(57)【要約】【課題】２つの電動ファンをＰＷＭ運転するＰＷＭ駆動装置において、キャリア信号とその反転信号とに基づいて２系統のＰＷＭ信号を生成することで回路構成の簡略化を図るとともに、電動ファンの運転に伴う伝導ノイズや放射ノイズの発生を低減する。【解決手段】キャリア信号発生器１１で生成した鋸歯状波形又は三角波形のキャリア信号１１ａと指令信号１０ａとを第１の比較器１３で比較して第１のＰＷＭ信号１３ａを生成し、第１の負荷駆動回路１５を介して第１の電動ファン３をＰＷＭ制御で運転する。キャリア信号１１ａを反転回路１２で反転させて得た反転キャリア信号１２ａと指令信号１０ａとを第２の比較器１４で比較して第２のＰＷＭ信号１４ａを生成し、第２の負荷駆動回路１６を介して第２の電動ファン４をＰＷＭ制御で運転する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ信号を生成するための基準信号であるキャリア信号を発生するキャリア信号発生器と、前記キャリア信号と指令信号とを比較して第１のＰＷＭ信号を生成する第１の比較器と、前記第１のＰＷＭ信号に基づいて第１の負荷への電力供給をスイッチングする第１の負荷駆動回路と、前記キャリア信号を反転させた反転キャリア信号を生成する反転回路と、前記反転キャリア信号と前記指令信号とを比較して第２のＰＷＭ信号を生成する第２の比較器と、前記第２のＰＷＭ信号に基づいて第２の負荷への電力供給をスイッチングする第２の負荷駆動回路とを備えることを特徴とするＰＷＭ駆動装置。
【請求項２】
前記キャリア信号発生器は、鋸歯状波形のキャリア信号を生成することを特徴とする請求項１記載のＰＷＭ駆動装置。
【請求項３】
前記キャリア信号発生器は、三角波形のキャリア信号を生成することを特徴とする請求項１記載のＰＷＭ駆動装置。
【請求項４】
前記負荷は車載用電動ファンであることを特徴とする請求項１記載のＰＷＭ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、２つの電動ファン等をＰＷＭ（パルス幅変調）制御で駆動するＰＷＭ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源に対して並列接続された複数の負荷を駆動する負荷制御装置が記載されている（例えば、特許文献１参照。）。この負荷制御装置は、電源（例えば車載バッテリ）に接続された第１及び第２の負荷（例えばヘッドランプ）を同時駆動するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式のものであって、第１及び第２の負荷にそれぞれ通電するための第１及び第２のスイッチング素子と、駆動指令信号の入力に応じて第１のスイッチング素子をオンオフさせるための第１のＰＷＭ信号と第２のスイッチング素子をオンオフさせるための第２のＰＷＭ信号とを互いに位相を異ならせた状態で出力する制御回路を備えて構成されている。
【０００３】
第１及び第２のＰＷＭ信号の位相を互いに異ならせることで、第１及び第２の負荷に流れる負荷電流が同一タイミングで増減されることがなくなり、全体の負荷電流の変化率が２つの負荷を同位相で駆動した場合よりも小さくなる。その結果、電源から各負荷に至る配線などに流れる電流が大きく変化することがなくなり、電磁ノイズの発生が抑制される。さらに、一方のＰＷＭ信号の立上りタイミングと他方のＰＷＭ信号の立下りタイミングとを一致させることで、全体の負荷電流の変化量を小さくできる。
【０００４】
また、電源の出力電流の電流リップルが小さくなるようにして２つの電動ファンを駆動することにより、電源の出力電流の電流リップルに起因して生ずる伝導ノイズを低減するようにした車載用電動ファン装置が記載されている（例えば、特許文献２参照。）。この車載用電動ファン装置は、２つの電動ファンにそれぞれ別々のスイッチ素子を用意し、それら各スイッチ素子のオンオフ動作を互いに半周期ずらしてＰＷＭ制御することにより、電源から各電動ファンにそれぞれ分配出力される各駆動電流を互いに半周期ずらして電源から各電動ファンに出力させるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−４３９１０号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１５３９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
