專利名稱：多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及3相無刷電動(dòng)機(jī)等的多相電動(dòng)機(jī)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)馬區(qū) 動(dòng)控制。特別，涉及在PWM驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路和直流電源(高電壓側(cè)或者低 電壓側(cè))之間設(shè)置了單一的電流檢測器的控制裝置內(nèi)的電流檢測。
背景技術(shù)：
在多相電動(dòng)機(jī)的各相中，通過將鋸齒狀或三角狀的載波(鋸齒狀信號、 三角狀信號)與對應(yīng)于目標(biāo)電流值的占空比(Duty)設(shè)定值進(jìn)行比較，從而 生成PWM信號。即，根據(jù)鋸齒狀信號或三角狀信號的值(PWM計(jì)數(shù)值)為 占空比設(shè)定值以上還是小于占空比設(shè)定值來決定PWM信號為高電平還是低 電平。
在基于鋸齒狀信號或三角狀信號而生成PWM信號，驅(qū)動(dòng)多相電動(dòng)機(jī)的 多相電動(dòng)機(jī)控制裝置中，在規(guī)定時(shí)刻電流檢測器要測定電流值的情況下，存 在一個(gè)相與其他相之間的切換(switching)時(shí)的時(shí)間間隔變得非常小的情況。 此時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)電路的場效應(yīng)晶體管的開關(guān)時(shí)間、死區(qū)(dead time:死區(qū)時(shí) 間)的存在、或電子處理電路的響應(yīng)延遲，電流變得不穩(wěn)定，所以導(dǎo)致在這 個(gè)期間中無法進(jìn)行正確的電流測定。
例如，在使用A/D變換器作為電流檢測器的情況下，若沒有根據(jù)A/D變 換器的規(guī)格而至少連續(xù)地輸入例如2^is的期間的穩(wěn)定的信號，則無法檢測正 確的電流值。輸入信號沒有連續(xù)地在2ps的期間穩(wěn)定地輸入的情況下，A/D 變換器無法檢測各相的正確的電流值。
在專利文獻(xiàn)1記載的車輛用轉(zhuǎn)向裝置中，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和地之間的 電流路徑上，設(shè)置了用于檢測流過其電流路徑的電流值的單一的電流傳感器， 將用于生成各相PWM信號的鋸齒波的相位偏移，將各相PWM信號的向低 電平的下降定時(shí)偏移。由此，基于在V相PWM信號下降到低電平之后經(jīng)過 規(guī)定時(shí)間為止的期間中的電流傳感器的輸出信號，得到流過電動(dòng)機(jī)的U相電 流值。此外，基于在W相PWM信號下降到低電平之后經(jīng)過規(guī)定時(shí)間為止的
3期間中的電流傳感器的輸出信號，得到流過電動(dòng)機(jī)的u相電流以及v相電流
的合計(jì)電流值。
在專利文獻(xiàn)2記載的控制3相或者多相逆變器的方法中，在PWM期間 內(nèi)，在一個(gè)相位的晶體管的開關(guān)時(shí)和對應(yīng)于下一個(gè)相位的晶體管的開關(guān)時(shí)之 間的時(shí)間間隔小于規(guī)定的閾值的情況下，禁止測定，產(chǎn)生用于定義充分的持 續(xù)期間的測定時(shí)間間隔的PWM信號，可測定對于線電流的開關(guān)的影響。將 相同從屬期間的其他PWM信號的持續(xù)期間縮短某一值，求出這些其他PWM 信號的縮短之和，補(bǔ)償用于定義測定間隔的PWM信號的增加量。
在專利文獻(xiàn)3記載的用于3相無刷AC電動(dòng)才幾的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，為了使用 單一傳感器在所有相中可測量電流的同時(shí)提高功率輸出，而構(gòu)成為使晶體管 切換模式最佳化。這是通過如下方法實(shí)現(xiàn)的，即為了滿足通過單一傳感器法 所決定的最小狀態(tài)時(shí)間要素而規(guī)定請求了三個(gè)以上的狀態(tài)時(shí)的電壓請求矢量 x,使依然可進(jìn)行單一電流檢測的同時(shí)計(jì)算生成請求矢量x的三個(gè)以上的狀態(tài) 矢量。
在專利文獻(xiàn)4記載的在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中可補(bǔ)償輸出信號中的某些漂移 (drift)的無刷電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視的方法中，使用電流測定部件而監(jiān)視流入或 流出電動(dòng)機(jī)的各個(gè)繞線的電流，從而生成顯示電流的輸出信號，在通過電流 測定部件而被告知流過的瞬間電流實(shí)質(zhì)上為零時(shí)，測定電流測定部件的輸出， 生成用于補(bǔ)償實(shí)際測定輸出信號值與理想輸出信號值之間的某些差的修正輸 出信號。
