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JP7593239B2 - Inverter output voltage detection device - Google Patents
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Description

本発明は、インバータ、特に高圧インバータの出力電圧の検出手法に関する。 The present invention relates to a method for detecting the output voltage of an inverter, particularly a high-voltage inverter.

セル多重高圧インバータにおいて、例えば特許文献1に記載のように制御性能向上を目的として出力電圧を検出する場合がある。高電圧であるインバータ出力電圧を検出し、制御装置に入力する手段としては一般に計器用変圧器が用いられる。 In a multi-cell high-voltage inverter, the output voltage may be detected to improve control performance, as described in Patent Document 1, for example. A voltage transformer is generally used as a means for detecting the inverter output voltage, which is a high voltage, and inputting it into the control device.

また、インバータの出力電圧を直流からキャリア周波数までの広い帯域で検出可能な技術として、例えば特許文献2の図2や特許文献3に記載のように、絶縁型A/D変換器を用いる方式が存在する。 In addition, there is a technique that can detect the inverter output voltage over a wide band from DC to the carrier frequency, such as the method described in FIG. 2 of Patent Document 2 and Patent Document 3, which uses an isolated A/D converter.

特許第3892804号公報Patent No. 3892804 特開2015-049104号公報JP 2015-049104 A 特開2017-225210号公報JP 2017-225210 A

しかしながら、特許文献1の方式では、インバータ出力周波数が変圧器の定格周波数を大幅に上回ると、変圧器の特性により電圧検出値の基本波成分の誤差が増大するという問題がある。 However, the method described in Patent Document 1 has the problem that when the inverter output frequency significantly exceeds the rated frequency of the transformer, the characteristics of the transformer increase the error in the fundamental wave component of the voltage detection value.

また、特許文献2、3の方式では電圧検出部の絶縁がプリント基板上で行われるため耐圧が低く、高圧インバータへの適用はされていなかった。 In addition, in the methods of Patent Documents 2 and 3, the voltage detection section is insulated on a printed circuit board, so the withstand voltage is low and the method has not been applied to high-voltage inverters.

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、インバータの出力電圧を広い周波数範囲で検出可能にすることで、装置の制御性能および保護機能を向上させることにある。 The present invention aims to solve the above problems, and its purpose is to improve the control performance and protection function of the device by making it possible to detect the inverter output voltage over a wide frequency range.

上記課題を解決するための請求項1に記載のインバータの出力電圧検出装置は、
インバータの出力電圧を検出する装置であって、
インバータの出力電圧を低圧に変換して検出する分圧回路と、
前記インバータの制御部から送られるクロック信号に基づいて動作し、前記分圧回路で検出されたアナログ電圧値をデジタルのビット列に変換するΔΣ変調器と、
前記ΔΣ変調器で変換されたデジタル信号を光通信により前記インバータの制御部に送信する光送信器、前記インバータの制御部から送られるクロック信号を光通信により受信する光受信器、前記光送信器および光受信器と前記インバータの制御部の間を接続する光ケーブルを有した光通信部と、
前記インバータの制御部に設けられ、前記ΔΣ変調器から光通信部を介して送信されたデジタルのビット列を入力とし、インバータのスイッチング周期と同期して、前記デジタルのビット列に含まれるΔΣ変調器の量子化ノイズとスイッチング周波数成分を同時に除去するデシメーションフィルタと、
前記インバータの制御部からΔΣ変調器に送るクロック信号を、前記デシメーションフィルタで使用するクロックに対して同位相とするか反転位相とするかを選択する位相選択部と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the inverter output voltage detection device according to claim 1 is
An apparatus for detecting an output voltage of an inverter, comprising:
A voltage divider circuit that converts the output voltage of the inverter into a low voltage and detects it;
a ΔΣ modulator that operates based on a clock signal sent from a control unit of the inverter and converts the analog voltage value detected by the voltage divider circuit into a digital bit string;
an optical transmitter that transmits the digital signal converted by the ΔΣ modulator to a control unit of the inverter by optical communication; an optical receiver that receives a clock signal sent from the control unit of the inverter by optical communication; and an optical communication unit having an optical cable connecting the optical transmitter and the optical receiver to the control unit of the inverter;
a decimation filter provided in the control unit of the inverter, receiving as input the digital bit string transmitted from the ΔΣ modulator via the optical communication unit, and simultaneously removing the quantization noise and switching frequency components of the ΔΣ modulator contained in the digital bit string in synchronization with a switching period of the inverter;
The inverter is characterized by comprising a phase selection unit that selects whether the clock signal sent from the inverter control unit to the ΔΣ modulator is in phase or inverted in phase with respect to the clock used in the decimation filter.

