(57)【要約】【課題】直流モータ３を、リプルが減少された安定した電圧で駆動する。【解決手段】直流電源２の電圧は、昇圧スイッチング電源４で昇圧されてＨ形ブリッジの負荷用スイッチング回路５から直流モータ３に与えられる。昇圧スイッチング電源４の電源用スイッチング素子Ｔｒ１をオンすることによって、エネルギ蓄積をインダクタンス素子１１に電力が蓄積され、電源用スイッチング素子Ｔｒ１がオフすることによって、インダクタンス素子１１の電力は、ダイオード１２を経てコンデンサ１３に供給されるとともに、負荷用スイッチング回路５に与えられる。負荷用スイッチング回路５によってモータ３に電力を供給するオンするタイミングを、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングに設定する。これによってインダクタンス素子１１からの電力がコンデンサ１３とモータ３とに与えられ、コンデンサ１３の電圧のリプルを低減し、安定化することができる。【選択図】      図１
2004242406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）直流電源と、
（ｂ）昇圧スイッチング電源であって、
直流電源に、エネルギ蓄積用インダクタンス素子と、ダイオードと、コンデンサとを、この順序で接続して閉ループを構成し、
インダクタンス素子とダイオードとの接続点に接続された電源用スイッチング素子Ｔｒ１と、
コンデンサの電圧に対応して電源用スイッチング素子Ｔｒ１をパルス幅変調する電源用スイッチング制御手段とを有する昇圧スイッチング電源と、
（ｃ）昇圧スイッチング電源の出力を負荷に供給して駆動する負荷用スイッチング回路と、
（ｄ）負荷用スイッチング回路のオンするタイミングを、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングに設定して、電源用スイッチング素子Ｔｒ１または負荷用スイッチング回路を制御するスイッチング制御手段とを含むことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
（ａ）直流電源と、
（ｂ）昇圧スイッチング電源であって、
直流電源に、エネルギ蓄積用インダクタンス素子と、ダイオードと、コンデンサとを、この順序で接続して閉ループを構成し、
インダクタンス素子とダイオードとの接続点に接続された電源用スイッチング素子Ｔｒ１と、
コンデンサの電圧に対応して電源用スイッチング素子Ｔｒ１をパルス幅変調する電源用スイッチング制御手段とを有する昇圧スイッチング電源と、
（ｃ）昇圧スイッチング電源の出力を負荷に供給して駆動する負荷用スイッチング回路と、
（ｄ）電源用スイッチング制御手段の出力に応答し、負荷用スイッチング回路のオンするタイミングを、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングに設定して、負荷用スイッチング回路を制御する負荷用スイッチング制御手段とを含むことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項３】
電源用スイッチング素子Ｔｒ１は、オン／オフのスイッチング動作をする制御端子を有し、
電源用スイッチング制御手段は、制御端子に与える電源用スイッチング制御信号を発生し、
負荷用スイッチング制御手段は、電源用スイッチング制御信号に応答し、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングで、負荷用スイッチング回路をオンすることを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
（ａ）直流電源と、
（ｂ）昇圧スイッチング電源であって、
直流電源に、エネルギ蓄積用インダクタンス素子と、ダイオードと、コンデンサとを、この順序で接続して閉ループを構成し、
インダクタンス素子とダイオードとの接続点に接続された電源用スイッチング素子Ｔｒ１と、
コンデンサの電圧に対応して電源用スイッチング素子Ｔｒ１をパルス幅変調し、各パルスの位相を変化可能な電源用スイッチング制御手段とを有する昇圧スイッチング電源と、
（ｃ）昇圧スイッチング電源の出力を負荷に供給して駆動する負荷用スイッチング回路と、
（ｄ）負荷用スイッチング回路を周期的にオン／オフする負荷用スイッチング制御手段とを含み、
（ｅ）電源用スイッチング制御手段は、
負荷用スイッチング制御手段の出力に応答し、負荷用スイッチング回路のオフするタイミングで、電源用スイッチング素子Ｔｒ１がオンするように、電源用スイッチング制御手段の前記位相を調整することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項５】
