(57)【要約】【課題】インバータ回路を構成する際に用いられるインバータモジュールやドライバＩＣには、誤動作を防止するために最小パルス幅に規定が設けられているものが数多くある。電子回路による最小パルス幅の確保手段では部品増加や基板スペース増大によるコストアップにつながるため、安価な方法でこれを実現する。【解決手段】マイクロコンピュータに搭載されるＰＷＭ生成タイマの中で、所定値以下のパルス幅が出力される可能性のある特定のカウンタ領域を使用しないことでオン／オフのパルス幅を所定値以上に確保する最小パルス幅確保手段を備えることで実現する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換する整流回路と、複数のスイッチング素子により構成され整流回路からの直流を電動機を駆動するチョッピング信号に変換し出力するインバータと、前記インバータを構成する各相に対応した電圧指令に応じたチョッパ信号を生成するパルス幅変調手段とを備えたモータ駆動装置において、前記パルス幅変調手段が出力するオンパルスの時間が最小オンパルスよりも小さい場合、このパルスを出力しないようにしたモータ駆動装置。
【請求項２】
交流を直流に変換する整流回路と、複数のスイッチング素子により構成され整流回路からの直流を電動機を駆動するチョッピング信号に変換し出力するインバータと、前記インバータを構成する各相に対応した電圧指令に応じたチョッパ信号を生成するパルス幅変調手段とを備えたモータ駆動装置において、前記パルス幅変調手段が出力するオンパルスの時間が最小オンパルスよりも小さい場合、このパルス幅を所定値以上に補正して出力するモータ駆動装置。
【請求項３】
交流を直流に変換する整流回路と、複数のスイッチング素子により構成され整流回路からの直流を電動機を駆動するチョッピング信号に変換し出力するインバータと、前記インバータを構成する各相に対応した電圧指令に応じたチョッパ信号を生成するパルス幅変調手段とを備えたモータ駆動装置において、前記パルス幅変調手段が出力するオンパルスの時間が最小オンパルスよりも小さい場合、このオンパルスが出力される期間における前記電圧指令を補正するようにしたモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータブリッジ回路を用いて電動機を駆動するモータ駆動装置に係り、スイッチング素子の誤動作を招くＰＷＭ（パルス幅変調）信号の出力を防止する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、小容量電動機の駆動に用いられるインバータ回路にはスイッチング素子を駆動するための周辺回路が組み込まれたドライバＩＣや、周辺回路とスイッチング素子が組み込まれたインバータモジュールを使用した回路が増えている。それらのインバータ回路にはスイッチング素子の誤動作を防止するために、回路に与えるＰＷＭ信号のオン／オフのパルス幅に規定値が設けられているのが一般的である。前記規定値以下のパルス幅をインバータ回路に与えた場合、スイッチング素子がオンもしくはオフのままやオン／オフ動作を繰り返すなどの誤動作が生じる。したがって、インバータ回路に与えるＰＷＭ信号を生成するインバータ制御手段の中に、規定値以下のパルス幅の出力を防止する手段を設ける必要がある。このようなＰＷＭ信号の最小パルス幅確保に関する従来の技術には特許文献１等が知られている。
【０００３】
この特許文献１は、時間幅の小さいパルスがスイッチング素子のゲートに印加された場合、素子の特性やスナバ回路の動作特性によりスイッチング素子が破壊に至るため、これを防止するための方法として提案されている。その動作を次に説明する。ＰＷＭ信号を発生する手段より得られるＰＷＭ信号に対して立ち上がり時点と立ち下がり時点をエッジ抽出回路により検出する。エッジを検出した場合、スイッチング素子の破壊を防止するために必要な時間をカウントするタイマカウンタを動作させる。タイマカウンタ動作中はPWM信号の立ち上がりと立ち下がりの出力を禁止し、時間経過後にＰＷＭ信号の変化を出力することで、最小パルス幅の確保を実現している。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７５５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらこの方法は、ＡＮＤ回路，ＯＲ回路，フリップフロップ回路などの電子回路の組み合わせにより実現する方法であるため、部品点数の増加や基板スペースの増大によりコストアップとなっていた。また、最小パルス幅を確保する他の手法としてはＰＷＭ信号の周波数を下げて出力可能なＰＷＭ信号の分解能を低下させることでも実現可能であるが、騒音などを意識した高いキャリア周波数による制御が必要な場合の手法としては利用できない。
【０００６】
