(57)【要約】【課題】出力電流の大小に応じてリニア増幅制御とＰＷＭ制御とを切換える電力変換器では、切換え時に電流が変動し、負荷振動等が生じる問題がある。【解決手段】指令電流とフィードバック電流とを入力とする電流アンプ１と、電流アンプ１の出力と三角波とを入力とするコンパレータ５と、リニア動作、および飽和動作が可能な電力用半導体デバイス９とを備えた電力変換器において、振幅制御信号Ｃ１とコンパレータ５の出力とを乗算する乗算器２と、振幅制御信号Ｃ２と電流アンプ１の出力とを乗算する乗算器３と、乗算器２，３の各出力を加算する加算器４とを備え、電力用半導体デバイス９が、加算器４の出力に応じてリニア動作、リニア動作かつＰＷＭ動作、または、ＰＷＭ動作かつ飽和動作のいずれかを行う。【選択図】    図１
2004320938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令電流およびフィードバック電流を入力とする電流アンプと、
前記電流アンプ出力および三角波を入力とする比較器と、
リニア動作および飽和動作とが可能な電力用半導体デバイスとを備えた電力変換器において、
第１の振幅制御信号と前記比較器出力とを乗算する第１の乗算器と、
第２の振幅制御信号と前記電流アンプ出力とを乗算する第２の乗算器と、
前記第１の乗算器出力と前記第２の乗算器出力とを加算し、前記加算値を前記電力用半導体デバイスへの入力とする加算器とを備え、
前記電力用半導体デバイスは、前記加算器からの入力に応じてリニア動作、リニア動作かつＰＷＭ動作、または、ＰＷＭ動作の間で選択切替することを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
２以上の相数を有し、前記各相は半導体スイッチング素子を直列接続し、前記接続点を相出力端子とし、前記各半導体スイッチング素子をオン、オフ動作して任意の電圧出力、および電流出力をする電力変換器において、
所定の電流値を設定し、
前記電流出力が前記設定値よりも大きい時は、直列接続された半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御し、かつ飽和動作させ、
前記電流出力が前記設定値よりも小さい時は、直列接続された半導体スイッチング素子をリニア増幅制御し、
ＰＷＭ制御かつ飽和動作からリニア増幅制御に切り替わる際、またはリニア増幅制御からＰＷＭ制御かつ飽和動作に切り替わる際には、前記直列接続された半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御し、かつリニア増幅制御する動作を経由して前記切替を行うことを特徴とする電力変換器の電圧出力方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は超精密制御用のアクチュエータを駆動するサーボコントローラや、電磁界を超精密に制御するサーボアンプのように、高精度で、ダイナミックレンジが広い制御を必要とする電力変換装置に関するものである。
【従来の技術】
微小電流から大電流までダイナミックレンジが広く、高精度、高分解能な電流制御が必要なサーボアンプは、単一の電流制御方式、例えば、リニア増幅あるいはＰＷＭ制御だけでは実現が難しい。したがって、ある一定電流以下の小電流領域ではリニア動作をし、大電流領域では、スイッチング動作によるＰＷＭ制御が可能な電力用半導体デバイスであるデュアルモードＩＰＭ（例えば、非特許文献１参照。）を使って、リニア動作とＰＷＭ動作の２つの制御方式を切り換えて使う電流制御系が考案され、用いられていた（例えば、非特許文献２参照。）。これを示したものが図７である。
またリニア制御からＰＷＭ制御への切り換え時、電流の変化ができるだけ小さくなるようにパルス幅を決定して、切り換える方式が提案されていた（例えば、非特許文献３参照。）。
【非特許文献１】
「日本インター株式会社  技術資料  ハイパワーリニア／ＰＷＭデュアルモードＩＰＭ」、技術資料Ｎｏ．２００９、１９９６年３月９日
【非特許文献２】
松本敏雄、外３名、「マルチファンクションパワーデバイスの応用」、電気学  会半導体電力変換研究会資料、１９９５年、ＶＯＬ．ＳＰＣ−９５，ＮＯ．９  ８−１１３、ＰＡＧＥ．１３９−１４８
【非特許文献３】
見城尚志、外２名、「ブラシレスＤＣモータのハイブリッド駆動法のシミュレーション」、電気学会回転機研究会資料、１９９２年、ＶＯＬ．ＲＭ−９２，ＮＯ．１５１−１６３，ＰＡＧＥ．１１１−１１９
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来方式のサーボアンプでは、２つの制御方式の切り換えに伴う電流の脈動変化、とりわけリニア増幅からＰＷＭ制御へ切り換えたときにＰＷＭ制御による電流リップルによって、超精密な、力制御、速度制御あるいは位置制御を行っている場合、不必要な振動やショックを発生させるなど、問題があった。またリニア制御からＰＷＭ制御への切り換え時、電流の変化ができるだけ小さくなるようにパルス幅を決定して、切り換える方式でも、リニア増幅では、電流の瞬時値を制御しているが、ＰＷＭ制御では、パルスデューティ変化による脈流の平均値を制御する方式に切り換わることに起因する問題は、避けられない。このことは、電流制御に限らず、電圧制御についても同様な課題が発生する。
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、図７に示す従来の電流制御系のリニア増幅とＰＷＭ制御を切り換えるリニア増幅／ＰＷＭ切り換え回路をなくし、図１に  示すように変更する。
