JP6232580B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、電流フィードバック制御機能を有するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device having a current feedback control function.
一般に、電流制御では、モータの3相電流を検出し、それを電流指令値に追従させるように3相の電圧指令を作成し、複数個の半導体スイッチからなるインバータに出力し、インバータでは供給される直流電圧を複数個の半導体スイッチのON/OFFの組み合わせにより、所望の3相交流電圧をモータに印加している。 In general, in current control, a three-phase voltage command is generated so that the motor's three-phase current is detected and followed by the current command value, and output to an inverter composed of a plurality of semiconductor switches. A desired three-phase AC voltage is applied to the motor by a combination of ON / OFF of a plurality of semiconductor switches.
複数個の半導体スイッチにより直流電圧から3相交流電圧を生み出す方式であるPWM制御は、キャリア信号と電圧指令値により半導体スイッチのON/OFF信号を出力し、モータの線間にパルス状の電圧を印加するものである。そのパルス幅を半導体スイッチのON/OFFで制御することで、モータに印加する実効電圧値を正弦波状にすることができる。 PWM control, which generates a three-phase AC voltage from a DC voltage using a plurality of semiconductor switches, outputs a semiconductor switch ON / OFF signal based on a carrier signal and a voltage command value, and generates a pulsed voltage between motor lines. To be applied. By controlling the pulse width by ON / OFF of the semiconductor switch, the effective voltage value applied to the motor can be made sinusoidal.
このPWM方式を用いた電流制御では、半導体スイッチのスイッチングノイズが電流に重畳すること、また、モータの線間にパルス状の電圧を印加するため、モータの電気的時定数に対してキャリア周波数が十分に高くないと電流リプルが発生することにより、正確な電流検出値が得られず、電流制御に悪影響を与えることが課題である。
そこで、一定区間の平均電流値を検出するΣΔ方式の電流検出器などを用い、前記区間とキャリア信号の半周期である山谷の時間とを一致させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In the current control using the PWM method, the switching noise of the semiconductor switch is superimposed on the current, and a pulsed voltage is applied between the motor lines, so that the carrier frequency is relative to the electric time constant of the motor. If the current is not sufficiently high, current ripple occurs, so that an accurate current detection value cannot be obtained, and the current control is adversely affected.
Thus, a method has been proposed in which a current detector of a ΣΔ method that detects an average current value in a certain section is used to match the section with the time of a mountain valley that is a half cycle of a carrier signal (for example, Patent Document 1). reference).
この方法は、電流リプル周期であるキャリア信号の半周期の区間の平均電流値を検出することで、電流検出値における電流リプル成分を小さくすることができるとしている。 According to this method, the current ripple component in the detected current value can be reduced by detecting the average current value in the half cycle section of the carrier signal, which is the current ripple period.
しかしながら、上述した技術では、スイッチングノイズが電流に重畳した際の影響を完全に除去できず、正確な電流検出値が得られないという問題がある。 However, the above-described technique has a problem in that an influence when switching noise is superimposed on a current cannot be completely removed, and an accurate current detection value cannot be obtained.
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電流リプル成分が小さく、スイッチングノイズの影響を受けない電流検出値が得られ、振動の発生を抑制できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a motor drive device that can obtain a current detection value that is small in current ripple component and is not affected by switching noise, and that can suppress the occurrence of vibration. To do.
