KR101445960B1 - Motor control device and air conditioner - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는, 인버터 회로의 상부 아암과 하부 아암에 특성이 다른 스위칭 소자를 배치하였을 때, 회로 부품 개수의 증가나 회로 동작 제어의 복잡화를 초래하지 않도록, 편측 아암 소자의 스위칭 시에 발생하는 역회복 전류를 억제하는 것이다. 모터 제어 장치(100)는, 교류 전력으로 회전하는 모터(4)와, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 교류 전력으로 모터(4)의 구동 제어를 행하는 인버터 회로(2A)를 구비한다. 인버터 회로(2A)는, 직류 전력이 공급되는 정부의 모선(PL, NL) 사이의 상부 및 하부 아암에 접속되고, 상하로 1쌍을 이루는 제n 및 제m 스위칭 소자(11 내지 16)를 3쌍 갖는다. 이 3쌍의 스위칭 소자(11 내지 16) 사이가 모터(4)의 동력선에 접속되고, 모든 쌍으로 되는 스위칭 소자가 서로 다른 특성을 갖고, 제n 스위칭 소자의 IGBT(11)의 스위칭 속도를, 제m 스위칭 소자의 MOSFET(12)의 스위칭 속도보다도 소정값, 느리게 설정한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inverter circuit and a method of controlling the same so as not to increase the number of circuit components and complicate circuit operation control when switching elements having different characteristics are disposed on the upper arm and the lower arm of the inverter circuit, The reverse recovery current is suppressed. The motor control apparatus 100 includes a motor 4 that rotates with AC power and an inverter circuit 2A that converts DC power to AC power and controls drive of the motor 4 by AC power. The inverter circuit 2A is connected to the upper and lower arms between the bus lines PL and NL to which the DC power is supplied, and the n-th and m-th switching elements 11 to 16, Pair. The three switching elements 11 to 16 are connected to the power line of the motor 4 so that all pairs of switching elements have different characteristics and the switching speed of the IGBT 11 of the n- Is set to be slower than the switching speed of the MOSFET (12) of the m-th switching element by a predetermined value.
Description
본 발명은, 인버터 회로를 사용하여 모터의 구동 제어를 행하는 모터 제어 장치 및 공기 조화기에 관한 것이다.The present invention relates to a motor control device and an air conditioner that perform drive control of a motor by using an inverter circuit.
부하로서 모터를 탑재한 전차나 자동차 및 공기 조화기 등의 기기에서는, 근래 지구 환경 보전의 요청으로부터, 자원 절약, 에너지 절약이 강하게 요구되고 있다. 이와 같은 요구를 충족시키기 위해, 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 3상 인버터 회로(단순히, 인버터 회로라고도 함)의 손실을 개선하는 다양한 기술이 제안되어 있다.In equipment such as electric car and car and air conditioner equipped motor as load, resource saving and energy saving are strongly demanded from request of global environment conservation in recent years. In order to meet such a demand, various techniques for improving the loss of a three-phase inverter circuit (simply referred to as an inverter circuit) for converting DC power into three-phase AC power have been proposed.
인버터 회로 내의 6개의 스위칭 소자(단순히, 소자라고도 함)에는, IGBT(I㎱ulated-Gate-Bipolar-Tra㎱istor)를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 인버터 회로의 정상 기간 동작 시의 정상 손실 개선을 위해, 상하부 아암 중 편측 아암의 3소자를 IGBT가 아니라, 정상 손실이 작은 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Tra㎱istor)을 사용하는 기술이 제안되어 있다.In general, IGBTs (IGBTs) are used for six switching elements (simply referred to as elements) in an inverter circuit. However, in order to improve the steady-state loss of the inverter circuit during normal operation of the inverter circuit, a technique of using a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) Has been proposed.
정상 손실이 작은 MOSFET으로서, 슈퍼·정크션·MOSFET(이하, SJ-MOS라고 함)이 있다. 이 SJ-MOS는, 당해 SJ-MOS의 기생 다이오드에서 발생하는 역회복 전류가 크다고 하는 특성이 있다. 이것은, 통상 IGBT에 있어서 역병렬 접속된 환류 다이오드에 사용되는 FRD(Fast-Recovery-Diode)의 역회복 전류와 비교해도 크다. 통상, 하부 아암측 스위칭 소자의 환류 다이오드가 환류 모드 중에, 상부 아암측 스위칭 소자가 스위칭 동작을 행함으로써, 그때까지 환류 다이오드의 순방향과는 반대로 전압이 바이어스된다. 이로 인해, 환류 다이오드에 역회복 전류가 발생하고, 상하부 아암에 단락 전류가 발생한다.As a MOSFET having a small normal loss, there is a super-junction MOSFET (hereinafter referred to as SJ-MOS). This SJ-MOS has a characteristic that a reverse recovery current generated in the parasitic diode of the SJ-MOS is large. This is larger than the reverse recovery current of the FRD (Fast-Recovery-Diode) used in the reflux diode connected in anti-parallel to the IGBT in general. Normally, when the reflux diode of the lower arm side switching element performs the switching operation during the reflux mode, the upper arm side switching element performs the switching operation, so that the voltage is biased as opposed to the forward direction of the reflux diode. As a result, a reverse recovery current is generated in the reflux diode and a short-circuit current is generated in the upper and lower arms.
예를 들어, 인버터 회로의 상부 아암측에 IGBT, 하부 아암측에 IGBT와 특성이 다른 소자, 예를 들어 SJ-MOS를 배치한 경우, 하부 아암측의 기생 다이오드가 환류 모드 중에 상부 아암의 IGBT가 스위칭한 경우, 상하부 아암에 큰 단락 전류가 흘러 버린다. 이것은, SJ-MOS의 기생 다이오드에서 발생하는 역회복 전류가 크다고 하는 특성에 기인하고 있다.For example, when an IGBT is arranged on the upper arm side of the inverter circuit and an SJ-MOS is arranged on the lower arm side, for example, an SJ-MOS, the parasitic diode on the lower arm side is connected to the IGBT of the upper arm When switched, a large short-circuit current flows in the upper and lower arms. This is due to the characteristic that the reverse recovery current generated in the parasitic diode of the SJ-MOS is large.
따라서 역회복 전류를 억제하는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 인버터 회로 내의 상하부 아암의 소자의 내부, 어느 한쪽에 MOSFET을 배치하고, MOSFET의 기생 다이오드에 환류 전류가 흐르고 있을 때, 쌍으로 되는 다른 쪽의 소자가 온 되기 전에, MOSFET을 구동하는 전압보다도 낮은 역전압을 환류 다이오드에 인가하여, 역회복 전류를 억제한다고 하는 역전압 인가 회로에 관한 기술이 제안되어 있다.As a technique for suppressing a reverse recovery current, for example, as disclosed in
그러나 특허문헌 1에 있어서는, 역전압 인가 회로를 실현하기 위해, 반도체 소자나 콘덴서 및 저항기 등의 회로 부품의 개수가 많아져 버리고, 또한 역전압 인가 회로를 동작시키기 위한 제어가 복잡하게 되어 버린다고 하는 문제가 있다.However, in
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 인버터 회로의 상부 아암과 하부 아암에 특성이 다른 스위칭 소자를 배치하였을 때에, 회로 부품 개수의 증가나 회로 동작 제어의 복잡화를 초래하지 않도록, 편측 아암 소자의 스위칭 시에 발생하는 역회복 전류를 억제할 수 있는 모터 제어 장치 및 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an inverter circuit in which switching elements having different characteristics are arranged on the upper arm and the lower arm of the inverter circuit, And it is an object of the present invention to provide a motor control device and an air conditioner capable of suppressing a reverse recovery current generated when a device is switched.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 교류 전력으로 회전하는 모터와, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 이 변환된 교류 전력으로 모터의 구동 제어를 행하는 인버터 회로를 구비하고, 인버터 회로는, 직류 전력이 공급되는 정부의 모선 사이의 상부 아암 및 하부 아암에 접속되고, 상하로 1쌍을 이루는 스위칭 소자를 3쌍 갖고, 이 3쌍의 스위칭 소자 사이가 모터의 동력선에 접속되고, 쌍으로 되는 스위칭 소자가 서로 다른 특성을 갖고, 또한 한쪽의 스위칭 소자의 스위칭 속도가, 다른 쪽의 스위칭 소자의 스위칭 속도보다도 느리게 설정하도록 하였다.According to an aspect of the present invention, there is provided an inverter circuit comprising: a motor rotating with AC power; an inverter circuit converting DC power into AC power and performing drive control of the motor with the converted AC power; The three pairs of switching elements are connected to the upper arm and the lower arm between the busbars of the unit to which the DC power is supplied, and the pair of switching elements constitute a pair of upper and lower pairs. The three pairs of switching elements are connected to the power line of the motor, The switching elements have different characteristics and the switching speed of one switching element is set to be slower than the switching speed of the other switching element.