請求項2に記載のインバータの出力電圧検出装置は、請求項1において、
前記位相選択部は、前記ΔΣ変調器から光通信部を介して送信されたデジタルのビット列の立上がり時刻と前記デシメーションフィルタで使用するクロックの立上がり時刻との時間差を測定する時間差測定回路と、前記時間差測定回路で測定された時間差に応じて前記位相の選択を行う位相選択回路と、を備えたことを特徴とする。
The output voltage detection device for an inverter according to claim 2 is the same as the output voltage detection device according to claim 1,
The phase selection unit is characterized by comprising a time difference measurement circuit that measures the time difference between the rising time of a digital bit string transmitted from the ΔΣ modulator via an optical communication unit and the rising time of a clock used in the decimation filter, and a phase selection circuit that selects the phase based on the time difference measured by the time difference measurement circuit.

(1)請求項1、2に記載の発明によれば、直流からキャリア周波数までの広い周波数範囲でインバータの出力電圧値が得られ、且つ従来の絶縁型A/D変換器を用いる手法よりも高耐圧を実現することができる。また、ΔΣ変調器に送るクロック信号の位相を選択することができるので、通信遅延がある場合でも安定した動作が可能になる。 (1) According to the invention described in claims 1 and 2, the inverter output voltage value can be obtained over a wide frequency range from DC to the carrier frequency, and a higher voltage resistance can be achieved than the conventional method using an isolated A/D converter. In addition, since the phase of the clock signal sent to the ΔΣ modulator can be selected, stable operation is possible even when there is a communication delay.

(2)請求項2に記載の発明によれば、ΔΣ変調器に送るクロック信号の位相を、通信遅延の量に応じて適切な位相のクロックに自動で選択することができ、調整の手間が省ける。 (2) According to the invention described in claim 2, the phase of the clock signal sent to the ΔΣ modulator can be automatically selected to an appropriate clock phase depending on the amount of communication delay, eliminating the need for adjustment.

本発明の実施例1による出力電圧検出装置の構成図。1 is a configuration diagram of an output voltage detection device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1で用いるデシメーションフィルタの構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a decimation filter used in the first embodiment of the present invention. 図2のデシメーションフィルタの時間応答の説明図。FIG. 3 is a diagram illustrating the time response of the decimation filter of FIG. 2 . 本発明の実施例2に搭載するクロック位相選択回路の回路図。FIG. 11 is a circuit diagram of a clock phase selection circuit mounted in a second embodiment of the present invention. 図4のクロック位相選択回路のタイミングチャート。5 is a timing chart of the clock phase selection circuit of FIG. 4 .

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment.

図1に実施例1のハードウェア構成を示す。図1において1は、負荷としてのモータ(三相モータM)2を駆動するインバータである。このインバータ1は、例えばセル多重高圧インバータで構成され、図示省略の制御部で作成されるPWM信号により、インバータの主回路を構成する半導体素子がスイッチング制御され、三相出力電圧Vu,Vv,Vwをモータ2に印加する。インバータ1内の制御部には後述するデシメーションフィルタが設けられている。 Figure 1 shows the hardware configuration of the first embodiment. In Figure 1, 1 is an inverter that drives a motor (three-phase motor M) 2 as a load. This inverter 1 is composed of, for example, a cell-multiplexed high-voltage inverter, and the semiconductor elements that make up the main circuit of the inverter are switched and controlled by a PWM signal created by a control unit (not shown), and three-phase output voltages Vu, Vv, and Vw are applied to the motor 2. The control unit in the inverter 1 is provided with a decimation filter, which will be described later.

インバータ1およびモータ2を結ぶ三相電路と接地間には、抵抗3a~3iを備えた分圧回路3が接続されている。分圧回路3の、抵抗3a~3cはインバータ1のU相出力電圧Vuを低圧に変換して検出し、抵抗3d~3fはインバータ1のV相出力電圧Vvを低圧に変換して検出し、抵抗3g~3iはインバータ1のW相出力電圧Vwを低圧に変換して検出する。 A voltage divider circuit 3 equipped with resistors 3a to 3i is connected between the three-phase circuit connecting the inverter 1 and the motor 2 and the ground. In the voltage divider circuit 3, resistors 3a to 3c convert the U-phase output voltage Vu of the inverter 1 to a low voltage for detection, resistors 3d to 3f convert the V-phase output voltage Vv of the inverter 1 to a low voltage for detection, and resistors 3g to 3i convert the W-phase output voltage Vw of the inverter 1 to a low voltage for detection.

分圧回路3により検出された電圧は電圧検出回路4内の作動増幅器11u,11v,11wを介してΔΣ変調器(1bit-ADC)12u,12v,12wに入力される。 The voltage detected by the voltage divider circuit 3 is input to the ΔΣ modulators (1-bit ADC) 12u, 12v, and 12w via the differential amplifiers 11u, 11v, and 11w in the voltage detection circuit 4.

