(57)【要約】【課題】インバータ回路をＰＷＭ制御する際の影響も考慮して、電流センサのオフセット電圧を検出できるインバータ制御装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、インバータ制御装置は、負荷の駆動を停止させている期間に、複数のスイッチング素子により、負荷に通電することなく電圧パルスを繰り返し印加するスイッチングパターンで０Ａスイッチング動作を行う。そして、０Ａスイッチング動作を行っている期間内に、電流センサより出力されているオフセット電圧を読み込んでメモリに記憶させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成されるインバータ回路と、このインバータ回路の出力端子と負荷との間に配置される電流センサとを備えるインバータ装置を制御する制御装置であって、
前記負荷の駆動を停止させている期間に、前記複数のスイッチング素子により、前記負荷に電流が流れないように電圧パルスを繰り返し印加するスイッチングパターンでスイッチング動作を行い、前記スイッチング動作を行っている期間内に、前記電流センサより出力されているオフセット電圧を読み込んでメモリに記憶させることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
前記インバータ装置が、前記インバータ回路に供給する駆動電圧を昇圧する昇圧回路を備えており、
前記昇圧回路により昇圧した電圧において前記インバータ回路に対して前記スイッチング動作を行い、前記オフセット電圧を読み込んで前記メモリに記憶させることを特徴とする請求項１記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記スイッチング動作を、スイッチング周波数を変化させて行い、各スイッチング周波数毎に前記オフセット電圧を読み込んで前記メモリに記憶させることを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
インバータ装置を制御する際に、前記電流センサより出力されて前記制御に使用する信号電圧から、前記オフセット電圧を減算して補正を行うことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インバータ回路の出力端子と負荷との間に配置される電流センサを備えるインバータ装置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ回路を介してモータ等の負荷を駆動する際には、インバータ回路より出力されて負荷に通電される電流を電流センサにより検出し、フィードバック制御を行うことがある。電流センサとしては、例えばホール素子等を用いて電流が発生する磁界を検知し、それを電気信号に変換して出力する構成のものがある。一般に、ホール素子が検出した信号は、電流センサの内部においてオペアンプ等により増幅されるが、オペアンプ等の回路の特性により、電流センサの出力信号にはオフセット電圧（残留電圧）が含まれている。したがって、制御精度を向上させるためには、電流センサのオフセット電圧を検出して、電流値を補正する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７１４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ホール素子は磁界を検出する素子であるが、インバータ回路をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する際には、電圧パルスの発生に伴う電界の変化に影響を受けることがある。そして、その影響は電流センサのオフセット電圧として現われるが、従来技術では、この様な影響を考慮してオフセット電圧を検出するものがなかった。
そこで、インバータ回路をＰＷＭ制御する際の影響も考慮して、電流センサのオフセット電圧を検出できるインバータ制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、インバータ制御装置は、負荷の駆動を停止させている期間に、複数のスイッチング素子により、負荷に電流が流れないように電圧パルスを繰り返し印加するスイッチングパターンでスイッチング動作を行う。そして、前記スイッチング動作を行っている期間内に、電流センサより出力されているオフセット電圧を読み込んでメモリに記憶させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態であり、インバータ装置の電気的構成を機能ブロック図と共に示す図
【図２】制御部によって行われる電流検出・補正処理の手順を示すフローチャート
【図３】第２実施形態を示す図１相当図
【図４】図２相当図
【図５】第３実施形態を示す図４相当図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、インバータ装置の電気的構成を、機能ブロック図と共に示している。インバータ装置は、負荷として電動機１を駆動するもので、直流電源２，インバータ回路３，制御装置４，電流検出部５（ｕ，ｖ，ｗ）を備えている。インバータ回路３は、６個のスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを３相ブリッジ接続して構成されている。各スイッチング素子の出力端子（コレクタ，エミッタ）間には、フリーホイールダイオードが接続されている。そして、直流電源２からの直流電力がインバータ回路３により交流電力に変換され、３相交流電力として電動機１に供給される。また、直流電源２には、平滑用コンデンサ６及び放電用抵抗７が並列に接続されている。
