KR20070116616A - 전류 제어 장치와 그 전류 오프셋 보정 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

전류 검출값에 중첩되는 전류검출계의 오프셋값을 모터 통전 상태에 있어서 항상 검출되는 전류 검출값을 보정할 수 있고, 고정밀한 전류 검출을 할 수 있는 전류 제어 장치와 그 전류 오프셋 보정 방법을 제공한다.
반송파 마루 골 판별부(10)를 구비하여 반송파의 마루 골을 판별하여, 반송파의 마루의 내리기에서 검출된 A/D 변환값을 전류 검출값으로 하고, 또, 변조파 지령이 계산식으로 산출할 수 있는 비교 기준값보다 클 경우, 반송파의 골의 오르기에서 검출된 A/D 변환값을 오프셋값으로 하여, 이 전류 검출값과 오프셋값에 근거하여 전류 검출 보정값을 연산한다.

Description

전류 제어 장치와 그 전류 오프셋 보정 방법{CURRENT CONTROL APPARATUS AND CURRENT OFFSET CORRECTION METHOD THEREOF}
본 발명은, 모터를 구동하는 전류를 제어하는 전류 제어 장치와 3상 PWM 인버터의 전류 검출값의 오프셋이나 온도 드리프트를 억제하기 위한 전류 오프셋 보정 방법에 관한 것이다.
종래의 전류 제어 장치는, 3상 PWM 인버터 각상의 하(下)암(arm) 소자와 직렬 접속된 션트 저항의 전압 강하에 근거하여 각 상전류를 검출하는 전류 검출 장치를 가지고, 모터를 구동하는 전류를 제어한다. 또, 그 전류 검출 장치에는, 하암 소자 중 온 기간이 짧은 하암 소자의 상전류로서, 남은 2상 전류값의 합의 역부호값을 채용하는 전류값 결정부를 구비하여, 션트 저항이 하암 측에 배치되기 때문에 검출할 수 없는 하암 소자가 하나만 오프 되어 있는 전류 위상 기간, 및 하암 소자가 온 되어 있는 데도 불구하고 하암 소자가 온 기간이 짧기 때문에, 고정밀한 검출이 곤란한 전류 위상 기간에 있어서, 모든 상전류를 고정밀하게 검출하는 것이 있다. (예를 들면, 특허 문헌 1 참조)
또, 전류 제어 장치의 전류 오프셋 보정 방법으로서는, 상전류 iu, iv, iw가 0인 것에 상당하는 PWM 신호 PWMU, PWMV, PWMW의 듀티비가 모두 50％인 상태가, 모 터에 축적된 전자 에너지의 소실에 충분한 소정 시간이 지속됐을 경우에, 상전류 iu, iv, iw를 판독하여 그들을 전류 오프셋량으로 하여, 그 후, 이 전류 오프셋량을 이용하여 검출 상전류 iu, iv, iw의 오프셋 보상을 실시하여, 쉽고 정확한 상전류 iu, iv, iw의 검출을 실현하는 것이 있다. (예를 들면, 특허 문헌 2 참조)
[특허 문헌 1：일본국 특허 공개 2003－164159호 공보(제3, 4페이지, 도 5)]
[특허 문헌 2：일본국 특허 공개 2003－164192호 공보(제4, 5페이지, 도 5, 도 6)]
이하, 도면에 따라 종래 기술을 설명한다. 도 4는, 특허 문헌 1과 같은 전류 검출 장치를 가지는 전류 제어 장치의 일반적인 구성을 나타낸 것이다. 도면에 있어서, 1은 전류 제어 장치, 2는 3상 PWM 인버터부, 3은 스위칭 소자 구동 회로, 4는 A／D 변환부, 5는 전류 제어 연산부, 6은 변조파 지령 작성부, 7은 전류 검출값 연산부, 8은 반송파 발생부, 9는 PWM 신호 발생부이다. 또, 101은 상용 전원, 102는 컨버터부, 103은 평활 콘덴서, 104는 모터, 105는 위치 검출기, 106은 상위 제어부이며, 이들에 전류 제어 장치(1)를 더함으로써 일반적인 모터 제어 장치의 구성이 된다. 또, 21은 스위칭 소자, 22는 프리휠 다이오드, 23은 부측(Nch)의 스위치 S2와 직류 모선의 부측(Nch) 사이에 삽입된 전류 검출용의 션트 저항, 24는 스위칭 소자(21)의 부측 펄스를 이용하여 스위칭 소자(21)의 구동 전원을 작성하는 전하 펌프 회로이다.
