JP2701410B2 - 正弦波ｐｗｍ信号発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、インバータ等で用いる正弦波PWM（Pulse
Width Modulation）信号発生装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕 第９図は例えば特開昭63−31477号公報に示される正
弦波PWM信号発生装置（マイコン使用）のブロック図で
ある。第10図はそのPWM信号発生の割込み処理のフロー
チャート、第11図はメイン処理のフローチャート、第12
図はデータ作成のフローチャートである。

第９図において101はCPU、102はタイマ、103は波形発
生データを格納するRAM、104は基準正弦波データなどを
格納してあるROM、105は波形発生データテーブル内の波
形発生データアドレスを示すアドレスポインタ、106はP
WM信号を発生するポートである。RAM103内には二つの波
形発生データテーブル領域が確保されている。

同図中、実線で書かれている部分はPWM信号発生のた
めの割込み処理の流れを示し、点線の部分は波形発生デ
ータのためのメイン処理の流れを示す。

次に動作について第９図なしい第12図を用いて説明す
る。

PWM信号の発生動作を、第10図のフローチャートで説
明する。タイマ102による割込み要求で、タイマ割込み
に入ると、ステップ１でアドレスポインタ105をインク
リメントし、ステップ２でテーブルが終りであるかどう
かを判別する。このテーブルは、後に説明するメイン処
理によってRAM103上に作成されるものである。テーブル
が終りであった場合はステップ３でテーブルを切換える
必要があるかどうか判定し、必要な場合（すなわち、出
力周波数あるいは出力電圧を変更する場合）はステップ
４でテーブルを切換える。その後、ステップ５でアドレ
スポインタ105を初期化する。ステップ２でテーブルが
終りでなければステップ３ないし５の動作は行わない。

続いて、ステップ６でアドレスポインタ105で示され
るRAM103上にあるテーブルの内容をCPUに読み込み、ポ
ート出力データをポート106に出力し、ステップ７で時
間データをタイマ102にセットして割込み処理を終了す
る。以後、波形発生データの中の時間データに従ったタ
イミングで割込み処理に入り、PWM信号を発生する。

次に、波形発生データをRAM103上に作成する動作を第
11図，第12図のフローチャートで説明する。第11図のフ
ローチャートにおいて、ステップ11で周波数，電圧に変
更があるかどうか判定し、変更がある場合はステップ12
でデータ作成プログラムを呼び出す。

第12図において、データ作成プログラムは、ステップ
23でタイマ割込みで使用されていない方のテーブルを選
択する。次にステップ24で周波数データ，電圧データキ
ャリア周波数データおよびROM104内にある基準正弦波デ
ータより、三角波比較方式により30゜分の波形発生デー
タを作成する。ステップ25でこれを60゜分のデータに展
開し、さらにステップ26でマイコンが処理しきれない時
間的に短いデータをカットする。データ作成が終了した
ら、ステップ27でテーブル切換えが可能であることを示
すフラグを立て、メインループに戻る。

第13図は以上説明した動作のもとでタイマ割込み処理
が発生するタイミングを矢印で示している。１キャリア
周期の間に４回の割込みが発生していることが分かる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の正弦波PWM信号発生装置は以上のように構成さ
れていたので、１キャリア周期の間に割込み処理が４回
入ることになり、ソフトウエアの負担が大きい。ポート
への出力もソフトウエアで行っているので、出力タイミ
ングの精度も得難い。

また、RAM内に大きな波形発生テーブルを二つ持つこ
とになるが、通常ROM容量に対してRAM容量はあまり多く
ないので、他プログラムが共存する場合、大きな制約を
受ける。さらに、出力周波数の周期、例えば50Hzの場合
20ms間隔で、電圧，周波数を変えることはできるが、さ
らに細かくモータを制御したい場合に、必要な周期例え
ばキャリア周期（数百μｓ）で周波数，電圧を変化させ
ることはできない。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたも
ので、RAM上の波形発生データテーブルを不要にし、ま
た、出力電圧と周波数をキャリア周期毎に変更すること
も可能な正弦波PWM信号発生装置を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る正弦波PWM信号発生装置は、正弦波に
関するデータと三角波などのキャリアを比較して各相の
出力変化タイミングを求め正弦波PWM信号を発生する装
置であって、前記キャリアに同期した所定の位相タイミ
ングにおいて割込み処理を発生し、その割込み処理内
で、次回の割込み発生タイミングからその次回の割込み
発生タイミングまでの間の各相の出力変化タイミングを
演算する演算手段を備えたものである。