【０００８】
インバータ回路３を介して、電動機１の図示しない固定子巻線に供給される各相電流は、電流検出部５（電流センサ）により検出される。電流検出部５は、ホール素子等から構成され、電流量に応じた電圧を、制御装置４を構成する制御部８に出力する。制御部８は、入力されたモータ電流に基づいて所望の電圧，電流，周波数で電動機１を駆動するため、スイッチング素子Ｓｕ〜Ｓｚを制御するＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、ゲート駆動部９を介してスイッチング素子Ｓｕ〜Ｓｚのゲートに出力される。電圧検出部１０は、直流電源２の電源電圧を検出し、検出結果を制御部８に出力する。
【０００９】
次に、本実施形態の作用について図２を参照して説明する。図２は、制御部８によって行われる電流検出・補正処理の手順を示すフローチャートである。制御装置４の電源が投入されると、ステップＳ１０において１回目の運転開始であるか否かを判定し、１回目であれば（ＹＥＳ）ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、インバータ回路３による０Ａスイッチング動作を実行し、０Ａスイッチング動作を行っている期間内に電流検出部５より出力されているオフセット電圧を検出すると、その検出値を制御部８に内蔵されているメモリに記憶する。
【００１０】
ここで、０Ａスイッチングとは、インバータ回路３を構成する上アーム側のスイッチング素子Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを全て同時にオン，オフさせると同時に、下アーム側のスイッチング素子Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを、上アーム側とは逆にオフ，オン動作をさせることを繰り返すスイッチングのパターンである。これにより、インバータ回路３の出力端子の電位は、直流電源電圧，グランド電位に交互に変化する。この時、インバータ回路３から電動機１へは電流が流れないので、電流検出部５には電流による磁界は検出されず、パルス電圧による電界のみが印加される。
【００１１】
次に、ステップＳ３０にてインバータ回路３による電動機１の駆動（運転）を開始すると、ステップＳ４０にて、電流検出部５を介して検出した電流値（信号電圧）からステップＳ２０で記憶したオフセット電圧を減算することで、電動機１の制御（例えばベクトル制御等）に使用する電流値を補正する。尚、ステップＳ１０にて２回目以降の運転であれば（ＮＯ）ステップＳ３０に移行して、既にメモリに記憶しているオフセット電圧を使用して補正を行うようにする。
【００１２】
以上のように本実施形態によれば、制御装置４は、電動機１の駆動を停止させている期間に、複数のスイッチング素子Ｓｕ〜Ｓｚにより、電動機１に通電することなく電圧パルスを繰り返し印加するスイッチングパターンで０Ａスイッチング動作を行う。そして、０Ａスイッチング動作を行っている期間内に、電流検出部５より出力されているオフセット電圧を読み込んでメモリに記憶させる。その後、電動機１の駆動を開始すると、駆動制御に使用する電流値をメモリに記憶させた電流のオフセット値を用いて補正する。
【００１３】
これにより、電流検出部５のオフセット電圧が、電動機１をＰＷＭ制御することで発生する電圧パルスによる電界の影響を受ける場合であっても、その影響が考慮された状態でのオフセット電圧を取得して、制御に用いる電流値を補正できる。したがって、電動機１の駆動制御を高い精度で行うことができる。
【００１４】
（第２実施形態）
図３及び図４は第２実施形態であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図３に示すインバータ装置は、第１実施形態のインバータ装置に昇圧回路１１を加えたものである。昇圧回路１１は、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）Ｓ１及びＳ２と、インダクタ１２と、コンデンサ１３とで構成されている。スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列回路は、抵抗素子７に並列に接続され、インダクタ１２は、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の共通接続点と直流電源２の正側端子との間に接続されている。コンデンサ１３は、直流電源２に並列に接続されている。
【００１５】
制御装置１４は、制御部８に替わる制御部１５に、直流電源２の電圧を検出する電圧検出部１６と、制御部１５がスイッチング素子Ｓ１及びＳ２の各ゲートにＰＷＭ信号を出力するためのゲート駆動部１７とを加えて構成されている。したがって、電圧検出部１０は、昇圧回路１１の出力電圧を検出することになる。制御部１５は、電圧検出部１６及び１０を介してそれぞれ入力される電圧を参照して、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の各ゲートに出力するＰＷＭ信号を生成する。
【００１６】
