(57)【要約】    【課題】  ＥＭＩノイズのピークレベルを増大させずに、かつ、ビートノイズの発生を抑制して、２個１組の負荷を制御する。    【解決手段】  ２個１組の第１、第２の負荷３１、３２を駆動する第１、第２の駆動手段２１、２２と、駆動手段２１、２２を制御する第１、第２の制御信号を出力する制御手段２３とを設け、制御手段２３に周期的に変化する第１、第２のＰＷＭ制御信号のキャリア周波数fc1、fc2を決定するキャリア周波数決定手段４４を設け、キャリア周波数fc1、fc2の平均周波数、キャリア周波数fc1、fc2の周期的な変化を示す周波数変化波形の振幅及び周期を等しくし、かつ、キャリア周波数fc1、fc2の周波数変化波形の位相差を１８０度とする。【選択図】        図１
2006203984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個１組の第１、第２の負荷を駆動する第１、第２の駆動手段と、上記第１、第２の駆動手段を制御する制御信号を出力する制御手段とを有する負荷駆動装置において、
上記制御手段からの第１の制御信号で上記第１の駆動手段を制御し、第２の制御信号で上記第２の駆動手段を制御し、上記第１、第２の制御信号の第１、第２の制御基本周波数が周期的に変化し、かつ、上記第１、第２の制御基本周波数の周波数差が経時的に変化することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
上記第１、第２の制御基本周波数の平均周波数、上記第１、第２の制御基本周波数の周波数変化を示す周波数変化波形の振幅及び周期が等しく、かつ、上記第１の制御基本周波数が増加する時に、上記第２の制御基本周波数が減少することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
上記周波数変化波形が正弦波であることを特徴とする請求項２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
上記周波数変化波形が三角波であることを特徴とする請求項２に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
第１、第２の駆動手段で２個１組の第１、第２の負荷を駆動し、制御手段で上記第１、第２の駆動手段を制御する制御信号を出力する負荷駆動方法において、
上記制御手段からの第１の制御信号で上記第１の駆動手段を制御し、第２の制御信号で上記第２の駆動手段を制御し、上記第１、第２の制御信号の第１、第２の制御基本周波数を周期的に変化させ、かつ、上記第１、第２の制御基本周波数の周波数差を経時的に変化させることを特徴とする負荷駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチを電気的にオンオフさせることで負荷を駆動する負荷駆動装置及び負荷駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ、照明、インバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等、スイッチを電気的にオンオフさせることで駆動若しくは制御する機器（負荷）が多く存在している。これらの機器では、駆動時のスイッチングに伴なって電磁気ノイズ（以降、ＥＭＩ(electromagnetic interference)ノイズと言う）が発生する。このＥＭＩノイズは、通信機器の送受信障害や電子機器の誤動作を招く可能性があるため、抑制する必要がある。
【０００３】
