JPH04105563A - インバータのｐｗｍ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｅ産業上の利用分野］ 本発明はインバータのＰＷＭ回路、特に所定の負荷の駆
動電流をパルス幅制御するインバータのＰＷＭ回路に関
するものである。

［従来の技術］ 従来より、モータその他の負荷を駆動するためにインバ
ータ回路が広（用いられている。インバータ回路では、
負荷の駆動電流（あるいは電力）を制御するために、Ｐ
ＷＭ　（パルス幅変調）回路を用いたフィードバックル
ープを用いることが多い。

従来のインバータ回路におけるＰＷＭ制御では、大別し
て瞬時値制御型と、平均値制御型が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ ＰＷＭ制御では、瞬時値制御型と、平均値制御型では、
それぞれ対照的な長所、短所がある。すなわち、瞬時値
制御型は、電流制御偏差がやや大きいが、ダイナミック
レンジが広く（つまり、周波数応答範囲が広い）、モー
タなどの負荷では高速駆動に適する一方、平均値制御型
は、電流制御偏差が小さく、無効電力も小さい反面、ダ
イナミックレンジがやや狭い。

本発明の課題は、負荷の高速および低速駆動条件に応じ
て瞬時値制御型と平均値制御型を相補的に組合せ、イン
バータのＰＷＭ回路の制御特性を改善することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては所定の
負荷の駆動電流をパルス幅制御するインバータのＰＷＭ
回路において、前記負荷をスイッチング駆動する手段と
、前記負荷の駆動電流の目標値と実際値の誤差信号を検
出する手段と、前記誤差信号と異なる複数の基準値信号
との比較を介して前記スイッチング駆動手段の駆動パル
ス幅を制御する瞬時値制御型の第１のＰＷＭ制御手段と
、前記誤差信号と３角波信号の比較により前記スイッチ
ング駆動手段の駆動パルス幅を制御する平均値制御型の
第２のＰＷＭ制御手段と、前記負荷の駆動条件に応じて
前記第１および第２のＰＷＭ制御手段を選択的に使用し
て前記スイッチング駆動手段の駆動パルス幅を制御する
ことにより負荷の駆動電流をパルス幅制御する構成を採
用した。

［作用］ 以上の構成によれば、前記第１および第２のＰＷＭ制御
手段を選択的に使用して瞬時値制御型ないし平均値制御
型のＰＷＭ制御を前記負荷の駆動条件に応じて選択する
ことができる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。

第３図は、本発明の実施例として、３相交流モータ駆動
用のインバータ回路を示している。

図において符号５０は、モータの駆動相（Ｕ、■、Ｗ）
で、各モータ駆動相５０はインバータ部４０により駆動
される。各相のインバータ部４０は、エミッターコレク
タを直列接続され、交互に導通制御され、各相に接地電
位または直流電源電圧＋Ｅを与える２つのトランジスタ
からそれぞれ構成される。

各相のインバータ部４０の相補的な駆動は、プリドライ
ブ回路３０を介してＰＷＭ回路１０により制御される。

ここで、上記インバータ部４０ｉ５よびモータ駆動相５
０の詳細な構成を第４図に示してオ＜。

第４図の構成では、直流電源子Ｅは、３つの入力端子Ｉ
ｎから入力された３相交流をコンバータＣ０ＮＶのダイ
オード′で整流し、コンデンサＣに充電することにより
得ているが、直流電源の構成は図示の構成に限定される
ものではない。

第４図において、第３図のインバータ部４０は、インバ
ータ部ＩＮＶとして示されており、スイッチングトラン
ジスタＧＴＲＩ〜６により構成される。各トランジスタ
のコレフタルエミッタには、保護用のダイオードＤＩ−
Ｄ６が接続されている。

なお、第４図の回路では、コンバータ部Ｃ０ＮＶとイン
バータ部ＩＮＶの間の電源ラインには、トランジスタＧ
ＴＲ７、抵抗Ｒｊ５よびツェナーグイオードＺＤからな
る回生電力吸収回路ＰＢＵが設けられている。

再び第３図において、モータのモータ駆動相５０の駆動
電流は、ＰＷＭ回路回路ｌ上りプリドライブ回路３０を
介してインバータ部４０のスイッチングトランジスタの
駆動パルス幅を制御することにより調節される。

モータ各相の目標駆動電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＩは、制御
部２０からＰＷＭ回路１０に与えられる。制御部２０は
、たとえばモータを含む系の主制御部を構成するマイク
ロプロセッサなどの素子からなる。

制御部２０からＰＷＭ回路ＩＯに与えられる目標駆動電
流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＮは電圧情報としてＰＷＭ回路】０
に入力され、ＰＷＭ回路１０で各相の駆動電流の実際値
ＦＩＵ、ＦＩＶ、ＦＩＮと比較される。

駆動電流の実際値ＦＩ　Ｕ、ＦＩ　Ｖ、ＦＩ　ＷＣ−１
、図示の回路ではタップコイルＣＴＵ　、　ＣＴＶ　、
　ＣＴＩｍを介して検出されるが、検出回路の構成は図
示のものに限定されない、検出された駆動電流の実際値
ＦＩＵ、ＦＩＶ、ＦＩ胃は、不図示の処理回路を介して
電圧情報に変換された上、ＰＷＭ回路回路ｌ口標駆動電
流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＩと比較され、その結果書られる誤
差信号に応じて駆動相５０の駆動電流が制御される。