２つの電動ファンにそれぞれ別々のスイッチ素子を用意し、それら各スイッチ素子のオンオフ動作を互いにずらしてＰＷＭ制御するためには、２系統のＰＷＭ信号が必要である。キャリア信号と指令信号とを電圧比較器で比較してＰＷＭ信号を生成する回路方式を採用する場合、キャリア信号発生回路を２組設け、第１のキャリア信号を第１の電圧比較器に供給し、第１のキャリア信号に対して所定の位相差を有する第２のキャリア信号を第２の電圧比較器に供給することで、２系統のＰＷＭ信号を生成することができる。しかしながら、キャリア信号発生回路を２組設けることによって回路規模が増大する。また、各キャリア信号の周期および位相差が変動すると、伝導ノイズや放射ノイズ（ラジオノイズ）が低減されないことがある。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、キャリア信号とその反転信号とに基づいて２系統のＰＷＭ信号を生成することで回路構成の簡略化を図るとともに、伝導ノイズや放射ノイズを低減することのできるＰＷＭ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明に係るＰＷＭ駆動装置は、キャリア信号発生器と、キャリア信号と指令信号とを比較して第１のＰＷＭ信号を生成する第１の比較器と、第１のＰＷＭ信号に基づいて第１の負荷への電力供給を制御する第１の負荷駆動回路と、キャリア信号を反転させて反転キャリア信号を生成する反転回路と、反転キャリア信号と指令信号とを比較して第２のＰＷＭ信号を生成する第２の比較器と、第２のＰＷＭ信号に基づいて第２の負荷への電力供給を制御する第１の負荷駆動回路とを備える。
【０００９】
本発明に係るＰＷＭ駆動装置は、キャリア信号に基づいて第１のＰＷＭ信号を生成し、反転キャリア信号に基づいて第２のＰＷＭ信号を生成するので、単一のキャリア信号発生器で２系統のＰＷＭ信号を生成できる。これにより、回路構成を簡略にできる。各ＰＷＭ信号は位相差を有しているので、各負荷への通電が開始されるタイミングが一致したり、通電が遮断されるタイミングが一致したりすることはない。したがって、負荷電流の変化を小さくでき、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ（ラジオノイズ）の発生を低減できる。
【００１０】
なお、キャリア信号を鋸歯状波形にすることで、一方のＰＷＭ信号の立上りタイミングと他方のＰＷＭ信号の立下りタイミングとを一致させることができる。これにより、負荷電流の変化を少なくでき、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ（ラジオノイズ）の発生を低減できる。
【００１１】
また、キャリア信号を三角波形とすることで、各ＰＷＭ信号の位相差は１８０度となる。これにより、各負荷電流の変化を少なくでき、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ（ラジオノイズ）の発生を低減できる。
【００１２】
さらに、各負荷が車載用電動ファンである場合には、各電動ファンのＰＷＭ運転に伴って発生する放射ノイズ（ラジオノイズ）を低減させることができるので、車載ラジオ装置等に混入するノイズも低減される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態に係るＰＷＭ駆動装置のブロック構成図である。図１に示すＰＷＭ駆動装置１は、車載のバッテリ２から電力の供給を受けて第１及び第２の負荷である２つの電動ファン３，４（例えばラジエータを冷却するためのファンＦ１およびコンデンサを冷却するためのファンＦ２）をそれぞれＰＷＭ制御で運転するものである。なお、符号５はバッテリ電源給電ケーブル、符号６及び符号７は電動ファン給電ケーブルである。符号＋Ｂはバッテリ２の正電源、符号ＧＮＤはバッテリ２の負電源（グランド）である。
【００１５】
