逆变器装置的制作方法

专利名称：逆变器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行PWM调制的逆变器装置的相电流检测方法。
技术背景以往，作为这种相电流检测方法，已知根据直流电源线的电流进行检测 的方法(例如，参照专利文献l)。以下说明该电路。图34表示其电路图。逆变器装置123的控制电路12 基于转速指令信号(未图示)等，经由连接线118控制开关元件102从而对 电池101的电力进行直流交流变换。由此，电动机111的定子线圈104上被 提供交流电流，磁铁转子105被驱动。二极管103成为流过定子线圈104的 电流的循环路径。对于开关元件102,将上臂开关元件定义为U、 V、 W，将 下臂开关元件定义为X、 Y、 Z。电流传感器106的检测电流值被送到控制电路112,用于计算消耗功率、 保护开关元件102等的判断，还用于磁铁转子105的位置检测。图35表示关于U相端子电压141、V相端子电压142、W相端子电压143、 中性点电压129,且最大调制为10%的占空比的正弦波3相调制的波形。图 36A将图35的105度相位附近的1载波内(载波周期)的上臂开关元件U、 V、 W的导通占空从中央均匀分配显示。用细实线表示U相的通电期间，用 中实线表示V相的通电期间，用粗实线表示W相的通电期间。将通电期间最 大的相定义为最大通电相(此时为U相)，将中间的相定义为中间通电相(此 时为V相)，将最小的相定义为最小通电相(此时为W相)。省略详细内容，但通过上臂开关元件U、 V、 W的导通、截止状态决定 可由电流传感器106进行检测的相电流。即，在只有一相导通时可检测这一 相的电流，在两相导通时可检测剩余相的电流，在三相都导通及三相都截止 时无法检测。因此，通过确认上臂开关元件U、 V、 W的导通，可知能够检 测的相电 流。但是，在图36A中，只有一相导通时(用a表示)和两相导通时(用[3表示)的时间都很短，所以无法通过电流传感器106检测相电流。图36B表示 该对应的一例。首先，决定电流传感器106能够;险测相电流所需的时间5。该 时间5是保持余量的同样的值，以在各种状况下都能够检测相电流。在载波周 期的左侧(前一半)中，增加U相的通电期间，以使时间a成为5。此外，减 少W相的通电期间，以使时间p成为s。由此，U相、W相的电流变得可检测。 在各个通电期间的下方用箭头所示的U、 W分别表示可检测U相电流的期间 和可4全测W相电流的期间。在进行了这样的校正时，与不进行校正的情况相比，在载波周期内相电 流会变化。对此在以下说明。这里，为了简化说明，设电动机的定子线圏104 中只有电感L存在，电阻R为零。此外，由于只要能够掌握载波周期内的相 电流的变化既可，因此不考虑在载波周期中几乎不变化的感应电压。此外， 在2、 3的连续的载波周期中，々b殳用于PWM调制的通电不变。图37表示不进行校正时的、经过两个载波周期的载波周期内的U相电 流iU、 V相电流iV、 W相电流iW的变化。在两个载波周期中，假设用于PWM 调制的通电不变化，两个载波周期的通电相同。在三相都没有通电的区域中， 是图39A的状态，各个相电流不变。在只有U相通电的区域中，是图39B的 状态，U相电流iU上升(用实线箭头表示)，成倍于下降(用虚线箭头表示) 的V相电流iV、 W相电流iW的变化。这时，电流直线变化。即，设定子线 圏的电感为L、直流电压为E、电流为i时，E=Ldi/dt，电流i的时间变化率 di/dt为常数E/L。在U相及V相通电的区域中，是图39C的状态，W相电流 iW下降，成倍于上升的U相电流iU、 V相电流iV的变化。在三相都纟皮通电 的区域中，是图40A的状态，各个相电流不变。图38表示进行校正的情况。左侧的载波周期中表示图36B。在右侧的载 波周期中，进行从图36A到图36B的校正的逆校正。即，为了消除图36B的 -f交正，减少U相的通电期间，增加W相的通电期间。在只有W相通电的区 域中，是图40B的状态，W相电流iW上升，成倍于下降的U相电流iU、 V 相电流iV的变化。由图37、图38可知，在不进行校正时，各个电流逐渐平滑变化。相对 于此，进行校正时，U相电流iU在增加的途中，在左侧的载波周期较大地增 加，在右侧的载波周期减少。W相电流iW在减少的途中，在左侧的载波周 期较大地减少，在右侧的载波周期增加。如此，将与原来的调制无关地变动的电流定义为力永动(ripple)电流。冲交正越大，力永动电流也越大。上述"永动电 流不限于该例子，在其他校正方法中也同样会发生。另外，在右侧的载波周 期终端，U相电流iU、 V相电流iV、 W相电流iW都是与不进行校正时相同 的值。即，通过两个载波周期的相电流的增减相同，PWM调制中没有变化(通 过两个载波周期的相电压、相电流不变)。另一方面，通过"^殳为只有一个这样的电流传感器的结构，与其他方式(例 如参照专利文献2、专利文献3。