［作用］ この発明においては、キャリアに同期した所定の位相
タイミングにおいて割込み処理を発生し、その割込み処
理内で次回の割込み発生タイミングからその次回の割込
み発生タイミングまでの間の各相の出力変化タイミング
を演算することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。

第１図は、この発明の一実施例である正弦波PWM信号
発生装置のブロック図である。図において、101はCPU
（演算手段）、102はタイマ、103は電圧倍率を格納する
RAM、104は基準正弦波データ，標準出力電圧データなど
を格納してあるROM、105はROM104内の基準正弦波データ
をアクセスするアドレスを示すアドレスポインタ、106
はPWM信号を出力するポート、107はPWMの出力変化タイ
ミングや割込みタイミングを記憶するレジスタ108を有
し、そのタイミングでポート106に出力したり、CPU101
に割込み要求を出す出力制御手段である。109は外部機
器やセンサなどと情報の入出力を行うI/Oである。

ここで、用語について説明する。上記「基準正弦波デ
ータ」は、正弦波データと三角波キャリアを比較して各
相のスイッチング素子のオン又はオフのタイミング（出
力変化タイミング）を得るいわゆる三角波比較方式にお
ける、正弦波データ作成の基準となるものであり、「標
準出力電圧データ」は、出力周波数に対しV/Fパターン
で予め設定されている出力電圧のデータであり、「電圧
倍率」は、実際の出力電圧を前記標準出力電圧データよ
り決める際の係数である。

本実施例では、このように電圧倍率を可変にして標準
出力電圧データをもとにして出力電圧を変化させるよう
にしているが、その理由は、出力電圧を何らかのフィー
ドバック制御で変化させながら運転しているときに、万
一制御機構が故障してもあらかじめ設定されたV/Fパタ
ーンで応急運転ができるようにするためである。

次に動作について説明する。

第２図は正弦波PWM波形の出力タイミングを演算する
割込み処理の発生タイミングを示す。図において、201
は三角波キャリアであり、202,203は出力すべき正弦波
形の一部に相当するものである。割込み処理は三角波キ
ャリア201の最上点でINT1が、最下点でINT2が発生す
る。

各々の割込み処理のフローチャートを第３図および第
４図に示す。第３図においてINT1割込み処理に入ると、
ステップ301で次回の割込みINT2を発生するタイミング
を出力制御手段107にセットする。次にステップ302でデ
ータポインタ105が示すアドレスから基準正弦波データ
を読み込む。ステップ303で読み込んだ基準正弦波デー
タに、ROM104内に格納されメイン処理によってRAM103内
に移された標準出力電圧データ,RAM103内に格納された
電圧倍率データを乗算し、これと三角波キャリアに基い
て次回の割込みタイミングからさらにその次回の割込み
タイミングまでの間における出力変化タイミングを演算
し、ステップ304で出力制御手段107にそのタイミングを
セットする。次に他の相の出力を演算するため、ステッ
プ305でデータポインタ105を位相差に相当する値だけ進
め、ステップ306でデータポインタ105が示すアドレスか
ら基準正弦波データを読み込み、ステップ307で基準正
弦波データ，標準出力電圧データ，電圧倍率データを乗
算し、出力変化タイミングを演算し、得られた出力変化
タイミングをステップ308で出力制御手段107にセットす
る。

また、第４図において、INT2割込み処理に入るとステ
ップ401で、次回の割込みINT1を発生するタイミングを
出力制御手段107にセットする。ステップ402で、ステッ
プ307で得られた出力変化タイミングデータをキャリア
周期から減算し、次の出力変化タイミングデータとし
て、ステップ403で出力制御手段107にそのタイミングを
設定する。次に、ステップ404でステップ303で得た出力
変化タイミングデータをキャリア周期から減算し、次の
出力変化タイミングデータとして、ステップ405で、出
力制御手段107に設定する。次にステップ406で出力周波
数に対応した量だけアドレスポインタ105を進め、アド
レスがテーブルを越えた場合は、ステップ318でアドレ
スポインタを初期化する。

一方、出力制御手段107はレジスタ108内に記憶された
タイミングデータと、タイマ102の値を比較し、両者が
一致した時点で所望の出力をポート106に対して行い、
または、CPU101に割込み要求を発生する。

