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JP2007274764A - Apparatus and method for controlling three-phase brushless dc motor - Google Patents

Apparatus and method for controlling three-phase brushless dc motor Download PDF

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JP2007274764A
JP2007274764A JP2006094427A JP2006094427A JP2007274764A JP 2007274764 A JP2007274764 A JP 2007274764A JP 2006094427 A JP2006094427 A JP 2006094427A JP 2006094427 A JP2006094427 A JP 2006094427A JP 2007274764 A JP2007274764 A JP 2007274764A
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Japan
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switching element
phase
overload
duty ratio
motor
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JP2006094427A
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Shogo Miyamoto
省吾 宮本
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Denso Ten Ltd
Original Assignee
Denso Ten Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller for three-phase brushless DC motors wherein, even when a switching element in an inverter circuit is overloaded, the load on the switching element can be reduced without reducing a motor current. <P>SOLUTION: The controller 30 is configured to vary a duty ratio indicating a ratio of time for which upper-arm switching elements are on and lower-arm switching elements are off, and thereby PWM-control a three-phase inverter circuit. The controller includes means 44, 46, 36 for, when it is determined that the switching elements are in overload state in which an overloaded switching element is present only in either the upper-arm switching elements or the lower-arm switching elements, adjusting the PWM duty ratio of each phase determined based on a voltage command value of each phase toward such a direction that the current passed through the arm on the overloading side is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、三相ブラシレスDCモータに電力を供給する三相インバータ回路をPWM制御する三相ブラシレスDCモータの制御装置及び制御方法に関する。   The present invention relates to a control device and a control method for a three-phase brushless DC motor that PWM-controls a three-phase inverter circuit that supplies power to the three-phase brushless DC motor.

例えば、自動車の電動パワーステアリング(EPS: Electric Power Steering)用モータとして、三相ブラシレスDCモータが広く利用されている。かかる三相ブラシレスDCモータの制御においては、電力変換回路としての三相電圧形インバータ回路中のスイッチング素子を破損から保護するため、過負荷時に電機子電流を制限する処置が実施されている。   For example, a three-phase brushless DC motor is widely used as a motor for an electric power steering (EPS) of an automobile. In the control of such a three-phase brushless DC motor, in order to protect the switching element in the three-phase voltage source inverter circuit as a power conversion circuit from damage, a measure for limiting the armature current at the time of overload is performed.

具体的には、図1に示されるような、スイッチング素子の負荷としての素子温度に応じて最大電機子電流を定めた電流制限マップを設け、過負荷時には電流を制限することでスイッチング素子にかかる負荷を軽減している。図1のマップによれば、素子温度が閾値Tjthを超えると、最大電機子電流の値がImaxから徐々に減少せしめられる。なお、Tjmaxは、最大素子温度を示す。   Specifically, as shown in FIG. 1, a current limit map that determines the maximum armature current according to the element temperature as a load of the switching element is provided, and the current is applied to the switching element at the time of overload. The load is reduced. According to the map of FIG. 1, when the element temperature exceeds the threshold value Tjth, the value of the maximum armature current is gradually decreased from Imax. Tjmax indicates the maximum element temperature.

しかしながら、上述の制御によれば、過負荷時処理としてモータの電流が絞られるため、モータの出力トルクが低下し、結果としてモータによる必要なアシストを得ることができなくなる。また、一時的なモータロック状態をもつ作動条件の場合、又は放熱構造に偏りがある場合には、一部のスイッチング素子への負荷の集中が起こって、過負荷処理が発生しやすくなり、結果として、これらの場合にも、モータによる十分なアシストを得ることができなくなる。   However, according to the above-described control, since the motor current is reduced as the overload process, the output torque of the motor is reduced, and as a result, the necessary assist by the motor cannot be obtained. Also, in the case of operating conditions with a temporary motor lock state, or when the heat dissipation structure is biased, load concentration on some switching elements occurs, and overload processing is likely to occur. In these cases as well, sufficient assistance from the motor cannot be obtained.

なお、本発明に関連する先行技術文献として、下記特許文献1は、負荷による三相ブラシレスDCモータの制御方法について開示している。また、下記特許文献2は、回転速度制御用のPWM回路を持つブラシレスDCモータの駆動回路について開示している。さらに、下記特許文献3及び4は、三相ブラシレスDCモータの駆動方法について開示している。   As a prior art document related to the present invention, Patent Document 1 below discloses a method for controlling a three-phase brushless DC motor by a load. Patent Document 2 below discloses a drive circuit for a brushless DC motor having a PWM circuit for controlling the rotational speed. Further, Patent Documents 3 and 4 below disclose a method for driving a three-phase brushless DC motor.