ΔΣ変調器12u,12v,12wは、インバータ1内の制御部から光ケーブル13cを介して送られ、光受信器14(光RX)により受信されたクロック信号CLKに基づいて、作動増幅器11u,11v,11wの出力である三相各相のアナログ電圧値をデジタル値(ビット列)に変換する。 The ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w convert the analog voltage values of each of the three phases, which are the outputs of the differential amplifiers 11u, 11v, and 11w, into digital values (bit strings) based on the clock signal CLK sent from the control unit in the inverter 1 via the optical cable 13c and received by the optical receiver 14 (optical RX).

ΔΣ変調器12u,12v,12wにより変換されたデジタル信号は光送信器15u,15v,15w(光TX)および光ケーブル13u,13v,13wを介してインバータ1内の制御部に送信される。 The digital signals converted by the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w are transmitted to the control unit in the inverter 1 via the optical transmitters 15u, 15v, and 15w (optical TX) and the optical cables 13u, 13v, and 13w.

前記光ケーブル13c,13u,13v,13w、光受信器14、光送信器15u,15v,15wによって光通信部を構成している。 The optical cables 13c, 13u, 13v, and 13w, the optical receiver 14, and the optical transmitters 15u, 15v, and 15w constitute the optical communication section.

図1のように、電圧検出回路4では、インバータ1から送られるクロック信号CLKに基づいてΔΣ変調器12u,12v,12wを動作させ、それぞれの相電圧をデジタル値(ビット列)に変換してインバータ1の制御部に送信する。 As shown in FIG. 1, in the voltage detection circuit 4, the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w are operated based on the clock signal CLK sent from the inverter 1, and each phase voltage is converted into a digital value (bit string) and transmitted to the control unit of the inverter 1.

電圧検出回路4とインバータ1の通信を光ケーブル13c,13u,13v,13wで行うことで、回路間の絶縁を先行技術よりも高耐圧で実現した。インバータ1側に実装されるデシメーションフィルタと共通のクロックを使用するため、インバータ1から電圧検出回路4にクロック信号CLKを送る必要がある。 By using optical cables 13c, 13u, 13v, and 13w for communication between the voltage detection circuit 4 and the inverter 1, insulation between the circuits has been achieved with a higher voltage resistance than in the prior art. Since a common clock is used with the decimation filter implemented on the inverter 1 side, it is necessary to send a clock signal CLK from the inverter 1 to the voltage detection circuit 4.

図2に実施例1のインバータ側で使用するデシメーションフィルタの構成を示す。このフィルタはsincフィルタと呼ばれるものであり、ΔΣ変調器(1bit-ADC)12u,12v,12wと共通のクロック周波数(FADC)で動作する積算器20と、インバータの等価スイッチング周波数(FPWM)の2倍で動作する微分器30を縦続接続した構成となっている。 2 shows the configuration of the decimation filter used on the inverter side of Example 1. This filter is called a sinc filter, and is configured by cascading an integrator 20 that operates at a common clock frequency (F ADC ) with the ΔΣ modulators (1-bit ADCs) 12u, 12v, and 12w, and a differentiator 30 that operates at twice the equivalent switching frequency (F PWM ) of the inverter.

積算器20は、図1の光送信器15u,15v,15wおよび光ケーブル13u,13v,13wを介して送られてくるΔΣ変調器12u,12v,12wのビット列に、遅延部21で遅延された前回値を加算器22において加算する。 The accumulator 20 adds the previous value delayed by the delay unit 21 to the bit strings of the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w sent via the optical transmitters 15u, 15v, and 15w and optical cables 13u, 13v, and 13w in FIG. 1 in the adder 22.

微分器30は、積算器20の出力を遅延部31、32で遅延させた値を、減算器33において積算器20の出力から差し引く。微分器30の出力(Output To CPU)は制御部のCPU回路(図示省略)へ入力され、CPU回路はこの入力値に基づいてインバータ1の制御を行う。 The differentiator 30 subtracts the value, which is the output of the integrator 20 delayed by delay units 31 and 32, from the output of the integrator 20 in a subtractor 33. The output of the differentiator 30 (Output To CPU) is input to the CPU circuit (not shown) of the control unit, and the CPU circuit controls the inverter 1 based on this input value.

積算器20、微分器30の構成によって、ΔΣ変調器12u,12v,12wから送られてくるビット列を等価スイッチング周期の区間で合計した値(移動平均×区間幅)を等価スイッチング周期の半周期ごとに取得できる。このフィルタにより、ビット列が持つ量子化ノイズとインバータ1のスイッチング成分を同時に除去する。 The integrator 20 and differentiator 30 configuration allows the sum (moving average x interval width) of the bit strings sent from the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w over the equivalent switching period to be obtained for each half period of the equivalent switching period. This filter simultaneously removes the quantization noise contained in the bit strings and the switching components of the inverter 1.

