および平滑コンデンサ２３の負
電極へ接続されている。これらの構成はＶ相およびＷ相
においても同様に構成されており、これらのスイッチ素
子群と還流素子群でインバータの主回路を形成してい
る。

【０００８】このような構成によるインバータでＵ相、
Ｖ相、Ｗ相の駆動電流を所望の電流値で制御するため、
本発明においては常に２相分の実駆動電流を検出して電
流検出の対象となった相の駆動電流を所望の電流値とな
るようにＰＷＭ制御する方式を採用している。実駆動電
流の検出は、通電モードに応じて各相下側スイッチ素子
５、９、１３を経由する順電流と各相下側還流素子６、
１０、１４を経由する還流電流によって各相電流検出抵
抗１５、１６、１７に生ずる正負電圧を基に実駆動電流
を得るように検出電流処理回路１８が設けられている。
即ち、通電モードに応じて各相上下スイッチ素子が選択
的にＰＷＭ信号によってオン・オフ制御され、各相電流
検出抵抗１５、１６、１７に生ずる電圧は間欠的な波形
となるため検出電流処理回路内ではＰＷＭのキャリア信
号と同期するサンプルホールド処理によって電圧波形の
欠落区間の補間が行われる。このような処理によって得
られた電圧波形は増幅処理等が施され、各相電流検出抵
抗１５、１６、１７の抵抗値と所定の関係を維持した電
圧波形即ち実駆動電流波形が得られる。

【０００９】以上のような処理を施された電圧波形は誤
差増幅回路１９へ入力され、以下従来例と同様な制御が
行われる。即ち、誤差増幅回路１９では各相の電流指令
Ｉｒｅｆｕ、Ｉｒｅｆｖ、Ｉｒｅｆｗと突き合わせが行
われる。その結果の各相差分電圧が比較回路２１へ入力
され、三角波発生回路２０で発生される三角状のキャリ
ア信号とレベルの比較が行われて差分電圧のレベルに応
じたパルス幅を持ったパルス信号が生成される。このパ
ルス信号は、ゲート駆動回路２２で各相スイッチ素子の
ゲートを駆動するのに適したレベルへ変換され、この変
換されたゲート信号によって各相スイッチ素子のオン・
オフ制御が行われる。この結果、３相モータ１のＵ相、
Ｖ相、Ｗ相巻線には前記パルス信号のパルス幅に見合っ
た駆動電流が通電される。

【００１０】次に図２および図３を用いて本発明による
電流制御装置のインバータ主回路における電流経路を説
明する。図２は、Ｕ相上側スイッチ素子３とＷ相上側ス
イッチ素子１１とＶ相下側スイッチ素子９のオン・オフ
制御で３相モータ１のＵ相およびＷ相巻線へ駆動電流が
流れ込み、Ｖ相巻線から流れ出す通電モードを示してい
る。この時のＵ相上側スイッチ素子３およびＷ相上側ス
イッチ素子１１のオン区間は前述のようにＵ相およびＷ
相へそれぞれ流すべき駆動電流値に見合ったパルス幅と
なるよう制御されており、Ｖ相下側スイッチ素子９はオ
ン状態に維持される。これらのオン区間における電流経
路は、Ｕ相がＩｕｆ、Ｗ相がＩｗｆ、Ｖ相がＩｖｆとな
り、これらがオフ状態における還流電流の経路は、Ｕ相
がＩｕｂ、Ｗ相がＩｗｂとなる。この結果、Ｕ相電流検
出抵抗１５およびＷ相電流検出抵抗１７には、それぞれ
の相にスイッチ素子のオフ操作の直前まで流れていた駆
動電流にほぼ等しい還流電流ＩｕｂおよびＩｗｂが流
れ、駆動電流に応じた負電圧の間欠電圧ＶｄｕおよびＶ
ｄｗを生ずる。またＶ相電流検出抵抗１６には、Ｖ相順
電流Ｉｖｆと還流電流ＩｕｂおよびＩｗｂが同一方向へ
流れてくるため、Ｕ相およびＷ相駆動電流の合計値に応
じた連続的な電圧を生ずる。ここで図２の通電モードに
おいては、還流電流ＩｕｂおよびＩｗｂによってＵ相電
流検出抵抗１５およびＷ相電流検出抵抗１７に発生する
電圧ＶｄｕおよびＶｄｗを基に２相分の実駆動電流を得
るように電流処理回路１８で処理を行い、Ｕ相スイッチ
素子３およびＷ相スイッチ素子１１のオン時間を制御す
ればよい。

【００１１】次に図３は、３相モータ１のＷ相巻線への
駆動電流が流れ込みから流れ出しへと変化した場合の電
流経路を示している。図３においては、Ｕ相上側スイッ
チ素子３とＶ相下側スイッチ素子９とＷ相下側スイッチ
素子１３のオン・オフ制御で３相モータ１のＵ相へ駆動
電流が流れ込み、Ｖ相巻線およびＷ相巻線から流れ出す
通電モードを示している。この時のＶ相下側スイッチ素
子９およびＷ相下側スイッチ素子１３のオン区間は前述
のようにＶ相およびＷ相からそれぞれ流れ出すべき駆動
電流値に見合ったパルス幅となるよう制御されており、
Ｕ相上側スイッチ素子３はオン状態を維持しておく。こ
の通電モードにおいて、Ｕ相電流検出抵抗１５には順電
流および還流電流ともに流れないため電圧の発生はな
く、Ｖ相下側スイッチ素子９を経由する順電流Ｉｖｆと
Ｗ相下側スイッチ素子１３を経由する順電流Ｉｗｆによ
ってＶ相電流検出抵抗１６およびＷ相電流検出抵抗１７
に生ずる間欠電圧ＶｄｖおよびＶｄｗを、検出電流処理
回路１８によって補間処理することにより前述同様に２
相分の実駆動電流を得ることができる。