特開2003−324986号公報JP 2003-324986 A 特許第3131157号公報Japanese Patent No. 3131157 特開2004−328912号公報JP 2004-328912 A 特開2003−289687号公報JP 2003-289687 A

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータ回路中のスイッチング素子が過負荷状態になった場合にも、モータ電流を減少させることなく、スイッチング素子の負荷を軽減させることができる、三相ブラシレスDCモータの制御装置及び制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to reduce the load of the switching element without reducing the motor current even when the switching element in the inverter circuit is overloaded. It is an object of the present invention to provide a control device and a control method for a three-phase brushless DC motor that can reduce the noise.

上記目的を達成するために、本発明によれば、三相ブラシレスDCモータに電力を供給する三相インバータ回路の各相において、上アームスイッチング素子がオン状態で下アームスイッチング素子がオフ状態である時間比率を示すデューティ比を変化させることで、三相インバータ回路をPWM制御する、三相ブラシレスDCモータの制御装置であって、各スイッチング素子の負荷を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出手段の出力に基づいて、上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のいずれか一方にのみ過負荷のスイッチング素子が存在する過負荷状態にあるか否かを判定する過負荷判定手段と、前記過負荷判定手段によって該過負荷状態にあると判定される場合に、各相の電圧指令値に基づいて定まる各相のPWMデューティ比を、過負荷側のアームに流れる電流が減少する方向に調節するPWMデューティ比調節手段と、を具備する三相ブラシレスDCモータの制御装置が提供される。   In order to achieve the above object, according to the present invention, in each phase of a three-phase inverter circuit that supplies power to a three-phase brushless DC motor, the upper arm switching element is on and the lower arm switching element is off. A control device for a three-phase brushless DC motor that PWM-controls a three-phase inverter circuit by changing a duty ratio indicating a time ratio, wherein the load detection unit detects a load of each switching element, and the load detection unit Overload determination means for determining whether or not an overload switching element exists only in one of the upper arm switching element and the lower arm switching element, based on the output of PWM of each phase determined based on the voltage command value of each phase when determined to be in the overload state by the means The Yuti ratio control apparatus for a three-phase brushless DC motor the current flowing through the overload side arm is anda PWM duty ratio adjusting means for adjusting the direction to decrease is provided.

また、本発明によれば、モータに電力を供給するインバータ回路の各相において、各スイッチング素子のオン状態、オフ状態である時間比率を示すデューティ比を変化させることで、インバータ回路をPWM制御する、モータの制御装置であって、各スイッチング素子の負荷を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出手段の出力に基づいて、過負荷のスイッチング素子が存在する過負荷状態にあるか否かを判定する過負荷判定手段と、前記過負荷判定手段によって該過負荷状態にあると判定される場合に、各相の電圧指令値に基づいて定まる各相のPWMデューティ比を、過負荷側のアームに流れる電流が減少する方向に調節するPWMデューティ比調節手段と、を具備するモータの制御装置が提供される。   According to the present invention, in each phase of the inverter circuit that supplies power to the motor, the inverter circuit is PWM-controlled by changing the duty ratio that indicates the time ratio of the ON state and the OFF state of each switching element. A control device for the motor, the load detection means for detecting the load of each switching element, and whether or not the overload switching element is present is determined based on the output of the load detection means Overload determination means, and when the overload determination means determines that the overload state is present, the PWM duty ratio of each phase determined based on the voltage command value of each phase is set to the arm on the overload side. There is provided a motor control device comprising PWM duty ratio adjusting means for adjusting the flowing current in a decreasing direction.