リニア増幅のための電流アンプ１の出力とＰＷＭ制御のためのコンパレータ５の出力とを調整するため、電流アンプ１の出力とコンパレータ５の出力と信号処理部からの２つの振幅制御信号とが、それぞれ乗算器２，３により乗算される。この振幅制御信号の大きさ、あるいは波形を調整することにより、リニア増幅、ＰＷＭ制御の２つの制御方式の切り換えに際し、ＰＷＭ制御かつリニア増幅制御するＰＡＭ（パルス振幅変調）動作を経由して前記切替を行うことが可能となる。
乗算器２、３と、この２つの乗算器の出力を和算する加算器４を設け、加算器４の出力を電力用半導体デバイス９のドライブ信号とするように電流制御系の回路を構成する。但し、ここで云う電力用半導体デバイスとは、ＰＷＭ動作可能なハイパワーオペアンプの機能を有するモジュール化されたデバイスであり、以下デュアルモードＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）と呼ぶことにする。
この乗算器２、３の出力は、指令電流の関数である振幅制御信号Ｃ１、Ｃ２によって調整される。これらＣ１、Ｃ２は、マイクロプロセッサによって、予め設定記憶した参照テーブルから生成することもできる。前述の乗算器および加算器の演算機能は、個別のＩＣを使った回路構成であっても、マイクロプロセッサを使って実現しようが、本質的な違いはない。
振幅制御信号Ｃ１、Ｃ２は、リニア増幅動作からＰＷＭ制御動作に移行させる場合、あるいは逆に、ＰＷＭ制御動作からリニア増幅動作に移行させる場合、図４に示すように調整される。このことによって、２つの動作の切り換えは、ＰＡＭ（パルス振幅変調）制御を経由した遷移が可能になり、従来のように、２つの制御動作の切り換えによって生ずる過大な電流変動を抑制することができる。
【発明の実施の形態】
図５は、本発明の実施例である。ＡＣサーボモータ１２による、位置制御、速度制御あるいはトルク制御を行うサーボコントローラのブロック図である。位置制御、速度制御、トルク制御のいずれの制御を行うにしろ、最終的に、３相交流の電流制御をしなければならない。したがって、ここでは、上位コントローラと速度／トルク制御部は、簡略化して表わし、電流指令から先の電流制御系を詳細に示した。電流指令ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊と振幅制御信号Ｃ１、Ｃ２が、速度／トルク制御部から電流制御系へ出力される。
ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊による合成電流指令ベクトルＩ＝Ｉｍ・ｅｊωｔの大き  さＩｍが、Ｉｍ≧Ｉｏの場合か、あるいはＩｍ＜Ｉｏの場合かによって、すな  わち大電流領域か小電流領域かによって、電流制御をＰＷＭ制御かリニア増幅か  に滑らかに遷移させるため、振幅制御信号Ｃ１、Ｃ２は、図４のように、時間  に対して変わる信号として出力される。ここで、Ｉｏは、デュアルモードＩＰＭ  のリニア動作時の電力損失や、電流の分解能、ノイズなどから決める電流値で  ある。更に、振幅制御信号Ｃ１、Ｃ２を、図６に示すように、電流指令の関数  として、一定の信号を出力すれば、リニア増幅とＰＷＭ制御を併用したＰＡＭ制御  が、任意の電流領域において連続的に可能となる。大電流領域ではＰＷＭ動作を  させ、小電流領域ではリニア動作により、動作モードの切り換えの遷移期間、  あるいは小・中電流領域でＰＡＭ動作をさせることによって、電流制御ひいては  サーボコントローラに課せられた制御の仕様を満足させることができる。
【発明の効果】
本発明によれば、高分解能でダイナミックレンジの広い電流制御を実現する為、電流の大小に応じてリニア増幅制御とＰＷＭ制御方式との切り換え機能を有する電力変換器において、リニア増幅制御とＰＷＭ制御との切り換え時に発生する電流変動を抑制し、振動や微小なショックを抑制し、これによって超精密な、力制御、速度制御、位置制御を実現できる、より高度な制御の要求仕様を満足させる電力変換器を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電流制御系のブロック図である。
【図２】リニア動作とＰＷＭ動作が可能な電力用半導体デバイスの例である。
【図３】デュアルモードＩＰＭの入出力特性を示したものである。
【図４】電流指令とリニア増幅／ＰＷＭ制御切り換え時の振幅制御信号と出力電圧、出力電流関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例であるＡＣサーボモータを駆動する制御系のブロック図である。
【図６】任意の電流指令において、ＰＡＭ制御を行うための振幅制御信号と出力電圧を示す説明図である。
【図７】リニア増幅とＰＷＭ制御を切り換える従来の電流制御系のブロック図である。
【符号の説明】
１          電流アンプ
２、３    乗算器
４          加算器
５          コンパレータ
６          三角波発生器
７          減算器
８          ドライバアンプ
９          電力用半導体デバイス（デュアルモードＩＰＭ）
１０        電流検出器
１１        負荷
１２        ＡＣサーボモータ
１３        位置検出器
１４，１５  電源電圧
２０        制御モード切替スイッチ
【図１】
2004320938.tif 000003
【図２】
2004320938.tif 000004
【図３】
2004320938.tif 000005
【図４】
2004320938.tif 000006
【図５】
2004320938.tif 000007
【図６】
2004320938.tif 000008
【図７】
2004320938.tif 000009