这些方式不需要用于相电流检测的通电校正， 不产生脉动电流和由其引起的噪声振动)相比，结构部件减少，所以可实现 小型化，并且能够提高抗振等可靠性。由于上臂及下臂都能够检测流过开关 元件的最大电流，因此可以保护开关元件及并联的二极管。此外，由电流传 感器106所检测出的电流是来自电池101的直流电流，所以来自电池101的 供给功率(power)运算容易。如上所述，在只有一个电流传感器的相电流冲企测方法中，与使用两个至 三个电流传感器的其他方式相比，结构部件减少，所以存在可实现小型化， 并且能够提高抗振等可靠性的优点。但是，如上述那样，调制较小的情况下，为了检测相电流，需要进行通 电校正。通过该校正产生脉动电流。该脉动电流成为电磁力，作用于电动机 的定子线圈、机械结构、机架等，使其产生振动和噪声。在车载用的电动压 缩机中，为了小型轻量化而设置隔音箱较为困难，减少振动和噪音成为了重 要的课题。校正越大，脉动电流越大，并且振动和噪声越大。因此，需要校正尽量 小。因此，期望不是一律不变而是根据状况将校正调节为必要最小限度的方 法。专利文献1:日本专利申请特开2003-189670号公报 专利文献2:日本专利申请特开2004-282884号公报 专利文献3:日本专利申请特开2003-209976号公报发明内容本发明的逆变器装置具有以下结构。包括逆变器电路(inverter circuit), 包括连接到直流电源的正极端的上臂开关元件和连接到负极端的下臂开关元 件；电流传感器，检测直流电源和逆变器电路之间的电流；以及控制电路，通过PWM调制的通电而使逆变器电路向电动机输出交流电流，同时对该通 电进行校正从而由电流传感器检测相电流。这里，控制电路进行判定通电期 间为中间相中的相电流的方向，并通过该判定结果进行调节校正的控制。根据该结构，通过相电流(逆变器电路和电动机之间的电流)的方向来 调节选择校正量，作为整体可以减小校正。即，根据通电期间为中间相中的 相电流的方向，用于检测相电流所需的校正量有所不同。因此，根据电动机 电流的方向来调节校正量，作为整体使校正减小，即使脉动电流减小。从而， 可以减小振动和噪音。


图1是本发明实施方式1的逆变器装置和其周边的电路图。图2是表示3相调制的最大调制为50%中的各相的调制的波形图。 图3是载波周期中的通电时序图。图4是表示中间通电相为"-"电流时的通电期间(a)的电流路径的电路图。 图5是表示相同通电期间(b)的电流路径的电路图。 图6是表示相同通电期间(c)的电流路径的电路图。 图7是表示相同通电期间(d)的电流路径的电路图。 图8是相同载波周期中检测出的直流电流波形图。图9是表示中间通电相为"+"电流时的通电期间(a)的电流路径的电路图。 图10是表示相同通电期间(b)的电流路径的电路图。 图11是表示相同通电期间(c)的电流路径的电路图。 图12是表示相同通电期间(d)的电流路径的电路图。 图13是相同载波周期中检测出的直流电流波形图。 图14是包含空载时间(deadtime)的通电时序图。 图15是中间通电相为"-，，电流时的从U相电流的下臂到上臂的转移状 态图。图16是相同V相电流的下臂到上臂的转移状态图。 图17是相同W相电流的下臂到上臂的转移状态图。 图18是相同W相电流的上臂到下臂的转移状态图。 图19是相同V相电流的上臂到下臂的转移状态图。 图20是相同U相电流的上臂到下臂的转移状态图。图21是中间通电相为"+"电流时的从U相电流的下臂到上臂的转移状 态图。图22是相同V相电流的下臂到上臂的转移状态图。图23是相同W相电流的下臂到上臂的转移状态图。图24是相同W相电流的上臂到下臂的转移状态图。图25是相同V相电流的上臂到下臂的转移状态图。图26是相同U相电流的上臂到下臂的转移状态图。图27是中间通电相为"-"电流时的在载波周期内左侧检测出的直流电 流的详细波形图。图28是在相同载波周期内右侧检测出的直流电流的详细波形图。图29是中间通电相为"+"电流时的在载波周期内左侧检测出的直流电 流的详细波形图。图30是在相同载波周期内右侧检测出的直流电流的详细波形图。图31是根据中间通电相的电流方向来选择载波周期内左侧的通电校正 的流程图。图32是根据中间通电相的电流方向来选择载波周期内右侧的通电校正 的流程图。图33是本发明实施方式2的逆变器装置一体型电动压缩机的截面图。 图34是由电源线的电流传感器检测相电流的逆变器装置和其周边的电 路图。图35是表示三相调制的最大调制为10%中的各相的调制的波形图。 图36A是不进行用于相电流检测的通电校正时的说明图。 图36B是进行用于相电流检测的通电校正时的说明图。 图37是不进行通电校正时的相电流变化说明图。 图38是进行通电校正时的相电流变化说明图。图39A是用于说明相电流变化的第1电路图(三相都不通电的区域)。 图39B是用于说明相电流变化的第1电路图(只有U相通电的区域)。 图39C是用于说明相电流变化的第1电路图(U相、V相通电的区域)。 图40A是用于说明相电流变化的第2电路图(三相都通电的区域)。 图40B是用于说明相电流变化的第2电路图(只有W相通电的区域)。 标号说明1直流电源(电池) 2开关元件3 二极管 4定子线圈 5磁铁转子 6电流传感器 7控制电路 10逆变器电聘^11电动机(无传感器DC无刷电动机) 20逆变器装置 40电动压缩才几具体实施方式