電源用スイッチング回路は、
負荷に電力を供給／遮断する負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有し、
この負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、オン／オフのスイッチング動作をする制御端子を有し、
負荷用スイッチング制御手段は、制御端子に与える負荷用スイッチング制御信号を発生し、
位相制御手段は、負荷用スイッチング制御手段からの負荷用スイッチング制御信号に同期して前記位相を調整することを特徴とする請求項４記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
負荷は、直流モータであり、
負荷用スイッチング回路は、
昇圧スイッチング電源が接続される入力端と、
直流モータが接続される出力端と、
入力端の昇圧スイッチング電源を正逆転制御して出力端に与えるＨ形等のブリッジに接続された複数の負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４とを含み、
負荷用スイッチング制御手段は、負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフのスイッチング状態を制御することを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記コンデンサは、酸化アルミニウムを誘電体とする電解コンデンサであることを特徴とする請求項１〜６のうちの１つに記載の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源の電圧を昇圧スイッチング電源で昇圧してモータなどの負荷を駆動するための負荷駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータを正逆転駆動して制御する負荷駆動装置では、モータの始動時の応答性を向上させるために、直流電源の電圧を、昇圧スイッチング電源で昇圧し、この昇圧された電力をモータに与えて駆動する。また電線に流れる電流を、電圧が昇圧された分、小さくしてラインの配線抵抗による電圧降下および熱損失を低減することができる。昇圧スイッチング電源では、電源用スイッチング素子をオンしてエネルギ蓄積をインダクタンス素子に直流電源の電力を蓄積し、電源用スイッチング素子をオフすることによって、直流電源の電圧に、エネルギ蓄積をインダクタンス素子の電圧を加えて、昇圧して出力する構成を有する。モータを負荷用スイッチング素子で周期的にオン／オフのスイッチング動作を行ってモータをパルス駆動する構成とした場合、そのモータに電力を供給する電源用スイッチング素子のオン期間が、昇圧スイッチング電源の電源用スイッチング素子のオン期間に重なると、昇圧スイッチング電源からモータに供給される電圧が大きく低下してしまい、リプル電圧が増大し、電圧変動が著しい。これによって昇圧スイッチング電源による昇圧効果が減殺される。
【０００３】
先行技術（特許文献１）の昇圧回路は、多くのキャパシタと多くのスイッチとを備え、したがって構成が大形化するとともにスイッチの制御が複雑であり、さらにモータなどの負荷の駆動のタイミングと関連してリプルを減少するための工夫は存在しない。
【０００４】
【特許文献１】
特許２９９８２７１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、モータなどの負荷に供給する電圧のリプルを減少して電圧変動を抑制した負荷駆動装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）直流電源と、
（ｂ）昇圧スイッチング電源であって、
直流電源に、エネルギ蓄積用インダクタンス素子と、ダイオードと、コンデンサとを、この順序で接続して閉ループを構成し、
インダクタンス素子とダイオードとの接続点に接続された電源用スイッチング素子Ｔｒ１と、
コンデンサの電圧に対応して電源用スイッチング素子Ｔｒ１をパルス幅変調する電源用スイッチング制御手段とを有する昇圧スイッチング電源と、
（ｃ）昇圧スイッチング電源の出力を負荷に供給して駆動する負荷用スイッチング回路と、
（ｄ）負荷用スイッチング回路のオンするタイミングを、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングに設定して、電源用スイッチング素子Ｔｒ１または負荷用スイッチング回路を制御するスイッチング制御手段とを含むことを特徴とする負荷駆動装置である。
【０００７】
