[go: up one dir, main page]

JP2012223019A - Inverter device - Google Patents

Inverter device Download PDF

Info

Publication number
JP2012223019A
JP2012223019A JP2011088336A JP2011088336A JP2012223019A JP 2012223019 A JP2012223019 A JP 2012223019A JP 2011088336 A JP2011088336 A JP 2011088336A JP 2011088336 A JP2011088336 A JP 2011088336A JP 2012223019 A JP2012223019 A JP 2012223019A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inverter
voltage
pwm signal
switching element
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011088336A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuta Hasegawa
隆太 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2011088336A priority Critical patent/JP2012223019A/en
Publication of JP2012223019A publication Critical patent/JP2012223019A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

【課題】大出力のインバータにおいてもエミッタセンス端子を利用して電流検出できる小型の電流検出装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係るインバータ装置は、直流電源に接続され、エミッタセンス端子ES〜ESを備えたスイッチング素子S〜Sおよび還流ダイオードD〜Dを含み、前記スイッチング素子のオン/オフ制御によって直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換し、負荷105に交流電力を供給するインバータと、前記インバータを制御する制御手段と、前記エミッタセンス端子に発生している電圧信号を第1PWM信号に変換する変換手段と、前記第1PWM信号を絶縁し第2PWM信号として前記制御手段に伝送する絶縁手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記第2PWM信号から前記インバータの相電流を推定する推定手段を備える。
【選択図】 図1
Disclosed is a small current detection device capable of detecting a current using an emitter sense terminal even in a high output inverter.
An inverter apparatus according to the embodiment is connected to a DC power source, it includes an emitter sense terminal ES U switching element comprising a ~ES Z S U ~S Z and a reflux diode D U to D Z, the switching element Is generated at the emitter sense terminal, an inverter that converts the DC voltage into an AC voltage having a predetermined magnitude and frequency and supplies AC power to the load 105, control means for controlling the inverter, Conversion means for converting a voltage signal to be converted into a first PWM signal, and insulation means for insulating the first PWM signal and transmitting it to the control means as a second PWM signal,
The control means includes estimation means for estimating a phase current of the inverter from the second PWM signal.
[Selection] Figure 1

Description

本発明の実施形態は、直流電力を所望の周波数及び大きさの交流電力に変換し、電動機を駆動するインバータ装置に関し、詳細にはインバータ出力電流の大きさを検出する電流検出システムの小型化に関する。   Embodiments of the present invention relate to an inverter device that converts DC power into AC power having a desired frequency and magnitude and drives an electric motor, and more particularly, to miniaturization of a current detection system that detects the magnitude of an inverter output current. .

直流電力を交流電力に変換して負荷を駆動する際に、インバータが用いられる。特に、電気自動車やハイブリッド自動車においては、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、電動機を駆動すると共にその回転を制御する目的でインバータが使用される。インバータはIGBTやMOSFETなどのスイッチング素子で構成されており、スイッチング素子をオン/オフさせることにより電力を変換している。   An inverter is used when driving a load by converting DC power into AC power. In particular, in an electric vehicle or a hybrid vehicle, an inverter is used for the purpose of converting DC power supplied from a battery into AC power, driving an electric motor, and controlling its rotation. The inverter is composed of switching elements such as IGBTs and MOSFETs, and converts power by turning on / off the switching elements.

電気自動車やハイブリッド自動車においては、搭乗スペースの確保やバッテリ体積の増大により、インバータの小型化が望まれている。インバータを構成するものにはスイッチング素子、コンデンサ、スイッチング素子駆動基板などがある。   In an electric vehicle and a hybrid vehicle, downsizing of an inverter is desired by securing a boarding space and increasing a battery volume. There are a switching element, a capacitor, a switching element drive board, and the like that constitute the inverter.

電動機などの負荷を目的の回転数あるいはトルクに制御するときや、過大な電流が流れないようにインバータを保護するためには、インバータから負荷へ流れる相電流を検出する必要がある。   When controlling a load such as an electric motor to a target rotational speed or torque, or in order to protect an inverter so that an excessive current does not flow, it is necessary to detect a phase current flowing from the inverter to the load.

ホール素子を使用し、電流から発生する磁界の強度を電気信号に変換することによって、電流を検出する方法が一般的に普及している。ホール素子を使った電流センサは、非接触で電流値を検出できるので、高出力電圧のインバータと制御回路との絶縁を簡単にとれる点でメリットが大きい。   A method of detecting a current by using a Hall element and converting the intensity of a magnetic field generated from the current into an electric signal is generally widespread. A current sensor using a Hall element can detect a current value in a non-contact manner, and thus has a great merit in that it is possible to easily insulate a high output voltage inverter from a control circuit.

しかし、電気自動車やハイブリッド自動車の高出力化が進み、それに伴って検出する電流範囲が広くなっている。上述した電流センサは大電流を検出するためには、大型のものが必要となり、インバータの小型化に対する課題となっている。   However, the output range of electric vehicles and hybrid vehicles has been increased, and the current range to be detected has become wider accordingly. The above-described current sensor requires a large sensor in order to detect a large current, which is a problem for downsizing the inverter.

