(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過電流が発生したとき過電流検出信号を出力する過電流検出部と、キャリアに同期してアラーム信号を出力するアラーム信号発生部と、キャリアを生成するキャリア発生部と、前記キャリアに同期して通常ＰＷＭパターンを生成する通常ＰＷＭパターン発生部と、前記キャリアに同期して電流抑制パターンを生成する電流抑制パターン発生部と、中性パターンを生成する中性パターン発生部と、前記過電流検出信号と前記アラーム信号により前記通常ＰＷＭパターンと前記電流抑制パターンと前記中性パターンの切り替えを行いＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭパターン選択部と、前記ＰＷＭ制御信号を受けてモーターを駆動するモーター駆動部から成るＰＷＭインバータにおいて、
キャリアの最大値でパルスを出力する山パルスとキャリアの最小値でパルスを出力する谷パルスの２つのパルス信号を生成する山／谷パルス発生部と、
前記キャリアが上りのときは１、下りのときは０を出力するキャリア微分パルス発生部を有し、
過電流が発生したときにキャリアが上りか下りかを判断し、
判別結果に基づいて選択されたパルス信号に同期させ通常時のＰＷＭ制御から過電流時のＰＷＭ制御への切り替えを行い、
さらに過電流時のＰＷＭ制御から通常時のＰＷＭ制御への復帰を行う
ことを特徴とするＰＷＭインバータの過電流保護方法。
【請求項２】
前記過電流が発生した際にキャリアの次の山あるいは谷までは中性パターン制御とし、前記次の山あるいは谷から前記キャリアの１周期は前記電流抑制パターン制御を行い、その時点で過電流状態が継続していれば１周期単位で電流制御パターンを延長し、過電流状態から回復すれば前記通常ＰＷＭパターン制御に復帰することを特徴とする請求項１記載のＰＷＭインバータの過電流保護方法。
【請求項３】
前記電流抑制パターン制御から前記通常ＰＷＭパターン制御へ復帰するときに、初めは若干制御の切り替えタイミングの時間的区間を長くし、その後若干制御の切り替えタイミングの時間的区間を短くしながら前記通常ＰＷＭパターン制御を行うことを特徴とする請求項２記載のＰＷＭインバータの過電流保護方法。
【請求項４】
過電流が発生したとき過電流検出信号を出力する過電流検出部と、キャリアに同期してアラーム信号を出力するアラーム信号発生部と、キャリアを生成するキャリア発生部と、前記キャリアに同期して通常ＰＷＭパターンを生成する通常ＰＷＭパターン発生部と、前記キャリアに同期して電流抑制パターンを生成する電流抑制パターン発生部と、中性パターンを生成する中性パターン発生部と、前記過電流検出信号と前記アラーム信号により前記通常ＰＷＭパターンと前記電流抑制パターンと前記中性パターンの切り替えを行いＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭパターン選択部と、前記ＰＷＭ制御信号を受けてモーターを駆動するモーター駆動部から成るＰＷＭインバータにおいて、
前記キャリア発生部から導入されたキャリアが最大値をとる電圧波形の山のときにパルスを発生する山パルス信号と、
キャリアが最小値をとる電圧波形の谷のときにパルスを発生する谷パルス信号が生成される山／谷パルス発生部と、
前記キャリア発生部から受け入れたキャリアが立ち上がりの谷から山へ変化するときは”１”が出力され、キャリアが立ち下がりの山から谷へ変化するときは”０”が出力されるキャリア微分パルス発生部と、
前記過電流検出信号をトリガとして前記キャリア微分パルス発生部の出力信号が保持されるキャリア微分パルスデータ保持部と、
前記山／谷パルス発生部から前記山谷パルス信号と前記谷パルス信号の２つの信号を入力とし、前記キャリア微分パルスデータ保持部の保持データが”０”のときは前記谷パルスが出力され、”１”のときは前記山パルスが選択され出力されるセレクタとを備え、
前記アラーム信号発生部へ前記セレクタ出力を与えて前記アラーム信号を前記山谷パルス信号または前記谷パルス信号に同期させるようにした
ことを特徴とするＰＷＭインバータの過電流保護装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭインバータの中性点の電位と前記ＰＷＭパターン選択部から出力する前記ＰＷＭ制御信号を受けて、前記通常ＰＷＭパターンの制御タイミングを生成し、この制御タイミングを前記通常ＰＷＭパターン発生部へ与えるマイクロプロセッサを備えたことを特徴とする請求項４に記載のＰＷＭインバータの過電流保護装置。
