インバータ装置およびインバータ装置の制御方法
【課題】低コストな構成でデッドタイム補正を行うことが可能なインバータ装置およびインバータ装置の制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】母線電流検出回路４は、母線電流を検出し、制御部５は、母線電流検出回路４で検出された母線電流に基づいて、インバータ部１のＳＷパターンを推定し、推定されたＳＷパターンに基づいて、電圧指令を補正する。
【解決手段】母線電流検出回路４は、母線電流を検出し、制御部５は、母線電流検出回路４で検出された母線電流に基づいて、インバータ部１のＳＷパターンを推定し、推定されたＳＷパターンに基づいて、電圧指令を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置およびインバータ装置の制御方法に関し、詳細には、電圧指令に応じてインバータ部をスイッチングして交流電動機を駆動し、かつ、前記スイッチング部の上下アームの短絡を防止するためのデッドタイム補正を行うインバータ装置およびインバータ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置により交流モータを駆動する場合、インバータ部を駆動するＰＷＭ信号のデッドタイムによる印加電圧歪や交流モータのインピーダンスおよび慣性モーメントなどが複雑に絡み合って電流波形が周期的に振動するいわゆる乱調現象が発生する場合がある。これは特に交流モータが大型となり、また低負荷、低周波数域において頻繁に発生する現象である。
【０００３】
この乱調の発生により交流モータそのものに振動が生じ、振動の度合によっては運転を継続するのが困難となる場合が生じる。このような乱調現象を抑制する方法として、乱調発生の要因の一つであるインバータ部を駆動するＰＷＭ信号のデッドタイムによる出力電圧誤差を補正する方法がある。かかるデットタイム補正を行う技術として、例えば、特許文献１のインバータ装置が公知である。
【０００４】
図６は、特許文献１のインバータ装置の構成を示す図である。図６に示すインバータ装置は、電圧指令発生回路１０１からの指令を受けて、該指令に基づいて出力電圧を発生させ、交流電動機１０９を駆動する。インバータ装置は、出力電圧を発生するパワースイッチング回路１０７と、パワースイッチング回路１０７の上下アームの短絡を防止するためにデッドタイムを生成するデッドタイム生成回路１０５と、出力電圧を検出する電圧検出回路１０８と、電圧検出回路１０８からの検出信号に基づき上記指令を補正する減算器１０２と、電圧制御器１０３とを備えている。
【０００５】
図７は、上記電圧検出回路１０８の構成を示す図である。電圧検出回路１０８は、図７に示すように、フォトカプラ２０１、アナログスイッチ２０２、およびフィルタ回路２０３を有している。電圧検出回路１０８では、パワースイッチング回路１０７からの出力電圧（ＰＷＭ電圧）が入力されると、その立ち上がり及び立ち下がりをフォトカプラ２０１が検出する。フォトカプラ２０１を用いることにより、高電圧のインバータ装置側電源と電圧検出回路側電源とを電気的に絶縁することができる。フォトカプラ２０１による検出信号はタイミング信号としてアナログスイッチ２０２に入力されアナログスイッチ２０２を駆動する。これによりアナログスイッチ２０２からは正負の基準電圧で正規化されたＰＷＭ電圧検出信号が得られる。このＰＷＭ電圧検出信号はフィルタ回路２０３に入力され復調されて電圧検出信号として減算器１０２へ出力される。
【０００６】
図６に戻り、電圧指令発生回路１０１から出力された正弦波電圧指令は減算器１０２に入力される。減算器１０２は、正弦波電圧指令から電圧検出回路１０８の検出信号を減算した偏差信号を出力する。この偏差信号は電圧制御器１０３に入力され増幅演算される。増幅された偏差信号はＰＷＭ変調回路１０３でパルス幅変調される。デッドタイム生成回路１０５は、パワースイッチング回路１０７の上下アームの短絡を防ぐようにパルス幅変調された偏差信号にデッドタイムを設ける。デッドタイムが設けられた偏差信号は、ベース駆動回路１０６に入力され、ベース駆動回路１０６はパワースイッチング回路１０７を駆動する。これによりパワースイッチング回路１０７は駆動電圧（出力電圧）を交流電動機１０９および電圧検出回路１０８に供給する。電圧検出回路１０８で検出された電圧検出信号は減算器１０２へ出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−１３７３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１では、電圧検出回路を使用してデッドタイム補正を行う構成であるので、高価な電圧検出回路を搭載する必要があるため、コストと基板面積が増大するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストな構成でデッドタイム補正を行うことが可能なインバータ装置およびインバータ装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置であって、母線電流を検出する母線電流検出手段と、前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する推定手段と、前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記母線電流検出手段は、母線電流を所定時間間隔でサンプリングし、前記推定手段は、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、その１つ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値を算出し、前記差分の絶対値の大きい方から数点を前記スイッチ切替タイミングとすることが望ましい。