본 발명에 따르면, 인버터 회로의 상부 아암과 하부 아암에 특성이 다른 스위칭 소자를 배치하였을 때에, 회로 부품 개수의 증가나 회로 동작 제어의 복잡화를 초래하지 않도록, 편측 아암 소자의 스위칭 시에 발생하는 역회복 전류를 억제할 수 있는 모터 제어 장치 및 공기 조화기를 제공할 수 있다.According to the present invention, when switching elements having different characteristics are arranged on the upper arm and the lower arm of the inverter circuit, an increase in the number of switching elements occurring during switching of the one-side arm elements It is possible to provide a motor control device and an air conditioner that can suppress the recovery current.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 구성을 도시하는 회로도.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 모터 제어부의 일 구성예를 도시하는 블록도.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 제1 및 제2 스위칭 소자인 IGBT 및 MOSFET의 게이트 회로의 구성을 도시하는 도면.
도 4는 종축에 콜렉터 전류 Ic, 횡축에 시간 t를 나타내고, 하부 아암 소자가 환류 모드 시에 상부 아암 소자가 온 되었을 때의 콜렉터 전류 Ic를, 상부 아암 소자의 온 시의 게이트 저항값의 크기마다 나타낸 도면.
도 5는 종축에 콜렉터 전류 Ic, 횡축에 시간 t를 나타내고, 하부 아암 소자가 환류 모드 시에 상부 아암 소자가 온 되었을 때의 콜렉터 전류 Ic를, 하부 아암 소자의 게이트 저항값의 크기마다 나타낸 도면.
도 6은 종축에 콜렉터 전류 Ic, 횡축에 시간 t를 나타내고, 하부 아암 소자가 환류 모드 시에 상부 아암 소자가 온 되었을 때의 콜렉터 전류 Ic와, 상부 아암 소자의 콜렉터 에미터간 전압의 파형을, 시정수의 비에 따라 나타낸 도면.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 제1 및 제2 스위칭 소자인 IGBT 및 MOSFET의 게이트 회로의 구성을 도시하는 도면이고, MOSFET의 게이트 회로는 저항을 2개와 다이오드를 1개 사용하여 구성한 도면.
도 8은 상부 아암 소자를 구동 제어하는 구동 제어 신호의 드라이브 신호와, 하부 아암 소자를 구동 제어하는 구동 제어 신호의 드라이브 신호를 나타내는 파형도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치의 구성을 도시하는 회로도.1 is a circuit diagram showing a configuration of a motor control device according to a first embodiment of the present invention;
2 is a block diagram showing a configuration example of a motor control unit of the motor control apparatus according to the first embodiment;
3 is a diagram showing a configuration of a gate circuit of an IGBT and a MOSFET which are first and second switching elements of a motor control apparatus according to the first embodiment;
4 shows the collector current Ic at the ordinate and time t at the abscissa, and the collector current Ic when the lower arm element is in the reflux mode and the upper arm element is turned on, Fig.
Fig. 5 is a diagram showing collector current Ic on the vertical axis and time t on the horizontal axis, and collector current Ic when the lower arm element is in the reflux mode and the upper arm element is turned on, for each magnitude of the gate resistance value of the lower arm element.
6 shows the collector current Ic on the vertical axis and the time t on the horizontal axis and the waveform of the collector current Ic when the upper arm element is turned on and the collector emitter voltage of the upper arm element when the lower arm element is in the reflux mode, Fig.
7 is a diagram showing a configuration of a gate circuit of an IGBT and a MOSFET which are the first and second switching elements of the motor control apparatus according to the first embodiment. The gate circuit of the MOSFET uses two resistors and one diode Drawings constructed.
8 is a waveform diagram showing a drive signal of a drive control signal for driving and controlling the upper arm element and a drive signal of a drive control signal for driving and controlling the lower arm element;
9 is a circuit diagram showing a configuration of a motor control device according to a second embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<제1 실시 형태>≪ First Embodiment >
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(100)의 구성을 도시하는 회로도이다. 이 모터 제어 장치(100)를, 3상 인버터 회로(2A)를 사용하여 3상 동기 모터(4)의 구동 제어를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.1 is a circuit diagram showing a configuration of a
모터 제어 장치(100)는, 직류 전원(1)과, PWM(Pulse Width Modulation) 제어에 의해 3상 동기 모터(4)의 구동 제어를 행하는 3상 인버터 회로(단순히, 인버터 회로라고도 함)(2A)와, 전류 검출부(5)와, 직류 전압 검출부(6)와, 모터 제어부(7)와, 인버터 구동부(8)를 구비하여 구성되어 있다. 직류 전원(1)은, 본 예에서는 축전지로 하지만, 이 외에, 출력 직류 전압을 제어 가능한 컨버터 회로(도시하지 않음) 등을 채용해도 된다.The
인버터 회로(2A)는, 인버터 구동부(8)로부터 출력되는 펄스폭 변조파 신호(PWM 신호)인 구동 제어 신호(ds)에 기초하여, 직류 전원(1)으로부터 공급되는 직류 전력을, U상·V상·W상의 의사 정현파인 3상 교류 전력으로 변환하고, 이 변환된 3상 교류 전력으로 3상 동기 모터(단순히, 모터라고도 함)(4)의 구동 제어를 행하는 것이고, 제1 내지 제6 스위칭 소자(단순히, 소자라고도 함)(11, 12, 13, 14, 15, 16)를 구비하고 있다.The
이들 스위칭 소자(11 내지 16)는, 직류 전원(1)의 정극측에 접속된 직류 모선(PL)과, 부극측에 접속된 직류 모선(NL) 사이의 상하부 아암에 접속되어 있다. 상부 아암에는 제1, 제3, 제5 스위칭 소자(제n 스위칭 소자)(11, 13, 15)로서 IGBT가 접속되고, 하부 아암에는 제2, 제4, 제6 스위칭 소자(제m 스위칭 소자)(12, 14, 16)로서 저소비 전력의 MOSFET이 접속되어 있다. 즉, 상부 아암과 하부 아암에서 특성이 다른 소자가 접속되어 있다.These
