KR102260101B1 - 모터 제어용 집적 회로 - Google Patents

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Abstract

실시 형태의 모터 제어용 집적 회로는, 동기 전동기의 상 전류를 검출하기 위해 직류부에 배치되는 전류 검출부와, 상기 동기 전동기의 회전 위치에 추종하도록, 3상의 PWM 듀티 명령을 생성하는 듀티 생성부와, 상기 PWM 듀티 명령에 기초하여, 각 상의 신호 펄스를 발생시키는 중심의 위상이 서로 상이한 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부와, 상기 PWM 듀티 명령에 기초하여, 상기 상 전류의 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부와, 상기 전류 검출부에 발생한 신호와 상기 검출 타이밍 신호에 기초하여 상기 동기 전동기의 상 전류를 검출하고, 다시 상기 상 전류의 변화량을 검출하는 전류 변화량 검출부와, 이 전류 변화량 검출부에 의해 검출된 변화량에 기초하여, 상기 동기 전동기의 회전 위치에 동기한 신호를 연산하는 회전 위치 연산부를 구비한다.

Description

모터 제어용 집적 회로 {INTEGRATED CIRCUIT FOR CONTROLLING MOTOR}
본 발명의 실시 형태는 모터 제어용 집적 회로에 관한 것이다.
종래, 영구 자석 동기 모터의 회전 위치를 중속 내지 고속 영역에 있어서 추정하는 방법으로서는, 예를 들어 영구 자석 동기 모터의 속도에 비례하는 유기 전압이나 회전자 자속을 영구 자석 동기 모터로의 입력 전압과 전류로부터 연산하고, 유기 전압에 기초하여 추정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 이와 같은 추정 방식에서는, 인버터가 인가하는 모터의 구동 전압을 연산에 사용하는 것 외에, 산출한 유기 전압이나 그것에 준한 신호로부터 회전 위치를 산출하기 위해 PI 제어기나 옵저버를 사용할 필요가 있고, 그들 제어기에 게인 등의 파라미터를 설계·조정할 필요도 있다.
또한, 모터의 구동 상태나 설정한 파라미터에 따라서는, 센서리스 제어가 불안정화되는 문제가 있어, 순수한 위치 센서인 리졸버, 인코더나 홀 센서 등의 대용으로 하기 위해서는, 고도의 설계 기술이나 경험을 요한다.
또한, 중속 내지 고속 영역의 센서리스 구동 방식으로서, 120도 통전에 있어서 무통전 구간에 발생하는 유기 전압의 위상을 검출하고, 이것에 기초하여 통전상을 전환하는 방식이 있다. 이 방식에 의하면, 제어기의 설계 등을 행하지 않고 센서리스 구동을 실현할 수 있다. 그러나, 통전 방식이 120도 통전에 한정되고, 모터 전류가 변형되어 소음이 악화되는 것 외에, 극저속 영역에서는 센서리스 구동을 할 수 없다는 과제가 있다.
일본 특허 공개 제2007-336641호 공보
특허 문헌 1(일본 특허 공개 제2007-336641호 공보)에는, 전압 벡터 인가 중의 전류 변화량을 사용하여 위치를 검출하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 분해능은 작지만 제어 파라미터의 조정 없이 센서리스 사인파 구동이 가능해진다.
그러나, 특허문헌 1에서는, 전류를 검출하기 위해 인버터 회로에 션트 저항을 3개 배치할 필요가 있다. 소형 모터나 가전 분야의 모터 등 간이한 구성으로 모터 드라이브 시스템을 구축하기 위해서는 저비용화가 중시된다. 그 때문에, 직류부에 단일의 션트 저항을 배치하는 1션트 전류 검출 방식이 사용되는 경우가 많고, 그 검출 방식에 대응한 위치 센서리스 제어 방식이 요망된다.
그래서, 1션트 전류 검출 방식에 대응한 위치 센서리스 제어를 실행 가능한 모터 제어용 집적 회로를 제공한다.