本発明に従えば、直流電源の電圧を、昇圧スイッチング電源で昇圧し、負荷用スイッチング回路を経てモータなどの負荷に電力を供給し、負荷を駆動する。負荷に電力を供給する負荷用スイッチング回路のオンするタイミングは、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングに設定され、これによって負荷には、コンデンサの電力およびエネルギ蓄積用インダクタンス素子から放出される電力が供給されることになり、昇圧スイッチング電源から負荷に供給される電圧のリプルを減少することができるようになる。こうして負荷を、安定した電圧で駆動することができる。先行技術では、前述したように電源用スイッチング素子のオン期間中、負荷に電力が供給することがあり、その結果リプルが増大する。本発明は、この先行技術の問題を解決する。
【０００８】
また本発明は、（ａ）直流電源と、
（ｂ）昇圧スイッチング電源であって、
直流電源に、エネルギ蓄積用インダクタンス素子と、ダイオードと、コンデンサとを、この順序で接続して閉ループを構成し、
インダクタンス素子とダイオードとの接続点に接続された電源用スイッチング素子Ｔｒ１と、
コンデンサの電圧に対応して電源用スイッチング素子Ｔｒ１をパルス幅変調する電源用スイッチング制御手段とを有する昇圧スイッチング電源と、
（ｃ）昇圧スイッチング電源の出力を負荷に供給して駆動する負荷用スイッチング回路と、
（ｄ）電源用スイッチング制御手段の出力に応答し、負荷用スイッチング回路のオンするタイミングを、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングに設定して、負荷用スイッチング回路を制御する負荷用スイッチング制御手段とを含むことを特徴とする負荷駆動装置である。
【０００９】
また本発明は、電源用スイッチング素子Ｔｒ１は、オン／オフのスイッチング動作をする制御端子を有し、
電源用スイッチング制御手段は、制御端子に与える電源用スイッチング制御信号を発生し、
負荷用スイッチング制御手段は、電源用スイッチング制御信号に応答し、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングで、負荷用スイッチング回路をオンすることを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、昇圧スイッチング電源の電源用スイッチング制御手段が電源用スイッチング素子Ｔｒ１をパルス幅変調してコンデンサの出力電圧を予め定める一定の値に保つための電源用スイッチング制御信号などのような電源用スイッチング素子Ｔｒ１をオン／オフするスイッチング動作に同期した出力を用いて、負荷用スイッチング制御手段は、負荷用スイッチング回路のオン／オフのスイッチング動作を制御し、これによって負荷用スイッチング回路のオンするタイミングを、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオフするタイミングに設定する。
【００１１】
また本発明は、（ａ）直流電源と、
（ｂ）昇圧スイッチング電源であって、
直流電源に、エネルギ蓄積用インダクタンス素子と、ダイオードと、コンデンサとを、この順序で接続して閉ループを構成し、
インダクタンス素子とダイオードとの接続点に接続された電源用スイッチング素子Ｔｒ１と、
コンデンサの電圧に対応して電源用スイッチング素子Ｔｒ１をパルス幅変調し、各パルスの位相を変化可能な電源用スイッチング制御手段とを有する昇圧スイッチング電源と、
（ｃ）昇圧スイッチング電源の出力を負荷に供給して駆動する負荷用スイッチング回路と、
（ｄ）負荷用スイッチング回路を周期的にオン／オフする負荷用スイッチング制御手段とを含み、
（ｅ）電源用スイッチング制御手段は、
負荷用スイッチング制御手段の出力に応答し、負荷用スイッチング回路のオフするタイミングで、電源用スイッチング素子Ｔｒ１がオンするように、電源用スイッチング制御手段の前記位相を調整することを特徴とする負荷駆動装置である。
【００１２】
また本発明は、電源用スイッチング回路は、
負荷に電力を供給／遮断する負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有し、
この負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、オン／オフのスイッチング動作をする制御端子を有し、
負荷用スイッチング制御手段は、制御端子に与える負荷用スイッチング制御信号を発生し、