ΔΣ変調器12u,12v,12wとインバータ1間の光通信の遅延により、送られてくるビット列の位相がデシメーションフィルタのクロックに対して大きく遅れる場合がある。その結果ΔΣ変調器12u,12v,12wから送られてくるビット列のエッジとクロックの立ち上がりが重なると、積算器20が正常に動作しなくなり電圧検出が不可能になる。 Due to delays in optical communication between the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w and the inverter 1, the phase of the transmitted bit string may lag significantly behind the clock of the decimation filter. As a result, if the edge of the bit string transmitted from the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w overlaps with the rising edge of the clock, the integrator 20 will not operate normally and voltage detection will become impossible.

この問題への対策として、本実施例1では、インバータ1から図1の電圧検出回路4のΔΣ変調器12u,12v,12wに送るクロック(Clock To ADC)を、積算器20に入るクロック(FADC)と同位相とするか又は180度遅れとするかを選択できるようにした。 As a countermeasure to this problem, in this embodiment 1, it is made possible to select whether the clock (Clock To ADC) sent from the inverter 1 to the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w of the voltage detection circuit 4 in Figure 1 is in phase with the clock (F ADC ) input to the integrator 20 or is delayed by 180 degrees.

すなわち、一方の入力端に入力した、同位相又は180度遅れを選択するSelect信号と、他方の入力端に入力した、デシメーションフィルタで使用するクロック信号FADC(ΔΣ変調器と共通のクロック周波数)との排他的論理和をとるXORゲート(exclusive OR)40を設け、XORゲート40の出力を、図1のΔΣ変調器12u,12v,12wへ送るクロック(Clock To ADC)としている。XORゲート40は本発明の位相選択部を構成している。 That is, an XOR gate (exclusive OR) 40 is provided which takes the exclusive OR of a Select signal which is input to one input terminal and selects in-phase or 180 degree delay, and a clock signal F ADC (which has a common clock frequency with the ΔΣ modulator) used in the decimation filter which is input to the other input terminal, and the output of the XOR gate 40 is used as the clock (Clock To ADC) which is sent to the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w in Figure 1. The XOR gate 40 constitutes the phase selection unit of the present invention.

図2の構成によって、Select信号が0の時は同位相、1の時は180度遅れのクロックが図1のΔΣ変調器12u,12v,12wに送られる。インバータ1-電圧検出回路4間の通信遅延の量に応じて適切な位相のクロックを選択することで、遅延がある場合でも安定した動作が可能になる。高圧インバータではユニット故障時以外で配線を繋ぎ変えることはなく、遅延の大きさは一定になるため、Select信号の値は製品出荷時に手動で調整すればよい。 With the configuration in Figure 2, when the Select signal is 0, a clock with the same phase is sent to the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w in Figure 1, and when the Select signal is 1, a clock with a 180 degree delay is sent. By selecting a clock with an appropriate phase depending on the amount of communication delay between the inverter 1 and the voltage detection circuit 4, stable operation is possible even when there is a delay. In a high-voltage inverter, the wiring is not changed except in the event of a unit failure, and the amount of delay is constant, so the value of the Select signal can be adjusted manually when the product is shipped.

図3に、インバータ1の相電圧指令(L1)、相電圧出力(L2)、相電圧検出(L3)(上記図2のフィルタ出力理論値の電圧換算)を時間軸上で重ねた波形を示す。V_dcはセル多重高圧インバータにおけるセル1段分の直流電圧である。図3よりわかるように、相電圧検出値(L3)にはスイッチング成分が含まれておらず、位相は相電圧指令値(L1)に対してスイッチング半周期分遅れる。 Figure 3 shows the waveforms of inverter 1's phase voltage command (L1), phase voltage output (L2), and phase voltage detection (L3) (voltage conversion of the theoretical filter output value in Figure 2 above) superimposed on the time axis. V_dc is the DC voltage for one cell stage in the multi-cell high-voltage inverter. As can be seen from Figure 3, the phase voltage detection value (L3) does not contain a switching component, and its phase lags behind the phase voltage command value (L1) by half a switching cycle.

以上のように実施例1によれば、変圧器等を介さずに高圧インバータの出力電圧を検出するため、直流からキャリア周波数までの広い周波数範囲で出力電圧値を得ることができる。また、光ケーブルにより絶縁を行うため、従来の絶縁型A/D変換器を用いる手法よりも高耐圧を実現できる。また、デシメーションフィルタの動作をインバータのスイッチング周期と同期させることで検出値からスイッチング周波数成分を除去できる。また、ΔΣ変調器(A/D変換器)に送るクロックの位相を選択できるため、通信の遅延が大きい場合でも安定して動作できる。 As described above, according to the first embodiment, the output voltage of the high-voltage inverter can be detected without using a transformer or the like, and therefore the output voltage value can be obtained over a wide frequency range from DC to the carrier frequency. In addition, since the insulation is performed by the optical cable, a higher voltage resistance can be achieved than the conventional method using an isolated A/D converter. Furthermore, by synchronizing the operation of the decimation filter with the switching period of the inverter, the switching frequency component can be removed from the detection value. Furthermore, since the phase of the clock sent to the ΔΣ modulator (A/D converter) can be selected, stable operation is possible even when there is a large communication delay.