従来システムには、インバータのローサイドアームを構成する3つのスイッチング素子のエミッタセンス端子と、直流入力部に設置した電流センサを用いてインバータの相電流を推定するシステムがある。このエミッタセンス端子は、インバータを構成するスイッチング素子のエミッタ電流を検出するために、スイッチング素子に追加された端子である。このエミッタセンス端子とエミッタ端子とを抵抗等で接続すると、エミッタセンス端子には、エミッタ電流に比例する電流が流れる。このようなシステムでは、エミッタセンス端子に流れる電流を抵抗により電圧に変換し、マイコンなどのコントローラに電流検出値として入力する。マイコンは、入力された電流検出値に基づいて電動機を制御する。   In the conventional system, there is a system for estimating the phase current of the inverter using the emitter sense terminals of the three switching elements constituting the low side arm of the inverter and the current sensor installed in the DC input unit. This emitter sense terminal is a terminal added to the switching element in order to detect the emitter current of the switching element constituting the inverter. When the emitter sense terminal and the emitter terminal are connected by a resistor or the like, a current proportional to the emitter current flows through the emitter sense terminal. In such a system, the current flowing through the emitter sense terminal is converted into a voltage by a resistor and input to a controller such as a microcomputer as a current detection value. The microcomputer controls the electric motor based on the input current detection value.

上記したようなシステムは、高価な非接触電流センサが不要となり、スイッチング素子の駆動基板上に電流検出システムを実装できるため、低コスト、小型化に有利である。   Such a system is advantageous in terms of low cost and miniaturization because an expensive non-contact current sensor is not required and the current detection system can be mounted on the drive substrate of the switching element.

特開2007−159346号公報JP 2007-159346 A

容量が小さいインバータでは、ローサイドアームの基準電圧(エミッタ電圧)の変動が小さいので、電圧検出信号を絶縁せずにコントローラに直接入力しても問題は起きない。しかし、出力が大きい電気自動車やハイブリッド自動車のインバータにおいては、スイッチング素子のエミッタ間に大電流が流れ、寄生インダクタンスや抵抗成分により電圧降下が生じ、基準電圧が変動してしまうことが課題であった。   In an inverter having a small capacity, since the fluctuation of the reference voltage (emitter voltage) of the low side arm is small, there is no problem even if the voltage detection signal is directly input to the controller without being insulated. However, in an inverter of an electric vehicle or a hybrid vehicle having a large output, a large current flows between the emitters of the switching element, a voltage drop occurs due to a parasitic inductance or a resistance component, and the reference voltage fluctuates. .

本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、大出力のインバータにおいてもエミッタセンス端子を利用して電流検出できる小型の電流検出装置を提供することを目的とする。   Embodiments of the present invention have been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a small-sized current detection device that can detect a current using an emitter sense terminal even in a high-power inverter. .

実施形態に係るインバータ装置は、直流電源に接続され、エミッタセンス端子を備えたスイッチング素子および還流ダイオードを含み、前記スイッチング素子のオン/オフ制御によって直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換し、負荷に交流電力を供給するインバータと、前記インバータを制御する制御手段と、前記エミッタセンス端子に発生している電圧信号を第1PWM信号に変換する変換手段と、前記第1PWM信号を絶縁し第2PWM信号として前記制御手段に伝送する絶縁手段と、を具備し、前記制御手段は、前記第2PWM信号から前記インバータの相電流を推定する推定手段を備える。   An inverter device according to an embodiment includes a switching element and a free-wheeling diode connected to a DC power source and having an emitter sense terminal, and the DC voltage is changed to an AC voltage having a predetermined magnitude and frequency by on / off control of the switching element. An inverter for converting and supplying AC power to a load; a control means for controlling the inverter; a conversion means for converting a voltage signal generated at the emitter sense terminal into a first PWM signal; and insulating the first PWM signal And an insulating means for transmitting to the control means as a second PWM signal, the control means comprising an estimation means for estimating a phase current of the inverter from the second PWM signal.

第1実施形態に係るインバータ装置の回路構成図。The circuit block diagram of the inverter apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る絶縁回路の詳細構成図。The detailed block diagram of the insulation circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る電圧信号の波形図。The wave form diagram of the voltage signal which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態の回路ブロック図。The circuit block diagram of 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る電圧信号の波形図。The wave form diagram of the voltage signal which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明に係るスイッチング素子駆動回路の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of a switching element driving circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1実施形態]
[構成]
先ず、図1を用いて第1実施形態の構成を説明する。
[First Embodiment]
[Constitution]
First, the configuration of the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1は本発明によるインバータ装置を電気自動車に適用したときの実施形態の構成例を示す図である。本実施形態に係るインバータ装置は、電気自動車のみならずハイブリッド車、電気推進船等にも適用できる。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an embodiment when an inverter device according to the present invention is applied to an electric vehicle. The inverter device according to the present embodiment can be applied not only to electric vehicles but also to hybrid vehicles, electric propulsion ships, and the like.

このインバータ装置102は、アクセル装置101からトルク指令値Trq103を入力し、トルク指令値Tq103に応じて、バッテリなどの直流電圧源104の出力電力を所望の交流電力に変換し、電動機105を駆動して車輪106の回転を制御する。 This inverter device 102 receives the torque command value Trq * 103 from the accelerator device 101, converts the output power of the DC voltage source 104 such as a battery into desired AC power in accordance with the torque command value Tq * 103, and 105 is driven to control the rotation of the wheel 106.

