(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路を構成する上下アームのスイッチング素子を交互にオン・オフさせる電圧型ＰＷＭインバータ装置において、
搬送波と電圧指令とを比較することによって基準ＰＷＭパターンを作成するＰＷＭパターン作成回路と、
各相の出力電圧状態を示すパルス信号を入力し、前記パルス信号のパルス幅を測定するパルス幅測定回路と、
前記パルス幅測定回路により測定されたパルス幅と前記基準ＰＷＭパターンのパルス幅との差をデッドタイム誤差分として前記基準ＰＷＭパターンを補正した指令ＰＷＭパターンを出力する簡易型デッドタイム補正回路と、
を有していることを特徴とする電圧型ＰＷＭインバータ装置。
【請求項２】
前記簡易型デッドタイム補正回路は、前記インバータ回路の母線電圧の大きさに応じて電圧型デッドタイム補正と電流型デッドタイム補正のいずれかを選択的に行うことを特徴とする請求項１に記載の電圧型ＰＷＭインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ装置に関し、特に、ＡＣモータの駆動に使用される電圧型ＰＷＭインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電圧型インバータ装置として、ＰＷＭ変調方式のインバータ装置、すなわち電圧型ＰＷＭインバータ装置が知られている。図３は従来の電圧型ＰＷＭインバータ装置を示している。
【０００３】
このインバータ装置は、三相ＡＣモータ５０のための３相電圧型ＰＷＭインバータ装置であり、インバータ回路を構成する上下アームのスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６およびフライホイールダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６と、出力電圧の状態（オン・オフ）を検出する出力電圧検出回路１０と、出力電圧検出回路１０からの信号に応じて誤差カウンタをアップダウンするカウンタ回路１１と、基準のＰＷＭパターン（基準ＰＷＭパターン）を作成するＰＷＭパターン作成回路１２と、ＰＷＭパターン作成回路１２が生成した基準ＰＷＭパターンとカウンタ回路１１のカウント値とを用いてデッドタイム（Ｔｄ時間）により生じた誤差を補正して指令ＰＷＭパターンを出力するＴｄ補正回路１３と、Ｔｄ補正回路１３より指令ＰＷＭパターンを入力してスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６を駆動するベースアンプ回路１４とを有している。なお、カウンタ回路１１とＴｄ補正回路１３とは専用のマイクロコンピュータ（マイコン）２０によって構成されている。
【０００４】
３相電圧型ＰＷＭインバータ装置は、上下アームのスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６を交互にオン・オフすることによって母線電圧ＶｄｃをＰＷＭ変調し、三相ＡＣモータ５０に、任意の周波数、電圧の三相交流電圧を出力するものであり、各相の上下アームのスイッチング素子、たとえばＴｒ１とＴｒ２が同時にオンすることを避けるためにデッドタイム（Ｔｄ時間）を設けている。
【０００５】
Ｔｄ時間中は、上下アームのスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２がともにオフのため、出力電圧の大きさは出力電流の方向によって変化してくる。このことを図４を用いて説明する。出力電流ｉL が正の場合には、フライホイールダイオードＤ２を通して電流が流れるため、Ａ点の出力電圧状態は母線電圧のＮ側と同電位になる。これに対し、出力電流ｉL が負の場合には、フライホイールダイオードＤ１を通して電流が流れるため、Ａ点の出力電圧状態は母線電圧のＰ側と同電位になる。
【０００６】
このため、基準ＰＷＭパターンに対して出力電圧の状態に誤差が生じてくるので、その誤差を補正するＴｄ補正回路１３を設けて出力電圧の状態が基準ＰＷＭパターンになるようにＰＷＭ指令を作成する。
【０００７】
図５は、上述した従来のインバータ装置の動作を示している。ＰＷＭパターン作成回路１２は、搬送波Ｓ１と電圧指令Ｓ２を比較することによって、基準となる基準ＰＷＭパターンＳ３を作成する。Ｔｄ補正回路１３がＴｄ補正後の指令ＰＷＭパターンＳ４をベースアンプ回路１４へ出力することにより、スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６がオン・オフし、出力電圧状態信号Ｓ５が変化する。出力電圧状態信号Ｓ５は指令ＰＷＭパターンＳ４に対してスイッチング素子の応答遅れｔ１、ｔ２を含んだものになる。
【０００８】