【００１２】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置の制御方法であって、母線電流検出手段が母線電流を検出する工程と、推定手段が、前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する工程と、電圧制御手段が、前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置であって、母線電流を検出する母線電流検出手段と、前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する推定手段と、前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する電圧制御手段と、を備えているので、低コストな構成でデッドタイム補正を行うことが可能なインバータ装置を提供することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施の形態に係わるインバータ装置のブロック構成図である。
【図２】図２は、母線電流に基づいてＳＷ切替タイミング（ポイント）を算出する処理を説明するための図である。
【図３】図３は、デッドタイム区間での印加電圧を説明するための図である。
【図４】図４は、補正電圧を算出する処理を説明するための図である。
【図５−１】図５−１は、インバータ装置のタイミングチャートの一例を示す図である。
【図５−２】図５−２は、インバータ装置のタイミングチャートの一例を示す図である。
【図６】図６は、従来のインバータ装置を示す図である。
【図７】図７は、図６の電圧検出回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、この発明にかかるインバータ装置およびインバータ装置の制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
図１は実施の形態に係わるインバータ装置のブロック構成図である。本実施の形態に係るインバータ装置は、インバータ装置に一般的に搭載されている母線電流検出回路により検出した母線電流に基づいて、モータへの印加電圧を推定し、推定した印加電圧を用いて、低コストな構成でデッドタイム補正を実現している。
【００１７】
図１において、インバータ装置は、モータ２を駆動するインバータ部１と、モータ２と、直流電源３と、母線電流を検出する母線電流検出回路４と、電圧指令に応じてインバータ部１をスイッチングするためのＰＷＭパターンを生成する制御部５と、ＰＷＭパターンに応じて、インバータ部１をスイッチングするベース駆動回路６を備えている。
【００１８】
インバータ部１は、複数のスイッチング素子より構成され可変周波数・可変電圧の交流電圧を出力する。インバータ部１の出力で駆動されるモータ２として誘導電動機や同期電動機などが用いられる。
【００１９】
直流電源３は、インバータ部１に直流電力を供給するものであり、交流電源３１から供給される交流電力を、ダイオードブリッジ３２にて全波整流して得られる脈流電圧を電解コンデンサ３３にて平滑することにより直流電力を供給する。母線電流検出回路（母線電流検出手段）４は、モータ２の母線電流を検出して、制御部５に出力する。
【００２０】
制御部（推定手段、電圧制御手段）５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、およびポート等を備えたマイクロコンピュータで構成することができる。制御部５は、ＳＷパターン検出部５１と、補正電圧算出部５２と、電圧指令発生部５３と、電圧制御部５４と、ＰＷＭ変調部５５と、デッドタイム生成部５６とを備えている。制御部５の各部の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより実現可能である。
【００２１】
ＳＷパターン検出部５１は、母線電流検出回路４で検出された母線電流を所定のサンプリング周期で検出して、サンプリングした電流値に基づいて、ＳＷ切替タイミングを検出して、補正電圧算出部５２に出力する。
【００２２】
補正電圧算出部５２は、ＳＷパターン検出部５１から入力されるＳＷ切替タイミングで推定されるＳＷパターンとＰＷＭ変調部５５から入力されるＰＷＭパターンに基づいて、補正電圧を算出する。
【００２３】
電圧指令発生部５３は、電圧指令を電圧制御部５４に出力する。電圧制御部５４は、電圧指令発生部５３から入力される電圧指令と補正電圧算出部５２で生成された補正電圧とに基づいて、出力電圧を算出して、ＰＷＭ変調回路５５に出力する。ＰＷＭ変調回路５５は、電圧制御部５４から入力される出力電圧に基づいて、ＰＷＭパターンを算出して、補正電圧算出部５２およびデッドタイム生成部５６に出力する。デッドタイム生成部５６は、ＰＷＭ変調部５５から入力されるＰＷＭパターンに、インバータ部１の上下アームの短絡を防ぐためのデッドタイムを設けた補正ＰＷＭパターンを出力する。ベース駆動回路６は、ＰＷＭ変調部５５から入力される補正ＰＷＭパターンに基づいて、インバータ部１をスイッチングする。