位相制御手段は、負荷用スイッチング制御手段からの負荷用スイッチング制御信号に同期して前記位相を調整することを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、負荷用スイッチング制御手段によって、負荷用スイッチング回路を周期的にオン／オフしてスイッチング動作し、この負荷用スイッチング制御手段が発生する負荷用スイッチング制御信号またはその負荷用スイッチング制御信号に同期して得られる信号に基づいて、位相制御手段は、昇圧スイッチング電源の電源用スイッチング制御手段の位相を調整し、これによって負荷用スイッチング回路のオフするタイミングが、電源用スイッチング素子Ｔｒ１のオンするタイミングに設定する。
【００１４】
また本発明は、負荷は、直流モータであり、
負荷用スイッチング回路は、
昇圧スイッチング電源が接続される入力端と、
直流モータが接続される出力端と、
入力端の昇圧スイッチング電源を正逆転制御して出力端に与えるＨ形等のブリッジに接続された複数の負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４とを含み、
負荷用スイッチング制御手段は、負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフのスイッチング状態を制御することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、昇圧スイッチング電源の電力は、ブリッジ、たとえばＨ形ブリッジを構成する２つの対を成す２組の負荷用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４；Ｑ２，Ｑ３を経て、負荷である直流モータに供給される。一対の負荷用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４の少なくともいずれか一方のオン／オフのスイッチング動作によって、周期的な電力が直流モータに与えられ、パルス駆動される。このことは他の一対の負荷用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に関しても同様である。これらの対を成す２組のスイッチング素子のオン／オフのスイッチング動作が切換えられることによって、直流モータに与えられる電流の方向が極性反転され、直流モータの正逆転制御が行われる。
【００１６】
電源用スイッチング素子Ｔｒ１および負荷用スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、たとえば半導体スイッチング素子であって、ＮＰＮ導電形式のバイポーラトランジスタであってもよく、Ｎチャネル金属酸化膜電界効果トランジスタ（略称Ｎ−ＭＯＳ  ＦＥＴ）であってもよく、さらにそのほかの構成であってもよく、これらのトランジスタは、ベースまたはゲートなどのスイッチング動作のための制御端子を有する。
【００１７】
また本発明は、前記コンデンサは、酸化アルミニウムを誘電体とする電解コンデンサであることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、昇圧スイッチング電源のコンデンサの出力電圧のリプルが減少することになり、したがって特にアルミ電解コンデンサと称される酸化アルミニウムを誘電体とする構成では、その誘電体の損傷が抑制され、長寿命とすることができ、メンテナスが容易になり、またはメンテナンスが不要になる。またコンデンサの電圧のリプルが減少されることによって、このコンデンサを小形化することができ、これによってたとえば自動車などの車両のような振動が激しい物体に本発明の負荷駆動装置が搭載された場合、そのコンデンサは、上述のように小形化されるので、コンデンサの振動を抑制して断線を防ぐための固定のための構成を簡素化することができ、製造が容易になる。
【００１９】
本発明の負荷駆動装置は、たとえば自動車などの車両に搭載され、ステアリング（車両の操舵）の角変位、すなわちねじれによってモータを駆動し、ステアリングをアシストするパワーステアリング装置に関連して実施することができ、また車両の窓ガラスを昇降して開閉するいわゆるパワーウィンドウ装置などに関連して実施することができ、さらにそのほかの用途に応じて広範囲に実施することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の負荷駆動装置１の電気回路図である。この負荷駆動装置１は、たとえば自動車などの車両の操舵輪の電動パワーステアリング装置、サンルーフおよび窓を開閉する装置、そのほかの装置に関連して広範囲の各種の技術分野において実施されることができる。負荷駆動装置は、基本的に、直流電源２と、負荷である直流モータ３と、直流電源２の電圧を昇圧する昇圧スイッチング電源４と、モータ３を回転駆動し、また正逆転駆動するＨ形ブリッジを構成する負荷用スイッチング回路５と、この負荷用スイッチング回路５をオン／オフのスイッチング動作する負荷用スイッチング制御手段６とを含む。
