(57)【要約】【課題】搬送周波数（搬送周期）の切り替えにもかかわらず、この切り替え時の電流歪みを低減可能なインバータ制御装置を提供すること。【解決手段】デッドタイム制御部４５が、搬送周期切り替え前後における搬送周期に対するデッドタイムの占有率を所定値以下、かつ、その変化割合を略一定（５％未満）とする。これにより、デッドタイムも切り替えてもデッドタイム占有率が略一定化されているので、搬送周期を切り替えても搬送周期に占めるデッドタイムの割合はほとんど変化することがなく、その結果としてデッドタイムの占有率の急変に伴うインバータの出力電流の急変やその波形の歪みを大幅に低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータと、入力指令に基づいて前記インバータの各上アーム側スイッチング素子および各下アーム側スイッチング素子の制御電極に所定の搬送周期のＰＷＭ制御信号を入力して前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、同一相の前記上アーム側のスイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との断続状態変更時に前記両スイッチング素子をともに所定のデッドタイムだけ遮断するデッドタイム制御部とを有し、前記ＰＷＭ制御部は、前記インバータの運転状態に応じて前記搬送周期を段階的に切り替えるインバータ制御装置において、
前記デッドタイム制御部は、
前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率であるデッドタイム占有率の変化割合を５％未満とすることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のインバータ制御装置において、
前記デッドタイム制御部は、
前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率の変化割合を３％未満とすることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のインバータ制御装置において、
前記デッドタイム制御部は、
前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率を等しく設定することを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項４】
請求項１記載のインバータ制御装置において、
前記デッドタイム制御部は、
前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率を常に一定とするインバータ制御装置。
【請求項５】
請求項１記載のインバータ制御装置において、
前記デッドタイム制御部は、
前記前記搬送周期が最も短い状態における前記デッドタイムを少なくとも同一相の上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子の両方を通じて流れる電流が無視できる程度に確保しつつ、前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率を略一定とするインバータ制御装置。
【請求項６】
請求項１記載のインバータ制御装置において、
前記デッドタイム制御部は、
前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率の変化割合を５％未満とするとともに、前記搬送周期の切り替えから所定期間経過後に前記デッドタイムを前記搬送周期に適した値に収束させることを特徴とするインバータ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭ制御を行うインバータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば下記の特許文献１、２に開示されるように、三相交流モータをＰＷＭ制御するインバータ制御装置において、インバータの同一相の上アーム側のスイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子の断続状態の切り替えに際して、これら同相の両スイッチング素子の一方のターンオン過渡期間と他方のターンオフ過渡期間との重なりにより両スイッチング素子を通じてクロス電流が流れるのを防止するために、両スイッチング素子をともに遮断するデッドタイムを設けるのが通常である。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１０５５６２号公報
【特許文献２】特開平５−２７６７９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインバータＰＷＭ制御装置では、インバータやそれが制御するモータの状態に応じて搬送信号の周波数（搬送周波数又はＰＷＭキャリア周波数ともいう）を切り替えることが公知となっている。たとえば、モータが低速運転している場合にはそれほど高い搬送周波数は必要ではないため、モータ低速運転時に搬送周波数を低く設定してスイッチング素子の過渡スイッチング損失を低減し、モータの高速回転時には搬送周波数を増大して必要な波形制御性を確保するなどの用途がある。
【０００５】
なお、デッドタイムの長さは、上記した同相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との通じて流れるクロス電流を防止可能な範囲でできるだけインバータ出力波形の歪みを低減するため、なるべく短い一定時間に設定されるのが通常である。
【０００６】
