KR101297453B1 - Motor control device and air conditioner - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있는 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
상부 아암에 IGBT, 하부 아암에 MOSFET를 구비한 3상 인버터 회로(17A)가 PWM 제어를 행할 때, 3상 인버터 회로(17A)의 변조율이 소정의 임계값에 비해 낮은 경우에는 하부 아암의 2상 변조(하부 2상 변조)를 행하고, 변조율이 소정의 임계값에 비해 높은 경우에는 상부 아암의 2상 변조(상부 2상 변조)를 행하고, 변조율이 중간 레벨에 있는 경우에는 상하 아암의 2상 변조(상하 2상 변조)를 행한다. 이에 의해, 변조율이 낮은 경우에는 하부 2상 변조를 행함으로써 하부 아암의 MOSFET에 전류를 보다 많이 통전시킬 수 있으므로, 도통 손실을 저감시켜 3상 인버터 회로(17A)의 운전 효율을 높일 수 있다. 또한, 변조율이 소정의 임계값에 비해 높은 경우에는 상부 2상 변조를 행함으로써, 도통 손실의 증대를 억제하여 3상 인버터 회로(17A)의 운전 효율의 저하를 억제할 수 있다.An object of the present invention is to provide a motor control device that can accurately perform high efficiency operation.
When the three-phase inverter circuit 17A having the IGBT on the upper arm and the MOSFET on the lower arm performs PWM control, when the modulation rate of the three-phase inverter circuit 17A is lower than the predetermined threshold value, two of the lower arms are used. Phase modulation (lower two-phase modulation) is performed. If the modulation rate is higher than a predetermined threshold, two-phase modulation (upper two-phase modulation) of the upper arm is performed. If the modulation rate is at an intermediate level, Two-phase modulation (up and down two-phase modulation) is performed. As a result, when the modulation rate is low, the lower two-phase modulation allows current to flow through the MOSFET of the lower arm, so that the conduction loss can be reduced and the operation efficiency of the three-phase inverter circuit 17A can be improved. In addition, when the modulation rate is higher than the predetermined threshold value, by performing upper two-phase modulation, an increase in conduction loss can be suppressed and a decrease in the operating efficiency of the three-phase inverter circuit 17A can be suppressed.
Description
본 발명은 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 3상 인버터 회로를 사용하여, 3상 동기 모터의 구동 제어를 행하는 모터 제어 장치 및 공기 조화기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
부하로서 모터를 탑재한 기기에서는, 최근의 지구 환경 보전의 요청으로부터, 자원 절약, 에너지 절약이 강하게 요구되어 왔다. 이러한 요구를 충족시키기 위해, 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 3상 인버터 회로를 사용하여, 3상 동기 모터의 구동 제어를 행하는 기술이 범용되고 있다.In a device equipped with a motor as a load, resource saving and energy saving have been strongly demanded from recent requests for global environmental conservation. In order to meet such a demand, the technique of carrying out the drive control of a three-phase synchronous motor using the three-phase inverter circuit which converts DC power into three-phase AC power is used widely.
특허 문헌 1에는 스위칭 소자인 IGBT 및 MOSFET의 직렬 회로를 3상분 갖고, 이들 직렬 회로에 있어서의 IGBT와 MOSFET의 상호 접속점이 부하에 접속되는 스위칭 회로와, 그 스위칭 회로를 PWM 제어하기 위한 제어부를 구비하는 3상 인버터 장치가 개시되어 있다.
특허 문헌 1에 관한 기술에서는, 제어부는 3상분의 각 직렬 회로 중 2개의 직렬 회로의 각각 한쪽의 스위칭 소자가 온, 오프되고, 남은 1개의 직렬 회로의 다른 쪽의 스위칭 소자가 온으로 되는 2상 통전, 또는 3상분의 상기 각 직렬 회로의 각각 한쪽의 스위칭 소자가 서로 다른 위상에서 온, 오프되고, 그것과 역상에서 각각 다른 쪽의 스위칭 소자가 온, 오프되는 3상 통전 중 어느 하나를, 부하의 고저에 따라서 선택적으로 실행한다.In the technique related to
특허 문헌 1에 관한 기술에 따르면, 3상 인버터 회로를 구성하는 상부 아암 및 하부 아암의 스위칭 소자로서 IGBT 및 MOSFET를 사용하는 경우라도, 2상 통전, 또는 3상 통전 중 어느 하나를, 부하의 고저에 따라서 선택적으로 전환하여 실행함으로써, 운전 효율의 향상을 도모할 수 있는 것으로 하고 있다.According to the technique of
그러나, 특허 문헌 1에 관한 기술에서는 2상 통전, 또는 3상 통전 중 어느 하나를, 부하의 고저에 따라서 선택적으로 실행시키고 있다. 이로 인해, 저부하라도 주위 온도가 높은 경우에는, 고효율 운전의 수행에 지장이 발생할 우려가 있다.However, in the technique concerning
또한, 특허 문헌 1에 관한 기술에서는 PWM 제어를 행하는 3상 인버터 회로의 직류 입력 전압에 대한 교류 출력 전압의 진폭값의 비를 나타내는 변조율에 대한 고려가 되어 있지 않다. 이로 인해, 가령 변조율이 커진 경우에는, 스위칭 소자의 스위칭 손실이 증대되어 고효율 운전의 수행에 지장이 발생할 우려가 있다.In addition, in the technique according to
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있는 모터 제어 장치 및 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor control device and an air conditioner capable of accurately performing high efficiency operation.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 모터 제어 장치는 복수의 스위칭 소자를 갖고 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 3상 인버터 회로를 사용하여 3상 모터의 구동 제어를 행하는 모터 제어 장치이며, 상기 스위칭 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 3상 인버터 회로에 흐르는 회로 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 온도 검출부가 검출한 상기 소자의 온도와 상기 전류 검출부가 검출한 상기 회로 전류에 기초하는 변조 방식을 사용하는 제어를 행하는 변조 방식 제어부를 구비하는 것을 주요한 특징으로 한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, the motor control apparatus which concerns on this invention is a motor control apparatus which performs drive control of a three-phase motor using the three-phase inverter circuit which has a some switching element, and converts DC power into 3-phase AC power. A temperature detector for detecting a temperature of the switching element, a current detector for detecting a circuit current flowing through the three-phase inverter circuit, a temperature of the element detected by the temperature detector and the circuit current detected by the current detector. It is a main feature to have a modulation scheme control section for performing control using an based modulation scheme.
또한, 본 발명에 관한 모터 제어 장치는 복수의 스위칭 소자를 갖고 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 3상 인버터 회로를 사용하여 3상 모터의 구동 제어를 행하는 모터 제어 장치이며, 상기 3상 인버터 회로에 흐르는 회로 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 3상 인버터 회로의 입력측에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 전류 검출부가 검출한 상기 회로 전류와 상기 전압 검출부가 검출한 상기 직류 전압에 기초하여, 상기 직류 전압에 대한 상기 3상 모터로 인가되는 교류 전압의 진폭값의 비를 나타내는 변조율을 연산하는 변조율 연산부와, 상기 변조율 연산부가 연산한 상기 변조율에 기초하는 변조 방식을 사용하는 제어를 행하는 변조 방식 제어부를 구비하는 것을 주요한 특징으로 한다.Moreover, the motor control apparatus which concerns on this invention is a motor control apparatus which carries out drive control of a three-phase motor using the three-phase inverter circuit which has a some switching element, and converts DC power into 3-phase AC power, The said three-phase inverter A current detector for detecting a circuit current flowing through the circuit, a voltage detector for detecting a DC voltage applied to an input side of the three-phase inverter circuit, the circuit current detected by the current detector and the DC voltage detected by the voltage detector. A modulation rate calculation unit for calculating a modulation rate indicating a ratio of an amplitude value of an AC voltage applied to the three-phase motor with respect to the DC voltage, and a modulation scheme based on the modulation rate calculated by the modulation rate calculation unit. It is a main feature to have a modulation system control unit that performs control using.
또한, 본 발명에 관한 모터 제어 장치는 복수의 스위칭 소자를 갖고 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 3상 인버터 회로를 사용하여 3상 모터의 구동 제어를 행하는 모터 제어 장치이며, 상기 스위칭 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 3상 인버터 회로에 흐르는 회로 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 3상 인버터 회로의 입력측에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 전류 검출부가 검출한 상기 회로 전류와 상기 전압 검출부가 검출한 상기 직류 전압에 기초하여, 상기 직류 전압에 대한 상기 3상 모터로 인가되는 교류 전압의 진폭값의 비를 나타내는 변조율을 연산하는 변조율 연산부와, 상기 온도 검출부가 검출한 상기 소자의 온도와 상기 변조율 연산부가 연산한 상기 변조율에 기초하는 변조 방식을 사용하는 제어를 행하는 변조 방식 제어부를 구비하는 것을 주요한 특징으로 한다.Moreover, the motor control apparatus which concerns on this invention is a motor control apparatus which performs drive control of a three-phase motor using the three-phase inverter circuit which has a some switching element, and converts DC power into three-phase AC power, A temperature detector for detecting a temperature, a current detector for detecting a circuit current flowing through the three-phase inverter circuit, a voltage detector for detecting a DC voltage applied to an input side of the three-phase inverter circuit, and the current detector detected the A modulation rate calculator for calculating a modulation rate indicating a ratio of an amplitude value of an AC voltage applied to the three-phase motor to the three-phase motor based on a circuit current and the DC voltage detected by the voltage detector; and the temperature detector A modulation scheme based on the temperature of the element detected by the controller and the modulation rate calculated by the modulation rate calculator; In that it comprises a modulation scheme and a control section which performs the essential characteristics thereof.
본 발명에 관한 모터 제어 장치에 따르면, 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.According to the motor control apparatus according to the present invention, high efficiency operation can be performed accurately.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 3상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 3은 상하 60도 고정 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 4는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 5는 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 6은 IGBT와 MOSFET의 전류에 대한 전압의 관계를 나타내는 특성도.
도 7은 IGBT와 MOSFET의 전류에 대한 손실의 관계를 나타내는 특성도.
도 8은 상부 아암에 IGBT를 배치하고, 하부 아암에 MOSFET를 배치한 3상 인버터 회로에 있어서의, 각 변조 방식에서의 MOSFET의 접합부 온도(채널 온도)와 회로 손실의 관계를 나타내는 특성도.
도 9는 변조율이 작을 때에 하부 고정상 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 10은 변조율이 중간일 때에 하부 고정상 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 11은 변조율이 클 때에 하부 고정상 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 블록도.
도 13은 3상 인버터 회로(17A)에 있어서의 변조율에 대한 변조 방식의 관계를 나타내는 테이블.
도 14는 변조율이 1일 때에 3상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 15는 변조율이 1일 때에 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 16은 과변조 시에 상하 60도 고정 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 17은 과변조 시에 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 3상 인버터 회로에 사용되는 직류 전원이며, 교류측에 리액터를 구비하여 직류 출력 전압을 제어하는 컨버터 회로의 구성을 도시하는 블록도.
도 19는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 3상 인버터 회로에 사용되는 직류 전원이며, 직류측에 리액터를 구비하여 직류 출력 전압을 제어하는 컨버터 회로의 구성을 도시하는 블록도.
도 20은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 3상 인버터 회로에 사용되는 직류 전원이며, 전파 배전압 제어가 가능한 컨버터 회로의 구성을 도시하는 블록도.
도 21은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 블록도.
도 22는 Si-MOSFET, SJ-MOSFET 및 SiC-MOSFET의 소자 온도와 온 저항의 관계를 나타내는 특성도.
도 23은 본 발명의 제10 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 블록도.
도 24는 본 발명의 제11 실시 형태에 관한 모터 제어 장치에 있어서, MOSFET에 대해 SiC-SBD를 역병렬 접속한 회로 구성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram which shows the whole structure of the motor control apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
Fig. 2 is a diagram showing output voltage waveforms when the three-
Fig. 3 is a diagram showing output voltage waveforms when the three-
4 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
Fig. 5 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
Fig. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the voltage of the IGBT and the current to the MOSFET.
Fig. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the losses in the current of the IGBT and the MOSFET.
8 is a characteristic diagram showing the relationship between the junction temperature (channel temperature) and the circuit loss of a MOSFET in each modulation method in a three-phase inverter circuit in which an IGBT is disposed on an upper arm and a MOSFET is disposed on a lower arm.
Fig. 9 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
Fig. 10 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
Fig. 11 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
12 is a block diagram showing an overall configuration of a motor control device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a table showing a relationship of a modulation method with respect to a modulation rate in the three-
Fig. 14 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
Fig. 15 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
Fig. 16 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
FIG. 17 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
Fig. 18 is a block diagram showing the structure of a converter circuit for controlling a direct current output voltage, which is a direct current power source used in the three-phase inverter circuit of the motor control apparatus according to the third embodiment of the present invention, and the reactor is provided on the alternating current side.
Fig. 19 is a block diagram showing the structure of a converter circuit which is a DC power supply used in a three-phase inverter circuit of the motor control device according to the third embodiment of the present invention, and includes a reactor on the DC side to control the DC output voltage.
20 is a block diagram showing a configuration of a converter circuit which is a DC power supply used in a three-phase inverter circuit of the motor control device according to the fourth embodiment of the present invention, and which is capable of controlling the electric wave double voltage.
21 is a block diagram showing an overall configuration of a motor control device according to a fifth embodiment of the present invention.
Fig. 22 is a characteristic diagram showing the relationship between device temperatures and on resistances of Si-MOSFETs, SJ-MOSFETs, and SiC-MOSFETs.
Fig. 23 is a block diagram showing the overall configuration of a motor control device according to a tenth embodiment of the present invention.
24 is a circuit configuration diagram in which a SiC-SBD is connected in parallel with a MOSFET in a motor control device according to an eleventh embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 관한 모터 제어 장치의 복수의 실시 형태 및 본 발명에 관한 모터 제어 장치를 탑재한 공기 조화기에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the air conditioner equipped with the some embodiment of the motor control apparatus which concerns on this invention, and the motor control apparatus which concerns on this invention is demonstrated in detail, referring drawings.
또한, 복수의 실시 형태를 설명하기 위한 도면에 있어서, 공통의 구성 요소에는 원칙적으로 공통의 번호를 부여하여, 그 중복된 내용 설명을 생략한다.In addition, in drawing for demonstrating some embodiment, in common, the common component is attached | subjected the common number, and the overlapping description of the content is abbreviate | omitted.