以下，使用

本发明的实施方式。另外，本发明并非通过该实施 方式而受到限定。 (实施方式1 )图1是本发明实施方式1的逆变器装置20和其周边的电路图。逆变器装 置20的控制电路7根据来自电源线上所设置的电流传感器6的电压来检测相 电流。只要检测两相的相电流，则剩余相的相电流可根据该两个电流值来运 算(在定子线圈4的中性点中，应用基尔霍夫的电流定律)。基于这些三相的电流值，控制电路7对构成无传感器DC无刷电动机11 (以后称为电动机)的磁铁转子5所引起的定子线圈4的感应电压进行运算， 检测磁铁转子5的位置。然后，基于该位置检测、转速指令信号(未图示) 等，对构成逆变器电路10的开关元件2进行控制，通过用PWM调制对来自 直流电源1 (以后称为电池)的直流电压进行转换，从而将正弦波状的交流 电流输出到构成电动机11的定子线圈4。构成逆变器电3各10的二极管3成为定子线圈4中流过的电流的循环路 径。对于开关元件2,将上臂开关元件定义为U、 V、 W，将下臂开关元件定 义为X、 Y、 Z,此外，将与各个开关元件U、 V、 W、 X、 Y、 Z对应的二极 管定义为3U、 3V、 3W、 3X、 3Y、 3Z。电流传感器6只要是使用了霍尔(hall)元件的电流传感器、分流(shunt)电阻等能够检测瞬时峰值电流的元件即可。此外，也可以设置在电源线的正 极端。若是分流电阻，则容易实现小型化和提高抗振性。控制电路7经由驱动电路等并通过连接线18与上臂开关元件U、 V、 W,下臂开关元件X、 Y、 Z连接，并控制各个开关元件。开关元件2为IGBT、功率MOSFET时，控 制其栅极电压，而在开关元件2为功率晶体管(powertransistor)时，控制其 基才及电流。下面4又述由电流传感器6 ^r测相电流的方法。关于U相端子电压41 、 V 相端子电压42、 W相端子电压43、中性点电压29，图2表示最大调制为50% 的三相调制的波形。在三相调制中，随着调制度的上升，以50%的占空比为 中心向0%和100%的两个方向延伸。关键是最大调制为10%左右的较低的情 况下需要进行用于相电流检测的校正，但为了容易从图面中看出，方便起见， 列举最大调制为50°/。的情况。假设这些端子电压即施加电压的相位和相电流的相位大致相等。在图2 中用"-，，表示的相位中，中间通电相V相的电流从电动机11流出。将从电 动才几11流出的电流方向定义为"-"方向。在用"+"表示的相位中，中间通 电相V相的电流流入电动才几11。将流入电动才几11的电流方向定义为"+"方 向。在用"-，，表示的相位、用"+，，表示的相位的两者中，最大通电相即U 相为"+"电流，最小通电相即W相为"-"电流。图3是1载波内(载波周期)的上臂开关元件U、 V、 W，下臂开关元件 X、 Y、 Z的通电的一例，表示由控制电路7控制各个开关元件的导通截止信 号。这一般通过微计算机的定时器功能来具体实现。这种情况，是在图2中 用"-，，(minus)表示的相位及用"+"表示的相位附近，120度前后的通电。 作为通电期间，有(a)、 (b)、 (c)、 (d)的四种。首先，考察图2中用"-"表示的相位。中间通电相V相的电流为"-" 方向。U相电流iU成为最大电流。在通电期间(a)中，上臂开关元件U、 V、 W全部截止，下臂开关元件X、 Y、 Z全部导通。图4表示此时的电流流向。 U相电流iU从与下臂开关元件X并联的二极管流入定子线圈4, V相电流iV 及W相电流iW分别从定子线圏4流到下臂开关元件Y及Z。因此，电流传 感器6中不流过电流而无法;险测。在通电期间(b)中，上臂开关元件U导通，下臂开关元件Y、 Z导通。图 5表示此时的电流的流向。U相电流iU从上臂开关元件U流入定子线圈4,V相电流iV及W相电流iW分别从定子线圈4流入下臂开关元件Y及Z。 因此，电流传感器6中流过U相电流iU而可进行检测。在通电期间(c)中，上臂开关元件U、 V导通，下臂开关元件Z导通。图 6表示此时的电流的流向。U相电流iU从上臂开关元件U流入定子线圈4， V相电流iV从定子线圈4流向与上臂开关元件V并联的二极管。W相电流 iW从定子线圈4流向下臂开关元件Z。因此，电流传感器6中流过W相电 流iW而可进行检测。在通电期间(d)中，上臂开关元件U、 V、 W全部导通，下臂开关元件X、 Y、 Z全部截止。图7表示此时的电流的流向。