インバータ装置
【課題】 ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長い場合があっても、コンデンサ容量を小さくできるインバータ装置を提供すること。
【解決手段】 ローサイドのスイッチ動作により充電され、ハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３の駆動電源を供給するブートストラップコンデンサ４１〜４３と、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を検出する電圧検出器OP1〜OP3と、スイッチ駆動回路３１〜３６を制御する制御部２と、制御部２に設けられ、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧に基づいて、PWM周波数を低い周波数に変更する基準値比較部２１及びPWM周波数制御部２２を備えた。
【解決手段】 ローサイドのスイッチ動作により充電され、ハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３の駆動電源を供給するブートストラップコンデンサ４１〜４３と、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を検出する電圧検出器OP1〜OP3と、スイッチ駆動回路３１〜３６を制御する制御部２と、制御部２に設けられ、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧に基づいて、PWM周波数を低い周波数に変更する基準値比較部２１及びPWM周波数制御部２２を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、交流モータを駆動するようインバータ装置に設けられて駆動されるスイッチ素子に対して、ハイサイドにブートストラップコンデンサを設け、ローサイドの通電時に、このブートストラップコンデンサを充電し、ハイサイドのスイッチ素子の駆動回路をこの充電電圧により駆動している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３４８８８０号公報（第２−５頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来にあっては、ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長くなると、ハイサイドのスイッチ素子の駆動電圧が低下するため、コンデンサ容量が大容量化しなければならなかった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長い場合があっても、コンデンサ容量を小さくできるインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、ハイサイドとローサイドによるブリッジ構成により、少なくともハイサイドでPWMスイッチング動作を行い、負荷を駆動するインバータ装置において、ハイサイドとローサイドのブリッジ回路を構成するよう設けられたスイッチ素子と、スイッチ素子を駆動するスイッチ駆動手段と、ローサイドのスイッチ動作により充電され、ハイサイドのスイッチ駆動手段の駆動電源を供給するブートストラップコンデンサと、ブートストラップコンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチ駆動手段を制御する制御手段と、制御手段に設けられ、ブートストラップコンデンサの検出電圧に基づいて、PWM周波数を低い周波数に変更する周波数変更手段と、を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長い場合があっても、コンデンサ容量を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のインバータ装置を実現する実施の形態を、請求項１に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，２に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，２，３に係る発明に対応する実施例３に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のインバータ装置の回路構成を示す図である。
実施例１のインバータ装置１は、制御部２、スイッチ駆動回路３１〜３６、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2、ダイオードＤu1〜Ｄw2、ブートストラップコンデンサ４１〜４３、電圧検出器OP1〜OP3、コンデンサ６、ダイオード７１〜７３、コンデンサ８、電源９、抵抗１０〜１２を備え、モータ５を駆動制御している。
【０００９】
制御部２は、入力端子をローサイドでのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2のエミッタ（又はドレイン）と抵抗１０〜１２の間に接続し、各相の電流を検出する。また、電圧検出器OP1〜OP3からの入力により、ハイサイドの各相のブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を検出する。そして、各相の電流とブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧に基づいて、ハイサイドとローサイドのスイッチ駆動回路３１〜３６へのPWM駆動パルス指令値を演算し、出力する。制御部２の出力端子は、スイッチ駆動回路３１〜３６へ接続されている。
【００１０】
スイッチ駆動回路３１〜３６は、入力端子を制御部２からの出力に接続し、出力端子をスイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2のベース（又はゲート）に接続する。さらに、電源入力となるプラス端子及びマイナス端子は、ハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３では、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の上下流に接続し、ローサイドのスイッチ駆動回路３４〜３６では、コンデンサ６の上下流に接続する。そして、制御部２からのPWM駆動パルス指令値に従って、PWM駆動パルスまたは駆動パルスを成形し、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2へ出力する。
スイッチ駆動回路３１〜３６の具体例として、制御部２からのPWMパルス信号又はパルス信号のレベルシフトを行うシフト回路とバッファの組合せたものを挙げておく。
【００１１】
スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2は、ハイサイドのスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1のコレクタ（又はソース）をコンデンサ８のプラス端子に接続し、エミッタ（又はドレイン）をローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2のそれぞれのコレクタ（又はソース）へ接続する。ローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2のエミッタ（又はドレイン）は、それぞれ抵抗１０〜１２を介してコンデンサ８のマイナス端子へ接続する。これにより、ハーフブリッジを構成する。そして、それぞれハイサイドとローサイドの間をモータ５の各相へ接続する。また、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2の各ベース（又はゲート）は、それぞれスイッチ駆動回路３１〜３６の出力に接続する回路構成である。そして、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2は、PWM駆動パルスによりモータ５を駆動する。
ダイオードＤu1〜Ｄw2は、ダイオードＤu1,Ｄv1,Ｄw1,Ｄu2,Ｄv2,Ｄw2からなり、それぞれカソードを各スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2のコレクタ（又はソース）に接続し、アノードをエミッタ（又はドレイン）に接続する。そして、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2のコレクタ（又はソース）・エミッタ（又はドレイン）間の電流を還流するフライホイールダイオードとして機能する。