《제1 실시 형태》&Quot; First embodiment "
〈본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 전체 구성〉<Overall configuration of the motor control device according to the first embodiment of the present invention>
처음에, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 전체 구성에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.First, the whole structure of the motor control apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a
제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)에 대해, 3상 인버터 회로(17A)를 사용하여 3상 동기 모터(15)(본 발명의 "3상 모터"에 상당함. 구체적으로는, 예를 들어 직류 브러시 리스 모터 등을 사용함)의 구동 제어를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.The
제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)는 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup, SMun, SIvp, SMvn, SIwp, SMwn)에 관한 접합부 온도(Tj)와, 3상 인버터 회로(17A)에 흐르는 회로 전류(Io)에 기초하여, 3상 인버터 회로(17A)의 구동에 사용하는 변조 방식을 전환함으로써, 고효율 운전의 정확한 수행을 도모하는 것이다.The
상세하게 서술하면, 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)는, 도 1에 도시한 바와 같이 직류 전원(13)과, PWM 구동에 의해 3상 동기 모터(15)의 구동 제어를 행하는 3상 인버터 회로(17A)와, 전자기 유도식 가선 전류 센서(19)와, 접합부 온도 검출부(21)와, 변조 방식 제어부(23)와, 인버터 구동 회로(25)를 구비하여 구성되어 있다.In detail, the
직류 전원(13)은, 예를 들어 축전지이다. 단, 직류 전원(13)으로서, 상세하게는 후기하는 바와 같이, 예를 들어 컨버터 회로(100A)(도 18 참조) 등을 채용해도 좋다.The
3상 인버터 회로(17A)는 펄스폭 변조파 신호(PWM 신호)에 기초하여, 직류 전원(13)으로부터 부여된 직류 전력을, u상ㆍv상ㆍw상의 의사 정현파인 3상 교류 전력으로 변환하고, 변환 후의 의사 정현파인 3상 교류 전력을 3상 동기 모터(15)로 공급함으로써, 3상 동기 모터(15)의 구동 제어를 행하는 기능을 갖는다.The three-
3상 인버터 회로(17A)는, 도 1에 도시한 바와 같이 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup, SMun, SIvp, SMvn, SIwp, SMwn)를 갖는다.The three-
또한, 이하의 설명에 있어서, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup, SMun, SIvp, SMvn, SIwp, SMwn)를 총칭하는 경우에는, "제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)"로 약기한다.In the following description, when the first to sixth switching elements SIup, SMun, SIvp, SMvn, SIwp, SMwn are collectively referred to as "first to sixth switching elements SIup to SMwn". do.
제1, 제3, 제5 스위칭 소자(상부 아암의 스위칭 소자)(SIup, SIvp, SIwp)로서는, IGBT 구조의 반도체 소자를 사용한다. 한편, 제2, 제4, 제6 스위칭 소자(하부 아암의 스위칭 소자)(SMun, SMvn, SMwn)로서는, M0SFET 구조의 반도체 소자를 사용한다.As the first, third and fifth switching elements (switch elements of the upper arm) (SIup, SIvp, SIwp), a semiconductor element having an IGBT structure is used. On the other hand, as the second, fourth, and sixth switching elements (switch elements of the lower arm) SMun, SMvn, SMwn, semiconductor elements having a M0SFET structure are used.
제1 및 제2 스위칭 소자(SIup, SMun)는 제1 접속점(Nd1)을 통해 직렬 접속되어 있다. 제1 및 제2 스위칭 소자(SIup, SMun)의 각각에는 환류 다이오드(Dup) 및 기생 다이오드(Dun)가 역병렬 접속되어 있다. 제1 접속점(Nd1)은 3상 동기 모터(15)의 u상 동력선에 접속되어 있다. 이하의 설명에 있어서, 제1 스위칭 소자(SIup)를 제1 상부 아암(UA1)이라고 부르고, 제2 스위칭 소자(SMun)를 제1 하부 아암(LA1)이라고 부르는 경우가 있다.The first and second switching elements SIup and SMun are connected in series via the first connection point Nd1. The reflux diode Dup and the parasitic diode Dun are antiparallel connected to each of the first and second switching elements SIup and SMun. The first connection point Nd1 is connected to the u-phase power line of the three-phase
제3 및 제4 스위칭 소자(SIvp, SMvn)는 제2 접속점(Nd2)을 통해 직렬 접속되어 있다. 제3 및 제4 스위칭 소자(SIvp, SMvn)의 각각에는 환류 다이오드(Dvp) 및 기생 다이오드(Dvn)가 역병렬 접속되어 있다. 제2 접속점(Nd2)은 3상 동기 모터(15)의 v상 동력선에 접속되어 있다. 이하의 설명에 있어서, 제3 스위칭 소자(SIvp)를 제2 상부 아암(UA2)이라고 부르고, 제4 스위칭 소자(SMvn)를 제2 하부 아암(LA2)이라고 부르는 경우가 있다.The third and fourth switching elements SIvp and SMvn are connected in series via the second connection point Nd2. In each of the third and fourth switching elements SIvp and SMvn, the reflux diode Dvp and the parasitic diode Dvn are anti-parallel connected. The second connection point Nd2 is connected to the v-phase power line of the three-phase
제5 및 제6 스위칭 소자(SIwp, SMwn)는 제3 접속점(Nd3)을 통해 직렬 접속되어 있다. 제5 및 제6 스위칭 소자(SIwp, SMwn)의 각각에는 환류 다이오드(Dwp) 및 기생 다이오드(Dwn)가 역병렬 접속되어 있다. 제3 접속점(Nd3)은 3상 동기 모터(15)의 w상 동력선에 접속되어 있다. 이하의 설명에 있어서, 제5 스위칭 소자(SIwp)를 제3 상부 아암(UA3)이라고 부르고, 제6 스위칭 소자(SMwn)를 제3 하부 아암(LA3)이라고 부르는 경우가 있다.The fifth and sixth switching elements SIwp and SMwn are connected in series via the third connection point Nd3. A reflux diode Dwp and a parasitic diode Dwn are antiparallel connected to each of the fifth and sixth switching elements SIwp and SMwn. The third connection point Nd3 is connected to the w-phase power line of the three-phase
제1 및 제2 스위칭 소자(SIup, SMun)의 직렬 접속 회로, 제3 및 제4 스위칭 소자(SIvp, SMvn)의 직렬 접속 회로 및 제5 및 제6 스위칭 소자(SIwp, SMwn)의 직렬 접속 회로의 각각은 정의 직류 모선(PL) 및 부의 직류 모선(NL) 사이에, 서로 병렬로 접속되어 있다.Series connection circuits of the first and second switching elements SIup and SMun, series connection circuits of the third and fourth switching elements SIvp and SMvn, and series connection circuits of the fifth and sixth switching elements SIwp and SMwn. Are connected in parallel to each other between the positive DC bus PL and the negative DC bus NL.
가선 전류 센서(19)는, 도 1에 도시한 바와 같이 부의 직류 모선(NL)에 근접시켜 설치되어 있다. 부의 직류 모선(NL)은 접지되어 있다. 가선 전류 센서(19)는 직류 전원(13)으로부터 3상 인버터 회로(17A)로 흐르는 회로 전류(Io)를 검출하는 기능을 갖는다. 가선 전류 센서(19)는 본 발명의 "전류 검출부"에 상당한다. 가선 전류 센서(19)로 검출된 회로 전류(Io)는 후기하는 접합부 온도 추정부(31) 및 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)로 각각 보내진다.The wire
접합부 온도 검출부(21)는 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 접합부 온도(Tj)를 검출하는 기능을 갖는다. 접합부 온도 검출부(21)는 본 발명의 "온도 검출부"에 상당한다.The
또한, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 접합부 온도를 "스위칭 소자에 관한 접합부 온도"라고 총칭하는 경우가 있다. 접합부 온도 검출부(21)는 온도 실측부(30) 및 접합부 온도 추정부(31)로 이루어진다.The junction temperature of the first to sixth switching elements SIup to SMwn may be collectively referred to as "junction temperature for the switching element". The
온도 실측부(30)는 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup, SMun, SIvp, SMvn, SIwp, SMwn)가 실장된 기판(도시하지 않음)의 온도를 실측하는 기능을 갖는다. 온도 실측부(30)는 직류 전원(Vdd)과 접지 단자 사이에, 풀업 저항(33) 및 서미스터(35)를 직렬 접속하여 구성되어 있다. 풀업 저항(33) 및 서미스터(35)는 기판 상에 직접 실장되어 있다. 이는, 예를 들어 히트 싱크 등에 풀업 저항(33) 및 서미스터(35)를 기판에 대해 간접적으로 설치하는 경우에 비해, 기판 온도의 검출 정밀도가 높아지고, 나아가서는 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj)의 추정 정밀도가 높아지기 때문이다. 풀업 저항(33) 및 서미스터(35)의 접속점(P1)의 전위(기판 온도 정보)는 접합부 온도 추정부(31)로 보내진다. 또한, 서미스터(35)는 MOSFET를 실장하고 있는 기판의 온도를 검출하기 위해, 상기 MOSFET와 동일 기판에 실장하는 것을 상정하고 있다.The
접합부 온도 추정부(31)는 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj)를 추정하는 기능을 갖는다. 구체적으로는, 접합부 온도 추정부(31)는 온도 실측부(30)에서 실측된 기판 온도 정보[접속점(P1)의 전위]와, 미리 취득되어 있는, 기판과 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 각 사이의 열 저항에 관한 정보를 사용하여, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 접합부 온도(Tj)를 추정한다.The junction
변조 방식 제어부(23)는 변조 방식 판정부(37) 및 변조 방식 지령부(39)로 이루어진다. 변조 방식 판정부(37)는 후기하는 변조 방식 판정 정보를 기억하고 있다. 변조 방식 판정부(37)는 변조 방식 정보, 접합부 온도 추정부(31)에서 추정된 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj) 및 가선 전류 센서(19)로 검출된 3상 인버터 회로(17A)에 흐르는 회로 전류(Io)에 기초하여, 3상 인버터 회로(17A)를 PWM 구동할 때에 사용하는 변조 방식을 판정하는 기능을 갖는다. 변조 방식 지령부(39)는 변조 방식 판정부(37)에서 판정된 변조 방식을 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 PWM 구동하도록, 인버터 구동 회로(25)로 지령 정보를 보내는 기능을 갖는다.The modulation
또한, 변조 방식 제어부(23) 및 접합부 온도 추정부(31)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read 0nly Memory), RAM(Random Access Memory) 등을 구비한 도시하지 않은 마이크로 컴퓨터(이하 "마이크로 컴퓨터"라고 함)에 의해 구성된다. 이 마이크로 컴퓨터는 ROM에 기억되어 있는 프로그램을 판독하여 실행하고, 접합부 온도 추정부(31), 변조 방식 판정부(37) 및 변조 방식 지령부(39)를 포함하는 각종 기능부의 실행 제어를 행하도록 기능한다.In addition, the modulation
인버터 구동 회로(25)는 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 지령부(39)로부터 보내온 변조 방식에 관한 지령 정보에 따라서, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 제어(PWM 제어)를 행함으로써, 3상 인버터 회로(17A)를 소정의 변조 방식을 사용하여 구동시키는 기능을 갖고 구성되어 있다.The
〈2상 변조 및 3상 변조〉<2 phase modulation and 3 phase modulation>
여기서, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 3상 인버터 회로(17A)의 구동에 사용하는 변조 방식의 이해를 용이하게 하기 위해, 2상 변조 및 3상 변조에 대해, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.Here, to facilitate understanding of the modulation scheme used for driving the three-
도 2는 3상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 3은 상하 60도 고정 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 2 및 도 3에 있어서, 횡축에 위상〔도〕을 나타내고, 종축에 PWM 제어 파형의 듀티〔%〕를 나타내고 있다.FIG. 2 is a diagram showing output voltage waveforms when the three-
또한, 도 4 내지 도 5, 도 9 내지 도 11, 도 14 내지 도 17에 있어서도, 도 2 및 도 3과 마찬가지로, 횡축에 위상〔도〕을 나타내고, 종축에 PWM 제어 파형의 듀티〔%〕를 나타내고 있다.4 to 5, 9 to 11, and 14 to 17, similarly to Figs. 2 and 3, the horizontal axis shows a phase [Fig.] And the vertical axis shows the duty [%] of the PWM control waveform. It is shown.
도 1에 도시한 바와 같은 3상 인버터 회로(17A)를 사용하여 3상 동기 모터(15)를 PWM 제어에 의해 구동하는 경우에는, 일반적으로 3상 변조를 사용한다. 3상 변조에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 u상ㆍv상ㆍw상의 각각의 전압에 대해 전기각 180도의 위상 구간에 걸쳐서 PWM 제어를 행한다.When the three-phase
이에 대해, 2상 변조에서는 3상 동기 모터(15)의 모터 전류가 상전압이 아니라 상간 전압에 의해 결정되는 것을 이용하여, 상간 전압을 확보하면서 각 상전압을 소정 기간마다 3상 인버터 회로(17A)의 각 스위칭 소자를 상시 온으로 함으로써, 도 3에 도시한 바와 같이, 1상마다 고위 전원 레벨 또는 저위 전원 레벨로 전기각 π/3(60도)만큼 순차 고정하도록 PWM 제어를 행한다. 도 3에 도시한 바와 같은 2상 변조를, 특별히 상하 60도 고정 2상 변조라고 부른다.On the other hand, in the two-phase modulation, the motor current of the three-phase
요컨대, 상하 60도 고정 2상 변조는 3상 인버터 회로(17A)의 제1 내지 제3 상부 아암(UA1, UA2, UA3) 및 제1 내지 제3 하부 아암(LA1, LA2, LA3)을 구성하는 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)를 60도씩, 고위 전원 레벨(100% 듀티 제어) 또는 저위 전원 레벨(0% 듀티 제어)로 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 것이다.In short, the 60 degree up and down fixed two-phase modulation constitutes the first to third upper arms UA1, UA2 and UA3 and the first to third lower arms LA1, LA2 and LA3 of the three-
3상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 위상의 변화에 대한 3상의 각 전압(Vu, Vv, Vw)의 듀티는 대략 정현파 형상으로 추이한다. 이로 인해, PWM 제어 파형의 캐리어 주파수가 높아져, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실이 증가하여, 3상 인버터 회로(17A)의 운전 효율을 저하시켜 버린다.When the three-
이에 대해, 상하 60도 고정 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우에는, 도 3에 도시한 바와 같이 u상 전압에서는 60도 내지 120도의 위상 구간, w상 전압은 180도 내지 240도의 위상 구간, v상 전압은 300도 내지 360도의 위상 구간의 각각에 있어서, 100% 듀티 제어(고위 전원 레벨)가 행해진다. 또한, u상 전압에서는 240도 내지 300도의 위상 구간, w상 전압은 0도 내지 60도의 위상 구간, v상 전압은 120도 내지 180도의 위상 구간의 각각에 있어서, 0% 듀티 제어(저위 전원 레벨)가 행해진다.On the other hand, when the three-
3상 인버터 회로(17A)를 상하 60도 고정 2상 변조를 사용하여 구동한 경우, 3상의 각 전압(Vu, Vv, Vw)의 각각에 관하여, 3분의 1에 상당하는 위상 구간에서는 스위칭을 행하고 있지 않다(100% 듀티 제어, 또는 0% 듀티 제어). 이로 인해, 이 3분의 1에 상당하는 위상 구간에서는, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실은 발생하지 않는다. 그 결과, 3상 인버터 회로(17A)의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.When the three-
또한, 1상마다, 고위 전원 레벨(100% 듀티 제어) 또는 저위 전원 레벨(0% 듀티 제어)로 전기각 2π/3(120도)만큼 순차 고정하고, 3상 인버터 회로의 스위칭 손실을 저감시켜, 상전압의 진폭이 작은 경우에 이 2상 변조 방식을 정지하여 3상 모터에 3상 전압을 인가하는 기술도 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2006-217673호 공보나 일본 특허 출원 공개 제2005-229676호 공보 참조). 이와 같은 2상 변조를, 고정 120도 2상 변조라고 부른다. 이 중, 특히, 2상 변조의 고정상을 직류 전압의 고위 전원 레벨(100% 듀티 제어)로 고정한 것을, 상부 고정 120도 2상 변조라고 부르고, 2상 변조의 고정상을 직류 전압의 저위 전원 레벨(0% 듀티 제어)로 고정한 것을, 하부 고정 120도 2상 변조라고 부른다.In addition, for each phase, the high power supply level (100% duty control) or the low power supply level (0% duty control) is sequentially fixed by 2π / 3 (120 degrees) of electric angle, thereby reducing the switching loss of the three-phase inverter circuit. Also, a technique for applying a three-phase voltage to a three-phase motor by stopping the two-phase modulation method when the amplitude of the phase voltage is small is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-217673 or Japanese Patent Application). See publication 2005-229676). Such two-phase modulation is called fixed 120 degree two-phase modulation. Among these, the thing which fixed the fixed phase of 2-phase modulation at the high power supply level (100% duty control) of DC voltage is called upper fixed 120 degree two-phase modulation, and the fixed phase of 2-phase modulation is called the low power supply level of DC voltage ( 0% duty control) is called lower fixed 120 degree two-phase modulation.