在專利文獻(xiàn)5中，使用三角狀信號作為載波，使用h相、m相、l相的用 語來代替U相、V相、W相的用語，h相與m相之間的時(shí)間間隔表示為tl, m相與1相之間的時(shí)間間隔表示為t2。如專利文獻(xiàn)5的圖7所示，在時(shí)間間 隔11 、 t2分別小于閾值(mw )時(shí)，進(jìn)行Case2的處理。在時(shí)間間隔tl 、 t2的 任一個(gè)小于閾值(mw)時(shí)，進(jìn)行Case3或者Case4的處理。在Case2的處理 的情況下(參照圖13)，占空比最大相沿左側(cè)偏移，占空比最小相沿右側(cè)偏 移(參照圖12B)。在Case3的處理的情況(參照圖15)并且判斷為僅一個(gè) 相的偏移即可時(shí)(步驟148為"否")，占空比最大相沿左側(cè)偏移(參照圖 14B)。在Case4的處理的情況(參照圖17)并且判斷為僅一個(gè)相的偏移即 可時(shí)(步驟166為"否")，占空比最小相沿左側(cè)偏移(參照圖16B)。(日本)特開2007-112416號公報(bào)[專利文獻(xiàn)2](曰本)特開平10-155278號公報(bào) [專利文獻(xiàn)3](日本)特表2005_531270號7>才良 [專利文獻(xiàn)4](曰本)特開2001-95279號公才艮 [專利文獻(xiàn)5]美國專利第6735537號說明書
但是，在基于鋸齒狀信號而生成PWM信號，驅(qū)動(dòng)多相電動(dòng)機(jī)的多相電 動(dòng)機(jī)控制裝置中，難以使用單一的電流檢測器檢測正確的各相的電流值而無 需改變各相的占空比的課題依然沒有解決。詳細(xì)的在后面敘述，但在作為載 波而使用鋸齒狀信號的情況和使用三角狀信號的情況下認(rèn)可各種差異，關(guān)于 相位的偏移方法的留意點(diǎn)不同，無法原樣適用在三角狀信號下的處理。此外， 與使用三角波信號的情況相比，在使用鋸齒狀信號的情況下具有偏移量小的 優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述的問題點(diǎn)，其目的在于，提供一種基于鋸齒狀信號而生 成PWM信號，能夠使用單一的電流檢測器而高精度地檢測各相的電流值的 多相電動(dòng)機(jī)控制裝置。
本發(fā)明的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于，包括驅(qū)動(dòng)部件，由上臂開 關(guān)元件和下臂開關(guān)元件的對構(gòu)成，用于驅(qū)動(dòng)多相電動(dòng)機(jī)；單一的電流檢測部 件，檢測多相電動(dòng)機(jī)的電流值；PWM信號生成部件，基于由電流檢測部件所 檢測的電流值以及具有規(guī)定頻率的鋸齒狀信號，生成各相PWM信號；可否 檢測電流判定部件，基于由PWM信號生成部件所生成的各相PWM信號， 判定可否通過電流;險(xiǎn)測部件;險(xiǎn)測電流值；開關(guān)個(gè)^:判定部件，在可否纟企測電 流判定部件判定為不可檢測電流的情況下，判定上臂開關(guān)元件導(dǎo)通的個(gè)數(shù)為 偶數(shù)還是奇數(shù)；相位移動(dòng)部件，基于開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件的判定結(jié)果，使PWM 信號生成部件生成的規(guī)定相的PWM信號的相位移動(dòng)規(guī)定量后，輸出到驅(qū)動(dòng) 部件；以及各相電流計(jì)算部件，基于由電流;險(xiǎn)測部件所;險(xiǎn)測的電流值和由 PWM信號生成部件所生成的各相PWM信號，計(jì)算各相的電流值。
這樣，由于相位被移動(dòng)的規(guī)定相和其他相之間的切換的時(shí)間間隔變大， 各相的電流值穩(wěn)定，所以可使用單一 的電流檢測部件在每個(gè)控制周期高精度 地檢測多相電動(dòng)機(jī)的各相的電流值而無需改變各相的占空比。
在本發(fā)明中，在所述的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置中，也可以在開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件判定為偶數(shù)的情況下，相位移動(dòng)部件使規(guī)定相的PWM信號沿規(guī)定的移 動(dòng)方向移動(dòng)規(guī)定量，在開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件判定為奇數(shù)的情況下，相位移動(dòng)部
件使規(guī)定相的PWM信號沿移動(dòng)方向的反方向移動(dòng)規(guī)定量。
這樣，被移動(dòng)的規(guī)定相和占空比的中間相、以及中間相和沿反方向移動(dòng) 的規(guī)定相之間的切換的時(shí)間間隔變長，各相的電流值穩(wěn)定，所以可4吏用單一 的電流檢測部件在每個(gè)控制周期高精度地檢測多相電動(dòng)機(jī)的各相的電流值而 無需改變各相的占空比。