【００１２】
ブートストラップコンデンサ４１〜４３は、ハイサイドのスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1に対応して設けられ、そのプラス端子をダイオード７１〜７３のそれぞれのカソードに接続する。また、プラス端子は、それぞれスイッチ駆動回路３１〜３３のプラス端子にも接続される。そして、マイナス端子は、スイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1のエミッタ（又はドレイン）に接続する。また、マイナス端子はスイッチ駆動回路３１〜３３のマイナス端子にも接続する。そして、ブートストラップコンデンサ４１〜４３は、ハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３の電源供給を行う。
【００１３】
電圧検出器OP1〜OP3は、入力端子をそれぞれのブートストラップコンデンサ４１〜４３のプラス端子とマイナス端子に接続し、出力端子を制御部２へ接続する。そして、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を検出する。
【００１４】
コンデンサ６は、プラス端子をダイオード７１〜７３のアノードへ接続し、マイナス端子をコンデンサ８のマイナス端子へ接続する。なお、プラス端子及びマイナス端子は、ローサイドのスイッチ駆動回路３４〜３６のプラス端子及びマイナス端子にも接続される。そして、コンデンサ６は、ローサイドのスイッチ駆動回路３４〜３６の電源供給を行う。
ダイオード７１〜７３は、カソードをブートストラップコンデンサ４１〜４３のプラス端子及びハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３のプラス端子へ接続し、アノードをコンデンサ６のプラス端子及びローサイドのスイッチ駆動回路３４〜３６のプラス端子へ接続する。そして、コンデンサ６からブートストラップコンデンサ４１〜４３のプラス端子及びハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３のプラス端子へ電流の流れを整流する。
【００１５】
コンデンサ８はプラス端子を電源９のプラス端子及びハイサイドのスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1のコレクタ（又はソース）へ接続し、マイナス端子を電源９のマイナス端子及び抵抗１０〜１２を介してローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2のエミッタ（又はドレイン）へ接続する。そして、コンデンサ８は電源９により充電され、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2へのコレクタ・エミッタ間（又はソース・ドレイン間）への電圧供給を行う。
電源９は、プラス端子をコンデンサ８のプラス端子へ接続し、マイナス端子をコンデンサ８のマイナス端子へ接続し、コンデンサ８を充電する電源供給を行う。
また、実施例１において、インバータ装置１が駆動するモータ５は、コイル５ｕ，５ｖ，５ｗをスター結線した３相交流ブラシレスモータである。
【００１６】
次に実施例１のインバータ装置１が備える制御部２のPWM周波数制御に関する一部について説明する。
図２は実施例１のインバータ装置１の制御部２の一部のブロック構成を示す説明図である。なお、図２には、説明上、１相の回路部分の一部と電圧検出器OP1を示すが、３相それぞれの入力に対して処理を行う。
制御部２は、基準値比較部２１、PWM周波数制御部２２、駆動パルス演算部２３を備えている。
【００１７】
基準値比較部２１は、予め設定された基準値と、電圧検出器OP1〜OP3から入力されるブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧を比較し、検出電圧が基準値を下回るかどうかを判断し、判断結果をPWM周波数制御部２２へ出力する。なお、基準値は、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を電源として用いるハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３が、充分にスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1を駆動できる範囲で設定する。
PWM周波数制御部２２は、検出電圧が基準値を下回ると、PWMパルスの周波数を低くする指令を出力する。なお、基準値及び低下させる周波数は予め設定しておくものとする。検出電圧が基準値以上の場合には、高いPWMパルスの周波数を維持する指令を出力する。
駆動パルス演算部２３は、PWM周波数制御部２２からの指令に基づいた駆動周波数で、制御部２の制御に従って、駆動パルスの指令値を演算し、スイッチ駆動回路３１〜３６へ出力する。
【００１８】
作用を説明する。
[PWM周波数変更処理]
図３に示すのは、実施例１のインバータ装置１の制御部２で実行するPWM周波数変更処理の流れを示すフローチャートで、以下各ステップについて説明する。
【００１９】
ステップＳ１では、基準値比較部２１が、電圧検出器OP1〜OP3からブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧を入力する。
【００２０】
ステップＳ２では、基準値比較部２１が、検出電圧と基準電圧を比較し、検出電圧が基準電圧以上ならばステップＳ３へ進み、検出電圧が基準電圧より低い場合はステップＳ４へ進む。
【００２１】
ステップＳ３では、PWM周波数制御部２２が、高いPWMパルスの周波数を維持する。
【００２２】
ステップＳ４では、PWM周波数制御部２２が、PWMパルスの周波数を低く変更する。
【００２３】
ステップＳ５では、駆動パルス演算部２３が、ステップＳ３又はステップＳ４で設定した周波数で、駆動パルスの指令値を演算し、出力する。
【００２４】
[コンデンサ容量を抑制する作用]
図４は実施例１のインバータ装置の通電パターンを説明する図である。
インバータ装置１では、図４に示すように、ハイサイドのスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1をPWMパルス駆動し、ローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2をパルス駆動する。
例えば、Ｕ相のハイサイドをPWMパルス駆動すると、やや遅れてＷ相のローサイドをパルス駆動し、コイル５ｕ，５ｗに通電する状態にし、次にＶ相のハイサイドをパルス駆動し、これにやや遅れてＵ相のローサイドをパルス駆動し、コイル５ｖ，５ｕに通電する状態にする。このように通電パターンを１２０度毎に切り替えるようにして、モータ５を駆動する。
【００２５】
次にブートストラップコンデンサ４１〜４３への充電状態について説明する。
Ｕ相を例に説明する。実施例１のインバータ装置では、上記のような通電パターンの際に、Ｕ相のローサイドのスイッチ素子Ｑu2がオンとなった際に、図２に符号１００で示す電流経路により、ブートストラップコンデンサ４１への充電を行う。つまり、コンデンサ６からダイオード７１、ブートストラップコンデンサ４１、スイッチ素子Ｑu2、抵抗１０を流れる経路である。
そして、ローサイドのスイッチ素子Ｑu2がオフになると、ブートストラップコンデンサ４１電圧が降下し始める。これはスイッチ駆動回路３１の静止電流によるものである。
【００２６】
通電パターンの切り替えによりハイサイドのスイッチ素子Ｑu1をオンにし、PWM駆動する際には、ブートストラップコンデンサ４１に蓄えた電荷が消費されることになる。ハイサイドのスイッチ素子Ｑu1がオン、オフする際に消費される電荷量をq1とすると、ｎ回のスイッチングにより放電する電荷量はｎ×q1となる。このｎはPWM変調周波数に比例するので、消費する電荷量もPWM変調周波数に比例することになる。この際の消費電流は、静止電流より十分に大きいものである。そのため、図４(c)に示すブートストラップコンデンサ４１の電圧低下に寄与するのは、ほとんどスイッチング時の消費電流によるものである。また、Ｖ相、Ｗ相のハイサイドについても同様にスイッチ動作に伴い、ブートストラップコンデンサ４２，４３の電圧が低下する。
ブートストラップコンデンサ４１〜４３では、このように充電と放電が繰り返されることになる。
【００２７】
