KR20180105075A

KR20180105075A - 집적 회로

Info

Publication number: KR20180105075A
Application number: KR1020180027799A
Authority: KR
Inventors: 사리 마에카와
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-09-27
Also published as: JP2018153028A; KR102070983B1; CN108574434A; JP6805035B2; CN108574434B

Abstract

본 실시 형태의 집적 회로는, 입력되는 반송파 및 각 상의 듀티 명령값에 기초하여 모터의 회전 위치에 추종하도록 3상PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부, PWM 신호의 반송파에 기초하여 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부, 검출 타이밍 신호에 따라서 입력되는 모터 상전류의 변화량을 구하는 전류 변화량 검출부, 상전류의 변화량에 기초하여 모터 회전 위치를 추정하는 회전 위치 추정부를 구비하고, PWM 생성부는, 반송파의 1 주기 내에서 검출 타이밍 신호 생성부에 의해 생성되는 고정된 4점의 검출 타이밍 신호에 따라서 전류 변화량 검출부가 2종류의 전압 벡터 기간에 대응하는 상전류 변화량을 검출할 수 있는 3상의 PWM 신호 패턴을 생성한다. 회전 위치 추정부는 2종류의 전압 벡터 기간의 각각에서 2상의 전류 변화량을 검출하고, 이들 2상의 전류 변화량의 차분값인 제1, 제2 전류 변화량 차분값을 구하고, 상기 차분값에 기초하여 회전 위치를 추정한다.

Description

집적 회로{INTEGRATED CIRCUIT}

본 발명의 실시 형태는, 3상 영구 자석 동기 모터의 제어에 사용되는 집적 회로에 관한 것이다.

종래, 영구 자석 동기 모터의 회전 위치를 추정하는 방법으로서는, 중속 영역으로부터 고속 영역에 있어서는, 예를 들어 영구 자석 동기 모터의 속도에 비례하는 유기 전압이나 회전자 자속을 모터에 대한 입력 전압과 전류로부터 연산하고, 유기 전압에 기초하여 추정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, 유기 전압 정보가 적은 극저속의 영역에서는, 회전자의 돌극성을 이용하여, 인덕턴스가 회전 위치 정보를 포함하는 점을 이용하여, 구동 주파수에 관계되지 않는 센싱을 위한 교류 신호를 영구 자석 동기 모터에 인가하고, 전압 전류의 관계로부터 회전 위치를 추정하는 방법이 몇 가지 제안되어 있다(예를 들어, 일본특허 제3454212호 공보).

상술한 추정 방식은 모두, 인버터가 모터에 인가하는 구동 전압을 연산에 사용하는 것 외에, 산출한 유기 전압이나 인덕턴스 또는 그에 준한 신호로부터 회전 위치를 산출하기 때문에, PI 제어기나 옵저버 등을 사용할 필요가 있다. 따라서, 그들 제어기에 설정하는 게인 등의 파라미터를 개별로 설계, 조정할 필요가 있다. 또한, 모터의 구동 상태나 설정한 파라미터에 따라서는 센서리스 제어가 불안정화된다는 문제가 있어, 일반적으로 사용되는 위치 센서인 리졸버나 인코더, 홀 센서 등의 대용으로 하기 위해서는, 고도의 설계 기술이나 경험을 요한다.

또한, 중속 영역으로부터 고속 영역에 있어서의 센서리스 구동 방식으로서, 120도 통전을 행할 때의 무통전 구간에 발생하는 유기 전압의 위상을 검출하고, 이것에 기초하여 통전상을 전환하는 방식이 있다. 이 방식은, 제어기의 설계 등이 필요없는 센서리스 구동을 실현할 수 있지만, 통전 방식이 120도 통전에 한정되기 때문에, 모터 전류가 왜곡되어 소음이 악화된다고 하는 과제가 있다. 또한, 이하에서는, 모터의 회전속 영역을 이분할 때에는, 저속 영역, 고속 영역으로 표현한다.

도 1은 제1 실시 형태에 있어서, 집적 회로를 포함하는 모터 구동 제어 장치의 구성을 도시하는 기능 블록도이다.
도 2는 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 온 상태를 공간 벡터로 나타낸 도면이다.
도 3은 저속 영역에서 사용하는 각 상의 전류 변화량과 회전 위치의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 고속 영역에서 사용하는 전류 변화량 및 전류 변화량 차분값과 회전 위치의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는 각 상의 PWM 캐리어 및 펄스 신호와, 전류 검출 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 6은 제2 실시 형태에 있어서, 비교기를 사용해서 회전 위치 신호를 생성하는 구성을 도시하는 도면이다.