誤差カウンタ値Ｓ６は基準ＰＷＭパターンＳ３と出力電圧状態信号Ｓ５によりアップダウンする。今、指令ＰＷＭパターンＳ４が立ち下がりの指令を与えた場合、誤差カウンタは０からマイナス方向へカウントダウンし、出力電圧状態信号Ｓ５が立ち下がった時点でのカウンタ値を保持する。この時のマイナス側の値が指令ＰＷＭパターンＳ４に対する誤差Ｓ７となるので、次回の基準ＰＷＭパターンＳ３に対してｔ１だけ遅れるように指令ＰＷＭパターンＳ４を作成する。
【０００９】
すなわち、基準ＰＷＭパターンＳ３の立ち上がり指令により誤差カウンタをカウントアップしていき、誤差カウンタ値Ｓ６が０をクロスする時に指令ＰＷＭパターンＳ４の立ち上がり指令を作成すると、ｔ１の誤差分が解消される。この動作を連続的に繰り返すことによってＴｄ補正が行われる。
【００１０】
上述したように、誤差カウンタ値（誤差パルス時間）Ｓ６を用いて基準ＰＷＭパターンＳ３を補正し、指令ＰＷＭパターンＳ４を生成するような技術は、たとえば、特開平７−７９６８号公報に示されている。
【００１１】
また、特開平２−２５０６６８号公報には、出力電圧のオン・オフ状態を示すパルス信号の立ち上がり時、立ち下がり時の基準三角波の電圧をラッチし、そのラッチ電圧値と電圧指令値との差が０になるように、電圧指令値自体を補正する技術が示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−７９６８号公報に示されているような従来のインバータ装置では、誤差カウンタ値（誤差パルス時間）を得るために、アップダウンカウントできる誤差カウンタを用いて毎回のＰＷＭ出力に対してＴｄ補正を行なっているため、専用のマイコンを開発する必要があり、また母線電圧が低下して、出力電圧状態信号のエッジの検出が誤動作すると、これをソフトウェアでは回避することが困難であった。
【００１３】
特開平２−２５０６６８号公報に示されているような従来のインバータ装置では、電圧指令値自体を補正するから、ゲイン設定が難しく、安定した電圧制御を行うことが難しい。
【００１４】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、専用マイコンの開発等を必要とすることなく、出力電圧補正を簡単に精度よく行なう電圧型ＰＷＭインバータ装置を得ることを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による電圧型ＰＷＭインバータ装置は、インバータ回路を構成する上下アームのスイッチング素子を交互にオン・オフさせる電圧型ＰＷＭインバータ装置において、搬送波と電圧指令とを比較することによって基準ＰＷＭパターンを作成するＰＷＭパターン作成回路と、各相の出力電圧状態を示すパルス信号を入力し、前記パルス信号のパルス幅を測定するパルス幅測定回路と、前記パルス幅測定回路により測定されたパルス幅と前記基準ＰＷＭパターンのパルス幅との差をデッドタイム誤差分として前記基準ＰＷＭパターンを補正した指令ＰＷＭパターンを出力する簡易型デッドタイム補正回路と、を有しているものである。
【００１６】
つぎの発明による電圧型ＰＷＭインバータ装置は、前記簡易型デッドタイム補正回路が前記インバータ回路の母線電圧の大きさに応じて電圧型デッドタイム補正と電流型デッドタイム補正のいずれかを選択的に行うものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照して、この発明にかかる電圧型ＰＷＭインバータ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において上述の従来例と同一構成の部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
図１は、この発明の電圧型ＰＷＭインバータ装置の一つの実施の形態を示している。この電圧型ＰＷＭインバータ装置は、従来のものと同等に基準ＰＷＭパターンを作成するＰＷＭパターン作成回路３２と、出力電圧検出回路１０からの出力電圧のオン・オフを示すパルス信号のパルス幅を測定するパルス幅測定回路３１と、パルス幅測定回路３１により測定されたパルス幅（出力電圧オン時間）と基準ＰＷＭパターンのパルス幅（オン時間）とからデッドタイム誤差補正（Ｔｄ補正）を行う簡易型デッドタイム補正回路（簡易型Ｔｄ補正回路）３３とを有している。
【００２０】
パルス幅測定回路３１は通常の計数回路によるアップカウンタでよく、パルス幅測定回路３１、ＰＷＭパターン作成回路３２、簡易型Ｔｄ補正回路３３は一般的な１チップマイクロコンピュータ３０で構成されている。換言すれば、パルス幅測定回路３１として、一般的なマイクロコンピュータが備えているパルス幅測定回路を使用する。なお、出力電圧検出回路１０は、各相の出力電圧と母線電圧の負側の電圧を分圧する抵抗によって電圧を検出する。簡易型Ｔｄ補正回路３３は、出力電圧オン時間と指令ＰＷＭパターンのオン時間との差を求め、これを誤差分として基準ＰＷＭパターンを補正し、指令ＰＷＭパターンをベースアンプ１４へ出力する。