実施例１において、ローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2がオフとなっている期間は次の２つである。それは、第１にハイサイドのみがPWM動作を行っている期間であり、第２にモータ５の巻線電圧検出のためにハイサイドとローサイドを共にオフにする期間である。
図５は実施例１のインバータ装置の通電パターンを変更した状態を説明する図である。
実施例１では、このような期間による影響で、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電荷量が低下することを、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧として、電圧検出器OP1〜OP３が検出する（ステップＳ１）。そして、この検出電圧が低下し、基準値より低下したかどうかを基準値比較部２１のステップＳ２で判断し、基準値より低下すると、PWM周波数制御部２２がPWM周波数を低下させる（図５の符号１０１で示す部分参照）。なお、基準値より低下したものが１相分でもあると、全体のPWM周波数を低下させるものとする。
【００２８】
すると、図５(c)に示すように、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧低下が抑制される（図５の符号１０２で示す部分参照）。これにより、ブートストラップコンデンサ４１〜４３を大容量化しなくても、ローサイドのスイッチオフ期間が長い場合に対応でき、コストを抑制する。また、このような確実な動作を確保する機能は、インバータ装置１の正常な動作の確保に有用である。
【００２９】
実施例１の作用を明確にするために、以下に説明を加える。
図６はインバータ装置の回路構成例を示す説明図である。図６には１相の部分を示すが、他の相も同様の構成である。なお、説明上、図６には実施例１と同様の符号を示す。
ハイサイドの駆動電源をローサイドのスイッチング動作で供給するには、図６のような構成にすることが考えられる。
このような構成において、ブートストラップコンデンサによりハイサイドの駆動電源を供給する場合には、ハイサイドの動作に伴って、この駆動電源電圧が低下する。
上記説明したようなローサイドのスイッチオフ期間が長い場合にも、ハイサイドのスイッチングができなくなることを避けるためには、ブートストラップコンデンサの容量を大きくしなければならなくなる。また、インバータ装置１における最低周波数時には、スイッチオフ期間が長くなるため、さらにブートストラップコンデンサの容量を大きくしなければならない。このような大容量化は、コストの増加、回路の大型化を生じることになる。
これに対して実施例１では、ブートストラップコンデンサの容量を大きくせずに、ローサイドのスイッチオフ期間が長い場合に対応し、コスト低減、回路小型化、信頼性向上を行う点が有利である。
【００３０】
次に、効果を説明する。
実施例１のインバータ装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３１】
(1)ハイサイドとローサイドによるブリッジ構成により、少なくともハイサイドでPWMスイッチング動作を行い、負荷を駆動するインバータ装置１において、ハイサイドとローサイドのブリッジ回路を構成するよう設けられたスイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2と、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2を駆動するスイッチ駆動回路３１〜３６と、ローサイドのスイッチ動作により充電され、ハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３の駆動電源を供給するブートストラップコンデンサ４１〜４３と、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を検出する電圧検出器OP1〜OP3と、スイッチ駆動回路３１〜３６を制御する制御部２と、制御部２に設けられ、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧に基づいて、PWM周波数を低い周波数に変更する基準値比較部２１及びPWM周波数制御部２２を備えたため、ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長い場合があっても、コンデンサ容量を小さくできる。
【実施例２】
【００３２】
実施例２では、ブートストラップコンデンサの電圧低下を予測して周波数変更を行う例である。
構成を説明する。
図７は実施例２のインバータ装置１の制御部２の一部のブロック構成を示す説明図である。
実施例２の制御部２は、電圧低下率演算部２４、電圧予測部２５、基準値比較部２６を備えている。
電圧低下率演算部２４は、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧を入力とし、単位時間あたりの電圧減少率を電圧低下率として演算する。そして、最も早い低下率のものを記憶し、電圧予測部２５へ出力する。
【００３３】
電圧予測部２５は、電圧低下率演算部２４からの電圧低下率と、駆動パルス演算部２３からの駆動指令値を入力とし、駆動指令値に含まれるローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2がオフする時間と電圧低下率からブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧が最も低くなる値、つまりローサイドがオンになる直前の値を演算し、基準値比較部２６へ出力する。
基準値比較部２６は、予め設定された基準値と電圧予測部２５からの予測値を比較し、比較結果をPWM周波数制御部２２へ出力する。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
作用を説明する。
[電圧低下率算出処理]
図８に示すのは、実施例２のインバータ装置１の制御部２で実行する電圧低下率算出処理の流れを示すフローチャートで、以下各ステップについて説明する。
【００３５】
ステップＳ１１では、電圧低下率演算部２４が、電圧検出器OP1〜OP3の検出電圧を入力する。
【００３６】
ステップＳ１２では、電圧低下率演算部２４が、単位時間当たりの検出電圧の変化から電圧低下率を演算する。この処理では、各相、各時間での電圧低下率を演算し、最も速い低下率のもので演算する。または各相で演算し、各相の最も速い低下率のもので演算する。
【００３７】
ステップＳ１３では、電圧低下率演算部２４が、演算した電圧低下率を記憶、更新する。更新を行うことにより、経時的な変化に対応する。
[PWM周波数変更処理]
図９に示すのは、実施例２のインバータ装置１の制御部２で実行するPWM周波数変更処理の流れを示すフローチャートで、以下各ステップについて説明する。
なお、図３に示すフローチャートと同様の処理については、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
ステップＳ１４では、電圧予測部２５が、電圧検出器OP1〜OP3の検出電圧と、駆動パルス演算部２３の出力する駆動パルス指令値を入力する。
【００３９】
ステップＳ１５では、電圧予測部２５が、電圧低下率演算部２４からの電圧低下率を入力する。
【００４０】
ステップＳ１６では、電圧予測部２５が、検出電圧と駆動パルス指令値に含まれるローサイドのスイッチオフ時間、及び電圧低下率から、ローサイドのスイッチがオンとなる時間の直前のブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値を演算する。
【００４１】
ステップＳ１７では、基準値比較部２６が、電圧予測値と予め設定した基準電圧を比較し、電圧予測値が基準電圧以上ならばステップＳ３へ進み、電圧予測値が基準電圧より低い場合はステップＳ４へ進む。
【００４２】
[コンデンサ容量を抑制する作用]
実施例２では、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の両端電圧を電圧検出器OP1〜OP3で検出し、電圧低下率（単位あたりの電圧減少率）を算出する(電圧低下率演算部２４によるステップＳ１１〜Ｓ１３の処理）。この電圧低下率とローサイドのオフ期間を用いて、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧が低下した最低値、つまりローサイドのスイッチがオンする直前のブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を予測する（電圧予測部２５によるステップＳ１４〜Ｓ１６の処理）。