モータ電流を検出する電流検出器を用い、PWM制御による電流フィードバック制御を有するモータ駆動装置において、キャリア信号を出力するキャリア信号発生器と、前記キャリア信号とPWM信号から電流検出トリガ信号を出力する電流検出タイミング発生器と、電流検出トリガ信号とPWM信号から導出される電流検出区間の平均電流値を検出して電流検出値を出力する電流検出器と、前記キャリア信号を基準にして電流制御トリガ信号
を発生する電流制御タイミング発生器と、前記電流検出値を電流指令値に追従させるように電流制御を行い、電圧指令を出力する電流制御器と、前記キャリア信号と前記電圧指令からPWM信号をインバータ部に出力するPWM制御器とを備え、前記電流検出区間はキャリア信号の山または谷を中心として、キャリア信号の山または谷から前記電流検出トリガ信号までの期間の2倍とし、前記電流検出トリガ信号は、モータの各相のスイッチングに応じて出力タイミングを変化させ、前記電流検出トリガ信号は、キャリア信号の山または谷の前後におけるモータの各相のスイッチングタイミングの中で、キャリア信号の山または谷から一番近いスイッチングタイミングとキャリア信号の山または谷までの期間の分だけ、キャリア信号の山または谷から遅れて出力され、スイッチングタイミングは、スイッチングから予め規定されたスイッチングノイズ残存時間までの期間とすることを特徴としたモータ駆動装置。
In a motor drive device using a current detector for detecting motor current and having current feedback control by PWM control, a carrier signal generator for outputting a carrier signal, and a current for outputting a current detection trigger signal from the carrier signal and the PWM signal A detection timing generator; a current detector that detects an average current value in a current detection section derived from a current detection trigger signal and a PWM signal; and outputs a current detection value; and a current control trigger signal based on the carrier signal A current control timing generator for generating a current, a current controller for performing current control so that the detected current value follows a current command value, and outputting a voltage command, and an inverter for converting a PWM signal from the carrier signal and the voltage command A PWM controller for outputting to the section, wherein the current detection section is centered on a peak or valley of the carrier signal. Then, the period from the peak or valley of the carrier signal to the current detection trigger signal is doubled, and the current detection trigger signal changes the output timing in accordance with switching of each phase of the motor, and the current detection trigger signal Is the carrier signal corresponding to the switching timing of each phase of the motor before and after the peak or valley of the carrier signal, and the period from the peak or valley of the carrier signal to the peak or valley of the carrier signal. A motor driving device characterized in that the output is delayed from a peak or a valley of the motor and the switching timing is a period from switching to a predetermined switching noise remaining time.
請求項1から請求項3に記載のモータ駆動装置によれば、電流リプル成分が小さく、スイッチングノイズの影響を受けない電流検出値が得られ、振動の発生を抑制できる。 According to the motor driving apparatus of the first to third aspects, a current detection value that is small in current ripple component and is not affected by switching noise can be obtained, and generation of vibration can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、モータ駆動装置の主要部ブロック図であり、キャリア信号11を出力するキャリア信号発生器1と、キャリア信号11とPWM信号16から電流検出トリガ信号12を出力する電流検出タイミング発生器2と、電流検出トリガ信号12とPWM信号16から導出される電流検出区間の平均電流値を検出して電流検出値13を出力する電流検出器3と、キャリア信号11から電流制御トリガ信号14を出力する電流制御タイミング発生器4と、電流制御トリガ信号14が入力されたときに電流検出値13から電圧指令15を出力する電流制御器5と、キャリア信号11と電圧指令15からPWM信号16を出力するPWM制御器6を備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of the main part of a motor drive device, which is a
まず、電流制御と電流検出のタイミングについて図2を用いて説明する。電流制御トリガ信号14は、キャリア信号11の半周期に1回、一定間隔で出力する。電流検出トリガ信号12は、キャリア信号11の半周期に1回出力される。電流検出トリガ信号12の出力タイミングは、キャリア信号11の山または谷の前後のU相PWM出力、V相PWM出力、およびW相PWM出力の変化タイミングにスイッチングノイズ残存時間を加味したタイミングのうち、キャリア信号11の山および谷から一番近いタイミングまでの期間の分だけ、キャリア信号11の山または谷から遅らせたタイミングで出力する。 First, current control and current detection timing will be described with reference to FIG. The current control trigger signal 14 is output at regular intervals once every half cycle of the carrier signal 11. The current detection trigger signal 12 is output once every half cycle of the carrier signal 11. The output timing of the current detection trigger signal 12 is a timing in which the switching noise remaining time is added to the change timing of the U-phase PWM output, the V-phase PWM output, and the W-phase PWM output before and after the peak or valley of the carrier signal 11. The carrier signal 11 is output at a timing delayed from the peak or valley of the carrier signal 11 by the period from the peak and valley to the closest timing.