실시 형태의 모터 제어용 집적 회로는, 동기 전동기의 상 전류를 검출하기 위해 직류부에 배치되는 전류 검출부와,
상기 동기 전동기의 회전 위치에 추종하도록, 3상의 PWM 듀티 명령을 생성하는 듀티 생성부와,
상기 PWM 듀티 명령에 기초하여, 각 상의 신호 펄스를 발생시키는 중심의 위상이 서로 상이한 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부와,
상기 PWM 듀티 명령에 기초하여, 상기 상 전류의 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부와,
상기 전류 검출부에 발생한 신호와 상기 검출 타이밍 신호에 기초하여 상기 동기 전동기의 상 전류를 검출하고, 다시 상기 상 전류의 변화량을 검출하는 전류 변화량 검출부와,
이 전류 변화량 검출부에 의해 검출된 변화량에 기초하여, 상기 동기 전동기의 회전 위치에 동기한 신호를 연산하는 회전 위치 연산부를 구비한다.
도 1은 일 실시 형태에 있어서, 모터 구동 제어 장치의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 2는 PWM 캐리어로서 사용하는 3상 삼각파를 나타내는 파형도이다.
도 3은 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 온 상태를 공간 벡터로 나타낸 도면이다.
도 4는 각 전압 벡터 발생 시의 상 전압의 크기를 직류 전압 VDC를 사용하여 나타내는 도면이다.
도 5는 각 전압 섹터에 있어서 발생하는 전압 벡터의 크기와, 검출 가능한 유기 전압의 상을 나타내는 도면이다.
도 6은 일반적인 삼각파 비교법을 사용한 경우에 발생하는 전압 벡터의 발생률을 나타내는 도면이다.
도 7은 3상 삼각파 비교법을 사용한 경우에 발생하는 전압 벡터의 발생률을 나타내는 도면이다.
도 8은 전압 벡터 V0, V1, V2 각각에 대응하는 U, V상 상측의 PWM 신호와 직류 전류 IDC, 전류 검출 타이밍 t1 내지 t4를 나타내는 도면이다.
도 9는 종래의 삼각파 비교법에 있어서의 PWM 신호 파형 및 직류 전류 IDC를 나타내는 도면이다.
도 10은 3상 삼각파 비교법에 있어서의 PWM 신호 파형 및 직류 전류 IDC를 나타내는 도면이다.
도 11은 회전 위치 검출 장치가 행하는 처리 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 스텝 S1에 있어서의 위치 검출 연산의 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 각 부의 동작 파형을 나타내는 도면이다.
이하, 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 모터 구동 제어 장치의 구성을 나타내는 기능 블록도이다. 직류 전원(1)은 회전자에 영구 자석을 구비하는 영구 자석 동기 모터(2)를 구동하는 전력원이다. 직류 전원(1)은 교류 전원을 직류로 변환한 것이어도 된다. 인버터 회로(3)는 6개의 스위칭 소자, 예를 들어 N채널 MOSFET4U+, 4Y+, 4W+, 4U-, 4Y-, 4W-를 3상 브리지 접속하여 구성되어 있고, 후술하는 PWM 생성부(5)에서 생성되는 3상분 6개의 스위칭 신호에 기초하여, 모터(2)를 구동하는 전압을 생성한다.
전압 검출부(6)는 직류 전원(1)의 전압 Vdc를 검출한다. 전류 검출부(7)는 인버터 회로(3)의 마이너스측 전원선과 직류 전원(1)의 마이너스측 단자 사이에 접속되어 있다. 전류 검출부(7)는 일반적으로 션트 저항이나 홀 CT 등을 사용한 전류 센서 및 신호 처리 회로로 구성되어, 모터(2)에 흐르는 직류 전류 Idc를 검출한다.
전류 변화량 검출부(8)는 후술하는 전압 섹터 및 검출 타이밍 신호 생성부(9)로부터 입력되는 검출 타이밍 신호 t1 내지 t4에 기초하여 직류 전류 Idc를 4회 검출하고, 2회 마다의 검출값의 차분값을 변화량 dIDC1, dIDC2로서 산출한다. 유기 전압 연산부(10)는 변화량 dIDC1, dIDC2에 기초하여, 3상 중 어느 2상의 유기 전압을 Enow, Epre로서 연산한다.