【請求項６】
コンデンサを直列接続して構成した直流電源部を備え、前記コンデンサの直列接続点を中性点として前記中性点の電位出力が可能な多相ＰＷＭインバータにおいて、
キャリア信号に基づいて各相のＰＷＭパターンを発生する手段と、
キャリア信号の立ち上がり区間において過電流が発生した場合には、各相が同電位出力となるＰＷＭパターンに変更し、キャリア信号の立ち下がり区間から通常のＰＷＭパターンに復帰させる手段を備えたことを特徴とする多相ＰＷＭインバータ。
【請求項７】
コンデンサを直列接続して構成した直流電源部を備え、前記コンデンサの直列接続点を中性点として前記中性点の電位出力が可能な多相ＰＷＭインバータにおいて、
キャリア信号に基づいて各相のＰＷＭパターンを発生する手段と、
キャリア信号の立ち下がり区間において過電流が発生した場合には、各相が同電位出力となるＰＷＭパターンに変更し、キャリア信号の立ち上がり区間から通常のＰＷＭパターンに復帰させる手段を備えたことを特徴とする多相ＰＷＭ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、中性点の電位出力が可能なＰＷＭインバータの過電流保護方法とその装置、およびＰＷＭインバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の一つとして、図３にその回路構成をブロック図に示す[ 以下、これを「従来例」という] 。
この従来例は山谷パルス信号に同期して通常時のＰＷＭ制御と過電流時のＰＷＭ制御の切り替えを行う方法をとっていた。
図３において、１は過電流検出部で、過電流が発生したとき過電流検出信号を出力する。２はアラーム信号発生部、３はキャリア信号を発生するキャリア信号発生部、19は先の山谷パルス (信号) を発生する山谷パルス発生部、８はＰＷＭ制御部である。
アラーム信号発生部２は、過電流検出信号を受けてキャリア信号発生部３と山谷パルス発生部19により生成された山谷パルス (信号) に同期してＰＷＭ制御部８にアラーム信号を発生（出力）および解除（休止）される。
ＰＷＭ制御部８は、キャリア信号発生部３と通常ＰＷＭパターン発生部９と電流抑制パターン発生部10と中性パターン発生部11とＰＷＭパターン選択部12とで構成され、過電流検出信号により通常ＰＷＭパターンから中性パターンの切り替えを行い、またアラーム信号により中性パターンから電流抑制パターンへの切り替え、及び電流抑制パターンから通常ＰＷＭパターンへの復帰を行い、ＰＷＭ制御信号として出力している。
17はモーター駆動部でＰＷＭ制御信号を受けてモーター18を駆動する。モーター駆動部17は、ダイオード13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13j,13k,13l,13m,13n,13o,13p,13q,13r と、半導体スイッチ手段 (トランジスタ)14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i,14j,14k,14lと、コンデンサ15a,15b と直流電源16で構成されている。
図４は、キャリア波形と通常時の中性点電位の変化とＰＷＭ制御部における通常パターンと電流抑制パターンと中性パターンの時間の推移に伴う変化を示す図（タイムチャート）である。
図４のＵ相において、Ｐは図５のトランジスタ14a,14b がオン、トランジスタ14c,14d がオフの状態を、０はトランジスタ14b,14c がオン、トランジスタ14a,14d がオフの状態を、Ｎはトランジスタ14c,14d がオン、トランジスタ14a,14b がオフの状態を示している。Ｖ相，Ｕ相についても同様である。
すなわち、図４で表示するＰとはＰＷＭインバータにおいて中性点を基準にして正側で負荷（モーター）を駆動し、Ｎは負側で負荷（モーター）を駆動することを意味し、０はＰからＮに直接切り替えると電源短絡になるから、緩衝的な中途の切り替え手段と言える[ 以下各図についても同様である] 。
そして初めの半キャリアにおいて、その時間区間を８等分した（時間的）区間［以下、単に「区間」と称呼する］t1,t4,t5,t8 ではＵ相，Ｖ相．Ｗ相が全て同電位にあるため、中性点電位の変化はない。
区間t2ではＵ相，Ｖ相はＰであるが、Ｗ相は０となり、その等価回路は図５［区間t2の通常ＰＷＭパターンにおけるモーター駆動回路17の等価回路］のようになり、Ｕ相，Ｖ相から中性点へ正の電流が流れ込み、中性点電位は上昇する。