IGBT 트랜지스터(21)와 역병렬로 접속된 프리휠 다이오드(22)로 스위치 S1을 구성하여, 이를 2개 S1, S2 직렬로 접속하여 이루어진 1조를 1상분으로 하여, 이를 3조 사용하여 3상을 구성한다. 또, 전하 펌프 회로(21)는 직류 전원＋Vs에서, 각 상에 대한 각각 순방향으로 접속된 다이오드와 콘덴서를 통하여, 스위칭 소자 구동 회로(3)에 접속되어 있다. 이들 스위칭 소자(21)와 프리휠 다이오드(22)와 션트 저항(23)과 전하 펌프 회로(24)로 3상 PWM 인버터부(2)는 구성되어 있다.
먼저, 일반적인 모터 제어 장치의 동작에 대하여 설명한다. 상위 제어부(106)는, 위치 검출기(105)로의 위치 검출 신호인 위치 피드백 신호와 외부로부터의 운전 지령에 의하여 위치 제어나 속도 제어나 토크 제어를 실시하여, 전류 제어 연산부(5)에서 전류 지령을 출력한다. 컨버터부(102)는, 상용 전원(101)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 3상 PWM 인버터부(2)는, PWM 신호 발생부(9)에서의 PWM 신호에 응한 직류 전력으로부터 교류 전력으로 변환되어, 모터(104)로 전력을 공급한다. 모터 제어 장치는, 이러한 일련의 흐름에 따라, 외부로부터의 운전 지령에 응한 모터 제어를 한다.
다음으로, 전류 제어 장치(1)의 각부 동작에 대하여 설명한다. 3상 PWM 인버터부(2) 내의 션트 저항(23)에 있어서, 양단의 전압을 검출함으로써, 션트 저항(23)에서 흐르는 전류를 검출하는 A／D 변환부(4)는, 전류 피드백 신호로서 양단 검출 전압을 A／D 변환하여, 전류 검출값 연산부(7)로 출력한다. 전류 검출값 연산부(7)는, A／D 변환부(4)로부터의 전류 피드백 신호를 전류 검출값으로 연산하여, 전류 검출값을 전류 제어 연산부(5)로 출력한다. 또, 전류 검출값 연산부(7)는, 전류 검출값의 오프셋 보정을 할 경우, 전류 검출값으로부터의 오프셋값 검출 및 오프셋 보정 연산을 겸한다.
전류 제어 연산부(5)는, 상위 제어부(106)로부터의 전류 지령과 전류 검출값 연산부(7)로부터의 전류 검출값과 위치 피드백 신호에 근거하여, 전류 제어 연산하여 전압 지령을 변조파 지령 작성부(6)로 출력한다. 반송파 발생부(8)는, 반송파 주파수와 반송파 진폭에 응한 반송파를 출력한다. 변조파 지령 작성부(6)는, 전압 지령이 반송파 진폭보다 클 경우는 변조율을 제한하여, 전압 지령대로의 전압이 출력되도록 변조파 지령을 작성하여, PWM 신호 발생부(9)로 출력한다. PWM 신호 발생부(9)는, 반송파와 변조파 지령을 비교하여 펄스 신호를 작성하며, 또한 펄스 신호의 반전 신호를 작성한 후, 스위칭 소자의 정측과 부측의 2개로 나누어 PWM 신호를 작성한다.
또, PWM 신호에는, 동상의 정측과 부측의 스위칭 소자가 동시에 온 했을 경우에 직류 전원이 합선하기 때문에, 동시에 온 상태가 되지 않도록 데드 타임을 마련한다. 또, 일반적으로 전압 지령 또는 변조율 지령에 대하여, 데드 타임으로 변화되는 전압분의 보상을 전류 지령 또는 전류 검출값 또는 전류 추정값 등을 이용하여 행함으로써, 전압 지령과 실전압이 일치되도록 한다. 스위칭 소자 구동 회로(3)는, PWM 신호로 인하여 스위칭 소자(21)의 온／오프를 제어하여, 모터(104)로 전력을 공급한다.
다음으로, 종래 기술의 오프셋 보정 동작에 대하여 설명한다. 도 5는, 종래 기술의 전류 오프셋량 검출 동작을 나타낸 플로차트이다. 처음에, 각 상의 PWM 신호의 듀티비를 판독하고(S100), 판독된 PWM 신호의 듀티비가 모두 50％인지 판정하고(S102), 모두 50％이면 모두 50％인 상태가 소정 설정 시간 계속했는지를 판정하 고(S104), 소정 설정 시간 계속하면 각 상전류 오프셋량의 연산을 실행한다(S106, S108, S110). 여기서, 각 상의 PWM 신호의 듀티비는, 데드 타임을 무시한 값으로 한다.
