JPH0783614B2 - PWM signal generator - Google Patents

PWM signal generator

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JPH0783614B2
JPH0783614B2 JP59229445A JP22944584A JPH0783614B2 JP H0783614 B2 JPH0783614 B2 JP H0783614B2 JP 59229445 A JP59229445 A JP 59229445A JP 22944584 A JP22944584 A JP 22944584A JP H0783614 B2 JPH0783614 B2 JP H0783614B2
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pwm signal
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茂樹 山根
継治郎 森
京也 坂本
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

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  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、モータの回転数制御等に用いられるPWMイン
バータ装置のPWM信号発生器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PWM signal generator of a PWM inverter device used for controlling the rotation speed of a motor and the like.

従来例の構成とその問題点 近年、パワーエレクトロニクスの発展により省エネル
ギ、快適性の向上を実現するPWMインバータ装置による
誘導モータの可変制御が強く要望されている。以下図面
を参照しながら、従来のPWMインバータ装置、およびPWM
信号発生器について説明を行なう。
Configuration of Conventional Example and its Problems In recent years, there has been a strong demand for variable control of an induction motor by a PWM inverter device that realizes energy saving and improvement of comfort by the development of power electronics. Referring to the drawings below, a conventional PWM inverter device and a PWM
The signal generator will be described.

第4図において、3相電源1は直流電圧に変換する整流
回路2に接続され、この整流回路2にそれぞれ並列に直
流電圧を交流電圧に変換するu相,v相,w相駆動部3,4,5
が接続されている。これら相駆動部3,4,5にはそれぞれ
第1の信号入力端子7を有する第1パワートランジスタ
6と第2の信号入力端子9を有する第2パワートランジ
スタ8とが接続されている。
In FIG. 4, a three-phase power supply 1 is connected to a rectifier circuit 2 for converting a DC voltage, and u-phase, v-phase, w-phase driving units 3, which convert a DC voltage into an AC voltage in parallel with the rectifier circuit 2, 4,5
Are connected. A first power transistor 6 having a first signal input terminal 7 and a second power transistor 8 having a second signal input terminal 9 are connected to each of the phase drivers 3, 4, 5.

以上、整流回路2および各相駆動部3,4,5によりPWMイン
バータ装置を構成していた。また、各相駆動部3,4,5の
出力と誘導モータ10とが接続し、誘導モータ10を回転さ
せていた。次に、第5図において、周波数を設定する周
波数設定部11の出力信号による振巾と周波数を発生する
正弦波発生回路12が設けられている。この正弦波発生回
路12の出力と一定振巾および周波数を発生する三角波発
生回路13の出力とを入力し比較する比較部14は各項駆動
部3,4,5の各信号入力端子7,9へ出力するように接続され
ている。以上の第5図に示す構成要素よりPWM信号発生
回路が構成されている。
As described above, the rectifier circuit 2 and the phase drive units 3, 4, and 5 constitute the PWM inverter device. Further, the outputs of the respective phase driving units 3, 4, 5 and the induction motor 10 are connected to rotate the induction motor 10. Next, in FIG. 5, a sine wave generating circuit 12 for generating the amplitude and frequency according to the output signal of the frequency setting unit 11 for setting the frequency is provided. The comparing unit 14 for inputting and comparing the output of the sine wave generating circuit 12 and the output of the triangular wave generating circuit 13 for generating a constant amplitude and frequency is a signal input terminal 7, 9 of each term driving unit 3, 4, 5. Is connected to output to. A PWM signal generating circuit is configured by the components shown in FIG.