회전 위치 연산부(11)는 2상의 유기 전압 Enow, Epre로부터 나머지 1상의 유기 전압을 구하고, 얻어진 3상의 유기 전압으로부터 모터(2)의 회전 위치 검출값 θc를 산출한다. 3상 전압 명령값 생성부(12)는 상위의 제어 장치로부터 부여되는 명령값인 전압 진폭 명령값 Vamp 및 전압 위상 명령값 φv와 회전 위치 θc로부터, 3상의 전압 명령값 Vu, Vv, Vw를 생성한다.
듀티 생성부(13)는 3상 전압 명령값 Vu, Vv, Vw를 직류 전압 Vdc로 나눔으로써 각 상의 변조 명령, 듀티 명령 Du, Dv, Dw를 연산한다. 캐리어 생성부(14)는, PWM 제어에 사용하는 캐리어, 반송파로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각 상 사이의 위상차가 120도가 되는 3상 삼각파 신호를 PWM 생성부(5)에 출력한다. 도 2에서는, 삼각파의 밸리를 기준으로 하여 각 상의 PWM 신호 펄스를 발생시키고 있다.
PWM 생성부(5)는 3상 변조 명령 Du, Dv, Dw와, 캐리어 생성부(14)로부터 입력되는 3상 삼각파를 비교하여 각 상의 PWM 신호 펄스를 생성한다. 1상 당의 펄스에는 데드 타임이 부가되고, 각각 3상 상하의 N채널 MOSFET4에 출력하는 스위칭 신호 U+, U-, V+, V-, W+, W-를 생성한다.
전압 섹터 및 검출 타이밍 신호 생성부(9)에는 3상 변조 명령 Du, Dv, Dw가 입력되어 있다. 당해 검출 타이밍 신호 생성부(9)는 3상 변조 명령 Du, Dv, Dw에 기초하여 전기각 주기를 6등분한 전압 섹터 (0) 내지 (5)를 (1)식에 나타내는 조건에서 판별하고, 그 판별 결과를 전류 변화량 검출부(8), 유기 전압 연산부(10) 및 회전 위치 연산부(11)에 출력한다.
Figure 112019008633914-pat00001
그리고, 전술한 검출 타이밍 신호 t1 내지 t4에 대해서도, 전압 섹터 (0) 내지 (5)의 판별 결과에 따라 생성한다.
이상의 구성에 있어서, 모터(2) 및 인버터 회로(3)를 제외한 것이, 회전 위치 검출 장치(15)를 구성하고 있다. 그리고, 회전 위치 검출 장치(15)에 인버터 회로(3)를 더한 것이 모터 구동 제어 장치(16)를 구성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 회전 위치 검출 장치(15)는 마이크로컴퓨터의 내부에 하드웨어적으로 구성되어 있다. 즉, 모터(2)의 속도 제어나 전류 제어 등은 소프트웨어에 의해 실현하고, 회전 위치 검출 장치(15)를 하드웨어 또는 그것에 준하는 구성으로 하여 마이크로컴퓨터나 집적 회로의 내부에 마련한다.
이어서, 본 실시 형태에 있어서 회전 위치를 검출하는 원리를 설명한다. 회전 위치의 검출은 모터의 회전에 의해 발생하는 유기 전압(EMF: electro motive force)을 사용한다. (2)식은 영구 자석 동기 모터의 3상 전압 방정식을 나타내고 있다. 우변 제3항이 유기 전압항이고, 회전 위치 θ의 정보가 포함되어 있다.
Figure 112019008633914-pat00002
여기서, 도 3에 나타내는 공간 벡터도에 있어서의 각 전압 벡터 발생 시의 상 전압의 크기는 직류 전압 VDC를 사용하여 도 4에 나타낸 바와 같이 나타낼 수 있다. 그리고, 전압 벡터 V1(100) 인가 시의 U상 전압 방정식은 (3)식이 된다.
Figure 112019008633914-pat00003
이때 발생하는 전류 변화량 dIu를 dIu(100)라고 표기하고, (3)식을 변형하면 (4)식이 얻어진다.
Figure 112019008633914-pat00004
마찬가지로, 도 3에 나타내는 공간 벡터도에 있어서의 전압 벡터 V2(110) 인가 시의 W상 전류 변화량을 dIw(110)라고 하면, (5)식이 된다.