【００４３】
このように実施例２では、予測値が基準値より低くなると、その予測を行った時点でPWM周波数を低下させる。そのため、より速い時期から行うことで、確実にハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３の駆動電源を、充分に確保することができる。よって、コンデンサ容量を抑制する。
なお、駆動パルス演算部２３からの駆動指令値に含まれるローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2がオフする時間は、このパルス信号のエッジ抽出等により検出すればよい。
【００４４】
効果を説明する。
実施例２のインバータ装置にあっては、上記(1)に加えて、以下の効果を有する。
(2)上記(1)において、周波数を変更する手段は、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧の変化からブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧低下率を演算する電圧低下率演算部２４と、制御部２で演算されるスイッチ駆動回路３１〜３６への制御指令から抽出するローサイドのスイッチオフ時間、電圧低下率、及びブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧に基づいて最も低下したブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値を演算する電圧予測部２５と、予め設定した基準値とブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値を比較する基準値比較部２６を備え、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値が基準値より低くなるとPWM周波数を低い周波数に変更するため、コンデンサ容量を大きくすることなく、スイッチ駆動回路３１〜３３の作動に充分な電源供給を行うことができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００４５】
実施例３はPWM周波数を変更する際に、上限値と下限値を設定した例である。
構成を説明する。
図１０は実施例３のインバータ装置１の制御部２の一部のブロック構成を示す説明図である。
上限値出力部２２１は、予め設定されたPWM周波数の上限値を記憶し、出力する。このPWM周波数の上限値は、制御部２の処理能力とスイッチ発熱、EMC（電磁適合性）などの条件により決定する。
【００４６】
下限値出力部２２２は、予め設定されたPWM周波数の下限値を記憶し、出力する。このPWM周波数の下限値は、インバータ装置１のモータ５への出力制御の劣化が許容される最低の周波数（例えばモータ５を停止させない範囲など）により決めるようにする。
そして、実施例３において、PWM周波数制御部２２は、PWM周波数を変更する際、通常の動作を行う高いPWM周波数を上限値とし、PWM周波数を低くする際の値を下限値とする。
その他構成は実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
作用を説明する。
[制御の精度を確保する作用]
実施例３では、PWM周波数制御部２２が、PWM周波数を変更する際、通常の状態を上限値とし、低い周波数へ変更する際の周波数を下限値とする。
そして、例えば、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値と比較する基準値を２段階にして、考慮するバラツキ等の見込み量による余裕分の大小のものにする。そして、PWM周波数を低減すると制御が粗くなることへの制御部２の制御内容が許容するような条件の場合には、下限値にし、制御内容が制御を細かくしたい要求が高い場合には、下限値よりわずかに高い周波数にする。
このようにして、PWM周波数を低下させることが制御部２のモータ制御に影響を与えないよう配慮する。
【００４８】
効果を説明する。実施例３のインバータ装置にあっては、上記(1),(2)に加えて、以下の効果を有する。
(3)上記(1)又は(2)において、予め設定したPWM周波数の上限値を記憶・出力する上限値出力部２２１と、予め設定したPWM周波数の下限値を記憶・出力する下限値出力部２２２を設け、PWM周波数制御部２２は、予め設定したPWM周波数の上限値とPWM周波数の下限値の間でPWM周波数を低い周波数に変更するため、PWM周波数を低下させ、制御が粗くなることが、制御部２のモータ制御に影響を与えないよう配慮することができる。
その他作用効果は、実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
以上、本発明のインバータ装置を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５０】
例えば、実施例１では、負荷としてモータを説明したが、例えばLED照明などであってもよい。
また、実施例３では、下限値と下限値よりわずかに高い周波数の２段階に変更するものを説明したが、上限値と下限値の間で別の制御を行うようにしてもよい。例えば、制御部２から得る情報により上限値の周波数よりわずかに低い周波数を用いるようにすれば、スイッチ駆動回路３１〜３３の電源消費量を低下させ、下限値へ切り替えることが生じ難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１のインバータ装置の回路構成を示す図である。
【図２】実施例１のインバータ装置の制御部の一部のブロック構成を示す説明図である。
【図３】実施例１のインバータ装置の制御部で実行するPWM周波数変更処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施例１のインバータ装置の通電パターンを説明する図である。
【図５】実施例１のインバータ装置の通電パターンを変更した状態を説明する図である。
【図６】インバータ装置の回路構成例を示す説明図である。
【図７】実施例２のインバータ装置の制御部の一部のブロック構成を示す説明図である。
【図８】実施例２のインバータ装置の制御部で実行する電圧低下率算出処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】実施例２のインバータ装置１の制御部２で実行するPWM周波数変更処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施例３のインバータ装置の制御部の一部のブロック構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ インバータ装置
２ 制御部
２１ 基準値比較部
２２ 周波数制御部
２２１ 上限値出力部
２２２ 下限値出力部
２３ 駆動パルス演算部
２４ 電圧低下率演算部
２５ 電圧予測部
２６ 基準値比較部
３１〜３６ スイッチ駆動回路
４１〜４３ ブートストラップコンデンサ
５ モータ
５ｕ，５ｖ，５ｗ コイル
６ コンデンサ
７１〜７３ ダイオード
８ コンデンサ
９ 電源
１０〜１２ 抵抗
Ｄu1〜Ｄw2 ダイオード
Ｑu1〜Ｑw2 スイッチ素子