본 실시 형태의 집적 회로는, 입력되는 반송파 및 각 상의 듀티 명령값에 기초하여, 3상 영구 자석 동기 모터의 회전 위치에 추종하도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부와,

상기 PWM 신호의 반송파에 기초하여, 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부와,

상기 검출 타이밍 신호에 따라서, 입력되는 상기 모터의 상전류의 변화량을 구하는 전류 변화량 검출부와,

상기 상전류의 변화량에 기초하여, 상기 모터의 회전 위치를 추정하는 회전 위치 추정부를 구비하고,

상기 PWM 생성부는, 상기 반송파의 1 주기 내에 있어서 상기 검출 타이밍 신호 생성부에 의해 생성되는 고정된 4점의 검출 타이밍 신호에 따라서, 상기 전류 변화량 검출부가 2종류의 전압 벡터 기간에 대응하는 상전류 변화량을 검출할 수 있도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하고,

상기 회전 위치 추정부는, 상기 2종류의 전압 벡터 기간의 각각에 있어서 2상의 전류 변화량을 검출하고, 이들 2상의 전류 변화량의 차분값인 제1, 제2 전류 변화량 차분값을 구하고, 상기 제1, 제2 전류 변화량 차분값에 기초하여 상기 회전 위치를 추정한다.

(제1 실시 형태)

이하, 제1 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 1은 모터 구동 제어 장치의 구성을 도시하는 기능 블록도이다. 직류 전원(1)은 회전자에 영구 자석을 구비하는 영구 자석 동기 모터(이하, 단순히 모터라고 칭한다)(2)를 구동하는 전력원이다. 직류 전원(1)은 교류 전원을 직류로 변환한 것이어도 된다. 인버터 회로(3)는 6개의 스위칭 소자, 예를 들어 N 채널 MOSFET4U+, 4Y+, 4W+, 4U-, 4Y-, 4W-를 3상 브리지 접속해서 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 V_dc를 검출한다. 전류 검출부(7U, 7V, 7W)는, 인버터 회로(3)의 마이너스측 FET4U-, 4Y-, 4W-의 소스와 마이너스측 전원선 사이에 접속되어 있다. 이들 전류 검출부(7)는, 일반적으로 션트 저항이나 홀 CT 등을 사용한 전류 센서 및 신호 처리 회로로 구성되며, 모터(2)에 흐르는 각 상전류 I_u, I_v, I_w를 검출한다.

전류 변화량 검출부(8)는, 후술하는 검출 타이밍 신호 생성부(9)로부터 입력되는 검출 타이밍 신호 t1 내지 t4에 기초하여 상전류를 4회 검출하고, 2회마다의 검출값의 차분값을 변화량 dI_u ₍₀₁₀₎, dI_v ₍₀₀₁₎, dI_u ₍₀₀₁₎, dI_w ₍₀₁₀₎, dI_v(001)로서 산출한다. 회전 위치 연산부(10)는, 상기 변화량 dI_u ₍₀₁₀₎, dI_v ₍₀₀₁₎, dI_u(001)로부터 모터(2)의 회전 위치 검출값 θ_c1을 산출한다. 전류 변화량 차분값 연산부(11)는, 전류 변화량 dI_u(010), dI_u ₍₀₀₁₎, dI_w ₍₀₁₀₎, dI_v(001)로부터, 전류 변화량 차분값 dI₍₀₁₀₎, dI₍₁₁₀₎을 연산한다. 회전 위치 연산부(12)는, 전류 변화량 차분값 dI₍₀₁₀₎, dI₍₀₀₁₎로부터 모터(2)의 회전 위치 검출값 θ_c2를 산출한다. 회전 위치 검출값 θ_c1, θ_c2는, 회전 위치 선택부(13)에 입력된다.

회전 위치 선택부(13)는, 모터(2)의 회전수가 저속 영역에 속할 때에는 회전 위치 검출값 θ_c1을 선택하고, 상기 회전수가 중속 영역 이상에 속할 때에는 회전 위치 검출값 θ_c2를 선택하여, 회전 위치 θ_c로서 출력한다. 저속 영역과 중속 영역의 역치는, 예를 들어 모터(2)의 정격 회전수의 5% 내지 10% 정도로 한다. 모터(2)의 회전수는, 입력되는 회전 위치 검출값 θ_c1, θ_c2의 변화 시간으로부터 구한다.