Figure 112019008633914-pat00005
또한, 영구 자석의 자속에 대하여 모터의 돌극성의 영향이 작다고 가정하고,
Lu=Lw=L과 근사한다. 또한, (4)식에 (5)식을 더하면, 상 전류의 총합은 제로이기 때문에 (6)식을 얻는다.
Figure 112019008633914-pat00006
마찬가지로, 전압 벡터 V2(110) 및 V3(010) 시의 전류 변화량의 합은 (7)식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112019008633914-pat00007
또한, 상 전류 및 유기 전압의 총합은 제로이기 때문에, -(6)식 -(7)식을 연산하면, (8)식을 얻는다.
Figure 112019008633914-pat00008
여기서, 모터의 회전 속도 ω가 어느 정도 빠른 상태에서는, (6), (7), (8)식의 우변은 제1항《제2항이 되기 때문에, 저항에 의한 전압 강하인 우변 제1항을 제로와 근사시킬 수 있다. 이들을 3상의 유기 전압 Eu, Ev, Ew로서 나타내면 (9)식이 얻어진다.
Figure 112019008633914-pat00009
즉, 전압 벡터 인가 중의 전류 변화량을 사용하면, 각각 위상차가 2π/3인 3상 유기 전압을 검출할 수 있다. 또한, 검출한 3상 유기 전압을 (10)식으로 3상/2상 변환하고, (11)식으로 역정접을 연산함으로써 회전 위치 θc를 구할 수 있다.
Figure 112019008633914-pat00010
또한, 전압 벡터 V1, V2 인가 시의 전압 벡터를 사용하면 V상 유기 전압 Ev가 구해지지만, 모든 전압 벡터에 대하여 일반화하면, 도 5에 나타내는 관계가 된다. 즉, 발생하는 전압 벡터에 따라 검출할 수 있는 유기 전압상이 전환된다. 그리고, 전압 섹터마다 발생하는 전압 벡터는 상이하다. 예를 들어, 전압 섹터 (0)에서 발생하는 전압 벡터는 V1(100), V2(110)뿐이다. 이 때문에, (9)식에 있어서의 전류 변화량 중 dIu (100), dIw(110)만을 검출할 수 있고, dIv(010)는 검출할 수 없다. 또한, 엄밀하게는 다른 전압 벡터도 발생하지만, 여기서는, 전압 섹터마다 발생률이 가장 높아지는 2개의 전압 벡터를 추출하고 있다.
그래서, 도 3에 나타내는 공간 벡터에 있어서, 전압 섹터가 전환되는 타이밍에 착안한다. 예를 들어, 전압 섹터가 (0)으로부터 (1)로 전환된 직후에는, 전압 섹터 (1)에서의 전압 벡터 V2(110), V3(010)이 발생하는 기간에 전류 변화량 dIw(110), dIv(010)를 검출할 수 있다. 이들에 의해, 금회의 유기 전압 Enow=Eu를 검출할 수 있다. 또한, 전환되기 전의 전압 섹터는 (0)이기 때문에, 전압 벡터 V1(100), V2(110)가 발생하는 기간에 전류 변화량 dIu (100), dIw(110)를 검출할 수 있다. 이들에 의해 유기 전압 Ev를 검출할 수 있다. 이것을 전회의 유기 전압 Epre로서 보존해 둔다.
그리고, 전압 섹터의 전환에 필요로 하는 시간을, 모터(2)가 회전하는 주기에 비교하여 매우 빠르다고 할 수 있는 제어 영역에 있어서 제로라고 간주하면, Enow(Eu)와 Epre(Ev)로부터, (9)식에 기초하여 3상째의 유기 전압 Ew가 구해진다. 3상의 유기 전압이 구해지면, (10), (11)식에 의해 회전 위치 θc가 구해진다.
또한, (9)식 좌변의 각 상 전류 변화량은, 본 실시 형태에서는 직류 전류 IDC로부터 (12)식에 따라 구한다.