インバータ100は、直流電圧を平滑化するコンデンサ107が入力段に設けられ、スイッチング素子によりU相、V相、W相のブリッジ回路を構成している。U相のブリッジ回路は、スイッチング素子Sとスイッチング素子Sの接続点が電動機5のU相巻線に接続されている。スイッチング素子Sとスイッチング素子Sには還流ダイオードDとDがそれぞれ逆並列に接続されている。 In the inverter 100, a capacitor 107 that smoothes a DC voltage is provided in an input stage, and a U-phase, V-phase, and W-phase bridge circuit is configured by a switching element. In the U-phase bridge circuit, the connection point between the switching element S U and the switching element S X is connected to the U-phase winding of the electric motor 5. Free-wheeling diodes D U and D X are respectively connected in antiparallel to switching element S U and switching element S X.

スイッチング素子SとS,還流ダイオードDとDで構成されるV相のブリッジ回路、スイッチング素子SとS,還流ダイオードDとDで構成されるW相のブリッジ回路も同様に構成されている。 Switching element S V and S Y, the bridge circuit of the V-phase consists of a freewheeling diode D V and D Y, the switching element S W and S Z, also bridge circuit composed W phase reflux diode D W and D Z It is constituted similarly.

スイッチング素子S、S、S、S、S、Sは、それぞれエミッタセンス端子ES、ES、ES、ES、ES、ESを有し、当該コレクタからエミッタへ流れる主電流を分流した電流が、エミッタセンス端子ES〜ESに流れる構造となっている。エミッタセンス端子ES〜ESは抵抗を通してスイッチング素子のエミッタに接続され、抵抗R〜Rの両端には主電流に比例した電圧降下VE〜VEが生じる(図2参照)。電圧VE〜VEは絶縁回路108を通して制御演算装置109に入力される。 The switching elements S U , S V , S W , S X , S Y , S Z have emitter sense terminals ES U , ES V , ES W , ES X , ES Y , ES Z , respectively. In this structure, a current obtained by dividing the main current flowing to the emitter sense terminals ES U to ES Z flows. The emitter sense terminals ES U to ES Z are connected to the emitters of the switching elements through resistors, and voltage drops VE U to VE Z proportional to the main current occur at both ends of the resistors R U to R Z (see FIG. 2). The voltages VE U to VE Z are input to the control arithmetic unit 109 through the insulating circuit 108.

制御演算装置109は、図1のように相電流推定部110と電流制御部111で構成される。相電流推定部110は、電圧VE〜VEを基にして絶縁回路108から得られるPWM(Pulse Width Modulation)信号(後述される)と、電圧指令値を基に相電流I、I、Iを推定する。 The control arithmetic unit 109 includes a phase current estimation unit 110 and a current control unit 111 as shown in FIG. The phase current estimator 110 generates phase currents I U and I V based on a PWM (Pulse Width Modulation) signal (described later) obtained from the insulating circuit 108 based on the voltages VE U to VE Z and a voltage command value. , I W is estimated.

電流制御部111には、トルク指令値Trq103と、相電流推定部110にて推定された相電流112と、電動機の角度検出器113から得られた電気角114が入力される。電流制御部111はトルク指令値Trq103、電気角114及び相電流112に基づいて電動機のベクトル制御を行い、所望の電動機電流を得るようなゲート信号115を生成しゲート駆動回路116に出力する。ゲート駆動回路116はスイッチング素子S〜Sが有するゲートの全てに接続され、制御演算装置110から入力されたゲート信号115を電力増幅し、スイッチング素子S〜Sのオン・オフの切り替えを行う。 Torque command value Trq * 103, phase current 112 estimated by phase current estimation unit 110, and electrical angle 114 obtained from motor angle detector 113 are input to current control unit 111. The current control unit 111 performs vector control of the motor based on the torque command value Trq * 103, the electrical angle 114, and the phase current 112, generates a gate signal 115 that obtains a desired motor current, and outputs the gate signal 115 to the gate drive circuit 116. . The gate drive circuit 116 is connected to all the gates with the switching element S U to S Z, a gate signal 115 which is input from the control arithmetic unit 110 amplifies the power switch on and off the switching element S U to S Z I do.

制御演算装置109、絶縁回路108及びゲート駆動回路116は、インバータ制御手段を構成する。従ってインバータ装置102は、インバータ100及びインバータ制御手段(108、109、116)から構成される。   The control arithmetic unit 109, the insulation circuit 108, and the gate drive circuit 116 constitute inverter control means. Therefore, the inverter device 102 includes the inverter 100 and inverter control means (108, 109, 116).

以下、絶縁回路108について、スイッチング素子Sのエミッタセンス端子ESを例として、図2を用いて説明する。抵抗Rに生じた電圧VEUは、オペアンプ201を通して電圧信号202に増幅され、コンパレータ204にて三角波発生回路203の出力三角波と比較され、PWM信号205に変換される。オペアンプ入力の丸印は、反転端子であることを示す。ここで、三角波発生回路203の三角波周波数は、エミッタ電流の周波数に比べ遥かに高い(例えば数百倍)。PWM信号205は振幅が等しいパルス列であって、各パルスの幅(デューティ比)は、電圧VEUの振幅に実質的に比例しており、三角波の1周期に1パルス生成される。PWM信号205はフォトトランジスタなどの絶縁素子206を通して制御演算装置109へ入力される。 Hereinafter, isolation circuit 108, as an example emitter sense terminal ES U of the switching elements S U, it will be described with reference to FIG. Resistor R the voltage V EU generated in U is amplified to a voltage signal 202 through the operational amplifier 201, is compared with the output triangular wave of the triangular wave generating circuit 203 by the comparator 204, it is converted into a PWM signal 205. The operational amplifier input circle indicates that it is an inverting terminal. Here, the triangular wave frequency of the triangular wave generating circuit 203 is much higher (for example, several hundred times) than the frequency of the emitter current. PWM signal 205 is a pulse train of equal amplitude, the pulse width (duty ratio) is substantially proportional to the amplitude of the voltage V EU, is one pulse generated per cycle of the triangular wave. The PWM signal 205 is input to the control arithmetic unit 109 through an insulating element 206 such as a phototransistor.