此外，在本發(fā)明中，在所述的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置中，相位移動(dòng)部件也 可以使在各相的PWM信號中占空比的大小最大的PWM信號的相位沿規(guī)定 的移動(dòng)方向移動(dòng)規(guī)定量，使占空比的大小最小的PWM信號的相位沿移動(dòng)方 向的反方向移動(dòng)規(guī)定量。
這樣，占空比的大小最大的PWM信號的相位和中間相、以及中間相和 最小的PWM信號的相位之間的切換的時(shí)間間隔變長，各相的電流值穩(wěn)定， 所以可使用單一的電流檢測部件在每個(gè)控制周期高精度地檢測各相的電流值 而無需改變各相的占空比。
根據(jù)本發(fā)明的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置，對基于鋸齒狀信號而生成的PWM 信號，相位移動(dòng)部件使規(guī)定相的PWM信號的相位移動(dòng)規(guī)定量，從而規(guī)定相 和其他相之間的切換的時(shí)間間隔變大，其間各相的電流值穩(wěn)定，所以可使用 單一 的電流檢測部件在每個(gè)控制周期高精度地檢測各相的電流值而無需改變 各相的占空比。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的電路圖。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的流程圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的概要的定時(shí)圖。
圖5是可以檢測2相的情況的定時(shí)圖。
圖6 (a) ~ (b)是僅可以檢測奇數(shù)矢量的情況的定時(shí)圖。
圖7 (a) (b)是僅可以檢測偶數(shù)矢量的情況的定時(shí)圖。
圖8 (a) ~ (b)是不能檢測2相的情況的定時(shí)圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的定時(shí)圖。圖10是使用了三角狀信號的情況的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的定時(shí)圖。 圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的不能檢測2相的情況 的定時(shí)圖。
圖12是使用了三角狀信號的情況的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的不能檢測2 相的情況的定時(shí)圖。 標(biāo)號說明
1多相電動(dòng)機(jī)控制裝置
2PWM信號生成部件
3可否^r測電流判定部件
4開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件
5相位移動(dòng)部件
6驅(qū)動(dòng)部件
7多相電動(dòng)機(jī)
8電流4企測部件
9各相電流計(jì)算部件
22 CPU
23死區(qū)時(shí)間生成模塊
24驅(qū)動(dòng)器IC
25 FET橋路
26分流電阻
27電流檢測電路
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。本發(fā)明的實(shí) 施方式的多相電動(dòng)機(jī)7的控制裝置1為如下那樣的結(jié)構(gòu)。如在圖2的電路圖 的說明中后述那樣，驅(qū)動(dòng)部件6連接在電源和地之間，由上臂開關(guān)元件和下 臂開關(guān)元件的對構(gòu)成，用于驅(qū)動(dòng)多相電動(dòng)機(jī)7。電流檢測部件8連接在驅(qū)動(dòng) 部件6和地之間，在規(guī)定時(shí)刻檢測流過多相電動(dòng)機(jī)7的電流值。PWM信號生 成部件2基于由電流檢測部件8檢測的電流值以及具有^見定的頻率的鋸齒狀 信號，生成各相PWM信號。可否檢測電流判定部件3基于由PWM信號生成部件2所生成的各相PWM信號，判定可否由電流檢測部件8檢測電流值， 即判定是否具有可由電流檢測部件8片企測正確的電流值的切換的時(shí)間間隔。 在可否檢測電流判定部件3判定為不可檢測電流的情況下，開關(guān)個(gè)數(shù)判定部