また、本発明によれば、モータに電力を供給するインバータ回路の各相において、各スイッチング素子のオン状態、オフ状態である時間比率を示すデューティ比を変化させることで、インバータ回路をPWM制御する、モータの制御方法であって、各スイッチング素子の負荷を検出する負荷検出ステップと、前記負荷検出ステップの出力に基づいて、過負荷のスイッチング素子が存在する過負荷状態にあるか否かを判定する過負荷判定ステップと、前記過負荷判定ステップによって該過負荷状態にあると判定される場合に、各相の電圧指令値に基づいて定まる各相のPWMデューティ比を、過負荷側のアームに流れる電流が減少する方向に調節するPWMデューティ比調節ステップと、を具備するモータの制御方法が提供される。   According to the present invention, in each phase of the inverter circuit that supplies power to the motor, the inverter circuit is PWM-controlled by changing the duty ratio that indicates the time ratio of the ON state and the OFF state of each switching element. A control method for a motor, wherein a load detection step for detecting a load of each switching element and whether or not an overload switching element exists is determined based on an output of the load detection step Overload determination step, and when the overload determination step determines that the overload state exists, the PWM duty ratio of each phase determined based on the voltage command value of each phase is set to the arm on the overload side. There is provided a method for controlling a motor comprising a PWM duty ratio adjusting step for adjusting a flowing current in a decreasing direction.

本発明による三相ブラシレスDCモータの制御装置及び制御方法においては、三相インバータ回路の上アームスイッチング素子の中に過負荷状態のものがあれば、各相においてPWMデューティ比が下げられることで、上アームに電流が流れる時間が減少するとともに下アームに電流が流れる時間が増大する結果、上アームスイッチング素子の過負荷状態が解消される。その際、各相電圧は下がることになるが、相間電圧すなわちモータ端子間電圧は一定に維持されるため、モータ電流が減少することはない。   In the control device and the control method of the three-phase brushless DC motor according to the present invention, if there is an overload state in the upper arm switching element of the three-phase inverter circuit, the PWM duty ratio is reduced in each phase, As a result of a decrease in the time during which current flows through the upper arm and an increase in the time during which current flows through the lower arm, the overload state of the upper arm switching element is eliminated. At that time, each phase voltage is lowered, but the interphase voltage, that is, the voltage between the motor terminals is kept constant, so that the motor current does not decrease.

同様に、三相インバータ回路の下アームスイッチング素子の中に過負荷状態のものがあれば、各相においてPWMデューティ比が上げられることで、上アームに電流が流れる時間が増大するとともに下アームに電流が流れる時間が減少する結果、下アームスイッチング素子の過負荷状態が解消される。その際、各相電圧は上がることになるが、相間電圧すなわちモータ端子間電圧は一定に維持されるため、モータ電流は一定のままである。   Similarly, if any of the lower arm switching elements of the three-phase inverter circuit is in an overload state, the PWM duty ratio is increased in each phase, so that the time during which current flows to the upper arm increases and the lower arm As a result of the decrease in the time during which the current flows, the overload state of the lower arm switching element is eliminated. At that time, each phase voltage rises, but the interphase voltage, that is, the voltage between the motor terminals is kept constant, so that the motor current remains constant.

したがって、本発明は、モータの出力トルクを低下させることなく、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とに負荷を分散させることで、過負荷状態にあるスイッチング素子の負荷を低減させることができる。   Therefore, according to the present invention, the load on the switching element in an overload state can be reduced by distributing the load to the upper arm switching element and the lower arm switching element without reducing the output torque of the motor.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図2は、本発明による制御装置の一実施形態が適用される三相ブラシレスDCモータシステムの構成を示す図である。同図において、符号10は永久磁石同期モータ、符号12は当該モータによってアシストされる自動車用電動パワーステアリング等の機械、符号14はバッテリ等の直流電源、符号20は三相電圧形インバータ回路、符号30は制御装置、をそれぞれ示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a three-phase brushless DC motor system to which an embodiment of the control device according to the present invention is applied. In the figure, reference numeral 10 denotes a permanent magnet synchronous motor, reference numeral 12 denotes a machine such as an electric power steering for an automobile assisted by the motor, reference numeral 14 denotes a DC power source such as a battery, reference numeral 20 denotes a three-phase voltage source inverter circuit, reference numeral Reference numeral 30 denotes a control device.

三相電圧形インバータ回路20においては、スイッチング素子として、駆動電力が小さく、スイッチング速度が高く、許容短絡時間も長いMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が使用されている。従来、かかるスイッチング素子を破損から保護するため、過負荷時には電機子電流を制限する処置が実施されていた。   In the three-phase voltage source inverter circuit 20, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) having a low driving power, a high switching speed, and a long allowable short-circuit time is used as a switching element. Conventionally, in order to protect the switching element from damage, a measure for limiting the armature current at the time of overload has been implemented.