3상 전압 명령값 생성부(14)는, 명령값인 전압 진폭 명령값 V_amp와 전압 위상 명령값 φv로부터, 3상의 전압 명령값 V_u, V_v, V_w를 생성한다. 듀티 생성부(15)는, 3상 전압 명령값 V_u, V_v, V_w를 직류 전압 V_dc로 제산함으로써 각 상의 변조 명령 D_u, D_v, D_w를 연산한다. PWM 생성부(5)는, 3상 변조 명령 D_u, D_v, D_w와, 캐리어 생성부(16)로부터 입력되는 각 상의 PWM 캐리어, 반송파를 비교해서 각 상의 PWM 신호 펄스를 생성한다. 1상당의 펄스에는 데드 타임이 부가되고, 각각 3상 상하의 N채널 MOSFET4에 출력하는 스위칭 신호 U+, U-, V+, V-, W+, W-를 생성한다.

이상의 구성에 있어서, 모터(2), 인버터 회로(3), 3상 전압 명령값 생성부(14), 듀티 생성부(15) 및 캐리어 생성부(16)를 제외한 것이, 집적 회로(17) 또는 마이크로컴퓨터 등을 구성하고 있다. 또한, 이들 기능은 집적 회로로서 구성 했을 때에, 하드웨어 혹은 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 협동에 의해 실현할 수 있다. 예를 들어 하드웨어만으로 실현한 경우에는 게이트 어레이로 구성되고, 일부에 소프트웨어를 사용해서 실현한 경우에는 마이크로컴퓨터나 DSP(Digital Signal Processor)로 구성된다.

여기서, 본 실시 형태에 있어서의 회전 위치 검출 방법의 원리를 설명한다. (1)식은, 돌극성을 갖는 동기 전동기의 3상 인덕턴스를 나타내고 있다.

(1)식에 나타내는 바와 같이, 각 상의 인덕턴스 L_u, L_v, L_w는 회전 위치 θ에 따라서 변화한다. 이 인덕턴스의 회전 위치에 대한 의존성을 이용함으로써, 모터의 속도가 제로 근방이 되는 조건 하에서도 굴림 위치를 추정할 수 있다.

도 2는 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 온 상태를 공간 벡터라고 불리는 방법으로 나타낸 것이다. 예를 들어 (1, 0, 0)은, U상 상측의 스위칭 소자가 온, V상 및 W상의 상측 스위칭 소자가 오프인 상태를 나타내고 있고, 전압 벡터는 V0 내지 V7의 8개의 패턴이 존재한다.

여기에서, 전압 벡터 V1(1, 0, 0)을 인가하고 있을 때의 모터의 상간 전압 방정식을 (2)식에 나타낸다. 위에서 UV선간 전압, VW선간 전압, WU선간 전압을 나타내고 있다.

단, V_dc는 직류 전압, E_u, E_v, E_w는 각 상의 유기 전압, R은 권선 저항, I_u _{_V1}, I_{v_V1}, I_w _{_V1}은, 전압 벡터 V1을 인가했을 때의 3상 전류값이다. 여기서 모터 회전수가 극저속이고, 권선 저항에 의한 전압 강하와 유기 전압이 직류 전압 V_dc에 비해 매우 작은 경우, (2)식 중의 각 상의 전류 미분값은 (3)식을 사용해서 (4)식에 근사시킬 수 있다.

여기서, 인덕턴스 값 L0, L1과 직류 전압 V_dc를 (5)식과 같이 A로 놓으면, (4)식은 (6)식으로 변형할 수 있다.

마찬가지로, 전압 벡터 V3(010) 인가 중인 U상 전류 미분값 dI_u ₍₀₁₀₎/dt, 전압 벡터 V5(001) 인가 중인 U상 전류 미분값 dI_u ₍₀₀₁₎/dt 및 V상 전류 미분값 dI_v ₍₀₀₁₎/dt를 구하고, 이들 전류 미분값에 미분 시간 dt를 곱하여 전류 변화량으로 하여, 통합한 것이 (7)식이다.