なお、スイッチングノイズ残存時間は、スイッチング時に電流値が乱れる期間を予め測定することで規定できる。 The switching noise remaining time can be defined by measuring in advance a period in which the current value is disturbed during switching.
図中のキャリア信号11の谷部分では、谷の前のU相PWM出力の変化タイミングにスイッチングノイズ残存時間を加味したタイミングがT1からT6の中でキャリア信号11の谷に一番近く、前記タイミングからキャリア信号11の谷までの期間T1の分だけキャリア信号11の谷から遅らせたタイミングで電流検出トリガ信号12を出力する。図中のキャリア信号11の山の部分では、山の前のW相PWM出力の変化タイミングがT7から
T12の中でキャリア信号11の山に一番近く、前記タイミングからキャリア信号11の山までの期間T12の分だけキャリア信号11の山から遅らせたタイミングで電流検出トリガ信号12を出力する。
In the valley portion of the carrier signal 11 in the figure, the timing obtained by adding the switching noise remaining time to the change timing of the U-phase PWM output before the valley is closest to the valley of the carrier signal 11 in T1 to T6. The current detection trigger signal 12 is output at a timing delayed from the trough of the carrier signal 11 by the period T1 from the trough to the trough of the carrier signal 11. In the peak portion of the carrier signal 11 in the figure, the change timing of the W-phase PWM output in front of the peak is closest to the peak of the carrier signal 11 from T7 to T12, and from the timing to the peak of the carrier signal 11 The current detection trigger signal 12 is output at a timing delayed from the peak of the carrier signal 11 by the period T12.
なお、U相PWM出力、V相PWM出力、W相PWM出力の変化タイミングは、PWM制御器6から出力される過去のPWM信号16から得ることができる。
The change timing of the U-phase PWM output, V-phase PWM output, and W-phase PWM output can be obtained from the
図中の期間P1のU相PWM出力、V相PWM出力、W相PWM出力の変化タイミングは、図示していない電流制御処理C1の1周期前の電流制御処理C0の出力である電圧指令15を入力としてPWM制御器6で出力されたPWM信号16から得られ、期間P2のU相PWM出力、V相PWM出力、W相PWM出力の変化タイミングは、電流制御処理C1の出力である電圧指令15を入力としてPWM制御器6で出力されたPWM信号16から得られ、期間P3のU相PWM出力、V相PWM出力、W相PWM出力の変化タイミングは、電流制御処理C2の出力である電圧指令15を入力としてPWM制御器6で出力されたPWM信号16から得られる。これにより、スイッチングノイズの影響を受けない電流検出が可能となる。
The change timings of the U-phase PWM output, the V-phase PWM output, and the W-phase PWM output in the period P1 in the figure are the
次に、電流検出区間について図2を用いて説明する。電流検出区間はキャリア信号11の山および谷を中心とし、キャリア信号11の山および谷から電流検出トリガ信号12までの期間の2倍の期間となるようにする。図中のキャリア信号11の谷の部分では、電流検出区間Z1はキャリア信号11の谷を中心としてT1の2倍の期間、キャリア信号11の山の部分では、電流検出区間Z2はキャリア信号11の山を中心としてT12の2倍の期間となる。 Next, the current detection section will be described with reference to FIG. The current detection section is centered on the peaks and valleys of the carrier signal 11 and has a period twice as long as the period from the peak and valley of the carrier signal 11 to the current detection trigger signal 12. In the valley portion of the carrier signal 11 in the figure, the current detection interval Z1 is twice as long as T1 around the valley of the carrier signal 11, and in the peak portion of the carrier signal 11, the current detection interval Z2 is The period is twice as long as T12 around the mountain.