三角波発生回路203および絶縁素子206はスイッチング素子S〜Sにもそれぞれ設置され、当該PWM信号が制御演算装置109へ伝達される。なお、スイッチング素子S、S、Sにおいては互いに基準電位が等しいので、それら素子S、S、Sについて三角波発生回路203は共通に使用することができる。 The triangular wave generation circuit 203 and the insulating element 206 are also installed in the switching elements S V to S Z , respectively, and the PWM signal is transmitted to the control arithmetic device 109. Since the reference potentials of the switching elements S X , S Y and S Z are equal to each other, the triangular wave generation circuit 203 can be used in common for the elements S X , S Y and S Z.

以上がインバータ装置全体の構成である。   The above is the configuration of the entire inverter device.

[作用]
上述したように構成された本実施形態の作用を詳細に説明する。
[Action]
The operation of the present embodiment configured as described above will be described in detail.

図3は各部の電流波形を示し、(a)はU相電流I、(b)はコレクタ電流IC、IC、(c)は(b)のコレクタ電流の被検出期間T(後述される)を補償した場合の電流波形である。尚図3(b)において、1つのパルス状波形は、複数(例えば数十)のPWMパルスのパルス幅に基づく複数の演算値で構成されている。以下、U相電流を例として相電流Iの推定方法を述べる。 3A and 3B show current waveforms at various parts, where FIG. 3A shows a U-phase current I U , FIG. 3B shows a collector current IC U , IC X , and FIG. 3C shows a collector current detection period T O (described later). This is a current waveform when compensating In FIG. 3B, one pulse-like waveform is composed of a plurality of calculation values based on the pulse widths of a plurality of (for example, several tens) PWM pulses. Hereinafter, a method for estimating the phase current I U will be described using the U-phase current as an example.

U相電流を推定するのに、スイッチング素子Sおよびスイッチング素子Sのエミッタセンス電流を使用する。U相電流Iが図1のように正方向のときは、スイッチング素子Sのエミッタセンス電流を用い、負方向のときはスイッチング素子Sのエミッタセンス電流を用いる。 To estimate the U-phase current, the emitter sense currents of the switching element S U and the switching element S X are used. When the U-phase current I U is positive as shown in FIG. 1, the emitter sense current of the switching element S U is used, and when the U phase current I U is negative, the emitter sense current of the switching element S X is used.

スイッチング素子Sに流れるコレクタ電流ICに比例した電流がエミッタセンス端子に流れる。よって、エミッタセンス端子ESとエミッタ間に接続した抵抗Rには、コレクタ電流ICに比例した電圧が発生する。 A current proportional to the collector current IC U flowing through the switching element S U flows through the emitter sense terminal. Therefore, the emitter sense terminal ES U and resistance R U connected between emitter voltage proportional to the collector current IC U is generated.

スイッチング素子Sは、ある周波数でオン/オフを繰り返しており、オン期間のみコレクタ電流ICが流れる。しかし負荷回路のインダクタンス成分により、U相電流Iはスイッチング素子Sのオフ期間も還流ダイオードDを通して流れているため、U相電流Iの非検出期間Tが生じる。スイッチング素子Sについても同様で、オン期間にはコレクタ電流ICが流れるが、オフ期間には還流ダイオードDを通して電流が流れるため、非検出期間Tが生じる。 Switching element S U has repeatedly turned on / off at a certain frequency, flows a collector current IC U only ON period. However, due to the inductance component of the load circuit, the U-phase current I U flows through the freewheeling diode D X even during the OFF period of the switching element S U , so that a non-detection period T 0 of the U-phase current I U occurs. The same applies to the switching element S X, the ON period flows a collector current IC X is, since the off period the current flows through the freewheeling diode D U, non-detection period T 0 is generated.

抵抗Rに生じた電圧VEを制御演算装置109に伝送する必要があるが、スイッチング素子Sのエミッタ電圧は、スイッチング素子Sがオンするときには直流入力電圧104と同一の高電圧になるる。そのため、スイッチング素子側と低電圧で動作する制御演算装置109は絶縁する必要がある。 It is necessary to transmit the voltage VE U generated in the resistor R U in the processing device 109, the emitter voltage of the switching element S U will same high voltage and DC input voltage 104 when the switching element S U is turned on The Therefore, it is necessary to insulate the control arithmetic unit 109 operating at a low voltage from the switching element side.

そこで、三角波発生回路203の出力三角波と、オペアンプで電圧VEUを増幅した信号202とをコンパレータ204で比較することで、電圧VEUをPWM信号205に変換し、フォトトランジスタなどの絶縁素子206を通して制御演算装置109に伝送する。 Therefore, by comparing the output triangular wave of the triangular wave generating circuit 203 with the signal 202 obtained by amplifying the voltage V EU by the operational amplifier by the comparator 204, the voltage V EU is converted into the PWM signal 205 and passed through the insulating element 206 such as a phototransistor. It transmits to the control arithmetic unit 109.