以下、動作について説明する。周波数設定部11で周波数
を設定すると、正弦波発振回路12では設定周波数の正弦
波を発振する。この場合、周波数と振巾の関係はあらか
じめ定まっているため、周波数の変化に伴ない振巾も変
化する。また、同時に三角波発振回路13では、周波数設
定部11の設定に関係なく、一定振振巾および周波数で三
角波を発振している。そしてこれら正弦波および三角波
を、比較部14で第6図に示すように、正弦波a,三角波b
のように比較し、第7図に示すPWM信号を発生させ、相
駆動部3の信号入力端子7へ印加する。また、信号入力
端子9へは、第6図のPWM信号の反転信号を作成し、印
加するため、相駆動部3の第1および第2パワートラン
ジスタ6,8は交互にON-OFFし、設定周波数のパルス状の
電圧を誘導モータ10に出力することになる。第6図の正
弦波9の振巾Xと三角波bの振巾Yの比率(X/Y)は変
調率と呼ばれ、入力電圧に対しての出力電圧を示し、X
=Yすなわち変調率100%のとき、入力電圧と同じ電圧
を発生し、2X=Yすなわち変調率50%のとき、入力電圧
の1/2の電圧を発生させる。誘導モータ10を効率よく運
転するためには、出力電圧と周波数の比率を一定に保つ
必要があり、現在は、前述の通り、PWM信号発生回路で
正弦波の周波数を変化させると同時に振巾を変化させ、
出力電圧と周波数の比を一定にしており、三角波の周波
数3kHz程度で最大変調率95%程度として誘導モータ10を
運転している。
The operation will be described below. When the frequency is set by the frequency setting unit 11, the sine wave oscillation circuit 12 oscillates a sine wave of the set frequency. In this case, since the relationship between the frequency and the amplitude is predetermined, the amplitude changes as the frequency changes. At the same time, the triangular wave oscillation circuit 13 oscillates a triangular wave with a constant amplitude and frequency regardless of the setting of the frequency setting unit 11. Then, the sine wave and the triangular wave are compared by the comparison unit 14 as shown in FIG.
The PWM signal shown in FIG. 7 is generated and applied to the signal input terminal 7 of the phase drive section 3. Further, in order to create and apply the inverted signal of the PWM signal of FIG. 6 to the signal input terminal 9, the first and second power transistors 6 and 8 of the phase drive section 3 are alternately turned on and off to set. A pulsed voltage having a frequency will be output to the induction motor 10. The ratio (X / Y) of the amplitude X of the sine wave 9 and the amplitude Y of the triangular wave b in FIG. 6 is called the modulation factor, which indicates the output voltage with respect to the input voltage, and X
= Y, that is, when the modulation rate is 100%, the same voltage as the input voltage is generated, and when 2X = Y, that is, the modulation rate is 50%, half the input voltage is generated. In order to operate the induction motor 10 efficiently, it is necessary to keep the ratio of the output voltage and the frequency constant, and currently, as mentioned above, the frequency of the sine wave is changed by the PWM signal generation circuit while the amplitude is changed. Change
The ratio of the output voltage to the frequency is kept constant, and the induction motor 10 is operated at a maximum modulation rate of about 95% at a triangular wave frequency of about 3 kHz.

しかし、このようにパルス状の電圧から構成される電圧
により誘導モータ10を運転する場合、特に低速運転時に
は、三角波の周波数と同等以上の周波数の騒音が発生
し、異常音が聞こえやすくなる。
However, when the induction motor 10 is driven by the voltage composed of the pulsed voltage as described above, noise having a frequency equal to or higher than the frequency of the triangular wave is generated, and an abnormal sound is easily heard, particularly at low speed operation.

そのため、PWM信号発生回路の三角波の周波数を人間の
可聴域の上限である20kHz以上とすれば良いのだが、こ
の三角波の周波数を高くすれば比較部の最小パルス幅は
狭くなり、最大変調率時には三角波の周波数の20倍の周
波数となるため、三角波の周波数を20kHz以上とし、か
つ最大変調率を95%とすることは困難であった。また、
最大変調率が低いとモータは定格運転を行なうことがで
きないばかりか効率を低下させてしまうという問題点を
有していた。
Therefore, the triangular wave frequency of the PWM signal generation circuit should be set to 20 kHz or more, which is the upper limit of the human audible range, but if the frequency of this triangular wave is increased, the minimum pulse width of the comparison part becomes narrower, and at the maximum modulation rate. Since the frequency is 20 times the frequency of the triangular wave, it is difficult to set the frequency of the triangular wave to 20 kHz or higher and the maximum modulation rate to 95%. Also,
If the maximum modulation rate is low, the motor has a problem that it cannot perform rated operation and also reduces efficiency.

