(57)【要約】【課題】２個のモータをＰＷＭ制御により駆動する場合であっても、平滑用のコンデンサに流れ込むサージ電流を削減し、準備すべきコンデンサの容量を抑えることができるモータ駆動回路の提供。【解決手段】バッテリ４の電圧が与えられる２つのモータ５Ａ，５Ｂの各低圧側に接続され、２つのモータ５Ａ，５Ｂの各電源電圧をそれぞれオン又はオフにする２つのトランジスタ７Ａ，７Ｂと、トランジスタ７Ａ，７ＢをそれぞれＰＷＭ制御する制御部と、トランジスタ７Ａ，７Ｂがオフであるときに、モータ５Ａ，５Ｂがそれぞれ発生させた誘導電流を電源４へそれぞれ還流させる為の２つの還流ダイオード６Ａ，６Ｂと、還流ダイオード６Ａ，６Ｂが通流させた電流を平滑する為のコンデンサ８とを備えたモータ駆動回路。制御部は、トランジスタ７Ａ，７Ｂにそれぞれ与えるＰＷＭ信号の位相を相違させてある。【選択図】図１
2015053827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の電源電圧が与えられる２つのモータの各低圧側に接続され、該２つのモータの各電源電圧をそれぞれオン又はオフにする２つのトランジスタと、該２つのトランジスタをそれぞれＰＷＭ制御する制御部と、該トランジスタがオフであるときに、前記モータがそれぞれ発生させた誘導電流を電源へそれぞれ還流させる為の２つの還流ダイオードと、該還流ダイオードが通流させた電流を平滑する為のコンデンサとを備えたモータ駆動回路において、
前記制御部は、位相が相違するＰＷＭ信号を前記２つのトランジスタにそれぞれ与えることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
前記ＰＷＭ信号は、位相が１８０度相違している請求項１に記載のモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２個のモータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により駆動した場合に発生するサージ電流を平滑化するためにコンデンサを備え、そのコンデンサに同時に流れ込むサージ電流を削減するモータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載のモータ駆動装置では、送風用等のモータに対する省電力及び回転速度制御を容易にするため、ＰＷＭ制御方式を用いたスイッチングによりモータの駆動を制御する構成が用いられている。ＰＷＭ制御方式を用いたモータ駆動装置では、パルス幅の変調を示すＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、モータの回転速度を制御する（例えば、特許文献１）。
【０００３】
モータ駆動装置が有するモータ駆動回路には、スイッチング素子としてトランジスタがモータの低圧側に接続するように設けてある。このトランジスタのスイッチング動作により、ＰＷＭ制御方式におけるモータの駆動制御を可能としている。
【０００４】
モータは、電流の変化により誘導起電力を生じさせるインダクタンスを有する。トランジスタがオフになったときに、モータに生じた誘導起電力によりトランジスタが破損する可能性があるため、モータ駆動回路には還流ダイオードが設けてある。この還流ダイオードにより、モータの誘導起電力により生じるサージ電流が電源側へ還流されるが、モータ駆動回路には、このサージ電流を平滑するために、更にコンデンサ及びコイルからなる平滑回路を設けてある。これにより、サージ電圧から回路素子を保護することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１１８７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コンデンサは、等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）を有する。サージ電流がコンデンサに流れ込んだ場合、コンデンサのＥＳＲにより電力損失が生じる。そのためモータ駆動回路には、コンデンサによる電力損失を考慮し、十分な容量を有するコンデンサを準備する必要がある。
【０００７】
近年、車両に対する快適性・利便性を追求する需要の高まりに応じ、車両に多くのモータが搭載されるようになっており、ラジエータの冷却ファン用に、モータ駆動回路に２個のモータを接続して駆動制御を行っている車両がある。