しかしながら、このように一定時間に設定されたデッドタイム条件下にて搬送周波数の切り替え（すなわち搬送周期の切り替え）を行うと、搬送周期の切り替え時点前後おける搬送周期に対するデッドタイムの占有率（以下、デッドタイム占有率ともいう）が急変するため、図５〜図７に一例を示すように、インバータの線間電圧が変化してインバータが出力する実電流が急変し、インバータの出力電流波形が大きく歪むという問題が生じた。たとえば、図６のように搬送周期を延長する切り替えを行うと搬送周期に対するデッドタイムの実質的な占有率が大きくなるため電流が低下し、逆に、図７のように搬送周期を短縮する切り替えを行うと搬送周期に対するデッドタイムの実質的な占有率が小さくなるため電流が増大してしまう。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、搬送周波数（搬送周期）の切り替えにもかかわらず、この切り替え時の電流歪みを低減可能なインバータ制御装置を提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明のインバータ制御装置は、インバータと、入力指令に基づいて前記インバータの各上アーム側スイッチング素子および各下アーム側スイッチング素子の制御電極に所定の搬送周期のＰＷＭ制御信号を入力して前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、同一相の前記上アーム側のスイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との断続状態変更時に前記両スイッチング素子をともに所定のデッドタイムだけ遮断するデッドタイム制御部とを有し、前記ＰＷＭ制御部は、前記インバータの運転状態に応じて前記搬送周期を段階的に切り替えるインバータ制御装置において、
前記デッドタイム制御部が、前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率を、所定値以下、かつ、その変化割合を略一定（５％未満）とすることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、この発明によれば、搬送周期の切り替えとともに、デッドタイムも切り替えてもデッドタイム占有率が略一定化されているので、搬送周期を切り替えても搬送周期に占めるデッドタイムの割合はほとんど変化することがなく、その結果としてデッドタイムの占有率の急変に伴うインバータの出力電流の急変やその波形の歪みを大幅に低減することができる。
【００１０】
好適態様において、前記デッドタイム制御部は、前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率の変化割合を３％未満とする。実験によれば、占有率の変化が３％未満であれば、デッドタイム占有率変動による搬送周期切り替え時の電流波形の歪みはほとんど無視できる。
【００１１】
好適態様において、前記デッドタイム制御部は、前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率を等しく設定することを特徴とする。このようにすれば、占有率の変化が３％未満であれば、デッドタイム占有率変動による搬送周期切り替え時の電流波形の歪みを無視することができる。
【００１２】
好適態様において、前記デッドタイム制御部は、前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率を常に一定とするので、デッドタイム制御が簡単となる。
【００１３】
好適態様において、前記デッドタイム制御部は、前記前記搬送周期が最も短い状態における前記デッドタイムを少なくとも同一相の上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子の両方を通じて流れる電流が無視できる程度に確保しつつ、前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率を略一定とする。これにより、搬送周期切り替え前後で占有率を一定とするべくデッドタイムの長さを切り替えることができるとともに、高搬送周波数でインバータを運転する場合においてもデッドタイムが不足してクロス電流が流れることを防止することができる。
【００１４】
好適態様において、前記デッドタイム制御部は、前記搬送周期切り替え前後における前記搬送周期に対する前記デッドタイムの占有率の変化割合を５％未満とするとともに、前記搬送周期の切り替えから所定期間経過後に前記デッドタイムを前記搬送周期に適した値に収束させる。このようにすれば、上記したように、搬送周期切り替え時にそれと連動してデッドタイムを切り替えることによりデッドタイムの占有率を一定化してインバータの電流波形歪みを低減できるとともに、搬送周期切り替えが終了した後では、現在の搬送周期に最適なデッドタイムを選択することができ、インバータのスイッチング素子の過渡スイッチング損失の低減などの効果を奏することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好適態様としてのインバータ制御装置を用いたモータ制御装置を以下の実施例を用いて具体的に説明する。
【００１６】
このモータ制御装置は、バッテリ１から給電される直流電力を三相交流電力に変換して三相同期モータ２に給電するインバータ（三相インバータ回路）３と、このインバータ３を駆動制御するコントローラ４と、モータの相電流を検出する電流検出センサ５と、三相同期モータ２の回転角を検出するモータ内蔵の回転角センサ６とからなる。７は平滑コンデンサであり、インバータコントローラ４はデッドタイム制御部４５を内蔵している。
【００１７】
インバータ３は、たとえばＭＯＳトランジスタからなる上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子のペアを相数分有し、同相の上アーム側スイッチング素子の主電極対の一つと下アーム側スイッチング素子と出電極対の一つとは接続されて交流出力端をなし、これら両スイッチング素子の残る主電極はバッテリ１の両端に個別に接続されている。この種の三相インバータ回路はもはや周知であるので、これ以上の説明は省略する。
【００１８】
インバータコントローラ４は、入力されるトルク指令と検出電流と検出モータ回転角に基づいて三相ＰＷＭ制御信号を形成し、この三相ＰＷＭ制御信号をインバータ３の各スイッチング素子の制御電極に個別に出力して、必要な三相同期モータ２の回転に同期した三相交流電流を三相同期モータ２のステータコイルに通電する。したがって、三相ＰＷＭ制御信号は、合計６個のスイッチング素子の制御電極に個別に出力される６つのＰＷＭ制御信号からなる。