制御装置30は、電流指令値演算部32、電圧指令値演算部34、PWM指令値演算部36、MOSFET駆動回路38、回転角センサ(レゾルバ)40、電流センサ42、温度センサ44、過負荷処理部46、等を備える。ここで、電流指令値演算部32は、指令トルクを受けて各相電流指令値を演算するものであるが、過負荷時における電流軽減処理をも実施する。電圧指令値演算部34は、電流指令値演算部32からの各相電流指令値を受けて対応する各相電圧指令値(三相正弦波電圧指令値)を演算する。   The control device 30 includes a current command value calculation unit 32, a voltage command value calculation unit 34, a PWM command value calculation unit 36, a MOSFET drive circuit 38, a rotation angle sensor (resolver) 40, a current sensor 42, a temperature sensor 44, an overload process. Part 46 and the like. Here, the current command value calculation unit 32 receives the command torque and calculates each phase current command value, but also performs a current reduction process during an overload. The voltage command value calculation unit 34 receives each phase current command value from the current command value calculation unit 32 and calculates a corresponding phase voltage command value (three-phase sine wave voltage command value).

PWM指令値演算部36は、電圧指令値演算部34からの各相電圧指令値を受けて各相PWM指令値すなわち各相デューティ比を演算するとともに、後述されるPWM軽減処理を実施する。MOSFET駆動回路38は、U相、V相及びW相の各々に関し、デューティ比信号がアクティブの期間において上アームのMOSFETをオンとする一方、デューティ比信号がインアクティブの期間において下アームのMOSFETをオンとする各ゲート信号を出力する。   The PWM command value calculation unit 36 receives each phase voltage command value from the voltage command value calculation unit 34 and calculates each phase PWM command value, that is, each phase duty ratio, and performs PWM reduction processing described later. For each of the U-phase, V-phase, and W-phase, the MOSFET drive circuit 38 turns on the upper arm MOSFET while the duty ratio signal is active, while turning the lower arm MOSFET when the duty ratio signal is inactive. Each gate signal to be turned on is output.

また、回転角センサ(レゾルバ)40は、モータ10の回転子の角度(電気角)を検出する。電流センサ42は、各相の実電流値を検出する。温度センサ44は、各MOSFETの近傍に設置され、各MOSFETの温度を検出する。過負荷処理部46は、各MOSFETの温度に基づいて各MOSFETの負荷状態を判定して処理する。   The rotation angle sensor (resolver) 40 detects the angle (electrical angle) of the rotor of the motor 10. The current sensor 42 detects the actual current value of each phase. The temperature sensor 44 is installed in the vicinity of each MOSFET and detects the temperature of each MOSFET. The overload processing unit 46 determines and processes the load state of each MOSFET based on the temperature of each MOSFET.

図3は、過負荷処理部46の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、所定時間周期で実行される。また、図4(A)及び(B)は、スイッチング素子温度に応じてPWMデューティ比のそれぞれ上限値及び下限値を定めたマップを示す図である。まず、ステップ102では、温度センサ44によって検出される温度に基づいて過負荷状態にあるスイッチング素子があるか否かが判定される。過負荷素子がない場合には、本ルーチンは終了する。   FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the overload processing unit 46. This process is executed at a predetermined time period. 4A and 4B are diagrams showing maps in which the upper limit value and the lower limit value of the PWM duty ratio are determined according to the switching element temperature. First, in step 102, it is determined whether there is a switching element in an overload state based on the temperature detected by the temperature sensor 44. If there is no overload element, this routine ends.

ステップ102において過負荷状態にあるスイッチング素子が存在すると判定された場合には、ステップ104に進む。ステップ104では、過負荷状態のスイッチング素子の場所、即ち、いずれの相(U相、V相又はW相)のどちら側(上アーム又は下アーム)の素子であるかが記憶される。   If it is determined in step 102 that there is an overloaded switching element, the process proceeds to step 104. In step 104, the location of the switching element in an overload state, that is, which side (U phase, V phase, or W phase) of the element (upper arm or lower arm) is stored.