U相电流iU从上臂开关元件 U流入定子线圈4， V相电流iV以及W相电流iW分别从定子线圈4流向与 上臂开关元件V、 W并联的二极管。因此，电流传感器6中不流过电流而无 法检测。在图8中，基于上述图4到图7，表示图2中用"-"表示的相位中的直 流电流的变化。在通电期间(b)中，最大电流即U相电流iU能够由电流传感 器6进刊-;险测，在通电期间(c)中，即W相电流iW能够由电流传感器6进行检测。接着，考察图2中用"+，，表示的相位。中间通电相V相的电流为"+" 方向。W相电流iW成为最大电流。在通电期间(a)中，上臂开关元件U、 V、 W全部截止，下臂开关元件X、 Y、 Z全部导通。在图9中，表示此时的电 流流向。U相电流iU、 V相电流iV分别从与下臂开关元件X、 Y并联的二极 管流入定子线圈4， W相电流iW从定子线圈4流到下臂开关元件Z。因此， 电流传感器6中不流过电流而无法检测。在通电期间(b)中，上臂开关元件U导通，下臂开关元件Y、 Z导通。在 图10中，表示此时的电流的流向。U相电流iU从上臂开关元件U流入定子 线圏4， V相电流iV从与下臂开关元件Y并联的二极管流入定子线圈4， W 相电流iW从定子线圈4流入下臂开关元件Z。因此，电流传感器6中流过U 相电流iU而可进行4全测。在通电期间(c)中，上臂开关元件U、 V导通，下臂开关元件Z导通。在 图11中，表示此时的电流的流向。U相电流iU、 V相电流iV分别从上臂开 关元件U、 V流入定子线圈4， W相电流iW从定子线圈4流向下臂开关元件 Z。因此，电流传感器6中流过W相电流iW而可进4亍才企测。在通电期间(d)中，上臂开关元件U、 V、 w全部导通，下臂开关元件x、 Y、 Z全部截止。在图12中，表示此时的电流的流向。U相电流iU、 V相电 流iV分别从上臂开关元件U、 V流入定子线圏4， W相电流iW从定子线圏 4流向与上臂开关元件W并联的二极管。因此，电流传感器6中不流过电流 而无法纟全测。在图13中，基于上述图9到图12,表示图2中用"+"表示的相位中的 直流电流的变化。在通电期间(b)中，U相电流iU能够由电流传感器6进行检 测，在通电期间(c)中，最大电流即W相电流iW能够由电流传感器6进行检 测。在通电期间(b)中U相电流iU被检出，在通电期间(c)中W相电流iW被 4企测这方面与图8相同。通过上述图4到图13的观察可知，根据上臂开关元件U、 V、 W的导通、 截止状态确定能够由电流传感器6进行检测的相电流。即，只有一相导通时 可^r测该相的电流，两相导通时可^r测剩余相的电流，三相都导通时以及三 相都截止时无法进行4企测。因此，在来自控制电路7的控制各个开关元件的导通截止信号和各个开 关元件的导通/截止无快慢地一致时，控制电路7可基于控制各个开关元件的 导通截止信号来确定并检测来自电流传感器6的电流信号是哪一相的相电、、六但是，在实际上，由于电路特性等，来自控制电路7的控制各个开关元 件的导通截止信号和各个开关元件的导通截止不一致。此外，存在元件的上 升下降特性、上臂开关元件和下臂开关元件之间的空载时间(dead time)等。 因此，控制电路7在基于控制各个开关元件的导通/截止信号，使用电流传感 器6决定电流检测定时，以及判定是哪一相的相电流时，需要考虑这些因素。以下，说明这些因素。图14表示在图3的通电时序图中加入了空载时间 的图。该时序图中还考虑了开关元件的导通时间tn、截止时间tf，详细考察 图8、图13所示的直流电流的变化。首先，考察在图2中用"-，，表示的相位中即图8所示的直流电流。中间 通电相V相的电流iV为"-，，方向。图15表示U相电流iU从下臂到上臂的 转移。上侧表示转换的时间关系，下侧表示该时间关系中流过电路元件的电 流。在对于下臂开关元件X的截止信号以前，电流处于图4的状态。在对下 臂开关元件X出现了截止信号的时刻，U相电流RJ从与下臂开关元件X并联的二极管3X流向定子线圈4。在电路图中，上臂侧不发挥作用，因此省略。 在下臂开关元件X的截止时间tf后，上臂开关元件U依然截止，因此U相 电流iU从二极管3X向定子线圈4流动。在电路图中，下臂开关元件X不起 作用，因此省略。从对下臂开关元件X的截止信号开始经过空栽时间td之后，对上臂开关 元件U出现导通信号。流过二极管3X的U相电流iU开始转移到上臂开关元 件U，并在上臂开关元件U的导通时间tn之后完成转移。在该时刻，电流成 为图5的状态。因此，电流值的检测需要在对于上臂开关元件U的导通信号 开始tn以后进4亍。图16表示V相电流iV从下臂到上臂的转移。在对下臂开关元件Y出现 了截止信号的时刻，V相电流iV从定子线圈4流向下臂开关元件Y。 V相的 电流iV开始转移到与上臂开关元件V并联的二极管3V,并在下臂开关元件 Y的截止时间tf之后完成转移。在该时刻，电流成为图6的状态。为了防止 短路，空载时间td被设定得比截止时间tf长。