도 6은, 종래 기술의 전류 오프셋량 연산 동작을 나타낸 플로차트이다. 우선, 삼상의 상전류 iu, iv, iw를 다음 번의 하암 소자가 온 기간에 판독하여, 판독된 상전류 iu, iv, iw를 각 상의 오프셋량의 이번 값으로 한다(s200). 다음으로, 직전의 N회(N는 정수치)의 하암 소자가 온 기간에 각각 구한 각 오프셋량의 이번 값의 합계를 구하고(S202, S204), 이 합계를 N로 나누어 평균 오프셋값을 각 상마다 구하고(S206), 그것을 기억한다(S208).
도 7은, 종래 기술의 전류 오프셋량을 이용한 전류 오프셋 보정 동작을 나타낸 플로차트이다. 우선, 소정 타이밍으로 3상의 상전류 iu, iv, iw를 판독하여(S300), 판독된 3상의 상전류 iu, iv, iw로부터 전류 오프셋량의 기억값을 개별적으로 감산하여 오프셋 보상 상전류 iu', iv', iw'를 구하고(S302), 그들을 새로운 전류 검출값으로 출력된다(S304).
이와 같이 종래 장치와 그 전류 오프셋 보정 방법은, 전류 검출값 연산부(7)에 있어서 전류 오프셋량 검출, 전류 오프셋량 연산, 전류 오프셋 보정하여, 전류 검출계의 오프셋량의 변동을 보정한 새로운 전류 검출값에 근거한 전류 제어를 한다.
[발명이 해결하려고 하는 과제]
종래의 특허 문헌 1의 전류 제어 장치는, 3상 모든 하암 측의 전류를 검출함으로써 정도를 보정하기 때문에, 저비용화, 소형화 및 회로의 간소화에 있어서의 2상만의 하암 측 전류 검출에 대해서는, 고정밀한 전류 검출이 할 수 없다는 문제점이 있다.
또, 종래의 특허 문헌 2의 전류 오프셋 보정 방법은, 각 상전류가 0인 경우에 상당하는 각 상의 PWM 신호의 듀티비가 모두 50％이며, 또한, 이 상태가 소정 시간 지속될 경우에, 각 상전류를 판독하여 그들을 전류 오프셋량으로 하여, 오프셋 보정을 행하기 때문에, 서보 용도로서의 실제 모터 통전에 있어서, 각 상의 PWM 신호의 듀티비가 모두 50％가 되는 상태는, 무부하에서의 서보 락(lock) 상태 정도 밖에 없고, 실사용 조건하에서는 오프셋 보정을 할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이르게 된 것으로서, 모터 통전 상태에 있어서, 항상 오프셋값을 검출하여 보정할 수 있고, 정상적인 오프셋뿐만이 아니라, 시간적으로 변화되는 오프셋에 대해서도 유효하며, 또, 저비용화, 소형화 및 회로의 간소화에 있어서의 2상만의 하암 측 전류 검출에 대해서도, 고정밀의 전류 검출이 가능한 전류 제어 장치와 그 전류 오프셋 보정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 다음과 같이 구성한 것이다.
청구항 1에 기재된 발명은, 전류 지령에 근거하여 전류 제어 연산하여 전압 지령을 작성하는 전류 제어 연산부와, 상기 전압 지령에 근거하여 변조파 지령을 작성하는 변조파 지령 작성부와, 반송파를 발생하는 반송파 발생부와, 상기 변조파 지령과 상기 반송파와의 비교에 근거하여 PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부와, 3상 PWM 인버터의 각 상의 하암 소자와 직렬 접속되는 션트 저항의 전압 강하에 근거하여 각 상전류 검출값을 A／D 변환하는 A／D 변환부를 구비한 전류 제어 장치에 있어서, 상기 반송파를 입력하여, 상기 반송파의 오르기 또는 내리기의 판별 신호를 출력하는 반송파 마루 골 판별부와, 상기 변조파 지령과 상기 마루 골 정보와 A／D 변환값을 입력하여, 전류 검출 보정값을 출력하는 전류 검출값 연산부를 구비한 것이다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서의 상기 판별 신호는, 상기 반송파의 이번 샘플링 값이 상기 반송파의 진폭 최대값 또는 진폭 최소값을 통과한지 아닌지의 플래그 신호와 상기 반송파의 이번 샘플링 값보다 이전의 임의 구간에 있어서 상기 반송파의 샘플링 값에 의하여, 상기 반송파가 그 골로부터의 오르기인지 또는 상기 반송파가 그 마루에서 내리기인지를 판별한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서의 상기 전류 검출값 연산부가, 상기 반송파의 마루로부터의 내리기로 검출된 상기 A／D 변환값인 전류 검출값과 상기 반송파의 골로부터의 오르기로 검출된 상기 A／D 변환값인 오프셋값과의 감산에 의하여 전류 검출 보정값을 연산한다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서의 상기 전류 검출값 연산부가, 상기 변조파 지령과 비교 기준값의 비교에 근거하여, 상기 전류 검출값의 오프셋 검출과 오프셋 보정 연산을 한다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서의 상기 전류 검출값 연산부가, 상기 반송파가 그 골로부터의 오르기, 또한, 상기 변조파 지령이 상기 비교 기준값보다 클 경우만, 오프셋 검출을 한다.