이들 3개의 전류 변화량은, 도 3에 도시한 바와 같이 직류 오프셋량 dt/A를 갖고, 진폭 L1dt/(AL0)로 회전 위치 2θ에 따라서, 각각의 위상차 2π/3로 변화하는 교류 신호이다. 그리고, 이들 전류 변화량을 사용하여, (8)식에 의해 3상/2상 변환을 행하고, (9)식에 의해 역정접 연산을 행함으로써 회전 위치 θ를 얻는다.

여기서, (9)식으로부터 구한 회전 위치 θ는, 2θ로부터 분주한 것이기 때문에, 원리적으로 ±180°의 오차를 갖는다. 따라서, 모터 구동 전의 정지 상태에 있어서 상기의 어느 쪽을 판정하기 위해서는, 초기 위치의 동정 알고리즘이 필요해진다. 이에 대해서는, 종래의 공지 기술인 자기 포화의 특성을 사용한 방식으로 판정을 행한다. 본 공지 기술에 대해서는, 예를 들어 하기의 문헌 등의 방법이 있다.

전기 학회 논문지 D(산업 응용 부문지) Vol.125(2005), No.3 「펄스 전압을 사용한 표면 자석 동기 모터의 초기 회전 위치 추정법」, 야마모토 슈, 아라 다카히로

이상의 알고리즘에 의해, 검출한 전류 변화량으로부터 모터의 회전 위치를 추정할 수 있다. 그리고, 이상의 알고리즘은 각 상의 유기 전압에 기초하지 않고, 인덕턴스값에 기초하여 위치 추정을 행하는 것이기 때문에, 전술한 바와 같이 모터의 저속 영역에 적용하기에 유효하다. 따라서, 이 알고리즘은, 회전 위치 연산부(10)에 의해 실행되어, 회전 위치 검출값 θ_c1이 구해진다.

이어서, 모터의 중속으로부터 고속 영역으로 적용하는 회전 위치 추정의 알고리즘에 대해서 설명한다. 즉, 모터가 중속 영역으로 이행하면, (4)식을 구하기 위한 조건이 성립되지 않게 되므로, 저속 영역과는 다른 추정 알고리즘을 사용할 필요가 있다. 예를 들어 전압 벡터 V3(010)이 인가되어 있는 상태의 U, W상의 상전압 방정식은 (10)식으로 나타낸된다. 여기서, (10)식 우변 제3항의 유기 전압은, (11)식으로 나타낸 바와 같이 회전 위치 θ의 정보를 갖고 있다.

단,

V_u(010): 전압 벡터 V3 인가 시의 U상 전압[V]

V_w ₍₀₁₀₎: 전압 벡터 V3 인가 시의 W상 전압[V]

dI_u ₍₀₁₀₎: 전압 벡터 V3 인가 시의

시각 t1 내지 t2 기간의 U상 전류 변화량[A]

dI_w ₍₀₁₀₎: 전압 벡터 V3 인가 시의

시각 t1 내지 t2 기간의 W상 전류 변화량[A]

θ: 모터 회전 위치[rad]

R: 모터 권선 저항[Ω], L_u,L_w: 모터상 인덕턴스[H]

ω: 모터 각속도[rad/S], a: 전기자 쇄교 자속[Wb]

이다.

여기서, 모터 각속도 ω가 충분히 빠르고, (10), (11)식 우변 제1항의 권선 저항 R에 의한 전압 강하나 돌극성에 기인하는 인덕턴스 L_u, L_w의 변화분보다, 우변 제3항의 유기 전압항이 충분히 큰 경우에는, RI=0으로 해서 근사할 수 있다. 그리고, (10), (11)식에 있어서, 전류 변화량의 측정 시간이 균등하고 t2-t1=t일 때 각 상 전류 변화량 dI를 사용하면, UW상간의 유기 전압 E_uw에 비례하는 값이 (12)식에서 연산할 수 있다. (11)식에 의해, (12)식은 회전 위치 θ로부터 -π/6 지연된 신호임을 알 수 있다.

(12)식은, 전압 벡터 V3을 사용한 경우에 검출한 값이지만, 전압 벡터 V5 인가 중인 전류 미분값 I_v(001), I_u(001)을 사용하면 (13)식이 된다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 시각 t3 내지 t4는, 전압 벡터 V5 인가 시에, V상, W상 전류 변화량을 구하는 시간이며, t2-t1=t4-t3=t로 한다.