因此，从对于下臂开关元件Y 的截止信号开始经过空载时间td之后转移完成。从而，在对于上臂开关元件 V的导通信号时刻(从对于下臂开关元件Y的截止时间开始经过空载时间td 之后)，可进行电流值的检测。图17表示W相电流iW从下臂到上臂的转移。与图16的V相电流iV 的情况相同地，W相电流iW开始转移到与上臂开关元件W并联的二极管 3W,并在下臂开关元件Z的截止时间tf之后完成转移。在该时刻，电流成为 图7的状态。因此，无法^r测出电流。图18表示W相电流iW从上臂到下臂的转移。在对于上臂开关元件W 的截止信号以前，电流处于图7的状态。在出现了对上臂开关元件W的截止 信号的时刻，W相电流iW从定子线圏4流向与上臂开关元件W并联的二极 管3W。在电路图中，下臂侧不起作用，因此省略。在上臂开关元件W的截 止时间tf之后，下臂开关元件Z依然截止，因此W相电流iW从定子线圈4 流向二极管3W。在电路图中，上臂开关元件W不起作用，因此省略。从对于上臂开关元件W的截止信号开始经过空载时间td之后，出现对 下臂开关元件Z的导通信号。流过二极管3W的W相电流iW开始转移到下 臂开关元件Z，并在下臂开关元件Z的导通时间tn之后完成转移。在该时刻， 电流成为图6的状态。从而，电流值的检测需要在从对于上臂开关元件W的截止信号开始经过td+tn之后进行。图19表示V相电流iV从上臂到下臂的转移。与图18的W相电流iW 的情况同样地，在下臂开关元件Y的导通时间tn之后转移完成。在该时刻， 电流成为图5的状态。从而，U相电流iU的检测需要在从对于上臂开关元件 V的截止信号开始td+tn之后进行。图20表示U相电流iU从上臂到下臂的转移。在出现了对上臂开关元件 U的截止信号的时刻，U相电流iU从上臂开关元件U流向定子线圈4。 U相 电流iU开始转移到与下臂开关元件X并联的二极管3X,并在上臂开关元件 U的截止时间tf之后完成转移。在该时刻，电流成为图4的状态。因此，无 法检测出电流。接着，考察在图2中用"+"表示的相位中即图13所示的直流电流。中 间通电相V相的电流iV为"+，，方向。图21表示U相电流iU从下臂到上臂 的转移。与图15相比较，U相电流iU的电流大小不同，^旦电流的方向相同， 因此时序关系与图15相同。在对于下臂开关元件X的截止信号以前，电流 处于图9的状态。此外，在上臂开关元件U的导通时间tn之后完成转移。在 该时刻，电流成为图IO的状态。从而，电流值的检测需要在从对于上臂开关 元件U的导通信号开始tn以后进行。图22表示V相电流iV从下臂到上臂的转移。此时，与图16相比，V相 电流iV的方向相反，因此与图16的时序关系不同。时序关系因相以及电流 的大小不同但电流的方向相同，因此与图15、 21相同。在出现了对下臂开关 元件Y的截止信号的时刻，V相电流iV从与下臂开关元件Y并联的二极管 3Y流向定子线圈4。在电路图中，上臂侧不起作用，因此省略。在下臂开关 元件Y的截止时间tf之后，上臂开关元件V依然截止，因此V相电流iV从 二极管3Y向定子线圈4流动。在电路图中，下臂开关元件Y不起作用，因 此省略。在对于下臂开关元件Y的截止信号开始经过空载时间td之后，对上臂开 关元件V出现导通信号。流过二极管3Y的V相电流iV开始转移到上臂开关 元件V,并在上臂开关元件V的导通时间tn之后完成转移。在该时刻，电流 成为图11的状态。从而，电流值的检测需要从对于上臂开关元件V的导通信 号开始tn之后进4亍。图23表示W相电流iW从下臂到上臂的转移。电流的大小不同，但电流的方向相同，因此时序关系与图17相同。W相电流iW开始转移到与上臂开关元件W并联的二极管3W,并在下臂开关元件Z的截止时间tf之后完成转 移。在该时刻，电流成为图12的状态。因此，无法进行电流;险测。图24表示W相电流iW从上臂到下臂的转移。电流的大小不同，但电流 的方向相同，因此时序关系与图18相同。在下臂开关元件Z的导通时间tn 之后完成转移。在该时刻成为图ll的状态。从而，电流值的检测需要从对于 上臂开关元件W的截止信号开始td+tn以后进行。图25表示V相电流iV从上臂到下臂的转移。V相电流iV的方向相反， 因此与图19的时序关系不同。时序关系因相以及电流的大小不同但电流的方 向相同，因此与图20相同。在对上臂开关元件V出现了截止信号的时刻，V 相电流iV从上臂开关元件V流向定子线圈4。 V相电流iV开始转移到与下 臂开关元件Y并联的二极管3Y,并在上臂开关元件V的截止时间tf之后完 成转移。在该时刻，电流成为图10的状态。为了防止短^^，空载时间td设 定得比截止时间tf长。因此，在从对于上臂开关元件V的截止信号开始经过 空载时间td之后转移完成。从而，在从对于上臂开关元件V的截止信号开始 经过了空载时间td的时刻可以检测电流值。图26表示U相电流iU从上臂到下臂的转移。电流的大小不同，但电流 的方向相同，因此时序关系与图20相同。在上臂开关元件U的截止时间tf 之后转移完成。