또한, 상부 아암의 스위칭 소자(11, 13, 15)를, IGBT(11, 13, 15) 또는 상부 아암 소자(11, 13, 15)라고도 표현하고, 하부 아암의 스위칭 소자(12, 14, 16)를, MOSFET(12, 14, 16) 또는 하부 아암 소자(12, 14, 16)라고도 표현한다.The
제1 IGBT(11) 및 제2 MOSFET(12)은, 정부의 직류 모선(PL, NL) 사이에, 제1 접속점 Nd1을 통해 직렬 접속되어 있고, 제1 IGBT(11)의 콜렉터 에미터 사이에는 환류 다이오드(21)가 역병렬 접속되고, 제2 MOSFET(12)의 드레인 소스 사이에는 기생 다이오드(22)가 역병렬 접속되어 있다. 제1 접속점 Nd1은, 모터(4)의 U상 동력선에 접속되어 있다.The
제3 IGBT(13) 및 제4 MOSFET(14)은, 정부의 직류 모선(PL, NL) 사이에, 제2 접속점 Nd2를 통해 직렬 접속되어 있고, 제3 IGBT(13)의 콜렉터 에미터 사이에는 환류 다이오드(23)가 역병렬 접속되고, 제4 MOSFET(14)의 드레인 소스 사이에는 기생 다이오드(24)가 역병렬 접속되어 있다. 제2 접속점 Nd2는, 모터(4)의 V상 동력선에 접속되어 있다.The
제5 IGBT(15) 및 제6 MOSFET(16)은, 정부의 직류 모선(PL, NL) 사이에, 제3 접속점 Nd3을 통해 직렬 접속되어 있고, 제5 IGBT(15)의 콜렉터 에미터 사이에는 환류 다이오드(25)가 역병렬 접속되고, 제6 MOSFET(16)의 드레인 소스 사이에는 기생 다이오드(26)가 역병렬 접속되어 있다. 제3 접속점 Nd3은, 모터(4)의 W상 동력선에 접속되어 있다.The
또한, 제1 내지 제6 스위칭 소자(11 내지 16)의 게이트에는, 각각 게이트 회로(31, 32, 33, 34, 35, 36)가 접속되어 있다.The
전류 검출부(5)는, 전선과 병행 배치되는 가선 전류 센서 등에 따른 것으로, 부의 직류 모선(NL)에 근접하여 배치되어 있고, 직류 전원(1)으로부터 인버터 회로(2A)로 흐르는 회로 전류(Io)를 검출하고, 이 검출된 회로 전류(Io)를 모터 제어부(7)로 출력한다.The current detecting
직류 전압 검출부(6)는, 직류 전원(1)의 직류 전압 Vd를 검출하여 모터 제어부(7)로 출력한다.The DC
모터 제어부(7)는, 회로 전류(Io)에 기초하여, 모터(4)에 흐르는 3상 교류 전류 Iu, Iv, Iw(단, Iu, Iv, Iw는 도시하지 않음)를 재현하고, 이 재현된 3상 교류 전류 Iu, Iv, Iw와, 직류 전압 Vd와, 외부로부터 입력되는 모터 회전수 지령값(ir)에 기초하여, 모터(4)에 인가되는 3상 교류 지령 전압 Vu, Vv, Vw(단, Vu, Vv, Vw는 도시하지 않음)를 연산하는 동시에, 모터(4)에 인가되는 정현파 전압의 진폭값 Vs(단, Vs는 도시하지 않음)를 연산하고, 이들 연산 결과를 인버터 구동부(8)로 출력한다.The
단, 모터 제어부(7)는, 도 2에 도시한 바와 같이, CPU(Central Processing Unit)(101a), ROM(Read Only Memory)(101b), RAM(Random Access Memory)(101c), 기억 장치(HDD:Hard Disk Drive 등)(101d)를 구비하고, 이들 부호 101a 내지 101d가 버스(102)에 접속된 일반적인 구성으로 되어 있다. 이와 같은 구성에 있어서, 예를 들어 CPU(101a)가 ROM(101b)에 기입된 프로그램(101f)을 실행하여, 상술한 모터 제어부(7)의 연산 등의 제어를 실현하도록 되어 있다.2, the
도 1에 도시하는 인버터 구동부(8)는, 모터 제어부(7)에서의 연산 결과인 3상 교류 지령 전압 Vu, Vv, Vw(도시하지 않음) 및 미리 정해진 정현파 전압의 진폭값 Vs(도시하지 않음)에 따르고, 제1 내지 제6 스위칭 소자(11 내지 16)의 스위칭 제어(PWM 제어)를 행하기 위한 구동 제어 신호(ds)를, 인버터 회로(2A)의 각 게이트 회로(31 내지 36)로 출력한다.The
도 3은 제1 및 제2 스위칭 소자인 IGBT(11) 및 MOSFET(12)의 게이트 회로(31, 32)의 구성을 도시하는 도면이다. 단, 도 3에 도시하는 게이트 회로(31)는, 제1, 제3, 제5 스위칭 소자(11, 13, 15)의 각 게이트 회로(31, 33, 35)를 대표하고, 게이트 회로(32)는, 제2, 제4, 제6 스위칭 소자(12, 14, 16)의 각 게이트 회로(32, 34, 36)를 대표한다. 이후, 도 3에 도시하는 게이트 회로(31, 32)를 대표하여 인버터 회로(2A)를 설명한다.3 is a diagram showing the configurations of the
게이트 회로(31)는, IGBT(11)의 게이트와 인버터 구동부(8) 사이에 접속된 게이트 저항기(R1)와, 당해 게이트에 애노드가 접속된 다이오드(D1)와, 이 다이오드(D1)의 캐소드와 인버터 구동부(8) 사이에 접속된 게이트 저항기(R2)를 구비하여 구성되어 있다. 게이트 회로(32)는, MOSFET(12)의 게이트와 인버터 구동부(8) 사이에 접속된 게이트 저항기(R3)를 구비하여 구성되어 있다.The
게이트 저항기(R1)는, IGBT(11)가 온 시에 사용된다. 즉, 화살표 Yon으로 나타낸 바와 같이, 인버터 구동부(8)로부터 흘러 오는 전류를 소정의 저항값으로 규제하면서 IGBT(11)의 게이트에 흐르는 것이다. 이에 의해 게이트에 전하가 차지되어 IGBT(11)가 온으로 된다.The gate resistor R1 is used when the IGBT 11 is turned on. That is, as indicated by the arrow Yon, the current flows from the
다이오드(D1)는, IGBT(11)의 오프 시에 게이트에 축적된 전하의 인발을 행하고, 게이트 저항기(R2)는, 그 인발된 전하를 제거한다. 즉, IGBT(11)가 오프 시에, 게이트에 차지되어 있었던 전하가, 화살표 Yoff로 나타낸 바와 같이 다이오드(D1)에서 인발되어 게이트 저항기(R2)를 통과함으로써, 당해 전하가 제거되고, 이에 의해 IGBT(11)가 완전하게 오프 상태로 된다.The diode D1 draws out the electric charge accumulated in the gate when the
단, 게이트 회로(32)는, 도 3에 도시한 바와 같이 게이트 저항기(R3)만으로 구성되어 있지만, 게이트 회로(31)와 같이, 복수의 저항기와 다이오드를 조합하여 구성해도 된다. 게이트 회로(31, 32)는, 게이트 저항기의 개수나 다이오드의 개수로 제한되는 것은 아니다.3, the
도 4는 종축이 콜렉터 전류 Ic, 횡축이 시간 t이고, 하부 아암 소자(12)가 환류 모드 시에 상부 아암 소자(11)가 온 되었을 때의 콜렉터 전류 Ic를, 상부 아암 소자(11)의 온 시의 게이트 저항값[게이트 저항기(R1)의 저항값] R1N의 크기마다 나타낸 도면이다.4 shows the collector current Ic when the vertical axis is the collector current Ic and the horizontal axis is the time t and the
또한, 도 4에서는, 게이트 저항값 R1N의 크기를, R1N 소, R1N 중, R1N 대로 나타내고 있다. 이들 크기는, 하부 아암의 MOSFET(12)의 오프 시의 게이트 저항값[게이트 저항기(R3)의 저항값] R3N에 대한 크기이다. 즉, 하부 아암의 MOSFET(12)의 오프 시의 게이트 저항값 R3N에 대해, 상부 아암의 IGBT(11)의 게이트 저항값 R1N이 커질수록, R1N 소, R1N 중, R1N 대로 커지도록 표현하고 있다.In Fig. 4, the magnitude of the gate resistance value R1N is represented by R1N among R1N and R1N. These sizes are sizes for the gate resistance value of the
도 3에 도시하는 하부 아암의 MOSFET(12)이 기생 다이오드(22)에 순방향으로 전류가 흐르는 환류 모드 시에, 상부 아암의 IGBT(11)가 스위칭 동작에 의해 온으로 되면, 하부 아암의 MOSFET(12)의 기생 다이오드(22)에 역바이어스 전압이 인가된다. 이에 의해, 기생 다이오드(22)에 역방향의 역회복 전류가 흐른다. 이로 인해, IGBT(11)에는, 도 4에 나타낸 바와 같은, 크기의 콜렉터 전류 Ic1, Ic2, Ic3이 흘러 버린다.When the