【００２４】
図２は、上記ＳＷパターン検出部５１が、母線電流検出回路４で検出した母線電流に基づいてＳＷ切替タイミング（ポイント）を算出する処理を説明するための図である。図２において、（ａ）は母線電流の一例、（ｂ）は母線電流のサンプリング点、（ｃ）はＳＷ切り替えポイントを示している。
【００２５】
ＳＷパターン検出部５１は、母線電流を所定時間間隔でサンプリングする。ＳＷパターン検出部５１は、サンプリングした電流値を記憶し、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、そのサンプリング点のひとつ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値を算出する。具体的には、図２（ｂ）のａとｂの差分の絶対値を、図２（ｃ）のＡとし、図２（ｂ）のｂとｃとの差分の絶対値を図２（ｃ）のＢとする処理を、１キャリア周期中にサンプリングする電流値の全て（ａ〜ｔ）について行う。ＳＷパターン検出部５１で算出した電流値の差分の絶対値のうち、１キャリア周期中で大きい方から上位４点（図２（ｃ）の例では、Ｇ（｜ｈ−ｇ｜）、Ｈ（｜ｉ−ｈ｜）、Ｌ（｜ｍ−ｌ｜、Ｎ＝｜ｏ−ｎ｜））をＳＷ切替ポイントとして、補正電圧算出部５２に出力する。これは、ＳＷ切替が行われると、そのタイミングの前後で電流値が大きく変化することに基づくものである。
【００２６】
図３は、デッドタイム区間での印加電圧を説明するための図である。図３に示すように、デッドタイム区間での印加電圧は、その時に流れる電流の向きで決定される。モータ２から出る電流（負電流）によりＰ側電圧（ＤＣ電圧）が定まり、モータ２に入る電流（正電流）によりＮ側電圧（ＧＮＤ）が定まる。このように、母線電流はＳＷパターンに応じた電流が流れ、電流変化点はＳＷパターンの変化点となるため、電流変化点を検出することで、ＳＷ切替タイミングを検出することができる。
【００２７】
図４は、図１の補正電圧算出部５２がＰＷＭパターンおよびＳＷ切替ポイントに基づいて、補正電圧を算出する処理を説明するための図である。図４において、ＵＰはインバータ部１のＵ相上アームのスイッチ素子に入力されるＰＷＭ出力、ＵＮは、インバータ部１のＵ相下アームのスイッチ素子に入力されるＰＷＭ出力を示すものであり、ＶＰ、ＶＮ、ＷＰ、ＷＮは、これと同様に、それぞれ、Ｖ相の上下アームのそれぞれのスイッチ素子に入力されるＰＷＭ出力、Ｗ相の上下アームのそれぞれのスイッチ素子に入力されるＰＷＭ出力を示すものである。同図において、補正電圧算出部５２は、ＳＷパターン検出部５１から入力された４つのＳＷ切替ポイントからＳＷ切替タイミングを推定し、ＰＷＭパターンとの差分（デッドタイムによる電圧不足分）を各相毎に算出する（図４中、斜線部分が差分を示している）。なお、本実施例におけるモータ制御は２相変調方式であり、１キャリア周期内では、２相のＯＮ／ＯＦＦが変化し、他の１相は固定であるので、４つのＳＷ切替ポイントで２相のＳＷ切替タイミングを推定することができる。また、ＳＷ切替ポイントからＳＷ切替タイミングを推定する具体的な方法については、本実施例では、ＰＷＭのキャリアが三角波であるため、４つのＳＷ切替タイミングをキャリア周期の中心に対して対称となるようにとってゆき、内側の２点同士と外側の２点同士をそれぞれ結んで対応する各相のＳＷ切替タイミングとする。
【００２８】
さらに、補正電圧算出部５２は、推定したＳＷ切替タイミングとＰＷＭ変調部５５から入力されるＰＷＭパターンとの差分をΔｔ（図４において、Δｔ＝２ａ）として、この差分Δｔを下式（１）に代入して、補正電圧を算出する。
【００２９】
補正電圧＝ＤＣ電圧×（Δｔ／キャリア周期）・・・（１）
【００３０】
なお、推定したＳＷ切替タイミングを、どのＰＷＭ出力に対応付けて差分を取るかについては、ＳＷ切替タイミングの幅とＰＷＭ出力の幅をそれぞれ大きい順に順位付けし、それぞれの対応する順位の信号で差分をとっている。図４を用いて説明すると、一番幅の広いＰＷＭ出力であるＵＰと、一番幅の広いＳＷ切替タイミングで差分を取り、次に幅の広いＰＷＭ出力であるＶＰと、次に幅の広いＳＷ切替タイミングで差分を取ることになるので、一番幅の広いＳＷ切替タイミングをＵ相のスイッチ切替タイミングとし、次に幅の広いＳＷ切替タイミングをＶ相のＳＷ切替タイミングとして、差分を取ることになる。
【００３１】
上記図１の構成のインバータ装置の動作を、図５−１および図５−２のタイミングチャートを参照して説明する。図５−１および図５−２は、上記図１の構成のインバータ装置のタイミングチャートの一例を示す図である。同図において、（ａ）は電圧指令、（ｂ）は補正電圧、（ｃ）は出力電圧、（ｄ）はＰＷＭ出力、（ｅ）は補正ＰＷＭ出力、（ｆ）は母線電流、（ｇ）は電流差分、（ｈ）はＳＷ切替タイミングを示している。図５−１および図５−２間で、縦軸の一点鎖線は同一の時刻を示している。
【００３２】
図１において、電圧指令発生部５３から出力された電圧指令（図５−１（ａ）参照）は、電圧制御部５４に入力される。電圧制御部５４では、この電圧指令と補正電圧算出部５２から入力される一つ前のサンプリング周期で検出されたＳＷ切替タイミング（図５−２（ｈ）参照）に基づいて、出力電圧（図５−１（ｃ）参照）を生成する。生成された出力電圧は、ＰＷＭ変調部５５に入力される。ＰＷＭ変調部５５では、出力電圧がＰＷＭ変調されてＰＷＭパターン（図５−１（ｄ）参照）が生成され、ＰＷＭパターンは、デッドタイム生成部５６および補正電圧算出部５２に入力される。