청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서의 상기 전류 검출값 연산부에서 이용되는 상기 비교 기준값이, 상기 A／D 변환부의 샘플＆홀드 시간과 반송파 주파수와 데드 타임을 근거하여 산출된다.
청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서의 상기 A／D 변환값이, 상기 3상 인버터의 3상 또는 어느 2상의 상기 전류 검출값이다
청구항 8에 기재된 발명은, 전류 지령에 근거하여 전류 제어 연산하여, 전압 지령을 작성하는 전류 제어 연산부와, 상기 전압 지령에 근거하여 변조파 지령을 작성하는 변조파 지령 작성부와, 반송파를 발생하는 반송파 발생부와, 상기 변조파 지령과 상기 반송파와의 비교에 근거하여 PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부와, 3상 PWM 인버터의 각 상의 하암 소자와 직렬 접속되는 션트 저항의 전압 강하에 근거하여 각 상전류 검출값을 A／D 변환하는 A／D 변환부를 구비한 전류 제어 장치의 전류 오프셋 보정 방법에 있어서, 상기 반송파가 그 골로부터의 오르기인지, 또는, 그 마루로부터의 내리기인지 마루 골 판단 처리를 하여, 상기 판단 처리 결과에 근거하여, 상기 변조파 지령과 비교 기준값과의 비교 처리를 하여, 상기 비교 처리 결과에 근거하여, 상기 전류 검출값의 오프셋 검출 처리를 하여, 상기 전류 검출값과 상기 오프셋 검출 처리로 검출된 오프셋값과의 차이를 전류 검출 보정값으로 하는 보정값 연산 처리를 하는 순서를 취함으로써, 모터 통상 운전 상태에 대하여, 일련의 처리를 상시 행한다.
청구항 9에 기재된 발명은, 청구항 8에 기재된 발명에 있어서의 상기 마루 골 판단 처리는, 상기 전류 검출값의 A／D 변환 처리 완료 후에 처리하는 것으로서, 상기 반송파가 그 마루로부터의 내리기에 경우, A／D 변환값을 전류 검출값으로 하여, 상기 반송파가 그 골로부터의 오르기에 경우, 상기 비교 처리가 진행되어, 상기 비교 처리는, 상기 비교 기준값보다 상기 변조파 지령이 클 경우, A／D 변환값을 상기 오프셋값으로 하고, 상기 비교 기준값보다 상기 변조파 지령이 작을 경우, 상기 보정값 연산 처리로 진행되는 절차가 된다.
[발명의 효과]
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 전류 검출값에 중첩되는 전류 검출계의 오프셋값을 검출할 수 있고, 전류 검출값을 보정할 수 있고, 고정밀한 전류 검출에 있어서의 전류 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 반송파가 그 골에서 오르기인지, 또는, 반송파가 그 마루에서 내리기인지 용이하게 또한 확실히 판별할 수 있다.
또, 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 모터 통전 상태에 있어서, 항상 오프셋값을 검출하여 전류 검출값을 보정할 수 있고, 정상적인 오프셋뿐만이 아니라, 온도 드리프트와 같은 시간적으로 변화되는 오프셋에 대해서도 오프셋값을 검출하여 전류 검출값을 보정할 수 있다.
또, 청구항 4에 기재된 발명, 또는, 청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 오프셋 검출에 있어서의 오류 검출을 방지할 수 있고, 전류 제어 성능의 저하를 방지할 수 있다.
또, 청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 모터 통전 상태 또는 모터 통전의 미리 전에 간단한 연산식으로 비교 기준값을 산출할 수 있고, 소프트웨어 처리 시간의 부담을 줄일 수 있다.
또, 청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 장치의 저비용화나 소형화나 회로의 간소화에 있어서의 3상 인버터 중 어느 2상의 하암 측 전류 검출에 대하여, 오프셋값을 검출하여 전류 검출값을 보정할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 전류 검출값에 중첩되는 전류 검출계의 오프셋값을 검출할 수 있고, 전류 검출값을 보정할 수 있으며, 고정밀한 전류 검출에 있어서의 전류 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 모터 통전 상태에 대하여, 항상 오프셋값을 검출하여 전류 검출값을 보정할 수 있고, 정상적인 오프셋뿐만이 아니라, 온도 드리프트와 같은 시간적으로 변화되는 오프셋에 대해서도 오프셋값을 검출하여 전류 검출값을 보정할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 전류 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 전류 제어 장치의 전류 오프셋 보정 방법을 나타낸 일련의 플로차트이다.