콜렉터 전류 Ic1은, 상부 아암의 IGBT(11)의 게이트 저항값 R1N이 소(R1N 소)인 경우에 흐르고, 콜렉터 전류 Ic2는, 게이트 저항값 R1N이 중(R1N 중)인 경우에 흐르고, 콜렉터 전류 Ic3은, 게이트 저항값 R1N이 대(R1N 대)인 경우에 흐른다. 또한, 각 콜렉터 전류 Ic1, Ic2, Ic3의 최대값(최대 파고값)을, 각 화살표 h1, h2, h3으로 나타내었다.The collector current Ic1 flows when the gate resistance value R1N of the
이와 같이 콜렉터 전류 Ic가 Ic3, Ic2, Ic1로 나타내는 바와 같이 커질수록, 하부 아암의 MOSFET(12)의 기생 다이오드(22)에 큰 역회복 전류가 흘러 버린다. 이로 인해, 상부 아암의 IGBT(11)의 콜렉터와 하부 아암 소자(12)의 소스 사이에 단락 전류가 흘러 버린다. 이 단락 전류가 과대해지면, 노이즈의 증가나 소자의 파괴 등의 문제가 발생한다.As described above, as the collector current Ic becomes larger as indicated by Ic3, Ic2, and Ic1, a large reverse recovery current flows into the
따라서 본 실시 형태에서는, 하부 아암의 MOSFET(12)의 오프 시의 게이트 저항값 R3N에 대해, 상부 아암의 IGBT(11)의 온 시의 게이트 저항값 R1N을 극단적으로 크게(R1N 대) 하여, 도 4에 Ic3으로 나타낸 바와 같이 콜렉터 전류를 작게(화살표 h3) 함으로써, 기생 다이오드(22)에 흐르는 역회복 전류를 저감시켜, 단락 전류를 억제하도록 하였다.Therefore, in the present embodiment, the gate resistance value R1N of the upper arm at the time of turning on the
여기서, 일반적인 인버터 회로 내의 6개의 소자에는, 모두 IGBT를 사용하고, 게이트 저항값의 크기도 6소자 모두 동일한 값으로 설정되어 있다. 그러나 상하부 아암에 IGBT와 MOSFET과 같이 특성이 다른 스위칭 소자를 쌍으로 배치하고, 또한, MOSFET에 SJ-MOS와 같은, 정상 손실은 작지만, 기생 다이오드의 역회복 전류가 큰 소자를 채용한 경우, 기생 다이오드에서 발생하는 역회복 전류가 과대해진다고 하는 문제가 발생하고 있었다.Here, IGBTs are used for all six elements in a general inverter circuit, and the magnitude of the gate resistance value is set to the same value for all six elements. However, when a pair of switching elements having different characteristics such as an IGBT and a MOSFET are arranged on the upper and lower arms and a device having a large reverse recovery current of a parasitic diode such as an SJ-MOS having a small normal loss is employed, There is a problem that the reverse recovery current generated in the diode becomes excessive.
또한, 하부 아암의 MOSFET(12)이 환류 모드 중에 상부 아암의 IGBT(11)가 스위칭 동작을 행하고, 상하부 아암에 단락 전류가 흐르는 경우, 하부 아암의 MOSFET(12)의 드레인 게이트 사이에 존재하는 귀환 용량을 통과하여, 단락 전류가 MOSFET(12)의 게이트에도 분류한다. 이 분류에 의해, 원래 오프 상태가 아니면 안되는 MOSFET(12)의 게이트가 온 되어 버린다고 하는, 소위 셀프 턴온 현상이 발생한다.When the
셀프 턴온 현상은, MOSFET(12)의 게이트 저항값 R3N이 클수록 역회복 시간이 길어져, 보다 그 정도가 커진다. 이 셀프 턴온 현상의 정도가 커질수록, 기생 다이오드(22)에서 발생하는 역회복 전류가 커져 버리는 악영향을 받는다. 이로 인해, 스위칭 손실이 커져 소자의 발열이 높아지는 등의 문제가 발생한다. 그러나 스위칭 손실의 증대를 방지하기 위해 MOSFET(12)의 게이트 저항값 R3N을 지나치게 작게 하면, 역회복 전류 소멸 시의 di/dt가 커짐으로써, 노이즈가 커져 버린다.As the gate resistance value R3N of the
따라서 제1 실시 형태에서는, 하부 아암의 MOSFET(12)의 게이트 저항값 R3N을, 미리 정해진 저항값(소정 저항값) 이하로 함으로써, 셀프 턴온 현상의 정도를 적게 한다. 단, 소정 저항값이라 함은, 셀프 턴온 현상이, 당해 셀프 턴온 현상에 기인하는 스위칭 손실에 의한 소자의 발열이, 소자에 데미지를 받지 않는, 또한 노이즈가 지나치게 커지지 않는 정도로 되는 저항값이다.Therefore, in the first embodiment, the degree of the self-turn-on phenomenon is reduced by making the gate resistance R3N of the
도 5는 종축이 콜렉터 전류 Ic, 횡축이 시간 t이고, 하부 아암 소자(12)가 환류 모드 시에 상부 아암 소자(11)가 온 되었을 때의 콜렉터 전류 Ic를, 하부 아암 소자(12)의 게이트 저항값 R3N의 크기마다 나타낸 도면이다. 단, 도 5에서는, 게이트 저항값 R3N의 크기를, R3N 소, R3N 중, R3N 대로 나타내고 있고, 이들 크기는, 미리 정해진 저항값(소정 저항값)에 대한 크기이다. 즉, 하부 아암 소자(12)의 게이트 저항값 R3N이 커질수록, R3N 소, R3N 중, R3N 대로 커지도록 표현하고 있다.5 shows the collector current Ic when the vertical axis is the collector current Ic and the horizontal axis is the time t and the
각 콜렉터 전류 Ic4, Ic5, Ic6은 모두, 최대 파고값은 동일하지만, 전류가 흐르고 있는 시간이, 화살표 폭 T3으로 나타낸 바와 같이 콜렉터 전류 Ic4가 가장 길고, 다음에 T2로 나타내는 콜렉터 전류 Ic5, T1로 나타내는 콜렉터 전류 Ic6의 순으로 짧아져 있다. T1, T2, T3은, 각 콜렉터 전류 Ic4, Ic5, Ic6에 대한 기생 다이오드(22)의 역회복 시간이다.Ic4, Ic5 and Ic6 all have the same maximum peak value, but the collector current Ic5, T1, which is the longest collector current Ic4 as shown by the arrow width T3, And the collector current Ic6 that is shown in Fig. T1, T2, and T3 are reverse recovery times of the
콜렉터 전류 Ic4는, 하부 아암의 MOSFET(12)의 게이트 저항값 R3N이 대(R3N 대)인 경우에 흐르고, 콜렉터 전류 Ic5는, 게이트 저항값 R3N이 중(R3N 중)인 경우에 흐르고, 콜렉터 전류 Ic6은, 게이트 저항값 R3N이 소(R3N 소)인 경우에 흐른다.The collector current Ic4 flows when the gate resistance value R3N of the
즉, 게이트 저항값 R3N이, R3N 대, R3N 중, R3N 소로 작아질수록, 역회복 시간이 T3, T2, T1로 짧아진다. 이 역회복 시간은 T1, T2, T3으로 길어질수록, 스위칭 소자의 스위칭 손실이 증가한다고 하는 문제가 알려져 있다. 따라서 게이트 저항값 R3N이 가장 작은(R3N 소) 경우에, 가장 짧은 역회복 시간 T1에 콜렉터 전류 Ic6이 흐르고, 이 경우에 가장 스위칭 손실이 작아진다. 노이즈적으로는 R3N 소인 경우가 가장 심해진다.That is, as the gate resistance value R3N decreases from R3N to R3N to R3N, the reverse recovery time becomes shorter to T3, T2, and T1. It is known that as the reverse recovery time increases to T1, T2, and T3, the switching loss of the switching device increases. Therefore, when the gate resistance value R3N is the smallest (R3N small), the collector current Ic6 flows in the shortest reverse recovery time T1, and the switching loss becomes the smallest in this case. In the case of noise, R3N is the worst case.