【００３３】
デッドタイム生成部５６では、ＰＷＭパターンにインバータ部１の上下アームの短絡を防ぐためのデッドタイムＴｄが付加され、デッドタイムＴｄが付加された補正ＰＷＭパターン（図５−２（ｅ））は、ベース駆動回路６に入力され、ベース駆動回路６はインバータ部１を駆動する。これによりインバータ部１は駆動電力をモータ２に供給する。
【００３４】
一方、母線電流検出回路４で検出された母線電流の電流値はＳＷパターン検出部５１に入力され、所定時間間隔でサンプリングされる（図５−２（ｆ）参照）。さらに、ＳＷパターン検出部５１では、ここでサンプリングされた電流値を用いて、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、その一つ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値が算出される（図５−２（ｇ）参照）。
【００３５】
そして、算出された差分の絶対値のうち、１キャリア周期内で上位４点をＳＷ切替タイミング（図５−２（ｈ）参照）として補正電圧算出部５２に出力される。補正電圧算出部５２では、前述のとおり、ＰＷＭ変調部５５から入力されるＰＷＭパターンとＳＷパターン検出部５１で推定されるＳＷ切替タイミングとの差分に基づいて、補正電圧（図５−１（ｂ）参照）が算出されて、電圧制御部５４に出力される。
【００３６】
なお、ＳＷ切替タイミングの検出から補正電圧を算出し、電圧指令に反映されるまでにはタイムラグが存在し、図５−１および図５−２に示すように、「キャリア周期Ｎ」でのＳＷ切替タイミングに基づいて補正された補正電圧は、「キャリア周期Ｎ＋１」の途中から反映され（図５−１（ｃ）参照）、この補正電圧は、「キャリア周期Ｎ＋１」で検出されたＳＷ切替タイミング（図５−１（ｈ）参照）に基づいて算出される補正電圧が反映されるまで出力され続ける。
【００３７】
また、所定のキャリア周期で出力された出力電圧がＰＷＭ変調部５５でＰＷＭ変調されＰＷＭパターン（図５−１（ｄ）参照）に反映されるまで１キャリア周期分の時間を必要とし、例えば、「キャリア周期Ｎ＋１」で出力された出力電圧（図５−１（ｃ）参照）が反映されるのは、「キャリア周期Ｎ＋２」のＰＷＭパターンとなる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、母線電流検出回路４は、母線電流を検出し、制御部５は、母線電流検出回路４で検出された母線電流に基づいて、インバータ部１のＳＷパターンを推定し、推定されたＳＷパターンに基づいて、電圧指令を補正することとしたので、低コストおよび実装面積を増大させることなく、ＰＷＭパターンに付加されるデットタイムに拘わらず、電圧指令どおりの電圧をモータに印加するデッドタイム補正を行うことが可能となる。
【００３９】
また、制御部５は、サンプリング母線電流検出回路４で検出される母線電流を所定時間間隔でサンプリングし、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、その一つ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値を算出し、差分の絶対値のうちの上位数点をＳＷ切替タイミングとし、当該ＳＷ切替タイミングに基づいてデッドタイム補正を行うこととしたので、簡単な方法で高精度にデッドタイム補正を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置およびインバータ装置の制御方法は、各種装置に広く利用可能であり、特に、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、クリーナー、換気扇、およびこれらの駆動装置等に有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１ インバータ部
２ モータ
３ 直流電源
４ 母線電流検出回路
５ 制御部
６ ベース駆動回路
５１ ＳＷパターン検出部
５２ 補正電圧算出部
５３ 電圧指令発生部
５４ 電圧制御部
５５ ＰＷＭ変調部
５６ デッドタイム生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置およびインバータ装置の制御方法に関し、詳細には、電圧指令に応じてインバータ部をスイッチングして交流電動機を駆動し、かつ、前記スイッチング部の上下アームの短絡を防止するためのデッドタイム補正を行うインバータ装置およびインバータ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置により交流モータを駆動する場合、インバータ部を駆動するＰＷＭ信号のデッドタイムによる印加電圧歪や交流モータのインピーダンスおよび慣性モーメントなどが複雑に絡み合って電流波形が周期的に振動するいわゆる乱調現象が発生する場合がある。これは特に交流モータが大型となり、また低負荷、低周波数域において頻繁に発生する現象である。
【０００３】
この乱調の発生により交流モータそのものに振動が生じ、振動の度合によっては運転を継続するのが困難となる場合が生じる。このような乱調現象を抑制する方法として、乱調発生の要因の一つであるインバータ部を駆動するＰＷＭ信号のデッドタイムによる出力電圧誤差を補正する方法がある。かかるデットタイム補正を行う技術として、例えば、特許文献１のインバータ装置が公知である。
【０００４】