요컨대, 상부 고정 120도 2상 변조는 3상 인버터 회로(17A)의 제1 내지 제3 상부 아암(UA1, UA2, UA3) 및 제1 내지 제3 하부 아암(LA1, LA2, LA3)을 구성하는 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 것이다. 또한, 하부 고정 120도 2상 변조는 3상 인버터 회로(17A)의 제1 내지 제3 상부 아암(UA1, UA2, UA3) 및 제1 내지 제3 하부 아암(LA1, LA2, LA3)을 구성하는 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 것이다.In other words, the upper fixed 120 degree two-phase modulation constitutes the first to third upper arms UA1, UA2, UA3 and the first to third lower arms LA1, LA2, LA3 of the three-
도 4는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 5는 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다.4 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
상부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이 3상의 각 전압(Vu, Vv, Vw)의 각각에 관하여, 3분의 1에 상당하는 위상 구간에서는 스위칭을 행하고 있지 않다(100% 듀티 제어). 따라서, 도 4에 도시하는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 PWM 제어를 행하는 경우에는, 도 2에 도시하는 3상 변조와 같이 약 15% 내지 약 85%의 범위의 듀티로 PWM 제어를 행하는 경우에 비해, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 3상 인버터 회로(17A)의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.When the three-
또한, 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같이 3상의 각 전압(Vu, Vv, Vw)의 각각에 관하여, 3분의 1에 상당하는 위상 구간에서는 스위칭을 행하고 있지 않다(0% 듀티 제어). 따라서, 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 PWM 제어를 행하는 경우에는, 도 2에 도시하는 3상 변조와 같이 약 15% 내지 약 85%의 범위의 듀티로 PWM 제어를 행하는 경우에 비해, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 3상 인버터 회로(17A)의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.When the three-
〈IGBT 및 MOSFET의 특성〉<Characteristics of IGBT and MOSFET>
다음에, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)로서 사용되는, IGBT 및 MOSFET의 특성에 대해 설명한다. 도 6은 IGBT와 MOSFET의 전류에 대한 전압의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 7은 IGBT와 MOSFET의 전류에 대한 손실의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 6에서는 횡축에 전류, 종축에 전압을 나타내고 있다. 도 7에서는 횡축에 전류, 종축에 손실을 나타내고 있다.Next, the characteristics of the IGBT and the MOSFET used as the first to sixth switching elements SIup to SMwn will be described. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the voltage of the IGBT and the current to the MOSFET. Fig. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the losses of the IGBT and the MOSFET with respect to the current. In FIG. 6, the horizontal axis shows current, and the vertical axis shows voltage. In Fig. 7, the abscissa shows the current and the ordinate shows the loss.
IGBT의 콜렉터 전류에 대한 콜렉터 에미터간 전압의 특성은, 도 6에 도시한 바와 같이 콜렉터 전류의 상승 구간에 있어서 급증하고, 그 후, 완만한 대략 선형의 증가 특성을 나타낸다. 한편, MOSFET의 드레인 전류에 대한 드레인 소스간 전압의 특성은 모든 전류 구간에 있어서 완만한 대략 선형의 증가 특성을 나타낸다. IGBT에 관한 콜렉터 에미터간 전압의 특성과, MOSFET에 관한 드레인 소스간 전압의 특성은, 도 6에 도시한 바와 같이 임계점에 있어서 교차하고 있다. 요컨대, 임계점에 비해 저부하 영역(저입력 영역)에서는, IGBT에 관한 콜렉터 에미터간 전압의 특성이 MOSFET에 관한 드레인 소스간 전압의 특성을 상회하고 있지만, 임계점에 비해 고부하 영역(고입력 영역)에서는, 상기 양자의 관계가 역전하고 있다.As shown in FIG. 6, the characteristics of the collector emitter voltage with respect to the collector current of the IGBT rapidly increase in the rising section of the collector current, and then exhibit a moderately linear increase characteristic. On the other hand, the characteristics of the drain-source voltage with respect to the drain current of the MOSFET show a moderately linear increase characteristic in all current sections. The characteristics of the voltage between the collector emitters in relation to the IGBT and the characteristics of the drain and source voltages in relation to the MOSFETs intersect at the critical point as shown in FIG. 6. In other words, in the low load region (low input region) compared to the threshold point, the characteristics of the collector emitter voltage regarding the IGBT exceed the characteristics of the drain source voltage regarding the MOSFET, but in the high load region (high input region) compared to the threshold point. The relationship between the two is reversed.
도 6에 도시한 바와 같은 특성 관계에 기인하여, 도 7에 도시한 바와 같이, 임계점에 비해 저부하 영역(저입력 영역)에서는, IGBT에 관한 손실 특성이 MOSFET에 관한 손실 특성을 상회하고 있지만, 임계점에 비해 고부하 영역(고입력 영역)에서는, 상기 양자의 관계가 역전하고 있다. 즉, MOSFET의 손실은 저부하 영역에서는 IGBT에 비해 작지만, 고부하 영역에서는 IGBT에 비해 커진다. 이는, MOSFET의 손실이 전류의 2승으로 증대되기 때문이다.Due to the characteristic relationship as shown in FIG. 6, as shown in FIG. 7, in the low load region (low input region) as compared with the critical point, the loss characteristic regarding the IGBT exceeds the loss characteristic regarding the MOSFET. In the high load region (high input region) as compared with the critical point, the relationship between the above is reversed. That is, the loss of the MOSFET is smaller than that of the IGBT in the low load region, but larger than the IGBT in the high load region. This is because the loss of the MOSFET increases by the power of the current.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이, MOSFET는, 저부하 영역(저입력 영역)에서는 IGBT에 비해 저손실로 되지만, 고부하 영역(고입력 영역)에서는 반대로 IGBT에 비해 손실이 증가되어 버린다. 이는, MOSFET의 온 저항에 정의 온도 특성이 있기 때문에 고부하 시(고입력 시)에는 온 저항이 더욱 커지는 것과, 손실이 전류의 2승으로 증대되기 때문이다. 따라서, 3상 인버터 회로(17A)의 고효율 운전을 도모하기 위해서는, 저부하 시(저입력 시)에는 MOSFET측으로의 전류 통류율을 늘리고, 고부하 시(고입력 시)에는 IGBT측으로의 전류 통류율을 늘리는 것 등과 같이, 각 부하 영역에 있어서의 각 스위칭 소자의 손실의 대소 관계에 맞추어, 각각의 스위칭 소자로의 전류 통류량을 바꾸는 것을 고려하여 변조 방식을 전환하는 것이 바람직하다.That is, as shown in Fig. 7, the MOSFET has a lower loss than the IGBT in the low load region (low input region), but the loss increases in comparison with the IGBT in the high load region (high input region). This is because the on-resistance of the MOSFET has a positive temperature characteristic, and therefore the on-resistance becomes larger at high loads (at high inputs), and the loss is increased by the power of the current. Therefore, in order to achieve high efficiency operation of the three-
이러한 관점으로부터, 상기한 특허 문헌 1에서는 IGBT와 MOSFET를 조합한 인버터 회로를 구비하는 인버터 장치를 제안하고 있다. 이 기술에서는, 인버터 회로의 상부 아암에 IGBT, 하부 아암에 MOSFET를 구비한 인버터 회로에 있어서, 부하의 크기에 따라서, 3상 변조와 상하 60도 고정 2상 변조의 전환을 행하는 구성을 채용하고 있다. 부하의 대소에 관한 판정에는, 모터 전류, 인버터 회로로의 입력 전압, 스위칭 소자에 관한 온ㆍ오프의 듀티의 크기, 또는 모터의 회전 속도를 사용한다.In view of this, the above-mentioned
그런데, MOSFET의 온 저항에는 정의 온도 특성이 있으므로, 상기 MOSFET의 온도에 따라서 온 저항의 값이 변화된다. 이로 인해, 3상 변조 또는 2상 변조를 사용하여 동일한 전류를 통전시킨 경우라도, 소자 온도의 고저에 따라서 MOSFET에서 발생하는 도통 손실은 변화되어 버린다. 또한, MOSFET에서는, 고부하 시에 있어서의 온도 상승의 비율이 IGBT에 비해 크게 되어 있다. 따라서, 부하의 크기에 따라서, 단순히 3상 변조와 상하 60도 고정 2상 변조를 전환한 것만으로는, MOSFET에 온도 변화가 발생한 경우에는, 고효율 운전을 유지할 수 없다.However, since the on-resistance of the MOSFET has a positive temperature characteristic, the value of the on-resistance changes depending on the temperature of the MOSFET. For this reason, even when the same current is energized using three-phase modulation or two-phase modulation, the conduction loss generated in the MOSFET changes depending on the height of the element temperature. Moreover, in MOSFET, the ratio of temperature rise at the time of high load is large compared with IGBT. Therefore, only by switching three-phase modulation and fixed two-phase modulation up and down 60 degrees in accordance with the magnitude of the load, high-temperature operation cannot be maintained when a temperature change occurs in the MOSFET.
도 8은 3상 인버터 회로(17A)를, 복수의 변조 방식을 사용하여 구동한 경우의, MOSFET의 접합부 온도(채널 온도)와 회로 손실의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 8에 있어서, 횡축에 채널 온도〔섭씨도〕를, 종축에 회로 손실〔W〕을 나타내고 있다.FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between a junction temperature (channel temperature) of a MOSFET and a circuit loss when the three-
또한, 회로 손실의 특성 파라미터(변조 방식)로서는, 3상 변조, 상하 60도 고정 2상 변조, 상부 고정 120도 2상 변조 및 하부 고정 120도 2상 변조를 나타내고 있다.Moreover, as a characteristic parameter (modulation system) of a circuit loss, three phase modulation, 60 degrees up and down fixed two-phase modulation, upper fixed 120 degree two-phase modulation, and lower fixed 120 degree two-phase modulation are shown.