発明の目的 本発明は、上記問題点を解決するものであり、誘導モー
タ低速運転時は異常音の聞こえにくい、高速運転時に
は、変調率の高いPWMインバータ装置のPWM信号発生器を
提供するものである。
It is an object of the present invention to solve the above problems, and to provide a PWM signal generator of a PWM inverter device having a high modulation rate during high speed operation, where abnormal noise is difficult to hear during induction motor low speed operation. is there.

発明の構成 この目的を達成するために、本発明のPWM信号発生回路
は、周波数設定部と、この周波数設定部の信号により振
巾と周波数を変化する正弦波発振部と、前記周波数設定
部の信号により周波数を変化させる三角波発振部と、前
記正弦波発振部と三角波発振部の出力を比較、出力する
比較部から構成されている。この構成によれば、設定周
波数が低い場合は、三角波の周波数を高くし、モータか
らの異常音を人間の可聴域以上とし、モータからの異常
音を聞こえにくくし、また、設定周波数が高くなるにし
たがい、モータの機械音が大きくなることから、三角波
の周波数を低くするとともに正弦波の周波数と振巾を高
め、最大設定周波数時に最大変調率を高くする。
To achieve this object, the PWM signal generation circuit of the present invention, a frequency setting unit, a sine wave oscillating unit that changes the amplitude and frequency by the signal of the frequency setting unit, the frequency setting unit of It is composed of a triangular wave oscillating unit that changes the frequency by a signal, and a comparing unit that compares and outputs the outputs of the sine wave oscillating unit and the triangular wave oscillating unit. According to this configuration, when the set frequency is low, the frequency of the triangular wave is increased so that the abnormal sound from the motor is above the audible range of humans, the abnormal sound from the motor is hard to hear, and the set frequency becomes high. Therefore, since the mechanical noise of the motor becomes louder, the frequency of the triangular wave is lowered, the frequency and amplitude of the sine wave are increased, and the maximum modulation rate is increased at the maximum set frequency.

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。
Description of Embodiments An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図において、11は周波数設定部、12は正弦波発振
部、14は比較部であり、従来と同一の構成要素であるた
めの説明は省略する。周波数設定部11の信号を入力し周
波数を変化する三角波発振部20は比較部14に出力してい
る。この三角波発振部20は、OPアンプA121、このOPアン
プA121の外付抵抗22,23、OPアンプA121のバイアス電圧2
4、上限,下限クランプ用電圧25,26、クランプ用ダイオ
ード27,28、OPアンプA229、OPアンプA330、このOPアン
プA330のバイアス抵抗31,32、OPアンプA3の充,放電用
抵抗33,34、OPアンプA3の積分コンデンサ35、充,放電
切替トランジスタ36、OPアンプA437、このOPアンプA4
外付け抵抗38,39より構成されている。
In FIG. 1, reference numeral 11 is a frequency setting unit, 12 is a sine wave oscillating unit, and 14 is a comparing unit. The triangular wave oscillating unit 20 that receives the signal from the frequency setting unit 11 and changes the frequency is output to the comparing unit 14. The triangular wave oscillator 20, the OP amplifier A 1 21, external resistors 22 and 23 of the OP amplifier A 1 21, OP amplifier A 1 21 bias voltage 2
4, upper and lower limit clamp voltage 25,26, clamp diode 27,28, OP amplifier A 2 29, OP amplifier A 3 30, bias resistors 31, 32 of this OP amplifier A 3 30, charging of OP amplifier A 3 , discharging resistor 33, integrating capacitor 35 of the OP amplifier a 3, charge, discharge switching transistor 36, OP amplifier a 4 37, and is configured from an external resistor 38, 39 of the OP amplifier a 4.

以上のように構成されたPWM信号発生器について、以下
その動作について説明する。
The operation of the PWM signal generator configured as described above will be described below.