実施例1では手動で調整(設定)したSelect信号によってクロック位相を選択していたが、本実施例2ではクロック位相を自動で選択するように構成した。 In the first embodiment, the clock phase was selected by a manually adjusted (set) Select signal, but in the second embodiment, the clock phase is configured to be selected automatically.

図4に実施例2における位相選択部を構成するクロック位相選択回路を示す。図4のクロック位相選択回路は、ΔΣ変調器12u,12v,12wから送られてくるビット列信号(DATA)のエッジ(立上がり時刻)とデシメーションフィルタで使用するクロックCLKの立上がり時刻との時間差を測定する要素(時間差測定回路)と、その大きさに応じてクロック位相選択信号(SELECT)を切り替える要素(位相選択回路)とを有する。 Figure 4 shows the clock phase selection circuit constituting the phase selection unit in the second embodiment. The clock phase selection circuit in Figure 4 has an element (time difference measurement circuit) that measures the time difference between the edge (rising time) of the bit string signal (DATA) sent from the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w and the rising time of the clock CLK used in the decimation filter, and an element (phase selection circuit) that switches the clock phase selection signal (SELECT) depending on the magnitude of the edge (rising time).

図4において、51は図2のデシメーションフィルタで使用するクロックCLK(FADC)の立上がりを検出するエッジ検出器であり、52は図1のΔΣ変調器12u,12v,12wから送られてくるビット列信号DATAの立上がりを検出してその立上がりエッジに対応したパルス(2)を得るエッジ検出器である。 In Figure 4, 51 is an edge detector that detects the rising edge of the clock CLK (F ADC ) used in the decimation filter of Figure 2, and 52 is an edge detector that detects the rising edge of the bit string signal DATA sent from the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w of Figure 1 and obtains a pulse (2) corresponding to the rising edge.

エッジ検出器51の出力と前記クロックCLKの論理積がANDゲート53によってとられ、その出力側にCLKの立上がりエッジに対応したパルス(1)が得られる。 The logical product of the output of edge detector 51 and the clock CLK is taken by AND gate 53, and a pulse (1) corresponding to the rising edge of CLK is obtained at the output side.

前記得られたパルス(1)と(2)をSRラッチ回路55に入力することで、前記CLKおよびDATAのエッジ同士の時間差に比例した幅のパルス(3)を得るものであるが、SRラッチ回路55の両入力がともに1になることは禁止であるため、入力端子「R」が1のときは「S」が常に0となる回路(54)を挿入しておく。 The obtained pulses (1) and (2) are input to an SR latch circuit 55 to obtain a pulse (3) whose width is proportional to the time difference between the edges of the CLK and DATA. However, since it is prohibited for both inputs of the SR latch circuit 55 to be 1 at the same time, a circuit (54) is inserted so that when the input terminal "R" is 1, "S" is always 0.

すなわち、反転入力端子付きANDゲート54の反転入力端子にパルス(1)を、非反転入力端子にパルス(2)を各々入力し、反転入力端子付きANDゲート54の出力をSRラッチ回路55のセット端子Sに入力している。前記エッジ検出器51~SRラッチ回路55によって、本発明の時間差測定回路を構成している。 That is, a pulse (1) is input to the inverting input terminal of AND gate 54 with inverting input terminal, and a pulse (2) is input to the non-inverting input terminal, and the output of AND gate 54 with inverting input terminal is input to set terminal S of SR latch circuit 55. The edge detector 51 to SR latch circuit 55 constitute the time difference measurement circuit of the present invention.

SRラッチ回路55のQ出力に得られるパルス(3)を積分器56によって積分することで、エッジ間の時間差(3)を電圧に換算した信号(4)が得られる。 The pulse (3) obtained at the Q output of the SR latch circuit 55 is integrated by the integrator 56 to obtain a signal (4) that converts the time difference (3) between the edges into a voltage.

このエッジ間の時間差を電圧に換算した信号(4)はコンパレータ57において、クロック周期の半分から積算器のホールド時間Thを引いて設定された基準値(0.5clk-Th)と比較される。 The signal (4) obtained by converting the time difference between these edges into a voltage is compared in comparator 57 with a reference value (0.5clk-Th) set by subtracting the integrator hold time Th from half the clock period.