【００２１】
昇圧スイッチング電源４は、直流電源２の正電圧端子およびライン８を経て、コイルによって実現されるエネルギ蓄積用インダクタンス素子１１と、順方向に結合されたダイオード１２とアルミ電解コンデンサによって実現されるコンデンサ１３とがこの順序で接地ライン１４を介して直流電源２の負電圧端子に接続され、閉ループが構成される。インダクタンス素子１１とダイオード１２のアノードとの接続点１５と接地との間には、電源用スイッチング素子であるＮＰＮトランジスタＴｒ１が接続される。電源用スイッチング制御手段１６は、３角波発振回路１７と、この発振回路１７からのたとえば鋸歯状波などの３角波を発生し、パルス幅変調（略称ＰＷＭ）回路１８に与える。パルス幅変調回路１８からライン１９に導出される電源用スイッチング制御信号は、抵抗２０を介してトランジスタＴｒ１の制御端子であるベースに与えられる。
【００２２】
図２は、電源用スイッチング制御手段１６の動作を説明するための波形図である。３角波発振回路１７は、図２（１）に示される鋸歯状波を発生する。パルス幅変調回路１８は、発振回路１７から与えられる図２（１）に示される鋸歯状波を、弁別レベル２１でレベル弁別して、図２（２）に示される電源用スイッチング制御信号を発生し、前述のようにライン１９に導出する。パルス幅変調回路１８は、ライン２２を介して与えられる昇圧電圧モニタ信号によって高低に変化し、昇圧電圧モニタ信号の電圧が低いほど、弁別レベル２１は高く変化して設定される。このライン２２は、ダイオード１２のカソートとコンデンサ１３との接続点２３に接続され、こうしてコンデンサ１３からライン２４に導出される出力電圧が、昇圧電圧モニタ信号としてパルス幅変調回路１８に与えられる。
【００２３】
図３は、図１に示される負荷駆動装置１の動作を説明するための波形図である。図３（１）は、前述の図２（２）に示されるパルス幅変調回路１８からライン１９に導出される電源用スイッチング制御信号を示し、これによってトランジスタＴｒ１がオン／オフのスイッチング動作が行われる。時刻ｔ１〜ｔ２においてトランジスタＴｒ１がオン状態となることによって、インダクタンス素子１１には直流電源２から、図３（２）に示される電流Ｉ１が流れ、これによってインダクタンス素子１１には電力エネルギが蓄積される。この電流Ｉ１は、時間経過に伴って増大する。
【００２４】
時刻ｔ２〜ｔ３においてトランジスタＴｒ１がオフ状態となり、このとき後述のようにモータ３に電力が負荷用スイッチング回路５を介して供給され、これによってインダクタンス素子１１に流れる電流Ｉ１は時間経過に伴って減少してゆき、インダクタンス素子１１に蓄積された電力が減少し、ダイオード１２には、図３（３）に示される電流Ｉ２が流れ、コンデンサ１３とモータ３とに供給される。
【００２５】
電源用スイッチング回路５は、ライン２４に接続される高電圧側入力端２６と、接地される低電圧側入力端２７との間に、Ｈ形ブリッジを形成する半導体スイッチング素子である合計４つの金属酸化膜電界効果トランジスタＱ１〜Ｑ４が接続される。電源用スイッチング回路５の出力端２８，２９には、直流モータ３が接続される。一対のトランジスタＱ１，Ｑ４が導通されることによって、モータ３は正転駆動され、このときもう１つの一対のトランジスタＱ２，Ｑ３はオフ状態のままである。前記もう１つの一対のトランジスタＱ２，Ｑ３がオン状態とされることによって、モータ３は逆転駆動され、このとき一対のトランジスタＱ１，Ｑ４は遮断されたままである。これらのトランジスタＱ１〜Ｑ４は、たとえばＮチャネル金属酸化膜電界効果トランジスタ（略称Ｎ−ＭＯＳ  ＦＥＴ）であり、内蔵されたボディダイオードと呼ばれるダイオード３１〜３４を、ソース、ドレン間に備える。これらのトランジスタＱ１〜Ｑ４の制御端子であるゲートには、負荷用スイッチング制御信号がそれぞれ与えられる。
【００２６】
負荷用スイッチング制御手段６は、マイクロコンピュータによって実現される処理回路４１と、集積回路などによって実現されてもよいモータ駆動回路４２とを含む。処理回路４１は、総括的に参照符６３で示されるラインをそれぞれ介して、負荷用スイッチング制御信号を発生し、モータ駆動回路４２を介してライン３５〜３８に与える。モータ駆動回路４２は、負荷用スイッチング回路５における直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ３が同時にオン状態にならないように、また直列接続されたトランジスタＱ２，Ｑ４が同時にオン状態にならないように、負荷用スイッチング制御信号の位相または発生タイミングを変化して補正する働きを果たし、またいわゆるローサイドのトランジスタＱ３，Ｑ４のゲートに与えられる負荷用スイッチング制御信号を、ソースよりも高い電圧で導出し、これによってトランジスタＱ３，Ｑ４の選択的なオンの動作制御を確実に達成する働きを果たし、この高い電圧を得るためにチャージポンプ回路またはブートストラップ回路などを含む。処理回路４１には、モータ３の正転または逆転を指令する信号を発生する切換えスイッチなどの正逆転指令回路４３からの指令信号が与えられる。