도 8에 도시한 바와 같이, 어느 하나의 2상 변조 방식을 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우라도, 3상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우에 비해, 회로 손실은 작다. 또한, MOSFET의 저온 시(약 40℃ 이하)에서는, 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우가, 가장 저손실로 된다. 이에 대해, MOSFET의 고온 시(약 40℃를 초과함)에서는, 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우가, 가장 저손실로 되어 있다.As shown in FIG. 8, even when the three-
이는, 고온 시에 있어서의 MOSFET의 온 저항은, 저온 시의 그것에 비해 커지므로, 이 온 저항의 증대에 수반하여, 상기 MOSFET의 도통 손실이 커지기 때문이다. 예를 들어, MOSFET의 접합부 온도(채널 온도를 포괄하는 개념. 이하, 동일.)가 높을 때에, 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우에는, 도 8에 도시한 바와 같이 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우에 비해, 회로 손실이 커진다. 그로 인해, MOSFET의 접합부 온도가 높은 경우에는, 가령 저부하 시(저입력 시)라도, 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동해도, 고효율 운전을 실현할 수는 없다.This is because the on-resistance of the MOSFET at high temperature is larger than that at low temperature, and therefore the conduction loss of the MOSFET increases with the increase in the on-resistance. For example, when the three-
그런데, 상기한 특허 문헌 1의 기술에서는, 부하의 크기(부하 전류)에 의해서만 변조 방식을 결정하고 있다. 그로 인해, 저부하 시에 있어서 운전 효율이 양호해지는 것인 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우라도, MOSFET의 접합부 온도가 높은 경우에는, MOSFET의 온 저항이 커지고 상기 MOSFET의 손실이 커지므로, 3상 인버터 회로(17A)의 고효율 운전을 행할 수 없다.By the way, in the technique of
따라서, 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)에서는, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup, SMun, SIvp, SMvn, SIwp, SMwn)에 관한 접합부 온도(Tj)와, 3상 인버터 회로(17A)에 흐르는 회로 전류(Io)(부하의 크기)에 기초하여, 3상 인버터 회로(17A)의 구동에 사용하는 변조 방식을 전환함으로써, 고효율 운전의 정확한 수행을 도모하는 것으로 하고 있다.Therefore, in the
〈제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)의 동작〉<Operation of the
다음에, 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)의 동작에 대해 설명한다. 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)의 전원 스위치(도시하지 않음)가 온으로 되면, 3상 인버터 회로(17A)는 인버터 구동 회로(25)로부터 송신되어 온 변조 방식에 관한 지령 정보에 기초하는 PWM 제어 신호(구동 제어 신호)에 의해, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)를 순차 온/오프시킴으로써, PWM 파형에 의한 유사 정현파의 3상 교류 전력을 생성하고, 이것을 갖고 3상 동기 모터(15)를 구동한다.Next, the operation of the
3상 동기 모터(15)의 구동 중에, 접합부 온도 추정부(31)는 가선 전류 센서(19)로 검출한 3상 인버터 회로(17A)에 흐르는 회로 전류(Io)와, 온도 실측부(30)의 서미스터(35)가 실측한 기판 온도와, 미리 취득되어 있는, 기판으로부터 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn) 사이의 열 저항을 사용하여, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)에 관한 접합부 온도(Tj)를 추정한다.During the driving of the three-phase
여기서, 실제의 접합부 온도 추정부(31)에서의 접합부 온도 추정 방법에 대해 설명한다. 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)로서, IGBT 또는 MOSFET를 채용한 것으로 한다. 우선, 가선 전류 센서(19)로 검출한 3상 인버터 회로(17A)에 흐르는 전류(Io)와 IGBT의 포화 전압(Vce)의 곱, 또는 상기 전류(Io)의 2승과 MOSFET의 온 저항의 곱으로부터, IGBT 또는 MOSFET의 도통 손실을 산출한다. 다음에, 온도 실측부(30)의 서미스터(35)가 실측한 기판 온도에, 상기 산출한 도통 손실과 기판으로부터 스위칭 소자 사이의 열 저항의 곱을 가산함으로써 접합부 온도(Tj)를 추정한다.Here, the actual junction temperature estimation method by the junction
그러나, MOSFET의 온 저항[Ron( Tj )]은 접합부 온도(Tj)의 함수로 되므로, 도통 손실은 접합부 온도(Tj)의 함수로 된다. 또한, 접합부 온도(Tj)는 도통 손실의 함수로 되므로, 도통 손실과 접합부 온도(Tj)를 일정하게 산출할 수는 없다. 따라서, 도통 손실을 산출하는 경우의 온 저항(Ron)으로서는, 온도 실측부(30)의 서미스터(35)가 실측한 기판 온도를 tc로 했을 때, 실제의 접합부 온도(Tj)와의 추정 온도차(Δt)를 어림잡은 온도인 (tc+Δt)일 때의 값인 Ron(tc+Δt)을 채용하는 것으로 한다. 이와 같이 함으로써, 도통 손실과 접합부 온도(Tj)를 일정하게 산출할 수 있다.However, since the on resistance Ron ( Tj ) of the MOSFET becomes a function of the junction temperature Tj, the conduction loss becomes a function of the junction temperature Tj. Also, since the junction temperature Tj becomes a function of the conduction loss, it is not possible to constantly calculate the conduction loss and the junction temperature Tj. Therefore, as the on resistance Ron in calculating the conduction loss, when the substrate temperature measured by the
상기의 수순을 사용한 MOSFET의 접합부 온도 추정 방법은 하기의 수학식 1 및 수학식 2로 나타낼 수 있다.The junction temperature estimation method of the MOSFET using the above procedure may be represented by
여기서, Tj는 접합부 온도, tc는 기판 온도, P( tc +Δt)는 MOSFET의 도통 손실, Rjθ는 기판으로부터 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn) 사이의 열 저항, Δt는 기판 온도와 접합부 온도의 추정 온도차를 나타낸다.Here, Tj is the junction temperature, tc is the thermal resistance, Δt is the substrate temperature between the substrate temperature, P (tc + Δt) is the conduction loss of the MOSFET, R jθ is the first to sixth switching elements (SIup to SMwn) from the substrate and The estimated temperature difference of the junction temperature is shown.
그리고, 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)는 접합부 온도(Tj) 및 회로 전류(Io)에 관련된, 가장 저손실로 되는 변조 방식을 판정하기 위한 변조 방식 판정 정보와, 접합부 온도 추정부(31)에서 추정된 접합부 온도(Tj)와, 가선 전류 센서(19)로 검출된 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)에 기초하여, 가장 저손실로 되는 변조 방식을 판정하고, 그 변조 방식을 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 지령부(39)로 보낸다. 이것을 받고, 변조 방식 지령부(39)는 변조 방식에 관한 지령 정보를 인버터 구동 회로(25)로 보낸다. 이것을 받고, 인버터 구동 회로(25)는 가장 저손실이라고 판정된 변조 방식을 따르는 PWM 제어의 구동 신호를 생성하여, 3상 인버터 회로(17A)의 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)를 구동한다.The modulation
이때의 도통 손실은, 수학식 1에 나타낸 P( tc +Δt)가 아니라, 접합부 온도 추정부(31)에서 추정한 접합부 온도에서의 온 저항과 가선 전류 센서(19)로 검출한 3상 인버터 회로(17A)에 흐르는 전류(Io)로부터 산출한다.The conduction loss at this time is not P ( tc + Δt) shown in
구체적으로는, 예를 들어 가선 전류 센서(19)가 검출한 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)의 값이 작고(부하가 작고), 또한 접합부 온도 추정부(31)가 추정한 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 접합부 온도(Tj)가 낮은 경우를 생각한다. 이러한 경우에 있어서, 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)는 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)의 각 IGBT에 비해, 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)의 각 MOSFET의 쪽이, 온 저항 및 도통 손실이 작다고 판단하여, 가장 저손실로 되는 변조 방식으로서 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하는 판정을 내린다.Specifically, for example, the value of the circuit current Io of the three-
이에 의해, 인버터 구동 회로(25)는 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)의 구동 제어를 행한다. 그 결과, 3상 인버터 회로(17A)의 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)의 각 MOSFET로의 전류 통류량을 늘림으로써, 3상 인버터 회로(17A)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.Thereby, the
또한, 예를 들어 가선 전류 센서(19)가 검출한 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)의 값이 작고(부하가 작고), 또한 접합부 온도 추정부(31)가 추정한 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 접합부 온도(Tj)가 높은 경우를 생각한다. 이러한 경우에 있어서, 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)는 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)의 각 IGBT에 비해, 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)의 각 MOSFET의 쪽이, 온 저항 및 도통 손실이 크다고 판단하여, 가장 저손실로 되는 변조 방식으로서, 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조 중 어느 하나를 사용하는 판정을 내린다.In addition, for example, the first value of the circuit current Io of the three-
이에 의해, 인버터 구동 회로(25)는 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조 중 어느 하나를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)의 구동 제어를 행한다. 그 결과, 가선 전류 센서 3상 인버터 회로(17A)의 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)의 각 IGBT로의 전류 통류율을 늘림으로써, 3상 인버터 회로(17A)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.As a result, the
또한, 예를 들어 가선 전류 센서(19)가 검출한 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)의 값이 크고(부하가 크고), 또한 접합부 온도 추정부(31)가 추정한 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 접합부 온도(Tj)가 낮은 경우를 생각한다. 이러한 경우에 있어서, 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)는 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)의 각 IGBT에 비해, 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)의 각 MOSFET의 쪽이, 온 저항 및 도통 손실이 작다고 판단하여, 가장 저손실로 되는 변조 방식으로서, 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하는 판정을 내린다.For example, the 1st value which the circuit current Io of the three-
이에 의해, 인버터 구동 회로(25)는 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)의 구동 제어를 행한다. 그 결과, 3상 인버터 회로(17A)의 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)의 각 MOSFET로의 전류 통류량을 늘림으로써, 3상 인버터 회로(17A)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.Thereby, the
또한, 예를 들어 가선 전류 센서(19)가 검출한 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)의 값이 크고(부하가 크고), 또한 접합부 온도 추정부(31)가 추정한 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 접합부 온도(Tj)도 높은 경우를 생각한다. 이러한 경우에 있어서, 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)는 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)의 각 IGBT에 비해, 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)의 각 MOSFET의 쪽이, 온 저항 및 도통 손실이 크다고 판단하여, 가장 저손실로 되는 변조 방식으로서, 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하는 판정을 내린다.For example, the 1st value which the circuit current Io of the three-
이에 의해, 인버터 구동 회로(25)는 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)의 구동 제어를 행한다. 그 결과, 3상 인버터 회로(17A)의 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)의 각 IGBT로의 전류 통류율을 늘림으로써, 3상 인버터 회로(17A)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.As a result, the
〈제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)의 작용 효과〉<Effects of the
제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)에 따르면, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 접합부 온도 및 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)의 값 및 변조 방식 판정 정보에 기초하여, 미리 준비된 변조 방식(3상 변조, 상하 60도 고정 2상 변조, 상부 고정 120도 2상 변조 및 하부 고정 120도 2상 변조) 중에서, 가장 저손실로 되는 변조 방식을 판정하고, 이 판정 결과에 관한 변조 방식을 전환하여 사용함으로써, 3상 인버터 회로(17A)를 포함하는 모터 제어 장치(11A)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.According to the
또한, 변조 방식을 전환하기 위한 트리거 포인트로서는, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자의 접합부 온도가 임계 온도(도 8의 예에서는, 약 40℃)를 초과하면, 변조 방식을 바꾸었을 때의 회로 손실의 대소 관계가 바뀌는 것에 착안하여, 하부 고정 120도 2상 변조 대신에, 상하 60도 고정 2상 변조 또는 상부 고정 120도 2상 변조를 전환하여 사용함으로써, 모터 제어 장치(11A)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.As a trigger point for switching the modulation method, for example, as shown in FIG. 8, when the junction temperature of the switching element exceeds the threshold temperature (about 40 ° C. in the example of FIG. 8), the modulation method is changed. Attention is drawn to the fact that the magnitude of the circuit loss changes, and instead of the lower fixed 120 degree two-phase modulation, the upper and lower 60 degree fixed two-phase modulation or the upper fixed 120 degree two-phase modulation is used to change the
또한, 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)의 값이 바뀌면, 스위칭 소자의 도통 손실의 크기도 바뀐다. 따라서, 회로 전류(Io)의 값에 따라서 변조 방식을 전환하기 위한, 스위칭 소자에 관한 온도의 임계값을 적절하게 변경해도 좋다. 이와 같이 구성하면, 회로 전류(Io)의 값에 따른 스위칭 소자의 도통 손실에 기초하여, 적절한 변조 방식을 전환하여 사용할 수 있다.In addition, when the value of the circuit current Io of the three-
《제2 실시 형태》&Quot; Second Embodiment &
〈변조율에 기초하는 변조 방식의 전환 제어〉<Switching Control of Modulation Method Based on Modulation Rate>
제1 실시 형태에서는, 변조 방식을 전환하기 위한 기술 요소로서, 3상 인버터 회로(17A)에 있어서의 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj) 및 회로 전류(Io)를 사용하였지만, 제2 실시 형태에서는 변조율을 사용하는 점이, 제1 실시 형태와는 다르다.In the first embodiment, the junction temperature Tj and the circuit current Io relating to the switching element in the three-
3상 인버터 회로(17A)의 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실은 변조 방식뿐만 아니라, 변조율에 따라서도 바뀐다. 구체적으로는, 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)가 클 때에 PWM 제어의 스위칭 동작이 행해지면, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실은 커진다. 또한, 회로 전류(Io)가 작을 때에 PWM 제어의 스위칭 동작이 행해지면, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실은 상기[회로 전류(Io)가 클 때]에 비해 커진다.The switching losses of the first to sixth switching elements SIup to SMwn of the three-
요컨대, 3상 인버터 회로(17A)의 스위칭 동작이 행해질 때의 회로 전류(Io)의 크기(변조율의 값)에 의해, 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실은 변화된다. 바꾸어 말하면, 변조 방식의 선택과 변조율의 크기 순서에 의해, 스위칭 손실은 크게 바뀐다.In short, the switching loss of the first to sixth switching elements SIup to SMwn is changed by the magnitude (modulation value) of the circuit current Io when the switching operation of the three-
더욱 상세하게 설명한다. 예를 들어, 3상 변조와 2상 변조를 비교하면, 3상 변조에서는, PWM의 스위칭 횟수가 2상 변조의 경우의 3/2만큼 많아지고, 또한 정현파의 피크값 주변을 포함시킨 전류값이 큰 곳에서의 스위칭 동작의 횟수가 많으므로, 필연적으로 스위칭 손실이 커진다.It demonstrates in more detail. For example, when comparing three-phase modulation and two-phase modulation, in three-phase modulation, the number of PWM switching times increases by three-thirds as in the case of two-phase modulation, and the current value including the peak value of the sinusoidal wave is Since the number of switching operations in a large place is large, the switching loss inevitably becomes large.
한편, 2상 변조에서는 고정 120도 2상 변조(상부 고정 120도 2상 변조 및 하부 고정 120도 2상 변조)와 상하 60도 고정 2상 변조를 비교하면, 변조율이 작을 때에는 양자의 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실은 대략 동일하다. 또한, 변조율이 클 때에는, 회로 전류(Io)가 클 때에 PWM의 스위칭이 행해지므로, 하부 고정 120도 2상 변조의 쪽이 상하 60도 고정 2상 변조에 비해 스위칭 손실이 커진다. 이 이유에 대해, 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한다.On the other hand, in two-phase modulation, if the fixed 120-degree two-phase modulation (upper fixed 120-degree two-phase modulation and lower fixed 120-degree two-phase modulation) and the up-down 60-degree fixed two-phase modulation are compared, both of the first The switching losses of the sixth to sixth switching elements SIup to SMwn are approximately the same. In addition, when the modulation rate is large, PWM switching is performed when the circuit current Io is large, so that the lower fixed 120-degree two-phase modulation has a larger switching loss than the up-and-down 60-degree fixed two-phase modulation. This reason will be described with reference to FIGS. 9 to 11.