次いで、ステップ106では、上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のいずれか一方にのみ過負荷のスイッチング素子が存在する状態か否かが判定される。上アームスイッチング素子にも下アームスイッチング素子にも、過負荷のスイッチング素子が存在する場合には、ステップ108に進む。ステップ108では、PWM制御による負荷軽減処置ができないため、従来どおり、電流値を制限することが決定され、図1のマップに基づき最大電流値が算出される。そして、別途、電流指令値演算部32は、電流軽減処理を実施する。   Next, at step 106, it is determined whether or not an overload switching element exists only in one of the upper arm switching element and the lower arm switching element. If there is an overload switching element in both the upper arm switching element and the lower arm switching element, the process proceeds to step 108. In step 108, since load reduction treatment by PWM control cannot be performed, it is determined to limit the current value as usual, and the maximum current value is calculated based on the map of FIG. Separately, the current command value calculation unit 32 performs a current reduction process.

一方、ステップ106において、上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のいずれか一方にのみ過負荷のスイッチング素子が存在すると判定された場合には、ステップ110に進む。ステップ110では、過負荷のスイッチング素子が上アームの素子であるか又は下アームの素子であるかが判定される。   On the other hand, if it is determined in step 106 that an overloaded switching element exists only in one of the upper arm switching element and the lower arm switching element, the process proceeds to step 110. In step 110, it is determined whether the overloaded switching element is an upper arm element or a lower arm element.

ステップ110において過負荷のスイッチング素子が上アームの素子であると判定された場合には、ステップ112に進み、図4(A)のマップを参照して、スイッチング素子温度に応じたPWM指令値(デューティ比)の上限値LIMAXPWMを決定し、本ルーチンを終了する。図4(A)のマップによれば、素子温度が閾値Tjthを超えると、PWM指令上限値LIMAXPWMの値が100から徐々に減少せしめられる。なお、Tjmaxは、最大素子温度を示す。   If it is determined in step 110 that the overloaded switching element is an upper arm element, the process proceeds to step 112, and a PWM command value (in accordance with the switching element temperature) (see FIG. 4A) is referred to. (Duty ratio) upper limit value LIMAXPWM is determined, and this routine ends. According to the map of FIG. 4A, when the element temperature exceeds the threshold value Tjth, the value of the PWM command upper limit value LIMAXPWM is gradually decreased from 100. Tjmax indicates the maximum element temperature.

一方、ステップ110において過負荷のスイッチング素子が下アームの素子であると判定された場合には、ステップ114に進み、図4(B)のマップを参照して、スイッチング素子温度に応じたPWM指令値(デューティ比)の下限値LIMINPWMを決定し、本ルーチンを終了する。図4(B)のマップによれば、素子温度が閾値Tjthを超えると、PWM指令下限値LIMINPWMの値が徐々に増大せしめられる。なお、Tjmaxは、最大素子温度を示す。ステップ108、112又は114の実行後、本ルーチンは終了する。   On the other hand, if it is determined in step 110 that the overloaded switching element is a lower arm element, the process proceeds to step 114, and the PWM command corresponding to the switching element temperature is referred to with reference to the map of FIG. The lower limit value LIMINPWM of the value (duty ratio) is determined, and this routine ends. According to the map of FIG. 4B, when the element temperature exceeds the threshold value Tjth, the value of the PWM command lower limit value LIMINPWM is gradually increased. Tjmax indicates the maximum element temperature. After execution of step 108, 112 or 114, the routine ends.

図5は、PWM指令値演算部36の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、所定時間周期で実行される。まず、ステップ202では、電圧指令値演算部34からU相電圧指令値VU、V相電圧指令値VV及びW相電圧指令値VWを受けて、下記の演算式により、U相PWM指令値PWMU、V相PWM指令値PWMV及びW相PWM指令値PWMWを算出する。   FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of the PWM command value calculation unit 36. This process is executed at a predetermined time period. First, in step 202, the U-phase voltage command value VU, the V-phase voltage command value VV, and the W-phase voltage command value VW are received from the voltage command value calculation unit 34, and the U-phase PWM command value PWMU, A V-phase PWM command value PWMV and a W-phase PWM command value PWMW are calculated.

PWMU=VU*PWMK/VB+PWMC+LIOFF
PWMV=VV*PWMK/VB+PWMC+LIOFF
PWMW=3*(PWMC+LIOFF)−PWMU−PWMV
PWMU = VU * PWMK / VB + PWMC + LIOFF
PWMV = VV * PWMK / VB + PWMC + LIOFF
PWMW = 3 * (PWMC + LIOFF) −PWMU−PWMV

なお、上記の式において、PWMCは、50%相当のPWM指令値である。また、PWMKは、電圧指令値からPWM指令値への変換係数である。また、VBは、駆動電圧モニタ値である。さらに、LIOFFは、後述のステップによって算出される軽減オフセット値(初期値は0)である。   In the above formula, PWMC is a PWM command value equivalent to 50%. PWMK is a conversion coefficient from the voltage command value to the PWM command value. VB is a drive voltage monitor value. Furthermore, LIOFF is a reduced offset value (initial value is 0) calculated by the steps described later.