【０００８】
例えば、２個のモータを並列に接続し、同一位相でＰＷＭ制御しているモータ駆動回路の場合、一つのモータを接続したモータ駆動回路と比べて生じる誘導起電力がより大きくなる。そのため、還流ダイオードにより同時に還流される電流量のピークもより大きくなる。
【０００９】
還流ダイオードにより同時に還流される電流量のピークが大きくなった場合、コンデンサに同時に流れ込むサージ電流量のピークも大きくなり、コンデンサが平滑化すべき電流量のピークも大きくなる。そのため、２個のモータを並列接続したモータ駆動回路の場合、一つのモータを接続したモータ駆動回路よりも更に容量の大きいコンデンサを準備する必要が生じる。
【００１０】
しかしながら、容量の大きいコンデンサは容量の小さいコンデンサと比較して高額であり、部品自体のサイズも大きい。そのため、２個のモータを接続したモータ駆動回路の場合、一つのモータを接続したモータ駆動回路よりもモータ駆動回路の部品コストが高くなるという問題、およびコンデンサに対してより広い設置スペースを確保しなければならないという問題が生じる。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、２個のモータをＰＷＭ制御により駆動する場合であっても、平滑用のコンデンサに同時に流れ込むサージ電流のピークを削減し、準備すべきコンデンサの容量を抑えることができるモータ駆動回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るモータ駆動回路は、直流の電源電圧が与えられる２つのモータの各低圧側に接続され、該２つのモータの各電源電圧をそれぞれオン又はオフにする２つのトランジスタと、該２つのトランジスタをそれぞれＰＷＭ制御する制御部と、該トランジスタがオフであるときに、前記モータがそれぞれ発生させた誘導電流を電源へそれぞれ還流させる為の２つの還流ダイオードと、該還流ダイオードが通流させた電流を平滑する為のコンデンサとを備えたモータ駆動回路において、前記制御部は、位相が相違するＰＷＭ信号を前記２つのトランジスタにそれぞれ与えることを特徴とする。
【００１３】
上述のモータ駆動回路では、２つのモータの各電源電圧をそれぞれオン又はオフにする２つのトランジスタに制御部がＰＷＭ信号を与える。一のトランジスタに与えられるＰＷＭ信号の位相は、他のトランジスタに与えられるＰＷＭ信号の位相と異なる。
【００１４】
また本発明に係るモータ駆動回路は、前記ＰＷＭ信号は、位相が１８０度相違していることを特徴とする。
【００１５】
上述のモータ駆動回路では、制御部は、一のトランジスタに与えられるＰＷＭ信号の位相と１８０度異なる位相のＰＷＭ信号を他のトランジスタに与える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にあっては、一のトランジスタに与えられるＰＷＭ信号の位相が、他のトランジスタに与えられるＰＷＭ信号の位相と異なる。そのため、一のトランジスタの切り替えにより、一の還流ダイオードを通流したサージ電流がコンデンサに流れ込むのと同時に、他のトランジスタの切り替えにより、他の還流ダイオードを通流したサージ電流がコンデンサに流れ込むことを防止できるようになる。したがって、並列接続された２個のモータをＰＷＭ制御によりモータ駆動回路が駆動する場合であっても、平滑用のコンデンサに同時に流れ込むサージ電流のピークを削減することができ、準備すべきコンデンサの容量を抑えることができるので、２個のモータを駆動するモータ駆動回路の部品コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】モータ駆動回路の回路構成を示す回路図である。
【図２】制御部の制御に基づいてモータ駆動回路に流れる電流を説明するための説明図である。
【図３】制御部が与えるＰＷＭ信号の位相が同一である従来の構成を用いた場合にモータ駆動回路に流れる電流を説明するための説明図である。
【図４】制御部によるＰＷＭ信号の位相差とコンデンサに流れ込む誘導電流値との関係を示すグラフである。
【図５】モータ駆動回路の各構成要素における電流を示すタイムチャートおよび各構成要素における電流と回路図との関係を示す説明図である。
【図６】制御部によるＰＷＭ信号の位相が１８０度異なる場合に必要となるモータ駆動回路２の一具体例である。