件5基于開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件4的判定結(jié)果，^吏PWM信號生成部件2所生成 的規(guī)定相的PWM信號的相位提前或延遲規(guī)定量后，輸出到驅(qū)動(dòng)部件6。各相 電流計(jì)算部件9基于由電流檢測部件8 4企測的電流值和由PWM信號生成部 件2生成的PWM信號，計(jì)算不能直接檢測的剩余的相的電流值。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置1的電路圖。CPU22將 U相上段、V相上段以及W相上段的各PWM信號輸出到死區(qū)時(shí)間生成模塊 23。死區(qū)時(shí)間生成模塊23輸入這些信號，設(shè)置兩個(gè)信號都成為OFF的微小 的時(shí)間間隔，生成U相上段、U相下段、V相上段、V相下段、W相上段以 及W相下段的各個(gè)PWM信號后輸出到驅(qū)動(dòng)器IC24,以使為了電路保護(hù)而對 于各相的上臂開關(guān)元件和下臂開關(guān)元件的信號不會(huì)兩個(gè)都成為ON。另外，也 可以由CPU22內(nèi)的軟件構(gòu)成死區(qū)時(shí)間生成模塊23的功能。
驅(qū)動(dòng)器IC24輸入這些信號，控制FET橋路25。 FET橋路25連接在電源 VR和地之間，由上臂開關(guān)元件和下臂開關(guān)元件的3對構(gòu)成。上臂開關(guān)元件和 下臂開關(guān)元件的3對的中間部分連接到3相電動(dòng)機(jī)的各相。單一的分流電阻 26連接在FET橋路25和地之間。分流電阻26的兩端電壓通過由運(yùn)算放大器 和電阻等構(gòu)成的電流;險(xiǎn)測電路27而輸入到CPU22的A/D變換端口 。
另外，本電路的基本功能為如下所述。相電流檢測周期為250psec、檢 測方式為2相檢測/1相估計(jì)方式、PWM模式為鋸齒波PWM。
在圖2的結(jié)構(gòu)中，CPU22構(gòu)成圖1中的可否檢測電流判定部件3、開關(guān) 個(gè)數(shù)判定部件4、相位移動(dòng)部件5、以及各相電流計(jì)算部件9， CPU22以及死 區(qū)時(shí)間生成^t塊23構(gòu)成圖1中的PWM信號生成部件2,FET橋路25構(gòu)成圖 1中的驅(qū)動(dòng)部件6,分流電阻26以及電流4企測電路27構(gòu)成圖1中的電流檢測 部件8。此外，在本實(shí)施方式中，使用3相電動(dòng)機(jī)作為圖1的多相電動(dòng)機(jī)7。 3相電動(dòng)機(jī)是，例如用于車輛的電動(dòng)功率轉(zhuǎn)向(steering)裝置的無刷電動(dòng)機(jī)。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置1的流程圖。最初，PWM 信號生成部件2決定UVW的各相的PWM指令值(Sl)。接著，細(xì)節(jié)如后面 敘迷，基于UVW的各相的占空比，進(jìn)行模式判定(S2)。接著，區(qū)分可否檢測電流判定部件3的可否檢測的情況(S3 S5)。首先，判定3相中可否檢測 2相(S3 )。若不能檢測2相(S3中為"否")，則判定3相中可否檢測1相(S4 )。 這里，若還可以檢測l相(S4中為"是，，)，則開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件4判定是否 可檢測偶數(shù)矢量(S5)。若不可檢測偶數(shù)矢量(S5中"否")，則成為可檢測 奇數(shù)矢量。對于偶數(shù)矢量和奇數(shù)矢量在后面敘述。
接著，相位移動(dòng)部件5基于可否檢測判定條件，計(jì)算需要移動(dòng)的相和需 要的偏移量。首先，在可檢測2相的情況下(S3中為"是，，)，可以無需移動(dòng) 且PWM各相的相位偏移量為零(S6)。在僅可以4全測偶數(shù)矢量的情況下(S5 中為"是，，)，使占空比為最大的相的相位延遲，計(jì)算其偏移量(S7)。在僅可 以檢測奇數(shù)矢量的情況下(S5中為"否")，使占空比為最小的相的相位提前， 計(jì)算其偏移量(S8)。在1相也不能檢測的情況下(S4中為"否")，將占空 比最大的相的相位和占空比最小的相的相位兩個(gè)都偏移，計(jì)算各自的偏移量 (S9)。接著，在用于檢測電流值的A/D變換的開始時(shí)刻決定之后(SIO)， 相位移動(dòng)部件5按所計(jì)算的偏移量進(jìn)行各相的PWM相位偏移(Sll )。其中， 在沒有PWM相位偏移的情況下(S6)，相位偏移量為零。
接著，電流檢測部件8在成為后述的兩處的電流;險(xiǎn)測開始定時(shí)時(shí)(S12 中為"是")，電流檢測部件8開始A/D變換(S13)。接著，在電流檢測部件 8檢測了 2相的電流之后，各相電流計(jì)算部件9根據(jù)基爾霍夫定律(流入3 相電動(dòng)機(jī)的3個(gè)電流的合計(jì)為零。即Iu+Iv+Iw=0)，計(jì)算沒有檢測的剩余的1 相的電流值(S14)。
表1是表示PWM模式判定條件、可檢測矢量、檢測電流、可否檢測判 定條件以及可檢測定時(shí)的表。w_pwmU 、 w_pwmV、 w_pwmW分別表示U 相、V相、W相的指令值的相位寬度(占空比)。根據(jù)3相的相位寬度的大小 關(guān)系，被分類為6個(gè)模式。例如，在w_pwmU》w_pwmW kw_pwmV的情況 下，成為表1的模式3。在各個(gè)模式中，有以下的四種情況。即，
(1 )可檢測2相的情況
(2)僅可檢測奇數(shù)矢量的情況
(3 )僅可檢測偶數(shù)矢量的情況