(12)식은 제1 전류 변화량 차분값, (13)식은 제2 전류 변화량 차분값에 상당한다. 여기서, (12), (13)식은, 오프셋이 제로이고 위상이 120도 어긋난 정현파 신호가 되기 때문에, 양 신호를 사용해서 하기의 (14)식에서 연산을 행하면, 이들에 의해 도 4에 도시한 바와 같은 120도 위상차의 신호가 얻어진다.

(12) 내지 (14)식으로 나타내는 3개의 신호를 (8)식과 마찬가지로 3상 2상 변환하고, (9)식과 마찬가지로 그 역정접 연산을 하면, π/6을 더한 회전 위치 θ를 구할 수 있다.

이 추정 알고리즘은 회전 위치 연산부(12)에 의해 실행되고, 회전 위치 검출값 θ_c2가 구해진다.

이어서, (7), (12) 및 (13)식으로 나타낸 각 전압 벡터 인가 중의 전류 변화량의 검출 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 전압 벡터 V3 인가 중인 U상 및 W상 전류, 전압 벡터 V5 인가 중인 U상 및 V상 전류를 검출할 필요가 있다. 그 때문에, 도 5에 도시한 바와 같이 각 상의 PWM 신호를 생성하기 위한 캐리어를, 각각 파형이 다른 3종류 사용한다. 예를 들어 U상은 삼각파 캐리어, V상은 역톱니파 캐리어, W상은 톱니파 캐리어다. 캐리어 생성부(13)가 이들 캐리어를 생성한다. 이들 캐리어를 사용해서 PWM 신호를 생성하면, U상의 삼각파 캐리어를 기준으로 한 경우,

U상 PWM 펄스: 삼각파의 골을 기준으로 양측에 발생

V상 PWM 펄스: 삼각파의 산을 기준으로 좌측에 발생

W상 PWM 펄스: 삼각파의 산을 기준으로 우측에 발생

하게 된다. 그리고, 검출 타이밍 신호 생성부(9)는, 4회의 전류의 검출 타이밍 신호 t1 내지 t4를, 도 5에 도시한 바와 같이 부여한다.

·U상의 전류 변화량 dI_u ₍₀₁₀₎ 및 W상의 전류 변화량 dI_w(010)을 검출하기 위한 신호 t1, t2는, 삼각파의 산보다 ΔT 전인 시각 및 삼각파의 산의 시각

·U상의 전류 변화량 dI_u ₍₀₀₁₎ 및 V상의 전류 변화량 dI_v(001)을 검출하기 위한 신호 t3, t4는, 삼각파의 산의 시각 및 삼각파의 산보다 ΔT 지연된 시각

상기를 기준으로 한다.

또한, 실제로는 펄스가 발생한 직후에는 노이즈에 의한 전류 검출값에 대한 영향이 큰 경우도 있으므로, 검출 타이밍을 상기 기준값으로부터 수㎲ 정도 어긋나게 하는 경우도 있다. 그리고, 이들 t1 내지 t4의 검출 타이밍은, 인버터 회로(3)에 입력되는 PWM 신호에 구애되지 않고 항상 일정, 즉 고정된 4점의 타이밍이 된다.

그리고, 자극 위치 선택부(13)는, 전술한 바와 같이, 회전 위치 연산부(10)에 의해 구해진 회전 위치 θ_c1과, 회전 위치 연산부(12)에 의해 구해진 회전 위치 θ_c2를, 모터의 속도에 따라서 전환해서 출력한다.

이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 검출 타이밍 신호 생성부(9)는, PWM 신호의 반송파에 기초하여 검출 타이밍 신호 t1 내지 t4를 생성하고, 전류 변화량 검출부(8)는, 상기 신호 t1 내지 t4에 따라서 전류 검출부(7U, 7V, 7W)에 의해 검출되는 상전류의 변화량 dI_u ₍₀₁₀₎, dI_u ₍₀₀₁₎, dI_v ₍₀₀₁₎, dI_w(010)을 구한다. 회전 위치 연산부(10)는, 전류 변화량 dI_u ₍₀₁₀₎, dI_u ₍₀₀₁₎, dI_v(001)에 기초하여, 저속 영역에서의 모터(2)의 회전 위치 θ_c1을 추정한다.