周波数設定部11で、直流電圧により周波数設定を行なう
と、正弦波発振部12では、直流電圧値に基ずく、周波数
と振巾の正弦波を発振する。また同時に、周波数設定部
11の直流電圧は、三角波発振部20へ印加される。この印
加された直流電圧は、OPアンプA121がバイアス電圧24を
有する反転増巾器として働くため、印加電圧が増加すれ
ば、OPアンプA121の出力電圧は減少し、かつ上限,下限
クランプ用電圧25,26、およびクランプ用ダイオード27,
28による上限,下限クランプ回路により、OPアンプA229
の出力Mは第2図に示す特性となる。OPアンプA330、お
よびOPアンプA437からなる回路は通常の振巾一定の周波
数可変の三角波発振回路で、OPアンプA2の出力電圧Mの
直流電圧値をバイアス抵抗31,32で分割した電圧をOPア
ンプA330の+入力端子に印加している。このOPアンプA3
の−入力端子と+入力端子は同電位になろうと動作する
ためOPアンプA229の出力から積分コンデンサ35に電流が
流れ、OPアンプA330の出力が充電を始める。そしてOPア
ンプA330の出力電圧とOPアンプA437の外付け抵抗38,39
の分圧が等しくなると、充放電切替トランジスタ36がON
する。すると、OPアンプA229からの電流は充,放電用抵
抗34に流れるため、OPアンプA330の出力電圧は降下す
る。このような動作を繰り返して三角波を発生してい
る。この場合OPアンプA437と外付け抵抗38,39により三
角波の振巾を定めている。また、三角波の周波数は積分
コンデンサ35に流れる電流により変化するため、OPアン
プA229の出力電圧が変化すれば充,放電用抵抗33に流れ
る電流も変化し、よって三角波の周波数が変化する。こ
の三角波の周波数変化の正弦周波数に対する特性は第3
図のようになる。この三角波と、前記正弦波発振部12の
出力を比較部14に入力し、比較し出力することにより、
設定周波数が低い場合は、三角波周波数が高く、設定周
波数が高くなるにしたがい三角波周波数が減少し、最高
変調率95%を可能とするPWM信号が得られる。
When the frequency setting unit 11 sets the frequency with the DC voltage, the sine wave oscillating unit 12 oscillates a sine wave having a frequency and amplitude based on the DC voltage value. At the same time, the frequency setting section
The DC voltage of 11 is applied to the triangular wave oscillator 20. This applied DC voltage causes the OP amplifier A 1 21 to act as an inversion amplifier having a bias voltage 24. Therefore, if the applied voltage increases, the output voltage of the OP amplifier A 1 21 decreases, and the upper and lower limits are increased. Clamping voltage 25, 26 and clamping diode 27,
By the upper and lower clamp circuit by 28, OP amplifier A 2 29
Output M has the characteristics shown in FIG. The circuit consisting of OP amplifier A 3 30 and OP amplifier A 4 37 is a normal frequency variable triangular wave oscillation circuit with constant amplitude, and the DC voltage value of the output voltage M of OP amplifier A 2 is divided by bias resistors 31 and 32. were voltage is applied to the + input terminal of the OP amplifier a 3 30. This OP amplifier A 3
Since the − input terminal and the + input terminal of are operated to have the same potential, a current flows from the output of the OP amplifier A 2 29 to the integration capacitor 35, and the output of the OP amplifier A 3 30 starts charging. And the output voltage of OP amplifier A 3 30 and external resistors 38 and 39 of OP amplifier A 4 37.
The charge / discharge switching transistor 36 turns on when the
To do. Then, the current from the OP amplifier A 2 29 flows through the charging / discharging resistor 34, and the output voltage of the OP amplifier A 3 30 drops. These operations are repeated to generate a triangular wave. Defines a Fuhaba triangular This case OP amplifier A 4 37 and an external resistor 38 and 39. The frequency of the triangular wave to change the current flowing to the integration capacitor 35, charging when the output voltage variation of the OP amplifier A 2 29, the current flowing through the discharge resistor 33 is also changed, thus the frequency of the triangular wave changes. The characteristic of the frequency change of this triangular wave with respect to the sine frequency is the third
It becomes like the figure. By inputting this triangular wave and the output of the sine wave oscillating section 12 into the comparing section 14, comparing and outputting the same,
When the set frequency is low, the triangular wave frequency is high, and as the set frequency becomes higher, the triangular wave frequency decreases, and a PWM signal that enables a maximum modulation rate of 95% can be obtained.