本発明の目的は、電子部品の増加や基板スペースの増大をすることなくＰＷＭ信号のオン／オフのパルス幅が所定値以上となり、また高い周波数で動作可能な手法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、交流を直流に変換する整流回路と、複数のスイッチング素子により構成され整流回路からの直流を電動機を駆動するチョッピング信号に変換し出力するインバータと、前記インバータを構成する各相に対応した電圧指令に応じたチョッパ信号を生成するパルス幅変調手段とを備えたモータ駆動装置において、前記パルス幅変調手段が出力するオンパルスの時間が最小オンパルスよりも小さい場合、このパルスを出力しないようにしたモータ駆動装置とすることにより達成される。
【０００８】
上記目的は、交流を直流に変換する整流回路と、複数のスイッチング素子により構成され整流回路からの直流を電動機を駆動するチョッピング信号に変換し出力するインバータと、前記インバータを構成する各相に対応した電圧指令に応じたチョッパ信号を生成するパルス幅変調手段とを備えたモータ駆動装置において、前記パルス幅変調手段が出力するオンパルスの時間が最小オンパルスよりも小さい場合、このパルス幅を所定値以上に補正して出力するモータ駆動装置とすることにより達成される。
【０００９】
上記目的は、交流を直流に変換する整流回路と、複数のスイッチング素子により構成され整流回路からの直流を電動機を駆動するチョッピング信号に変換し出力するインバータと、前記インバータを構成する各相に対応した電圧指令に応じたチョッパ信号を生成するパルス幅変調手段とを備えたモータ駆動装置において、前記パルス幅変調手段が出力するオンパルスの時間が最小オンパルスよりも小さい場合、このオンパルスが出力される期間における前記電圧指令を補正するようにしたモータ制御装置とすることにより達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電子部品の増加や基板スペースの増大をすることなくＰＷＭ信号のオン／オフのパルス幅が所定値以上となり、また高い周波数で動作可能な手法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のモータ駆動装置を空気調和機の室外ファン用電動機に適用した実施例について図１〜図１３を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明で使用したモータ駆動装置の回路構成を示す図であり、次のように構成される。
【００１３】
１は商用電源、２はインダクタンス、３は整流ダイオード、４は平滑コンデンサ、５は電流検出用抵抗、６はインバータブリッジ回路、７はＡＤ変換器、８はベクトル制御演算部、９はＰＷＭ生成タイマ、１０はマイクロコンピュータ、１１は電動機（直流ブラシレスモータ）である。
【００１４】
この回路の動作について説明する。商用電源１からの交流電力は、インダクタンス２を介して整流ダイオード３によって脈流に変換され、平滑コンデンサ４によって平滑されることで直流電力に変換される。インバータブリッジ回路６には直流電力が供給され、インバータブリッジ回路６を構成する６個のスイッチング素子のオンオフ動作によって電動機１１に回転磁界を与えることで電動機１１を駆動する。インバータブリッジ回路６がオンオフ動作することで電流検出用抵抗５に直流電流Ｉdcが流れる。マイクロコンピュータ
１０はＡＤ変換器７によってアナログ／デジタル変換され、デジタル化された電流Ｉdcを読込む。ベクトル制御演算部８は、検出したＩdcよりモータに印加すべき振幅と位相の正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをベクトル制御演算により算出する。ＰＷＭ生成タイマ９は、Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗがインバータブリッジ回路６から電動機１１に出力されるように、ＰＷＭ信号を生成する。
【００１５】
次に、図２を用いてベクトル制御演算部８で演算するベクトル制御について説明する。２０はモータ電圧方程式演算、２１は２相→３相変換演算、２２は位相演算、２３は３相→２相変換演算、２４は相電流再現演算、２５は最小パルス幅確保手段、７，８，９は図１と同一である。Ｉｄ＊はｄ軸電流指令、ｆ＊は周波数指令、Ｖｄ＊はｄ軸電圧指令、
Ｖｑ＊はｑ軸電圧指令、θは電圧位相、ＩｕはＵ相モータ電流、ＩｗはＷ相モータ電流、Ｉｑはｑ軸モータ電流、Ｉｄはｄ軸モータ電流、Ｉdcは電流検出用抵抗５に流れる直流電流、ＶｕはＵ相モータ電圧、ＶｖはＶ相モータ電圧、ＶｗはＷ相モータ電圧である。
【００１６】