制御演算装置内109には、相電流推定部110が設けられている。相電流推定部110は、入力されたPWM信号205を読み取り、相電流Iを推定する。 A phase current estimation unit 110 is provided in the control arithmetic unit 109. Phase current estimation unit 110, reads the PWM signal 205 that is input, estimates the phase current I U.

非検出期間Tにおける電流値は、非検出期間Tの直前の検出期間の最後のサンプリングで得られた電流値と同値とし、電圧信号VEUを復元してICと同等の信号302を得る。スイッチング素子Sについても同様に、図3(c)のように補償した信号が得られ、相電流Iの負電流期間の値が推定できる。 Current value in the non-detection period T 0 is to the current value obtained in the last sampling detection period immediately before the non-detection period T 0 and the same value, the IC U equivalent signal 302 to restore the voltage signal V EU obtain. Similarly, for the switching element S X , a compensated signal is obtained as shown in FIG. 3C, and the value of the negative current period of the phase current I U can be estimated.

このようにしてU相電流が推定できるが、V、W相電流も同様の方法で推定できる。また、3相の電流を加算するとゼロになるため、例えばU、W相電流の2相だけ推定しても、V相電流は以下の式で求められる。

Figure 2012223019
In this way, the U-phase current can be estimated, but the V and W-phase currents can also be estimated by the same method. Further, since the addition of the three-phase currents results in zero, for example, even if only the two phases of the U and W phases are estimated, the V-phase current can be obtained by the following equation.
Figure 2012223019

[効果]
従来例においては、エミッタセンス端子の信号を直接制御演算装置に入力している為、インバータ100に大電流が流れると基準電位が変動し、相電流の推定精度が悪化する。最悪の場合、制御側回路が破壊することもある。
[effect]
In the conventional example, since the signal of the emitter sense terminal is directly input to the control arithmetic unit, when a large current flows through the inverter 100, the reference potential fluctuates and the phase current estimation accuracy deteriorates. In the worst case, the control side circuit may be destroyed.

本実施例によれば、絶縁をして検出信号を伝送するので、インバータ100の基準電位変動の影響を受けず、精度よく相電流を推定できる上、制御側回路の信頼性も向上する。   According to this embodiment, since the detection signal is transmitted after being insulated, the phase current can be accurately estimated without being affected by the fluctuation of the reference potential of the inverter 100, and the reliability of the control side circuit is improved.

さらに、絶縁によって上アームを構成するスイッチング素子S、S、Sの電流も検出できるため、従来のような直流電流センサが無くても相電流が推定できる。このため、非接触電流センサやシャント抵抗を全く用いずに電流検出システムを構成でき、システム全体の小型化、低コスト化に寄与する。 Further, the switching element S U constituting the upper arm by an insulating, allows detection S V, also the current of S W, as in the prior art DC current sensor without even the phase current can be estimated. For this reason, a current detection system can be configured without using any non-contact current sensor or shunt resistor, which contributes to downsizing and cost reduction of the entire system.

[第2実施形態]
[構成]
次に、本発明に係るインバータ装置の第2実施形態を説明する。なお第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
[Constitution]
Next, a second embodiment of the inverter device according to the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

前述した第1実施形態では、スイッチング素子をオン/オフする周波数(以下、スイッチング周波数という)が高くなると、コレクタ電流1周期の間にPWMで伝送できる電流振幅値のサンプル数が少なくなる。スイッチング周波数が三角波発生回路203の出力三角波の周波数付近にまで高くなると、コレクタ電流振幅を制御演算装置109で正確に復元することができなくなる。第2実施形態では、スイッチング周波数が高いときに、第1実施形態で説明したPWM絶縁方式が使用できなくなることを回避する。   In the first embodiment described above, when the frequency at which the switching element is turned on / off (hereinafter referred to as switching frequency) increases, the number of samples of the current amplitude value that can be transmitted by PWM during one period of the collector current decreases. When the switching frequency is increased to near the frequency of the output triangular wave of the triangular wave generating circuit 203, the collector current amplitude cannot be accurately restored by the control arithmetic unit 109. In the second embodiment, it is avoided that the PWM isolation method described in the first embodiment cannot be used when the switching frequency is high.

第1実施形態と同様、スイッチング素子Sを例として第2実施形態の構成を図4を参照して説明する。本実施形態に係るインバータ装置102は、フィルタ回路401、絶縁回路108を含み、絶縁回路108は図2で示す回路203〜206を含む回路に対応する。すなわち本実施形態の構成は、図2のオペアンプ201の代わりにフィルタ回路401を設けた構成である。 As in the first embodiment, the configuration of the second embodiment will be described with reference to FIG. 4 using the switching element SU as an example. The inverter device 102 according to the present embodiment includes a filter circuit 401 and an insulating circuit 108, and the insulating circuit 108 corresponds to a circuit including the circuits 203 to 206 shown in FIG. That is, the configuration of this embodiment is a configuration in which a filter circuit 401 is provided instead of the operational amplifier 201 of FIG.

