(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子をブリッジの各上下アームにそれぞれ挿入したインバータ装置であって、該インバータ装置の出力電流を検出する電流検出器と、前記スイッチング素子の上下短絡防止のためのデッドタイムに起因する出力電圧および電流波形の歪みを補償する機能をもつ前記インバータ装置において、前記電流検出器の検出電流値に基づいてその補償出力量Δｔ’を可変とするデッドタイム補償手段をもち，
前記補償出力量は、インバータ出力電流｜Ｉ｜が所定値Ｉｃｏｍｐよりも大きいときは一定値Δｔであり、所定値Ｉｃｏｍｐよりも小さい場合には，Δｔ’＝Δｔ×｜Ｉ｜／Ｉｃｏｍｐとして、出力電流Ｉの値に応じて前記補償量Δｔ’を可変させることを特徴としたインバータ装置。
【請求項２】
請求項１のインバータ装置において，インバータ出力電流｜Ｉ｜が所定値Ｉｃｏｍｐより小さい第２の所定値以下で請求項１記載の補償量Δｔ’を０とすることを特徴としたインバータ装置。
【請求項３】
請求項１のインバータ装置において，インバータ出力電流｜Ｉ｜が０のときの補償量をΔｔよりも小さい補償量Δｔ２とした場合に，インバータ出力電流｜Ｉ｜が所定値Ｉｃｏｍｐ以下の範囲において，請求項１記載の補償量Δｔ’をΔｔ’＝（Δｔ−Δｔ２）／Ｉｃｏｍｐ×｜Ｉ｜＋Δｔ２とすることを特徴としたインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源を用いて可変電圧電流等の交流出力を得てモータ等の負荷を運転するためのインバータ装置に関するもので、特にそのデッドタイム補償に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、普及しているインバータであるＰＷＭインバータ（以後、「インバータ」と言う。）は、インバータブリッジの上アームに挿入されたスイッチング素子および下アームに挿入されたスイッチング素子のいずれか一方がオンであるとき、他方のスイッチング素子はオフとなるように動作する。両素子のオン・オフが切り換わる際には、スイッチング素子の遅延時間のために両素子が共にオンすることが起こって電源短絡が発生する恐れがあるので、これを防止するために必ずいったん両素子ともにオフにする期間（以後、「デッドタイム」と言う。）を設け、その後、次のターンオン順位の素子をオン（いわゆる「オンディレイ」。）させるようにしている。このように短絡防止処理をおこなうために本来の制御しようとした出力電圧波形および電圧値からはずれることを意味する。その結果、モータの電流波形が歪み、振動の発生や効率の低下などの問題を招いている。
【０００３】
したがって、デッドタイムによる波形歪み、出力電圧の低下、軽負荷時の不安定の問題が生じないような補償をすることが必要となる。このことをデッドタイム補償またはオンディレイ補償と言っている（以下、「デッドタイム補償」と言う。）。
【０００４】
そのデッドタイム補償の原理を電圧指令が正の場合である図４を用いて説明する。図４において、キヤリア信号ａと電圧指令ｂとから、ＰＷＭの指令波形ｃが形成される。この指令波形ｃに同期させてスイッチング素子を点弧制御するのが理想的であるが、実際にはスイッチング素子の動作に遅延時間があるために、スイッチング素子を理想通り点弧制御したのではインバータブリッジの上アームと下アームに直列に挿入されたスイッチング素子が遅延時間のために両方ともオンになる状態が発生してその結果電源短絡が生じてしまう。そのため、図４の上側スイッチング素子の点弧特性曲線を示すｄのように、指令波形ｃの点弧指令（立ち上がりエッジ）よりも△ｔだけオフ時間を延長した後にようやく点弧させることが必要となる。一方、下側のスイッチング素子は点弧特性曲線ｅに示すように指令波形ｃの点弧指令（立ち下がりエッジ）よりも△ｔだけ遅れて点弧される。両曲線ｄ、ｅの合成波形ｆがインバータ装置の出力波形であるが、上下のスイッチング素子がオフの時間帯は制御不能であり、この部分の状態は還流電流によって決定される。
インバータ装置の出力電流の極性が正の場合、出力波形ｆの上下のスイッチング素子がオフである部分は還流電流の影響を受けてｇ曲線のようになる。同様に、インバータ装置の出力電流の極性が負の場合は、還流電流の影響を受けてｈ曲線のようになる。
【０００５】
したがって、元の指令波形ｃを実現するためには、インバータ装置の出力電流が正の場合には、指令波形ｃの立ち上がりをデッドタイム分△ｔだけ早く立ちあげ、出力電流の極性が負の場合は指令波形ｃの立ち下がりを△ｔだけ早めれば良いことになる。したがって、インバータからモータに出力するモータ電流の極性を検出して、その検出した極性に基づいてＰＷＭ信号のデューティを増加させたり減少させたりすればよい。
【０００６】
