JP2522407B2 - パルス幅変調用パルス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、変調波の周波数が高いときは搬送波をこ
の変調波に同期の状態でパルス幅変調用パルスを発生
し、変調波の周波数が低いときは搬送波が非同期の状態
でパルス幅変調用パルスを発生し、かつ同期から非同期
への切換え、あるいは非同期から同期への切換えが円滑
に行えるパルス幅変調用パルス発生装置に関する。

〔従来の技術〕

正弦波形の変調波と、この変調波よりも高い周波数の
３角波形の搬送波との大小関係を比例することで、パル
ス幅変調されたパルス列を得るので、直流を交流に変換
するインバータに、このパルス幅変調（以下ではPWMと
略記する）されたパルスを用いることで、高調波含有率
が少い正弦波形の交流への変換を効率よく行うことがで
きるが、このようなインバータをPWMインバータと称し
ている。

ところで、このPWMインバータでは、変調波の周波数
を変化させると、これに対応して出力交流の周波数が変
化するので、従来は速度制御が艱難だった誘導電動機
を、PWMインバータを電源にすることで、所望速度で駆
動できるので、多用されるようになった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のPWMパルスを発生するにあたって、従来は変調
波と搬送波とは非同期の状態でパルス幅変調を行ってい
た。PWMインバータで大容量の電動機を駆動する場合、
インバータを構成している半導体スイッチ素子は、スイ
ッチング周波数を高くできないサイリスタとなるため
に、変調波と搬送波との位相差のために、基本波成分が
変化し、当該PWMインバータの出力電圧にうなりを生じ
る不都合があった。

そこでこの発明の目的は、変調波と搬送波とを同期さ
せることにより、電圧にうなりを生じる不都合を回避す
ることにある。しかしながら変調波が低周波数のときも
搬送波を同期させると、この搬送波の周波数が低くなる
不都合があるので、これも合わせて解決しようとするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するための、この発明のパルス幅変
調用パルス発生装置は、可変周波数の変調波と、３角波
形の変調波との大小関係を比較することで、パルス幅変
調用パルスを発生する装置において、前記変調波の周波
数指令値に比例した周波数のパルス列を発生するパルス
発生手段と、このパルス列を正転時にはアップカウント
し、逆転時にはダウンカウントするアップダウンカウン
タと、前記搬送波のデータを収納して、このアップダウ
ンカウンタからの信号を入力するメモリーと、このメモ
リーからの信号と、別途設定する変調率信号とを入力し
て、両者の大小関係を比較することで同期パルス幅変調
用パルスを出力するデジタルコンパレータと、前記搬送
波の位相が90度の第１時点と、270度位相の第２時点で
パルスを発するタイミングパルス発生手段と、この第１
時点から、搬送波の90度位相から270度位相までの間で
この搬送波と変調波とが交差するまでの第１時間を演算
する第１時間演算手段と、前記第２時点から、搬送波の
270度位相から次の周期の90度位相までの間でこの搬送
波と変調波とが交差するまでの第２時間を演算する第２
時間演算手段と、これら第１時点と第１時間および第２
時点と第２時間とを入力して、非同期のパルス幅変調用
パルスを発生する非同期パルス発生手段と、前記同期パ
ルス幅変調用パルスと非同期パルス幅変調用パルスとの
切換えを、同期から非同期へは前記変調波の位相が零度
か120度または240度の時点で切換指令を発令し、正転時
の非同期から同期へは前記変調波の位相が零度か120度
または240度であって前記搬送波の位相が270度から360
度までの間にある時点で切換指令を発令し、逆転時の非
同期から同期へは前記変調波の位相が零度か120度かま
たは240度であって前記搬送波の位相が零度から90度ま
での間にある時点で切換指令を発令する同期・非同期切
換手段と、この同期・非同期切換手段の指令に従って、
前記同期パルス幅変調用パルスまたは非同期パルス幅変
調用パルスのいずれかを選択するデータセレクタとで構
成するものとする。