또한, 전류 변화량 차분값 연산부(11)는, 전류 변화량 dI_u ₍₀₁₀₎, dI_w(010)의 차분값 dI₍₀₁₀₎과, 전류 변화량 dI_v ₍₀₀₁₎, dI_u(001)의 차분값 dI₍₀₀₁₎을 구한다. 회전 위치 연산부(12)는, 전류 변화량 dI_v ₍₀₀₁₎, dI_u(001)과, 그들의 차 dI_(010-001)에 기초하여, 고속 영역에 있어서의 모터(2)의 회전 위치 θ_c1을 추정한다.

그리고, 회전 위치 선택부(13)는, 모터(2)의 회전 속도가 저속 영역에 속할 때에는 회전 위치 θ_c1을 선택하고, 고속 영역에 속할 때에는 회전 위치 θ_c2를 선택해서 추정 위치 θ로 한다. 이에 의해, 고가의 연산 능력을 갖는 연산기를 사용하지 않고, 검출한 전류 변화량의 대소 관계에만 기초하는 간이한 알고리즘에 의한 저렴한 연산기를 사용하여, 모터(2)의 정지 또는 저속 영역으로부터 고속 영역에 걸치는 센서리스 구동이 가능해진다. 게다가, 120도 통전 방식에 한하지 않고, 예를 들어 180도 통전 방식 등에도 적용할 수 있다.

이 경우, PWM 생성부(5)는, PWM 캐리어의 1 주기 내에 있어서, 고정된 4점의 검출 타이밍 신호 t1 내지 t4에 따라서, 전류 변화량 검출부(8)가 2종류의 전압 벡터 기간 V3, V5에 대응하는 각 상전류 변화량을 검출할 수 있도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성한다.

구체적으로는, PWM 생성부(5)는, 3상의 PWM 신호 중 U상은, PWM 캐리어 주기의 임의의 위상을 기준으로 해서 지연측, 진입측의 쌍방향으로 듀티 Du를 증감시키고, V상은 상기 임의의 위상을 기준으로 해서 지연측, 진입측의 일방향으로 듀티 Dv를 증감시키고, W상은 상기 임의의 위상을 기준으로 해서 상기 방향과는 역방향으로 듀티 Dw를 증감시키도록 하였다.

또한, PWM 생성부(5)는, 각 상의 PWM 펄스를 발생시키는 기준을, 캐리어의 진폭이 최대 또는 최소가 되는 위상에 기초하여 설정하므로, 기준의 설정이 간단해진다. 또한, PWM 생성부(5)는, U상에 대해서는 삼각파를, V상에 대해서는 상기 삼각파의 진폭이 최대 또는 최소를 나타내는 위상에 진폭이 최대를 나타내는 위상이 일치하는 톱니 형상파를, W상에 대해서는 상기 톱니 형상파에 대하여 역상이 되는 톱니 형상파를 각각 캐리어로서 사용한다. 그 때, 각 상의 기준을, 각 캐리어 진폭의 최댓값 또는 최솟값이 모두 일치하는 위상에 기초하여 설정한다. 이에 의해, 각 상의 PWM 펄스의 신장 방향을 간단하게 설정할 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 회전 위치 θ를, 모터(2)에 인가하는 전압의 크기에 구애되지 않고, 전압 벡터 V3 및 V5의 발생 기간 중에 얻어지는 전류 변화량에 의해 연산할 수 있다. 즉, 모터(2)의 제어 상태에 구애되지 않기 때문에, 모터(2)의 속도·전류 제어 등과 구별해서 회전 위치 추정 장치를 구성할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 구성은 마이크로컴퓨터의 내부에 하드웨어적으로 설치할 수 있다. 예를 들어 전술한 속도·전류 제어 등은, 소프트웨어로서 구축하고, 회전 위치 추정 장치 부분을 하드웨어 혹은 소프트웨어 또는 그들의 협동에 의해 실현하는 구성으로 하여, 마이크로컴퓨터나 집적 회로 내에 설치할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이하, 제1 실시 형태와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 120도 위상차의 신호의 대소 관계를 도 6에서 도시한 바와 같이 비교기(21A, 21B, 21C)에 의해 어느 2신호간에서 비교하여, 대소에 따른 펄스 신호를 생성한다. 도 6에서는, 신호 1을 자극 위치 연산부(10)에 대해서는 dI_u ₍₀₀₁₎, 자극 위치 연산부(12)에 대해서는 dI_(010-001), 신호 2를 동 dI_u(001), dI₍₀₀₁₎, 신호 3을 동 dI_v(001), dI₍₀₀₁₎이라고 하였다.