第１図にＰＷＭ回路ＩＯの構成をより詳細に示す。ここ
では、■相分の構成のみを示す。図において符号６１は
、目標駆動電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＩと駆動電流の実際値
ＦＩＵ、ＦＩＶ、ＦＩＮの誤差電圧を求めるオペアンプ
で、この誤差電圧に応じてＰＷＭ制御が行なわれる。

ＰＷＭ制御回路は、本実施例の場合、瞬時値制御型の制
御回路Ｍと平均値制御型の制御回路Ｎからなり、これら
のいずれかを選択的に使用する構成となっている。

瞬時値制御型の制御回路Ｍと平均値制御型の制御回路Ｎ
のいずれを用いるかは、制御部２０が発生するモータ制
御信号ＤＥＴＥＮＴにより決定される。モータ制御信号
ＤＥＴＥＮＴは負論理能動の制御信号で、モータ駆動時
にハイレベル、停止または低速駆動時にはローレベルと
なる。

モータ制御信号ＤＥＴＥＮＴは、インバータ６９を介し
てアナログスイッチ８１．８２を相補的に制御し、瞬時
値制御型の制御回路Ｍと平均値制御型の制御回路Ｎの２
つの回路で共有されているコンパレータ６３の一端子に
与える基準信号を、３角波発振器８０が発生した３角波
（平均値制御のとき）あるいは、基準電圧ＶＬ格のいず
れかに切り換える。

また、モータ制御信号ＤＥＴＥＮＴは、ゲート６７と６
８、ないし７４と７５のいずれかを相補的に開き、瞬時
値制御型の制御回路Ｍ、平均値制御型の制御回路Ｎのい
ずれかの出力を第３図あるいは第４図のインバータ部４
０の各相の２つのトランジスタのベースにそれぞれ供給
するよう制御する。

ここで、瞬時値制御型の制御回路Ｍにつき説明する６オ
ベアンブ６１の出力する目標値と実際値の誤差電圧コン
パレータ６２．６３の−および＋端子にそれぞれ入力さ
れる。コンパレータ６２．６３の＋および一端子には、
それぞれ基準電圧（しきい値）ＶＨｉ５よびＶＬが入力
される。

基準電圧ＶＬは、前記のようにしてモータ制御信号ＤＥ
ＴＥＮＴによりアナログスイッチ８１を介して選択され
る。ここで、基準電圧ＶＨ，ＶＬは、所定の目標誤差範
囲（ＶＨ＞ＶＬ）を設定するものである。

フリップフロップ６４は、駆動相の導通時間幅を制御す
るためのフリップフロップで、コンパレータ６２．６３
のいずれによってもセット／リセットされるよう接続さ
れる。

フリップフロップ６４の相補出力は、フリップフロップ
６５．６６のデータ入力端子に入力される。フリップフ
ロップ６５．６６は、クロックＣＬＫに同期して入力デ
ータを出力する。瞬時値制御モードであれば、モータ制
御信号ＤＥＴＥＮＴによりゲート６７．６８が開いてお
り、フリッ。

ブフロップ６５．６６の出力＜を紗すぞブリドラ１４１
回路３０を介してインバータ部４ｏの各相の２つのトラ
ンジスタのベースにそれぞれ供給される。

次に平均値制御型の制御回路Ｎにつき説明する。

上記のコンパレータ６３は、平均値制御型の制御回路Ｎ
でも共有されており、平均値制御の場合には、モータ制
御信号ＤＥＴＥＮＴによりアナログスイッチ８２が選択
され、３角波発振器８０の出力がコンパレータ６３の一
端子に入力される。

これにより、コンパレータ６３はオペアンプ６１の出力
する目標値と実際値の誤差電圧と。

３角波発振器８０が出力する３角波を比較することにな
り、コンパレータ６３の出力には、目標値と実際値の誤
差電圧の高低に対応したパルス幅の矩形波が得られる。

コンパレータ６３の出力パルス幅は、目標値と実際値の
誤差電圧が大きければ広くなり、誤差電圧が小さければ
狭くなる。

コンパレータ６３の出力は、一方はそのまま、他方はイ
ンバータ１３により反転されて遅延回路ＴＩ、７２にそ
れぞれ入力される。この遅延回路７１．７２はインバー
タの上下素子４０（第３図）の短絡防止のためにそれぞ
れ信号の立ち上がりを遅延させる。遅延回路７１．７２
の出力はそれぞれ平均値制御モードにおいてモータ制御
信号ＤＥＴＥＮＴにより開かれているゲート７４．７５
（ｉ５よびプリドライブ回路３０）を介してインバータ
部４０の各相の２つのトランジスタのベースにそれぞれ
供給される。