図６は、特許文献１のインバータ装置の構成を示す図である。図６に示すインバータ装置は、電圧指令発生回路１０１からの指令を受けて、該指令に基づいて出力電圧を発生させ、交流電動機１０９を駆動する。インバータ装置は、出力電圧を発生するパワースイッチング回路１０７と、パワースイッチング回路１０７の上下アームの短絡を防止するためにデッドタイムを生成するデッドタイム生成回路１０５と、出力電圧を検出する電圧検出回路１０８と、電圧検出回路１０８からの検出信号に基づき上記指令を補正する減算器１０２と、電圧制御器１０３とを備えている。
【０００５】
図７は、上記電圧検出回路１０８の構成を示す図である。電圧検出回路１０８は、図７に示すように、フォトカプラ２０１、アナログスイッチ２０２、およびフィルタ回路２０３を有している。電圧検出回路１０８では、パワースイッチング回路１０７からの出力電圧（ＰＷＭ電圧）が入力されると、その立ち上がり及び立ち下がりをフォトカプラ２０１が検出する。フォトカプラ２０１を用いることにより、高電圧のインバータ装置側電源と電圧検出回路側電源とを電気的に絶縁することができる。フォトカプラ２０１による検出信号はタイミング信号としてアナログスイッチ２０２に入力されアナログスイッチ２０２を駆動する。これによりアナログスイッチ２０２からは正負の基準電圧で正規化されたＰＷＭ電圧検出信号が得られる。このＰＷＭ電圧検出信号はフィルタ回路２０３に入力され復調されて電圧検出信号として減算器１０２へ出力される。
【０００６】
図６に戻り、電圧指令発生回路１０１から出力された正弦波電圧指令は減算器１０２に入力される。減算器１０２は、正弦波電圧指令から電圧検出回路１０８の検出信号を減算した偏差信号を出力する。この偏差信号は電圧制御器１０３に入力され増幅演算される。増幅された偏差信号はＰＷＭ変調回路１０３でパルス幅変調される。デッドタイム生成回路１０５は、パワースイッチング回路１０７の上下アームの短絡を防ぐようにパルス幅変調された偏差信号にデッドタイムを設ける。デッドタイムが設けられた偏差信号は、ベース駆動回路１０６に入力され、ベース駆動回路１０６はパワースイッチング回路１０７を駆動する。これによりパワースイッチング回路１０７は駆動電圧（出力電圧）を交流電動機１０９および電圧検出回路１０８に供給する。電圧検出回路１０８で検出された電圧検出信号は減算器１０２へ出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−１３７３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１では、電圧検出回路を使用してデッドタイム補正を行う構成であるので、高価な電圧検出回路を搭載する必要があるため、コストと基板面積が増大するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストな構成でデッドタイム補正を行うことが可能なインバータ装置およびインバータ装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置であって、母線電流を検出する母線電流検出手段と、前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する推定手段と、前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記母線電流検出手段は、母線電流を所定時間間隔でサンプリングし、前記推定手段は、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、その１つ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値を算出し、前記差分の絶対値の大きい方から数点を前記スイッチ切替タイミングとすることが望ましい。
【００１２】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置の制御方法であって、母線電流検出手段が母線電流を検出する工程と、推定手段が、前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する工程と、電圧制御手段が、前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置であって、母線電流を検出する母線電流検出手段と、前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する推定手段と、前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する電圧制御手段と、を備えているので、低コストな構成でデッドタイム補正を行うことが可能なインバータ装置を提供することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施の形態に係わるインバータ装置のブロック構成図である。
【図２】図２は、母線電流に基づいてＳＷ切替タイミング（ポイント）を算出する処理を説明するための図である。
【図３】図３は、デッドタイム区間での印加電圧を説明するための図である。
【図４】図４は、補正電圧を算出する処理を説明するための図である。
【図５−１】図５−１は、インバータ装置のタイミングチャートの一例を示す図である。
【図５−２】図５−２は、インバータ装置のタイミングチャートの一例を示す図である。
【図６】図６は、従来のインバータ装置を示す図である。