ＥＭＩノイズを抑制するための従来技術の一例として、特許文献１に記述されるものがある。これは、ＰＷＭ(pulse width modulation)制御を用いてステッピングモータを駆動する場合に、キャリア周波数が一定の場合は、キャリア周波数の整数倍の周波数において、鋭い（帯域の狭い）ノイズスペクトルが発生し、ＥＭＩノイズが上昇する。このため、ＰＷＭ制御における制御基本周波数（以降、キャリア周波数と言う）を一定にするのではなく、時間的に変化させることにより、鋭いノイズスペクトルの周波数を時間的に変化させ、鋭いノイズスペクトルの帯域を拡散し、ノイズスペクトルのピークレベルを低減しようとするものである。このキャリア周波数を時間と共に変化させ、ＥＭＩノイズを抑制する手法はスペクトラム拡散と呼ばれる手法である。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−９９７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このようなＥＭＩノイズの抑制手段においては、例えば自動車用の前照灯やワイパのように、２個１組で同様の動作を行わせる負荷を同時に駆動する場合には不都合が生じる。即ち、２個の負荷には同時に同様の動作をさせることから、制御手段から同じ制御信号が同時に与えられることになる。この場合、２個１組の負荷を同時に同様の動作をさせることは何ら問題はないが、１個の負荷を単独で動作させた場合と比較して、２個１組の負荷を同時に動作させた場合、ＥＭＩノイズが加算され、ピークレベルが２倍に（３ｄＢ）増大してしまうという問題がある。
【０００６】
更に、２個１組の負荷を同時に駆動させる際に、同じ制御信号で駆動させる構成としても、制御手段から各負荷までの信号伝送経路に差が生じる場合には、この信号伝送経路の差による時間遅れが生じる。この時間遅れは各負荷に対する２つのキャリア周波数の間で周波数の違い、即ち、周波数差を生じ、その周波数差に起因するノイズであるビートノイズが発生する。一般に、信号伝達経路は固定されて変化しないことから、この信号伝達経路による時間遅れは常にほぼ一定になり、周波数差は常にほぼ一定となる。従って、発生するビートノイズは帯域の狭い（鋭い）周波数スペクトルとなり、レベルの高い不快な音響ノイズが発生するという問題がある。
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、ＥＭＩノイズのピークレベルを増大させずに、かつ、ビートノイズの発生を抑制して、２個１組の負荷を同時に駆動する負荷駆動装置及び負荷駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明においては、制御手段からの第１の制御信号で第１の駆動手段を制御し、第２の制御信号で第２の駆動手段を制御し、第１、第２の制御信号の第１、第２の制御基本周波数を周期的に変化させ、かつ、第１、第２の制御基本周波数の周波数差を経時的に変化させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る負荷駆動装置及び負荷駆動方法においては、第１、第２の制御基本周波数を周期的に変化させ、かつ、第１、第２の制御基本周波数の周波数差を経時的に変化させ、第１の制御信号で第１の駆動手段を制御し、第２の制御信号で第２の駆動手段を制御することで、ＥＭＩノイズのピークレベルを増大させずに、かつ、ビートノイズの発生を抑制して２個１組の負荷を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の実施の形態
図１は本発明に係る負荷駆動装置の基本構成を示す図である。２０は本発明に係る負荷駆動装置であり、第１、第２の負荷３１、３２を駆動する第１、第２の駆動手段２１、２２と、駆動手段２１、２２に第１、第２のＰＷＭ制御信号を出力する制御手段２３とを有している。１０は駆動手段２１、２２に電力を供給する電源である。また、制御手段２３は、第１、第２のＰＷＭ制御信号の周波数である第１、第２のキャリア周波数fc1、fc2（制御基本周波数）を決定するキャリア周波数決定手段４４、キャリア周波数決定手段４４で決定されたキャリア周波数fc1、fc2の三角波を発生する三角波発生手段４３、４５、２個１組の負荷３１、３２に所望の動作をさせるための指令を出力する指令手段４１、三角波発生手段４３、４５からの三角波と指令手段４１からの指令に基づき第１、第２のＰＷＭ制御信号を生成し、駆動手段２１、２２に出力するＰＷＭ信号発生手段４２、４６を有している。
【００１１】