同様に、区間t3の区間では上昇、区間t6,t7 では下降する。通常状態では、この４つのパターンが互いに打ち消し合って、中性点は平衡状態を保つようになっている。
従来の動作の一例として、キャリアの上りの区間t5で過電流が発生した場合のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のＰＷＭパターンと中性点電位の変化は、図６のように示される。
区間t5では過電流が発生すると、次のキャリアの山までは中性パターンを、さらに次の谷までは電流抑制パターンを選択し、再び通常ＰＷＭパターンに復帰する。
その間、中性点電位はt2,t3 の区間で上昇し、中性パターン、電流抑制パターンの区間ではＵ相，Ｖ相に電位差がないので電位を保持し、再び通常ＰＷＭパターンに復帰したとき、図３に示さない演算部で区間t18,t19 のを短く、区間t22,t23 の時間を長く補正され、上昇した中性点電位を０に戻そうとするが、先に少し上昇した後に大きく下降するように動作していたのである。
また。ここではキャリアの上り区間t5で過電流が発生した場合を例にとって説明しているが、他の区間t2,t3,t4,t6,t7やキャリアの下り区間で、過電流が発生した場合も同様に動作する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来例では、通常ＰＷＭパターンに復帰した後直ぐに過電流が発生した場合、例えば図６の区間t20 で過電流が発生したときには、中性点電位はさらに上昇する。従って過電流がキャリアの立ち上がり立ち下がりに集中して連続的に発生すると、中性点電位が不平衡となり、モーターが不安定な動作を行ったり、コンデンサやスイッチを破損することがあった。
そこで、本発明は中性点電位の変動を抑え、モーターの安定した動作と中性点電位の変動によるインバータ回路の破損防止を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の請求項１の発明は、過電流が発生したとき過電流検出信号を出力する過電流検出部と、キャリアに同期してアラーム信号を出力するアラーム信号発生部と、キャリアを生成するキャリア発生部と、前記キャリアに同期して通常ＰＷＭパターンを生成する通常ＰＷＭパターン発生部と、前記キャリアに同期して電流抑制パターンを生成する電流抑制パターン発生部と、中性パターンを生成する中性パターン発生部と、前記過電流検出信号と前記アラーム信号により前記通常ＰＷＭパターンと前記電流抑制パターンと前記中性パターンの切り替えを行いＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭパターン選択部と、前記ＰＷＭ制御信号を受けてモーターを駆動するモーター駆動部から成るＰＷＭインバータにおいて、キャリアの最大値でパルスを出力する山パルスとキャリアの最小値でパルスを出力する谷パルスの２つのパルス信号を生成する山／谷パルス発生部と、前記キャリアが上りのときは１、下りのときは０を出力するキャリア微分パルス発生部を有し、過電流が発生したときにキャリアが上りか下りかを判断し、判別結果に基づいて選択されたパルス信号に同期させ通常時のＰＷＭ制御から過電流時のＰＷＭ制御への切り替えを行い、さらに過電流時のＰＷＭ制御から通常時のＰＷＭ制御への復帰を行うことを特徴とするＰＷＭインバータの過電流保護方法である。
かくして本発明の請求項１の発明によれば、通常ＰＷＭパターンに復帰した後、直ぐにまた過電流が発生した場合（たとえば図２の区間t28 で過電流が発生したとき) でも先に中性点電位が下降しており、次は上昇するといった動作を行い、中性点電位の下降と上昇を交互に繰り返すので、過電流がキャリアの立ち上りまたは立ち下がりに集中して連続的に発生しても、中性点電位は平衡を保ち、モーターは安定した動作を行い、コンデンサやスイッチが破損することもない。
よって、従来では最悪の場合を想定して容量が大きく効果なコンデンサやスイッチを選定しなければならなかったが、本発明により安価なコンデンサやスイッチを選定できるようになったという特段の効果を奏する。
【０００５】
本発明の請求項２の発明は、前記過電流が発生した際にキャリアの次の山あるいは谷までは中性パターン制御とし、前記次の山あるいは谷から前記キャリアの１周期は前記電流抑制パターン制御を行い、その時点で過電流状態が継続していれば１周期単位で電流制御パターンを延長し、過電流状態から回復すれば前記通常ＰＷＭパターン制御に復帰することを特徴とする請求項１記載のＰＷＭインバータの過電流保護方法である。