도 6은 종축이 콜렉터 전류 Ic, 횡축이 시간 t이고, 하부 아암 소자(12)가 환류 모드 시에 상부 아암 소자(11)가 온 되었을 때의 콜렉터 전류 Ic11, Ic12와, 상부 아암 소자(11)의 콜렉터 에미터간 전압 Vce의 파형 Vce1을, 시정수의 비에 따라 나타낸 도면이다.6 shows the relationship between collector currents Ic11 and Ic12 when the vertical axis is collector current Ic and the horizontal axis is time t and when the
단, 시정수의 비는, 하부 아암 소자(12)의 온 시의 시정수에 대한 상부 아암 소자(11)의 온 시의 시정수이고, 하부 아암 소자(12)의 시정수에 대해 상부 아암 소자(11)의 시정수가, 동일한(1배) 경우에 콜렉터 전류 Ic11이 흐르고, 3배인 경우에 콜렉터 전류 Ic12가 흐른다. 또한, 1배 및 3배인 경우에, 상부 아암 소자(11)의 콜렉터 에미터간 전압 파형이 Vce1로 나타내는 파형과 같이 된다. 또한, 이후 설명하는 각 소자(11, 12)의 시정수는, 각 소자(11, 12)가 온 시의 시정수이고, 단순히 시정수라고 표현해도, 그것은 온 시의 시정수를 가리킨다.The ratio of the time constants is the on time constant of the
콜렉터 전류 Ic11의 최대 파고값을 h11, 역회복 시간을 T11로 나타내고, 콜렉터 전류 Ic12의 최대 파고값을 h12, 역회복 시간을 T12로 나타낸다. 즉, 콜렉터 전류 Ic11의 최대 파고값 h11은, 콜렉터 전류 Ic12의 최대 파고값 h12보다도 화살표 Y1로 나타내는 값만큼 높고, 콜렉터 전류 Ic11의 역회복 시간 T11은, 콜렉터 전류 Ic12의 역회복 시간 T12보다도 적어도 3배 이상 긴 것을 알 수 있다.The maximum peak value of the collector current Ic11 is denoted by h11, the reverse recovery time is denoted by T11, the maximum peak value of the collector current Ic12 is denoted by h12, and the reverse recovery time is denoted by T12. That is, the maximum peak value h11 of the collector current Ic11 is higher than the maximum peak value h12 of the collector current Ic12 by a value indicated by the arrow Y1, and the reverse recovery time T11 of the collector current Ic11 is at least 3 It can be seen that it is longer than twice.
이들 관계로부터, 하부 아암의 MOSFET(12)의 시정수에 대해 상부 아암의 IGBT(11)의 시정수가 3배인 경우에, 시정수가 동등한(1배) 경우에 비해, 최대 파고값이 h11로부터 h12로 화살표 Y1로 나타내는 높이만큼 낮아져 개선되고, 역회복 시간이 T11로부터 T12로 대폭 짧아져(대략 3배 이상 짧아져) 개선되어 있다.From these relationships, when the time constant of the
단, 3배인 경우의 상부 아암의 IGBT(11)의 시정수 Rg·Cg는, Rg·Cg=400㎱로 설정하고 있다. 이 설정에 대해 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 상부 아암의 IGBT(11)의 게이트 콜렉터 사이에는 용량 성분 C1이 있고, 하부 아암의 MOSFET(12)의 게이트 소스 사이에도 용량 성분 C2가 있다. 이것으로부터, 상부 아암의 IGBT(11)에서는, 게이트 저항값 R1N과 용량 성분 C1의 용량값 C1N(도시하지 않음)으로 시정수가 정해지고, 하부 아암의 MOSFET(12)에서는, 게이트 저항값 R3N과 용량 성분 C2의 용량값 C2N(도시하지 않음)으로 시정수가 정해진다.However, the time constant Rg · Cg of the
여기서, 각 용량값 C1N, C2N은 대략 동일하므로, 상부 아암의 IGBT(11)의 게이트 저항값 R1N을, 하부 아암의 MOSFET(12)의 게이트 저항값 R3N의 3배로 함으로써, IGBT(11)의 시정수를, MOSFET(12)의 시정수의 3배로 하고 있다.The gate resistance value R1N of the
이와 같이, 상부 아암의 IGBT(11)의 시정수를, 하부 아암의 MOSFET(12)의 3배 이상으로 함으로써, MOSFET(12)이 환류 모드 중에 IGBT(11)가 스위칭 동작을 행하였을 때에 발생하는 MOSFET(12)의 기생 다이오드(22)의 역회복 전류를 억제할 수 있다. 이 억제에 따라 상하부 아암에 흐르는 단락 전류를 억제하는 것이 가능해진다.As described above, by setting the time constant of the
바꿔 말하면, 상부 아암의 IGBT(11)의 스위칭 속도를, 하부 아암의 MOSFET(12)의 스위칭 속도보다도 극단적으로 느리게 함으로써, MOSFET(12)이 환류 모드 중에 IGBT(11)가 스위칭 동작을 행하였을 때에 발생하는 MOSFET(12)에 관한 역회복 전류를 억제하여, 단락 전류를 억제할 수 있고, 또한 스위칭 손실을 억제하는 것이 가능해진다.In other words, by making the switching speed of the
단, 상부 아암 소자(11)의 온 시의 시정수를, 하부 아암 소자(12)의 온 시의 시정수에 대해 3배로 하였지만, 억제하고자 하는 원하는 파고값 및 역회복 시간에 맞추어, 시정수를 4배, 5배, …로 늘림으로써, 보다 역회복 전류를 억제하여, 단락 전류를 억제하고, 또한 스위칭 손실을 억제하는 것이 가능해진다.However, the time constant of the
이와 같이, 역회복 전류를 억제하여 스위칭 손실을 억제할 수 있으면, 하부 아암의 MOSFET(12)에 SJ-MOS를 사용하는 것이 가능해진다. SJ-MOS는, 상술한 바와 같이, 정상 손실은 작지만, 역회복 전류가 크다. 그러나 상기한 바와 같이 상부 아암의 IGBT(11)의 시정수를 크게 하여 역회복 전류를 억제 가능하므로, SJ-MOS를 사용하여 정상 손실을 작게 한다고 하는 등의 효과를 도입하는 것이 가능해진다.As described above, if the reverse recovery current can be suppressed and the switching loss can be suppressed, the SJ-MOS can be used for the
상기에서는, 상하부 아암의 용량값 C1N, C2N이 대략 동일하고, 상부 아암의 IGBT(11)의 게이트 저항값 R1N을 3배로 하는 예에 대해 설명하였다. 그러나 상하부 아암의 용량값 C1N, C2N이 다른 경우에는, 이 다른 용량값에 따라, 상하부 아암의 게이트 저항값 R1N, R3N을 가변하고, 결과적으로, 상부 아암의 IGBT(11)의 게이트 저항값 R1N을 3배 이상으로 하면 된다. 또한, 3배 이상으로 한정하지 않고, 그 이하의 배수이어도, 역회복 전류의 억제를 할 수 있어, 상하부 아암에 흐르는 단락 전류를 억제할 수 있으면 된다.In the above example, the capacitance values C1N and C2N of the upper and lower arms are substantially the same, and the gate resistance R1N of the
단, 게이트 저항값(R1, R3)을 가변 저항기로 하여, 역회복 전류를 계측하면서 원하는 전류값으로 되도록, 게이트 저항값 R1N, R3N을 가변 제어해도 된다.However, the gate resistance values R1, R3 may be variable resistors, and the gate resistance values R1N, R3N may be variably controlled so as to obtain a desired current value while measuring the reverse recovery current.
