(57)【要約】【課題】  従来のモータ駆動制御装置と比較して、装置の大型化を招くことなく個々のスイッチング素子の電力損失を低減する。【解決手段】  CPU２は、トランジスタT1とトランジスタT2を、モータＭの駆動PWM信号のパルスの立ち上がり毎に交互にPWM制御するとともに、トランジスタT1をPWM制御しているときトランジスタT2をON制御し、トランジスタT2をPWM制御しているときトランジスタT1をON制御する。【選択図】        図１
2005130653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
このモータに駆動電流を供給する電源供給回路と、
前記モータの回路上流側に設けた第１スイッチング素子と、
前記モータの回路下流側に設けた第２スイッチング素子と、
前記モータの駆動PWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を、生成された駆動PWM信号に基づく設定周波数により交互にPWM制御するとともに、第１スイッチング素子をPWM制御しているとき第２スイッチング素子をON制御し、第２スイッチング素子をPWM制御しているとき第１スイッチング素子をON制御するスイッチング素子制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記スイッチング素子制御手段は、前記モータの駆動PWM信号の周波数と同一の設定周波数により、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を交互にPWM制御することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一対のスイッチング素子を用いてモータをPWM制御するモータ駆動制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ駆動制御装置では、一対のスイッチング素子に与えるパルスのデューティ比を互いに異なるように設定し、モータの回生電流を利用することで、より小さなデューティ比でのモータ駆動を可能としている。
【０００３】
このとき、モータのデューティ比が大きくなると、一方のスイッチング素子を常時ONさせ、他方のスイッチング素子を所定周波数でPWM制御している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２１３２０７号公報（図８(c)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術にあっては、スイッチング素子のON/OFF時に発生するスイッチング損失を、一方のスイッチング素子のみで負担することとなる。このため、一方のスイッチング素子の発熱量が他方よりも多くなり、耐久性が悪いという問題があった。一方、発熱解消のためにスイッチング素子の放熱面積を拡大させた場合、装置の大型化を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、従来技術と比較して、装置の大型化を招くことなく個々のスイッチング素子の電力損失を低減できるモータ駆動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明では、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を、生成されたモータの駆動PWM信号に基づく設定周波数により交互にPWM制御するとともに、第１スイッチング素子をPWM制御しているとき第２スイッチング素子をON制御し、第２スイッチング素子をPWM制御しているとき第１スイッチング素子をON制御する制御手段を設けた。
すなわち、本発明にあっては、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子でスイッチング損失を均等に分担でき、従来技術と比較して、個々のスイッチング素子の電力損失を低減できる。よって、小型で定格の低いスイッチング素子を用いることができ、コストダウンを達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のモータ駆動制御装置の回路構成図である。
【０００９】
実施例１のモータ駆動制御装置は、ブリッジ回路１を構成する一対の正転用トランジスタT1，T2および一対の逆転用トランジスタT3，T4と、ブラシレスＤＣモータ（以下モータ）Ｍと、４つの駆動回路D1，D2，D3，D4と、CPU２と、電源３とを備えている。
【００１０】
モータＭは、ブリッジ回路１の負荷として、トランジスタ（第１スイッチング素子）T1とトランジスタ（第２スイッチング素子）T4との接続部１ａと、トランジスタ（第１スイッチング素子）T3とトランジスタ（第２スイッチング素子）T2との接続部１ｂとの間に接続されている。
【００１１】
トランジスタT1とトランジスタT3との接続部１ｃには、電源３の正電極が接続されている。また、トランジスタT2とトランジスタT4との接続部１ｄには、電源３の負電極（ＧＮＤ）が接続されている。
【００１２】
すなわち、一対の正転用トランジスタT1，T2の直列回路と、一対の逆転用トランジスタT3，T4からなる直列回路が、モータＭおよび電源３に対し並列接続されている。
【００１３】
各トランジスタT1〜T4には、フライホイールダイオードFD1〜FD4がそれぞれ並列に接続されている。これらフライホイールダイオードFD1〜FD4は、モータＭの回転時に発生する逆起電力をモータＭに回帰させ、モータ効率とノイズ低減を図るものである。
【００１４】
各駆動回路D1〜D4は、各トランジスタT1〜T4とCPU２との間に設けられ、CPU２から入力されたPWM信号を増幅してゲート信号とし、このゲート信号を各トランジスタT1〜T4のゲートに出力することにより、各トランジスタT1〜T4をON/OFFさせる。