以下にベクトル制御演算の内容について説明するが、各演算ブロックの計算式についての説明は省略する。モータ電圧方程式演算２０は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊，周波数指令ｆ＊，ｑ軸モータ電流Ｉｑに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出する。位相演算２２は、周波数指令ｆ＊及びｄ軸モータ電流Ｉｄ，ｑ軸モータ電流Ｉｑからモータの磁極位置に合わせてモータ電圧位相を進め、モータ電圧位相の瞬時値を作成してθに格納する。２相→３相変換演算２１は電圧位相θを参照して、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊より、Ｕ相モータ電圧Ｖｕ，Ｖ相モータ電圧Ｖｖ，Ｗ相モータ電圧Ｖｗを算出する。Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは最小パルス幅確保手段２５により補正され、マイクロコンピュータのＰＷＭ生成タイマ９によりＰＷＭ信号としてインバータ回路６に出力される。相電流再現演算２４は、ＡＤ変換器７によって電流検出用抵抗５に流れる直流電流Ｉdcを読込み、Ｕ相モータ電流Ｉｕ，Ｗ相モータ電流Ｉｗを算出する。３相→２相変換演算２３は、Ｕ相モータ電流ＩｕとＷ相モータ電流Ｉｗとからｑ軸モータ電流Ｉｑ，ｄ軸モータ電流Ｉｄを算出する。
【００１７】
次に、図３を用いてＰＷＭ信号を生成するための原理について説明する。Ｖｃはキャリア信号、ＶｕはＵ相モータ電圧、ＶｖはＶ相モータ電圧、ＶｗはＷ相モータ電圧、Ｖ＋はインバータのＶ相上アームチョッパ信号、Ｖ−はインバータのＶ相下アームチョッパ信号、同様にＵ＋，Ｕ−，Ｗ＋，Ｗ−はそれぞれＵ相，Ｗ相の上下アームチョッパ信号である。
【００１８】
キャリア信号Ｖｃと、Ｕ相モータ電圧Ｖｕ，Ｖ相モータ電圧Ｖｖ，Ｗ相モータ電圧Ｖｗの大小を比較して、インバータのチョッパ信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を得る。キャリア信号Ｖｃより各相のモータ電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが大きい場合、対応する各インバータのチョッパ信号をオン出力し、キャリア信号Ｖｃより各相のモータ電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが小さい場合、対応する各インバータのチョッパ信号をオフ出力する。各チョッパ信号によってインバータのスイッチング素子がオンオフ制御され、電動機１１の各相にモータ電流が流れる。
【００１９】
次に、図４を用いてマイクロコンピュータ１０のＰＷＭ生成タイマの機能を使用した
ＰＷＭ信号の生成方法について説明する。図４は図３の一区間（３）を拡大して模擬的に示したものである。ＣＮＴ１，ＣＮＴ１′，ＣＮＴ２，ＣＮＴ２′はマイクロコンピュータのタイマカウンタ値であり、図３のキャリア信号Ｖｃに相当する。また、各相のチョッパ信号を生成する際に、上下アームの短絡を防止するため、ＣＮＴ１とＣＮＴ２及び
ＣＮＴ１′とＣＮＴ２′のカウンタ値にデッドタイム時間Ｔdeadの差を設けている。図３では各相のモータ電圧を正弦波で表しているが、マイクロコンピュータ内部では、モータ電圧をタイマカウンタ値に置き換えて直線近似したＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗを用いる。図中の
Ｔtop はタイマカウンタ値の最大値を、Ｔmin はインバータ回路を正常に動作させるために必要な任意の最小パルス幅を示す。図３で述べた内容と同様にして、Ｖｕ,Ｖｖ,ＶｗとＣＮＴ１，ＣＮＴ１′，ＣＮＴ２，ＣＮＴ２′の大小を比較して、インバータのチョッパ信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を得る。この図４のような場合、ＰＷＭ信号のオン及びオフのパルス幅は最小パルス幅Ｔmin 以上が確保されているため問題ない。
【００２０】
次に最小パルス幅Ｔmin 以下のパルスが出力される例を説明する。複数存在するため代表例として図５及び図６，図７を用いて説明する。また、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相について同じことが言えるため、Ｕ相についてのみ説明し、Ｖ相，Ｗ相は省略する。
【００２１】
図５は、図３の一区間（５）を拡大して模擬的に示した図である。図中の符号は図４と同じ内容である。ここで、Ｖｕが数１の成り立つ範囲内にあるとする。
【００２２】
（Ｔtop−Ｔdead）＞Ｖｕ＞（Ｔtop Ｔdead−Ｔmin／２）            …（数１）
このとき、図に示す通りＵ−のオンパルス幅がＴmin 以下となりインバータ回路の誤動作を招く恐れがある。また同じような例としてＶｕが数２の成り立つ範囲内にある場合においても同様にＵ＋のオフパルス幅がＴmin 以下となる。
【００２３】
Ｔtop＞Ｖｕ＞（Ｔtop−Ｔmin／２）                               …（数２）