図６はこのように処理する従来のデッドタイム補償手段付きインバータ装置の回路構成図であり、図５はそのデッドタイム補償のフローチャートを示している。図６において、Ｕ相用の上側スイッチング素子１と下側スイッチング素子２、Ｖ相用の上側スイッチング素子３と下側スイッチング素子４、並びにＷ相用の上側スイッチング素子５と下側スイッチング素子６とは、それぞれエミッタ、コレクタ回路が直列接続されて直流電源７に接続されている。各相の上下のスイッチング素子の接続点８、９、１０からは、それぞれＵ相出力線１１、Ｖ相出力線１２、ならびにＷ相出力線１３が引き出されている。各相の出力線は、モータ１４に接続されて、モータ１４を負荷とする例として示されている。各スイッチング素子（１〜６）はゲートドライバ１６により点弧制御される。ゲートドライバ１６の前段にデッドタイム補償手段１７と電流制御器１８が設けられ、この両者はＵ相に設けた電流検出器１９とＷ相に設けた電流検出器２０とから出力電流値や極性の情報が入力される。そこでこの回路において、電流指令２１を電流制御器１８に与えると、電流制御器１８は電流検出器１９、２０で検出した出力電流のフィードバック値を入力して比較演算を行い、制御指令Ｖをデッドタイム補償手段１７に送る。デッドタイム補償手段１７では、図５のフローチャートで示すデッドタイム補償を行う。
【０００７】
そこで図５を用いて従来のデッドタイム補償の手法を説明する。まず、インバータ装置の出力電流Ｉの極性を電流検出器１９と２０とから検出する。そして、出力電流Ｉの極性が正か負かを調べて、出力電流Ｉの極性が正（Ｉ≧０？がＹｅｓ）の場合（すなわち、インバータ装置からモータ１４側へ電流が流れている場合）は電圧指令の立上がりをデッドタイム分の補償出力量Δｔだけ早く立ち上げ、負（Ｉ≧０？がＮｏ）の場合は所定の電圧指令の立下がりをΔｔだけ早く立ち下げて、出力電流の歪みを補償している。このようにして、デッドタイム補償を行なう補償出力量Δｔだけ早く立ち上げたり（出力電流Ｉの極性が正の場合）または早く立ち下げた（出力電流Ｉの極性が負の場合）信号をゲートドライバ１６に渡し、ゲートドライバ１６はこれに応じた点弧信号を各スイッチング素子１、２、３、４、５、６のゲートに与え歪みの無い所望の電流値を出力させる。
以上のように、従来技術ではインバータ装置の出力電流Ｉの極性を検出し、その電流の方向により電圧指令を補償出力量Δｔだけ早く立ち上げたり、あるいは立ち下げたりしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来装置において、インバータ装置の出力電流が小さな場合に、電流検出器の性能・電流波形のわずかな変動・外部ノイズ・その他の要因により、出力電流の方向と補正に用いる電流との方向がずれる場合があり、このような場合、従来技術では反対の方向に補正してしまい、出力電流波形を更に歪ませてしまうという問題があった。そこで本発明は、出力電流が小さな領域においてこのような悪影響を及ぼさないようなデッドタイムの補償をしたインバータ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によると、スイッチング素子をブリッジの各上下アームにそれぞれ挿入したインバータ装置であって、該インバータ装置の出力電流を検出する電流検出器と、前記スイッチング素子の上下短絡防止のためのデッドタイムに起因する出力電圧および電流波形の歪みを補償する機能をもつ前記インバータ装置において、前記電流検出器の検出電流値に基づいてその補償出力量を可変とするデッドタイム補償手段をもつようにしている。
具体的には、この補償出力量は、インバータ出力電流が所定値よりも大きいときは一定であり、所定値よりも小さくなるにしたがって減少させるものである。
このように本発明によれば、インバータ出力電流が所定値よりも大きな場合には、従来と同様なデッドタイムの補償を行うが、出力電流が所定値（補償電流値Ｉｃｏｍｐ）以下の場合には、補償出力量を電流値に応じて可変となして補正量を小さくしたのでデッドタイムの補正時間を短くし、それによってインバータ出力電流と補正に用いる電流との方向が異なっていた場合でも、歪みの小さい電流を出力することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例によるインバータ装置の回路構成を示す。図１において、従来回路である図６と同じ部品には同一符号が用いられている。したがって両図を比べると分かるように、従来回路である図６とはデッドタイム補償手段１７が補償出力量可変のデッドタイム補償手段２２となっている点が本発明では異なっている。すなわち、Ｕ相用の上側スイッチング素子１と下側スイッチング素子２、Ｖ相用の上側スイッチング素子３と下側スイッチング素子４、並びにＷ相用の上側スイッチング素子５と下側スイッチング素子６とは、それぞれエミッタ、コレクタ回路が直列接続されて直流電源７に接続されている。各相の上下のスイッチング素子の接続点８、９、１０からは、それぞれＵ相出力線１１、Ｖ相出力線１２、ならびにＷ相出力線１３が引き出されている。各相の出力線はモータ１４に接続されて、モータ１４を負荷とする例として示されている。各スイッチング素子のベース電極はゲートドライバ１６に接続されて、点弧制御される。ゲートドライバ１６の前段に補償出力量可変のデッドタイム補償手段２２と電流制御器１８が設けられ、この両者はＵ相に設けた電流検出器１９とＷ相に設けた電流検出器２０とから出力電流値や極性あるいは相間電流などの情報を入力する。電流指令２１を与えると、電流制御器１８は電流検出器１９、２０で検出した出力電流のフィードバック値を入力して比較演算を行い、電圧指令を発生させて補償出力量可変のデッドタイム補償手段２２に与える。するとこの補償出力量可変のデッドタイム補償手段２２は図２のフローチャートで示すデッドタイム補償を行う。