도 9는 변조율이 작을 때에 하부 고정상 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 10은 변조율이 중간일 때에 하부 고정상 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 11은 변조율이 클 때에 하부 고정상 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 9 내지 도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)에 있어서, 변조율에 기초하는 적절한 변조 방식을 사용하기 위한 기초적인 기술 사항을 도시하고 있다.FIG. 9 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
도 9에 도시한 바와 같이, 변조율이 작을 때에는 PWM 제어의 듀티가 작고 출력 전압 파형의 피크도 작지만, 도 11에 도시한 바와 같이, 변조율이 클 때에는 PWM 제어의 듀티가 커지고 출력 전압 파형의 피크도 커지고 있다. 즉, 도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 변조율이 커지는 것에 따라서 PWM 제어의 듀티가 커지고, 출력 전압 파형의 피크가 커지고 있는 것을 알 수 있다. 이로 인해, 변조율이 커질수록, 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)의 피크가 커지므로, PWM 제어의 스위칭 손실이 커진다.As shown in Fig. 9, when the modulation rate is small, the duty of the PWM control is small and the peak of the output voltage waveform is small. However, as shown in Fig. 11, when the modulation rate is large, the duty of the PWM control is increased and the output voltage waveform is The peak is also increasing. That is, as shown in Figs. 9 to 11, it can be seen that as the modulation rate is increased, the duty of the PWM control is increased and the peak of the output voltage waveform is increased. For this reason, as the modulation rate is increased, the peak of the circuit current Io of the three-
예를 들어, 3상 인버터 회로(17A)의 직류 입력 전압이 변동되어 변조율이 커지고, 스위칭 손실이 증대되어 3상 인버터 회로(17A)의 운전 효율에 영향을 미치는 경우에는, 스위칭 손실이 작아지는 변조 방식을 선택적으로 전환하여 사용함으로써, 3상 인버터 회로(17A)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.For example, when the DC input voltage of the three-
〈본 발명의 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)의 전체 구성〉<Overall structure of
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)에 대해, 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)의 전체 구성을 도시하는 블록도이다. 도 13은 3상 인버터 회로(17A)에 있어서의 변조율에 대한 변조 방식의 관계를 나타내는 테이블이다.Next, the
제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)와, 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)는 기본적인 구성 요소가 공통되어 있다. 따라서, 양자 사이의 차이점에 착안하여 설명함으로써, 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)의 설명을 대신하는 것으로 한다.11 A of motor control apparatus which concerns on 1st Embodiment, and 11 B of motor control apparatus which concerns on 2nd Embodiment have a common component. Therefore, by focusing attention on the difference between the two, the description of the
제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)와, 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)의 차이점은 접합부 온도 검출부(21) 대신에, 모터 제어부(29)를 설치한 점 및 전압 검출부(27)를 추가한 점이다.The difference between the
모터 제어부(29)는, 도 12에 도시한 바와 같이 상기한 변조 방식 제어부(23)[변조 방식 판정부(37) 및 변조 방식 지령부(39)] 외에, 모터 전류 재현부(41), 모터 전압 연산부(43) 및 변조율 연산부(45)를 구비하여 구성되어 있다.The
모터 제어부(29)의 모터 전류 재현부(41)는 가선 전류 센서(19)로부터 보내져 온 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)에 기초하여 3상 동기 모터(15)에 흐르는 3상 교류 전류(Iu, Iv, Iw)를 재현하는 기능을 갖고 있다. The motor
모터 전압 연산부(43)는 모터 전류 재현부(41)로부터 보내져 온 3상 교류 전류(Iu, Iv, Iw)와, 외부로부터 보내져 온 모터 지령 회전 속도(f*)에 기초하여, 3상 동기 모터(15)에 인가해야 할 3상 교류 지령 전압(Vu*, Vv*, Vw*)을 연산하고, 이를 인버터 구동 회로(25)로 송신하는 기능을 갖고 있다. 또한, 모터 전압 연산부(43)는 3상 동기 모터(15)에 인가하는 정현파 전압의 진폭값(Vs*)을 연산하고, 이 정현파 전압의 진폭값(Vs*)을 변조율 연산부(45)로 송신하는 기능을 갖고 있다.The motor
변조율 연산부(45)는 전압 검출부(27)가 검출한 직류 전압(Vd)과, 모터 전압 연산부(43)가 연산한 3상 동기 모터(15)에 인가하는 정현파 전압의 진폭값(Vs*)에 기초하여 변조율(kh)을 연산하고, 이 변조율(kh)을 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)로 송신하는 기능을 갖고 있다.The
또한, 변조 방식 판정부(37)와 변조 방식 지령부(39)를 구비하는 변조 방식 제어부(23)는 모터 제어부(29)의 내부에 구성되어 있지만, 그들의 기능은 제1 실시 형태와 기본적으로 동일하다. 단, 제1 실시 형태에 관한 변조 방식 판정부(37)에서는, 접합부 온도(Tj)와 회로 전류(Io)에 기초하여 변조 방식을 판정한 것에 비해, 제2 실시 형태에 관한 변조 방식 판정부(37)에서는, 변조율 연산부(45)로부터 보내져 온 변조율(kh)에 기초하여 변조 방식을 판정하는 것으로 하고 있다.In addition, although the modulation
전압 검출부(27)는 직류 전원(13)의 직류 전압을 검출하고, 검출한 직류 전압(Vd)을 모터 제어부(29)의 변조율 연산부(45)로 송신하는 기능을 갖는다.The
〈제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)의 동작〉<Operation of the
다음에, 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)의 동작에 대해 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 중복되는 동작의 설명은 원칙적으로 생략한다.Next, operation | movement of the
우선, 모터 제어부(29)의 모터 전류 재현부(41)는 가선 전류 센서(19)가 검출한 3상 인버터 회로(17A)에 흐르는 회로 전류(Io)에 기초하여, 3상 동기 모터(15)에 흐르는 3상 교류 전류(Iu, Iv, Iw)를 추정하여 재현한다. 이에 의해, 모터 제어부(29)의 모터 전압 연산부(43)는 모터 전류 재현부(41)로부터 취득한 3상 교류 전류(Iu, Iv, Iw)와 외부로부터 취득한 모터 지령 회전 속도(f*)에 기초하여, 3상 동기 모터(15)에 인가해야 할 3상 교류 지령 전압(Vu*, Vv*, Vw*)을 연산하고, 이 3상 교류 지령 전압(Vu*, Vv*, Vw*)을 인버터 구동 회로(25)로 송신한다.First, the motor
또한, 모터 전압 연산부(43)가 3상 동기 모터(15)에 인가해야 할 3상 교류 지령 전압(Vu*, Vv*, Vw*)을 연산하는 방법은, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2002-272194호 공보 등에도 개시되어 있는 일반적인 방법(벡터 제어에 의한 dq 변환의 방법)을 사용할 수 있다. 또한, 이 방법 이외에도, 모터 전류의 3상분, 또는 2상분을 사용하여 3상 교류 지령 전압을 연산해도 좋다.In addition, the method of calculating the three-phase alternating current command voltages Vu * , Vv * , Vw * to be applied to the three-phase
또한, 모터 제어부(29)의 모터 전압 연산부(43)는 3상 동기 모터(15)에 인가하는 정현파 전압의 진폭값(Vs*)을 연산하고, 이 정현파 전압의 진폭값(Vs*)을 변조율 연산부(45)로 송신한다.In addition, changes in the motor
모터 제어부(29)의 변조율 연산부(45)는 전압 검출부(27)가 검출한 직류 전원(13)의 직류 전압(Vd)과, 모터 전압 연산부(43)가 연산한 3상 동기 모터(15)에 인가하는 정현파 전압의 진폭값(Vs*)에 기초하여 변조율(kh)을 연산하고, 이 변조율(kh)을 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)로 송신한다.The
변조 방식 판정부(37)는, 도 13에 도시한 바와 같이 변조율에 대한 변조 방식의 관계를 나타내는 테이블을 기억하고 있다. 변조 방식 판정부(37)는 변조율 연산부(45)가 산출한 변조율(kh)과, 도 13에 도시하는 테이블에 기초하여, 변조율(kh)에 상응하는 변조 방식을 판정하고, 판정한 변조 방식을 변조 방식 지령부(39)로 보낸다. 이것을 받고, 변조 방식 지령부(39)는 변조 방식에 관한 지령 정보를 인버터 구동 회로(25)로 보낸다.The modulation
인버터 구동 회로(25)는 모터 전압 연산부(43)로부터 송신된 3상 교류 지령 전압(Vu*, Vv*, Vw*)과, 변조 방식 지령부(39)로부터 송신되어 온 변조 방식에 관한 지령 정보에 기초하여, PWM 제어의 구동 신호를 생성하고, 이 PWM 제어의 구동 신호를 3상 인버터 회로(17A)의 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)로 송신한다. 이에 의해, 3상 인버터 회로(17A)는 변조율에 기초하는 적절한 변조 방식에 의해 PWM 구동을 행한다.The
다음에, 모터 제어부(29)의 변조율 연산부(45)가 행하는 변조율의 계산 방법에 대해 설명한다. 일반적인 변조율이라 함은, 신호파의 진폭과 반송파의 진폭의 비이다. 따라서, 3상 인버터 회로(17A)의 PWM 제어에 있어서의 신호파는 3상 동기 모터(15)에 인가하는 정현파이고, 반송파는 직류 전원(13)의 직류 입력 전압의 1/2을 진폭으로 하는 방형파로 된다. 따라서, 3상 동기 모터(15)에 인가하는 정현파의 진폭을 Vs*, 직류 입력 전압을 Vd로 하면, 변조율(kh)은 다음의 수학식 3으로 계산된다.Next, a method of calculating the modulation rate performed by the modulation
여기서, 변조 방식을 전환할 때에 사용하는 변조율(kh)의 크기(임계값)는 3상 인버터 회로(17A)의 제1 내지 제6 스위칭 소자(SIup 내지 SMwn)의 스위칭 손실을 포함시킨 3상 인버터 회로 전체의 손실의 크기에 따라서 결정된다. 그로 인해, 변조율(kh)의 임계값은 미리 변조 방식 판정부(45)에 기억시켜 둔다. 따라서, 변조율 연산부(45)에서 수학식 3과 같이 산출된 변조율(kh)이, 미리 기억되어 있는 소정의 임계값을 초과한 경우에, 변조 방식 판정부(45)는 스위칭 손실이 작은 변조 방식을 전환하여 사용하면 된다.Here, the magnitude (threshold) of the modulation rate (kh) used when switching the modulation scheme is a three-phase including the switching losses of the first to sixth switching elements SIup to SMwn of the three-
여기서, 본 실시 형태의 구성인, 도 12에 도시하는 3상 인버터 회로(17A)의 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)에 IGBT, 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)에 MOSFET를 배치한 경우를 예로 들어 설명한다.Here, IGBTs and switching elements belonging to the lower arm (SMun, SMvn, SMwn) belonging to the switching elements SIup, SIvp, SIwp belonging to the upper arm of the three-
도 7에 도시한 바와 같이, 저입력 시(저부하 시)에는 IGBT에 비해 MOSFET의 쪽이 저손실이므로, 하부 고정 120도 2상 변조를 행함으로써 고효율로 된다. 그러나, MOSFET로서 수퍼 정크션 MOSFET와 같은 기생 다이오드의 역회복 시간이 큰 소자를 사용한 경우에는, 하부 고정 120도 2상 변조를 행함으로써, 상부 아암과 하부 아암에 IGBT를 사용한 3상 인버터 회로의 경우에 비해, 스위칭 손실이 더욱 악화되어 버린다.As shown in Fig. 7, the MOSFET has a lower loss than the IGBT during low input (low load), so that high efficiency is achieved by performing a lower fixed 120 degree two-phase modulation. However, in the case of using a device having a large reverse recovery time of a parasitic diode such as a super junction MOSFET as the MOSFET, the lower fixed 120 degree two-phase modulation is performed, so that in the case of a three-phase inverter circuit using IGBTs for the upper arm and the lower arm. In comparison, the switching loss is further worsened.
이로 인해, 하부 아암에 수퍼 정크션 MOSFET를 사용하였으므로 변조율이 커져 스위칭 손실이 악화되어 온 경우, 변조 방식 판정부(37)는 그 변조율에 상응하는 변조 방식으로서, 스위칭 손실이 작은 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하는 판정을 내린다. 이와 같이, 변조율의 크기에 따라서 스위칭 손실이 적은 변조 방식을 전환하여 사용함으로써, 3상 인버터 회로(17A)를 포함하는 모터 제어 장치(11B)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.For this reason, when a superjunction MOSFET is used for the lower arm, and the modulation rate is increased and the switching loss is deteriorated, the modulation
여기서, 변조 방식을 전환하는 구체적인 트리거 포인트로서는, 통상, 변조율은 1 이하이지만, 예를 들어 3상 인버터 회로(17B)와 부하인 3상 동기 모터(15) 사이의 헌팅 현상 등에 의해 변조율이 1.15 이상으로 된 경우에는, 하부 고정 120도 2상 변조 대신에, 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조를 전환하여 사용하면 된다.Here, as a specific trigger point for switching the modulation method, although the modulation rate is usually 1 or less, for example, the modulation rate is changed due to hunting phenomenon between the three-
도 14는 변조율이 1일 때에 3상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 15는 변조율이 1일 때에 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다.Fig. 14 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
도 14에 도시한 바와 같이, 3상 변조의 경우에는, 변조율이 1일 때에는 PWM 듀티가 0 내지 100%까지 변화된 출력 전압 파형의 피크가 최대로 되고, 그 이상으로 변조율을 올리면 파형이 왜곡되어 버린다. 이에 대해, 도 15에 도시한 바와 같이, 하부 고정 120도 2상 변조의 경우에는, 변조율이 1일 때라도 PWM 듀티는 최대 85% 정도이며, 출력 전압 파형의 피크는 100%에 도달하고 있지 않다. 이는, 하부 고정 120도 2상 변조의 경우에는 3상 변조에 비해 변조율에 여유가 있는 것을 나타내고 있다.As shown in Fig. 14, in the case of three-phase modulation, when the modulation rate is 1, the peak of the output voltage waveform whose PWM duty is changed from 0 to 100% is maximized, and when the modulation rate is raised beyond that, the waveform is distorted. It becomes. On the other hand, as shown in Fig. 15, in the case of the lower fixed 120 degree two-phase modulation, even when the modulation rate is 1, the PWM duty is about 85% at maximum, and the peak of the output voltage waveform does not reach 100%. . This indicates that in the case of the lower fixed 120 degree two-phase modulation, the modulation rate has more margin than the three-phase modulation.