OP1〜OP3 電圧検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、交流モータを駆動するようインバータ装置に設けられて駆動されるスイッチ素子に対して、ハイサイドにブートストラップコンデンサを設け、ローサイドの通電時に、このブートストラップコンデンサを充電し、ハイサイドのスイッチ素子の駆動回路をこの充電電圧により駆動している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３４８８８０号公報（第２−５頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来にあっては、ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長くなると、ハイサイドのスイッチ素子の駆動電圧が低下するため、コンデンサ容量が大容量化しなければならなかった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長い場合があっても、コンデンサ容量を小さくできるインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、ハイサイドとローサイドによるブリッジ構成により、少なくともハイサイドでPWMスイッチング動作を行い、負荷を駆動するインバータ装置において、ハイサイドとローサイドのブリッジ回路を構成するよう設けられたスイッチ素子と、スイッチ素子を駆動するスイッチ駆動手段と、ローサイドのスイッチ動作により充電され、ハイサイドのスイッチ駆動手段の駆動電源を供給するブートストラップコンデンサと、ブートストラップコンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチ駆動手段を制御する制御手段と、制御手段に設けられ、ブートストラップコンデンサの検出電圧に基づいて、PWM周波数を低い周波数に変更する周波数変更手段と、を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長い場合があっても、コンデンサ容量を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のインバータ装置を実現する実施の形態を、請求項１に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，２に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，２，３に係る発明に対応する実施例３に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のインバータ装置の回路構成を示す図である。
実施例１のインバータ装置１は、制御部２、スイッチ駆動回路３１〜３６、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2、ダイオードＤu1〜Ｄw2、ブートストラップコンデンサ４１〜４３、電圧検出器OP1〜OP3、コンデンサ６、ダイオード７１〜７３、コンデンサ８、電源９、抵抗１０〜１２を備え、モータ５を駆動制御している。
【０００９】
制御部２は、入力端子をローサイドでのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2のエミッタ（又はドレイン）と抵抗１０〜１２の間に接続し、各相の電流を検出する。また、電圧検出器OP1〜OP3からの入力により、ハイサイドの各相のブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を検出する。そして、各相の電流とブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧に基づいて、ハイサイドとローサイドのスイッチ駆動回路３１〜３６へのPWM駆動パルス指令値を演算し、出力する。制御部２の出力端子は、スイッチ駆動回路３１〜３６へ接続されている。
【００１０】
スイッチ駆動回路３１〜３６は、入力端子を制御部２からの出力に接続し、出力端子をスイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2のベース（又はゲート）に接続する。さらに、電源入力となるプラス端子及びマイナス端子は、ハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３では、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の上下流に接続し、ローサイドのスイッチ駆動回路３４〜３６では、コンデンサ６の上下流に接続する。そして、制御部２からのPWM駆動パルス指令値に従って、PWM駆動パルスまたは駆動パルスを成形し、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2へ出力する。
スイッチ駆動回路３１〜３６の具体例として、制御部２からのPWMパルス信号又はパルス信号のレベルシフトを行うシフト回路とバッファの組合せたものを挙げておく。
【００１１】
スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2は、ハイサイドのスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1のコレクタ（又はソース）をコンデンサ８のプラス端子に接続し、エミッタ（又はドレイン）をローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2のそれぞれのコレクタ（又はソース）へ接続する。ローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2のエミッタ（又はドレイン）は、それぞれ抵抗１０〜１２を介してコンデンサ８のマイナス端子へ接続する。これにより、ハーフブリッジを構成する。そして、それぞれハイサイドとローサイドの間をモータ５の各相へ接続する。また、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2の各ベース（又はゲート）は、それぞれスイッチ駆動回路３１〜３６の出力に接続する回路構成である。そして、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2は、PWM駆動パルスによりモータ５を駆動する。
ダイオードＤu1〜Ｄw2は、ダイオードＤu1,Ｄv1,Ｄw1,Ｄu2,Ｄv2,Ｄw2からなり、それぞれカソードを各スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2のコレクタ（又はソース）に接続し、アノードをエミッタ（又はドレイン）に接続する。そして、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2のコレクタ（又はソース）・エミッタ（又はドレイン）間の電流を還流するフライホイールダイオードとして機能する。
【００１２】
ブートストラップコンデンサ４１〜４３は、ハイサイドのスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1に対応して設けられ、そのプラス端子をダイオード７１〜７３のそれぞれのカソードに接続する。また、プラス端子は、それぞれスイッチ駆動回路３１〜３３のプラス端子にも接続される。そして、マイナス端子は、スイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1のエミッタ（又はドレイン）に接続する。また、マイナス端子はスイッチ駆動回路３１〜３３のマイナス端子にも接続する。そして、ブートストラップコンデンサ４１〜４３は、ハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３の電源供給を行う。
【００１３】
電圧検出器OP1〜OP3は、入力端子をそれぞれのブートストラップコンデンサ４１〜４３のプラス端子とマイナス端子に接続し、出力端子を制御部２へ接続する。そして、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を検出する。
【００１４】
コンデンサ６は、プラス端子をダイオード７１〜７３のアノードへ接続し、マイナス端子をコンデンサ８のマイナス端子へ接続する。なお、プラス端子及びマイナス端子は、ローサイドのスイッチ駆動回路３４〜３６のプラス端子及びマイナス端子にも接続される。そして、コンデンサ６は、ローサイドのスイッチ駆動回路３４〜３６の電源供給を行う。
ダイオード７１〜７３は、カソードをブートストラップコンデンサ４１〜４３のプラス端子及びハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３のプラス端子へ接続し、アノードをコンデンサ６のプラス端子及びローサイドのスイッチ駆動回路３４〜３６のプラス端子へ接続する。そして、コンデンサ６からブートストラップコンデンサ４１〜４３のプラス端子及びハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３のプラス端子へ電流の流れを整流する。
【００１５】
コンデンサ８はプラス端子を電源９のプラス端子及びハイサイドのスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1のコレクタ（又はソース）へ接続し、マイナス端子を電源９のマイナス端子及び抵抗１０〜１２を介してローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2のエミッタ（又はドレイン）へ接続する。そして、コンデンサ８は電源９により充電され、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2へのコレクタ・エミッタ間（又はソース・ドレイン間）への電圧供給を行う。