【０００６】
本発明の請求項３の発明は、前記電流抑制パターン制御から前記通常ＰＷＭパターン制御へ復帰するときに、初めは若干制御の切り替えタイミングの時間的区間を長くし、その後若干制御の切り替えタイミングの時間的区間を短くしながら前記通常ＰＷＭパターン制御を行うことを特徴とする請求項２記載のＰＷＭインバータの過電流保護方法である。。
【０００７】
本発明の請求項４の発明は、過電流が発生したとき過電流検出信号を出力する過電流検出部と、キャリアに同期してアラーム信号を出力するアラーム信号発生部と、キャリアを生成するキャリア発生部と、前記キャリアに同期して通常ＰＷＭパターンを生成する通常ＰＷＭパターン発生部と、前記キャリアに同期して電流抑制パターンを生成する電流抑制パターン発生部と、中性パターンを生成する中性パターン発生部と、前記過電流検出信号と前記アラーム信号により前記通常ＰＷＭパターンと前記電流抑制パターンと前記中性パターンの切り替えを行いＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭパターン選択部と、前記ＰＷＭ制御信号を受けてモーターを駆動するモーター駆動部から成るＰＷＭインバータにおいて、前記キャリア発生部から導入されたキャリアが最大値をとる電圧波形の山のときにパルスを発生する山パルス信号と、キャリアが最小値をとる電圧波形の谷のときにパルスを発生する谷パルス信号が生成される山／谷パルス発生部と、前記キャリア発生部から受け入れたキャリアが立ち上がりの谷から山へ変化するときは”１”が出力され、キャリアが立ち下がりの山から谷へ変化するときは”０”が出力されるキャリア微分パルス発生部と、前記過電流検出信号をトリガとして前記キャリア微分パルス発生部の出力信号が保持されるキャリア微分パルスデータ保持部と、前記山／谷パルス発生部から前記山谷パルス信号と前記谷パルス信号の２つの信号を入力とし、前記キャリア微分パルスデータ保持部の保持データが”０”のときは前記谷パルスが出力され、”１”のときは前記山パルスが選択され出力されるセレクタとを備え、前記アラーム信号発生部へ前記セレクタ出力を与えて前記アラーム信号を前記山谷パルス信号または前記谷パルス信号に同期させるようにしたことを特徴とするＰＷＭインバータの過電流保護装置である。
【０００８】
本発明の請求項５の発明は、前記ＰＷＭインバータの中性点の電位と前記ＰＷＭパターン選択部から出力する前記ＰＷＭ制御信号を受けて、前記通常ＰＷＭパターンの制御タイミングを生成し、この制御タイミングを前記通常ＰＷＭパターン発生部へ与えるマイクロプロセッサを備えたことを特徴とする請求項４に記載のＰＷＭインバータの過電流保護装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施例について具体的に説明する。全ての図面において同一符号は同一若しくは相当部材を示す。
図１は、本発明の実施の形態におけるＰＷＭインバータの回路構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の実施の形態において、時間の推移に伴うＰＷＭパターンと中性点電位の変動とＵ相，Ｖ相．Ｗ相の電位の変化を示す図 [タイムチャート] である。
キャリア発生部３から山／谷パルス発生部４とキャリア微分パルス発生部５へキャリア（信号）が出力されている。
山／谷パルス発生部４では、導入されたキャリアが最大値をとるとき即ち電圧波形の山のときにパルスを発生する山パルス信号と、キャリアが最小値をとるとき即ち電圧波形の谷のときにパルスを発生する谷パルス信号が生成されている。
キャリア微分パルス発生部５では、受け入れたキャリアが立ち上がりのとき即ち谷から山へ変化するときは”１”が出力され、キャリアが立ち下がりのとき即ち山から谷へ変化するときは”０”が出力される。
６はキャリア微分パルスデータ保持部で、過電流検出信号をトリガとしてキャリア微分パルス発生部５の出力信号が保持される。７はセレクタで、山／谷パルス発生部４から山谷パルス信号と谷パルス信号の２つの信号を入力とし、キャリア微分パルスデータ保持部６の保持データが”０”のときは谷パルスが出力され、”１”のときは山パルスが選択され出力される。
また、マイクロプロセッサ20は、ＰＷＭインバータの中性点の電位と、ＰＷＭパターン選択部出力を導入し、通常ＰＷＭパターン発生部９へ制御のタイミング区間ｔ1 〜ｔ32の幅を調節して出力する。