次に、第２実施形態の作用について図４を参照して説明する。図４に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートにステップＳ５０，Ｓ６０を加え、ステップＳ４０をＳ７０に置き換えたものである。ステップＳ２０を実行すると、制御部１５は、昇圧回路１１の出力電圧が所定の電圧に達したか否かを判断する（Ｓ５０）。例えば、直流電源２の電圧が３００Ｖであり、電動機１を駆動制御する際に使用する昇圧電圧が４００Ｖまでの範囲であれば、前記所定の電圧を４００Ｖとする。
【００１７】
ステップＳ５０において、昇圧電圧が所定の電圧に達していなければ（ＮＯ）、制御部１５は昇圧回路１１により昇圧動作を行い（Ｓ６０）、ステップＳ２０に戻る。ここでは、ステップＳ５０→Ｓ６０→Ｓ２０→…のループを回る毎に、昇圧電圧をステップ状に変化させるようにする（例えば、３２０Ｖ，３４０Ｖ，３６０Ｖ，…など）。そして、ステップＳ２０では、各昇圧電圧で０Ａスイッチング動作を行い、その状態で検出された電流検出部５のオフセット電圧を検出して、それぞれメモリに記憶させる。
昇圧電圧が所定の電圧に達すると（Ｓ５０：ＹＥＳ）、制御部１５は電動機１の駆動制御を開始する（Ｓ３０）。そして、制御条件に応じて昇圧した運転時の電圧に対応するオフセット値を読み出すと、電動機１の制御に使用する電流値を補正する（Ｓ７０）。
【００１８】
以上のように第２実施形態によれば、インバータ装置が、インバータ回路３に供給する駆動電圧を昇圧する昇圧回路１１を備えている場合、制御装置１４は、昇圧回路により昇圧した電圧において０Ａスイッチング動作を行い、オフセット電圧を読み込んでメモリに記憶させる。そして、電動機１の駆動を開始すると、駆動制御に使用する電流値を、制御条件に基づき昇圧した運転時の電圧に対応するオフセット値をメモリから読み出して補正する。
すなわち、電流検出部５のオフセット電圧が、電圧パルスが発生する電界の影響を受ける場合には、パルスの電圧振幅に応じてオフセット電圧も変化する。したがって、インバータ回路３に供給する駆動電圧を昇圧して運転を行う場合についても、制御精度を向上させることができる。
【００１９】
（第３実施形態）
図５は第３実施形態であり、第２実施形態と異なる部分のみ説明する。図５に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートにステップＳ８０，Ｓ９０を加え、ステップＳ７０をＳ１００に置き換えたものである。ステップＳ２０を実行すると、制御部１５は、現在設定しているＰＷＭ信号のキャリア周波数が、所定周波数であるか否かを判断する（Ｓ８０）。例えば、デフォルトの設定周波数が５ｋＨｚであるのに対し、実際の制御仕様におけるキャリア周波数が１０ｋＨｚであれば（ＮＯ）キャリア周波数を１０ｋＨｚに変更し（Ｓ９０）、ステップＳ２０に戻る。そして、その状態で検出された電流検出部５のオフセット電圧を検出して、メモリに記憶させる。
【００２０】
ここで、制御仕様におけるキャリア周波数が、例えば５ｋＨzから１０ｋＨｚまで段階的に変化するようになっていれば、ステップＳ８０→Ｓ９０→Ｓ２０→…のループを回る毎に、キャリア周波数をステップ状に変化させるようにする（例えば、６ｋＨｚ，７ｋＨｚ，８ｋＨｚ，…など）。そして、ステップＳ２０では、各キャリア周波数で０Ａスイッチング動作を行い、各周波数で検出されたオフセット電圧をメモリに記憶させるようにする。
【００２１】
キャリア周波数が、所定周波数に達すると（Ｓ８０：ＹＥＳ）ステップＳ５０に移行し、第２実施形態と同様にステップＳ５０→Ｓ６０→Ｓ２０→…のループを実行する。昇圧電圧が所定の電圧に達すると（Ｓ５０：ＹＥＳ）、制御部１５は電動機１の駆動制御を開始する（Ｓ３０）。そして、制御条件に応じて設定したキャリア周波数及び昇圧した運転時の電圧に対応するオフセット値を読み出すと、電動機１の制御に使用する電流値を補正する（Ｓ１００）。
尚、運転時にキャリア周波数と駆動電圧との双方が変化する仕様の場合には、ステップＳ８０における所定の周波数を変化させながらステップＳ６０における昇圧電圧も変化させて、双方の組み合わせに応じたオフセット電圧を検出・記憶させれば良い。
【００２２】
以上のように第３実施形態によれば、制御装置１４は、０Ａスイッチング動作を、スイッチング周波数を変化させて行い、各スイッチング周波数毎にオフセット電圧を読み込んでメモリに記憶させるようにした。すなわち、電流検出部５のオフセット電圧が、電圧パルスが発生する電界の影響を受ける場合には、電圧パルスの周波数に応じてオフセット電圧も変化する。したがって、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数が変化する場合についても、制御精度を向上させることができる。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００２４】
放電用抵抗７は、必要に応じて設ければ良い。
スイッチング素子は、バイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴなどでも良い。
第１実施形態の構成について、第３実施形態のように異なる周波数で０Ａスイッチングを行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００２５】
図面中、１は電動機（負荷）、３はインバータ回路、４は制御装置、５は電流検出部（電流センサ）、１１は昇圧回路、１４は制御装置、Ｓｕ〜Ｓｚはスイッチング素子を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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