在该时刻，电流成为图9的状态。因此，无法^f企测电流。图27表示根据上述图15、图16、图17，图8 (中间通电相V相的电流 iV为"-，，方向)中的载波周期内直流电流变化的左侧(前一半)细节。表 示了控制电路7控制各个开关元件的导通/截止信号和直流电流之间的关系。 在从对于上臂开关元件U的导通信号开始短暂的期间内，直流电流(U相电 流iU)没有变化，这是由从控制电路7到开关元件U的滤波电路、驱动电路 等的延迟所引起的。从对于下臂开关元件Y、 Z的截止信号开始短暂的期间 内，直流电流没有变化也是同样的原因。该延迟时间包括开关元件的上升时 间，设为开关元件的导通时间tn。前述的截止时间tf也是同样的。这里，以上臂开关元件U、 V、 W的导通/截止定时作为基准，研究为了 使能够检测电流所需的通电校正条件。将由电流传感器6检测电流并传入到 控制电路7所需的时间设为tk。从开关元件U的导通信号开始到开关元件V 的导通信号之间，仅对一个开关元件(U)出现了导通信号。将该期间的时间设为L1。在该期间中，从开关元件U的导通信号开始的时间tn、开关元件 V的导通信号之前的时间td，不适合检测电流。从而，为了可进行电流检测， 作为Ll的最小限度必要时间成为td+tn+tk。将该时间设为CL1。从开关元件V的导通信号开始到开关元件W的导通信号之间，对两个开 关元件(U以及V)出现了导通信号。将该期间的时间设为L2。在该期间中， 从开关元件W的导通信号之前的时间td，不适合检测电流。从而，为了使能 够检测电流，作为L2的最小限度必要时间成为td+tk。将该时间设为CL2。图28表示根据图18、图19、图20，图8中的载波周期内直流电流变化 的右侧(后一半)细节。同样地，研究为了可进行电流检测所需的通电校正 条件。从开关元件W的截止信号开始到开关元件V的截止信号之间，对两个 开关元件(U以及V)出现了导通信号。将该期间的时间设为R2。在该期间 中，从开关元件W的截止信号开始的时间td+tn,不适合检测电流。另一方 面，从开关元件V的截止信号开始的时间td中，在空载时间td大于电流检 测时间tk时，可进行电流检测。空载时间td根据大型的功率元件的特性来决 定，并且为了防止臂的短路，被设定为具有余量的较大的值。因此，通常td 比tk大。从而，为了使能够检测电流，作为R2的最小限度必要时间成为td+tn。 将该时间设为CR2。从开关元件V的截止信号开始到开关元件U的截止信号之间，仅对一个 开关元件(U)出现了导通信号。将该期间的时间设为Rl。在该期间中，从 开关元件V的截止信号开始的时间td+tn，不适合检测电流。从而，为了使能 够检测电流，作为Rl的最小限度必要时间成为td+tn+tk。将该时间设为CR1。接着，图29表示根据图21、图22、图23，图13(中间通电相V相的 电流iV为"+，，方向)中的载波周期内直流电流变化的左侧细节。从开关元 件U的导通信号开始到开关元件V的所导通信号之间，仅对一个开关元件(IJ ) 出现了导通信号。将该期间的时间与上述同样设为Ll。在该期间中，从开关 元件U的导通信号开始的时间tn,不适合纟企测电流。此外，开关元件V的导 通信号之前的时间td中，若空载时间td大于电流检测时间tk,则可进行电流 检测。从而，为了使能够检测电流，作为Ll的最小限度必要时间成为td+tn。 将该时间与所述同样地设为CL1。从开关元件V的导通信号开始到开关元件W的导通信号之间，对两个开 关元件(U以及V)出现了导通信号。将该期间的时间与所述同样地设为L2。在该期间中，从开关元件V的导通信号开始的时间tn，开关元件W的导通信 号之前的时间td,不适合检测电流。从而，为了使能够检测电流，作为L2 的最小P艮度必要时间成为td+tn+tk。将该时间与所述同样地设为CL2。图30表示根据图24、图25、图26,图13中的载波周期内直流电流变 化的右侧细节。从开关元件W的截止信号到开关元件V的截止信号之间，对 两个开关元件(U以及V)出现了导通信号。将该期间的时间与所述同样地 设为R2。在该期间中，从开关元件W的截止信号开始的时间td+tn，不适合 检测电流。从而，为了使能够检测电流，作为R2的最小限度必要时间成为 td+tn+tk。将该时间与所述同样地设为CR2。从开关元件V的截止信号到开关元件U的截止信号之间，仅对一个开关 元件(U)出现了导通信号。将该期间的时间与所述同样地设为Rl。在该期 间中，从开关元件V的截止信号开始的时间td，不适合4企测电流。从而，为 了使能够检测电流，作为Rl的最小限度必要时间成为td+tk。将该时间与所 述同样地设为CR1。这里，图31表示基于在上述图27、图29中的考察，在载波周期内的左 侧进行通电校正时的流程图。在步骤10中，判定中间通电相是否是"+"电 流，即判定是否是电流的方向朝向电动机的电流。