또한, 하부 아암의 게이트 회로는, 도 7에 도시하는 게이트 회로(32a)와 같이, 게이트 저항(R3과 R4), 그리고 다이오드(D2)를 사용한 구성으로 한 경우, 오프측의 게이트 저항값(R4)에 대해, 상부 아암의 IGBT(11)의 게이트 저항값 R1N을 3배 이상, 즉 IGBT(11)의 시정수를 MOSFET(12)의 시정수의 3배 이상으로 하면 된다.7, when the gate resistors R3 and R4 and the diode D2 are used as the gate circuit of the lower arm, the gate resistance of the off- , The gate resistance value R1N of the
실제로 설정하는 저항값으로서, 예를 들어 상부 아암 게이트 회로(31)의 게이트 저항(R1)은 300 내지 540Ω의 범위에서 설정하는 것에 대해, 하부 아암 게이트 회로(32)의 게이트(R3), 혹은 게이트 회로(32a)의 게이트 저항(R4)은 56 내지 200Ω의 범위에서 설정하면 된다.The gate resistance Rl of the upper
도 8은 상부 아암 소자(11)를 구동 제어하는 구동 제어 신호(ds)의 드라이브 신호 11DV와, 하부 아암 소자(12)를 구동 제어하는 구동 제어 신호(ds)의 드라이브 신호 12DV를 나타내는 파형도이다.8 is a waveform diagram showing the drive signal 11DV of the drive control signal ds for driving and controlling the
제1 실시 형태의 구성은, 상술한 바와 같이, 상부 아암 소자(11)의 스위칭 속도를 3배 이상으로 극단적으로 저속화하고 있다. 이로 인해, 도 8에 나타낸 바와 같이, 저속화 전에 비해 상부 아암의 IGBT(11)의 온 타이밍이 지연 시간 Δt만큼 늦어진다. 곡선 11G1로 나타내는 게이트 전압은, 게이트 저항값 R1N이 소(R1N 소)인 경우이다. 곡선 11G2로 나타내는 게이트 전압은, 게이트 저항값 R1N이 소(R1N 소)인 경우보다도 극단적으로 큰(R1N 대) 경우이다. 이와 같이 대(R1N 대)로 함으로써 게이트 전압 11G2의 온 시의 상승 시간이 Δt만큼 늦어진다.The configuration of the first embodiment is such that the switching speed of the
이 Δt만큼 늦어짐으로써, 하부 아암 소자(12)가 오프로 된 후에, 상부 아암 소자(11)를 온으로 할 때까지의 동안의 데드 타임 td가, 설계상의 값에 비해, Δt만큼 길어진다. 따라서 제1 실시 형태에서는, 설계상의 데드 타임 td로부터, 실제의 데드 타임의 지연분 Δt를 감산한 값 td-Δt를, 데드 타임으로서 채용한다. 이에 의해, 전류 파형의 변형을 악화시키는 일 없이 인버터 회로(2A)의 구동을 행할 수 있다.The dead time td until the
<제1 실시 형태의 효과>≪ Effects of First Embodiment >
이와 같이 제1 실시 형태의 모터 제어 장치(100)는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 이 교류 전력으로 모터(4)의 구동 제어를 행하는 인버터 회로(2A)를 구비한다. 인버터 회로(2A)는, 직류 전력이 공급되는 정부의 모선(PL, NL) 사이의 상부 아암 및 하부 아암에 접속되고, 상하로 1쌍을 이루는 제n 및 제m 스위칭 소자(11 내지 16)를 3쌍 갖는다. 이 3쌍의 제n 및 제m 스위칭 소자(11 내지 16) 사이가 모터(4)의 동력선에 접속되고, 모든 쌍으로 되는 제n 및 제m 스위칭 소자(예를 들어, 부호 11, 12)가 서로 다른 특성을 갖고, 또한 제n 스위칭 소자(11)의 스위칭 속도를, 제m 스위칭 소자(12)의 스위칭 속도보다도 느리게 설정하였다. 단, 쌍으로 되는 제n 스위칭 소자가 IGBT(11)이고, 제m 스위칭 소자가 MOSFET(12)이고, IGBT(11)의 스위칭 속도를, MOSFET(12)의 스위칭 속도보다도 미리 정해진 값 이상 느리게 설정하였다.As described above, the
이 구성에 따르면, 상부 아암의 IGBT(11)의 스위칭 속도를, 하부 아암의 MOSFET(12)의 스위칭 속도보다도 미리 정해진 값 이상 느리게 함으로써, MOSFET(12)이 환류 모드 중에 IGBT(11)가 스위칭 동작을 행하였을 때에 발생하는 MOSFET(12)에 관한 역회복 전류를 억제할 수 있다. 이에 의해 상하부 아암에 흐르는 단락 전류를 억제할 수 있다. 즉, 역회복 전류 억제를 위해, 인버터 회로(2A)의 쌍으로 되는 한쪽의 IGBT(11)의 스위칭 속도를, 다른 쪽의 MOSFET(12)보다도 미리 정해진 값 이상 느리게 하는 것만으로도 된다. 따라서 회로 부품 개수의 증가나 회로 동작 제어의 복잡화를 초래하지 않도록, 편측 아암 소자(11)의 스위칭 시에 발생하는 역회복 전류를 억제할 수 있다.According to this configuration, by making the switching speed of the
또한, 쌍으로 되는 한쪽의 IGBT(11)의 온 시의 시정수를, 다른 쪽의 MOSFET(12)의 온 시의 시정수보다도 미리 정해진 값 이상 크게 설정하였다. 보다 구체적으로는, IGBT(11)의 시정수를, MOSFET(12)의 시정수보다 3배 이상 크게 설정하였다. 또한, IGBT(11)의 시정수를, 400㎱ 이상으로 하였다.The ON time constants of the pair of
이 구성에 따르면, 한쪽의 IGBT(11)의 시정수를, 다른 쪽의 MOSFET(12)의 시정수보다도 미리 정해진 값 이상 또는 3배 이상 크며, 구체적인 값으로서는 400㎱ 이상으로 함으로써, MOSFET(12)이 환류 모드 중에 IGBT(11)가 스위칭 동작을 행하였을 때에 발생하는 MOSFET(12)에 관한 역회복 전류를 억제할 수 있고, 이에 따라 상하부 아암에 흐르는 단락 전류를 억제할 수 있다. 즉, 쌍으로 되는 한쪽의 IGBT(11)의 시정수를, 다른 쪽의 MOSFET(12)보다도 미리 정해진 값 이상 크게 하는 것만으로도 되므로, 회로 부품 개수의 증가나 회로 동작 제어의 복잡화를 초래하지 않도록, 편측 아암 소자(11)의 스위칭 시에 발생하는 역회복 전류를 억제할 수 있다.According to this configuration, by setting the time constant of one
또한, 쌍으로 되는 한쪽의 IGBT(11)의 게이트 저항값을, 다른 쪽의 MOSFET(12)의 게이트 저항값보다도 미리 정해진 값 이상 크게 설정하였다. 이 구성에 따르면, IGBT(11)에 흐르는 콜렉터 전류 Ic가 작아지므로, MOSFET(12)에 관한 역회복 전류가 감소하여, 상하부 아암에 흐르는 단락 전류를 억제할 수 있다.In addition, the gate resistance value of one pair of
또한, MOSFET(12)의 게이트 저항값을, 미리 정해진 값보다도 작게 설정하였다. 이 구성에 따르면, MOSFET(12)의 게이트 저항값이 미리 정해진 값보다도 작게 설정되어 있으므로, MOSFET(12)에 관한 역회복 시간이 짧아져, MOSFET(12)에 발생하는 셀프 턴온 현상의 정도가 감소한다. 이 감소에 의해 MOSFET(12)의 스위칭 손실을 억제할 수 있고, 또한 MOSFET(12)의 발열을 억제할 수 있다. 또한, 노이즈의 영향도 지나치게 커지는 일은 없다.Further, the gate resistance value of the
IGBT(11)의 게이트 저항기(R1) 및 MOSFET의 게이트 저항기(R3)를 가변 저항기로 하여, 그들 게이트 저항값 R1N, R3N을 가변 제어하도록 하였다. 이에 의해, 예를 들어 역회복 전류를 계측하면서 원하는 전류값으로 되도록, 게이트 저항값 R1N, R3N을 가변 제어하여 설정하는 것이 가능해진다.The gate resistor R1 of the
또한, 인버터 회로(2A)의 데드 타임에는, 설계상의 데드 타임 td로부터, IGBT(11)의 스위칭 속도의 지연분의 시간 Δt를 감산한 값을 설정하였다.The dead time of the
이 구성에 따르면, 다음과 같은 효과가 얻어진다. IGBT(11)의 스위칭 속도를 MOSFET(12)의 스위칭 속도보다도 미리 정해진 값 이상 느리게 하면, 이 저속화 전의 설계상의 온 타이밍에 비해 IGBT(11)의 온 타이밍이 지연 시간 Δt만큼 늦어진다. 이로 인해, MOSFET(12)이 오프 후에 IGBT(11)가 온으로 되는 동안의 데드 타임 td가, 설계상의 값에 비해, Δt만큼 커진다. 따라서 설계상의 데드 타임 td로부터, IGBT(11)의 스위칭 속도의 지연분의 시간 Δt를 감산한 값 td-Δt를, 데드 타임으로서 설정하면, 전류 파형의 변형을 악화시키는 일 없이 인버터 회로(2A)의 구동을 행할 수 있다.According to this configuration, the following effects can be obtained. If the switching speed of the
또한, MOSFET(12)을, SJ-MOS로 하였다. 이 구성에 따르면, SJ-MOS는 정상 손실이 보다 작으므로, 모터(4)를, 가일층 고효율로 구동시킬 수 있다.Further, the