Figure 112019008633914-pat00011
여기서 (12)식과 같이, 3상의 전류를 각 스위칭 패턴에 따라 검출하기 위해서는, 각 상 전류를 검출하기 위해 대응하는 전압 벡터를 발생시킬 필요가 있다. 3상의 PWM 신호를 생성하기 위해 일반적인 삼각파 비교법을 사용하면, 예를 들어 변조율이 0.3인 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이 각 전압 벡터가 발생한다. 횡축은 전기각, 종축은 PWM1 주기 중에 있어서의 각 전압 벡터의 발생 비율이다. 이에 비해, 하기의 문헌에 나타나 있는 바와 같은 3상 삼각파를 캐리어로서 사용하면, 각 전압 벡터의 발생 비율은 도 7에 나타낸 바와 같이 증가한다.
문헌명: 「전기 학회 반도체 전력 변환 방식 조사 전문 위원회: 「반도체 전력 변환 회로」, 전기 학회(1987)」
예를 들어, 전류 변화량을 검출하기 위해 필요한 전압 벡터 발생 기간의 비율을 PWM 주기의 0.2로 하고, 도 6 중에 파선으로 나타낸다. 이 경우, 단일의 삼각파 캐리어 비교법에서는, 각 전압 벡터 V0 및 V7 이외는 0.2에 도달하고 있지 않아 검출할 수 없다. 이에 비해, 3상 삼각파 캐리어를 사용하면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 전압 섹터에 있어서 대응하는 상의 유기 전압을 검출하기 위해 필요한 2개의 전압 벡터가 0.2 이상으로 되어 있다. 이에 의해, 필요한 전류 변화량을 검출할 수 있게 된다.
또한, 전류 변화량을 검출하기 위해 필요한 전압 벡터의 발생 기간은 인버터의 사양 등에 따라 상이하다. 도 8은 전압 벡터 V0(000), V1(100), V2(110)의 각각에 대응하는 스위칭 상태에 있어서, U, V상의 상측 PWM 신호와 직류 전류 IDC, 전류 검출 타이밍 t1 내지 t4를 나타내고 있다.
예를 들어, 스위칭 상태가 전압 벡터 V0으로부터 V1로 변화되면, 전류 IDC에는 스위칭의 과도 상태에서 리플이 발생하기 때문에, 변화의 시점부터 어느 정도 시간이 경과한 타이밍 t1에서 전류 IDC의 1회째의 샘플링을 행한다. 이 대기 시간을 PWM 주기 Tpwm의 0.1로 하고 있다. 그것으로부터, 다시 주기 Tpwm의 0.1분 경과한 타이밍 t2에서 2회째의 샘플링을 행하여, 전류 변화량 ΔIDC를 구한다.
또한, 타이밍 t1, t2에서 검출되는 것은 U상(+)의 전류 변화량이고, 타이밍 t3, t4에서 검출되는 것은 W상(-)의 전류 변화량이다. 이와 같이, 고정밀도로 전류 IDC를 검출하기 위해서는, 특정한 전압 벡터가 발생하는 기간을 충분히 확보할 필요가 있지만, 3상 삼각파 캐리어를 사용하면 필요한 전압 벡터의 발생 기간을 충분히 확보할 수 있어, 회전 위치 θc의 검출이 가능해진다.
도 9, 도 10은 종래의 삼각파 비교법과 3상 삼각파 비교법에 있어서의 PWM 신호 파형 및 직류 전류 IDC를 나타내고 있다. 3상 삼각파 비교법에서는 120도 위상차의 PWM 신호가 생성되므로, 각 전압 벡터의 발생 시간이 증가함으로써, 직류 전류 IDC의 통전 시간이 도 9에 비교하여 증가하고 있음을 알 수 있다.
이어서, 본 실시 형태의 작용에 대하여 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한다. 도 11 및 도 12는 여기까지 설명한 원리에 기초하여, 주로 회전 위치 검출 장치(15)가 행하는 처리 내용을 나타내는 흐름도이다. 우선, 회전 위치 연산부(11)가 도 12에 나타내는 위치 검출 연산을 행하면(S1), 듀티 생성부(13)가 각 상 듀티 Du, Dv, Dw를 산출한다(S2). 검출 타이밍 신호 생성부(9)는 현재의 전압 섹터를 「전회 섹터」에 대입하면(S3), (1)식에 기초하여 각 상 듀티 Du, Dv, Dw로부터 현재의 전압 섹터를 구한다(S4). PWM 생성부(5)는 3상 삼각파 캐리어와 각 상 듀티 Du, Dv, Dw에 기초하여 생성한 각 상 PWM 신호를 인버터 회로(3)에 출력한다(S5).