第５図は、メイン処理を示すフローチャートである。
メイン処理は、I/O109を通じて外部条件やデータの取込
みを行い、出力周波数，出力電圧に関するデータを演算
する。

ステップ501でI/O109を通じて外部条件，データの取
込みを行う。ステップ502で取り込んだ条件，データか
ら、出力周波数および電圧倍率を演算する。ステップ50
3で、決定した出力周波数から標準出力電圧およびアド
レスポインタ105の進め量をROM105から読み出し、また
は演算してRAM103に格納していおく。

上述のように、出力変化タイミングが、基準正弦波デ
ータと標準出力電圧データと電圧倍率データの乗算に基
づいて求まるのは、つぎの理由による。

即ち、本実施例では、標準出力電圧データを８ビッ
ト、電圧倍率データ８ビット、基準正弦波データを９ビ
ットで扱っており、これらを乗算すると24ビット（以
上）のデータとなるようにしており、さらにその24ビッ
ト（以上）のデータのうち下位16ビットデータを四捨五
入して８ビット（以上）のデータにおとすと、マイコン
内部で出力変化タイミングを決めるタイマに設定する値
となるように各種の大きさを調整してあることによる。

又、上述のように、出力変化タイミングがキャリア周
期から前回の出力変化タイミングデータを減算して求め
られるのは、つぎの理由による。

即ち、１キャリア内の各波形は第６図に示すように対
称であるので、第２の出力変化タイミングを得るのに再
度乗算を行う必要はなく、キャリア周期Tcから第１の出
力変化タイミングのデータ時間ａを引けば良いというこ
とによる。

第７図，第８図は基準正弦波データが保有されている
状態を表した図である。第７図において、一般的なデー
タの単位である８ビットで基準正弦波データを保有する
場合、sinxの０を0,1を255に対応させて1/2〜１までの
値を記憶させると、その値は128〜255までとなり、実質
的には７ビットの分解能しか得られないが、第８図のよ
うに1/2を0,1を255に対応させれば８ビットの分解能が
得られる。このデータを演算に用いる時は９ビット目を
常に１とし、９ビットデータとして用いれば、ROM上に
は８ビットで保有していても９ビットデータが得られる
ことになり、同じメモ行容量であってもデータの精度を
上げることができる。

なお、上記実施例では、割込みが１キャリア周期に２
回発生する例について説明したが、INT1またはINT2のど
ちらか一方のタイミングのみ割込みが発生するように
し、INT1とINT2で分けて行っていた処理を１回行っても
よい。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明によれば、正弦波に関
するデータと三角波などのキャリアを比較して各相の出
力変化タイミングを求め正弦波PWM信号を発生する装置
であって、前記キャリアに同期した所定の位相タイミン
グにおいて割込み処理を発生し、その割込み処理内で、
次回の割込み発生タイミングからその次回の割込み発生
タイミングまでの間の各相の出力変化タイミングを演算
する演算手段を備えたので、割込み処理の回数が減り、
ソフトウエアの負担を減らすことができ、また、出力電
圧と出力周波数をキャリア周期毎に独立に変化させるこ
とができる。また、ROM内に基準正弦波データと標準出
力電圧データを持つのみになり、RAMにテーブルを持た
なくて良いのでRAM容量を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は同
実施例における割込み処理の発生タイミングを示す図、
第３図，第４図は割込み処理のフローチャート、第５図
はメイン処理のフローチャート、第６図は出力変化タイ
ミングの演算法を説明する図、第７図，第８図は基準正
弦波データの持ち方を示す図、第９図は従来例のブロッ
ク図、第10図，第11図，第12図は同従来例の動作を説明
するフローチャート、第13図は同従来例の割込み処理の
発生タイミングを示す図である。 図中、101はCPU（演算手段）、107は出力制御手段であ
る。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正弦波に関するデータと三角波などのキャ
   リアを比較して各相の出力変化タイミングを求め正弦波
   PWM信号を発生する装置であって、前記キャリアに同期
   した所定の位相タイミングにおいて割込み処理を発生
   し、その割込み処理内で、次回の割込み発生タイミング
   からその次回の割込み発生タイミングまでの間の各相の
   出力変化タイミングを演算する演算手段を備えたことを
   特徴とする正弦波PWM信号発生装置。