このＰＷＭ駆動装置１は、キャリア信号１１ａを発生するキャリア信号発生器１１と、キャリア信号１１ａを反転させて反転キャリア信号１２ａを出力する反転回路１２と、指令信号１０ａとキャリア信号１１ａとを比較して第１のＰＷＭ信号１３ａを生成する第１の比較器１３と、指令信号１０ａと反転キャリア信号１２ａとを比較して第２のＰＷＭ信号１４ａを生成する第２の比較器１４と、第１のＰＷＭ信号１３ａに基づいて第１の電動ファン３に供給する電力をスイッチングする第１の負荷駆動回路１５と、第２のＰＷＭ信号１４ａに基づいて第２の電動ファン４に供給する電力をスイッチングする第２の負荷駆動回路１６とからなる。
【００１６】
キャリア信号発生器１１は、鋸歯状波形または三角波形のキャリア信号１１ａを生成する。キャリア信号発生器１１は、アナログ回路構成の鋸歯状波形発生回路または三角波形発生回路を用いて構成してもよいし、Ｄ／Ａ変換器を用いて構成してもよい。反転回路１２は演算増幅器等を用いて構成している。第１の比較器１３は、指令信号１０ａの電圧値がキャリア信号１１ａの電圧値を越えている間はＨレベルの出力を発生し、それ以外はＬレベルの出力を発生する。第２の比較器１４は、指令信号１０ａの電圧値が反転キャリア信号１２ａの電圧値を越えている間はＨレベルの出力を発生し、それ以外はＬレベルの出力を発生する。各負荷駆動回路１５，１６は、ＭＯＳ−ＦＥＴ等の電力用半導体スイッチング素子を用いて構成している。
【００１７】
図２は本実施の形態に係るＰＷＭ駆動装置の動作を示すタイミングチャートである。図２は鋸歯状波形のキャリア信号を用いた場合の動作を示している。図２（ａ）は第１の比較器１３の各入力端子に供給されるキャリア信号１１ａおよび指令信号１０ａを示し、図２（ｂ）は第１の比較器１３から出力される第１のＰＷＭ信号１３ａを示している。図２（ｃ）は第２の比較器１４の各入力端子に供給される反転キャリア信号１２ａおよび指令信号１０ａを示し、図２（ｄ）は第２の比較器１４から出力される第２のＰＷＭ信号１４ａを示している。ここでは、指令信号１０ａの電圧指令が小，中，大の３段階に対してデューティ２５，５０，７５％のＰＷＭ信号が生成される例を示している。図２（ｅ）は全負荷電流を示しており、この全負荷電流は２つの電動ファン３，４に供給される電流の和である。
【００１８】
鋸歯状波形のキャリア信号１１ａに基づいて第１のＰＷＭ信号１３ａを生成し、鋸歯状波形の反転キャリア信号１２ａに基づいて第２のＰＷＭ信号１４ａを生成することによって、各ＰＷＭ信号１３ａ，１４ａ間にＰＷＭ信号のデューティに対応した位相差（位相ずれ）をもたせることができる。例えば、デューティ２５％の場合は２７０度（−９０度）の位相差となり、デューティ５０％の場合は１８０度の位相差となり、デューティ７５％の場合は９０度（−２７０度）の位相差となる。
【００１９】
何れか一方のＰＷＭ信号に基づいて２つの電動ファン３，４を並列に運転した場合には全負荷電流の変化量が２Ｉ（Ｉは１つの電動ファンの電流）となるが、各ＰＷＭ信号１３ａ，１４ａの位相をずらすことで、図２（ｅ）に示すように、全負荷電流の変化量はＩ（ΔＩ）となる。このように全負荷電流の変化量を小さくすることで、電流変化に伴う伝導ノイズおよび放射ノイズの発生を小さくできる。
【００２０】
また、第２のＰＷＭ信号１４ａの立下りタイミングと第１のＰＷＭ信号１３ａの立上りタイミングとが一致するので、第２の電動ファン４への通電が遮断されるときに発生する高調波ノイズと第１の電動ファン３への通電が開始されるときに発生する高調波ノイズとを相殺させることができる。これにより、伝導ノイズおよび放射ノイズの発生を抑制できる。
【００２１】
さらに、各ＰＷＭ信号１３ａ，１４ａのデューティが５０％である場合には、各電動ファン３，４への通電が交互になされるので、全負荷電流の変化がなくなり、伝導ノイズおよび放射ノイズの発生が極めて小さくなる。
【００２２】
図３は本実施の形態に係るＰＷＭ駆動装置の動作を示すタイミングチャートである。図３は三角波形のキャリア信号を用いた場合の動作を示している。図３（ａ）は第１の比較器１３の各入力端子に供給されるキャリア信号１１ａおよび指令信号１０ａを示し、図３（ｂ）は第１の比較器１３から出力される第１のＰＷＭ信号１３ａを示している。図３（ｃ）は第２の比較器１４の各入力端子に供給される反転キャリア信号１２ａおよび指令信号１０ａを示し、図３（ｄ）は第２の比較器１４から出力される第２のＰＷＭ信号１４ａを示している。ここでは、指令信号１０ａの電圧指令が小，中，大の３段階に対してデューティ２５，５０，７５％のＰＷＭ信号が生成される例を示している。図３（ｅ）は全負荷電流を示しており、この全負荷電流は２つの電動ファン３，４に供給される電流の和である。