抵抗Rに生じた電圧VEはフィルタ回路401を通して連続した電圧信号402に変換される。電圧信号402を第1実施形態と同様、絶縁回路108を通してPWM信号403に変換し、制御演算装置109へ入力する。 Voltage VE U generated in the resistor R U is converted into a voltage signal 402 which is continuous through the filter circuit 401. Similarly to the first embodiment, the voltage signal 402 is converted into a PWM signal 403 through the insulating circuit 108 and input to the control arithmetic unit 109.

フィルタ回路401および絶縁回路108はスイッチング素子S〜Sにもそれぞれ設置され、PWM信号が制御演算装置109へ伝達される。 The filter circuit 401 and the insulating circuit 108 are also installed in the switching elements S V to S Z , respectively, and the PWM signal is transmitted to the control arithmetic unit 109.

[作用]
上述したように構成された本実施形態の作用を図5を参照して説明する。図5の(a)はU相電流I、(b)はコレクタ電流IC、ICを示すエミッタセンス端子の電圧VEU、(c)はフィルタ回路401の出力電圧波形、(d)は(a)に示すコレクタ電流の位相遅れ信号波形である。
[Action]
The operation of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. 5A shows the U-phase current I U , FIG. 5B shows the collector current IC U , the emitter sense terminal voltage V EU indicating IC X , FIG. 5C shows the output voltage waveform of the filter circuit 401, and FIG. It is a phase delay signal waveform of the collector current shown in (a).

フィルタ回路401は、図5(b)のようなエミッタセンス端子の電圧VEUを、図5(c)のように連続した信号402に変換する。フィルタ回路401の時定数は、スイッチング素子のスイッチング周期より大きく、コレクタ電流Iの周期すなわち出力交流電圧の周期より小さくする必要がある。また時定数は、出力交流電圧の周波数に応じて変化させてもよい。エミッタセンス端子の電圧VEUをこのような連続した信号にすることで、PWM信号に変換でき絶縁が実現できる。ただし、フィルタ回路401の出力信号402は非検出期間とフィルタ回路401の周波数特性の影響で、振幅のピーク値が基の信号ICより小さくなっている。さらに、フィルタ回路401では位相遅れδが生じる。 The filter circuit 401 converts the emitter sense terminal voltage V EU as shown in FIG. 5B into a continuous signal 402 as shown in FIG. 5C. Time constant of the filter circuit 401 is greater than the switching period of the switching element, it must be smaller than the period of the period or the output AC voltage of the collector current I U. The time constant may be changed according to the frequency of the output AC voltage. By making the voltage V EU of the emitter sense terminal into such a continuous signal, it can be converted into a PWM signal and insulation can be realized. However, the output signal 402 of the filter circuit 401 has an amplitude peak value smaller than the base signal IC U due to the influence of the non-detection period and the frequency characteristics of the filter circuit 401. Further, the filter circuit 401 has a phase delay δ.

第1実施形態と同様に、三角波発生回路出力信号と信号402をコンパレータで比較してPWM信号403を生成し、フォトトランジスタなどの絶縁素子を通して制御演算装置109に伝送する。相電流推定部110は、PWM信号403のデューティ比に基づいて信号を復元する。   As in the first embodiment, the triangular wave generation circuit output signal and the signal 402 are compared by a comparator to generate a PWM signal 403, which is transmitted to the control arithmetic unit 109 through an insulating element such as a phototransistor. The phase current estimation unit 110 restores the signal based on the duty ratio of the PWM signal 403.

復元した信号も前述したように、フィルタ回路401によって基の相電流に比べて振幅が減衰し、位相遅れδが生じている。相電流推定部110は、減衰した振幅を予め分かっているフィルタの周波数特性を利用して補償し、図5(d)の信号501とする。信号501は非検出期間とフィルタによる振幅の減衰が補償されているが、相電流Iに対して位相が遅れている点が異なる。相電流I、Iについても位相がδ遅れた相電流推定値を求める。 As described above, the restored signal is attenuated in amplitude by the filter circuit 401 as compared with the original phase current, and a phase delay δ is generated. The phase current estimation unit 110 compensates the attenuated amplitude by using the frequency characteristic of the filter that is known in advance to obtain a signal 501 in FIG. Signal 501 is the amplitude attenuation due to non-detection period and the filter is compensated, that the phase is delayed is different for the phase current I U. As for the phase currents I V and I W , estimated phase current values whose phases are delayed by δ are obtained.

位相遅れδの補償は電流制御部111において、ベクトル制御に用いる三相→dq変換時に行う。三相→dq変換は下記の式で示される。

Figure 2012223019
Compensation of the phase delay δ is performed in the current control unit 111 at the time of three-phase → dq conversion used for vector control. The three-phase → dq conversion is expressed by the following equation.
Figure 2012223019

ここで、θは静止座標と回転座標間の角度であり、特に電動機が永久磁石電動機の場合には、磁界の回転角度を表す。フィルタ回路401の周波数特性は予めわかっているので、位相遅れδは求められる。検出した相電流の位相はδだけ遅れているので、dq軸電流を求めるには下記の式を用いる。

Figure 2012223019
Here, θ is an angle between the stationary coordinate and the rotational coordinate, and particularly represents a rotational angle of the magnetic field when the electric motor is a permanent magnet motor. Since the frequency characteristic of the filter circuit 401 is known in advance, the phase delay δ is obtained. Since the phase of the detected phase current is delayed by δ, the following equation is used to obtain the dq axis current.
Figure 2012223019

このようにしてdq軸電流を求め、フィルタ回路によって生じた位相遅れを補償できる。   In this way, the dq-axis current is obtained, and the phase delay caused by the filter circuit can be compensated.