도 3은, 전류 오프셋값을 검출하는 방법을 설명한 도면이다.
도 4는, 종래의 전류 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는, 종래 기술의 전류 오프셋량 검출 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 6은, 종래 기술의 전류 오프셋량 연산 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 7은, 종래 기술의 전류 오프셋량을 이용한 전류 오프셋 보정 동작을 나타낸 플로차트이다.
[부호의 설명]
1 전류 제어 장치
2 3상 PWM 인버터부
3 스위칭 소자 구동 회로
4 A／D 변환부
5 전류 제어 연산부
6 변조파 지령 작성부
7 전류 검출값 연산부
8 반송파 발생부
9 PWM 신호 발생부
10 반송파 마루 골 판별부
21 스위칭 소자
22 프리휠 다이오드
23 션트 저항
24 전하 펌프 회로
101 상용 전원
102 컨버터부
103 평활 콘덴서
104 모터
105 위치 검출기
106 상위 제어부
이하, 본 발명의 전류 제어 장치와 그 전류 오프셋 방법의 구체적인 실시예에 대하여, 도면을 근거하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1은, 본 발명의 구성을 나타낸 것이다. 도 1은 전류 제어 장치, 2는 3상 PWM 인버터부, 3은 스위칭 소자 구동 회로, 4는 A／D 변환부, 5는 전류 제어 연산부, 6은 변조파 지령 작성부, 7은 전류 검출값 연산부, 8은 반송파 발생부, 9는 PWM 신호 발생부, 10은 반송파 마루 골 판별부이다. 또, 21은 스위칭 소자, 22는 프리휠 다이오드, 23은 부측(Nch)의 스위치 S2와 직류 모선의 부측(Nch)과의 사이에 삽입된 전류 검출용의 션트 저항, 24는 스위칭 소자(21)의 부측 펄스를 이용하여 스위칭 소자(21)의 구동 전원을 작성하는 전하 펌프 회로다.
IGBT 트랜지스터(21)와 역병렬 접속된 프리휠 다이오드(22)로 스위치 S1을 구성하고, 이를 2개 S1, S2 직렬 접속하여 구성되는 1조를 1상분으로 하고, 이를 3조 사용하여 3상을 구성한다. 또, 전하 펌프 회로(21)는 직류 전원(＋Vs)로부터, 각 상에 대하여 각각 순방향으로 접속된 다이오드와 콘덴서를 통하여, 스위칭 소자 구동 회로(3)로 접속되어 있다. 이들 스위칭 소자(21)와 프리휠 다이오드(22)와 션트 저항(23)과 전하 펌프 회로(24)로 3상 PWM 인버터부(2)가 구성된다.
본 발명이 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2와 다른 점은, 반송파 마루 골 판별부(10)를 구비한 점과 전류 검출값 연산부(7)가 실시하는, 반송파 마루 골 판별부(10)와 변조파 지령 작성부(6)의 출력에 근거하는 전류 오프셋값 검출 방법과 그 보정 방법이다.
다음으로, 본 발명의 전류 제어 장치가 가지는 모터 제어 장치의 동작에 대하여 설명한다. 상위 제어부(106)는, 위치 검출기(105)로의 위치 검출 신호인 위치 피드백 신호와 외부로부터의 운전 지령에 의하여 위치 제어나 속도 제어나 토크 제어를 실시하여, 전류 제어 연산부(5)로 전류 지령을 출력한다. 컨버터부(102)는, 상용 전원(101)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 3상 PWM 인버터부(2)는, PWM 신호 발생부(9)로부터의 PWM 신호에 응한 직류 전력으로부터 교류 전력으로 변환하여, 모터(104)로 전력을 공급한다. 모터 제어 장치는, 이러한 일련의 흐름에 따라, 외부에서의 운전 지령에 응한 모터 제어를 한다.
다음으로, 전류 제어 장치의 동작에 대하여 설명한다. 상위 제어부(106)는, 위치 검출기(105)로의 위치 검출 신호인 위치 피드백 신호와 외부에서의 운전 지령에 따라, 위치 제어나 속도 제어나 토크 제어를 실시하여, 전류 제어 연산부(5)로 전류 지령을 출력한다. 컨버터부(102)는, 상용 전원(101)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 3상 PWM 인버터부(2)는, PWM 신호 발생부(9)로부터의 PWM 신호에 응한 직류 전력에서 교류 전력로의 변환을 하여, 모터(104)로 전력을 공급한다. 모터 제어 장치는, 이러한 일련의 흐름에 따라, 외부로부터의 운전 지령에 응한 모터 제어를 한다.