【００１９】
コントローラ４の一例を図２に示す。ただし、図２は一相分のみ示す。
【００２０】
図２において、４０は電圧指令演算部、４１は比較器、４２は搬送周波数制御部、４３は三角波発生器、４４は駆動信号分配器、４５はデッドタイム制御部である。
【００２１】
電圧指令演算部４０は、入力信号に基づいてＵ相のアナログ指令電圧Ｖｕを形成し、このＵ相のアナログ指令電圧Ｖｕは比較器において三角波発生器４３からの三角波電圧との比較によりＵ相のＰＷＭ指令電圧Ｖｕｐｗｍに変換される。電圧指令演算部４０自体はもはや周知であり、この発明の要旨でもないのでこれ以上の説明は省略する。電圧指令演算部４０の一例を図３に示す。
【００２２】
搬送周波数制御部４２は、外部指令又は回転数などのモータ状態に基づいて搬送周波数を切り替える周波数切り替え指令信号Ｓを、三角波発生器４３及びデッドタイム制御部４５に出力する。
【００２３】
三角波発生器４３は、入力された周波数切り替え指令信号Ｓに応じた周期の三角波電圧を比較器４１に出力する。すなわち、周波数切り替え指令信号Ｓは三角波発生器４３が発生する三角波電圧の周期を切り替える。
【００２４】
デッドタイム制御部４５は、周波数切り替え指令信号Ｓに応じた長さのデッドタイムを駆動信号分配器４４に出力する。すなわち、周波数切り替え指令信号Ｓは、デッドタイム制御部４５が駆動信号分配器４４へ出力するデッドタイム信号Ｓｄｅａｄを切り替える。
【００２５】
駆動信号分配器４４は、比較器４１から入力されたＵ相のＰＷＭ指令電圧Ｖｕｐｗｍを反転して反転Ｕ相のＰＷＭ指令電圧Ｖｕｐｗｍを形成するとともに、これらＵ相のＰＷＭ指令電圧Ｖｕｐｗｍ及びその反転電圧に、デッドタイム信号Ｓｄｅａｄに基づいて決定されたデッドタイムを与えてインバータ３のＵ相の上アーム及び下アームのスイッチング素子の制御電極に個別に出力する。
【００２６】
比較器４１から出力されるＵ相のＰＷＭ指令電圧（駆動信号）Ｖｕｐｗｍと、駆動信号分配器４４がインバータ３のＵ相の上アーム及び下アームのスイッチング素子に出力するゲート制御信号電圧Ｖｕｐｗｍ（上）、Ｖｕｐｗｍ（下）の波形を図４に示す。
【００２７】
図４からわかるように、駆動信号Ｖｕｐｗｍの一搬送周期にはその立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとにそれぞれデッドタイムが設定される。なお、この発明で定義したデッドタイム占有率とは、１デッドタイム／搬送周期である。
【００２８】
この実施例において、重要な点は、デッドタイム制御部４５が、入力される周波数切り替え指令信号Ｓが示す搬送周期に比例してデッドタイムの長さを決定することにある。この実施例では、デッドタイム占有率は、デッドタイムが、搬送周期が最も短い場合においても同相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とのオン期間の立ち上がりとオフ期間の立ち下がりが重なって流れるクロス電流が無視可能な長さとなるように設定される。
【００２９】
（実施例効果）
上記したこの実施例によれば、次の効果を奏することができる。
【００３０】
まず、搬送周期の切り替えに合わせてデッドタイムの長さも切り替えることにより、デッドタイム占有率を一定としているので、デッドタイムの占有率の急変に伴うインバータの出力電流の急変やその波形の歪みを大幅に低減することができる。
【００３１】
なお、搬送周期切り替え前後における搬送周期に対するデッドタイム占有率は一定でなくてもよいが、搬送周期切り替え前後におけるデッドタイム占有率の変化割合は５％未満、更にこのましくは３％未満とされることが、搬送周期切り替え前後における波形歪みの低減のために好適である。
【００３２】
（変形態様）
上記実施例では、搬送周期切り替え前後におけるデッドタイム占有率の変動を抑止するが、このようにすると、たとえば、搬送周期が非常に短い場合にはデッドタイムが相対的に長くなり、搬送周期が非常に長い場合にはデッドタイムが相対的に短くなる。そこで、搬送周期切り替えが完了した後、デッドタイムを現在の搬送周期に好適な値に徐々あるいは段階的に収束させるようにしてもよい。
【００３３】
この制御は、具体的にはデッドタイム制御部４５において、アナログタイマー又はデジタルタイマー又はソフトウエア制御を用いて行えばよい。これにおり、搬送周期切り替え時にそれと連動してデッドタイムを切り替えることによりデッドタイムの占有率を一定化してインバータの電流波形歪みを低減できるとともに、搬送周期切り替えが終了した後では、現在の搬送周期に最適なデッドタイムを選択することができ、インバータのスイッチング素子の過渡スイッチング損失の低減などの効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のモータ制御回路を示すブロック図である。
【図２】図１のコントローラのブロック図である。
【図３】図１の電圧指令演算部のブロック図である。
【図４】実施例１のデッドタイム波形を示すタイミングチャートである。
【図５】搬送周波数切り替えによる電圧波形歪みを示す波形図である。
【図６】搬送周波数切り替えによる電圧波形歪みを示す波形図である。
【図７】搬送周波数切り替えによる電圧波形歪みを示す波形図である。
【符号の説明】
１…バッテリ
２…モータ
３…インバータ
４…コントローラ
５…電流センサ
６…回転角センサ
４５…デッドタイム制御部
【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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【図６】
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【図７】
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