以上のように、本実施例によれば、周波数設定信号によ
り、周波数を変化させる三角波発振回路を設けることに
より、設定周波数が低い場合、モータからの異常音を人
間の可聴域外としモータからの異常音を聞こえにくく
し、また、設定周波数が高くなるにしたがい、モータの
機械音も大きくなることから、三角波の周波数を低く
し、最大設定周波数時に最大変調率95%を可能にする三
角波の周波数にすることができ、モータ低速運転時には
異常音の聞こえにくい、高速運転時には変調率の高いPW
Mインバータ装置を実現するPWM信号発生器を可能とする
ものである。なお、実施例ではPWM信号発生器にアナロ
グ回路を用いたが、アナログ回路に代えてデジタル回路
やマイクロコンピュータなどを用いてもよく、その作用
効果に差異を生じない。
As described above, according to the present embodiment, by providing the triangular wave oscillating circuit that changes the frequency by the frequency setting signal, when the set frequency is low, the abnormal sound from the motor is set outside the human audible range, and the abnormal sound from the motor is detected. As the sound becomes harder to hear and the set frequency becomes higher, the mechanical noise of the motor also becomes louder.Therefore, the frequency of the triangular wave is lowered and the frequency of the triangular wave is set to enable the maximum modulation rate of 95% at the maximum set frequency. PW with a high modulation rate during high-speed operation.
It enables a PWM signal generator that realizes an M inverter device. Although an analog circuit is used for the PWM signal generator in the embodiment, a digital circuit, a microcomputer, or the like may be used instead of the analog circuit, and there is no difference in the operation and effect.

発明の効果 以上のように本発明は、周波数設定部の信号により周波
数を変化させる三角波発振部を設けたことにより、設定
周波数が低い場合、モータからの異常音を人間の可聴域
外とし、モータからの異常音を聞こえにくくし、また、
設定周波数が高くなるにしたがい、モータの機械音が大
きくなることから、三角波の周波数を低くし、最大設定
周波数時に最大変調率を高くする三角波の周波数にする
ことができる。したがってモータ低速運転時には異常音
の聞こえにくい高速運転時には変調率の高いPWMインバ
ータ装置を実現することができる。
As described above, according to the present invention, by providing the triangular wave oscillating unit that changes the frequency according to the signal of the frequency setting unit, when the set frequency is low, the abnormal sound from the motor is out of the human audible range and the Makes it difficult to hear the abnormal sound of
As the set frequency becomes higher, the mechanical noise of the motor becomes louder. Therefore, the frequency of the triangular wave can be lowered, and the maximum modulation rate at the maximum set frequency can be made the triangular wave frequency. Therefore, it is possible to realize a PWM inverter device with a high modulation rate during high speed operation in which abnormal noise is difficult to hear during low speed operation of the motor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例におけるPWM信号発生回路
図、第2図,第3図は同PWM信号発生回路の各部の特性
図、第4図は従来のPWMインバータ装置の基本構成図、
第5図は同PWM信号発生回路のブロック図、第6図は同P
WM信号発生原理説明図、第7図は同PWM信号の波形図で
ある。 11……周波数設定部、12……正弦波発振部、14……比較
部、20……三角波発振部。
FIG. 1 is a PWM signal generation circuit diagram according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are characteristic diagrams of respective parts of the PWM signal generation circuit, and FIG. 4 is a basic configuration diagram of a conventional PWM inverter device.
Fig. 5 is a block diagram of the same PWM signal generation circuit, and Fig. 6 is the same as P.
FIG. 7 is a waveform diagram of the PWM signal, which is an explanatory view of the WM signal generation principle. 11 …… Frequency setting section, 12 …… Sine wave oscillation section, 14 …… Comparison section, 20 …… Triangle wave oscillation section.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 京也 大阪府大阪市城東区今福西6丁目2番61号 松下精工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−35817(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kyoya Sakamoto 6-61 Imafuku Nishi, Joto-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Matsushita Seiko Co., Ltd. (56) Reference JP-A-49-35817 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周波数設定部の周波数設定信号を入力と
し、その値が増加する場合はその値に連動して、等価的
にキャリア周波数を下げたPWM信号を発生しその信号を
インバータの相駆動部に出力するPWM信号発生器。
1. A frequency setting signal of a frequency setting section is input, and when the value increases, a PWM signal equivalently lowering the carrier frequency is generated in synchronization with the value, and the signal is phase driven for an inverter. PWM signal generator that outputs to the section.
JP59229445A 1984-10-31 1984-10-31 PWM signal generator Expired - Lifetime JPH0783614B2 (en)

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