다음으로, 전류 제어 장치(1)의 각부의 동작에 대하여 설명한다. 3상 PWM 인버터부(2) 내의 션트 저항(23)의 양단 전압을 검출함으로써, 션트 저항(23)으로 흐르는 전류를 검출하는 A／D 변환부(4)는, 전류 피드백 신호로서 양단 검출 전압을 A／D 변환하여, 디지털 값 ADU, ADV, ADW로서 전류 검출값 연산부(7)로 출력한다. 반송파 마루 골 판별부(10)는, 반송파의 마루 골을 판별하여 그 판별 정보를 전류 검출값 연산부(7)로 출력한다. 전류 검출값 연산부(7)는, 변조파 지령 TU *, TV *, TW *와 반송파의 마루 골의 판별 정보와 전류 검출 디지털 값 ADU, ADV, ADW에 근거하여, 검출 전류의 전류 오프셋값을 검출 및 전류 오프셋 보정을 행하여, 오프셋 보정 후 전류 검출값 IU, IV, IW을 전류 제어 연산부(5)로 출력한다.
전류 제어 연산부(5)는, 상위 제어부(106)로부터의 전류 지령과 전류 검출값 연산부(7)로부터의 전류 검출값과 위치 피드백 신호에 근거하여, 전류 제어 연산하여, 전압 지령 VU *, VV *, VW *를 변조파 지령 작성부(6)로 출력한다. 반송파 발생부(8)는, 반송파 주파수와 반송파 진폭에 응한 반송파를 출력한다. 변조파 지령 작성부(6)는, 전압 지령이 반송파 진폭보다 클 경우는 변조율을 제한하여, 전압 지 령대로 전압이 출력되도록 변조파 지령 TU *, TV *, TW *를 작성하여, PWM 신호 발생부(9)로 출력한다. PWM 신호 발생부(9)는, 반송파와 변조파 지령을 비교하여 펄스 신호를 작성하여, 더 펄스 신호의 반전 신호를 작성한 후, 스위칭 소자의 정측과 부측의 2개로 나누어 PWM 신호를 작성한다.
또, PWM 신호에는, 동상의 정측과 부측의 스위칭 소자가 동시에 온 한 경우에 직류 전원이 합선하기 때문에, 동시에 온 상태가 되지 않도록 데드 타임을 마련한다. 또, 일반적으로 전압 지령 또는 변조율 지령에 있어서, 데드 타임으로 인하여 변화되는 전압 분의 보상을 전류 지령 또는 전류 검출 또는 전류 추정값 등을 이용하여 행함으로써, 전압 지령과 실전압이 일치되도록 한다. 스위칭 소자 구동 회로(3)는, PWM 신호로 인하여 스위칭 소자(21)의 온／오프를 제어하여, 모터(104)로 전력을 공급한다.
다음으로, 전류 제어 장치의 전류 오프셋 보정 방법에 대하여 설명한다. 도 2는, 전류 제어 장치의 전류 오프셋 보정 방법을 나타낸 일련의 플로차트이다.
(S101) 우선, 션트 저항(23) 양단의 검출 전압을 판독하여 전류 검출값의 A／D 변환이 완료한지 확인한다. 완료한 경우, (S102) 처리가 진행된다. 완료되지 않는 경우, 일련의 보정 처리를 종료한다.
(S102) 반송파 발생부(11)로부터의 반송파가, 그 마루의 내리기인지 그 골로부터의 오르기인지를 판단한다. 반송파의 골의 오르기에 경우, (S103) 처리가 진행된다. 반송파가 마루의 내리기에 경우, (S104) 처리가 진행된다. 여기서, 반송파의 마루 골은, 상기 반송파의 이번 샘플링 값이 상기 반송파의 진폭 최대값 또는 진폭 최소값이 통과한지 아닌지의 플래그 신호와, 반송파의 이번 샘플링 값보다 이전의 임의 구간에 있어서 반송파의 샘플링 값으로 인하여, 반송파가 그 골로부터의 오르기인지, 또는, 마루로부터의 내리기인지를 판별할 수 있다.
(S103) 변조파 지령 작성부(6)로부터의 변조파 지령과 후술하는 계산 방법으로 산출되는 비교 기준값을 비교한다. 변조파 지령이 비교 기준값 보다 작을 경우, (S106) 처리가 진행된다. 변조파 지령이 비교 기준값 이상일 경우, (S105) 처리가 진행된다.
(S104) 반송파의 마루에서 내리기일 경우, 스위칭 소자(21)의 각 상의 하암이 온 하여, 각 상의 하암 측에 접속된 션트 저항으로 전류가 흐르기 때문에, (S101) 처리에서의 A／D 변환값을 이번 오프셋 보정전 전류 검출값으로 하여, (S106) 처리가 진행된다.