次いで、ステップ204においては、算出された各相PWM指令値PWMU、PWMV及びPWMWがハードウェア上の制限を満たすか否か、すなわち下記の範囲内にあるか否かを判定する。なお、MINDUTY及びMAXDUTYは、ハードウェア上の制限からのそれぞれ上限値及び下限値である。
MINDUTY<PWMU<MAXDUTY、
MINDUTY<PWMV<MAXDUTY、及び
MINDUTY<PWMW<MAXDUTY
Next, in step 204, it is determined whether or not the calculated phase PWM command values PWMU, PWMV, and PWMW satisfy the hardware limitation, that is, whether they are within the following ranges. Note that MINDUTY and MAXDUTY are an upper limit value and a lower limit value, respectively, due to hardware limitations.
MINDUTY <PWMU <MAXDUTY,
MINDUTY <PWMV <MAXDUTY, and MINDUTY <PWMW <MAXDUTY

ステップ204においてハードウェア上の制限を満たさないPWM指令値が存在すると判定された場合には、ステップ206に進む。ステップ206では、電流値を制限することが決定され、本ルーチンは終了する。そして、別途、電流指令値演算部32は、電流軽減処理を実施する。   If it is determined in step 204 that there is a PWM command value that does not satisfy the hardware restrictions, the process proceeds to step 206. In step 206, it is determined to limit the current value, and this routine ends. Separately, the current command value calculation unit 32 performs a current reduction process.

一方、ステップ204において全てのPWM指令値がハードウェア上の制限を満たすと判定された場合には、ステップ208に進む。ステップ208では、PWM指令値PWMU、PWMV及びPWMWのうち過負荷素子が存在する相の指令値をPWM#(#はU、V又はW)として、PWM#が、過負荷処理部46によって算出されているPWM指令上限値LIMAXPWMを超えているか否かを判定する。   On the other hand, if it is determined in step 204 that all PWM command values satisfy the hardware limitation, the process proceeds to step 208. In step 208, the overload processing unit 46 calculates the PWM # using the PWM command values PWMU, PWMV, and PWMW with the command value of the phase in which the overload element exists as PWM # (# is U, V, or W). It is determined whether or not the PWM command upper limit value LIMAXPWM is exceeded.

ステップ208においてPWM#>LIMAXPWMと判定された場合には、ステップ210に進む。ステップ210では、下記の演算式により、軽減オフセット値LIOFFを算出する。なお、算出されるLIOFFは、負の値を有する。
LIOFF=LIMAXPWM−PWM#
If it is determined in step 208 that PWM #> LIMAXPWM, the process proceeds to step 210. In step 210, a reduced offset value LIOFF is calculated by the following arithmetic expression. Note that the calculated LIOFF has a negative value.
LIOFF = LIMAXPWM-PWM #

一方、ステップ208においてPWM#≦LIMAXPWMと判定された場合には、ステップ212に進む。ステップ212では、過負荷素子が存在する相の指令値PWM#(#はU、V又はW)が、過負荷処理部46によって算出されているPWM指令下限値LIMINPWM未満か否かを判定する。PWM#≧LIMINPWMと判定された場合には、本ルーチンを終了する。   On the other hand, if it is determined in step 208 that PWM # ≦ LIMAXPWM, the process proceeds to step 212. In step 212, it is determined whether or not the command value PWM # (# is U, V or W) of the phase in which the overload element exists is less than the PWM command lower limit value LIMINPWM calculated by the overload processing unit 46. If it is determined that PWM # ≧ LIMINPWM, this routine ends.