【００２３】
三角波形のキャリア信号１１ａに基づいて第１のＰＷＭ信号１３ａを生成し、三角波形の反転キャリア信号１２ａに基づいて第２のＰＷＭ信号１４ａを生成することによって、各ＰＷＭ信号１３ａ，１４ａ間に１８０度の位相差（位相ずれ）をもたせることができる。ＰＷＭ信号のデューティが変化しても各ＰＷＭ信号１３ａ，１４ａ間の位相差は１８０度で一定である。
【００２４】
何れか一方のＰＷＭ信号に基づいて２つの電動ファン３，４を並列に運転した場合には全負荷電流の変化量が２Ｉ（Ｉは１つの電動ファンの電流）となるが、各ＰＷＭ信号１３ａ，１４ａ間の位相差を１８０度にすることで、図３（ｅ）に示すように、全負荷電流の変化量はＩ（ΔＩ）となる。このように全負荷電流の変化量を小さくすることで、電流変化に伴う伝導ノイズおよび放射ノイズの発生を小さくできる。
【００２５】
さらに、各ＰＷＭ信号１３ａ，１４ａのデューティが５０％である場合には、各電動ファン３，４への通電が交互になされるので、全負荷電流の変化がなくなり、伝導ノイズおよび放射ノイズの発生が極めて小さくなる。
【００２６】
図１に示したように、自動車等の車両においては、車載のバッテリ２からＰＷＭ駆動装置１へバッテリ電源を供給するバッテリ電源給電ケーブル５の配線長が長くなることが多い。このため、各電動ファン３，４を同期させて運転させた場合、バッテリ電源給電ケーブル５の電流変化が大きく、バッテリ電源給電ケーブル５から放射ノイズが発生し、車載ラジオ等の混入する虞れがある。これに対して、本実施の形態に係るＰＷＭ駆動装置１は、各電動ファン３，４の通電タイミングをずらすことで、負荷電流の変化を小さくしたので、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ（ラジオノイズ）の発生を低減できる。
【００２７】
なお、バッテリ電源給電ケーブル５にツイストペアケーブルを用いることで、バッテリ電源給電ケーブル５からのラジオノイズの放射をさらに少なくすることができる。また、各電動ファン３，４へ電力を供給するための各電動ファン給電ケーブル６，７についてもツイストペアケーブルを用いることで、各電動ファン給電ケーブル６，７から放射されるノイズを少なくすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るＰＷＭ駆動装置は、キャリア信号に基づいて第１のＰＷＭ信号を生成し、反転キャリア信号に基づいて第２のＰＷＭ信号を生成する構成としたので、単一のキャリア信号発生器で２系統のＰＷＭ信号を生成でき、回路構成を簡略できる。また、各ＰＷＭ信号は位相差を有しているので、各負荷への通電が開始されるタイミングが一致したり、通電が遮断されるタイミングが一致したりすることはない。したがって、負荷電流の変化を小さくでき、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ（ラジオノイズ）の発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＰＷＭ駆動装置のブロック構成図である。
【図２】本実施の形態に係るＰＷＭ駆動装置において鋸歯状波形のキャリア信号を用いた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本実施の形態に係るＰＷＭ駆動装置において三角波形のキャリア信号を用いた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  ＰＷＭ駆動装置
２  バッテリ
３  電動ファン（第１の負荷）
４  電動ファン（第２の負荷）
５  バッテリ電源給電ケーブル
６，７  電動ファン給電ケーブル
１０ａ  指令信号
１１  キャリア信号発生器
１１ａ  キャリア信号
１２  反転回路
１２ａ  反転キャリア信号
１３  第１の比較器
１３ａ  第１のＰＷＭ信号
１４  第２の比較器
１４ａ  第２のＰＷＭ信号
１５  第１の負荷駆動回路
１６  第２の負荷駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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