<제2 실시 형태>≪ Second Embodiment >
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(200)의 구성을 도시하는 회로도이다. 단, 제2 실시 형태의 모터 제어 장치(200)가 실시 형태의 모터 제어 장치(100)와 다른 점은, 인버터 회로(2B)의 구성뿐이다. 따라서 다른 구성 요소에 대해서는 그 설명을 적시 생략한다.9 is a circuit diagram showing a configuration of the
제2 실시 형태의 인버터 회로(2B)가, 제1 실시 형태의 인버터 회로(2A)와 다른 점은, 상부 아암과 하부 아암의 구성 요소를 반전시킨 점에 있다. 따라서 도 9에 도시한 바와 같이, 상부 아암에, MOSFET(12, 14, 16)과, 기생 다이오드(22, 24, 26)와, 게이트 회로(32, 34, 36)를 사용하고, 하부 아암에, IGBT(11, I3, 15)와, 환류 다이오드(21, 23, 25)와, 게이트 회로(31, 33, 35)를 사용하였다. 또한, 하부 아암의 게이트 회로(32, 34, 36)는 도 7의 게이트 회로(32a)와 같이 저항 2개와 다이오드를 1개 사용한 구성으로 해도 된다.The
이 구성의 인버터 회로(2B)의 경우, 상부 아암의 MOSFET(12)의 온 시의 시정수에 대한 하부 아암의 IGBT(11)의 온 시의 시정수를 3배 이상으로 한다. 단, 하부 아암의 IGBT(11)의 온 시의 시정수는, 억제하고자 하는 원하는 파고값과 역회복 시간에 맞추어, 4배, 5배, …로 늘림으로써, 보다 역회복 전류를 억제하여, 단락 전류를 억제하는 것이 가능해진다.In the case of the
또한, 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와는 반대로, 하부 아암의 IGBT(11)의 온 속도가 느려지는 것을 고려하여, 즉 실제의 데드 타임 Δt의 지연분을 고려한다. 즉, 상부 아암 오프로부터 하부 아암 온 동안의 데드 타임에, 통상의 데드 타임 td로부터 Δt를 감산한 td-Δt의 값을 채용한다. 이에 의해, 전류 파형의 변형을 악화시키는 일 없이 인버터 구동을 행할 수 있다.In the second embodiment, contrary to the first embodiment, the delay time of the actual dead time? T is considered in consideration of the fact that the on speed of the
<제2 실시 형태의 효과>≪ Effects of Second Embodiment >
제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(200)에 따르면, 인버터 회로(2B)에 있어서, 상하부 아암의 스위칭 소자(11, 12)를 포함하는 구성 요소를, 상하 반전시켰지만, 이 구성에 있어서도, 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(100)와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.According to the
<제1 및 제2 실시 형태의 적용예>≪ Application example of first and second embodiments >
제1 및 제2 실시 형태에 관한 모터 제어 장치(100, 200) 중 어느 하나를, 도시하지 않는 공기 조화기에 탑재하고, 또한 그들 모터 제어 장치(100, 200) 중 어느 하나를, 공기 조화기의 실외 팬 모터(도시하지 않음)의 구동 제어 용도에 적용한다.Any one of the
공기 조화기는, 저입력 영역(중간·정격 영역)에서의 효율을 향상시킴으로써, 에너지 절약 성능을 나타내는 지수인 APF(Annual Performance Factor)를 크게 향상시킬 수 있다. 단, 중간 영역이라 함은, 연중 공기 조화기의 운전 시간이 가장 긴 운전 영역이며, 정격 영역이라 함은, 공조 부하에 따른 필요 능력으로 운전하는 영역이다.The air conditioner can greatly improve the APF (Annual Performance Factor), which is an index showing the energy saving performance, by improving the efficiency in the low input region (middle rated region). The term " middle area " means an operation area in which the operation time of the air conditioner is the longest in the year, and the rated area is an area in which the operation is performed in accordance with the air conditioning load.
모터 제어 장치(100, 200)에서는, 스위칭 소자로서, 저입력 영역에서 IGBT에 비해 손실이 작은 MOSFET을 사용하는 구성을 채용하고 있다. 이로 인해, 모터 제어 장치(100, 200)를 적용함으로써, 고효율로 높은 에너지 절약 성능을 갖는 공기 조화기를 실현할 수 있다.In the
이 외에, 모터 제어 장치(100, 200) 중 어느 하나를, 공기 조화기의 압축기(도시하지 않음)의 구동 제어 용도에 적용해도, 고효율로 높은 에너지 절약 성능을 갖는 공기 조화기를 실현할 수 있다.In addition, it is possible to realize an air conditioner having high efficiency and high energy saving performance even if any one of the
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것도 가능하고, 또한 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to facilitate understanding of the present invention and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. It is also possible to replace some of the configurations of the embodiments with those of the other embodiments, and the configurations of the other embodiments may be added to the configurations of the other embodiments. In addition, it is possible to add, delete, or substitute another configuration with respect to a part of the configuration of each embodiment.
또한, 상기한 각 구성, 기능, 처리부(제어부), 처리 수단 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들어 집적 회로로 설계하는 등에 의해 하드웨어에서 실현해도 된다. 또한, 상기한 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어에서 실현해도 된다. 각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 메모리나, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive) 등의 기록 장치, 또는 IC(Integrated Circuit) 카드, SD(Secure Digital memory) 카드, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체에 둘 수 있다.The above-described components, functions, processing units (control units), processing means, and the like may be implemented in hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Further, the above-described respective configurations, functions, and the like may be realized in software by analyzing and executing a program that realizes the respective functions of the processor. Information such as a program, a table, and a file that realize each function may be recorded in a memory, a recording device such as a hard disk or a solid state drive (SSD), an IC (Integrated Circuit) card, a SD (Secure Digital memory) Digital Versatile Disc) or the like.