一方、PWM#<LIMINPWMと判定される場合には、ステップ214に進む。ステップ214では、下記の演算式により、軽減オフセット値LIOFFを算出する。なお、算出されるLIOFFは、正の値を有する。
LIOFF=LIMINPWM−PWM#
On the other hand, if it is determined that PWM # <LIMINPWM, the process proceeds to step 214. In step 214, a reduced offset value LIOFF is calculated by the following arithmetic expression. Note that the calculated LIOFF has a positive value.
LIOFF = LIMINPWM-PWM #

そして、ステップ210又は214の実行後には、LIOFFが更新されているため、ステップ216に進み、PWM指令値を算出し直す。演算内容は、ステップ202におけるものと同一である。ステップ216の実行後、本ルーチンは終了する。   Since LIOFF is updated after execution of step 210 or 214, the process proceeds to step 216, and the PWM command value is recalculated. The calculation contents are the same as those in step 202. After execution of step 216, the routine ends.

上述の実施形態においては、三相電圧形インバータ回路20の上アームMOSFETの中に過負荷状態のものがあれば、各相においてPWMデューティ比が下げられることで、上アームに電流が流れる時間が減少するとともに下アームに電流が流れる時間が増大する結果、上アームMOSFETの過負荷状態が解消される。その際、各相電圧は下がることになるが、相間電圧すなわちモータ端子間電圧は一定に維持されるため、モータ電流は減少することはない。   In the above embodiment, if there is an overload in the upper arm MOSFET of the three-phase voltage source inverter circuit 20, the PWM duty ratio is lowered in each phase, so that the time during which current flows in the upper arm is reduced. As a result of the decrease and the time during which current flows to the lower arm, the overload state of the upper arm MOSFET is eliminated. At that time, each phase voltage is lowered, but the interphase voltage, that is, the voltage between the motor terminals is kept constant, so that the motor current does not decrease.

同様に、三相電圧形インバータ回路20の下アームMOSFETの中に過負荷状態のものがあれば、各相においてPWMデューティ比が上げられることで、上アームに電流が流れる時間が増大するとともに下アームに電流が流れる時間が減少する結果、下アームMOSFETの過負荷状態が解消される。その際、各相電圧は上がることになるが、相間電圧すなわちモータ端子間電圧は一定に維持されるため、モータ電流は一定のままである。   Similarly, if the lower arm MOSFET of the three-phase voltage source inverter circuit 20 is in an overload state, the PWM duty ratio is increased in each phase, so that the time during which current flows through the upper arm increases. As a result of a decrease in the time during which current flows through the arm, the overload state of the lower arm MOSFET is eliminated. At that time, each phase voltage rises, but the interphase voltage, that is, the voltage between the motor terminals is kept constant, so that the motor current remains constant.

スイッチング素子温度に応じて最大電機子電流を定めた電流制限マップを示す図である。It is a figure which shows the current limiting map which defined the maximum armature current according to switching element temperature. 本発明による制御装置の一実施形態が適用される三相ブラシレスDCモータシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the three-phase brushless DC motor system to which one Embodiment of the control apparatus by this invention is applied. 過負荷処理部の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of an overload process part. (A)及び(B)は、スイッチング素子温度に応じてPWMデューティ比のそれぞれ上限値及び下限値を定めたマップを示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the map which defined the upper limit and lower limit of PWM duty ratio according to switching element temperature, respectively. PWM指令値演算部の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a PWM command value calculating part.

符号の説明Explanation of symbols

10 永久磁石同期モータ
12 自動車用電動パワーステアリング等の機械
14 直流電源
20 三相電圧形インバータ回路
30 制御装置
32 電流指令値演算部
34 電圧指令値演算部
36 PWM指令値演算部
38 MOSFET駆動回路
40 回転角センサ(レゾルバ)
42 電流センサ
44 温度センサ
46 過負荷処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Permanent magnet synchronous motor 12 Machines, such as an electric power steering for motor vehicles 14 DC power supply 20 Three-phase voltage type inverter circuit 30 Control apparatus 32 Current command value calculating part 34 Voltage command value calculating part 36 PWM command value calculating part 38 MOSFET drive circuit 40 Rotation angle sensor (resolver)
42 Current sensor 44 Temperature sensor 46 Overload processing section

Claims (5)