한편, 변조율이, 예를 들어 1.1 이상, 바람직하게는 1.15 이상인 영역은 과변조 영역이다. 즉, 그 이상으로 변조율을 크게 하면, 3상 동기 모터(15)에 인가되는 선간 전압의 파형은 정현파를 유지할 수 없어 왜곡되어 버린다. 이로 인해, 실제로 3상 동기 모터(15)에 인가되는 선간 전압으로서는, 그 이상으로 증대되는 일은 없다.On the other hand, the region whose modulation rate is, for example, 1.1 or more, preferably 1.15 or more, is an overmodulation area. In other words, if the modulation rate is increased beyond that, the waveform of the line voltage applied to the three-phase
도 16은 과변조 시에 상하 60도 고정 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 17은 과변조 시에 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우의 출력 전압 파형을 도시하는 도면이다.FIG. 16 is a diagram showing an output voltage waveform when the three-
도 16에 도시한 바와 같이, 과변조 시에 상하 60도 고정 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우에는, 전류값의 피크 부근에서는 듀티가 100% 또는 0%로 되고, PWM의 스위칭은 행해지고 있지 않다. 한편, 도 17에 도시한 바와 같이, 과변조 시에 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하여 3상 인버터 회로(17A)를 구동한 경우에는, 전류값의 피크 부근에서 듀티가 100%에 비해 약간 낮게 되어 있으므로, 상부 아암에 배치된 IGBT에 대해 PWM의 스위칭이 행해진다. 그로 인해 스위칭 손실이 악화되어 버린다.As shown in Fig. 16, when the three-
또한, 도면에는 도시하고 있지 않지만, 과변조 시에 있어서의 상부 고정 120도 2상 변조의 경우에도 피크 부근에서 PWM의 스위칭이 행해지지만, 이때에는, 하부 아암에 배치된 M0SFET의 스위칭의 비율이 많으므로, 상부 아암에 배치된 IGBT의 스위칭의 비율이 많은 하부 고정 120도 2상 변조에 비해 스위칭 손실은 작아진다. 또한, 상하 60도 고정 2상 변조의 경우에도, 하부 고정 120도 2상 변조의 경우에 비해 하부 아암에 배치된 MOSFET의 스위칭의 비율은 작아지므로, 스위칭 손실은 작아진다. 그 결과, 3상 인버터 장치(17A)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.Although not shown in the figure, PWM switching is performed near the peak even in the case of the upper fixed 120-degree two-phase modulation during overmodulation, but at this time, there is a large ratio of switching of the M0SFETs arranged on the lower arm. Therefore, the switching loss is small compared to the lower fixed 120 degree two-phase modulation with a large ratio of switching of the IGBTs disposed on the upper arm. In addition, even in the case of vertical 60 degree fixed two-phase modulation, the switching loss of the MOSFET disposed in the lower arm is smaller than in the case of the lower fixed 120 degree two-phase modulation. As a result, high efficiency operation of the three-
이와 같이, 변조율이, 예를 들어 1.15 이상의 과변조로 된 경우에는, 하부 고정 120도 2상 변조 대신에, 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조를 전환하여 사용함으로써, 3상 인버터 장치(17A)를 포함하는 모터 제어 장치(11B)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다. 또한, 실제로는 변조 방식을 전환하기 위한 변조율의 임계값에 여유를 갖게 하고, 예를 들어 변조율이 1.10 내지 1.15 사이에서 변조 방식을 전환하는 것이 바람직하다.As described above, when the modulation rate is overmodulated, for example, 1.15 or more, instead of the lower fixed 120 degree two-phase modulation, the upper and lower 60 degree fixed two-phase modulations or the upper fixed 120 degree two-phase modulation are switched and used. , The highly efficient operation of the
〈제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)의 작용 효과〉<Effects of the
제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)에 따르면, 3상 인버터 회로(17A)의 변조율에 기초하여, 미리 준비된 변조 방식(3상 변조, 상하 60도 고정 2상 변조, 상부 고정 120도 2상 변조 및 하부 고정 120도 2상 변조) 중에서, 가장 저손실로 되는 변조 방식을 판정하고, 이 판정 결과에 관한 변조 방식을 전환하여 사용함으로써, 3상 인버터 회로(17A)를 포함하는 모터 제어 장치(11B)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다. 또한, 변조율이 과변조로 된 경우라도, 3상 인버터 회로(17A)에 있어서의 스위칭 소자의 스위칭 손실을 저감시키도록 변조 방식을 전환하여 사용하는 구성을 채용하였으므로, 3상 인버터 장치(17A)를 포함하는 모터 제어 장치(11B)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.According to the
《제3 실시 형태》&Quot; Third Embodiment &
도 1 또는 도 12에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 직류 전원(13)에 의해 3상 인버터 회로(17A)를 구동하였지만, 이 직류 전원(13)을, 직류 출력 전압의 제어가 가능한 컨버터 회로로 치환할 수 있다.As shown in FIG. 1 or FIG. 12, although the three-
도 18은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 3상 인버터 회로의 직류 전원이며, 교류측에 리액터를 구비하여 직류 출력 전압을 제어하는 컨버터 회로(100A)의 구성을 도시하는 블록도이다.FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a
도 18에 도시한 바와 같이, 컨버터 회로(100A)의 주회로는 상용 전원(101)에 직렬로 접속되는 리액터(103)와, 상용 전원(101)의 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 다이오드 브리지(105)와, 다이오드 브리지(105)에서 정류된 직류 전압에 포함되는 맥동 성분을 평활하는 평활 캐패시터(107)와, 다이오드 브리지와 트랜지스터가 역병렬로 접속된 쌍방향성 스위치(109)를 구비하여 구성되어 있다.As shown in Fig. 18, the main circuit of the
또한, 컨버터 회로(100A)의 제어계는 상용 전원(101)의 교류 전압의 제로크로스점(즉, 교류 전압이 제로 전위를 통과하는 타이밍)을 검출하는 제로크로스 검출부(111)와, 컨버터 회로(100A)의 직류 출력 전압을 검출하는 직류 전압 검출부(113)를 구비하여 구성되어 있다. 덧붙여 말하면, 외부의 제어기(115)에는 컨버터 회로(100A)의 직류 출력 전압을 제어하는 컨버터 제어부(117)가 내장되어 있다.In addition, the control system of the
이와 같은 구성에 의해, 컨버터 제어부(117)가, 제로크로스 검출부(111)로부터의 제로크로스 전압과 직류 전압 검출부(113)로부터의 직류 출력 전압에 기초하여, 쌍방향성 스위치(109)에 속하는 트랜지스터를 제어한다. 이에 의해, 교류 전압의 제로크로스점에 동기하여, 상용 전원(101)에 직렬로 접속된 리액터(103)에 흐르는 전류가 제어되므로, 다이오드 브리지(105)는 동기 정류를 행하면서 전압이 제어된 직류 전압을 출력할 수 있다. 따라서, 컨버터 회로(100)는 직류 전압이 제어되고 평활 캐패시터(107)로 평활된 직류 출력 전압을, 도 1 또는 도 12에 도시하는 3상 인버터 회로(11A)로 공급할 수 있다.With this configuration, the
요컨대, 컨버터 제어부(117)는 제로크로스 검출부(111)가 검출한 교류 출력 전압 파형에 동기시키면서, 직류 전압 검출부(113)로부터 피드백한 직류 출력 전압에 기초하여 쌍방향성 스위치(109)를 단락 동작시키므로, 상용 전원(101)측의 리액터(103)에 흐르는 교류 전류를 제어할 수 있다. 이에 의해, 컨버터 회로(100)는 다이오드 브리지(105)로부터 출력되는 직류 전압을 제어할 수 있는 동시에, 역률 개선과 고조파 억제를 행할 수 있다.In other words, the
도 19는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 3상 인버터 회로의 직류 전원이며, 직류측에 리액터를 구비하여 직류 출력 전압을 제어하는 컨버터 회로의 구성을 도시하는 블록도이다.Fig. 19 is a block diagram showing the configuration of a converter circuit that is a direct current power source of the three-phase inverter circuit according to the third embodiment of the present invention and includes a reactor on the direct current side to control the direct current output voltage.
도 19에 도시한 바와 같이, 컨버터 회로(200)의 주회로는 상용 전원(201)의 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 다이오드 브리지(203)와, 다이오드 브리지(203)의 정극측 출력 단자에 직렬로 접속된 리액터(205)와, 리액터(205)의 출력측 단자와 다이오드 브리지(203)의 부극측 출력 단자 사이에 순방향으로 접속된 트랜지스터(207)와, 리액터(205)의 출력측 단자에 순방향으로 접속된 역류 방지 다이오드(209)와, 다이오드 브리지(203)에서 정류된 직류 전압에 포함되는 맥동 성분을 평활하는 평활 캐패시터(211)를 구비하여 구성되어 있다.As shown in FIG. 19, the main circuit of the
컨버터 회로(200)의 제어계는 컨버터 회로(200)의 직류 출력 전압을 검출하는 직류 전압 검출부(213)와, 컨버터 회로(200)의 직류 출력 전류를 검출하는 직류 전류 검출부(215)를 구비하여 구성되어 있다. 덧붙여 말하면, 외부의 제어기(217)에는 컨버터 회로(200)의 직류 출력 전압을 제어하는 컨버터 제어부(219)가 내장되어 있다.The control system of the
도 19에 도시하는 구성의 컨버터 회로(200)에 따르면, 컨버터 제어부(117)는 직류 전압 검출부(113)로부터 피드백한 직류 출력 전압과, 직류 전류 검출부(215)로부터 피드백한 직류 출력 전류에 기초하여, 트랜지스터(207)를 도통 제어시키므로, 다이오드 브리지(203)의 출력측의 리액터(205)에 흐르는 직류 전류를 제어할 수 있다. 이에 의해, 컨버터 회로(200)는 다이오드 브리지(203)로부터 출력되는 직류 전압을 제어할 수 있다. 따라서, 컨버터 회로(100)는 전압이 제어되고 평활 캐패시터(211)로 평활된 직류 출력 전압을, 도 1 또는 도 12에 도시하는 3상 인버터 회로(17A)로 공급할 수 있다.According to the
요컨대, 예를 들어, 도 18에 도시하는 교류측의 리액터(103)에 의해 컨버터 회로(100A)의 직류 출력 전압을 제어하는 방법과, 도 19에 도시하는 직류측의 리액터(205)에 의해 컨버터 회로(200)의 직류 출력 전압을 제어하는 방법이 있다. 따라서, 도 18 또는 도 19에 도시한 바와 같은 직류 출력 전압의 제어가 가능한 컨버터 회로(100A) 또는 컨버터 회로(200)를 3상 인버터 회로(17A)의 입력 전원에 사용함으로써, 3상 인버터 회로(17A)의 직류 입력 전압을 임의로 변화시킬 수 있다. 그 결과, 제2 실시 형태에서 서술한 변조율에 기초하여 적절한 변조 방식을 사용하는 이점을 더욱 양호하게 발휘할 수 있다.That is, for example, a method of controlling the DC output voltage of the
《제4 실시 형태》&Quot; Fourth Embodiment &
도 1 또는 도 12에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 직류 전원(13)에 의해 3상 인버터 회로(17A)를 구동하였지만, 이 직류 전원(13)을, 전파 배전압 제어가 가능한 컨버터 회로로 치환할 수 있다.As shown in FIG. 1 or FIG. 12, although the three-
도 20은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 3상 인버터 회로의 직류 전원이며, 전파 배전압 제어가 가능한 컨버터 회로의 구성을 도시하는 블록도이다.20 is a block diagram showing the configuration of a converter circuit that is a direct current power source of the three-phase inverter circuit according to the fourth embodiment of the present invention and capable of controlling the full-wave voltage.
도 20에 도시하는 전파 배전압 제어가 가능한 컨버터 회로(100B)는 직류 출력 전압을 제어하는 구성 요소에 대해서는 도 18에 도시하는 컨버터 회로(100A)와 동일하며 동일한 부호가 부여되어 있다. 따라서, 중복되는 설명은 피하고, 전파 배전압 제어를 행하는 구성 요소에 대해서만 구성과 동작을 설명한다.The
도 20에 도시한 바와 같이 전파 배전압 제어가 가능한 컨버터 회로(100B)는 도 18에 도시하는 컨버터 회로(100A)의 평활 캐패시터(107) 대신에, 배전압 콘덴서(107A, 107B)가 직렬 접속되고 다이오드 브리지(105)에 병렬로 접속되어 있다. 또한, 배전압 콘덴서(107A)와 배전압 콘덴서(107B)의 접속점으로부터, 다이오드 브리지(105)의 한쪽의 아암을 구성하는 2개의 다이오드의 접속점으로, 전파 배전압 전환 스위치(119)가 접속되어 있다.As shown in FIG. 20, in the
또한, 제어계로서, 외부의 제어기(115)에 내장되어 있고, 컨버터 회로(100B)의 직류 출력 전압을 제어하는 컨버터 제어부(117)로부터 전파 배전압 전환 스위치(119)로, 상기 전파 배전압 전환 스위치(119)를 온, 오프시키기 위한 제어 신호선이 접속되어 있다.Moreover, as a control system, it is built in the
이와 같은 구성에 의해, 컨버터 회로(100B)는 상기한 도 18의 컨버터 회로(100A)에서 설명한 동작과 마찬가지로 직류 출력 전압의 제어를 행하는 동시에, 또한 전파 배전압 전환 스위치(119)를 온, 오프 동작시킴으로써, 전파 배전압의 직류 출력 전압을, 예를 들어 도 1 또는 도 12에 도시하는 3상 인버터 회로(11A)로 공급할 수 있다.With such a configuration, the
여기서, 컨버터 회로(100B)가 행하는 전파 배전압에 관한 제어의 개요에 대해 설명한다. 다이오드 브리지(105)가 교류 전압의 정의 반 사이클로 배전압 콘덴서(107a, 107b)를 충전하고 있을 때에는, 전파 배전압 전환 스위치(119)는 오프로 되어 있다. 다음에, 다이오드 브리지(105)가 교류 전압의 부의 반 사이클로 정류할 때에는, 컨버터 제어부(117)는 전파 배전압 전환 스위치(119)를 온으로 한다. 이에 의해, 배전압 콘덴서(107b)만이 충전된다. 이 결과, 직렬로 접속된 배전압 콘덴서(107A, 107B)의 양단부[즉, 컨버터 회로(100B)의 출력 단자]에는 전파 배전압이 발생한다.Here, the outline | summary of the control regarding the full wave double voltage which the
따라서, 도 20에 도시한 바와 같은, 직류 출력 전압의 제어가 가능하며, 또한 전파 배전압의 제어가 가능한 컨버터 회로(100B)를, 도 1 또는 도 12의 3상 인버터 회로(17A)의 입력 전원으로서 사용함으로써, 3상 인버터 회로(17A)의 직류 입력 전압을 크게 변화시킬 수 있다. 그 결과, 제2 실시 형태에서 서술한 변조율에 기초하여 적절한 변조 방식을 사용하는 이점을 더욱 양호하게 발휘할 수 있다.Therefore, the
《제5 실시 형태》<< fifth embodiment >>
도 21은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.It is a block diagram which shows the whole structure of the motor control apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention.
도 21에 도시하는 제5 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11C)는, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)와, 도 12에 도시하는 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11B)를 조합하여, 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj)와, 회로 전류(Io)와, 변조율(kh)에 기초하여, 적절한 변조 방식을 전환하여 사용하는 구성을 채용한 것이다. 따라서, 도 21에 도시하는 제5 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11C)는 도 1 및 도 12에서 설명한 구성 요소만으로 구성되어 있으므로, 중복되는 구성의 설명은 생략한다.The
또한, 온도 실측부(30)의 회로 구성은 생략되어 있지만, 도 1에 도시하는 온도 실측부(30)의 회로 구성과 동일하다.In addition, although the circuit structure of the
단, 도 21에 도시하는 제5 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11C)에서는, 변조 방식 제어부(23)의 변조 방식 판정부(37)는 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj)와, 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)와, 변조율 연산부(45)로부터의 변조율(kh)에 기초하여, 변조 방식을 판정하고 있다.However, in the
제5 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11C)에 따르면, 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj)와, 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)와, 변조율(kh)에 기초하여, 스위칭 손실이 작은 변조 방식을 전환하여 사용함으로써, 모터 제어 장치(11C)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.According to the
또한, 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj)의 추정 방법 및 변조율의 연산 방법은 상기한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 동일한 방법을 사용한다.In addition, the method of estimating junction temperature Tj and the calculation method of a modulation rate which concern on a switching element use the method similar to the above-mentioned 1st Embodiment and 2nd Embodiment.