(4) 2相都不能檢測的情況。
相
偏移量
方向
ii占空比最大相MIN—DUTY ( 12% )—(最大 相占空比％-中間相占空比％ )右側(cè)
占空比中間相無偏移一、^^-------------、、
占空比最小相無偏移、、^、、_______
表3是表示僅可檢測奇數(shù)矢量的情況的表。在僅可檢測奇數(shù)矢量的情況 下，為了 2相都確保電流值穩(wěn)定的可檢測的時(shí)間，所以如表3那樣偏移。即， ^l對占空比最小的相，以MIN—DUTY ( 12%)-(中間相占空比0/。-最小相占
空比％)的偏移量沿左側(cè)(提前相位的側(cè))偏移。對于占空比最大相和占 比中間相，沒有偏移。
相偏移量方向
占空比最大相無偏移
占空比中間相無偏移、、、、^
占空比最小相MIN—DUTY ( 12°/。)—(中間相 占空比％-最小相占空比％ )左側(cè)
表4是表示2相都不能檢測的情況的表。在2相都不可檢測的情況下， 為了 2相都確保電流值穩(wěn)定的可檢測的時(shí)間，所以如表4那樣偏移。即，對 占空比最大相，以MIN—DUTY ( 12%)-(最大相占空比％-中間相占空比％) 的偏移量沿右側(cè)(延遲相位的側(cè))偏移。此外，對占空比最小相，以MIN—DUTY (12% )-(中間相占空比％-最小相占空比％ )的偏移量沿左側(cè)(提前相位的 側(cè))偏移。對于占空比中間相，沒有偏移。
相偏移量方向
占空比最大相MIN_DUTY ( 12% )-(最大相 占空比％-中間相占空比％ )右側(cè)
占空比中間相無偏移^^^^
占空比最小相MIN_DUTY ( 12% )—(中間相 占空比°/。-最小相占空比％ )左側(cè)
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的概要的定時(shí)圖。 細(xì)節(jié)在圖5~圖8中進(jìn)行說明。
控制周期為250jasec,其結(jié)構(gòu)由基于50jisec周期的鋸齒狀信號的PWM
12信號的5個(gè)周期構(gòu)成。在這里，在第2以及第3個(gè)PWM周期中，以可檢測 電流值的定時(shí)的時(shí)間為目標(biāo)，進(jìn)行A/D變換。以下，將第2個(gè)PWM期間表 述為第l檢測周期，將第3個(gè)PWM期間表述為第2檢測周期。在該例子中， 在第l檢測周期中以偶數(shù)矢量狀態(tài)(1, 1， 0)進(jìn)行檢測，在第2檢測周期中 以奇數(shù)矢量狀態(tài)(1, 0, 0)進(jìn)行檢測，但可以在任何周期進(jìn)行任一個(gè)檢測， 此外，也可以在同一周期進(jìn)行雙方的4企測。
在該圖中，3相的占空比互相接近，U相的占空比最大、V相在中間、 W相最小。在W相的電流纟全測定時(shí)(AD變換定時(shí))中，U相取高狀態(tài)、V 相取高狀態(tài)、W相取低狀態(tài)，開關(guān)元件的矢量為(1, 1, 0)。即，在上臂開 關(guān)元件中導(dǎo)通的開關(guān)元件的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。此時(shí)，若V相和W相的切換的時(shí)間 間隔為A/D變換所需的充分的長度，則即使不進(jìn)行偏移也能夠檢測W相的電 流值。但是，若V相和W相之間的時(shí)間間隔小，則不能4企測W相的正確的 電流值。
此外，在U相的電流檢測定時(shí)(AD變換定時(shí))，U相取高狀態(tài)、V相取 低狀態(tài)、W相取低狀態(tài)，開關(guān)元件的矢量為(1, 0， 0)。即，在上臂開關(guān)元 件中導(dǎo)通的開關(guān)元件的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。此時(shí)，若U相和V相的開關(guān)的時(shí)間間隔 為A/D變換所需的充分的長度，則即使不進(jìn)行偏移也能夠檢測U相的電流值。 但是，若U相和V相之間的時(shí)間間隔小，則不能4企測U相的正確的電流值。
因此，如用實(shí)線所示，為了在各自的定時(shí)確保用于檢測正確的電流值的 相位差12%,對占空比最大的U相，以MIN—DUTY ( 12% )-(最大相占空 比％-中間相占空比％)的偏移量沿右側(cè)偏移(即，延遲相位)。此外，對占 空比最小的W相，以MIN一DUTY ( 12% )-(中間相占空比％-最小相占空比 %)的偏移量沿左側(cè)偏移(即，提前相位)。對占空比中間的V相，不進(jìn)行偏 移。另外，5個(gè)周期都進(jìn)行相同的偏移處理。
A/D變換是在，可檢測占空比最大相的U相以及占空比最小相的W相 的2相的電流的可檢測定時(shí)進(jìn)行。即，在占空比最小的W相的電流檢測的情 況下，在第1檢測周期中的W相PWM信號下降之后，從電流值穩(wěn)定的時(shí)刻 到占空比中間的V相PWM信號下降之前的期間進(jìn)行(左側(cè)的網(wǎng)格部分)。此 外，在占空比最大的U相的電流檢測的情況下，在第2檢測周期中的V相 PWM信號下降之后，從電流值穩(wěn)定的時(shí)刻到U相PWM信號下降之前的期 間進(jìn)行(右側(cè)的網(wǎng)格部分)。