【００１１】
すなわち、図２において、インバータの出力電流の絶対値が補償電流値Ｉｃｏｍｐよりも大きいか小さいかを調べ、インバータの出力電流の絶対値の方が大きい場合は、補償出力量Δｔ’は、
補償出力量Δｔ’＝Δｔ
の一定値で制御する。
しかしながら、出力電流の絶対値｜Ｉ｜が補償電流値Ｉｃｏｍｐよりも小さい場合は、補償出力量Δｔ’は、
補償出力量Δｔ’＝Δｔ×｜Ｉ｜／Ｉｃｏｍｐ
として、出力電流Ｉの値に応じて可変とし、Δｔよりも小さな値とする。
【００１２】
そして、次にインバータ装置の出力電流Ｉの極性を検出して、
正（Ｉ≧０？がＹｅｓ）の場合は指令の立ち上がりをΔｔ’早く立ち上げ、
負（Ｉ≧０？がＮｏ）の場合は指令の立ち下がりをΔｔ’早く立ち下げて
出力電流の歪みを補償している。
かくして出力電流の小さな場合は、補償出力量Δｔ’を小さくしているので、電流の方向がずれたとしても、電流歪みを小さく押さえることが出来る。
【００１３】
図２において、インバータの出力電流は相電流を用いているが、三相平均値電流を用いても良い。三相平均値電流の場合、例えば、インバータの出力電流ｉｕ、ｉｗとを用いて３相−２相変換したｉα、ｉβを求め、それぞれの２乗の和の平方根を用いる。
【００１４】
補償出力量可変パターン並びに補償電流値Ｉｃｏｍｐは、電流検出器の精度、スイッチング素子の特性、および負荷の特性によって決定し、特に、ノイズが大きな場合は、Ｉｃｏｍｐの値を大きく設定した方がよい。
【００１５】
次に、補償出力量可変パターンの一例を図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
図３（ａ）は、補償電流値Ｉｃｏｍｐと０の間に補償出力量Δｔ’をΔｔと０の間で変化させる例であり、
図３（ｂ）は、補償電流値Ｉｃｏｍｐ以下の一定値以下の電流域では補償出力量Δｔ’＝０とする例であり、
図３（ｃ）は、補償出力量Δｔ’の変化量を小さくした例を示している。
この実施例では、直線状に変化する例を示したが、曲線状或は不規則に変化するものであっても良い。
【００１６】
これらの補償出力量可変パターンは、メモリに記録して、補償出力量可変のデッドタイム補償手段２２内に内蔵させて、マイクロプロセッサーの指令に応じて読み出せるようにしておくと便利である。又、これらの可変パターンは負荷に応じてプラグイン式などにより着脱可能にしておくことも出来る。
【００１７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、スイッチング素子の上下短絡防止のためのデッドタイムに起因する出力電流波形歪みの補正のために、出力電流の極性に応じて前記デッドタイムの間の不足電圧を補償出力する手段を備えたインバータ装置において、出力電流が小さな領域においては前記補償出力量を可変とする手段を設けるものであるので、電流の小さな領域では、デッドタイム補正時間が短くなり、出力電流と補正に用いる電流とが方向が異なる場合でも歪みを小さく押さえることができるので、全電流域で安定した出力電流のインバータ装置を提供できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による補償出力量可変のデッドタイム補償手段付きインバータ装置の回路構成図。
【図２】本発明による装置の動作を説明するフローチャート。
【図３】本発明による補償出力可変パターンの特性図であり、
（ａ）はΔｔ〜０可変タイプ、
（ｂ）は一定電流以下補償なしタイプ、
（ｃ）は補償変化量の小さいタイプをそれぞれ示す。
【図４】電圧指令が正の場合のデッドタイム補償手段の原理を説明する線図。
【図５】従来装置の動作を説明するフローチャート。
【図６】従来のデッドタイム補償手段付きインバータ装置の回路構成図である。
【符号の説明】
１、３、５  上側スイッチング素子
２、４、６  下側スイッチング素子
７  直流電源
１１  Ｕ相出力線
１２  Ｖ相出力線
１３  Ｗ相出力線
１４  モータ
１６  ゲートドライバ
１７  デッドタイム補償手段
１８  電流制御器
１９  電流検出器
２０  電流検出器
２１  電流指令
２２  補償出力量可変のデッドタイム補償手段
【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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