図６及び図７はキャリア信号の前半側と後半側でＶｕが変化した場合にパルス幅が
Ｔmin 以下になる例を示した図である。図中のａ，ｂ，ｃ，ｄは各相のスイッチング素子のオン／オフのタイミングを示している。ここで、本実施例で使用したマイクロコンピュータのＰＷＭ生成タイマの機能はａ点→ｂ点→ｃ点→ｄ点の順番でのみ信号のオン／オフが許可となる。
【００２４】
まず図６は、キャリア信号の前半でＶｕが数３の成り立つ領域内にあり、後半でＴtop となった場合を示している。
【００２５】
（Ｔtop−２×Ｔdead）＞Ｖｕ＞（Ｔtop−２×Ｔdead−Ｔmin）       …（数３）
このとき、Ｕ−は前述したとおりｃ点の時点でオフしてしまうためＴmin 以下となってしまう。
【００２６】
図７はキャリア信号の後半でＶｕが数４の成り立つ領域内にあり、キャリア信号の前半ではＴmin 以下のパルス幅となる位置にあるとした場合を示している。
【００２７】
Ｔtop＞Ｖｕ＞（Ｔtop −Ｔdead−Ｔmin／２）                      …（数４）
この場合においても、Ｕ−は前述したとおりｃ点の時点でオフしてしまうためＴmin 以下となってしまう。
【００２８】
ここで、図６及び図７の説明はマイクロコンピュータにより異なるため図５のような場合のみ最小パルス幅が発生するマイクロコンピュータもある。また、図５及び図６，図７の説明はキャリア信号の山部分についてのみであるが、谷部分についても同様のことが言える。
【００２９】
図８は、図５から図７で説明した内容を踏まえて、Ｔmin 以下のパルス幅の出力を防止するために、タイマカウンタ値の中で使用しないとした領域Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を示した図である。この図より、領域はＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に限られており、制御演算により算出するモータ電圧Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４以外の領域に補正することで最小パルス幅の出力を防止することができる。
【００３０】
次に図９及び図１０を用いてＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗを補正する方法を説明する。図９は最小パルス幅確保手段をフローチャートに示した図であり、マイクロコンピュータが実行する制御プログラムにより実現する。図１０は、図８のＴtop の１／２を零点とした図であり、Ｔtop′はＴtopの１／２である。ここで、Ｔ１とＴ３及びＴ２とＴ４は正負逆の関係にある。このことを利用して次に説明するステップＰ１からＰ３を行うことによりＴ３と
Ｔ４に関する処理を省くことができる。まず、Ｖｕの正負を確認する（ステップＰ１）。負である場合には符号を反転し（ステップＰ２）、正負フラグに１を代入する（ステップＰ３）。次にＶｕがＴ１の領域にいるかを判定する（ステップＰ４）。Ｔ１の領域内の場合にはＶｕの値を数５とし（ステップＰ５）、領域外の場合にはＶｕの値はそのままとする。
【００３１】
Ｖｕ＝Ｔtop′                                                   …（数５）
次にＶｕがＴ２の領域にいるかを判定する（ステップＰ６）。Ｔ２の領域内の場合にはＶｕの値と数６とし（ステップＰ７）、領域外の場合にはＶｕの値はそのままとする。
【００３２】
Ｖｕ＝（Ｔtop′−２×Ｔdead）                                   …（数６）
最後に符号フラグを確認し（ステップＰ８）、１である場合には符号を反転して元の符号に戻す（ステップＰ９）。Ｖｖ，ＶｗについてもステップＰ１からＰ９を同様に行う。
【００３３】
図１１は図５に対して前述したステップＰ１からステップＰ９の処理を実施した後の図である。最小オン時間よりも短いパルス幅をインバータに信号として付与する状態であったので、このタイミングで変調波（電圧指令）を補正してＵ相下アームのパルスの発生をなくし、これに伴い上アームのオフ期間をなくした。
【００３４】
図１２は図６に対して前述したステップＰ１からステップＰ９の処理を実施した後の図である。図中のｂ点及びｃ点は、同時にＶｕと一致するためオン／オフが変化しない。Ｕ相下アームに最小オン時間よりも短いパルスの発生が予想されるので、変調波(電圧指令)を補正して、このパルスの発生を防いでいる。
【００３５】
図１３は図７に対して前述したステップＰ１からステップＰ９の処理を実施した後の図である。図中のｂ点及びｃ点は、Ｖｕと一致する順番が逆であるためオン／オフの変化はしない。Ｕ相下アームに最小オン時間より短いパルスの発生が予想されるため、変調波