(S105) 반송파의 골로부터의 오르기이며, 또한, 변조파 지령이 비교 기준값 이상일 경우, 스위칭 소자(21)의 각 상의 상(上)암(arm)이 온 하여, 각 상의 하(下)암(arm) 측에 접속된 션트 저항에 전류가 흐르지 않기 때문에, (S101) 처리에서의 A／D 변환값을 이번 오프셋값으로 하여, (S106) 처리가 진행된다.
(S106) 오프셋 보정전 전류 검출값에서 오프셋값을 감산하여, 오프셋 보정 후 전류 검출값을 산출한다. 여기서, (S104) 처리를 통하여 (S106) 처리를 행할 경우, 이번 오프셋 보정전 전류 검출값으로부터 전회 오프셋값을 감산하여 오프셋 보정 후 전류 검출값으로 한다. 또, (S105) 처리를 통하여 (S106) 처리를 행할 경우, 전회 오프셋 보정전 전류 검출값으로부터 이번 오프셋값을 감산하여 오프셋 보정 후 전류 검출값으로 한다.
다음으로, 전류 오프셋값을 검출하는 방법을 설명한다. 도 3은, 전류 오프셋값을 검출하는 방법을 설명하는 도면이다. 모터 통전 상태에 있어서, 각 상의 오프셋값을 검출하기 위해서는, 각 상의 스위칭 소자(21)의 하암 측에 전류 지령에 근거하는 전류가 흐르지 않은 기간에, A／D 변환값을 판독할 필요가 있다. 즉, PWM 신호 발생부(9)로부터의 PWM 신호에 근거하여, 각 상의 스위칭 소자(21)의 하암 측이 온 상태라면, 그 때의 A／D 변환값은, 전류 검출계의 오프셋값이 포함된 전류 지령에 근거하는 전류 검출값이 되기 때문에, 오프셋값만을 검출하는 것은 곤란하다.
따라서, 각 상의 스위칭 소자(21) 상암 측이 온 상태(하암 측이 오프 상태)의 기간이면, 각 상의 오프셋값을 검출할 수 있다. 도면에 있어서, 하측 암이 온 상태에서 데드 타임 Td를 사이에 두고, 상측 암 온 상태로 각 상의 스위칭 소자(21)의 온／오프 상태가 바꾸고, 오프셋값 검출 가능 기간(도면중 사선부)에 각 상의 오프셋값을 검출할 수 있다.
여기서, 오프셋값 검출 가능 기간인 상측 암 온 기간은, 변조파 지령과 비교 기준값을 비교하여, 변조파 지령이 비교 기준값 이상일 경우, 이 기간이 상측 암 온 기간이다, 즉, 오프셋값 검출 가능 기간으로 판단할 수 있다. 여기에서 비교 기준값 Cr는, 상암 측 온 최소 시간을 Tmin, 데드 타임을 Td, 반송파 주파수를 fc, 반송파 진폭값을 0~α 로 하면, 식(1)에서 계산할 수 있다. 여기에서의 상암 측 온 최소 시간은, A／D 변환부의 샘플＆홀드 시간을 의미한다.
Cr = (Tmin + Td) x fc x α (1)
이상과 같이, 본 발명의 전류 제어 장치와 그 전류 오프셋 보정 방법은, 전류 검출계의 오프셋값을 검출하여, 전류 검출값의 오프셋 보정을 함으로써 전류 제어 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 모터 통전 상태에서 오프셋값 검출 및 보정을 행함으로써, 정상적인 오프셋뿐만이 아니라, 온도 드리프트와 같은 비정상적인 오프셋도 보정할 수 있다.
본 발명은, 션트 저항(23)에 의한 전류 검출을 3상, 또는, 그 중에 어느 2상만 행할 경우에서도 사용할 수 있다. 또, 션트 저항(23)을 DCCT를 대신하여 전류 검출할 수도 있다. 또, 오프셋값은, 임의의 회수 분의 평균값을 오프셋값으로 해도 좋다. 또, 식(1)에서의 비교 기준값 Cr은, 각 파라미터 Tmin, Td, fr, α가 미리 알려져 있고, 통상 운전 상태로 변화되지 않는 용도로 한정하여, 통상 운전전에 미리 산출해도 좋다.
모터 통전 상태에 있어서, 항상 오프셋값을 검출하여 보정을 할 수 있고, 정상적인 오프셋뿐만이 아니라, 시간적으로 변화되는 오프셋에 대해서도 유효하고, 고정밀한 전류 검출을 할 수 있기 때문에, 본 발명을 실시하는 전류 제어 장치를 가지는 전동기(모터) 제어 장치에도 적용할 수 있으며, 이 전동기(모터) 제어 장치로 전동기(모터) 구동하는 일반 산업 기계, 공작기계, 로봇 등의 용도에도 적용할 수 있다. 또, 여기서의 전동기(모터)는, 회전형 또는 직동형이라도 좋다.