【００２７】
本発明では特に、電源用スイッチング制御手段１６からライン１９に導出される電源用スイッチング制御信号は、前述のようにトランジスタＴｒ１に与えられるとともに、ライン４５を介して処理回路４１に与えられ、これによって負荷用スイッチング回路５のモータ３に電力を供給するオンするタイミングを、トランジスタＴｒ１のオフするタイミングに設定し、これによって昇圧スイッチング電源４からライン２４に導出される出力電圧のリプルを低減し、安定した電圧をモータ３に供給することを可能にする。
【００２８】
図４は、図１に示される処理回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。処理回路４１は、ライン４５を介する電源用スイッチング制御信号に応答し、ステップａ１で前述の図３（１）に示される時刻ｔ１〜ｔ２においてトランジスタＴｒ１が導通しているかが判断され、そうであれば、次のステップａ２では、正逆転指令回路４３によってモータ３の正転指令信号が与えられているかが判断される。モータ３が正転駆動されるべきである場合、ステップａ３では、ハイサイドのトランジスタＱ１に、ライン３５を介して図３（４）に示される負荷用スイッチング制御信号を与えて、トランジスタＱ１をオン状態のままに保つ。
【００２９】
ステップａ４，ａ５では、処理回路４１は、ライン４５を介する電源用スイッチング制御信号に応答し、前述のトランジスタＱ１と対を成すもう１つのローサイドのトランジスタＱ４に、ライン３８を介して図３（５）に示される負荷用スイッチング制御信号を与えてトランジスタＱ４を、トランジスタＴｒ１がオフする時刻ｔ２で、オンとする。モータ３のこのような正転動作時、もう１つの対を成すトランジスタＱ２，Ｑ３は、オフ状態のままである。
【００３０】
トランジスタＱ１がオン状態のままであって、時刻ｔ２〜ｔ３において昇圧スイッチング電源４のトランジスタＴｒ１がオフ状態であり、負荷用スイッチング回路５のトランジスタＱ４がオン状態であることによって、モータ３には、昇圧スイッチング電源４からライン２４を経て負荷用スイッチング回路５の高電圧側入力端２６からトランジスタＱ１を経てモータ３に電流が流れ、この電流は、トランジスタＱ４を経て、低電圧側入力端２７に流れる。このようなモータ３に流れる負荷電流は、図３（６）に示される波形を有する。時刻ｔ２〜ｔ３では、前述のようにインダクタンス素子１１から、蓄積されている電力が供給されるので、ライン２４の電圧は、図３（７）に示されるとおり、わずかなリプル４６が含まれるが、ほぼ一定の電圧がライン２４に導出される。これによってモータ３を安定に回転駆動することができる。電解コンデンサ１３には、ライン２４を経て時刻ｔ２〜ｔ３の期間で充電され、このコンデンサ１３に流れる電流Ｉ３は、図３（８）で示されるとおりであって、充電電流Ｉ３のリプル４７はごくわずかである。
【００３１】
コンデンサ１３は、たとえばアルミ電解コンデンサによって実現され、このようなアルミ電解コンデンサは、酸化アルミニウムを誘電体とし、比較的小形に実現されるが、本発明の実施の形態では、たとえば１８００μＦであってもよい。コンデンサ１３に流れる電流Ｉ３のリプル４７がわずかであることによって、このアルミ電解コンデンサ１３の誘電体を構成する酸化アルミニウムの損傷が抑制され、長寿命とすることができ、このことが特に、自動車などの車両においてメンテナンスを容易にするため、またはメンテナンスを不要にするために重要なことである。またリプル４７を減少することができることによって、コンデンサ１３の容量を小さくすることができるようになり、コンデンサ１３を小形化することができる。これによって小形のコンデンサ１３が、車両の走行などの振動によってリード線などが断線を生じるおそれが減少され、コンデンサ１３を配線基板などに固定するための構成を簡略化することができる。
【００３２】