ここに２個１組の負荷３１、３２は、例えば自動車のワイパ用モータや前照灯といった負荷で、それぞれが同時に同様の動作をし、かつ、スイッチングによりその動作が制御される負荷である。かかる構成とすることにより、制御手段２３からの第１、第２のＰＷＭ制御信号に基づき、駆動手段２１、２２を介して、それぞれ独立して直接に駆動することができる。
【００１２】
次に、図２に示すフローチャートにより図１に示した負荷駆動装置の動作、即ち、負荷駆動方法を説明する。先ず、Ｓ１０の駆動開始後、Ｓ１１においてキャリア周波数決定手段４４によりキャリア周波数fc1、fc2を決定し、三角波発生手段４３に決定した周波数fc1を、三角波発生手段４５に決定した周波数fc2を出力する。次に、Ｓ１２において三角波発生手段４３、４５は、それぞれ指示されたキャリア周波数fc1、fc2の三角波を発生させ、発生した三角波をＰＷＭ信号発生手段４２、４６に出力する。同じタイミングで、Ｓ１３において負荷３１、３２に所望の動作をさせるための指令を指令手段４１からＰＷＭ信号発生手段４２、４６に出力する。次に、Ｓ１４においてＰＷＭ信号発生手段４２、４６は、負荷３１、３２に所望の動作をさせるための第１、第２のＰＷＭ制御信号を生成する。第１、第２のＰＷＭ制御信号は、例えば三角波比較で生成され、負荷３１、３２に所望の動作をさせるための指令手段４１からの指令と三角波発生手段４３、４５からの三角波信号を比較して、その大小関係から生成される。ＰＷＭ信号発生手段４２で生成された第１のＰＷＭ制御信号は駆動手段２１に、ＰＷＭ信号発生手段４６で生成された第２のＰＷＭ制御信号は駆動手段２２に出力される。続いて、駆動手段２１は第１のＰＷＭ制御信号に従い負荷３１を駆動し、駆動手段２２は第２のＰＷＭ制御信号に従い負荷３２を駆動する。最後に、Ｓ１５において、動作を終了するか否かを判断し、動作を継続する場合にはＳ１１に戻り同様の動作を繰返し、終了する場合にはＳ１６に進み終了する。
【００１３】
次に、キャリア周波数決定手段４４におけるキャリア周波数fc1、fc2の決定方法について説明する。まず、キャリア周波数fc1、fc2は、それぞれ負荷３１、３２を駆動させる第１、第２のＰＷＭ制御信号のキャリア周波数であるため、負荷３１、３２を駆動するのに適切な値とする必要がある。また、スペクトラム拡散制御において、キャリア周波数fc1、fc2の各ＥＭＩノイズが合成されることによるＥＭＩノイズの上昇を抑制するため、そのキャリア周波数fc1、fc2の周期的変化を示す周波数変化波形の振幅と周期は、ＥＭＩノイズを低減するのに適当な値に決める必要がある。更に、キャリア周波数fc1、fc2は、負荷３１、３２を制御する際のスイッチング回数に対応するから、キャリア周波数fc1、fc2が高くなればなるほどスイッチング損失が大きくなる。また、キャリア周波数fc1、fc2が人間の聴取可能な帯域、例えば20kHz以下の場合は、音響雑音の発生が予測され好ましくない。従ってキャリア周波数fc1、fc2は、これらの全てを考慮して決定する必要がある。
【００１４】
次に、キャリア周波数fc1、fc2の経時的な周波数変化について説明する。図３（Ａ）において、実線で示す正弦波ａは負荷３１を駆動する第１の制御信号のキャリア周波数fc1の周波数変化波形を示し、破線で示す正弦波ｂは負荷３２を駆動する第２の制御信号のキャリア周波数fc2の周波数変化波形を示してある。正弦波ａ、ｂは振幅と周波数が等しく、位相がお互いに１８０度ずれており、正弦波ａ、ｂの交差する点を除き、キャリア周波数fc1、fc2は任意の時刻において異なる値となっている。キャリア周波数fc1、fc2の時間変化を示す正弦波ａ、ｂが１８０度ずれた位相差を有することから、第１のＰＷＭ制御信号のキャリア周波数fc1が増加する時に、第２のＰＷＭ制御信号のキャリア周波数fc2が減少する関係で変化させることができる。この結果、ＥＭＩノイズが合成されて帯域の狭いノイズスペクトルの生成を抑制することができ、２個の負荷３１、３２を同時に駆動した場合でも、ＥＭＩノイズのピークレベルは１個の場合と同じレベルに維持させることが可能となる。
【００１５】