〔作用〕

この発明は、変調波の周波数が高い領域では、搬送波
の周波数を変調波周波数の３の整数倍とし、かつ両者を
同期させた状態でPWMパルスを発生させるようにして、
電圧のうなりを抑制するとともにスイッチング損失の低
減と、高調波の低減とを図っている。また変調波周波数
が低い領域では、搬送波周波数を一定にすることで非同
期PWMパルスを発生させ、制御性の向上を図っている。
そのために、同期PWMパルスと非同期PWMパルスとの切換
えが必要となるが、上述したように同期PWMパルス発生
時の変調比が３の整数倍であることから、変調波の位相
が零度か120度または240度の時点では、搬送波の位相は
零度であり、かつその傾斜が同じであるから、この時点
を選んで同期PWMパルスと比同期PWMパルスとの切換えを
行って、搬送波の同期を強制的に行わせるような無理を
回避でき、円滑な切換えを実現させようとするものであ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例をあらわしたブロック図であ
る。

この第１図において、n1ビットのデータとして送られ
てくる変調波の周波数信号は、パルス発生回路11におい
て一連のパルス列に置換される。

第２図は第１図の実施例回路に図示のパルス発生回路
の構成をあらわした回路図であって、クロック15と、複
数の加算器16A,16B……16Cおよび複数のフリップフロッ
プ17A,17B……17Cとで構成している。このような構成に
より、n1ビットの周波数データに比例した周波数のD₁〜
D_n1のパルス列が、このパルス発生回路から出力される
のであるが、第２図に示す回路では、パルス列の周波数
がD₁〜D_n1のデータの変化に対して連続的に変化する。

この第２図に示す構成のパルス発生回路11が出力する
パルスをトリガにして、アップダウンカウンタ12は、回
転方向指令が正転のときはたとえばアップカウントする
ものとすれば、逆転時はダウンカウントすることで、n2
ビットのメモリー13のアドレスデータを形成する。この
メモリー13には３角波形の搬送波の３角波データを格納
しているので、このメモリー13の出力と変調率信号とを
デジタルコンパレータ14へ入力すると、この両者を比較
することで同期PWMパルスが作成されてこれをデータセ
レクタ12に送出する。なおこのPWMパルスを３相インバ
ータに使用する場合は、メモリー13は当然、位相が相互
に120度づつずれた３相データを出力することになる。

変調波周波数が低い領域でも、搬送波周波数を変調波
周波数に比例させると、この搬送波周波数値が小さくな
って、制御性が低下するなどの不都合を生じる。そこで
変調波周波数が所定値以下になった場合でも、搬送波周
波数は一定値を維持することで、上記の不都合を回避す
るのであるが、このとき搬送波は変調波と非同期とな
る。

第３図は第１図の実施例回路に図示の非同期パルス発
生回路の動作をあらわした動作波形図であって、第３図
（イ）は変調波と搬送波の波形、第３図（ロ）は非同期
PWMパルスの変化、第３図（ハ）はタイミングパルスの
状況を、それぞれがあらわしている。

第１図におけるタイミングパルス発生回路21は、搬送
波の位相が90度の時点と270度の時点を検出するタイミ
ングパルス（第３図（ハ）参照）を非同期パルス発生回
路24へ入力している。

３角波形の搬送波と変調波とは、搬送波の位相が90度
から270度までの間で１回交差し、かつ位相が270度から
の次の周期の90度までの間で１回交差している（第３図
（イ）参照）。そこで前述した90度と270度でのタイミ
ングパルスを基準にして、搬送波と変調波とが交差する
までの第１時間T₁を第１時間演算回路22で演算し、かつ
第２時間T₂を第２時間演算回路23で演算し、それぞれの
データを非同期パルス発生回路24に与えることで、第３
図（ロ）に示す非同期PWMパルスを作成するので、これ
をデータセレクタ26に送出する。

同期・非同期切換回路25は、同期・非同期切換指令の
発令（すなわち変調波の周波数が前述した所定値を通過
する場合）に対応して、データセレクタ26に対して、適
切なタイミングで切換えを指令するのであれば、この切
換えは下記の条件を満足した時点で行うようにしてい
る。

ａ）同期PWMパルスから非同期PWMパルスへの切換えは正
転・逆転に拘らず、変調波の電圧位相が零度か120度か
または240度の時点で行う。

ｂ）非同期PWMパルスから同期PWMパルスへの切換えは、
正転時は変調波の電圧位相が零度から120度かまたは240
度で、かつ搬送波位相が270度から360度までの間の時点
で行う。