【図７】図７は、図６の電圧検出回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、この発明にかかるインバータ装置およびインバータ装置の制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
図１は実施の形態に係わるインバータ装置のブロック構成図である。本実施の形態に係るインバータ装置は、インバータ装置に一般的に搭載されている母線電流検出回路により検出した母線電流に基づいて、モータへの印加電圧を推定し、推定した印加電圧を用いて、低コストな構成でデッドタイム補正を実現している。
【００１７】
図１において、インバータ装置は、モータ２を駆動するインバータ部１と、モータ２と、直流電源３と、母線電流を検出する母線電流検出回路４と、電圧指令に応じてインバータ部１をスイッチングするためのＰＷＭパターンを生成する制御部５と、ＰＷＭパターンに応じて、インバータ部１をスイッチングするベース駆動回路６を備えている。
【００１８】
インバータ部１は、複数のスイッチング素子より構成され可変周波数・可変電圧の交流電圧を出力する。インバータ部１の出力で駆動されるモータ２として誘導電動機や同期電動機などが用いられる。
【００１９】
直流電源３は、インバータ部１に直流電力を供給するものであり、交流電源３１から供給される交流電力を、ダイオードブリッジ３２にて全波整流して得られる脈流電圧を電解コンデンサ３３にて平滑することにより直流電力を供給する。母線電流検出回路（母線電流検出手段）４は、モータ２の母線電流を検出して、制御部５に出力する。
【００２０】
制御部（推定手段、電圧制御手段）５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、およびポート等を備えたマイクロコンピュータで構成することができる。制御部５は、ＳＷパターン検出部５１と、補正電圧算出部５２と、電圧指令発生部５３と、電圧制御部５４と、ＰＷＭ変調部５５と、デッドタイム生成部５６とを備えている。制御部５の各部の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより実現可能である。
【００２１】
ＳＷパターン検出部５１は、母線電流検出回路４で検出された母線電流を所定のサンプリング周期で検出して、サンプリングした電流値に基づいて、ＳＷ切替タイミングを検出して、補正電圧算出部５２に出力する。
【００２２】
補正電圧算出部５２は、ＳＷパターン検出部５１から入力されるＳＷ切替タイミングで推定されるＳＷパターンとＰＷＭ変調部５５から入力されるＰＷＭパターンに基づいて、補正電圧を算出する。
【００２３】
電圧指令発生部５３は、電圧指令を電圧制御部５４に出力する。電圧制御部５４は、電圧指令発生部５３から入力される電圧指令と補正電圧算出部５２で生成された補正電圧とに基づいて、出力電圧を算出して、ＰＷＭ変調回路５５に出力する。ＰＷＭ変調回路５５は、電圧制御部５４から入力される出力電圧に基づいて、ＰＷＭパターンを算出して、補正電圧算出部５２およびデッドタイム生成部５６に出力する。デッドタイム生成部５６は、ＰＷＭ変調部５５から入力されるＰＷＭパターンに、インバータ部１の上下アームの短絡を防ぐためのデッドタイムを設けた補正ＰＷＭパターンを出力する。ベース駆動回路６は、ＰＷＭ変調部５５から入力される補正ＰＷＭパターンに基づいて、インバータ部１をスイッチングする。
【００２４】
図２は、上記ＳＷパターン検出部５１が、母線電流検出回路４で検出した母線電流に基づいてＳＷ切替タイミング（ポイント）を算出する処理を説明するための図である。図２において、（ａ）は母線電流の一例、（ｂ）は母線電流のサンプリング点、（ｃ）はＳＷ切り替えポイントを示している。
【００２５】
ＳＷパターン検出部５１は、母線電流を所定時間間隔でサンプリングする。ＳＷパターン検出部５１は、サンプリングした電流値を記憶し、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、そのサンプリング点のひとつ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値を算出する。具体的には、図２（ｂ）のａとｂの差分の絶対値を、図２（ｃ）のＡとし、図２（ｂ）のｂとｃとの差分の絶対値を図２（ｃ）のＢとする処理を、１キャリア周期中にサンプリングする電流値の全て（ａ〜ｔ）について行う。ＳＷパターン検出部５１で算出した電流値の差分の絶対値のうち、１キャリア周期中で大きい方から上位４点（図２（ｃ）の例では、Ｇ（｜ｈ−ｇ｜）、Ｈ（｜ｉ−ｈ｜）、Ｌ（｜ｍ−ｌ｜、Ｎ＝｜ｏ−ｎ｜））をＳＷ切替ポイントとして、補正電圧算出部５２に出力する。これは、ＳＷ切替が行われると、そのタイミングの前後で電流値が大きく変化することに基づくものである。
【００２６】
図３は、デッドタイム区間での印加電圧を説明するための図である。図３に示すように、デッドタイム区間での印加電圧は、その時に流れる電流の向きで決定される。モータ２から出る電流（負電流）によりＰ側電圧（ＤＣ電圧）が定まり、モータ２に入る電流（正電流）によりＮ側電圧（ＧＮＤ）が定まる。このように、母線電流はＳＷパターンに応じた電流が流れ、電流変化点はＳＷパターンの変化点となるため、電流変化点を検出することで、ＳＷ切替タイミングを検出することができる。
【００２７】