스텝 S1에 있어서의 위치 검출 연산은 도 12에 나타낸 바와 같이 실행된다. 전류 변화량 검출부(8)는, 직류 전류 IDC로부터, 그 시점의 전압 섹터에 대응한 2상의 전류 변화량 dIDC1, dIDC2를 구한다(S11). 유기 전압 연산부(10)는, 전회 검출한 유기 전압 Epre에 금회 검출한 유기 전압 Enow를 대입하면(S12), 전류 변화량 dIDC1, dIDC2로부터 금회의 유기 전압 Enow를 검출한다(S13).
계속해서, 현재의 전압 섹터와 전회의 전압 섹터가 상이한지 여부를 판단하여(S14), 동일한 전압 섹터라면(아니오), 처리를 종료한다. 한편, 전압 섹터가 상이하면(예), 유기 전압 Enow, Epre로부터 제3 상의 유기 전압 E3을 구한다(S15). 그리고, 유기 전압 Enow, Epre, E3을 (10)식에 의해 3상/2상 변환하고, (11)식의 역정접 연산을 행하여 회전 위치 θc를 구한다(S16).
도 13은 각 부의 동작 파형을 나타내고 있다. 각 상의 변조 명령에 기초하여, 3상 전류가 흘러 모터(2)가 구동되어 있다. 이때, 검출한 전류 변화량으로부터 유기 전압 연산부(10)에서 구한 금회의 유기 전압 Enow가 검출되어 있음을 알 수 있다. 파선이 각 전압 섹터가 전환되는 타이밍이고, 전압 섹터마다 검출한 유기 전압이 Eu, Ev, Ew로 전환되어 있다. 그리고, 전압 섹터의 전환 타이밍에서 금회의 유기 전압과 전회의 전압 섹터의 유기 전압으로부터 구한 회전 위치가 θc이다. 실제의 회전 위치 θ에 비해, 어느 정도의 오차가 있지만 전기각 1주기를 6분해능으로 위치를 검출할 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 듀티 생성부(13)는 모터(2)의 회전 위치에 추종하도록 3상 듀티 명령 Du, Dv, Dw를 생성하고, PWM 생성부(5)는 3상 삼각파를 캐리어로서 사용하고, 3상 듀티 명령 Du, Dv, Dw로부터 각 상의 신호 펄스를 발생시키는 중심의 위상이 120도 상이한 3상의 PWM 신호 패턴을 생성한다. 검출 타이밍 신호 생성부(9)는 듀티 명령 Du, Dv, Dw에 기초하여 상 전류의 검출 타이밍 신호 t1 내지 t4를 생성한다.
전류 변화량 검출부(8)는 전류 검출부(7)에 발생한 신호와 검출 타이밍 신호 t1 내지 t4에 기초하여 모터(2)의 상 전류를 검출하고, 다시 그 상 전류의 변화량을 검출한다. 회전 위치 연산부(11)는 전류 변화량 검출부(8)에 의해 검출된 변화량에 기초하여, 모터(2)의 회전 위치에 동기한 신호를 연산한다. 이와 같이 구성하면, 모터(2)의 상수 설정이나 제어 게인의 조정 등이 불필요해져, 회전 위치를 검출한 전류 변화량으로부터 직접 연산으로 구할 수 있다.
또한, 유기 전압 연산부(10)는 상 전류의 변화량으로부터 3상의 유기 전압을 산출하면, 3상의 유기 전압을 직교 좌표계의 2상의 전압으로 변환하고, 2상의 전압에 대하여 역정접 연산을 행함으로써 회전 위치를 구한다. 구체적으로는, 3상의 PWM 신호 패턴에 있어서, 발생률이 높은 2개의 전압 벡터의 조에 따라 전기각 주기를 6등분한 전압 섹터 (0) 내지 (5)를 설정하고, 이행 전의 전압 섹터에 있어서 제1 상의 유기 전압 Epre를 연산하고, 이어서 이행한 전압 섹터에 있어서 제2 상의 유기 전압 Enow를 연산하고, 유기 전압 Epre, Enow로부터 제3 상의 유기 전압 E3을 연산한다. 이들 3상의 유기 전압을 직교 좌표계의 2상의 전압 Eα, Eβ로 변환하고, 2상의 전압에 대하여 역정접 연산 tan-1(Eα/Eβ)을 행함으로써 회전 위치 θc를 구한다. 이에 의해, 회전 위치 θc를 효율적으로 연산할 수 있다.