若不是"+"电流("否")， 即是"-"电流，在图27的步骤11中，将CL1设为td+tn+tk,将CL2设为 td+tk。然后，转移到步骤20。若是"+"电流("是")，则在图29的步骤5 中，将CLl设为td+tn,将CL2设为td+tn+tk。然后，转移到步骤20。中间通电相是否是"+"电流的判定，可以根据前一个载波周期中的中间 通电相的电流来估计。此外，控制电路7以载波周期为单位检测相电流，因 此通过运算能够掌握该相位。因此，可以估计要检测相电流的载波周期中的 中间通电相的电流是否是"+，，电流。代替电流的相位，也可以采用施加电压 的相位来进行大致近似的替代。例如，在图2中，以120度的相位为边界，"+"电流和"-"电流进4亍反转。也可以才艮据电流流入开关元件还是流入并 联的二极管来进行判定。接着，在步骤20中，判定最初的通过PWM调制的Ll的时间是否大于 CL1。若不大于CL1 ("否，，)即无法检测电流时，在步骤21校正L1的时间， 使其增加到能够检测电流的最小时间CL1为止。该增加的量成为校正量。然 后，转移到步骤30。若大于CL1 ("是")，则直接转移到步骤30。在步骤30，判定最初的通过PWM调制的L2的时间是否大于CL2。若 不大于CL2 ("否，，)即无法检测电流时，在步骤31校正L2的时间，使其增 加到能够检测电流的最小时间CL2为止。该增加的量成为校正量。然后，结 束通电校正。若大于CL2 ("是，，)，则直接结束通电校正。才艮据以上流程，两相的电流(这时为U相电流iU和W相电流i W)可以 通过最小的通电校正而被检测出。另外一相的相电流通过前述的运算而求。如上所述，在不进行是否为"+"电流的判定时，必须将CL1、 CL2设定 为至少td+tn+tk以上的值。因此，根据本发明，中间通电相为"-，，电流时 CL2为td+tk，中间通电相为"+"电流时CL1为td+tn,因此与不进行是否为 "+，，电流的判定时的td+tn+tk相比，可以变小。结果，可以减'J、"永动电流、 噪声。作为数值例子，设td二2.5pS、 tn=2pS、 tk=2^iS的情况下，Ll、 L2都被 降低到69% (4.5|^S/6.5|^iS)。此外，在输出较小时即10%左右的调制较小的情况下，若载波周期为 100pS前后(载波频率为10kHz前后)，则L1、 L2为数iuS。因此，作为例子， Ll、 L2为3pS时，才艮据本发明，CL1或者CL2为td+tk或者td+tn的4.5pS 即校正成为1.5(iS(4.5iaS-3iiS)。另一方面，若是现有方法，则CL1或者CL2 至少为td+tn+tk的6.5jiS即校正成为3.5^iS ( 6.5|_iS-3|iS )。因此，本发明的情 况下，校正量被降低到一半以下的43% ( 1.5pS/3.5nS)。从而，本发明在调制 较小时(输出较小时)特别有效，即使在PWM调制为20%或30%左右的情 况下，也仍然有效。与上述图31同样地，图32表示基于在图28、图30中的考察，在载波 周期内的右侧进行通电校正时的流程图。步骤51基于图28，步骤55基于图 30。详细流程和作用效果等与图31相同。另外，在上述实施方式中，表示了检测两相的电流(U相电流iU和W 相电流iW)的情况，但进行检测的电流的组合、检测位置(载波周期左侧右 侧)、才企测电流数(两相、 一相)是任意的。才艮据与前述相同的考察，可以如下扩展。在图28、图29中，设为空载 时间td比电流^:测时间tk大的情况，但若考虑该差，则可以用tk来代替td。 即，在图31的步骤15中，可以设CLl=tn+tk，在图32的步骤51中，可以 设CR2^ta+tk。在图27中，从对Y的截止信号开始tf以后到td为止，在图 30中，从对V的截止信号开始tf以后到td为止，可以4企测电流。因此，可以用tf代替td。即，在图31的步骤11中，可以设CL2^f+tk，在图32的步 骤55中，可以设CRHf+tk。此外，在图31、图32中的CL1、 CL2、 CR1、 CR2分别可以削减相当于延迟时间(从控制电路7到开关元件为止的滤波器 电路、驱动电路等所引起的延迟)的量。由此，能够进一步减少校正量。在图28、图29中，设为空载时间td比电流检测时间tk大的情况，但假 设空载时间td比电流检测时间tk小时，即使是这样的情况下，只要用tk代 替td即可。即，在图31的步骤15中，CLl=tn+tk，在图32的步骤51中， CR2=tn+tk。考察了为了可进行电流检测的最小限度必要时间，但为了避免检测出电 流变化过渡时的振荡(ringing),也可以设为在电流检测上具有余量的+a后的 值。步骤11的算式的值与步骤55的算式的值相同，步骤15的算式的值与步 骤51的算式的值相同。因此，在图31的载波周期左侧中的电流检测的情况 和图32的载波周期右侧中的电流检测的情况下，若共享算式的值并区分条件 来使用，则可以简化控制软件。