三相ブラシレスDCモータに電力を供給する三相インバータ回路の各相において、上アームスイッチング素子がオン状態で下アームスイッチング素子がオフ状態である時間比率を示すデューティ比を変化させることで、三相インバータ回路をPWM制御する、三相ブラシレスDCモータの制御装置であって、
各スイッチング素子の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段の出力に基づいて、上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のいずれか一方にのみ過負荷のスイッチング素子が存在する過負荷状態にあるか否かを判定する過負荷判定手段と、
前記過負荷判定手段によって該過負荷状態にあると判定される場合に、各相の電圧指令値に基づいて定まる各相のPWMデューティ比を、過負荷側のアームに流れる電流が減少する方向に調節するPWMデューティ比調節手段と、
を具備する三相ブラシレスDCモータの制御装置。
In each phase of the three-phase inverter circuit that supplies power to the three-phase brushless DC motor, the duty ratio indicating the time ratio that the upper arm switching element is on and the lower arm switching element is off is changed to A control device for a three-phase brushless DC motor that PWM-controls an inverter circuit,
Load detection means for detecting the load of each switching element;
Overload determination means for determining whether or not an overload switching element exists in only one of the upper arm switching element and the lower arm switching element based on the output of the load detection means;
When the overload determination means determines that the overload state exists, the PWM duty ratio of each phase determined based on the voltage command value of each phase is set so that the current flowing through the arm on the overload side decreases. PWM duty ratio adjusting means for adjusting;
A control device for a three-phase brushless DC motor.
前記負荷検出手段は、各スイッチング素子の近傍に設置された温度検出素子である、請求項1に記載の三相ブラシレスDCモータの制御装置。   The control device for a three-phase brushless DC motor according to claim 1, wherein the load detecting means is a temperature detecting element installed in the vicinity of each switching element. 前記PWMデューティ比調節手段は、上アームスイッチング素子の温度が閾値を超える場合にデューティ比の上限値を小さくする一方、下アームスイッチング素子の温度が閾値を超える場合にデューティ比の下限値を大きくする、請求項2に記載の三相ブラシレスDCモータの制御装置。   The PWM duty ratio adjusting means decreases the upper limit value of the duty ratio when the temperature of the upper arm switching element exceeds the threshold value, and increases the lower limit value of the duty ratio when the temperature of the lower arm switching element exceeds the threshold value. The control device for a three-phase brushless DC motor according to claim 2. モータに電力を供給するインバータ回路の各相において、各スイッチング素子のオン状態、オフ状態である時間比率を示すデューティ比を変化させることで、インバータ回路をPWM制御する、モータの制御装置であって、
各スイッチング素子の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段の出力に基づいて、過負荷のスイッチング素子が存在する過負荷状態にあるか否かを判定する過負荷判定手段と、
前記過負荷判定手段によって該過負荷状態にあると判定される場合に、各相の電圧指令値に基づいて定まる各相のPWMデューティ比を、過負荷側のアームに流れる電流が減少する方向に調節するPWMデューティ比調節手段と、
を具備するモータの制御装置。
A motor control device that performs PWM control of an inverter circuit by changing a duty ratio indicating a time ratio of an ON state and an OFF state of each switching element in each phase of the inverter circuit that supplies electric power to the motor. ,
Load detection means for detecting the load of each switching element;
Overload determination means for determining whether or not an overload switching element exists based on an output of the load detection means;
When the overload determination means determines that the overload state exists, the PWM duty ratio of each phase determined based on the voltage command value of each phase is set so that the current flowing through the arm on the overload side decreases. PWM duty ratio adjusting means for adjusting;
A motor control apparatus comprising:
モータに電力を供給するインバータ回路の各相において、各スイッチング素子のオン状態、オフ状態である時間比率を示すデューティ比を変化させることで、インバータ回路をPWM制御する、モータの制御方法であって、
各スイッチング素子の負荷を検出する負荷検出ステップと、
前記負荷検出ステップの出力に基づいて、過負荷のスイッチング素子が存在する過負荷状態にあるか否かを判定する過負荷判定ステップと、
前記過負荷判定ステップによって該過負荷状態にあると判定される場合に、各相の電圧指令値に基づいて定まる各相のPWMデューティ比を、過負荷側のアームに流れる電流が減少する方向に調節するPWMデューティ比調節ステップと、
を具備するモータの制御方法。
A motor control method for PWM controlling an inverter circuit by changing a duty ratio indicating a time ratio of an ON state and an OFF state of each switching element in each phase of an inverter circuit that supplies electric power to the motor. ,
A load detection step for detecting a load of each switching element;
Based on the output of the load detection step, an overload determination step for determining whether or not an overload switching element exists is in an overload state;
When it is determined in the overload determination step that the overload state is present, the PWM duty ratio of each phase determined based on the voltage command value of each phase is set so that the current flowing through the arm on the overload side decreases. PWM duty ratio adjustment step to adjust;
A motor control method comprising:
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