再び図４を参照して、ステップａ６で、正逆転指令回路４３によってモータ３の逆転駆動を行う指令信号が処理回路４１に与えられると、ステップａ７で負荷用スイッチング回路５のもう１つの対を成すトランジスタＱ２を、前述の図３（４）と同様にオンのままとし、ステップａ８，ａ９では、トランジスタＱ３をトランジスタＴｒ１のオフする時刻ｔ２でオンとする。このような逆転駆動時、一対のトランジスタＱ１，Ｑ４はオフ状態のままに保たれる。モータ３がステップａ１２で停止すべきものと判断されたとき、負荷用スイッチング回路５に含まれる全てのトランジスタＱ１〜Ｑ４はオフ状態にされる。ステップａ２，ａ６において正転でも逆転でもないと判断されたとき、ステップａ１０では、エラーが発生したものと判断し、運転を停止する。
【００３３】
図５は、本発明の実施の他の形態の負荷駆動装置１ａの電気的構成を示す電気回路図である。図５に示される実施の形態は、前述の図１〜図４に示される実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付し、また添え字ａを追加して示す。注目すべきはこの実施の形態では、電源用スイッチング制御手段１６ａでは、負荷用スイッチング制御手段６からライン５１を介する同期タイミング信号が与えられ、これによって負荷用スイッチング回路５のオフするタイミングで、電源用スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１のオンするように、電源用スイッチング制御手段１６ａのトランジスタＴｒ１を周期的にオン／オフする位相を調整する。
【００３４】
図６は、図５に示される処理回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。図５および図６に示される実施の形態の動作は、前述の実施の形態に類似し、したがって前述の実施の形態における図３を併せて参照して、動作を説明する。ステップｂ１では、処理回路４１は正逆転指令回路４３の正逆転を指令する信号を受信し、モータ３の正転駆動の指令信号であれば、次のステップｂ２では、負荷用スイッチング回路５に備えられているトランジスタＱ１を前述の図３（４）のようにオン状態に保つ。ステップｂ３では、このトランジスタＱ１と対を成すトランジスタＱ４を、前述の図３（５）と同様にオン状態にする。ステップｂ４，ｂ５では、トランジスタＱ４がオフ状態となる図３に示される時刻ｔ３でローレベルとなり、時刻ｔ３でローレベルとなる同期タイミング信号を、ライン５１から導出する。この同期タイミング信号は、処理回路４１からモータ駆動回路４２を介してライン３８を経てトランジスタＱ４のゲートである制御端子に与えられる負荷用スイッチング制御信号と同期した信号であり、本発明の実施の形態では、ライン３８に導出される負荷用スイッチング制御信号が、図３（５）の波形を有し、ライン５１から、同期タイミング信号として導出される。
【００３５】
図７は、図５に示される電源用スイッチング制御手段１６ａに備えられる３角波発生回路５３の具体的な電気回路を原理的に示す電気回路図である。３角波発生回路５３は、直流電源２の正電圧が耐えられる端子５４に直列に抵抗５５を介してコンデンサ５６が接続される。このコンデンサ５６には並列に、スイッチング素子であるトランジスタ５７と抵抗５８との直列回路が並列に接続される。トランジスタ５７の制御端子であるベースには、前述のライン５１を介して同期タイミング信号５９が与えられる。同期タイミング信号５９がハイレベルであって、負荷用スイッチング回路５のトランジスタＱ４がオン状態となる期間Ｗ１において、トランジスタ５７は導通し、これによってコンデンサ５６からライン６１を経てパルス幅変調回路１８に与えられる出力は零となる。トランジスタＱ４がオフ状態となる同期タイミング信号５９のローレベルの期間Ｗ２では、トランジスタ５７はオフ状態となり、これによってコンデンサ５６は、端子５４からの電圧によって充電され、したがってその時間経過に伴って上昇する電圧がライン６１から導出される。こうして３角波発生回路５３のライン６１から導出される３角波は、トランジスタＴｒ１をパルス幅変調する各パルスの位相を変化可能とし、この位相を、同期タイミング信号５１、したがってトランジスタＱ４のスイッチング動作に正確に同期させることが可能となる。
【００３６】
再び図６を参照して、正逆転指令回路４３によってモータ３の逆転が指令されると、ステップｂ６からｂ７に移り処理回路４１は、負荷用スイッチング回路５のトランジスタＱ２をオン状態に保ち、ステップｂ８では、トランジスタＱ２と対を成すトランジスタＱ３をオン状態とする。ステップｂ９，１０では、処理回路４１はライン５１を介して前述と同様に、トランジスタＱ３がオフ状態となる時刻で同期タイミング信号を導出する。正逆転指令回路４３によってモータ３の正転または逆転のいずれもが指令されないとき、ステップｂ１１では、処理回路４１は、負荷用スイッチング回路５の全てのトランジスタＱ１〜Ｑ４をオフ状態とする負荷用スイッチング制御信号を、ライン３５〜３８に導出し、モータ３を停止した状態とする。図５〜図７に示される本発明の実施の形態のそのほかの構成と動作は、前述の図１〜図４に示される実施の形態と同様である。