【００１５】
CPU２は、モータＭの目標回転数と、図外の回転数センサ等により計測したモータＭの実回転数との偏差に基づいて駆動PWM信号を生成し（PWM信号生成手段に相当）、この駆動PWM信号に応じたPWM信号を各駆動回路D1〜D4へ出力することにより、モータＭをPWM制御する。CPU２と各駆動回路D1〜D4により、スイッチング素子制御手段が構成されている。
【００１６】
［モータの駆動方法］
図１において、モータＭを正回転させる場合には、トランジスタT1およびトランジスタT2をONする。すると、モータＭには電流I1が流れ、モータＭが正回転する。
【００１７】
次に、トランジスタT2をOFFすると、モータＭの逆起電力により電流I2が流れる。再度トランジスタT2をON（トランジスタT1，T2が共にON）後に、今度はトランジスタT1をOFFすると、モータＭの逆起電力により電流I3が流れる。
【００１８】
このように、トランジスタT1，T2を共にON→トランジスタT2をOFF→トランジスタT2をON→トランジスタT1をOFF→トランジスタT1をONという流れを繰り返し、トランジスタT1，T2を交互にPWM駆動させることにより、モータＭは正回転を続ける。
【００１９】
また、図２は、モータＭを逆回転させる場合であり、上記の説明において、T1をT3に置き換え、T2をT4に置き換えることで実現できる。すなわち、トランジスタT3，T4を共にON→トランジスタT4をOFF→トランジスタT4をON→トランジスタT3をOFF→トランジスタT3をONという流れを繰り返すことで、モータＭは逆回転を続ける。
【００２０】
次に、作用を説明する。
［モータ駆動制御処理］
図３は、CPU２で実行されるモータ駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。図３の処理は、モータＭを正転させる場合を示し、トランジスタT3，T4は共にOFFとなっている。以下、各ステップについて説明する。
【００２１】
ステップS101では、生成されたモータＭの駆動PWM信号において、パルスの立ち上がり（または立ち下がり）をカウントし、ステップS102へ移行する。
【００２２】
ステップS102では、カウント値が偶数かどうかを判定する。YESの場合にはステップS103へ移行し、NOの場合にはステップS105へ移行する。
【００２３】
ステップS103では、駆動回路D1に対し、あらかじめ設定されたデューティ比となるようにPWM信号を出力し、ステップS104へ移行する。
【００２４】
ステップS104では、駆動回路D2に対し、トランジスタT2をON制御するPWM信号（デューティ比100%）を出力し、本制御を終了する。
【００２５】
ステップS105では、駆動回路D1に対し、トランジスタT1をON制御するPWM信号を出力し、ステップS106へ移行する。
【００２６】
ステップS106では、駆動回路D2に対し、あらかじめ設定されたデューティ比となるようにPWM信号を出力し、本制御を終了する。
【００２７】
［モータ駆動制御作用］
駆動PWM信号のパルスの立ち上がりが奇数の場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS101→ステップS102→ステップS105→ステップS106へと進む流れとなる。すなわち、ステップS105において、トランジスタT1がON制御となり、ステップS106において、トランジスタT2がデューティ制御となる。
【００２８】
一方、駆動PWM信号のパルスの立ち上がりが偶数の場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS101→ステップS102→ステップS103→ステップS104へと進む流れとなる。すなわち、ステップS103において、トランジスタT1がデューティ制御となり、ステップS104において、トランジスタT2がON制御となる。
【００２９】
したがって、トランジスタT1，T2は、駆動PWM信号のパルスの立ち上がり毎、すなわちモータＭの駆動PWM周波数で互い違いにPWM制御とON制御される。
【００３０】
［従来技術の問題点］
トランジスタ（スイッチング素子）の電力損失は、トランジスタがON状態のときよりも、トランジスタをスイッチング(ON/OFF時)させる過渡的な状態のときの方が数倍大きいことが一般的に知られている。
【００３１】
通常、モータ等の負荷をPWM駆動させた場合、このトランジスタのスイッチング変化により車両ラジオノイズの影響が発生する。そのノイズの影響を低減させるために、トランジスタのスイッチングスピード（立ち上がりと立ち下がりの時間）を遅くする対策が行われるが、この結果、スイッチング時間（過渡的な時間）が長くなり、トランジスタの電力損失が増大する。
【００３２】
図４に、従来技術（特開平５−２１３２０７号公報）における各トランジスタのON/OFF状態と電力損失との関係を示す。なお、回路構成は、実施例１と同一構成とする。
【００３３】
図に示すように、従来技術では、モータＭのデューティ比が大きいとき、トランジスタT2は常時ON制御され、トランジスタT1は、モータＭの駆動PWM周波数と同じPWM周波数でデューティ制御される。
【００３４】
ここで、トランジスタT1，T2のON時には、一定の電力損失が発生するが、さらにトランジスタT1には、パルスの立ち上がりと立ち下がりにおいて、スイッチング損失が発生する。よって、トランジスタT1は、トランジスタT2と比較して発熱による電力損失が大きく、耐久性が悪くなる。
【００３５】
［実施例１の電力損失低減作用］
図５に、実施例１の各トランジスタのON/OFF状態と電力損失との関係を示す。
駆動PWM信号のパルスの立ち上がりが１となったとき、トランジスタT1がデューティ制御からON制御に切り替わると同時に、トランジスタT2がON制御からデューティ制御に切り替わる。このとき、トランジスタT1側でスイッチング損失が発生する。