【００２１】
つぎに、図２を参照して上述の構成によるインバータ装置の動作について説明する。ＰＷＭパターン作成回路３２は、搬送波Ｓ１と電圧指令Ｓ２を比較することによって、基準となる基準ＰＷＭパターンＳ３を作成する。簡易型Ｔｄ補正回路３３がＴｄ補正後の指令ＰＷＭパターンＳ４’をベースアンプ回路１４へ出力することにより、スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６がオン・オフし、出力電圧状態信号Ｓ５が変化する。出力電圧状態信号Ｓ５は、従来のものと同様に、指令ＰＷＭパターンＳ４’に対してスイッチング素子の応答遅れを含んだものになる。
【００２２】
パルス幅測定回路３１は出力電圧状態信号Ｓ５の立ち上がりエッジから立ち下がりエッジの間をカウントアップするアップカウンタであり、そのパルス幅、換言すれば、出力電圧オン時間Ｔｈを計測する。このアップカウンタの動きはカウンタ値Ｓ８により示される。
【００２３】
基準ＰＷＭパターンＳ３は電圧指令Ｓ２と搬送波Ｓ１より求まるから、上アームのスイッチング素子がオンするオン時間Ｔｓは計算により求まる。このオン時間Ｔｓとカウンタ値Ｓ８が示す出力電圧オン時間Ｔｈの差分を演算することによって誤差分ΔＴが分かる。この誤差分ΔＴを次回の基準ＰＷＭパターンＳ３に加えることによって、指令ＰＷＭ＝基準ＰＷＭ＋前回誤差分ΔＴとなり、Ｔｄ補正が行われる。
【００２４】
なお、パルス幅測定回路３１のカウンタ値Ｓ８は、毎回、立ち下がりエッジ毎にカウントクリアされ、データ更新されるが、電圧指令Ｓ２の変更は制御周期毎にしか行なわれないため、制御周期毎にＴｄ補正の計算を行なっても問題はない。また、制御周期中に電流の極性が変わった場合、誤差分ΔＴがずれてくるが、モータの出力電圧応答に対して制御周期は十分短いから、あまり影響を及ぼすことはない。
【００２５】
また、出力電圧状態の検出には抵抗による分圧した電圧を用いるため、母線電圧Ｖｄｃが低下すると、出力電圧状態信号Ｓ５のエッジ検出回路が誤動作する虞れがあるが、その場合には、Ｔｄ補正の方式を、電流の極性で判断する方法、すなわち出力電流が正の場合はＴｄ時間分指令ＰＷＭを大きくし、負の場合はＴｄ時間分指令ＰＷＭを小さくする電流型Ｔｄ補正の方式に切り替えることによって安定した制御を行うことができる。この制御のためには、簡易型Ｔｄ補正回路３３が、母線電圧Ｖｄｃを取り込み、母線電圧Ｖｄｃに応じてＴｄ補正モードを切り替えるように構成されていればよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電圧型ＰＷＭインバータ装置によれば、パルス幅測定回路により測定されたパルス幅と前記基準ＰＷＭパターンのパルス幅との差をデッドタイム誤差分として前記基準ＰＷＭパターンを補正した指令ＰＷＭパターンを出力するから、アップダウンカウンタを必要とせず、一般的なマイクロコンピュータが備えているアップカウンタ（パルス幅測定回路）を利用して、簡単に、しかも精度よく、デッドタイム補正を行なうことができる。
【００２７】
つぎの発明による電圧型ＰＷＭインバータ装置によれば、簡易型デッドタイム補正回路がインバータ回路の母線電圧の大きさに応じて電圧型デッドタイム補正と電流型デッドタイム補正のいずれかを選択的に行うから、母線電圧が低下しても、誤動作を回避して精度よくデッドタイム補正を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による電圧型ＰＷＭインバータ装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。
【図２】  この発明による電圧型ＰＷＭインバータ装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】  従来例の電圧型ＰＷＭインバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】  Ｔｄ時間による電圧誤差を説明するインバータ回路構成図である。
【図５】  従来例の電圧型ＰＷＭインバータ装置の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
Ｔｒ１〜Ｔｒ６  スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ６  フライホイールダイオード、１０  出力電圧検出回路、１４  ベースアンプ回路、３０  １チップマイクロコンピュータ、３１  パルス幅測定回路、３２  ＰＷＭパターン作成回路、５０三相ＡＣモータ。
【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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