13圖5是2相都可檢測的情況的定時(shí)圖。在第l檢測周期(偶數(shù)矢量檢測
周期)中，V相(占空比25%)和W相(50%)的切換的時(shí)間間隔充分大。 因此，在該時(shí)間間隔(此時(shí)的矢量為(1, 0， l))中，可4企測正確的電流值。 此外，在第2檢測周期(奇數(shù)矢量檢測周期)中，U相(75。/。)和\￥相(50%) 之間的切換的時(shí)間間隔大。因此，在該時(shí)間間隔(此時(shí)的矢量為(1， 0， O)) 中，也可以4企測正確的電流值。因此，無需實(shí)施偏移。
圖6 (a)是僅可檢測奇數(shù)矢量的情況的定時(shí)圖。在第l檢測周期(偶數(shù) 矢量檢測周期)中，V相(占空比39.6%)和W相(45.8%)的切換的時(shí)間 間隔小。因此，在該時(shí)間間隔中，無法檢測V相的正確的電流值。另一方面， 在第2檢測周期(奇數(shù)矢量檢測周期)中，U相(64.6%)和W相(45.8%) 的切換的時(shí)間間隔大。因此，在該時(shí)間間隔中，可才企測U相的正確的電流值。
即，在第1檢測周期(偶數(shù)矢量檢測周期)中，偶數(shù)矢量、在這里是(1， 0, l)的狀態(tài)中，無法檢測V相的正確的電流值，所以如圖6(b)那樣，將 3相中占空比最小的V相的PWM信號沿左側(cè)(以提前相位)偏移相位。由 此，V相和W相的切換時(shí)間間隔變大。因此，由于電流值穩(wěn)定，所以可通過 A/D變換器檢測V相的正確的電流值。另外，在第2檢測周期(奇數(shù)矢量檢 測周期)中，在V相的相位偏移之后，U相和W相的切換的時(shí)間間隔也大。 因此，在該時(shí)間間隔中，也可以4全測U相的正確的電流^直。
A/D變換是，在占空比最小的V相的電流;險(xiǎn)測的情況下，在第l檢測周 期中的V相PWM信號下降之后，從電流穩(wěn)定的時(shí)刻到占空比中間的W相 PWM信號下降之前的期間進(jìn)行(左側(cè)的網(wǎng)格部分)。此外，在占空比最大的 U相的電流檢測的情況下，在第2檢測周期中的W相PWM信號下降之后， 從電流穩(wěn)定的時(shí)刻到U相PWM信號下降之前的期間進(jìn)行(右側(cè)的網(wǎng)格部分)。
圖7 (a)是僅可檢測偶數(shù)矢量的情況的定時(shí)圖。在第l檢測周期(偶數(shù) 矢量檢測周期)中，V相(占空比35.4%)和W相(54.2%)的切換的時(shí)間 間隔大。因此，在該時(shí)間間隔中，可^r測V相的正確的電流值。另一方面， 在第2檢測周期(奇數(shù)矢量檢測周期)中，U相(60.4%)和W相(54.2%) 的切換的時(shí)間間隔小。因此，在該時(shí)間間隔中，無法4全測U相的正確的電流 值。
即，奇數(shù)矢量、在這里是矢量(1， 0， 0)的狀態(tài)中，無法檢測U相的 正確的電流值，所以如圖7(b)那樣，將3相中占空比最大的U相的PWM
14信號沿右側(cè)(以延遲相位)偏移相位。由此，U相和W相的切換的時(shí)間間隔 變大。因此，可檢測U相的正確的電流值。在第l檢測周期(偶數(shù)矢量檢測 周期)中，在U相的相位偏移之后，V相和W相的切換的時(shí)間間隔也大。因 此，在該時(shí)間間隔中，也可以4企測V相的正確的電流值。
A/D變換是，在占空比最小的V相的電流斥企測的情況下，在第l沖企測周 期中的V相PWM信號下降之后，從電流值穩(wěn)定的時(shí)刻到占空比中間的W相 PWM信號下降之前的期間進(jìn)行(左側(cè)的網(wǎng)格部分)。此外，在占空比最大的 U相的電流檢測的情況下，在第2檢測周期中的W相PWM信號下降之后， 從電流值穩(wěn)定的時(shí)刻到U相PWM信號下降之前的期間進(jìn)行(右側(cè)的網(wǎng)格部 分)。
圖8 (a)是2相都不可檢測的情況的定時(shí)圖。在第l檢測周期(偶數(shù)矢 量檢測周期)中，V相(占空比45%)和W相(50%)的切換的時(shí)間間隔小。 因此，在該時(shí)間間隔中，無法;險(xiǎn)測V相的正確的電流值。在第2^r測周期(奇 數(shù)矢量檢測周期)中，U相(55%)和W相(50%)的切換的時(shí)間間隔也小。 因此，在該時(shí)間間隔中，也無法;險(xiǎn)測U相的正確的電流值。
即，在圖8 (a)的第l檢測周期(偶數(shù)矢量檢測周期)中，偶數(shù)矢量、 在這里是(l， 0， l)的狀態(tài)中，無法檢測V相的正確的電流值，所以如圖8 (b)那樣，將占空比最小的V相的PWM信號沿左側(cè)(以提前相位)偏移相 位。由此，V相和W相的切換的時(shí)間間隔變大。此外，在圖8 (a)的第2 檢測周期(奇數(shù)矢量檢測周期)中，奇數(shù)矢量、在這里是(1， 0, 0)的狀態(tài) 中，無法檢測U相的正確的電流值，所以如圖8(b)那樣，將占空比最大的 U相的PWM信號沿右側(cè)(以延遲相位)偏移相^f立。由此，U相和W相的切 換時(shí)間間隔變大。因此，最終可檢測U相以及V相的正確的電流值。