또한, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고 할 수는 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.In addition, the control lines and information lines indicate that they are considered to be necessary for explanation, and it is not necessarily the case that all control lines and information lines are shown on the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are connected to each other.
1 : 직류 전원
2A, 2B : 3상 인버터 회로(인버터 회로)
4 : 3상 동기 모터(모터)
5 : 전류 검출부
6 : 직류 전압 검출부
7 : 모터 제어부
8 : 인버터 구동부
21, 23, 25 : 환류 다이오드
22, 24, 26 : 기생 다이오드
11, 13, 15 : IGBT(스위칭 소자)
12, 14, 16 : MOSFET(스위칭 소자)
31, 33, 35 : IGBT의 게이트 회로
32, 34, 36, 32(a) : MOSFET의 게이트 회로
100, 200 : 모터 제어 장치
R1, R2, R3, R4 : 게이트 저항기
D1, D2 : 다이오드
Io : 회로 전류
PL : 정의 직류 모선
NL : 부의 직류 모선
ds : 구동 제어 신호
ir : 모터 회전수 지령값1: DC power source
2A, 2B: Three-phase inverter circuit (inverter circuit)
4: 3 phase synchronous motor (motor)
5:
6: DC voltage detector
7: Motor control section
8:
21, 23, 25: reflux diode
22, 24, 26: parasitic diodes
11, 13, 15: IGBT (switching element)
12, 14, 16: MOSFET (switching element)
31, 33, 35: IGBT gate circuit
32, 34, 36, 32 (a): MOSFET gate circuit
100, 200: Motor control device
R1, R2, R3, R4: gate resistors
D1, D2: Diode
Io: Circuit current
PL: Definition DC bus
NL: negative DC bus
ds: drive control signal
ir: Motor speed command value
Claims (11)
상기 인버터 회로는,
상기 직류 전력이 공급되는 정부의 모선 사이의 상부 아암 및 하부 아암에 접속되고, 상하로 1쌍을 이루는 제n 및 제m 스위칭 소자를 3쌍 갖고, 이 3쌍의 제n 및 제m 스위칭 소자 사이가 상기 모터의 동력선에 접속되고, 모든 쌍으로 되는 제n 및 제m 스위칭 소자가 서로 다른 특성을 갖고, 또한 제n 스위칭 소자의 스위칭 속도가, 제m 스위칭 소자의 스위칭 속도보다도 느리게 설정되어 있고,
상기 제n 스위칭 소자가 IGBT이고, 상기 제m 스위칭 소자가 MOSFET이고,
상기 IGBT의 온 시의 시정수가, 상기 MOSFET의 오프 시의 시정수보다도 미리 정해진 값 이상 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.And an inverter circuit for converting DC power into AC power and performing drive control of the motor with the converted AC power,
The inverter circuit includes:
And three pairs of the n-th and m-th switching elements connected to the upper arm and the lower arm between the busbars of the unit to which the DC power is supplied, the pair of upper and lower m- The nth and mth switching elements to be paired all have different characteristics and the switching speed of the nth switching element is set to be slower than the switching speed of the mth switching element,
The nth switching element is an IGBT, the mth switching element is a MOSFET,
Wherein the time constant of the IGBT is set larger than a predetermined value by a predetermined value greater than a time constant when the MOSFET is off.
상기 IGBT가 온 시의 시정수는, 상기 MOSFET이 오프 시의 시정수보다 3배 이상 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.The method of claim 3,
Wherein the time constant when the IGBT is on is set to be three times larger than the time constant when the MOSFET is off.
상기 IGBT의 온 시의 시정수는, 400㎱ 이상인 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.The method of claim 3,
And the time constant of the IGBT is 400 ㎱ or more.
상기 IGBT의 게이트 저항값은, 상기 MOSFET의 게이트 저항값보다도 미리 정해진 값 이상 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.The method of claim 3,
Wherein a gate resistance value of the IGBT is set to be larger than a gate resistance value of the MOSFET by a predetermined value or more.
상기 MOSFET의 게이트 저항값은, 미리 정해진 값보다도 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.The method according to claim 6,
Wherein a gate resistance value of the MOSFET is set to be smaller than a predetermined value.
상기 IGBT의 게이트 저항값 및 상기 MOSFET의 게이트 저항값을 정하는 각 저항기를, 가변 저항기로 하고, 그들 게이트 저항값을 가변 설정하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.The method according to claim 6,
Wherein each of the resistors for defining the gate resistance value of the IGBT and the gate resistance value of the MOSFET is a variable resistor and the gate resistance value thereof is variably set.
상기 인버터 회로의 데드 타임에는, 설계상의 데드 타임으로부터, 상기 IGBT의 스위칭 속도의 지연분의 시간을 감산한 값이 설정되는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.The method of claim 3,
Wherein the dead time of the inverter circuit is set to a value obtained by subtracting a delay time of the switching speed of the IGBT from a design dead time.
상기 MOSFET은, 슈퍼·정크션 MOSFET인 것을 특징으로 하는, 모터 제어 장치.The method of claim 3,
Characterized in that the MOSFET is a super-junction MOSFET.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023243751A1 (en) * | 2022-06-17 | 2023-12-21 | 엘지마그나 이파워트레인 주식회사 | Motor driving device, and vehicle having same |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104967374B (en) * | 2015-07-13 | 2018-02-09 | 江苏元凯电气科技有限公司 | A kind of brushless direct current motor driver topological structure and its control method |
WO2018142828A1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-08-09 | 日本電産株式会社 | Motor drive device, and electric power steering device |
JP6787352B2 (en) * | 2018-01-18 | 2020-11-18 | 株式会社デンソー | Drive circuit of the switch to be driven |
CN111868446B (en) * | 2018-03-26 | 2021-10-15 | 三菱电机株式会社 | Air conditioner |
JP6965817B2 (en) * | 2018-04-13 | 2021-11-10 | 株式会社豊田自動織機 | In-vehicle DC-AC inverter |
WO2020066032A1 (en) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, motor driving device, and air-conditioner |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20080057970A (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-25 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | 3-phase asymmetric inverter circuit for asymmetric pwm method |
JP2009147996A (en) * | 2007-12-11 | 2009-07-02 | Daikin Ind Ltd | Power conversion circuit |
JP2011061896A (en) | 2009-09-07 | 2011-03-24 | Toyota Motor Corp | Motor drive controller |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07194138A (en) * | 1993-12-28 | 1995-07-28 | Mazda Motor Corp | Inverter device |
JP4942967B2 (en) * | 2005-09-08 | 2012-05-30 | 東芝キヤリア株式会社 | Inverter device and refrigeration cycle device |
JP4300209B2 (en) * | 2005-11-04 | 2009-07-22 | 東芝キヤリア株式会社 | Inverter device |
JP5047582B2 (en) * | 2006-10-18 | 2012-10-10 | 東芝キヤリア株式会社 | Inverter device |
JP5132658B2 (en) * | 2009-11-13 | 2013-01-30 | 三菱電機株式会社 | Electric motor drive device and refrigeration air conditioner |
JP5494095B2 (en) * | 2010-03-25 | 2014-05-14 | パナソニック株式会社 | Inverter device and vacuum cleaner using the same as a fan motor drive device |
-
2012
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-
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- 2013-02-22 CN CN201310056029.7A patent/CN103715971B/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20080057970A (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-25 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | 3-phase asymmetric inverter circuit for asymmetric pwm method |
KR101280424B1 (en) | 2006-12-21 | 2013-06-28 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | 3-phase asymmetric inverter circuit for asymmetric PWM method |
JP2009147996A (en) * | 2007-12-11 | 2009-07-02 | Daikin Ind Ltd | Power conversion circuit |
JP2011061896A (en) | 2009-09-07 | 2011-03-24 | Toyota Motor Corp | Motor drive controller |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023243751A1 (en) * | 2022-06-17 | 2023-12-21 | 엘지마그나 이파워트레인 주식회사 | Motor driving device, and vehicle having same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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