図４は、図１の補正電圧算出部５２がＰＷＭパターンおよびＳＷ切替ポイントに基づいて、補正電圧を算出する処理を説明するための図である。図４において、ＵＰはインバータ部１のＵ相上アームのスイッチ素子に入力されるＰＷＭ出力、ＵＮは、インバータ部１のＵ相下アームのスイッチ素子に入力されるＰＷＭ出力を示すものであり、ＶＰ、ＶＮ、ＷＰ、ＷＮは、これと同様に、それぞれ、Ｖ相の上下アームのそれぞれのスイッチ素子に入力されるＰＷＭ出力、Ｗ相の上下アームのそれぞれのスイッチ素子に入力されるＰＷＭ出力を示すものである。同図において、補正電圧算出部５２は、ＳＷパターン検出部５１から入力された４つのＳＷ切替ポイントからＳＷ切替タイミングを推定し、ＰＷＭパターンとの差分（デッドタイムによる電圧不足分）を各相毎に算出する（図４中、斜線部分が差分を示している）。なお、本実施例におけるモータ制御は２相変調方式であり、１キャリア周期内では、２相のＯＮ／ＯＦＦが変化し、他の１相は固定であるので、４つのＳＷ切替ポイントで２相のＳＷ切替タイミングを推定することができる。また、ＳＷ切替ポイントからＳＷ切替タイミングを推定する具体的な方法については、本実施例では、ＰＷＭのキャリアが三角波であるため、４つのＳＷ切替タイミングをキャリア周期の中心に対して対称となるようにとってゆき、内側の２点同士と外側の２点同士をそれぞれ結んで対応する各相のＳＷ切替タイミングとする。
【００２８】
さらに、補正電圧算出部５２は、推定したＳＷ切替タイミングとＰＷＭ変調部５５から入力されるＰＷＭパターンとの差分をΔｔ（図４において、Δｔ＝２ａ）として、この差分Δｔを下式（１）に代入して、補正電圧を算出する。
【００２９】
補正電圧＝ＤＣ電圧×（Δｔ／キャリア周期）・・・（１）
【００３０】
なお、推定したＳＷ切替タイミングを、どのＰＷＭ出力に対応付けて差分を取るかについては、ＳＷ切替タイミングの幅とＰＷＭ出力の幅をそれぞれ大きい順に順位付けし、それぞれの対応する順位の信号で差分をとっている。図４を用いて説明すると、一番幅の広いＰＷＭ出力であるＵＰと、一番幅の広いＳＷ切替タイミングで差分を取り、次に幅の広いＰＷＭ出力であるＶＰと、次に幅の広いＳＷ切替タイミングで差分を取ることになるので、一番幅の広いＳＷ切替タイミングをＵ相のスイッチ切替タイミングとし、次に幅の広いＳＷ切替タイミングをＶ相のＳＷ切替タイミングとして、差分を取ることになる。
【００３１】
上記図１の構成のインバータ装置の動作を、図５−１および図５−２のタイミングチャートを参照して説明する。図５−１および図５−２は、上記図１の構成のインバータ装置のタイミングチャートの一例を示す図である。同図において、（ａ）は電圧指令、（ｂ）は補正電圧、（ｃ）は出力電圧、（ｄ）はＰＷＭ出力、（ｅ）は補正ＰＷＭ出力、（ｆ）は母線電流、（ｇ）は電流差分、（ｈ）はＳＷ切替タイミングを示している。図５−１および図５−２間で、縦軸の一点鎖線は同一の時刻を示している。
【００３２】
図１において、電圧指令発生部５３から出力された電圧指令（図５−１（ａ）参照）は、電圧制御部５４に入力される。電圧制御部５４では、この電圧指令と補正電圧算出部５２から入力される一つ前のサンプリング周期で検出されたＳＷ切替タイミング（図５−２（ｈ）参照）に基づいて、出力電圧（図５−１（ｃ）参照）を生成する。生成された出力電圧は、ＰＷＭ変調部５５に入力される。ＰＷＭ変調部５５では、出力電圧がＰＷＭ変調されてＰＷＭパターン（図５−１（ｄ）参照）が生成され、ＰＷＭパターンは、デッドタイム生成部５６および補正電圧算出部５２に入力される。
【００３３】
デッドタイム生成部５６では、ＰＷＭパターンにインバータ部１の上下アームの短絡を防ぐためのデッドタイムＴｄが付加され、デッドタイムＴｄが付加された補正ＰＷＭパターン（図５−２（ｅ））は、ベース駆動回路６に入力され、ベース駆動回路６はインバータ部１を駆動する。これによりインバータ部１は駆動電力をモータ２に供給する。
【００３４】
一方、母線電流検出回路４で検出された母線電流の電流値はＳＷパターン検出部５１に入力され、所定時間間隔でサンプリングされる（図５−２（ｆ）参照）。さらに、ＳＷパターン検出部５１では、ここでサンプリングされた電流値を用いて、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、その一つ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値が算出される（図５−２（ｇ）参照）。
【００３５】
そして、算出された差分の絶対値のうち、１キャリア周期内で上位４点をＳＷ切替タイミング（図５−２（ｈ）参照）として補正電圧算出部５２に出力される。補正電圧算出部５２では、前述のとおり、ＰＷＭ変調部５５から入力されるＰＷＭパターンとＳＷパターン検出部５１で推定されるＳＷ切替タイミングとの差分に基づいて、補正電圧（図５−１（ｂ）参照）が算出されて、電圧制御部５４に出力される。
【００３６】
なお、ＳＷ切替タイミングの検出から補正電圧を算出し、電圧指令に反映されるまでにはタイムラグが存在し、図５−１および図５−２に示すように、「キャリア周期Ｎ」でのＳＷ切替タイミングに基づいて補正された補正電圧は、「キャリア周期Ｎ＋１」の途中から反映され（図５−１（ｃ）参照）、この補正電圧は、「キャリア周期Ｎ＋１」で検出されたＳＷ切替タイミング（図５−１（ｈ）参照）に基づいて算出される補正電圧が反映されるまで出力され続ける。
【００３７】