（電圧指令）を補正してこのようなパルスの発生を防いでいる。これに伴い、Ｕ相上アームのオフ期間が短くなっている。
【００３６】
以上により最小パルス幅以下のパルス幅の出力を停止するが、一般的に誤動作を防止するために規定される最小パルス幅は１〜２μｓ程度の時間であるため、パルス幅の補正によるモータ印加電圧への影響は少なく、電動機を問題なく駆動できる。
【００３７】
また、Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗがＴ１の領域内の場合には数７、Ｔ２の領域内の場合には数８としてもよく、この場合にはパルス幅を広げることで最小パルス幅の出力を防止できる。
【００３８】
Ｖｕ＝（Ｔtop′−Ｔdead−Ｔmin／２）                              （数７）
Ｖｕ＝（Ｔtop′−２×Ｔdead−Ｔmin）                            …（数８）
本実施例では、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の領域内に入った相のみ補正を行ったが、補正を行ったことによる相間電圧の変化を防止するために、他の相を補正しても良い。
【００３９】
本実施例で、記載したカウンタ値で使用しない領域については一例であり、異なる領域を使用しないこととしても同様の効果を得ることが可能である。
【００４０】
また、本実施例で説明したＰＷＭ信号の出力方法はマイクロコンピュータ固有であり、異なる場合がある。しかし、他の全てのマイクロコンピュータにおいても本発明のようにカウンタ値の中に使用しない領域を設けることで最小パルス幅以下のパルス出力を防止できる。
【００４１】
前述の例として別のマイクロコンピュータによるＰＷＭ信号の出力方法について図１４を用いて説明する。図中のＣＮＴ３は、図３のキャリア信号Ｖｃをマイクロコンピュータのカウンタ値に置き換えたものである。ＣＮＴ４はデッドタイム時間を確保するために、ＣＮＴ３がＶｕと一致したタイミングでカウントを開始するタイマである。このような
ＰＷＭ信号の出力方法の場合には数９から数１２の領域を使用しないことでＴmin 以下のパルス幅の出力を防止できる。
【００４２】
Ｔtop＞Ｖｕ＞（Ｔtop −Ｔmin）                                  …（数９）
（Ｔtop −Ｔdead）＞Ｖｕ＞（Ｔtop−Ｔdead−Ｔmin）            …（数１０）
Ｔdead＜Ｖｕ＜Ｔdead＋Ｔmin                                   …（数１１）
０＜Ｖｕ＜Ｔmin                                               …（数１２）
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるモータ駆動装置の一実施例の回路ブロック図である。
【図２】本発明によるモータ駆動装置の一実施例の制御原理を示す図である。
【図３】本発明によるモータ駆動装置の一実施例のＰＷＭ信号出力原理を示す図である。
【図４】本発明によるモータ駆動装置の一実施例のＰＷＭ信号出力原理を示す図である。
【図５】最小パルス幅が出力される原理を示す模式図である。
【図６】最小パルス幅が出力される原理を示す模式図である。
【図７】最小パルス幅が出力される原理を示す模式図である。
【図８】最小パルス幅が出力を防止するためにタイマカウンタ値で使用しない領域を示す図である。
【図９】本発明の実施例を示すフローチャートである。
【図１０】最小パルス幅が出力を防止するためにタイマカウンタ値で使用しない領域を示す図である。
【図１１】図５において本発明を実施した結果を示す図である。
【図１２】図６において本発明を実施した結果を示す図である。
【図１３】図７において本発明を実施した結果を示す図である。
【図１４】別のマイクロコンピュータによるＰＷＭ信号出力の原理を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…商用電源、２…インダクタンス、３…整流ダイオード、４…平滑コンデンサ、５…電流検出用抵抗、６…インバータブリッジ回路、７…ＡＤ変換器、８…ベクトル制御演算部、９…ＰＷＭ生成タイマ、１０…マイクロコンピュータ、１１…電動機、２０…モータ電圧方程式演算、２１…２相→３相変換演算、２２…位相演算、２３…３相→２相変換演算、２４…相電流再現演算、２５…最小パルス幅確保手段。
【図１】
2007159335.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007159335.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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