A/D變換是，在占空比最小的V相的電流檢測的情況下，在第l檢測周 期中的V相PWM信號下降之后，從電流值穩(wěn)定的時(shí)刻到占空比中間的W相 PWM信號下降之前的期間進(jìn)行(左側(cè)的網(wǎng)格部分)。此外，在占空比最大的 U相的電流檢測的情況下，在第2檢測周期中的W相PWM信號下降之后， 從電流值穩(wěn)定的時(shí)刻到U相PWM信號下降之前的期間進(jìn)行(右側(cè)的網(wǎng)格部 分)。
這里，關(guān)于載波，進(jìn)行三角狀信號和鋸齒狀信號之間的有關(guān)電流波動(dòng) (ripple)的比較。與鋸齒狀信號相比，三角狀信號具有電流波動(dòng)小的仇點(diǎn)。其理由如下所示。通過動(dòng)力運(yùn)行(在各相的ON/OFF狀態(tài)有差時(shí))和再生(在各相的ON/OFF狀態(tài)無差時(shí))， 一個(gè)周期的PWM信號成立，但在動(dòng)力運(yùn)行中，電流沿正方向變化。在再生中，電流沿負(fù)方向變化。這些變化的斜率是由基于電動(dòng)機(jī)的線圈的電感以及電動(dòng)機(jī)的線圏的電阻的時(shí)間常數(shù)決定。
通過從動(dòng)力運(yùn)行變化到再生、或者從再生變化到動(dòng)力運(yùn)行的狀態(tài)，從而產(chǎn)生電流波動(dòng)。在鋸齒狀信號中，各相的PWM信號的上升時(shí)刻相同。例如在圖9的鋸齒狀信號中的動(dòng)力運(yùn)行和再生的狀態(tài)變化成為再生~>動(dòng)力運(yùn)行">再生。另一方面，在三角狀信號中，各相的PWM信號的上升時(shí)刻不同。在圖10的三角狀信號中的動(dòng)力運(yùn)行和再生的狀態(tài)變化成為再生—?jiǎng)恿\(yùn)行—再生—?jiǎng)恿\(yùn)行—再生。因此，可知使用三角狀信號時(shí)一個(gè)周期的電流的變化次數(shù)多。
這樣在使用了三角狀信號的情況下，在一個(gè)周期中變化的次數(shù)多。因此，向正/負(fù)的變化量小，電流波動(dòng)減小。另一方面，在使用了鋸齒狀信號的情況下，在一個(gè)周期中變化的次數(shù)少，向正/負(fù)的變化量大。即，電流波動(dòng)大。但如本發(fā)明那樣，對1相或者2相進(jìn)行相位偏移，則即使是在使用了鋸齒狀信號的情況下，各相的PWM信號的上升時(shí)刻不同的狀況也變多，其結(jié)果，具有電流波動(dòng)減小的優(yōu)點(diǎn)。
圖11是在使用了鋸齒狀信號的情況的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的定時(shí)圖。在50psec的載波周期中，表示U相PWM信號為占空比55。/。、 V相PWM信號為占空比45%、 W相PWM信號為占空比50%的情況。V相和W相之間(此時(shí)的矢量為(1， 0, l))、 W相和U相之間(此時(shí)的矢量為(1， 0, 0))的時(shí)間間隔為5%較短，所以在此期間的分流波形中，不能收斂開關(guān)噪聲，不能取得用于正確地檢測電流值的A/D變換時(shí)間。因此，若將占空比最大的U相的7%沿右側(cè)偏移，將最小的V相的7%沿左側(cè)偏移，則可確保檢測所需的占空比差(12%)。
圖12是在使用了三角狀信號時(shí)的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置的定時(shí)圖。與使用了鋸齒狀信號時(shí)相同地，在50psec的載波周期中，表示U相PWM信號為占空比55%、 V相PWM信號為占空比45%、 W相PWM信號為占空比50%的情況。在使用了三角波的情況下，由于在兩側(cè)產(chǎn)生相位差，所以V相和W相之間(矢量為(1, 0, l))、 W相和U相之間(矢量為(1， 0， 0))的時(shí)間間隔為2.5%較短。因此，若沒有將占空比最大的U相的9.5%沿右側(cè)偏移，
16將最小的V相的9.5%沿左側(cè)偏移，則不能確保檢測所需的占空比差(12%)。另外，由于在三角狀信號的情況下，PWM信號為左右對稱，所以同樣地將占空比最大的U相的9.5%沿左側(cè)偏移，將最小的V相的9.5%沿右側(cè)偏移，也可以確保檢測所需的占空比差(12%)。但是，由于與鋸齒狀信號的情況相比，偏移量變大9.5%-7%=2.5%，所以不利。
這樣，在載波為鋸齒狀信號的情況下，與三角狀信號的情況相比，2相的切換之間的長度變?yōu)?倍。因此，與三角狀信號的情況相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，即使不進(jìn)行PWM信號的相位偏移，也存在多個(gè)可以以分流電阻兩端的電壓波形穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行A/D變換的3相PWM狀態(tài)。