【図７】制御部によるＰＷＭ信号の位相が同位相となる従来の構成の場合に必要となるモータ駆動回路２の一具体例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて、以下に具体的に説明する。車両に搭載されたＰＷＭ制御方式のモータ駆動回路２を一例とし、以下に示してある。
【００１９】
図１は、モータ駆動回路２の回路構成を示す回路図である。モータ駆動回路２は、制御部（不図示）、バッテリ４、ダイオード６Ａ、ダイオード６Ｂ、ＮチャネルＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）型のＦＥＴ（Field Effect Transistor）７Ａ、ＦＥＴ７Ｂ、コンデンサ８及びコイル９を備えて、モータ５Ａおよびモータ５Ｂを駆動する。制御部が接続してあるモータ駆動回路２は、本発明のモータ駆動回路の一例である。
【００２０】
制御部は、後述するＦＥＴ７Ａ及びＦＥＴ７Ｂの各ゲートそれぞれに同一周期のＰＷＭ信号を与えるマイクロコントローラである。制御部は、ＦＥＴ７Ａのゲートに与えるＰＷＭ信号の位相とは異なる位相を有するＰＷＭ信号をＦＥＴ７Ｂのゲートに与える。以下には、ＦＥＴ７Ａに与えるＰＷＭ信号の位相とは１８０度異なる位相を有するＰＷＭ信号をＦＥＴ７Ｂに与える構成について例示してある。
【００２１】
バッテリ４は、モータ駆動回路２に電流を供給する電源である。
【００２２】
モータ５Ａは、車載された送風用のモータである。モータ５Ｂは、車載された他の送風用のモータである。モータ５Ａおよびモータ５Ｂは、高圧側がバッテリ４の正極に接続してあり、それぞれ低圧側にドレインが接続されたＦＥＴ７Ａ及びＦＥＴ７ＢによるＰＷＭ制御方式により、回転が制御されている。モータ５Ａおよびモータ５Ｂは、自己のインダクタンスにより、誘導起電力を生じる。ＦＥＴ７ＡおよびＦＥＴ７Ｂの各ソースは、バッテリ４の負極に接続してある。
【００２３】
ダイオード６Ａおよびダイオード６Ｂは、ＦＥＴ７ＡおよびＦＥＴ７Ｂがオフになったときに、モータ５Ａおよびモータ５Ｂの誘導起電力により生じた電流を還流する還流ダイオードである。ダイオード６Ａおよびダイオード６Ｂにより還流された電流は、サージ電流となっている。ダイオード６Ａは、モータ５ＡとＦＥＴ７Ａと後述するコンデンサ８とに接続してある。ダイオード６Ａのアノード側がモータ５Ａの低圧側に接続してあり、カソード側がコンデンサ８のプラス端子に接続してある。ダイオード６Ｂは、モータ５ＢとＦＥＴ７Ｂとコンデンサ８とに接続してある。ダイオード６Ｂのアノード側がモータ５Ｂの低圧側に接続してあり、カソード側がコンデンサ８のプラス端子に接続してある。コンデンサ８のマイナス端子は、バッテリ４の負極に接続してある。
【００２４】
ＦＥＴ７Ａは、制御部から与えられたＰＷＭ信号に応じて、オンおよびオフを切り替える。電源電圧をＰＷＭ制御する際、ＦＥＴ７Ａがオフになったときに、ダイオード６Ａが導通する。その結果、モータ５Ａに発生した誘導電流がダイオード６Ａを介してコンデンサ８及びコイル９へ通流される。ＦＥＴ７Ａがオンのときは、ダイオード６Ａのアノードは、バッテリ４の負極と略同電位になるので導通しない。
【００２５】
ＦＥＴ７Ｂは、制御部から与えられたＰＷＭ信号に応じて、オンおよびオフを切り替える。電源電圧をＰＷＭ制御する際、ＦＥＴ７Ｂがオフになったときに、ダイオード６Ｂが導通する。その結果、モータ５Ｂに発生した誘導電流がダイオード６Ｂを介してコンデンサ８及びコイル９へ通流される。ＦＥＴ７Ｂがオンのときは、ダイオード６Ｂのアノードは、バッテリ４の負極と略同電位になるので導通しない。
【００２６】
コンデンサ８は、充電及び放電を介して、流れ込んだサージ電流の平滑化を行う電子部品である。
【００２７】
コイル９は、コンデンサ８と共に平滑回路を構成する回路構成要素である。
【００２８】
図２は、制御部の制御に基づいてモータ駆動回路２に流れる電流を説明するための説明図である。
【００２９】
制御部は、ＦＥＴ７Ａに与えるＰＷＭ信号の位相と１８０度異なる位相を有するＰＷＭ信号をＦＥＴ７Ｂに与える。そのため、ＦＥＴ７Ａがオン状態の場合、ＦＥＴ７Ｂはオフ状態となる。また、ＦＥＴ７Ａがオフ状態の場合、ＦＥＴ７Ｂがオン状態となる。
【００３０】
ＦＥＴ７Ａがオン状態となり、ＦＥＴ７Ｂがオフ状態となる場合（図２のＡ）、ダイオード６Ｂを介した誘導電流がコンデンサ８に流れ込む。しかしながら、ダイオード６Ａを介する誘導電流がコンデンサ８に流れ込むことはない。