また、キャリア周波数fc1、fc2はそれぞれ独立して経時的に変化させてあり、任意の時刻のある瞬間におけるノイズスペクトルは異なる周波数となる。従って、キャリア周波数fc1、fc2の差を経時的に算出した周波数差（Δfc＝｜fc1−fc2｜）も経時的に変化させることができる。図３（Ａ）に示すキャリア周波数fc1、fc2の周期的な変化を示す周波数変化波形から算出した周波数差Δfcを図３（Ｂ）に示す。周波数差Δfcを経時的に変化させることにより、キャリア周波数fc1とfc2の周波数差Δfcに起因して発生するノイズであるビートノイズの周波数帯域が拡散され、ピークレベルが低減できる。
【００１６】
更に、正弦波ａ、ｂの位相が１８０度ずれており、正弦波ａが増加する場合に正弦波ｂが減少するように、キャリア周波数fc1とfc2を変化させている。このように変化させることで、周波数差Δfcの帯域を最大にすることができる。このキャリア周波数の周波数差Δfcの帯域が最大となることは、ビートノイズの周波数拡散を最大に実現できることを意味し、ピークレベルを最小にすることができる。
【００１７】
次に、ＥＭＩノイズ及びビートノイズのスペクトル特性を図４を用いて説明する。図４（Ａ）において、瞬間のスペクトル（１）は第１のＰＷＭ制御信号により発生したＥＭＩノイズのスペクトルで、瞬間のスペクトル（２）は第２のＰＷＭ制御信号により発生したＥＭＩノイズのスペクトルである。即ち、ある時間（時間分解能）におけるＥＭＩノイズのスペクトル帯域を重ならないように拡散させ、周波数位置をお互いにずらすことで、周波数位置が重なることにより生じるＥＭＩノイズのピークレベルの増大を避けることができる。
【００１８】
また、キャリア周波数fc1とfc2において生じるビートノイズのスペクトルを図４（Ｂ）に示す。周波数帯域は０から最大振幅（max）までの範囲で変化しており、周波数差Δfcが拡散された分、ノイズレベルの低減が実現され、ビートノイズによる影響を低減できることになる。
【００１９】
このように、第１の実施の形態においては、２個１組の負荷３１、３２を駆動する駆動手段２１、２２に対して、制御手段２３から第１、第２のＰＷＭ制御信号を出力し制御するが、第１、第２のＰＷＭ制御信号は、それぞれキャリア周波数fc1、fc2が周期的に変化し、かつキャリア周波数fc1、fc2の周波数差Δfcが時間と共に変化する周波数としてあるから、任意の時刻における瞬間のＥＭＩノイズの周波数をお互いに違えることができる。このため、任意の時刻における瞬間のＥＭＩノイズのピークレベルは、負荷が２個でありながらも１個の場合と同じノイズレベルにすることができる。更に、この場合、任意の時刻においてキャリア周波数fc1、fc2が異なるため、キャリア周波数fc1、fc2の周波数差Δfcに起因して発生するビートノイズの周波数帯域を拡散させることができ、その結果ビートノイズのピークレベルを低減させることもできる。
【００２０】
また、キャリア周波数fc1、fc2の平均周波数、キャリア周波数fc1、fc2の周期的変化を示す周波数変化波形である正弦波ａ、ｂの波振幅及び周期がそれぞれ等しく、かつ、正弦波ａ、ｂの位相が１８０度ずれているから、片方のキャリア周波数が最大になる時に他方のキャリア周波数が最小になる、すなわちキャリア周波数の差を０から最大値（振幅の上下限）までの範囲に拡散することが可能となり、ビートノイズの周波数を最大に拡散させることができ、ビートノイズのノイズレベルを低減させることができる。
【００２１】
第２の実施の形態
第２の実施の形態における負荷駆動装置の基本構成及び負荷駆動方法は、第１の実施の形態と同様である。即ち、２個の負荷３１、３２は、例えば自動車のワイパ用モータや前照灯といった２個１組でそれぞれが同時に同様の動作をし、スイッチングによりその動作が制御される負荷であり、駆動手段２１、２２を介して、制御手段２３からの第１、第２のＰＷＭ制御信号に基づき、それぞれ独立して直接に駆動されるものである。本実施の形態において、第１の実施の形態との相違は、制御手段４３で出力する、時間と共に変化させるキャリア周波数fc1、fc2の周期的変化を示す周波数変化波形の形状を正弦波から三角波に変更した点のみである。
【００２２】