ｃ）非同期PWMパルスから同期PWMパルスへの切換えは、
逆転時は変調波の電圧位相が零度か120度かまたは240度
で、かつ搬送波位相が零度から90度までの間の時点で行
う。

前述したように、変調比が３の整数倍であることか
ら、変調波位相が零度、120度、240度の時点では、搬送
波位相は零度であることから、同期と比同期との切換え
は円滑に実施できる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、PWMパルスの作成にあたって、変
調波周波数が所定値以上のときは搬送波周波数を３の整
数倍として、両者を同期した状態でPWMパルスを作成
し、変調波周波数が前記所定値を下廻るときは、搬送波
周波数を一定値にすることで、両者から非同期の状態で
PWMパルスを作成するが、このようにすることで高周波
数領域では高調波の低減とスイッチング損失の低減を実
現し、低周波数領域では制御性を向上できる効果が得ら
れる。さらに同期と非同期との切換えを、搬送波が零位
相となる適切なタイミングで行うことにより円滑な切換
えができる。従ってこのPWMパルス発生装置をインバー
タに適用して電動機を駆動すれば、当該電動機は、低速
から高速までの広い速度領域を円滑に運転できることと
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあらわしたブロック図、第２
図は第１図の実施例回路に図示のパルス発生回路の構成
をあらわした回路図、第３図は第１図の実施例回路に図
示の非同期パルス発生回路の動作をあらわした動作波形
図である。 11……パルス発生回路、12……アップダウンカウンタ、
13……メモリー、14……デジタルコンパレータ、15……
クロック、16A,16B,16C……加算器、17A,17B,17C……フ
リップフロップ、21……タイミングパルス発生回路、22
……第１時間演算回路、23……第２時間演算回路、24…
…非同期パルス発生回路、25……同期・非同期切換回
路、26……データセレクタ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変周波数の変調波と、３角波形の変調波
   との大小関係を比較することで、パルス幅変調用パルス
   を発生する装置において、前記変調波の周波数指令値に
   比例した周波数のパルス列を発生するパルス発生手段
   と、このパルス列を正転時にはアップカウントし、逆転
   時にはダウンカウントするアップダウンカウンタと、前
   記搬送波のデータを収納して、このアップダウンカウン
   タからの信号を入力するメモリーと、このメモリーから
   の信号と、別途設定する変調率信号とを入力して、両者
   の大小関係を比較することで同期パルス幅変調用パルス
   を出力するデジタルコンパレータと、前記搬送波の位相
   が90度の第１時点と、270度位相の第２時点でパルスを
   発するタイミングパルス発生手段と、この第１時点か
   ら、搬送波の90度位相から270度位相までの間でこの搬
   送波と変調波とが交差するまでの第１時間を演算する第
   １時間演算手段と、前記第２時点から、搬送波の270度
   位相から次の周期の90度位相までの間でこの搬送波と変
   調波とが交差するまでの第２時間を演算する第２時間演
   算手段と、これら第１時点と第１時間および第２時点と
   第２時間とを入力して、非同期のパルス幅変調用パルス
   を発生する非同期パルス発生手段と、前記同期パルス幅
   変調用パルスと非同期パルス幅変調用パルスとの切換え
   を、同期から非同期へは前記変調波の位相が零度か120
   度かまたは240度の時点で切換指令を発令し、正転時の
   非同期から同期へは前記変調波の位相が零度か120度ま
   たは240度であって前記搬送波の位相が270度から360度
   までの間にある時点で切換指令を発令し、逆転時の非同
   期から同期へは前記変調波の位相が零度か120度かまた
   は240度であって前記搬送波の位相が零度から90度まで
   の間にある時点で切換指令を発令する同期・非同期切換
   手段と、この同期・非同期切換手段の指令に従って、前
   記同期パルス幅変調用パルスまたは非同期パルス幅変調
   用パルスのいずれかを選択するデータセレクタとで構成
   していることを特徴とするパルス幅変調用パルス発生装
   置。