電源９は、プラス端子をコンデンサ８のプラス端子へ接続し、マイナス端子をコンデンサ８のマイナス端子へ接続し、コンデンサ８を充電する電源供給を行う。
また、実施例１において、インバータ装置１が駆動するモータ５は、コイル５ｕ，５ｖ，５ｗをスター結線した３相交流ブラシレスモータである。
【００１６】
次に実施例１のインバータ装置１が備える制御部２のPWM周波数制御に関する一部について説明する。
図２は実施例１のインバータ装置１の制御部２の一部のブロック構成を示す説明図である。なお、図２には、説明上、１相の回路部分の一部と電圧検出器OP1を示すが、３相それぞれの入力に対して処理を行う。
制御部２は、基準値比較部２１、PWM周波数制御部２２、駆動パルス演算部２３を備えている。
【００１７】
基準値比較部２１は、予め設定された基準値と、電圧検出器OP1〜OP3から入力されるブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧を比較し、検出電圧が基準値を下回るかどうかを判断し、判断結果をPWM周波数制御部２２へ出力する。なお、基準値は、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を電源として用いるハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３が、充分にスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1を駆動できる範囲で設定する。
PWM周波数制御部２２は、検出電圧が基準値を下回ると、PWMパルスの周波数を低くする指令を出力する。なお、基準値及び低下させる周波数は予め設定しておくものとする。検出電圧が基準値以上の場合には、高いPWMパルスの周波数を維持する指令を出力する。
駆動パルス演算部２３は、PWM周波数制御部２２からの指令に基づいた駆動周波数で、制御部２の制御に従って、駆動パルスの指令値を演算し、スイッチ駆動回路３１〜３６へ出力する。
【００１８】
作用を説明する。
[PWM周波数変更処理]
図３に示すのは、実施例１のインバータ装置１の制御部２で実行するPWM周波数変更処理の流れを示すフローチャートで、以下各ステップについて説明する。
【００１９】
ステップＳ１では、基準値比較部２１が、電圧検出器OP1〜OP3からブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧を入力する。
【００２０】
ステップＳ２では、基準値比較部２１が、検出電圧と基準電圧を比較し、検出電圧が基準電圧以上ならばステップＳ３へ進み、検出電圧が基準電圧より低い場合はステップＳ４へ進む。
【００２１】
ステップＳ３では、PWM周波数制御部２２が、高いPWMパルスの周波数を維持する。
【００２２】
ステップＳ４では、PWM周波数制御部２２が、PWMパルスの周波数を低く変更する。
【００２３】
ステップＳ５では、駆動パルス演算部２３が、ステップＳ３又はステップＳ４で設定した周波数で、駆動パルスの指令値を演算し、出力する。
【００２４】
[コンデンサ容量を抑制する作用]
図４は実施例１のインバータ装置の通電パターンを説明する図である。
インバータ装置１では、図４に示すように、ハイサイドのスイッチ素子Ｑu1,Ｑv1,Ｑw1をPWMパルス駆動し、ローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2をパルス駆動する。
例えば、Ｕ相のハイサイドをPWMパルス駆動すると、やや遅れてＷ相のローサイドをパルス駆動し、コイル５ｕ，５ｗに通電する状態にし、次にＶ相のハイサイドをパルス駆動し、これにやや遅れてＵ相のローサイドをパルス駆動し、コイル５ｖ，５ｕに通電する状態にする。このように通電パターンを１２０度毎に切り替えるようにして、モータ５を駆動する。
【００２５】
次にブートストラップコンデンサ４１〜４３への充電状態について説明する。
Ｕ相を例に説明する。実施例１のインバータ装置では、上記のような通電パターンの際に、Ｕ相のローサイドのスイッチ素子Ｑu2がオンとなった際に、図２に符号１００で示す電流経路により、ブートストラップコンデンサ４１への充電を行う。つまり、コンデンサ６からダイオード７１、ブートストラップコンデンサ４１、スイッチ素子Ｑu2、抵抗１０を流れる経路である。
そして、ローサイドのスイッチ素子Ｑu2がオフになると、ブートストラップコンデンサ４１電圧が降下し始める。これはスイッチ駆動回路３１の静止電流によるものである。
【００２６】
通電パターンの切り替えによりハイサイドのスイッチ素子Ｑu1をオンにし、PWM駆動する際には、ブートストラップコンデンサ４１に蓄えた電荷が消費されることになる。ハイサイドのスイッチ素子Ｑu1がオン、オフする際に消費される電荷量をq1とすると、ｎ回のスイッチングにより放電する電荷量はｎ×q1となる。このｎはPWM変調周波数に比例するので、消費する電荷量もPWM変調周波数に比例することになる。この際の消費電流は、静止電流より十分に大きいものである。そのため、図４(c)に示すブートストラップコンデンサ４１の電圧低下に寄与するのは、ほとんどスイッチング時の消費電流によるものである。また、Ｖ相、Ｗ相のハイサイドについても同様にスイッチ動作に伴い、ブートストラップコンデンサ４２，４３の電圧が低下する。
ブートストラップコンデンサ４１〜４３では、このように充電と放電が繰り返されることになる。
【００２７】
実施例１において、ローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2がオフとなっている期間は次の２つである。それは、第１にハイサイドのみがPWM動作を行っている期間であり、第２にモータ５の巻線電圧検出のためにハイサイドとローサイドを共にオフにする期間である。
図５は実施例１のインバータ装置の通電パターンを変更した状態を説明する図である。
実施例１では、このような期間による影響で、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電荷量が低下することを、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧として、電圧検出器OP1〜OP３が検出する（ステップＳ１）。そして、この検出電圧が低下し、基準値より低下したかどうかを基準値比較部２１のステップＳ２で判断し、基準値より低下すると、PWM周波数制御部２２がPWM周波数を低下させる（図５の符号１０１で示す部分参照）。なお、基準値より低下したものが１相分でもあると、全体のPWM周波数を低下させるものとする。
【００２８】
すると、図５(c)に示すように、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧低下が抑制される（図５の符号１０２で示す部分参照）。これにより、ブートストラップコンデンサ４１〜４３を大容量化しなくても、ローサイドのスイッチオフ期間が長い場合に対応でき、コストを抑制する。また、このような確実な動作を確保する機能は、インバータ装置１の正常な動作の確保に有用である。
【００２９】
実施例１の作用を明確にするために、以下に説明を加える。
図６はインバータ装置の回路構成例を示す説明図である。図６には１相の部分を示すが、他の相も同様の構成である。なお、説明上、図６には実施例１と同様の符号を示す。
ハイサイドの駆動電源をローサイドのスイッチング動作で供給するには、図６のような構成にすることが考えられる。
このような構成において、ブートストラップコンデンサによりハイサイドの駆動電源を供給する場合には、ハイサイドの動作に伴って、この駆動電源電圧が低下する。
上記説明したようなローサイドのスイッチオフ期間が長い場合にも、ハイサイドのスイッチングができなくなることを避けるためには、ブートストラップコンデンサの容量を大きくしなければならなくなる。また、インバータ装置１における最低周波数時には、スイッチオフ期間が長くなるため、さらにブートストラップコンデンサの容量を大きくしなければならない。このような大容量化は、コストの増加、回路の大型化を生じることになる。
これに対して実施例１では、ブートストラップコンデンサの容量を大きくせずに、ローサイドのスイッチオフ期間が長い場合に対応し、コスト低減、回路小型化、信頼性向上を行う点が有利である。
【００３０】
次に、効果を説明する。