以上のようにして、モータ駆動時には瞬時値制御型のＰ
ＷＭ制御を、停止または低速駆動時には平均値制御型の
ＰＷＭ制御を行なうことができる。

第２図に、以上の構成における相駆動電流と、モータ制
御信号ＤＥＴＥＮＴの変化を示す。

第２図の左側では、モータ制御信号ＤＥＴＥＮＴがハイ
レベルとなるモータ駆動中における瞬時値制御型の制御
回路Ｍによる制御の様子が示されており、一方、右側で
はモータ制御信号ＤＥＴＥＮＴがローレベルで、モータ
停止または低速駆動中の様子が示されている。

図示のように、モータ駆動中では、電流制御偏差（第２
図中の破線と実線の差）が大きいが、広い周波数範囲に
わたって良好な応答性を得られるので高速運転にも容易
に対応できる。一方、モータ停止または低速駆動中では
電流制御偏差を小さくでき、うなりなどの騒音を低下で
き、また、小さな無効電力で効率のよいモータ駆動が可
能となる５ また、以上の構成では、アナログスイッチおよびゲート
回路を用いた簡単な構成で装置に必須のモータ制御信号
を利用してＰＷＭ制御を行なえるので、また、瞬時値制
御型および平均値制御型の制御系においてその一部（コ
ンパレータ６３）を共有しているので、簡単安価に実施
できるという利点がある。

以上のようにして、瞬時値制御型および平均値制御型の
双方の利点を生かしてインバータのＰＷＭ制御を介して
モータ駆動を行なえる。

以上では、駆動される負荷として３相の千〜りを例示し
たが、本発明がソレノイド（単体も可）その他の負荷を
駆動するにおいても、実施できるのはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、所定の負荷
の駆動電流をパルス幅制御するインバータのＰＷＭ回路
において、前記負荷をスイッチング駆動する手段と、前
記負荷の駆動電流の目標値と実際値の誤差信号を検出す
る手段と、前記誤差信号と異なる複数の基準値信号との
比較を介して前記スイッチング駆動手段の駆動パルス幅
を制御する瞬時値制御型の第１のＰＷＭ制御手段と、前
記誤差信号と３角波信号の比較により前記スイッチング
駆動手段の駆動パルス幅を制御する平均値制御型の第２
のＰＷＭ制御手段と、前記負荷の駆動条件に応じて前記
第１および第２のＰＷＭ制御手段を選択的に使用して前
記スイッチング駆動手段の駆動パルス幅を制御すること
により負荷の駆動電流をパルス幅制御する構成を採用し
ている。

このため、前記第１ｉ５よび第２のＰＷＭ制御手段を選
択的に使用して瞬時値制御型ないし平均値制御型のＰＷ
Ｍ制御を前記負荷の駆動条件に応じて選択することがで
き、負荷制御偏差、ダイナミックレンジ、騒音などに関
する負荷駆動条件に応じ瞬時値制御型および平均値制御
型の双方の利点を生かしてＰＷＭ制御を行なえるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用したＰＷＭ回路のブロック図、第
２図は本発明によるＰＷＭ回路により電流制御を示した
波形図、第３図は本発明によるインバータ回路のブロッ
ク図、第４図はインバータ回路のドライバ回路の構成を
示した回路図である。 １０・−・ＰＷＭ回路　　　　２０・・・制御部３０・
・・プリドライブ回路 ４０−インバータ部 ５０−・−モータ駆動相　　　６１・・−オペアンプ６
２．６３−・・コンパレータ ６４〜６６・・・フリップフロップ ６７．６８．７４．７５−・−ゲート ６９．７３−・インバータ ７１．７２−・−遅延回路 ８０−３角波発振器 ８１．８２−・−アナログスイッチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定の負荷の駆動電流をパルス幅制御するインバー
   タのＰＷＭ回路において、 前記負荷をスイッチング駆動する手段と、 前記負荷の駆動電流の目標値と実際値の誤差信号を検出
   する手段と、 前記誤差信号と異なる複数の基準値信号との比較を介し
   て前記スイッチング駆動手段の駆動パルス幅を制御する
   瞬時値制御型の第１のＰＷＭ制御手段と、 前記１差信号と３角波信号の比較により前記スイッチン
   グ駆動手段の駆動パルス幅を制御する平均値制御型の第
   ２のＰＷＭ制御手段と、 前記負荷の駆動条件に応じて前記第１および第２のＰＷ
   Ｍ制御手段を選択的に使用して前記スイッチング駆動手
   段の駆動パルス幅を制御することにより負荷の駆動電流
   をパルス幅制御することを特徴とするインバータのＰＷ
   Ｍ回路。 ２）前記負荷がモータであり、前記制御手段により、前
   記モータの回転駆動時に前記第１のＰＷＭ制御手段によ
   る瞬時値制御型のＰＷＭ制御を、一方、前記モータの停
   止または低回転駆動時に前記第２のＰＷＭ制御手段によ
   る平均値制御型のＰＷＭ制御を選択することを特徴とす
   る請求項第１項に記載のインバータのＰＷＭ回路。 ３）前記第１および第２のＰＷＭ制御手段を構成する信
   号比較手段が共有されていることを特徴とする請求項第
   １項または第２項に記載のインバータのＰＷＭ回路。