Claims (9)

  1. 전류 지령에 근거해 전류 제어 연산하여 전압 지령을 작성하는 전류 제어 연산부와 상기 전압 지령에 근거하여 변조파 지령을 작성하는 변조파 지령 작성부와, 반송파를 발생하는 반송파 발생부와, 상기 변조파 지령과 상기 반송파와의 비교에 근거하여 PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부와, 3상 PWM 인버터의 각 상의 하(下)암(arm) 소자와 직렬 접속되는 션트 저항의 전압강하에 근거하여 각 상전류 검출값을 A／D 변환하는 A／D 변환부를 구비한 전류 제어 장치에 있어서,
    상기 반송파를 입력하여, 상기 반송파의 오르기 또는 내리기의 판별 신호를 출력하는 반송파 마루 골 판별부와,
    상기 변조파 지령과 상기 마루 골 정보와 A／D 변환값을 입력하여, 전류 검출 보정값을 출력하는 전류 검출값 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 판별 신호는, 상기 반송파의 이번 샘플링 값이 상기 반송파의 진폭 최대값 또는 진폭 최소값을 통과하는지 여부의 플래그 신호와,
    상기 반송파의 이번 샘플링 값보다 이전의 임의 구간의 상기 반송파의 샘플링값에 의하여,
    상기 반송파가 그 골로부터의 오르기인지, 또는, 상기 반송파가 그 마루로부 터의 내리기인지 판별하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 검출값 연산부가, 상기 반송파의 마루로부터의 내리기로 검출된 상기 A／D 변환값인 전류 검출값과, 상기 반송파의 골로부터의 오르기로 검출된 상기 A／D 변환값인 오프셋값과의 감산에 의하여 전류 검출 보정값을 연산하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 검출값 연산부가, 상기 변조파 지령과 비교 기준값과의 비교에 근거하여, 상기 전류 검출값의 오프셋 검출과 오프셋 보정 연산을 하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 검출값 연산부는, 상기 반송파가 그 골로부터의 오르기이고, 또한 상기 변조파 지령이 상기 비교 기준값보다 클 경우에만, 오프셋 검출을 하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 검출값 연산부에서 이용되는 상기 비교 기준값이, 상기 A／D 변환 부의 샘플홀드 시간과 반송파 주파수와 데드 타임에 근거하여 산출되는 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 A／D 변환값이, 상기 3상 인버터의 3상 또는 어느 2상의 상기 전류 검출값인 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치.
  8. 전류 지령에 근거하여 전류 제어 연산해 전압 지령을 작성하는 전류 제어 연산부와, 상기 전압 지령에 근거하여 변조파 지령을 작성하는 변조파 지령 작성부와, 반송파를 발생하는 반송파 발생부와, 상기 변조파 지령과 상기 반송파와의 비교에 근거하여 PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생부와, 3상 PWM 인버터의 각 상의 하암 소자와 직렬 접속되는 션트 저항의 전압 강하에 근거하여 각 상전류 검출값을 A／D 변환하는 A／D 변환부를 구비한 전류 제어 장치의 전류 오프셋 보정 방법에 있어서,
    상기 반송파가 그 골로부터의 오르기인지, 또는, 그 마루로부터의 내리기인지 마루 골 판단 처리를 하고,
    상기 판단 처리 결과에 근거하여, 상기 변조파 지령과 비교 기준값의 비교 처리를 하고,
    상기 비교 처리 결과에 근거하여, 상기 전류 검출값의 오프셋 검출 처리를 하고,
    상기 전류 검출값과 상기 오프셋 검출 처리로 검출된 오프셋값과의 차이를 전류 검출보정값으로 하는 보정값 연산 처리를 하는 순서로 하여,
    모터 통상 운전 상태에 있어서, 일련의 처리를 상시 행하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치의 전류 오프셋 보정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 마루 골 판단 처리는, 상기 전류 검출값의 A／D 변환 처리 완료 후에 처리되는 것으로서, 상기 반송파가 그 마루로부터의 내리기일 경우, A／D 변환값을 전류 검출값으로 하고, 상기 반송파가 그 골로부터의 오르기일 경우, 상기 비교 처리로 진행되며,
    상기 비교 처리는, 상기 비교 기준값보다 상기 변조파 지령이 클 경우, A／D 변환값을 상기 오프셋값으로 하고, 상기 비교 기준값보다 상기 변조파 지령이 작을 경우, 상기 보정값 연산 처리로 진행되는 것을 특징으로 하는 전류 제어 장치의 전류 오프셋 보정 방법.
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