実施例１のインバータ装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３１】
(1)ハイサイドとローサイドによるブリッジ構成により、少なくともハイサイドでPWMスイッチング動作を行い、負荷を駆動するインバータ装置１において、ハイサイドとローサイドのブリッジ回路を構成するよう設けられたスイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2と、スイッチ素子Ｑu1〜Ｑw2を駆動するスイッチ駆動回路３１〜３６と、ローサイドのスイッチ動作により充電され、ハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３の駆動電源を供給するブートストラップコンデンサ４１〜４３と、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を検出する電圧検出器OP1〜OP3と、スイッチ駆動回路３１〜３６を制御する制御部２と、制御部２に設けられ、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧に基づいて、PWM周波数を低い周波数に変更する基準値比較部２１及びPWM周波数制御部２２を備えたため、ローサイドのスイッチ素子を駆動しない時間が長い場合があっても、コンデンサ容量を小さくできる。
【実施例２】
【００３２】
実施例２では、ブートストラップコンデンサの電圧低下を予測して周波数変更を行う例である。
構成を説明する。
図７は実施例２のインバータ装置１の制御部２の一部のブロック構成を示す説明図である。
実施例２の制御部２は、電圧低下率演算部２４、電圧予測部２５、基準値比較部２６を備えている。
電圧低下率演算部２４は、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧を入力とし、単位時間あたりの電圧減少率を電圧低下率として演算する。そして、最も早い低下率のものを記憶し、電圧予測部２５へ出力する。
【００３３】
電圧予測部２５は、電圧低下率演算部２４からの電圧低下率と、駆動パルス演算部２３からの駆動指令値を入力とし、駆動指令値に含まれるローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2がオフする時間と電圧低下率からブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧が最も低くなる値、つまりローサイドがオンになる直前の値を演算し、基準値比較部２６へ出力する。
基準値比較部２６は、予め設定された基準値と電圧予測部２５からの予測値を比較し、比較結果をPWM周波数制御部２２へ出力する。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
作用を説明する。
[電圧低下率算出処理]
図８に示すのは、実施例２のインバータ装置１の制御部２で実行する電圧低下率算出処理の流れを示すフローチャートで、以下各ステップについて説明する。
【００３５】
ステップＳ１１では、電圧低下率演算部２４が、電圧検出器OP1〜OP3の検出電圧を入力する。
【００３６】
ステップＳ１２では、電圧低下率演算部２４が、単位時間当たりの検出電圧の変化から電圧低下率を演算する。この処理では、各相、各時間での電圧低下率を演算し、最も速い低下率のもので演算する。または各相で演算し、各相の最も速い低下率のもので演算する。
【００３７】
ステップＳ１３では、電圧低下率演算部２４が、演算した電圧低下率を記憶、更新する。更新を行うことにより、経時的な変化に対応する。
[PWM周波数変更処理]
図９に示すのは、実施例２のインバータ装置１の制御部２で実行するPWM周波数変更処理の流れを示すフローチャートで、以下各ステップについて説明する。
なお、図３に示すフローチャートと同様の処理については、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
ステップＳ１４では、電圧予測部２５が、電圧検出器OP1〜OP3の検出電圧と、駆動パルス演算部２３の出力する駆動パルス指令値を入力する。
【００３９】
ステップＳ１５では、電圧予測部２５が、電圧低下率演算部２４からの電圧低下率を入力する。
【００４０】
ステップＳ１６では、電圧予測部２５が、検出電圧と駆動パルス指令値に含まれるローサイドのスイッチオフ時間、及び電圧低下率から、ローサイドのスイッチがオンとなる時間の直前のブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値を演算する。
【００４１】
ステップＳ１７では、基準値比較部２６が、電圧予測値と予め設定した基準電圧を比較し、電圧予測値が基準電圧以上ならばステップＳ３へ進み、電圧予測値が基準電圧より低い場合はステップＳ４へ進む。
【００４２】
[コンデンサ容量を抑制する作用]
実施例２では、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の両端電圧を電圧検出器OP1〜OP3で検出し、電圧低下率（単位あたりの電圧減少率）を算出する(電圧低下率演算部２４によるステップＳ１１〜Ｓ１３の処理）。この電圧低下率とローサイドのオフ期間を用いて、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧が低下した最低値、つまりローサイドのスイッチがオンする直前のブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧を予測する（電圧予測部２５によるステップＳ１４〜Ｓ１６の処理）。
【００４３】
このように実施例２では、予測値が基準値より低くなると、その予測を行った時点でPWM周波数を低下させる。そのため、より速い時期から行うことで、確実にハイサイドのスイッチ駆動回路３１〜３３の駆動電源を、充分に確保することができる。よって、コンデンサ容量を抑制する。
なお、駆動パルス演算部２３からの駆動指令値に含まれるローサイドのスイッチ素子Ｑu2,Ｑv2,Ｑw2がオフする時間は、このパルス信号のエッジ抽出等により検出すればよい。
【００４４】
効果を説明する。
実施例２のインバータ装置にあっては、上記(1)に加えて、以下の効果を有する。
(2)上記(1)において、周波数を変更する手段は、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧の変化からブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧低下率を演算する電圧低下率演算部２４と、制御部２で演算されるスイッチ駆動回路３１〜３６への制御指令から抽出するローサイドのスイッチオフ時間、電圧低下率、及びブートストラップコンデンサ４１〜４３の検出電圧に基づいて最も低下したブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値を演算する電圧予測部２５と、予め設定した基準値とブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値を比較する基準値比較部２６を備え、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値が基準値より低くなるとPWM周波数を低い周波数に変更するため、コンデンサ容量を大きくすることなく、スイッチ駆動回路３１〜３３の作動に充分な電源供給を行うことができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００４５】
実施例３はPWM周波数を変更する際に、上限値と下限値を設定した例である。
構成を説明する。
図１０は実施例３のインバータ装置１の制御部２の一部のブロック構成を示す説明図である。
上限値出力部２２１は、予め設定されたPWM周波数の上限値を記憶し、出力する。このPWM周波数の上限値は、制御部２の処理能力とスイッチ発熱、EMC（電磁適合性）などの条件により決定する。
【００４６】
下限値出力部２２２は、予め設定されたPWM周波数の下限値を記憶し、出力する。このPWM周波数の下限値は、インバータ装置１のモータ５への出力制御の劣化が許容される最低の周波数（例えばモータ５を停止させない範囲など）により決めるようにする。
そして、実施例３において、PWM周波数制御部２２は、PWM周波数を変更する際、通常の動作を行う高いPWM周波数を上限値とし、PWM周波数を低くする際の値を下限値とする。
その他構成は実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