구체적으로는, 예를 들어 입력 전류가 작고 소자 온도가 낮은 경우에는, 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하고, 변조율이 높아지고 스위칭 소자의 스위칭 손실이 증대되어 운전 효율이 악화되는 경우에는, 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조를 전환하여 사용하면 된다. 이와 같이 하여, 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj)와, 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io)와, 변조율(kh)에 기초하여, 스위칭 손실을 포함시킨 3상 인버터 회로 전체의 손실이 작은 변조 방식을 전환하여 사용함으로써, 모터 제어 장치(11C)의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.Specifically, for example, when the input current is small and the device temperature is low, the lower fixed 120-degree two-phase modulation is used, and when the modulation rate is increased and the switching loss of the switching device is increased, the operating efficiency is deteriorated. 60 degree fixed two-phase modulation or upper fixed 120 degree two-phase modulation may be switched. Thus, based on the junction temperature Tj of the switching element, the circuit current Io of the three-
《제6 실시 형태》<< sixth embodiment >>
제6 실시 형태에서는, 도 21에 도시하는 제5 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11C)의 직류 전원(1)을, 도 18, 도 19에 도시하는 제3 실시 형태의 직류 출력 전압의 제어가 가능한 컨버터 회로(100A, 200), 또는 도 20에 도시하는 제4 실시 형태의 전파 배전압의 제어가 가능한 컨버터 회로(100B)로 치환한다. 이에 의해, 변조율에 기초하는 변조 방식을 사용하는 이점을 더욱 양호하게 발휘할 수 있다.In the sixth embodiment, the
《제7 실시 형태》<< seventh embodiment >>
제1 내지 제6 실시 형태에서는, 3상 인버터 회로(17A)의 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)에 IGBT를 배치하고, 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)에 MOSFET를 배치하였다. 제7 실시 형태에서는, 이것과는 반대로, 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)에 MOSFET를 배치하고, 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)에 IGBT를 배치한다. 이 경우라도, 스위칭 소자에 관한 접합부 온도(Tj), 3상 인버터 회로(17A)의 회로 전류(Io), 또는 변조율(kh) 중 적절한 조합에 기초하여, 회로 전체의 손실이 적은 변조 방식을 선택적으로 사용함으로써, 모터 제어 장치의 고효율 운전을 정확하게 수행할 수 있다.In the first to sixth embodiments, the IGBT is disposed in the switching elements SIup, SIvp, SIwp belonging to the upper arm of the three-
《제8 실시 형태》<< eighth embodiment >>
제1 내지 제7 실시 형태에서는, 3상 인버터 회로(17A)의 상부 아암 또는 하부 아암의 스위칭 소자로서 MOSFET를 사용하였지만, 제8 실시 형태에서는, MOSFET에 비해 온 저항이 낮은 수퍼 정크션 MOSFET[SJ(Super Junction)-MOSFET]를 사용한다. 이에 의해, 더욱 고효율인 3상 인버터 회로를 실현할 수 있다.In the first to seventh embodiments, the MOSFET is used as the switching element of the upper arm or the lower arm of the three-
《제9 실시 형태》<< ninth embodiment >>
제1 내지 제7 실시 형태에서는, 3상 인버터 회로(17A)의 상부 아암 또는 하부 아암의 스위칭 소자로서 MOSFET를 사용하였지만, 제9 실시 형태에서는, MOSFET에 비해 온 저항이 낮은 실리콘 카바이드 MOSFET[SiC(Sillicon Carbide)-MOSFET]를 사용한다. 이에 의해, 더욱 고효율인 3상 인버터 회로를 실현할 수 있다.In the first to seventh embodiments, the MOSFET is used as the switching element of the upper arm or the lower arm of the three-
《제10 실시 형태》<< tenth embodiment >>
제1 내지 제7 실시 형태에서는, IGBT와 MOSFET, 또는 IGBT와 SJ-MOSFET, 또는 IGBT와 SiC-MOSFET를 조합한 3상 인버터 회로에 대해 설명하였다. 제10 실시 형태에서는, SJ-MOSFET와 SiC-MOSFET를 조합한 3상 인버터 회로를 사용한다. 이 경우에는, 더욱 고효율인 3상 인버터 회로를 실현할 수 있다. 이에 대해, 이하, 도 22 및 도 23을 사용하여 설명한다.In the first to seventh embodiments, a three-phase inverter circuit in which an IGBT and a MOSFET, an IGBT and an SJ-MOSFET, or an IGBT and a SiC-MOSFET are combined has been described. In the tenth embodiment, a three-phase inverter circuit combining a SJ-MOSFET and a SiC-MOSFET is used. In this case, a more efficient three-phase inverter circuit can be realized. This will be described below with reference to FIGS. 22 and 23.
도 22는 Si-MOSFET, SJ-MOSFET 및 SiC-MOSFET의 소자 온도와 온 저항의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 22에 있어서, 횡축에 소자 온도, 종축에 온 저항을 나타내고 있다. 도 22에 도시한 바와 같이, Si-MOSFET와 SJ-MOSFET는 정의 온도 특성이 있으므로 소자 온도가 높아지면 온 저항이 커진다. 그러나, SiC-MOSFET는 소자 온도가 상승해도 온 저항이 거의 변화되지 않는 특성을 갖고 있다. 또한, SiC-MOSFET와 SJ-MOSFET는 Si-MOSFET에 비해 온 저항이 낮은 특성을 갖고 있다. 이와 같은 낮은 온 저항의 특성을 이용하여, 3상 인버터 회로의 상하 아암의 스위칭 소자에 SJ-MOSFET와 SiC-MOSFET를 조합하여 이용하는 것이 바람직하다.Fig. 22 is a characteristic diagram showing the relationship between device temperatures and on resistances of Si-MOSFETs, SJ-MOSFETs, and SiC-MOSFETs. In FIG. 22, element temperature is shown on the horizontal axis, and resistance on the vertical axis is shown. As shown in Fig. 22, since the Si-MOSFET and the SJ-MOSFET have positive temperature characteristics, the on-resistance increases as the device temperature increases. However, the SiC-MOSFET has a characteristic that the on-resistance hardly changes even when the device temperature rises. In addition, SiC-MOSFETs and SJ-MOSFETs have lower on-resistance characteristics than Si-MOSFETs. It is preferable to use a combination of SJ-MOSFET and SiC-MOSFET in the switching elements of the upper and lower arms of the three-phase inverter circuit by utilizing such low on-resistance characteristics.
도 23은 본 발명의 제10 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11D)의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.Fig. 23 is a block diagram showing the overall configuration of a
제10 실시 형태에서는, 도 23에 도시한 바와 같이 3상 인버터 회로(17B)의 상부 아암에 속하는 스위칭 소자(SIup, SIvp, SIwp)에 SiC-MOSFET를 배치하고, 하부 아암에 속하는 스위칭 소자(SMun, SMvn, SMwn)에 SJ-MOSFET를 배치한 구성으로 되어 있다. 도 23에서는 상부 아암, 하부 아암 모두에 동일한 MOSFET의 심볼로 되어 있다. 또한, 3상 인버터 회로(17B) 이외는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11A)와 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략한다.In the tenth embodiment, as shown in FIG. 23, the SiC-MOSFET is disposed in the switching elements SIup, SIvp, SIwp belonging to the upper arm of the three-
또한, 도 22에 도시하는 소자 특성과는 달리, SJ-MOSFET와 SiC-MOSFET의 온 저항을 비교했을 때에, SJ-MOSFET의 쪽이, 온 저항이 작은 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 하부 아암의 SJ-MOSFET의 전류 통류율을 높임으로써 고효율로 된다. 그러나, 소자 온도가 상승하면 SJ-MOSFET의 온 저항이 증대되어, SJ-MOSFET와 SiC-MOSFET의 스위칭 손실의 대소 관계가 역전하므로, 스위칭 소자의 고온 시에는, 상부 아암의 SiC-MOSFET로의 전류 통류율을 높임으로써 고효율 운전을 유지할 수 있다.Unlike the device characteristics shown in FIG. 22, when the on resistances of the SJ-MOSFET and the SiC-MOSFET are compared, the SJ-MOSFET may have a smaller on resistance. In such a case, high efficiency is achieved by increasing the current flow rate of the SJ-MOSFET in the lower arm. However, as the device temperature rises, the on-resistance of the SJ-MOSFET increases, and the magnitude of switching loss between the SJ-MOSFET and the SiC-MOSFET is reversed. By increasing the flow rate, high efficiency operation can be maintained.
이와 같은 것으로부터, 도 23에 도시하는 3상 인버터 회로(17B)에 있어서, 스위칭 소자에 관한 온도가 저온일 때에는, 하부 아암으로의 전류 통류율을 높이도록 하부 고정 120도 2상 변조를 행한다. 또한, 스위칭 소자에 관한 온도가 고온일 때에는, 상부 아암으로의 전류 통류율을 높이도록, 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상부 고정 120도 2상 변조로 전환한다. 이에 의해, 도 23에 도시하는 제10 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(11D)는 고효율 운전을 유지할 수 있다.Thus, in the three-
또한, 3상 인버터 회로(17B)의 구성으로서, 상부 아암에 SJ-MOSFET를 배치하고, 하부 아암에 SiC-MOSFET를 배치한 경우에 대해서도, 모터 제어 장치(11D)의 고효율 운전은 발휘된다. 이 경우에는, 스위칭 소자에 관한 온도가 저온일 때에는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하고, 스위칭 소자에 관한 온도가 고온일 때에는, 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 하부 고정 120도 2상 변조를 전환하여 사용하면 된다.Also, as a configuration of the three-
《제11 실시 형태》<< eleventh embodiment >>
제1 내지 제10 실시 형태에서는, 스위칭 손실을 저감시키기 위해, 스위칭 소자에 관한 접합부 온도, 3상 인버터 회로의 회로 전류, 또는 변조율에 기초하여, 변조 방식을 전환하여 사용하는 방법에 대해 설명하였다. 이는, 스위칭 소자로서 사용하는 MOSFET의 환류 다이오드(기생 다이오드)의 역회복 시간이 크기 때문에, MOSFET와 아암이 쌍으로 되어 있는 IGBT가 스위칭함으로써, 큰 역회복 전류가 발생하기 때문이다. 따라서, 회로 전류, 소자 온도, 또는 변조율에 의해 변조 방식을 전환하는 방법 외에, MOSFET의 환류 다이오드로서 실리콘 카바이드를 사용한 소자인 SiC-쇼트키 배리어 다이오드[SiC-SBD(Schottky Barrier Diode)]를 사용하면 스위칭 손실을 더욱 저감시킬 수 있다.In the first to tenth embodiments, in order to reduce switching losses, a method of switching and using a modulation method based on the junction temperature of the switching element, the circuit current of the three-phase inverter circuit, or the modulation rate has been described. . This is because the reverse recovery time of the flyback diode (parasitic diode) of the MOSFET used as the switching element is large, so that a large reverse recovery current is generated by switching of the IGBTs in which the MOSFET and the arm are paired. Therefore, in addition to switching the modulation method by circuit current, device temperature, or modulation rate, a SiC-Schottky Barrier Diode (SiC-SBD (Schottky Barrier Diode)), which is a device using silicon carbide as a reflux diode of a MOSFET, is used. This can further reduce switching losses.
이 SiC-SBD는 일반적인 패스트 리커버리 다이오드(FRD:Fast Recovery Diode) 등으로 대표되는, Si(실리콘)를 사용한 다이오드의 역회복 특성을 개선한 소자로, 역회복 전류의 저감에 효과가 있다. 이에 대해, 도 24에 도시한 바와 같은, MOSFET에 역병렬로 SiC-SBD를 접속한 회로 구성을 도시한 도면을 사용하여 설명한다. 즉, MOSFET의 환류 다이오드로서, 도 24에 도시한 바와 같이, MOSFET(51)의 드레인 소스 사이에 SiC-SBD(53)를 접속하고, 환류 전류를 기생 다이오드(55)에 비해 SiC-SBD(53)에 많이 흘려 역회복 전류를 억제함으로써, 스위칭 손실의 가일층의 저감에 유효해진다.This SiC-SBD is an element that improves the reverse recovery characteristics of a diode using Si (silicon), which is represented by a typical fast recovery diode (FRD), and is effective in reducing reverse recovery current. This will be described with reference to a diagram showing a circuit configuration in which SiC-SBDs are connected in anti-parallel to a MOSFET as shown in FIG. That is, as the reflux diode of the MOSFET, as shown in FIG. 24, the SiC-
또한, 환류 다이오드로서의 SiC-SBD는 MOSFET의 드레인과 소스 사이, 또는 IGBT의 콜렉터와 에미터 사이의 양자 또는 어느 한쪽에, 접속하는 구성을 채용할 수 있다.As the reflux diode, the SiC-SBD can be connected to either or both of the drain and the source of the MOSFET, or the collector and the emitter of the IGBT.
《제12 실시 형태》<< twelfth embodiment >>
제1 내지 제10 실시 형태에서는 모터 제어 장치에 대해 설명하였지만, 제12 실시 형태로서, 제1 내지 제10 실시 형태에 관한 모터 제어 장치를 공기 조화기에 사용함으로써, 고효율의 공기 조화기를 실현할 수 있다. 즉, 제1 내지 제10 실시 형태에 관한 모터 제어 장치에 의해, 3상 동기 모터의 구동 제어를 행하도록 구성된 공기 조화기를 채용하면, 고효율이고 높은 에너지 절약 성능을 갖는 공기 조화기를 제공할 수 있다.Although the motor control device has been described in the first to tenth embodiments, as a twelfth embodiment, a high efficiency air conditioner can be realized by using the motor control device according to the first to tenth embodiments in an air conditioner. In other words, if the air conditioner configured to perform drive control of the three-phase synchronous motor is adopted by the motor control apparatus according to the first to tenth embodiments, an air conditioner having high efficiency and high energy saving performance can be provided.
구체적으로는, 예를 들어 이들 모터 제어 장치를 공기 조화기에 탑재하고, 상기 모터 제어 장치를 공기 조화기의 실외 팬 모터의 구동 제어의 용도로 적용하면, 고효율이고 높은 에너지 절약 성능을 갖는 공기 조화기를 실현할 수 있다.Specifically, for example, when these motor control devices are mounted in an air conditioner and the motor control device is applied for the purpose of driving control of an outdoor fan motor of an air conditioner, an air conditioner having high efficiency and high energy saving performance is provided. It can be realized.