表示了中间通电相的上臂开关元件V在最大通电相的上臂开关元件U之 后导通的情况，但即使在中间通电相的上臂开关元件V由于特殊的校正等而 先导通的情况下，基本的考虑方法也依然相同并且能够适用。即，在图27(中 间通电相V相的电流iV为"-"方向)、图29 (中间通电相V相的电流iV 为"+，，方向)中，最初可4企测的电流乂人U相电流iU成为V相电流iV。此 外，在图27中时序关系有变化，需要将U相和V相替换输入从而进行考察。 在图29中，即使替换输入U相和V相，时序关系依然没有改变。 (实施方式2)图33表示将逆变器装置20贴紧安装在电动压缩机40的右侧的图。在金 属制壳体32中设置有压缩机构单元28、电动机11等。制冷剂通过从吸入口 33被吸入，压缩机构单元28 (该例子中为涡形管(scroll))由电动机11所驱 动，从而制冷剂被压缩。该压缩后的制冷剂在通过电动机11时冷却电动机11, 并通过吐出口 34 4皮吐出。逆变器装置20使用箱体30,以安装在电动压缩机40上。成为发热源的 逆变器电路单元10经由低压管道38由低压制冷剂所冷却。在电动压缩机40 的内部连接在电动机ll的线圈上的引线(terminal) 39连接到了逆变器电路持单元35中固定在逆变器装置23上的连接线36 中有对于电池1的电源线和用于发送转速信号的空调控制器(未图示)的信 号线。在这样的逆变器装置一体型电动压缩机中，需要逆变器装置20较小并且 抗振较强，因此作为本发明的实施方式非常适合。尤其，作为安装在车辆上 的空调装置用的逆变器装置一体型电动压缩机非常适合。另夕卜，在上述各个实施方式中，电动机为低速旋转(10Hz、 600rpm前后) 且伴随旋转的机械噪音较小时，脉动电流引起的噪音容易变得明显，本发明 的效果较大。但是，机械噪音根据逆变器装置一体型电动压缩机的构造等也 会千差万别，即使是低速旋转，也可能存在在20Hz ( 1200rpm)时也依然有 效的情况。将直流电源设为了电池，但不限于此，也可以是将商用交流电源整流后 的直流电源等。将电动机11设为了无传感器DC无刷电动机，但在磁阻电动 才几、感应电动才几等也可以适用。也可以适用于正弦波驱动以外的情况。此外， 在两相调制中也可以适用，但在电流波形平滑的三相调制的情况中，由于是 低噪音，因此脉动电流引起的噪音容易变得明显，效果较大。工业上的可利用性如上所述，本发明的逆变器装置仅用一个电流传感器就能够实现小型高 可靠性、低噪声低振动、相电流的检测、直流电流的检测、开关元件及二极 管的保护，因此可以适用于各种民用制品、各种工业用设备中。作为负载也 可以适用于电动才几以外的交流i殳备。
权利要求
1、一种逆变器装置，其特征在于，包括逆变器电路，包括连接到直流电源的正极端的上臂开关元件和连接到负极端的下臂开关元件；电流传感器，检测所述直流电源和所述逆变器电路之间的电流；以及控制电路，通过PWM调制的通电而使所述逆变器电路向电动机输出交流电流，同时对所述通电进行校正从而由所述电流传感器检测相电流，所述控制电路判定通电期间为中间相中的电流的方向，并通过所述判定结果进行调节所述校正的控制。
2、 如权利要求1所述的逆变器装置，其中，所述校正是所述控制电路将对于所述上臂开关元件的一个或者两个开关 元件输出导通信号的时间，确保为由所述电流传感器检测相电流所需的最小 限度时间以上。
3、 如权利要求1所述的逆变器装置，其中， 所述电流的方向通过对电动机的电流的相位来判定。
4、 如权利要求1所述的逆变器装置，其中，所述电流的方向通过对所述电动机的施加电压的相位来判定。
5、 如权利要求1所述的逆变器装置，其中，在所述PWM调制中的调制小于规定值时进行所述控制。
6、 如权利要求1所述的逆变器装置，其中， 在所述电动机的转速小于规定值时进行所述控制。
7、 如权利要求1所述的逆变器装置，其中， 所述PWM调制是三相调制。
8、 如权利要求1所述的逆变器装置，其中， 所述电动才几驱动电动4几构单元，形成电动压缩才几。
9、 如权利要求8所述的逆变器装置，其中， 所述逆变器装置被安装在所述电动压缩机中。
10、 如权利要求1至权利要求9的任意一项所述的逆变器装置，其中， 所述逆变器装置被安装在车辆中。
全文摘要
本发明的逆变器装置包括逆变器电路，包括连接到直流电源的正极端的上臂开关元件和连接到负极端的下臂开关元件；电流传感器，检测直流电源和逆变器电路之间的电流；以及控制电路，通过PWM调制的通电而使逆变器电路向电动机输出交流电流，同时对该通电进行校正从而由电流传感器检测相电流。这里，控制电路判定通电期间为中间相中的电流的方向，并通过该判定结果进行调节校正的控制。
文档编号H02P6/06GK101326707SQ20068004651
公开日2008年12月17日 申请日期2006年12月12日 优先权日2005年12月16日
发明者仓桥康文, 后藤尚美 申请人:松下电器产业株式会社