비교기(21A 내지 21C)로부터 출력되는 각 펄스 신호는, 회전 위치에 따라서 홀 센서나 인코더와 같은 위치 센서와 마찬가지로 변화하는 위상차를 가진 신호가 된다. 따라서, 상기 위치 센서의 센서 신호와 마찬가지 처리를 행함으로써, 모터(2)의 회전 위치를 구할 수 있다.

(그 외의 실시 형태)

3상의 PWM 신호를 각 실시 형태와 같이 발생시키기 위해서는, 3종류의 캐리어를 사용하는 것에 한하지 않고, 위상 시프트 기능 등을 이용해도 되고, 1종의 캐리어의 듀티 설정 타이밍이나, 펄스 발생의 비교 극성 등을 변경하는 등의 방법을 이용해도 된다.

전류 변화량 검출부(8)가, 캐리어 주기 내에서 3상의 전류를 검출하는 타이밍은, 반드시 캐리어의 레벨이 최소 또는 최대를 나타내는 위상을 기준으로 할 필요는 없고, 3상의 전류를 검출 가능한 범위에서 캐리어의 임의의 위상에 기초하여 설정하면 된다.

또한, 전류를 검출하는 타이밍은, PWM 캐리어의 주기에 일치시킬 필요는 없고, 예를 들어 캐리어 주기의 2배나 4배의 주기로 검출을 행해도 된다. 따라서, 전류 변화량 검출부(8)에 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 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규 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

입력되는 반송파 및 각 상의 듀티 명령값에 기초하여, 3상 영구 자석 동기 모터의 회전 위치에 추종하도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부와,
상기 PWM 신호의 반송파에 기초하여, 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부와,
상기 검출 타이밍 신호에 따라서, 입력되는 상기 모터의 상전류의 변화량을 구하는 전류 변화량 검출부와,
상기 상전류의 변화량에 기초하여, 상기 모터의 회전 위치를 추정하는 회전 위치 추정부를 구비하고,
상기 PWM 생성부는, 상기 반송파의 1 주기 내에 있어서 상기 검출 타이밍 신호 생성부에 의해 생성되는 고정된 4점의 검출 타이밍 신호에 따라서, 상기 전류 변화량 검출부가 2종류의 전압 벡터 기간에 대응하는 상전류 변화량을 검출할 수 있도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하고,
상기 회전 위치 추정부는, 상기 2종류의 전압 벡터 기간의 각각에 있어서 2상의 전류 변화량을 검출하고, 이들 2상의 전류 변화량의 차분값인 제1, 제2 전류 변화량 차분값을 구하고, 상기 제1, 제2 전류 변화량 차분값에 기초하여 상기 회전 위치를 추정하는 집적 회로.
제1항에 있어서, 상기 회전 위치 추정부는, 상기 모터가 저속 영역에서 운전되는 영역에서는, 상기 2종류의 전압 벡터 기간 중, 제1 전압 벡터 기간에 있어서 1상의 전류 변화량을 검출하고, 제2 전압 벡터 기간에 있어서 2상의 전류 변화량을 검출하고, 이들 3개의 전류 변화량에 기초하여 상기 회전 위치를 추정하고,
상기 모터가 고속 영역에서 운전되는 영역에서는, 상기 제1, 제2 전류 변화량 차분값에 기초하여 상기 회전 위치를 추정하도록 전환하는 집적 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 PWM 생성부는, 3상의 PWM 신호 중 1상에 대해서는, 상기 반송파 주기의 임의의 위상을 기준으로 해서 지상측, 진상측의 쌍방향으로 듀티를 증감시키고,
다른 1상에 대해서는, 상기 반송파 주기의 임의의 위상을 기준으로 해서 지상측, 진상측의 일방향으로 듀티를 증감시키고,
나머지 1상에 대해서는, 상기 반송파 주기의 임의의 위상을 기준으로 해서 상기 방향과는 역방향으로 듀티를 증감시키는 집적 회로.
제1항에 있어서, 마이크로컴퓨터로서 구성되어 있는 집적 회로.
제2항에 있어서, 마이크로컴퓨터로서 구성되어 있는 집적 회로.
제3항에 있어서, 마이크로컴퓨터로서 구성되어 있는 집적 회로.