공기 조화기는 도 6 및 도 7에 도시하는 저부하 영역(중간ㆍ정격 영역)에서의 운전 효율을 향상시킴으로써, 에너지 절약 성능을 나타내는 지수인 APF(Annual Performance Factor)를 크게 향상시킬 수 있다. 본 발명의 각 실시 형태에 관한 모터 제어 장치에서는 3상 인버터 회로의 회로 전류나 스위칭 소자에 관한 온도나 변조율에 따라서 변조 방식을 최적으로 전환하고 있다. 그로 인해, 본 발명의 각 실시 형태에 관한 모터 제어 장치를 통해 에너지 절약 성능이 높은 공기 조화기를 제공할 수 있다.The air conditioner can greatly improve APF (Annual Performance Factor), which is an index indicating energy saving performance, by improving the operating efficiency in the low load region (middle / rated region) shown in FIGS. 6 and 7. In the motor control apparatus according to each embodiment of the present invention, the modulation method is optimally switched according to the circuit current of the three-phase inverter circuit, the temperature and the modulation rate related to the switching element. Therefore, the air conditioner with high energy saving performance can be provided through the motor control apparatus which concerns on each embodiment of this invention.
《정리》"theorem"
이상, 본 발명에 관한 모터 제어 장치 및 공기 조화기의 실시 형태에 대해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 전술한 각 실시 형태의 내용으로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although embodiment of the motor control apparatus and air conditioner which concerns on this invention was described concretely, this invention is not limited to the content of each embodiment mentioned above, A various change is made in the range which does not deviate from the summary. Of course it is possible.
11A : 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치
11B : 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치
11C : 제3 실시 형태에 관한 모터 제어 장치
11D : 제10 실시 형태에 관한 모터 제어 장치
13 : 직류 전원
15 : 3상 동기 모터(3상 모터)
17A, 17B : 3상 인버터 회로
19 : 가선 전류 센서
21 : 접합부 온도 검출부(온도 검출부)
23 : 변조 방식 제어부
25 : 인버터 구동 회로
27 : 전압 검출부
29 : 모터 제어부
30 : 온도 실측부
31 : 접합부 온도 추정부
33 : 풀업 저항
35 : 서미스터
37 : 변조 방식 판정부
39 : 변조 방식 지령부
41 : 모터 전류 재현부
43 : 모터 전류 연산부
45 : 변조율 연산부
51 : MOSFET
53 : SiC-SBD
55 : 기생 다이오드
Dup : 환류 다이오드
Dun : 기생 다이오드
Dvp : 환류 다이오드
Dvn : 기생 다이오드
Dwp : 환류 다이오드
Dwn : 기생 다이오드
Io : 회로 전류
PL : 정의 직류 모선
NL : 부의 직류 모선
SIup, SMup(UA1) : 제1 스위칭 소자(스위칭 소자)
SIun, SMun(LA1) : 제2 스위칭 소자(스위칭 소자)
SIvp, SMvp(UA2) : 제3 스위칭 소자(스위칭 소자)
SIvn, SMvn(LA2) : 제4 스위칭 소자(스위칭 소자)
SIwp, SMwp(UA3) : 제5 스위칭 소자(스위칭 소자)
SIwn, SMwn(LA3) : 제6 스위칭 소자(스위칭 소자)
100A, 100B, 200 : 컨버터 회로
101, 201 : 상용 전원
103, 205 : 리액터
105, 203 : 다이오드 브리지
107, 211 : 평활 캐패시터
107A, 107B : 배전압 콘덴서
109 : 쌍방향성 스위치
111 : 제로크로스 검출부
113 : 직류 전압 검출부
115, 217 : 제어기
117, 219 : 컨버터 제어부
119 : 전파 배전압 전환 스위치
207 : 트랜지스터
209 : 역류 방지 다이오드
213 : 직류 전압 검출부
215 : 직류 전류 검출부11A: Motor Control Device According to First Embodiment
11B: Motor Control Device According to Second Embodiment
11C: Motor Control Device According to Third Embodiment
11D: Motor Control Device According to Tenth Embodiment
13: DC power
15: 3-phase synchronous motor (3-phase motor)
17A, 17B: three-phase inverter circuit
19: wire current sensor
21: junction temperature detector (temperature detector)
23: modulation method control unit
25: inverter drive circuit
27: voltage detector
29: motor control unit
30: temperature measurement part
31: junction temperature estimation unit
33: pullup resistor
35: thermistor
37: modulation method determination unit
39: modulation method command
41: motor current reproducing unit
43: motor current calculation unit
45: modulation rate calculator
51: MOSFET
53: SiC-SBD
55: parasitic diode
Dup: free-wheel diode
Dun: Parasitic Diodes
Dvp: free-wheel diode
Dvn: Parasitic Diode
Dwp: free-wheel diode
Dwn: Parasitic Diode
Io: Circuit current
PL: Definition DC bus
NL: negative DC bus
SIup, SMup (UA1): first switching element (switching element)
SIun, SMun (LA1): Second switching element (switching element)
SIvp, SMvp (UA2): third switching element (switching element)
SIvn, SMvn (LA2): fourth switching element (switching element)
SIwp, SMwp (UA3): Fifth switching element (switching element)
SIwn, SMwn (LA3): Sixth switching device (switching device)
100A, 100B, 200: Converter Circuit
101, 201: commercial power
103, 205: reactor
105, 203: Diode bridge
107, 211: smoothing capacitor
107A, 107B: Double Voltage Capacitor
109: bidirectional switch
111: zero cross detector
113: DC voltage detector
115, 217: controller
117, 219: converter control unit
119: radio wave double voltage switch
207: Transistor
209: non-return diode
213: DC voltage detector
215: DC current detector
Claims (19)
상기 스위칭 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
상기 3상 인버터 회로에 흐르는 회로 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 온도 검출부가 검출한 상기 소자의 온도와 상기 전류 검출부가 검출한 상기 회로 전류에 기초하는 변조 방식을 사용하는 제어를 행하는 변조 방식 제어부를 구비하고,
상기 3상 인버터 회로를 구성하는 상기 스위칭 소자 중, 상부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 IGBT이고, 하부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 MOSFET이고,
상기 변조 방식 제어부는, 변조율이 1.1을 초과하는 과변조로 된 경우에는, 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 하부 고정 120도 2상 변조 대신에, 상기 상부 아암과 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 60도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상기 상부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.It is a motor control device which performs drive control of a three-phase motor using the three-phase inverter circuit which has a some switching element, and converts DC power into 3-phase AC power,
A temperature detector for detecting a temperature of the switching element;
A current detector for detecting a circuit current flowing in the three-phase inverter circuit;
And a modulation scheme control unit for performing control using a modulation scheme based on the temperature of the element detected by the temperature detector and the circuit current detected by the current detector;
Among the switching elements constituting the three-phase inverter circuit, the switching element constituting the upper arm is IGBT, the switching element constituting the lower arm is MOSFET,
The modulation method control unit, when the modulation rate is overmodulation of more than 1.1, instead of the lower fixed 120 degrees two-phase modulation for performing two-phase modulation by sequentially fixing the switching element constituting the lower arm by 120 degrees, Up and down 60 degree fixed two-phase modulation for performing two-phase modulation by sequentially fixing the switching elements constituting the upper arm and the lower arm by 60 degrees, or two phases by sequentially fixing the switching elements constituting the upper arm by 120 degrees. A motor control device characterized by performing control using an upper fixed 120 degree two-phase modulation for modulating.
상기 스위칭 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
상기 3상 인버터 회로에 흐르는 회로 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 온도 검출부가 검출한 상기 소자의 온도와 상기 전류 검출부가 검출한 상기 회로 전류에 기초하는 변조 방식을 사용하는 제어를 행하는 변조 방식 제어부를 구비하고,
상기 3상 인버터 회로를 구성하는 상기 스위칭 소자 중, 상부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 MOSFET이고, 하부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 IGBT이고,
상기 변조 방식 제어부는, 변조율이 1.1을 초과하는 과변조로 된 경우에는, 상기 상부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상부 고정 120도 2상 변조 대신에, 상기 상부 아암과 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 60도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.It is a motor control device which performs drive control of a three-phase motor using the three-phase inverter circuit which has a some switching element, and converts DC power into 3-phase AC power,
A temperature detector for detecting a temperature of the switching element;
A current detector for detecting a circuit current flowing in the three-phase inverter circuit;
And a modulation scheme control unit for performing control using a modulation scheme based on the temperature of the element detected by the temperature detector and the circuit current detected by the current detector;
Of the switching elements constituting the three-phase inverter circuit, the switching element constituting the upper arm is a MOSFET, the switching element constituting the lower arm is an IGBT,
The modulation method control unit, when the modulation rate is overmodulation of more than 1.1, instead of the upper fixed 120 degree two-phase modulation for performing two-phase modulation by sequentially fixing the switching element constituting the upper arm by 120 degrees, Up and down 60 degree fixed two-phase modulation for performing two-phase modulation by sequentially fixing the switching elements constituting the upper arm and the lower arm by 60 degrees, or two phases by sequentially fixing the switching elements constituting the lower arm by 120 degrees. A motor control device characterized by performing control using a lower fixed 120 degree two-phase modulation for modulating.
상기 스위칭 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
상기 3상 인버터 회로에 흐르는 회로 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 온도 검출부가 검출한 상기 소자의 온도와 상기 전류 검출부가 검출한 상기 회로 전류에 기초하는 변조 방식을 사용하는 제어를 행하는 변조 방식 제어부를 구비하고,
상기 3상 인버터 회로를 구성하는 상기 스위칭 소자 중, 상부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 IGBT이고, 하부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 MOSFET이고,
상기 변조 방식 제어부는, 상기 스위칭 소자에 관한 접합부 온도가 소정의 온도를 초과하는 경우에는, 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 하부 고정 120도 2상 변조 대신에, 상기 상부 아암과 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 60도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상기 상부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상부 고정 120도 2상 변조를 사용하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.It is a motor control device which performs drive control of a three-phase motor using the three-phase inverter circuit which has a some switching element, and converts DC power into 3-phase AC power,
A temperature detector for detecting a temperature of the switching element;
A current detector for detecting a circuit current flowing in the three-phase inverter circuit;
And a modulation scheme control unit for performing control using a modulation scheme based on the temperature of the element detected by the temperature detector and the circuit current detected by the current detector;
Among the switching elements constituting the three-phase inverter circuit, the switching element constituting the upper arm is IGBT, the switching element constituting the lower arm is MOSFET,
The modulation method control unit is a lower fixed 120 degree two-phase modulation for performing two-phase modulation by sequentially fixing the switching element constituting the lower arm by 120 degrees when the junction temperature of the switching element exceeds a predetermined temperature. Instead, up and down 60 degrees fixed two-phase modulation for performing two-phase modulation by sequentially fixing the switching elements constituting the upper arm and the lower arm by 60 degrees, or sequentially fixing the switching elements constituting the upper arm by 120 degrees. And control using upper fixed 120 degree two-phase modulation for two-phase modulation.
상기 스위칭 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
상기 3상 인버터 회로에 흐르는 회로 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 온도 검출부가 검출한 상기 소자의 온도와 상기 전류 검출부가 검출한 상기 회로 전류에 기초하는 변조 방식을 사용하는 제어를 행하는 변조 방식 제어부를 구비하고,
상기 3상 인버터 회로를 구성하는 상기 스위칭 소자 중, 상부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 MOSFET이고, 하부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 IGBT이고,
상기 변조 방식 제어부는, 상기 스위칭 소자에 관한 접합부 온도가 소정의 온도를 초과하는 경우에는, 상기 상부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상부 고정 120도 2상 변조 대신에, 상기 상부 아암과 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 60도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상하 60도 고정 2상 변조, 또는 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도씩 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 하부 고정 120도 2상 변조를 사용하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.It is a motor control device which performs drive control of a three-phase motor using the three-phase inverter circuit which has a some switching element, and converts DC power into 3-phase AC power,
A temperature detector for detecting a temperature of the switching element;
A current detector for detecting a circuit current flowing in the three-phase inverter circuit;
And a modulation scheme control unit for performing control using a modulation scheme based on the temperature of the element detected by the temperature detector and the circuit current detected by the current detector;
Of the switching elements constituting the three-phase inverter circuit, the switching element constituting the upper arm is a MOSFET, the switching element constituting the lower arm is an IGBT,
The modulation method control unit, when the junction temperature of the switching element exceeds a predetermined temperature, the upper fixed 120 degree two-phase modulation for performing two-phase modulation by sequentially fixing the switching element constituting the upper arm by 120 degrees Instead, up and down 60 degrees fixed two-phase modulation for performing two-phase modulation by sequentially fixing the switching elements constituting the upper arm and the lower arm by 60 degrees, or sequentially fixing the switching elements constituting the lower arm by 120 degrees. And control using the lower fixed 120 degree two-phase modulation for two-phase modulation.
상기 스위칭 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
상기 3상 인버터 회로에 흐르는 회로 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 온도 검출부가 검출한 상기 소자의 온도와 상기 전류 검출부가 검출한 상기 회로 전류에 기초하는 변조 방식을 사용하는 제어를 행하는 변조 방식 제어부를 구비하고,
상기 3상 인버터 회로를 구성하는 상기 스위칭 소자 중, 상부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 IGBT이고, 하부 아암을 구성하는 스위칭 소자는 MOSFET이고,
변조율이 0.2 이상 0.6 미만인 영역에서는 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도만큼 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 하부 고정 120도 2상 변조를 행하고,
변조율이 0.6 이상인 영역에서는 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 120도만큼 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 하부 고정 120도 2상 변조에 대신하여, 상기 상부 아암과 상기 하부 아암을 구성하는 상기 스위칭 소자를 60도만큼 순차 고정하여 2상 변조를 행하는 상하 60도 고정 2상 변조를 행하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.It is a motor control device which performs drive control of a three-phase motor using the three-phase inverter circuit which has a some switching element, and converts DC power into 3-phase AC power,
A temperature detector for detecting a temperature of the switching element;
A current detector for detecting a circuit current flowing in the three-phase inverter circuit;
And a modulation scheme control unit for performing control using a modulation scheme based on the temperature of the element detected by the temperature detector and the circuit current detected by the current detector;
Among the switching elements constituting the three-phase inverter circuit, the switching element constituting the upper arm is IGBT, the switching element constituting the lower arm is MOSFET,
In the region where the modulation rate is 0.2 or more and 0.6 or less, the lower fixed 120-degree two-phase modulation for two-phase modulation is performed by sequentially fixing the switching element constituting the lower arm by 120 degrees,
In the region where the modulation rate is 0.6 or more, the upper arm and the lower arm constitute the upper arm instead of the lower fixed 120 degree two-phase modulation in which the switching elements constituting the lower arm are sequentially fixed by 120 degrees to perform two-phase modulation. A motor control device, characterized in that up and down 60 degrees fixed two-phase modulation is performed by sequentially fixing the switching elements by 60 degrees to perform two-phase modulation.
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