例如，在上述實(shí)施方式中，在上臂開關(guān)元件和下臂開關(guān)元件中使用了 FET,但例如也可以使用IGBT (絕緣柵型雙極晶體管)那樣的其他的開關(guān)元件。此外，電流檢測部件可以采用在實(shí)施方式中所示的結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)，可以設(shè)置在電源和FET橋路之間。
此外，在上述實(shí)施方式中，作為多相電動(dòng)斥幾，舉無刷電動(dòng)機(jī)為例子，但本發(fā)明可以適用于對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)等具有多個(gè)相的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的控制裝置整體中。
權(quán)利要求
1.一種多相電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)部件，由上臂開關(guān)元件和下臂開關(guān)元件的對構(gòu)成，用于驅(qū)動(dòng)多相電動(dòng)機(jī)；單一的電流檢測部件，檢測所述多相電動(dòng)機(jī)的電流值；脈沖寬度調(diào)制信號生成部件，基于由所述電流檢測部件所檢測的電流值以及具有規(guī)定頻率的鋸齒狀信號，生成各相脈沖寬度調(diào)制信號；可否檢測電流判定部件，基于由所述脈沖寬度調(diào)制信號生成部件所生成的各相脈沖寬度調(diào)制信號，判定可否通過所述電流檢測部件檢測電流值；開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件，在所述可否檢測電流判定部件判定為不可檢測電流的情況下，判定所述上臂開關(guān)元件導(dǎo)通的個(gè)數(shù)為偶數(shù)還是奇數(shù)；相位移動(dòng)部件，基于所述開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件的判定結(jié)果，使所述脈沖寬度調(diào)制信號生成部件生成的規(guī)定相的脈沖寬度調(diào)制信號的相位移動(dòng)規(guī)定量后，輸出到所述驅(qū)動(dòng)部件；以及各相電流計(jì)算部件，基于由所述電流檢測部件所檢測的電流值和由所述脈沖寬度調(diào)制信號生成部件所生成的各相脈沖寬度調(diào)制信號，計(jì)算各相的電流值。
2. 如權(quán)利要求1所述的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 在所述開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件判定為偶數(shù)的情況下，所述相位移動(dòng)部件使規(guī)定相的脈沖寬度調(diào)制信號沿規(guī)定的移動(dòng)方向移動(dòng)規(guī)定量，在所述開關(guān)個(gè)數(shù)判 定部件判定為奇數(shù)的情況下，所述相位移動(dòng)部件使規(guī)定相的脈沖寬度調(diào)制信 號沿所述移動(dòng)方向的反方向移動(dòng)規(guī)定量。
3. 如權(quán)利要求1所述的多相電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述相位移動(dòng)部件使在各相的脈沖寬度調(diào)制信號中占空比的大小最大的脈沖寬度調(diào)制信號的相位沿規(guī)定的移動(dòng)方向移動(dòng)規(guī)定量，使占空比的大小最 小的脈沖寬度調(diào)制信號的相位沿所述移動(dòng)方向的反方向移動(dòng)規(guī)定量。
全文摘要
提供一種多相電動(dòng)機(jī)控制裝置，基于鋸齒狀信號而生成脈沖寬度調(diào)制信號，可使用單一的電流檢測器而高精度地檢測各相電流值。包括開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件，在可否檢測電流判定部件判定為不可檢測電流的情況下，判定上臂開關(guān)元件導(dǎo)通的個(gè)數(shù)為偶數(shù)還是奇數(shù)；以及相位移動(dòng)部件，在開關(guān)個(gè)數(shù)判定部件判定為偶數(shù)的情況下，使規(guī)定相的脈沖寬度調(diào)制信號沿規(guī)定的移動(dòng)方向移動(dòng)規(guī)定量，在判定為奇數(shù)的情況下，使規(guī)定相的脈沖寬度調(diào)制信號沿反方向移動(dòng)規(guī)定量，或者使在各相的脈沖寬度調(diào)制信號中占空比的大小最大的脈沖寬度調(diào)制信號的相位沿規(guī)定的移動(dòng)方向移動(dòng)規(guī)定量，使占空比的大小最小的脈沖寬度調(diào)制信號的相位沿反方向移動(dòng)規(guī)定量。
文檔編號H02P6/08GK101494431SQ20081016916
公開日2009年7月29日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者濱崎真充 申請人:歐姆龍株式會(huì)社