【００１２】図４は、３相モータ１のＵ相とＶ相とＷ相
に流れる駆動電流と、各相電流検出抵抗に生ずる電圧波
形との関係を示す。図４の（ａ）は３相モータ１の各相
に流れる駆動電流、（ｂ）はＵ相電流検出抵抗１５に生
ずる電圧波形、（ｃ）はＶ相電流検出抵抗１６に生ずる
電圧波形、（ｄ）はＷ相電流検出抵抗１７に生ずる電圧
波形を示す。３相モータ１の電気角３６０度における通
電モードは、図４の（ａ）ようにＵ相駆動電流Ｉｍｕと
Ｖ相駆動電流ＩｍｖとＷ相駆動電流Ｉｍｗの組み合わせ
をからまでの６０度間隔に分類できる。同図からも
明らかなように各相の通電状態は、モードとモード
とモードとで同様のモードであり、モードとモー
ドとモードとが同様のモードとなっている。つまり電
流検出抵抗で得る実駆動電流を順電流で得るか還流電流
で得るかは、これら２種類のモードについて考慮すれば
よいことになる。先に説明した図２の通電モードはの
モードに相当し、図３の通電モードはのモードに相当
する。従って、各相スイッチ素子の通電モードの順次選
択に応じて図２と図３を基に説明した電流検出方法を繰
り返し実行すれば２相分の実駆動電流情報を得ることが
可能であり、これらの情報を利用して各相の駆動電流を
所望の電流値に制御可能である。尚、以上の説明で本発
明の電流制御装置で駆動される多相負荷の一例として３
相モータを駆動する場合を例に説明したが、モータに限
定せず他の多相負荷をＰＷＭ制御して駆動する場合にも
本発明の電流制御装置を適用できる。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明のように本発明による多相負
荷の電流制御装置では、並列に還流素子を備えたスイッ
チ素子をブリッジ接続したインバータ主回路の各相下側
スイッチ素子と直列に抵抗素子を接続し、該下側スイッ
チ素子を経由する順電流と前記還流素子を経由する還流
電流によって該抵抗素子に生ずる電圧を基に実駆動電流
情報を得てパルス幅変調を行い、各相の駆動電流を所望
の電流値に制御するように構成しているので、インバー
タ主回路の低圧側に接続した安価な抵抗素子を用いて負
荷に流れる実駆動電流の検出が可能となり、また同時
に、電流検出抵抗を低圧側に接続しているので検出電流
処理回路の入力部も高圧用の処理回路を備える必要がな
く、結果として安価な構成で多相負荷の電流制御装置を
実現することができる。

【００１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した多相モータの駆動回路例を示
す。

【図２】図１の駆動回路でＵ相上側スイッチ素子および
Ｗ相上側スイッチ素子がスイッチングする通電モードに
おける電流経路を示す。

【図３】図１の駆動回路でＶ相下側スイッチ素子および
Ｗ相下側スイッチ素子がスイッチングする通電モードに
おける電流経路を示す。

【図４】各相駆動電流と電流検出抵抗に生ずる電圧波形
を示す。

【図５】従来の電流検出方法に基づく多相モータの駆動
回路例を示す。

【符号の説明】

１ ３相モータ ２ 駆動電源 ３ Ｕ相上側スイッチ素子 ４ Ｕ相上側還流素子 ５ Ｕ相下側スイッチ素子 ６ Ｕ相下側還流素子 ７ Ｖ相上側スイッチ素子 ８ Ｖ相上側還流素子 ９ Ｖ相下側スイッチ素子 １０ Ｖ相下側還流素子 １１ Ｗ相上側スイッチ素子 １２ Ｗ相上側還流素子 １３ Ｗ相下側スイッチ素子 １４ Ｗ相下側還流素子 １５ Ｕ相電流検出抵抗 １６ Ｖ相電流検出抵抗 １７ Ｗ相電流検出抵抗 １８ 検出電流処理回路 １９ 誤差増幅回路 ２０ 三角波発生回路 ２１ 比較回路 ２２ ゲート駆動回路 ２３ 平滑コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 並列に還流素子を備えたスイッチ素子を
   ブリッジ接続した主回路に多相負荷を接続して各相に所
   望の駆動電流を通電する多相パルス幅変調式インバータ
   において、前記ブリッジ接続の各相下側スイッチ素子と
   直列に抵抗素子を接続し、該下側スイッチ素子を経由す
   る順電流と前記還流素子を経由する還流電流によって該
   抵抗素子に生ずる電圧を基に実駆動電流情報を得てパル
   ス幅変調を行い、各相の駆動電流を所望の電流値に制御
   することを特徴とした電流制御装置。