(그 밖의 실시 형태)
3상의 PWM 신호를 본 실시 형태와 같이 발생시키기 위해서는, 3종의 캐리어를 사용하지 않고 위상 시프트 기능 등을 이용하여, 3상 삼각파를 사용한 경우와 등가인 상태를 실현해도 되고, 1종의 캐리어에 있어서 듀티를 설정하는 타이밍이나, 펄스 발생의 비교 극성 등을 변경하는 등의 방법을 이용해도 된다. 요는, 각 상 신호 펄스를 발생시키는 중심의 위상이 서로 120도 상이하도록, 3상의 PWM 신호 패턴을 발생시키면 된다.
또한, 위상차는 반드시 120도로 할 필요는 없고, 동일 정도의 위상차, 대략 120도의 위상차를 부여하면 된다.
또한, 전류를 검출하는 타이밍은 PWM 캐리어의 주기에 일치시킬 필요는 없고, 예를 들어 캐리어 주기의 2배나 4배의 주기로 검출을 행해도 된다. 따라서, 전류 변화량 검출부에 입력하는 전류 검출 타이밍 신호는 캐리어로부터 얻어진 신호 그 자체일 필요는 없고, 별개의 타이머로 생성한 신호여도 된다.
전류 검출부는 션트 저항이어도 되고 CT여도 된다.
스위칭 소자는 MOSFET, IGBT, 파워 트랜지스터, SiC, GaN 등의 와이드 갭 반도체 등을 사용해도 된다.
본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (4)

  1. 동기 전동기의 상 전류를 검출하기 위해 직류부에 배치되는 전류 검출부와,
    상기 동기 전동기의 회전 위치에 추종하도록, 3상의 PWM(Pulse Width Modulation) 듀티 명령을 생성하는 듀티 생성부와,
    상기 PWM 듀티 명령에 기초하여, 각 상의 신호 펄스를 발생시키는 중심의 위상이 서로 상이한 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부와,
    상기 PWM 듀티 명령에 기초하여, 상기 상 전류의 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부와,
    상기 전류 검출부에 발생한 신호와 상기 검출 타이밍 신호에 기초하여 상기 동기 전동기의 상 전류를 검출하고, 다시 상기 상 전류의 변화량을 검출하는 전류 변화량 검출부와,
    이 전류 변화량 검출부에 의해 검출된 변화량에 기초하여, 상기 동기 전동기의 회전 위치에 동기한 신호를 연산하는 회전 위치 연산부를 구비하고,
    상기 회전 위치 연산부는, 상기 상 전류의 변화량으로부터 3상의 유기 전압을 산출하는 유기 전압 연산부를 구비하고, 상기 3상의 유기 전압을 직교 좌표계의 2상의 전압으로 변환하고, 상기 2상의 전압에 대하여 역정접 연산을 행함으로써 상기 회전 위치를 구하고,
    상기 검출 타이밍 신호 생성부는, 상기 3상의 PWM 신호 패턴에 있어서, 발생률이 높은 상위 2개의 전압 벡터의 조에 따라 전기각 주기를 6등분한 6개의 전압 섹터를 설정하여 상기 회전 위치 연산부에 출력하고,
    상기 유기 전압 연산부는, 이행 전의 전압 섹터에 있어서 제1 상의 유기 전압을 연산하고, 이어서 이행한 전압 섹터에 있어서 제2 상의 유기 전압을 연산하고, 상기 제1 상 및 제2 상의 유기 전압으로부터 제3 상의 유기 전압을 연산하는 모터 제어용 집적 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PWM 생성부는, 상기 중심의 위상이 서로 120도 상이한 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 모터 제어용 집적 회로.
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