[効果]
スイッチング素子の高速化により、スイッチング周波数は年々高まってきている。PWM信号の周波数、すなわち三角波発生回路の出力三角波の周波数をスイッチング周波数より十分高くすれば絶縁は実現できるが、制御演算装置のデューティ比演算の速度には限界がある。さらに、三角波発生回路やフォトトランジスタのバラツキにより、PWM信号の精度が著しく悪化する。
[effect]
The switching frequency has been increasing year by year due to the higher speed of switching elements. Insulation can be realized if the frequency of the PWM signal, that is, the frequency of the output triangular wave of the triangular wave generating circuit is sufficiently higher than the switching frequency, but the speed of the duty ratio calculation of the control arithmetic unit is limited. Furthermore, the accuracy of the PWM signal is significantly deteriorated due to variations in the triangular wave generation circuit and the phototransistor.

第2実施形態のようにフィルタ回路を使用して連続した信号に変換することで、スイッチング周波数に関わらずPWM信号の周波数を決定でき、精度を悪化させずに相電流を推定できる。   By converting to a continuous signal using a filter circuit as in the second embodiment, the frequency of the PWM signal can be determined regardless of the switching frequency, and the phase current can be estimated without degrading accuracy.

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。例えば、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。   The above description is an embodiment of the present invention, and does not limit the apparatus and method of the present invention, and various modifications can be easily implemented. For example, various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.

100…インバータ、101…アクセル装置、102…インバータ装置、103…トルク指令値、104…直流電源、105…電動機、106…車輪、107…平滑コンデンサ、108…絶縁回路、109…制御演算装置、110…相電流推定部、111…電流制御部、112…推定相電流、113…角度センサ、114…電気角、115…ゲート信号、116…ゲート駆動回路、201…オペアンプ、202…増幅信号、203…三角波発生回路、204…コンパレータ、205…PWM信号、206…絶縁素子、301…コレクタ電流ICに準ずる信号、302…非検出期間補償信号、401…フィルタ回路、402…連続信号、403…PWM信号、501…位相遅れ信号。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Inverter, 101 ... Accelerator apparatus, 102 ... Inverter apparatus, 103 ... Torque command value, 104 ... DC power supply, 105 ... Electric motor, 106 ... Wheel, 107 ... Smoothing capacitor, 108 ... Insulation circuit, 109 ... Control arithmetic unit, 110 ... phase current estimation unit, 111 ... current control unit, 112 ... estimated phase current, 113 ... angle sensor, 114 ... electrical angle, 115 ... gate signal, 116 ... gate drive circuit, 201 ... op amp, 202 ... amplified signal, 203 ... Triangle wave generation circuit, 204 ... Comparator, 205 ... PWM signal, 206 ... Insulating element, 301 ... Signal corresponding to collector current IC U , 302 ... Non-detection period compensation signal, 401 ... Filter circuit, 402 ... Continuous signal, 403 ... PWM signal 501... Phase delay signal.

Claims (8)