【００１０】
本発明における動作の一例として、キャリアの立ち上がりの区間t5で過電流が発生した場合のＵ，Ｖ，Ｗ相のＰＷＭパターンと中性点電位の変化は図２のように示される。当初通常ＰＷＭパターンで、区間ｔ2 辺りから図６の中性点電位のようにそれが昇り出し、区間t5で過電流が発生すると、次のキャリアの山までは中性パターンを、さらに次の山までのキャリア１周期分は電流抑制パターンを選択し、再び通常ＰＷＭパターンに復帰する。
その間、中性点電位は区間t2,t3 で上昇し、中性パターン，電流抑制パターンの区間ではＵ相，Ｖ相，Ｗ相に電位差がないので電位を保持し、再び通常ＰＷＭパターンに復帰したとき、図１には示すマイクロプロセッサ20でt26,t27 の時間が長く、区間t30,t31 の時間が短く補正され、上昇した中性点電位を零に戻そうとするが、従来例と異なり、先に大きく下降した後に少し上昇する。
また、ここではキャリアの立ち上がりの区間で過電流が発生した場合を例にとって説明しているが、他の区間t1,t3,t4,t6,t7やキャリアの立ち下がりの区間で過電流が発生した場合でも、同様に動作する。例えば図２のｔ9 からｔ16までの立ち下がりの区間で過電流が発生したとすれば、区間ｔ16までは中性パターン、区間ｔ17からｔ32までは電流抑制パターン、それ以後は通常ＰＷＭパターンとなる。
【００１１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の請求項１の発明によれば、通常ＰＷＭパターンに復帰した後、直ぐにまた過電流が発生した場合（たとえば図２の区間t28 で過電流が発生したとき) でも先に中性点電位が下降しており、次は上昇するといった動作を行い、中性点電位の下降と上昇を交互に繰り返すので、過電流がキャリアの立ち上りまたは立ち下がりに集中して連続的に発生しても、中性点電位は平衡を保ち、モーターは安定した動作を行い、コンデンサやスイッチが破損することもない。
よって、従来では最悪の場合を想定して容量が大きく効果なコンデンサやスイッチを選定しなければならなかったが、本発明により安価なコンデンサやスイッチを選定できるようになったという特段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるＰＷＭインバータの回路構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態において、時間の推移に伴うＰＷＭパターンと中性点電位の変動とＵ相，Ｖ相．Ｗ相の電位の変化を示す図 [タイムチャート]
【図３】従来例の回路構成を示すブロック図
【図４】キャリア波形と通常時の中性点電位の変化とＰＷＭ制御部における通常パターンと電流抑制パターンと中性パターンの時間の推移に伴う変化を示す図（タイムチャート）
【図５】区間t2の通常ＰＷＭパターンにおけるモーター駆動回路17の等価回路
【図６】従来例の動作の一例としてのキャリアの上りの区間t5で過電流が発生した場合のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のＰＷＭパターンと中性点電位の時間の推移に伴う変化を示す図（タイムチャート）
【符号の説明】
１  過電流検出部
２  アラーム信号発生部
３  キャリア信号発生部
４  山／谷パルス発生部
５  キャリア微分パルス発生部
６  キャリア微分パルスデータ保持部( フリップフロップ)
７  セレクタ
８  ＰＷＭ制御部
９  通常ＰＷＭパターン発生部
10  電流抑制パターン発生部
11  中性パターン発生部
12  ＰＷＭパターン選択部
13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,13i,13j,13k,13l,13m,13n,13o,13p,13q,13r ダイオード
14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i,14j,14k,14l   半導体スイッチ手段 (トランジスタ)
15a,15b   コンデンサ
16  直流電源
17  モーター駆動部
18  モーター
19  山谷パルス発生部
20  マイクロプロセッサ
【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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