キャリア周波数fc1、fc2の周期的変化を示す周波数変化波形の形状を三角波とした場合のキャリア周波数変化波形を図５（Ａ）に示す。実線で示す三角波ａは負荷３１を駆動する第１の制御信号のキャリア周波数fc1の周波数変化波形を示し、破線で示す三角波ｂは負荷３２を駆動する第２の制御信号のキャリア周波数fc2の周波数変化波形を示してある。キャリア周波数fc1とfc2の増加する時間と減少する時間を等しい時間に設定してある。三角波ａ、ｂは振幅、周波数が等しく、位相がお互いに１８０度ずれており、第１のＰＷＭ制御信号の周波数が増加する時に、第２のＰＷＭ制御信号の周波数が減少する関係としてある。
【００２３】
キャリア周波数fc1とfc2の差である周波数差Δfc（＝｜fc1-fc2｜）の時間変化を図５（Ｂ）に示す。周波数差Δfcは、時間と共に三角状に周期的に変化しており、周波数差Δfcが一定の時に生じるビートノイズの抑制も可能となる。
【００２４】
キャリア周波数fc1とfc2におけるＥＭＩノイズのスペクトルを図６（Ａ）に示す。図４（Ａ）の場合と同様、瞬間のスペクトル（１）は第１のＰＷＭ制御信号により発生したスペクトルで、瞬間のスペクトル（２）は第２のＰＷＭ制御信号により発生したスペクトルである。ある時間（時間分解能）におけるＥＭＩノイズの周波数スペクトルの帯域を重ならないように拡散させ、周波数位置をずらすことで、周波数位置が重なることにより生じるＥＭＩノイズの増加を避けることができる。本実施の形態においては、キャリア周波数fc1、fc2の周波数変化波形が三角波状であることから、周波数の変化幅において、キャリア周波数fc1、fc2が存在する時間が均一となるため、そのＥＭＩノイズのノイズレベルが均一になり、最もノイズレベルを低減させることができる。
【００２５】
また、キャリア周波数fc1とfc2により生じるビートノイズのスペクトルを図６（Ｂ）に示す。周波数帯域は０から最大振幅（max）までの範囲で変化している。本実施の形態においては、周波数差Δfcが均一な三角波状に変化することから、ＥＭＩノイズのスペクトルと同様、ビートノイズの周波数スペクトルのレベルが均一になり、最もノイズレベルの低減が図れることになる。
【００２６】
このように第２の実施の形態においては、第１、第２の制御信号は、それぞれのキャリア周波数fc1、fc2が増加する時間と減少する時間が等しい三角波状に変化し、第１のキャリア周波数が最大の時に、第２のキャリア周波数が最小となる負荷駆動装置の構成をとることとなり、ビートノイズのスペクトルが均一になり、その結果ビートノイズを最も低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る負荷駆動装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明に係る負荷駆動装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態のキャリア周波数の周波数変化波形と周波数差の時間変化を示す図である。
【図４】第１の実施の形態のＥＭＩノイズとビートノイズのスペクトルを示す図である。
【図５】第２の実施の形態のキャリア周波数の周波数変化波形と周波数差の時間変化を示す図である。
【図６】第２の実施の形態のＥＭＩノイズとビートノイズのスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…電源                        ２０…負荷駆動装置
２１…駆動手段                    ２２…駆動手段
２３…制御手段                    ３１…負荷
３２…負荷                        ４１…指令手段
４２…ＰＷＭ信号発生手段          ４３…三角波発生手段
４４…キャリア周波数決定手段      ４５…三角波発生手段
４６…ＰＷＭ信号発生手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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