【００３１】
ＦＥＴ７Ａがオフ状態となり、ＦＥＴ７Ｂがオン状態となる場合（図２のＢ）、ダイオード６Ａを介した誘導電流がコンデンサ８に流れ込む。しかしながら、ダイオード６Ｂを介する誘導電流がコンデンサ８に流れ込むことはない。
【００３２】
制御部が与えるＰＷＭ信号の位相がＦＥＴ７ＡとＦＥＴ７Ｂとの間で異なることにより、ダイオード６Ａを介した誘導電流のピークとダイオード６Ｂを介した誘導電流のピークとが同時にコンデンサ８に流れ込む事態を防止することができる。また、制御部が与えるＰＷＭ信号の位相が１８０度異なり、デューティ比が５０％以下となる場合、ダイオード６Ａを介した誘導電流とダイオード６Ｂを介した誘導電流とが同時にコンデンサ８に流れ込む事態を防止することができる。したがってモータ駆動回路２は、モータ５Ａ、５Ｂの誘導起電力に起因して一度にコンデンサ８に流れ込む電流量を抑制することができる。そのため、２個のモータ５Ａ、５Ｂを駆動するモータ駆動回路２に必要なコンデンサ８の容量を小さくすることができる。また、複数のモータ５Ａ、５Ｂを駆動するモータ駆動回路２の部品コストを削減することができる。更に、コンデンサ８に対して確保すべきモータ駆動回路２上のスペースを削減することができる。
【００３３】
図３は、制御部が与えるＰＷＭ信号の位相が同一である従来の構成を用いた場合にモータ駆動回路２に流れる電流を説明するための説明図である。
【００３４】
従来の構成において制御部は、ＦＥＴ７Ａに与えるＰＷＭ信号の位相と同じ位相を有するＰＷＭ信号をＦＥＴ７Ｂに与える。そのため、ＦＥＴ７Ａがオン状態の場合、ＦＥＴ７Ｂもオン状態となる。また、ＦＥＴ７Ａがオフ状態の場合、ＦＥＴ７Ｂもオフ状態となる。
【００３５】
ＦＥＴ７Ａ及びＦＥＴ７Ｂがオン状態の場合（図３のＡ）、ダイオード６Ａおよびダイオード６Ｂを介した誘導電流がコンデンサ８に流れ込むことはない。
【００３６】
しかしながらＦＥＴ７Ａ及びＦＥＴ７Ｂがオフ状態の場合（図３のＢ）、ダイオード６Ａを介した誘導電流だけでなくダイオード６Ｂを介した誘導電流も同時にコンデンサ８に流れ込むことになる。
【００３７】
したがって、与えるＰＷＭ信号の位相が同一である従来の構成の場合には、ダイオード６Ａに依存した誘導電流だけでなくダイオード６Ｂに依存した誘導電流をも同時に流れ込むことを許容できる容量がコンデンサ８に対して求められる。求めに応じてコンデンサ８の容量をより大きくした場合、モータ駆動回路２の部品コストが高くなるという問題が生じる。また、コンデンサ８に対して確保すべきモータ駆動回路２上のスペースが増大するという問題が生じる。
【００３８】
図４は、制御部によるＰＷＭ信号の位相差とコンデンサ３に流れ込む誘導電流値との関係を示すグラフである。図５Ａは、モータ駆動回路の各構成要素における電流を示すタイムチャートおよび、図５Ｂは、各構成要素における電流と回路図との関係を示す説明図である。図５のタイムチャートは、ＦＥＴ７Ａ及びＦＥＴ７Ｂに与えるＰＷＭ信号の位相をβずらしている場合について例示してある。図５で示す関係を以下の数式を用いて計算することにより、図４のグラフが得られる。
【００３９】
モータ５Ａ、５Ｂそれぞれに流れる電流は、以下の数式（１）により計算する。
【００４０】
【数１】
2015053827.tif 000003
【００４１】
ダイオード６Ａ、６Ｂそれぞれに流れる電流は、以下の数式（２）により計算する。
【００４２】
【数２】
2015053827.tif 000004
【００４３】
コイル９に流れる電流は、以下の数式（３）により計算する。
【００４４】
【数３】
2015053827.tif 000005
【００４５】
コンデンサ３に流れる電流は、以下の数式（４）により計算する。
【００４６】
【数４】
2015053827.tif 000006
【００４７】
上記の数式（１）〜（４）に基づき、ｘ、β、Ｔの数値範囲に応じたコンデンサ３の電流値を示す以下の数式（５）〜（８）が導き出される。
【００４８】
【数５】
2015053827.tif 000007
【００４９】
【数６】
2015053827.tif 000008
【００５０】
【数７】
2015053827.tif 000009
【００５１】
【数８】
2015053827.tif 000010
【００５２】