前記クロックCLKの立上がり時点でコンパレータ57の比較出力信号(5)が0の場合、デシメーションフィルタに送られてくるビット列信号DATAとクロックCLKの立上りが重なっているので、電圧検出回路4のΔΣ変調器12u,12v,12wに送るクロックの位相を、以降の回路によって現在選択中のものから180度ずらす。ただし、インバータ運転中などの望ましくないタイミングで位相が切り替わるのを防ぐため、HOLD信号が1のときは選択する位相を固定するように構成した。 When the comparison output signal (5) of the comparator 57 is 0 at the rising edge of the clock CLK, the bit string signal DATA sent to the decimation filter overlaps with the rising edge of the clock CLK, so the phase of the clock sent to the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w of the voltage detection circuit 4 is shifted by 180 degrees from the one currently selected by the subsequent circuits. However, in order to prevent the phase from switching at undesirable times, such as when the inverter is operating, the selected phase is fixed when the HOLD signal is 1.

すなわち、例えばインバータ運転中などの望ましくないタイミングのとき1となるHOLD信号をNORゲート(否定論理和回路)58の一方の入力端に入力し、コンパレータ57の比較出力信号(5)をNORゲート58の他方の入力端に入力し、クロックCLKをD型フリップフロップ59のクロック端子に入力し、NORゲート58の出力をD型フリップフロップ59のD入力端子に入力することにより、HOLD信号が0、かつ位相反転条件が成立する(コンパレータ57の出力が0となる)とD型フリップフロップ59のQ出力信号(6)が1になる。 That is, for example, a HOLD signal that becomes 1 at undesirable times such as when the inverter is operating is input to one input terminal of a NOR gate (negative OR circuit) 58, the comparison output signal (5) of the comparator 57 is input to the other input terminal of the NOR gate 58, the clock CLK is input to the clock terminal of a D-type flip-flop 59, and the output of the NOR gate 58 is input to the D input terminal of the D-type flip-flop 59. When the HOLD signal becomes 0 and the phase inversion condition is met (the output of the comparator 57 becomes 0), the Q output signal (6) of the D-type flip-flop 59 becomes 1.

そして、前記出力信号(6)が1になったとき1クロックだけ1になる信号(7)を、次の回路で得る。すなわち、D入力端に前記信号(6)を入力し、クロック端子に前記クロックCLKを入力したD型フリップフロップ60と、非反転入力端に前記出力信号(6)を入力し、反転入力端にD型フリップフロップ60のQ出力を入力した反転入力端子付きANDゲート61とを設け、反転入力端子付きANDゲート61の出力端側に前記信号(7)を得る。 Then, the following circuit obtains a signal (7) that becomes 1 for only one clock when the output signal (6) becomes 1. That is, a D-type flip-flop 60 having the signal (6) input to its D input terminal and the clock CLK input to its clock terminal, and an AND gate 61 with an inverting input terminal having the output signal (6) input to its non-inverting input terminal and the Q output of the D-type flip-flop 60 input to its inverting input terminal are provided, and the signal (7) is obtained at the output terminal side of the AND gate 61 with an inverting input terminal.

前記信号(6)が1になったとき1クロックだけ1になる信号(7)は、クロック端子に前記クロックCLKが入力されるT型フリップフロップ62のT入力端子に入力される。 When the signal (6) becomes 1, a signal (7) that becomes 1 for only one clock is input to the T input terminal of a T-type flip-flop 62, whose clock terminal receives the clock CLK.

これによって、位相反転条件の成立により信号(7)が1になることによりT型フリップフロップ62のQ出力であるSELECT信号が切り替り、クロック位相の選択動作が完了する。 As a result, when the phase inversion condition is met, signal (7) becomes 1, switching the SELECT signal, which is the Q output of T-type flip-flop 62, and completing the clock phase selection operation.

SELECT信号が切り替わった時点でΔΣ変調器12u,12v,12wに送るクロックは180度遅れになるため、ΔΣ変調器12u,12v,12wからのビット列信号DATAのエッジも180度後ろにずれる。よって、以降は位相反転条件が不成立となりD型フリップフロップ59のQ出力信号(6)は0になる。 When the SELECT signal switches, the clock sent to the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w is delayed by 180 degrees, so the edge of the bit string signal DATA from the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w is also delayed by 180 degrees. Therefore, the phase inversion condition is no longer satisfied, and the Q output signal (6) of the D-type flip-flop 59 becomes 0.

実施例2の位相選択回路(図4)はΔΣ変調器12u,12v,12wから送られてくる信号の品質が悪くジッタが大きい場合に適切な位相を選択できない可能性があり、この場合は実施例1のように手動調整するのが望ましい。 The phase selection circuit of the second embodiment (Figure 4) may not be able to select an appropriate phase if the quality of the signals sent from the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w is poor and the jitter is large. In this case, manual adjustment is preferable as in the first embodiment.