【００３７】
図８は、図１〜図４に示される本発明の前述の実施の形態の効果を説明するために用いられる先行技術の動作を説明するための波形図である。先行技術では、本発明の実施の形態を示す図１におけるライン４５が設けられておらず、昇圧スイッチング電源４の動作と負荷用スイッチング制御手段６による負荷用スイッチング回路５の動作とは、時間的に何らの関連付けが行われておらず、すなわち何らの同期動作が行われることはない。このような先行技術では、昇圧スイッチング電源４のトランジスタＴｒ１のオン／オフのスイッチング動作によって、インダクタンス素子１１に流れる電流Ｉ１が、図８（１）に示され、またダイオード１２に流れる電流Ｉ２が図８（２）に示されるように流れる状態で、負荷用スイッチング制御手段６によって直流モータ３の正転駆動のためにトランジスタＱ１がオン状態に保たれ、トランジスタＱ４がオン／オフのスイッチング動作を繰返し、モータ３に流れる電流Ｉ４が図８（３）に示されるように流れる場合を想定する。
【００３８】
トランジスタＱ４がオンして、このモータ３に流れる負荷電流Ｉ４が流れるオン期間が、先行技術では、図８（３）のように、昇圧スイッチング電源４のトランジスタＴｒ１がオン状態であるオン期間と一致する場合が生じる。すなわちインダクタンス素子１１にエネルギを蓄積している状態で、トランジスタＱ１，Ｑ４がオン状態となってモータ３に電力が供給される場合が生じる。これによってライン２４におけるコンデンサ１３の出力電圧が、図８（４）に示されるように大きく変動し、リプル電圧が大きい。コンデンサ１３に流れる電流Ｉ３は、図８（５）に示されるように、大きく変化する。コンデンサ１３に大きなリプル電圧が生じるとき、特に電解コンデンサでは、誘電体である酸化アルミニウムの損傷が大きく、寿命が短くなるという大きな問題が生じる。本発明は、このような図８に示される先行技術の問題を解決する。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、昇圧スイッチング電源のエネルギ蓄積用インダクタンス素子に蓄積された電力をコンデンサおよび負荷に供給する電源用スイッチング素子Ｔｒ１がオフするタイミングで、モータなどの負荷を駆動するために負荷用スイッチング回路をオンし、これによって昇圧スイッチング電源から負荷に与えられる電圧のリプルを減少し、電圧変動を抑制することができ、安定した電圧で負荷を駆動することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の負荷駆動装置１の電気回路図である。
【図２】電源用スイッチング制御手段１６の動作を説明するための波形図である。
【図３】図１に示される負荷駆動装置１の動作を説明するための波形図である。
【図４】図１に示される処理回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の一形態の負荷駆動装置１ａの電気的構成を示す電気回路図である。
【図６】図５に示される処理回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図５に示される電源用スイッチング制御手段１６ａに備えられる３角波発生回路５３の具体的な電気回路を原理的に示す電気回路図である。
【図８】図１〜図４に示される本発明の前述の実施の形態の効果を説明するために用いられる先行技術の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１  負荷駆動装置
２  直流電源
３  直流モータ
４  昇圧スイッチング電源
５  負荷用スイッチング回路
６  負荷用スイッチング制御手段
１１  インダクタンス素子
１２  ダイオード
１３  コンデンサ
１６  電源用スイッチング制御手段
１８  パルス幅変調回路
４１  処理回路
４２  モータ駆動回路
５７  トランジスタ
【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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【図７】
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【図８】
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