作用を説明する。
[制御の精度を確保する作用]
実施例３では、PWM周波数制御部２２が、PWM周波数を変更する際、通常の状態を上限値とし、低い周波数へ変更する際の周波数を下限値とする。
そして、例えば、ブートストラップコンデンサ４１〜４３の電圧予測値と比較する基準値を２段階にして、考慮するバラツキ等の見込み量による余裕分の大小のものにする。そして、PWM周波数を低減すると制御が粗くなることへの制御部２の制御内容が許容するような条件の場合には、下限値にし、制御内容が制御を細かくしたい要求が高い場合には、下限値よりわずかに高い周波数にする。
このようにして、PWM周波数を低下させることが制御部２のモータ制御に影響を与えないよう配慮する。
【００４８】
効果を説明する。実施例３のインバータ装置にあっては、上記(1),(2)に加えて、以下の効果を有する。
(3)上記(1)又は(2)において、予め設定したPWM周波数の上限値を記憶・出力する上限値出力部２２１と、予め設定したPWM周波数の下限値を記憶・出力する下限値出力部２２２を設け、PWM周波数制御部２２は、予め設定したPWM周波数の上限値とPWM周波数の下限値の間でPWM周波数を低い周波数に変更するため、PWM周波数を低下させ、制御が粗くなることが、制御部２のモータ制御に影響を与えないよう配慮することができる。
その他作用効果は、実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
以上、本発明のインバータ装置を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５０】
例えば、実施例１では、負荷としてモータを説明したが、例えばLED照明などであってもよい。
また、実施例３では、下限値と下限値よりわずかに高い周波数の２段階に変更するものを説明したが、上限値と下限値の間で別の制御を行うようにしてもよい。例えば、制御部２から得る情報により上限値の周波数よりわずかに低い周波数を用いるようにすれば、スイッチ駆動回路３１〜３３の電源消費量を低下させ、下限値へ切り替えることが生じ難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１のインバータ装置の回路構成を示す図である。
【図２】実施例１のインバータ装置の制御部の一部のブロック構成を示す説明図である。
【図３】実施例１のインバータ装置の制御部で実行するPWM周波数変更処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施例１のインバータ装置の通電パターンを説明する図である。
【図５】実施例１のインバータ装置の通電パターンを変更した状態を説明する図である。
【図６】インバータ装置の回路構成例を示す説明図である。
【図７】実施例２のインバータ装置の制御部の一部のブロック構成を示す説明図である。
【図８】実施例２のインバータ装置の制御部で実行する電圧低下率算出処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】実施例２のインバータ装置１の制御部２で実行するPWM周波数変更処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施例３のインバータ装置の制御部の一部のブロック構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ インバータ装置
２ 制御部
２１ 基準値比較部
２２ 周波数制御部
２２１ 上限値出力部
２２２ 下限値出力部
２３ 駆動パルス演算部
２４ 電圧低下率演算部
２５ 電圧予測部
２６ 基準値比較部
３１〜３６ スイッチ駆動回路
４１〜４３ ブートストラップコンデンサ
５ モータ
５ｕ，５ｖ，５ｗ コイル
６ コンデンサ
７１〜７３ ダイオード
８ コンデンサ
９ 電源
１０〜１２ 抵抗
Ｄu1〜Ｄw2 ダイオード
Ｑu1〜Ｑw2 スイッチ素子
OP1〜OP3 電圧検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイサイドとローサイドによるブリッジ構成により、少なくともハイサイドでPWMスイッチング動作を行い、負荷を駆動するインバータ装置において、
ハイサイドとローサイドのブリッジ回路を構成するよう設けられたスイッチ素子と、
スイッチ素子を駆動するスイッチ駆動手段と、
ローサイドのスイッチ動作により充電され、ハイサイドのスイッチ駆動手段の駆動電源を供給するブートストラップコンデンサと、
ブートストラップコンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記スイッチ駆動手段を制御する制御手段と、
制御手段に設けられ、ブートストラップコンデンサの検出電圧に基づいて、PWM周波数を低い周波数に変更する周波数変更手段と、
を備えた、
ことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置において、
前記周波数変更手段は、
前記ブートストラップコンデンサの検出電圧の変化から前記ブートストラップコンデンサの電圧低下率を演算する電圧低下率演算手段と、
前記制御手段で演算される前記スイッチ駆動手段への制御指令から抽出するローサイドのスイッチオフ時間、前記電圧低下率、及び前記ブートストラップコンデンサの検出電圧に基づいて最も低下した前記ブートストラップコンデンサの電圧予測値を演算する電圧予測手段と、
予め設定した基準値と前記ブートストラップコンデンサの電圧予測値を比較する基準値比較手段と、
を備え、前記ブートストラップコンデンサの電圧予測値が前記基準値より低くなるとPWM周波数を低い周波数に変更することを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置において、
前記周波数変更手段は、予め設定したPWM周波数の上限値とPWM周波数の下限値の間でPWM周波数を低い周波数に変更することを特徴とするインバータ装置。
【請求項１】
ハイサイドとローサイドによるブリッジ構成により、少なくともハイサイドでPWMスイッチング動作を行い、負荷を駆動するインバータ装置において、
ハイサイドとローサイドのブリッジ回路を構成するよう設けられたスイッチ素子と、
スイッチ素子を駆動するスイッチ駆動手段と、
ローサイドのスイッチ動作により充電され、ハイサイドのスイッチ駆動手段の駆動電源を供給するブートストラップコンデンサと、
ブートストラップコンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記スイッチ駆動手段を制御する制御手段と、
制御手段に設けられ、ブートストラップコンデンサの検出電圧に基づいて、PWM周波数を低い周波数に変更する周波数変更手段と、
を備えた、
ことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置において、
前記周波数変更手段は、
前記ブートストラップコンデンサの検出電圧の変化から前記ブートストラップコンデンサの電圧低下率を演算する電圧低下率演算手段と、
前記制御手段で演算される前記スイッチ駆動手段への制御指令から抽出するローサイドのスイッチオフ時間、前記電圧低下率、及び前記ブートストラップコンデンサの検出電圧に基づいて最も低下した前記ブートストラップコンデンサの電圧予測値を演算する電圧予測手段と、
予め設定した基準値と前記ブートストラップコンデンサの電圧予測値を比較する基準値比較手段と、
を備え、前記ブートストラップコンデンサの電圧予測値が前記基準値より低くなるとPWM周波数を低い周波数に変更することを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置において、
前記周波数変更手段は、予め設定したPWM周波数の上限値とPWM周波数の下限値の間でPWM周波数を低い周波数に変更することを特徴とするインバータ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１５８１１７（Ｐ２０１０−１５８１１７Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３５４１１（Ｐ２００８−３３５４１１）
【出願日】平成２０年１２月２７日（２００８．１２．２７）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２７日（２００８．１２．２７）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]