次に、図4の回路における各部の波形を示したタイミングチャートを図5とともに説明する。図5において図4と同一部分は同一符号をもって示している。尚図中のCLKはデシメーションフィルタで使用しているクロック(FADC)であり、(CLK_ADC)は、インバータ1の制御部からΔΣ変調器12u,12v,12wへ送るクロックである。 Next, a timing chart showing waveforms at each part in the circuit of Fig. 4 will be described with reference to Fig. 5. In Fig. 5, the same parts as in Fig. 4 are designated by the same reference numerals. Note that CLK in the figure is the clock (F ADC ) used in the decimation filter, and (CLK_ADC) is the clock sent from the control unit of the inverter 1 to the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w.

図5において、クロックCLKが立上がる例えば時刻t1において、エッジ検出器51、ANDゲート53によってCLKの立上がりエッジに対応したパルス(1)が発生する。 In FIG. 5, when the clock CLK rises, for example at time t1, the edge detector 51 and AND gate 53 generate a pulse (1) corresponding to the rising edge of the CLK.

エッジ検出器52の出力パルス(2)が立上がる例えば時刻t2からクロックCLKを検出したパルス(1)の立上がり時刻t3の間、エッジ同士の時間差に比例した幅のパルス(3)が発生する。 A pulse (3) with a width proportional to the time difference between the edges is generated between, for example, time t2 when the output pulse (2) of the edge detector 52 rises and time t3 when the pulse (1) detected by the clock CLK rises.

この時刻t2、t3では、HOLD信号が1のため、D型フリップフロップ59のQ出力信号(6)、反転入力端子付きANDゲート61の出力(7)はともに0であり、SELECT信号は切り替らず、クロックCLKとクロック(CLK_ADC)は同位相である。 At these times t2 and t3, the HOLD signal is 1, so the Q output signal (6) of the D-type flip-flop 59 and the output (7) of the AND gate 61 with inverting input terminal are both 0, the SELECT signal does not switch, and the clock CLK and the clock (CLK_ADC) are in phase.

本実施例では、例えば時刻t4でHOLD信号が0に切り替わる。時刻t4からクロックCLK1個分が経過した時刻t5において、HOLD信号が0、コンパレータ57の比較出力信号(5)が0、D型フリップフロップ59のクロック端子に入るクロックCLKが1となるため、D型フリップフロップ59のQ出力信号(6)が1となり、これによりT型フリップフロップ62のT入力端子の信号(7)も1となる。 In this embodiment, for example, at time t4, the HOLD signal switches to 0. At time t5, one clock CLK away from time t4, the HOLD signal is 0, the comparison output signal (5) of comparator 57 is 0, and the clock CLK input to the clock terminal of D-type flip-flop 59 is 1, so the Q output signal (6) of D-type flip-flop 59 becomes 1, and the signal (7) at the T input terminal of T-type flip-flop 62 also becomes 1.

時刻t5からクロックCLK1個分が経過した時刻t6において、T型フリップフロップ62のT入力端子の信号(7)が0になってQ出力のSELECT信号が1に切り替わる。 At time t6, one clock CLK after time t5, the signal (7) at the T input terminal of T-type flip-flop 62 becomes 0, and the SELECT signal at the Q output switches to 1.

これによって、時刻t6以降、ΔΣ変調器12u,12v,12wに送るクロック(CLK_ADC)はクロックCLKに対して180度遅れとなり、ΔΣ変調器12u,12v,12wからのビット列信号DATAのエッジも時刻t7以降180度後にずれる。 As a result, after time t6, the clock (CLK_ADC) sent to the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w is delayed by 180 degrees relative to the clock CLK, and the edges of the bit string signal DATA from the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w are also delayed by 180 degrees after time t7.

時刻t7後に積分器56の出力信号(4)がコンパレータ57の基準値(0.5clk-Th)を超える時刻t8においてコンパレータ57の出力信号(5)は1となり、次にD型フリップフロップ59に入力されるクロックCLKが立上がる時刻t9において、D型フリップフロップ59のQ出力信号(6)は0となる。 At time t8, when the output signal (4) of the integrator 56 exceeds the reference value (0.5clk-Th) of the comparator 57 after time t7, the output signal (5) of the comparator 57 becomes 1, and at time t9, when the clock CLK input to the D-type flip-flop 59 next rises, the Q output signal (6) of the D-type flip-flop 59 becomes 0.

時刻t9後の、前記出力信号(4)がコンパレータ57の基準値以下となる時刻t10において、コンパレータ57の出力信号(5)は0となる。 At time t10 after time t9, when the output signal (4) becomes equal to or lower than the reference value of comparator 57, the output signal (5) of comparator 57 becomes 0.