図４は、上記の数式（５）〜（８）を用いて作成されたグラフである。制御部がＦＥＴ７Ａに与えるＰＷＭ信号とＦＥＴ７Ｂに与えるＰＷＭ信号とが同位相であり、各デューティ比が７０％の場合、コンデンサ８には例えば最大約０．３２５Ａ（アンペア）のリップル電流が流れ込むことになる。一方、制御部がＦＥＴ７Ａに与えるＰＷＭ信号の位相とＦＥＴ７Ｂに与えるＰＷＭ信号の位相とが異なり、位相のずれが生じている場合、コンデンサ８に流れ込むリップル電流の最大値が０．３２５Ａから減少することになる。制御部がＦＥＴ７Ａに与えるＰＷＭ信号の位相とＦＥＴ７Ｂに与えるＰＷＭ信号の位相との位相ずれが５０％であり、両ＰＷＭ信号の位相が１８０度異なる場合には、その減少量が最大となり、コンデンサ８には最大でも例えばデューティ比約８０％時の約０．２アンペアのリップル電流しか流れ込まないことになる。つまり、ＦＥＴ７Ａおよび７ＢのＰＷＭ信号の位相が１８０度異なるモータ駆動回路２では、ＦＥＴ７Ａおよび７ＢのＰＷＭ信号の位相が同位相である場合と比較し、ピーク値比較で約４０％もコンデンサ８に流れ込むリップル電流が減少することがわかる。
【００５３】
図４より、ＦＥＴ７Ａおよび７ＢのＰＷＭ信号の位相が１８０度異なる場合でなくとも、ＦＥＴ７ＡのＰＷＭ信号の位相とＦＥＴのＰＷＭ信号の位相とがずれている場合には、コンデンサ８に流れ込むリップル電流が減少することがわかる。そのため、ＦＥＴ７Ａおよび７ＢのＰＷＭ信号の位相を１８０度以外でずれるようにしてもよい。
【００５４】
モータ駆動回路２は、ＰＷＭ制御方式を用いており、パルス幅の変調を示すＰＷＭ信号のデューティ比に応じてモータ５Ａ、５Ｂの駆動を制御している。図４のグラフから、ＦＥＴ７Ａおよび７ＢのＰＷＭ信号の位相が１８０度異なるモータ駆動回路２において、そのＰＷＭ信号のデューティ比が５０％となる場合には、コンデンサ３に流れ込むリップル電流が実質的にゼロとなっており、コンデンサ８に流れ込むリップル電流を最も効果的に削減できることがわかる。
【００５５】
図６は、制御部によるＰＷＭ信号の位相が１８０度異なる場合に必要となるモータ駆動回路２の一具体例である。図７は、制御部によるＰＷＭ信号の位相が同位相となる従来の構成の場合に必要となるモータ駆動回路２の一具体例である。数式（６）〜（８）に基づき、バッテリ４の電圧を１３．５Ｖ、モータ５Ａ、５Ｂそれぞれの消費電力を２３０Ｗとした場合について例示してある。
【００５６】
制御部によるＰＷＭ信号の位相が１８０度異なる図６のモータ駆動回路２では、最大６．６Ａの誘導電流がコンデンサ８に流れ込むことになる。そのため図６のモータ駆動回路２では、許容電流２Ａのコンデンサを４個並列させてコンデンサ８としてある。一方、制御部によるＰＷＭ信号の位相が同位相となる図７のモータ駆動回路２では、最大１１Ａの誘導電流がコンデンサ８に流れることになる。そのため図７のモータ駆動回路２では、許容電流２Ａのコンデンサを６個並列させてコンデンサ８としてある。つまり、制御部によるＰＷＭ信号の位相が１８０度異なるように構成することにより、コンデンサ８を形成するために必要な許容電流２Ａのコンデンサが６個から４個へと削減できることになる。したがって、制御部によるＰＷＭ信号の位相が異なるように構成することにより、複数のモータ５Ａ、５Ｂを有するモータ駆動回路２の部品コストを削減できる。また、コンデンサ８を形成するために必要なモータ駆動回路２上のスペースを削減することができる。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上で例示した内容だけで無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての更新が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
２    モータ駆動回路
４    バッテリ
５Ａ、５Ｂ    モータ
６Ａ、６Ｂ    ダイオード
７Ａ、７Ｂ    ＦＥＴ
８    コンデンサ
９    コイル
【図１】
2015053827.tif 000011
【図２】
2015053827.tif 000012
【図３】
2015053827.tif 000013
【図４】
2015053827.tif 000014
【図５】
2015053827.tif 000015
【図６】
2015053827.tif 000016
【図７】
2015053827.tif 000017