【００３６】
また、トランジスタT2がデューティ制御されている区間では、ONからOFFに切り替わるとき、スイッチング損失が発生する。
【００３７】
パルスの立ち上がりが２となったとき、トランジスタT1がON制御からデューティ制御に切り替わると同時に、トランジスタT2がON制御となる。このとき、トランジスタT2側でスイッチング損失が発生する。
【００３８】
また、トランジスタT1がデューティ制御されている区間では、ONからOFFに切り替わるとき、スイッチング損失が発生する。
【００３９】
すなわち、実施例１では、トランジスタT1，T2を、モータＭの駆動PWM周波数で互い違いにPWM制御とON制御するため、トランジスタT1，T2をOFFする周波数（見かけ上のPWM周波数）は、モータＭの駆動PWM周波数の１／２となる。
【００４０】
したがって、従来技術のトランジスタT1と比較して、トランジスタT1，T2のスイッチング回数が１／２となり、過渡的な時間を短くすることができるため、トランジスタT1，T2のスイッチング損失が低減される。これにより２つのトランジスタT1，T2を合わせた場合の平均電力損失は低減されており、かつ、発熱元が分散されたことにより、各トランジスタの放熱構造が容易となる。
【００４１】
また、トランジスタT1，T2の見かけ上のPWM周波数を、モータＭの駆動PWM周波数の１／２に設定したため、モータＭに印加される電圧のパルスの周波数は、駆動PWM信号のパルスの周波数と一致している。
【００４２】
次に、効果を説明する。
実施例１のモータ駆動制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００４３】
(1) トランジスタT1，T2を、互い違いにPWM制御とON制御するため、個々のトランジスタのスイッチング損失を従来よりも低減できる。よって、小型で定格の低いスイッチング素子を用いることができ、コストダウンを達成できる（請求項１に対応する効果）。
【００４４】
(2) トランジスタT1，T2のON制御とデューティ制御をモータＭの駆動PWM周波数で切り換えるため、生成された駆動PWM信号と同一の適正な周波数でモータＭをPWM駆動しつつ、過渡的な時間を短くして平均化した電力損失を低減できる（請求項２に対応する効果）。
【実施例２】
【００４５】
まず、構成を説明する。
図６は、実施例２の回路構成図である。
実施例２は、モータＭを一方向のみに回転させる回路構成であり、モータＭと電源３の正電極との間にトランジスタT1が接続され、モータＭと電源３の負電極との間にトランジスタが接続T2されている。また、モータＭと並列に、フライホイールダイオードFD1が接続されている。トランジスタT1，T2のゲートは、駆動回路D1，D2を介してCPU２とそれぞれ接続されている。
【００４６】
なお、実施例２の作用は、実施例１と同様であり、図３に示したフローチャートに基づいてトランジスタT1，T2を制御することにより、実施例１と同様の効果が得られる。
【００４７】
さらに、上記実施例１，２から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに説明する。
【００４８】
(イ) モータの回路上流側に設けた第１スイッチング素子とモータの回路下流側に設けた第２スイッチング素子のON/OFF状態を切り換えてモータをPWM制御するモータ駆動制御方法において、
前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を、モータの駆動PWM信号に基づく設定周波数により交互にPWM制御するとともに、第１スイッチング素子をPWM制御しているとき第２スイッチング素子をON制御し、第２スイッチング素子をPWM制御しているとき第１スイッチング素子をON制御することを特徴とするモータ駆動制御方法。
これにより、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子でスイッチング損失を均等に分担でき、従来の方法に比して、個々のスイッチング素子の電力損失を低減できる。
【００４９】
(ロ) 請求項１または請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
前記スイッチング素子制御手段は、生成された駆動PWM信号のパルスの立ち上がりまたは立ち下がり毎に、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を交互にPWM制御することを特徴とするモータ駆動制御装置。
これにより、生成された駆動PWM信号と同一の適正な周波数でモータをPWM駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１のモータ駆動制御装置の回路構成図である。
【図２】モータを反転させた状態を示す説明図である。
【図３】CPUで実行されるモータ駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】従来技術における各トランジスタのON/OFF状態と電力損失との関係を示す図である。
【図５】実施例１の各トランジスタのON/OFF状態と電力損失との関係を示す図である。
【図６】実施例２のモータ駆動制御装置の回路構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｍ  モータ
T1〜T4  トランジスタ
D1〜D4  駆動回路
FD1〜FD4  フライホイールダイオード
１  ブリッジ回路
２  CPU
３  電源
【図１】
2005130653.tif 000003
【図２】
2005130653.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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