本実施例では、例えば時刻t11においてHOLD信号を1に切り替えている。 In this embodiment, for example, the HOLD signal is switched to 1 at time t11.

以上のように本実施例2によれば、実施例1の効果に加えて、ΔΣ変調器12u,12v,12wに送るクロック信号の位相を、通信遅延の量に応じて適切な位相のクロックに自動で選択することができ、調整の手間が省ける。 As described above, according to the second embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the phase of the clock signal sent to the ΔΣ modulators 12u, 12v, and 12w can be automatically selected to an appropriate phase clock depending on the amount of communication delay, thereby eliminating the need for adjustment.

1…インバータ
2…モータ
3…分圧回路
4…電圧検出回路
11u,11v,11w…差動増幅器
12u,12v,12w…ΔΣ変調器
13c,13u,13v,13w…光ケーブル
14…光受信器
15u,15v,15w…光送信器
20…積算器
21,31,32…遅延部
22…加算器
30…微分器
33…減算器
40…XORゲート
51,52…エッジ検出器
53…ANDゲート
54,61…反転入力端子付きANDゲート
55…SRラッチ回路
56…積分器
57…コンパレータ
58…NORゲート
59,60…D型フリップフロップ
62…T型フリップフロップ
1... inverter 2... motor 3... voltage divider circuit 4... voltage detection circuit 11u, 11v, 11w... differential amplifier 12u, 12v, 12w... delta-sigma modulator 13c, 13u, 13v, 13w... optical cable 14... optical receiver 15u, 15v, 15w... optical transmitter 20... integrator 21, 31, 32... delay section 22... adder 30... differentiator 33... subtractor 40... XOR gate 51, 52... edge detector 53... AND gate 54, 61... AND gate with inverted input terminal 55... SR latch circuit 56... integrator 57... comparator 58... NOR gate 59, 60... D-type flip-flop 62... T-type flip-flop

Claims (2)

インバータの出力電圧を検出する装置であって、
インバータの出力電圧を低圧に変換して検出する分圧回路と、
前記インバータの制御部から送られるクロック信号に基づいて動作し、前記分圧回路で検出されたアナログ電圧値をデジタルのビット列に変換するΔΣ変調器と、
前記ΔΣ変調器で変換されたデジタル信号を光通信により前記インバータの制御部に送信する光送信器、前記インバータの制御部から送られるクロック信号を光通信により受信する光受信器、前記光送信器および光受信器と前記インバータの制御部の間を接続する光ケーブルを有した光通信部と、
前記インバータの制御部に設けられ、前記ΔΣ変調器から光通信部を介して送信されたデジタルのビット列を入力とし、インバータのスイッチング周期と同期して、前記デジタルのビット列に含まれるΔΣ変調器の量子化ノイズとスイッチング周波数成分を同時に除去するデシメーションフィルタと、
前記インバータの制御部からΔΣ変調器に送るクロック信号を、前記デシメーションフィルタで使用するクロックに対して同位相とするか反転位相とするかを選択する位相選択部と、
を備えたことを特徴とするインバータの出力電圧検出装置。
An apparatus for detecting an output voltage of an inverter, comprising:
A voltage divider circuit that converts the output voltage of the inverter into a low voltage and detects it;
a ΔΣ modulator that operates based on a clock signal sent from a control unit of the inverter and converts the analog voltage value detected by the voltage divider circuit into a digital bit string;
an optical transmitter that transmits the digital signal converted by the ΔΣ modulator to a control unit of the inverter by optical communication; an optical receiver that receives a clock signal sent from the control unit of the inverter by optical communication; and an optical communication unit having an optical cable connecting the optical transmitter and the optical receiver to the control unit of the inverter;
a decimation filter provided in the control unit of the inverter, receiving as input the digital bit string transmitted from the ΔΣ modulator via the optical communication unit, and simultaneously removing the quantization noise and switching frequency components of the ΔΣ modulator contained in the digital bit string in synchronization with a switching period of the inverter;
a phase selection unit that selects whether a clock signal sent from the inverter control unit to the ΔΣ modulator is in phase with or inverted from a clock used in the decimation filter;
An inverter output voltage detection device comprising:
前記位相選択部は、前記ΔΣ変調器から光通信部を介して送信されたデジタルのビット列の立上がり時刻と前記デシメーションフィルタで使用するクロックの立上がり時刻との時間差を測定する時間差測定回路と、前記時間差測定回路で測定された時間差に応じて前記位相の選択を行う位相選択回路と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のインバータの出力電圧検出装置。 The inverter output voltage detection device according to claim 1, characterized in that the phase selection unit includes a time difference measurement circuit that measures the time difference between the rising edge of the digital bit string transmitted from the ΔΣ modulator via the optical communication unit and the rising edge of the clock used in the decimation filter, and a phase selection circuit that selects the phase according to the time difference measured by the time difference measurement circuit.
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