電流制御器5への入力である電流検出値13は、電流検出区間の電流値の平均値とする。電流検出器3がΣΔ方式の場合、通常電流検出は常に行われており、電流検出トリガ信号12が入力されたときに、その時点からデシメーションにより設定された区間だけ前までの平均電流値を検出することができるため、電流検出区間の平均電流値が得られるようデシメーションを切り替えることで実現できる。
The current detection value 13 that is an input to the
電流検出器3がCT方式の場合は、キャリア信号の半周期の間に一定間隔で電流値を複数回サンプリングし、電流検出区間でサンプリングされた電流値の平均を取ることで実現できる。電流検出区間の中心をキャリア信号11の山および谷とする理由について図3を用いて説明する。図3はキャリア信号11とモータ電流の関係を示しており、キャリア信号11の山と谷の中間付近では、スイッチングによりモータ電流が大きく変化する。キャリア信号11の半周期におけるモータ電流の平均値は、キャリア信号11の山および谷のタイミングで取得可能であり、電流検出区間の中心をキャリア信号11の山および谷とすることで、電流リプルの影響を受けない電流検出が可能となる。
When the
なお、この実施の形態では電流検出処理および電流制御処理をキャリア信号の山および谷で実行するよう記載しているが、キャリア信号の山のみ、またはキャリア信号の谷のみで実行する場合にも適用可能である。 In this embodiment, the current detection process and the current control process are described to be executed at the peak and valley of the carrier signal. However, the present invention is also applicable to the case where the current detection process and the current control process are executed only at the peak of the carrier signal or only at the valley of the carrier signal. Is possible.
本発明のモータ駆動装置は、高速応答性と低振動が要求される用途などにも有用である。 The motor drive device of the present invention is also useful for applications that require high-speed response and low vibration.
1 :キャリア信号発生器
2 :電流検出タイミング発生器
3 :電流検出器
4 :電流制御タイミング発生器
5 :電流制御器
6 :PWM制御器
11 :キャリア信号
12 :電流検出トリガ信号
13 :電流検出値
14 :電流制御トリガ信号
15 :電圧指令
16 :PWM信号
1: Carrier signal generator 2: Current detection timing generator 3: Current detector 4: Current control timing generator 5: Current controller 6: PWM controller 11: Carrier signal 12: Current detection trigger signal 13: Current detection value 14: Current control trigger signal 15: Voltage command 16: PWM signal
Claims (3)
キャリア信号を出力するキャリア信号発生器と、
前記キャリア信号とPWM信号から電流検出トリガ信号を出力する電流検出タイミング発生器と、
電流検出トリガ信号とPWM信号から導出される電流検出区間の平均電流値を検出して電流検出値を出力する電流検出器と、
前記キャリア信号を基準にして電流制御トリガ信号を発生する電流制御タイミング発生器と、
前記電流検出値を電流指令値に追従させるように電流制御を行い、電圧指令を出力する電流制御器と、
前記キャリア信号と前記電圧指令からPWM信号をインバータ部に出力するPWM制御器とを備え、
前記電流検出区間はキャリア信号の山または谷を中心として、キャリア信号の山または谷から前記電流検出トリガ信号までの期間の2倍とし、
前記電流検出トリガ信号は、モータの各相のスイッチングに応じて出力タイミングを変化させることを特徴としたモータ駆動装置。 In a motor drive device having a current feedback control by PWM control using a current detector for detecting a motor current,
A carrier signal generator for outputting a carrier signal;
A current detection timing generator for outputting a current detection trigger signal from the carrier signal and the PWM signal;
A current detector that detects an average current value in a current detection section derived from the current detection trigger signal and the PWM signal and outputs a current detection value;
A current control timing generator for generating a current control trigger signal based on the carrier signal;
A current controller for controlling the current detection value to follow the current command value and outputting a voltage command; and
A PWM controller that outputs a PWM signal from the carrier signal and the voltage command to an inverter unit;
The current detection section is centered on a peak or valley of a carrier signal, and is twice the period from the peak or valley of the carrier signal to the current detection trigger signal,
The motor driving apparatus characterized in that the current detection trigger signal changes an output timing in accordance with switching of each phase of the motor.
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