また、所定のキャリア周期で出力された出力電圧がＰＷＭ変調部５５でＰＷＭ変調されＰＷＭパターン（図５−１（ｄ）参照）に反映されるまで１キャリア周期分の時間を必要とし、例えば、「キャリア周期Ｎ＋１」で出力された出力電圧（図５−１（ｃ）参照）が反映されるのは、「キャリア周期Ｎ＋２」のＰＷＭパターンとなる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、母線電流検出回路４は、母線電流を検出し、制御部５は、母線電流検出回路４で検出された母線電流に基づいて、インバータ部１のＳＷパターンを推定し、推定されたＳＷパターンに基づいて、電圧指令を補正することとしたので、低コストおよび実装面積を増大させることなく、ＰＷＭパターンに付加されるデットタイムに拘わらず、電圧指令どおりの電圧をモータに印加するデッドタイム補正を行うことが可能となる。
【００３９】
また、制御部５は、サンプリング母線電流検出回路４で検出される母線電流を所定時間間隔でサンプリングし、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、その一つ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値を算出し、差分の絶対値のうちの上位数点をＳＷ切替タイミングとし、当該ＳＷ切替タイミングに基づいてデッドタイム補正を行うこととしたので、簡単な方法で高精度にデッドタイム補正を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置およびインバータ装置の制御方法は、各種装置に広く利用可能であり、特に、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、クリーナー、換気扇、およびこれらの駆動装置等に有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１ インバータ部
２ モータ
３ 直流電源
４ 母線電流検出回路
５ 制御部
６ ベース駆動回路
５１ ＳＷパターン検出部
５２ 補正電圧算出部
５３ 電圧指令発生部
５４ 電圧制御部
５５ ＰＷＭ変調部
５６ デッドタイム生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置であって、
母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する推定手段と、
前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記母線電流検出手段は、母線電流を所定時間間隔でサンプリングし、
前記推定手段は、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、１つ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値を算出し、前記差分の絶対値の大きい方から数点を前記スイッチ切替タイミングとすることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置の制御方法であって、
母線電流検出手段が母線電流を検出する工程と、
推定手段が、前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する工程と、
電圧制御手段が、前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する工程と、
を含むことを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【請求項１】
電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置であって、
母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する推定手段と、
前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記母線電流検出手段は、母線電流を所定時間間隔でサンプリングし、
前記推定手段は、あるサンプリング点（ｎ＋１）でサンプリングされた電流値と、１つ前のサンプリング点（ｎ）でサンプリングされた電流値との差分の絶対値を算出し、前記差分の絶対値の大きい方から数点を前記スイッチ切替タイミングとすることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
電圧指令手段により発生する電圧指令信号に応じてインバータ部をスイッチングして電動機を駆動するインバータ装置の制御方法であって、
母線電流検出手段が母線電流を検出する工程と、
推定手段が、前記母線電流検出手段で検出された母線電流に基づいて、前記インバータ部のスイッチ切替タイミングを推定する工程と、
電圧制御手段が、前記推定手段で推定されたスイッチ切替タイミングに基づいて、前記インバータ部の上下アームの短絡を防止するための前記電圧指令信号を補正する工程と、
を含むことを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−６７０００（Ｐ２０１１−６７０００Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４９２９（Ｐ２００９−２１４９２９）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
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