直流電源に接続され、エミッタセンス端子を備えたスイッチング素子および還流ダイオードを含み、前記スイッチング素子のオン/オフ制御によって直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換し、負荷に交流電力を供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御手段と、
前記エミッタセンス端子に発生している電圧信号を第1PWM信号に変換する変換手段と、
前記第1PWM信号を絶縁し第2PWM信号として前記制御手段に伝送する絶縁手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記第2PWM信号から前記インバータの相電流を推定する推定手段を備えるインバータ装置。
A switching element connected to a DC power source and including a switching element having an emitter sense terminal and a freewheeling diode. The DC voltage is converted into an AC voltage having a predetermined magnitude and frequency by on / off control of the switching element, and AC power is supplied to the load. An inverter to supply;
Control means for controlling the inverter;
Conversion means for converting a voltage signal generated at the emitter sense terminal into a first PWM signal;
Insulating means for insulating the first PWM signal and transmitting it to the control means as a second PWM signal;
The said control means is an inverter apparatus provided with the estimation means which estimates the phase current of the said inverter from the said 2nd PWM signal.
前記推定手段は、前記エミッタセンス端子の非電流検出期間の電流値を、該非電流検出期間直前の電流推定値と同値とし、前記非電流検出期間を補償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。   The said estimation means makes the electric current value of the said non-current detection period of the said emitter sense terminal the same value as the electric current estimated value immediately before this non-current detection period, and compensates for the said non-current detection period. Inverter device. 直流電源に接続され、エミッタセンス端子を備えたスイッチング素子および還流ダイオードを含み、前記スイッチング素子のオン/オフ制御によって直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換し、負荷に交流電力を供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御手段と、
前記エミッタセンス端子に発生している電圧信号をフィルタ処理し連続した信号を生成するフィルタ処理手段と、
前記連続した電圧信号を第1PWM信号に変換する変換手段と、
前記第1PWM信号を絶縁し第2PWM信号として前記制御手段に伝送する絶縁手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記第2PWM信号から前記インバータの相電流を推定する推定手段を備えるインバータ装置。
A switching element connected to a DC power source and including a switching element having an emitter sense terminal and a freewheeling diode. The DC voltage is converted into an AC voltage having a predetermined magnitude and frequency by on / off control of the switching element, and AC power is supplied to the load. An inverter to supply;
Control means for controlling the inverter;
Filter processing means for filtering the voltage signal generated at the emitter sense terminal to generate a continuous signal;
Conversion means for converting the continuous voltage signal into a first PWM signal;
Insulating means for insulating the first PWM signal and transmitting it to the control means as a second PWM signal;
The said control means is an inverter apparatus provided with the estimation means which estimates the phase current of the said inverter from the said 2nd PWM signal.
前記制御手段は、前記フィルタ処理において生じた減衰および位相遅れを補償する手段を具備することを特徴とする請求項3に記載のインバータ装置。   4. The inverter apparatus according to claim 3, wherein the control means includes means for compensating for attenuation and phase delay generated in the filtering process. 前記制御手段は、前記位相遅れ補償をベクトル制御における三相→dq変換時に行うことを特徴とする請求項4記載のインバータ装置。   5. The inverter apparatus according to claim 4, wherein the control means performs the phase delay compensation at the time of three-phase → dq conversion in vector control. 前記フィルタ処理手段は、フィルタ時定数を前記スイッチング素子のスイッチング周期より長く、前記交流電圧の周期より短い値に設定することを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載のインバータ装置。   6. The inverter device according to claim 3, wherein the filter processing unit sets a filter time constant to a value longer than a switching cycle of the switching element and shorter than a cycle of the AC voltage. . 前記フィルタ処理手段は、前記交流電圧の周波数に応じて時定数を変化させることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載のインバータ装置。   6. The inverter device according to claim 3, wherein the filter processing unit changes a time constant according to a frequency of the AC voltage. エミッタセンス端子を備えたスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のオン/オフを制御して、直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
前記エミッタセンス端子に発生している電圧信号を第1PWM信号に変換する変換手段と、
前記第1PWM信号を絶縁し第2PWM信号として前記制御手段に伝送する絶縁手段と、
前記第2PWM信号から前記インバータの相電流を推定する手段と、
を備えるインバータ制御装置。
An inverter control device that includes a switching element having an emitter sense terminal, controls an on / off of the switching element, and controls an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage having a predetermined magnitude and frequency;
Conversion means for converting a voltage signal generated at the emitter sense terminal into a first PWM signal;
Insulating means for insulating the first PWM signal and transmitting it to the control means as a second PWM signal;
Means for estimating a phase current of the inverter from the second PWM signal;
An inverter control device comprising:
JP2011088336A 2011-04-12 2011-04-12 Inverter device Withdrawn JP2012223019A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011088336A JP2012223019A (en) 2011-04-12 2011-04-12 Inverter device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011088336A JP2012223019A (en) 2011-04-12 2011-04-12 Inverter device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012223019A true JP2012223019A (en) 2012-11-12

Family

ID=47273964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011088336A Withdrawn JP2012223019A (en) 2011-04-12 2011-04-12 Inverter device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012223019A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105620706A (en) * 2016-02-19 2016-06-01 武汉理工大学 Ship electric propulsion system with harmonic suppressing and regenerative braking functions and control method
JP2017204907A (en) * 2016-05-09 2017-11-16 株式会社デンソー Power conversion device
JP2019054691A (en) * 2017-09-19 2019-04-04 株式会社デンソー Three-phase inverter device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105620706A (en) * 2016-02-19 2016-06-01 武汉理工大学 Ship electric propulsion system with harmonic suppressing and regenerative braking functions and control method
JP2017204907A (en) * 2016-05-09 2017-11-16 株式会社デンソー Power conversion device
JP2019054691A (en) * 2017-09-19 2019-04-04 株式会社デンソー Three-phase inverter device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7851866B2 (en) Electric power conversion device
US8203293B2 (en) Motor drive apparatus and motor drive method
JP6583000B2 (en) Control device for rotating electrical machine
US8878477B2 (en) Electric motor driving apparatus having failure detection circuit, and failure detection method for the electric motor driving apparatus having failure detection circuit
JP4749874B2 (en) Power conversion device and motor drive device using the same
US20140361720A1 (en) Apparatus for controlling rotating machine based on output signal of resolver
KR20170062866A (en) Device and control method for driving sensorless bldc motor
JP2015208143A (en) Motor drive device
CN111213315B (en) Motor control device and brake control device
CN103368477B (en) The drive unit of synchronous motor and use the air-supply arrangement of this drive unit
JPWO2016098410A1 (en) Power conversion device and electric power steering device using the same
US9490735B2 (en) Motor driving module and brushless DC motor system
US20160156294A1 (en) Motor driving module
US20190028052A1 (en) Evaluation apparatus for evaluating inverter circuit for electric motor and evaluation method therefor
WO2019150984A1 (en) Control device for three-phase synchronous electric motor
KR102359356B1 (en) Control device for three-phase synchronous motor, and electric power steering device using the same
JP2012223019A (en) Inverter device
CN109525161B (en) Integrated circuit for motor control
JP2014131411A (en) Motor controller and motor control method
CN108352801B (en) Control device for electric motor and electric vehicle using the same
JP5808210B2 (en) Motor control device and motor control method
JP2025015135A (en) Motor drive device
JP2022090317A (en) Inverter control device, inverter control method
JP7613352B2 (en) Motor control device
JP2021027651A (en) Electric motor control device

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131205

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131212

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131219

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131226

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140109

A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140701