(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＤＣモータ（２）駆動用スイッチング電源（３）と、単一のコントローラ（１）間にマルチプレクサ回路（８）を設け、前記マルチプレクサ回路（８）の各出力（ａ〜ｎ）と、各スイッチング電源（３）の電圧設定入力（Ｖ０）とを積分コンデンサ（Ｃ）を介して接続するとともに、マルチプレクサ回路（８）の入力とコントローラ（１）を接続し、前記コントローラ（１）から出力電圧設定用の制御信号をマルチプレクサ回路（３）を切り換えて各電源装置（３）に出力し、
その際、出力される制御信号のパルス列の振幅とデューティ比を各スイッチング電源（３）が所定の出力電圧となるようにしたことを特徴とするＤＣモータの制御装置。
【請求項２】
上記積分コンデンサ（Ｃ）と各スイッチング電源（３）の間にバッファ回路（Ｂ）を設けたことを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＤＣモータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣモータは印加電圧を変えるだけで速度制御が簡単にできる。そのため、マイクロコンピュータ（以下、マイコン）制御の駆動源として各分野で用いられている。
【０００３】
特に、ＤＣブラシレスモータは、変速範囲も広く、整流子の腐食やブラシの磨耗がなく、保守もあまり必要としないので、例えば、マイコン制御の冷凍庫や冷蔵庫などのファンモータとして使用されている。
【０００４】
図９にその回路を示す。この回路では、マイコン１がＤＣブラシレスモータ２の回転数を検出してスイッチング電源３の電圧を制御し、速度を一定に調整している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようにマイコンで制御を行う場合、次のような問題があった。
【０００６】
複数台の電源を１台のマイコンで制御しようとすると、電源ごとに制御信号を記憶しておくサンプル＆ホールド回路を必要とする。
【０００７】
すなわち、制御用マイコンは、周知のように制御信号を出力できるＤ／Ａ変換出力を有するものがあり、従来は、前記出力を電源の電圧制御入力に接続することで、図１０に示すように、電圧を直接制御していたが、Ｄ／Ａ変換出力数以上の電源を制御する場合、前記出力を時分割で振り分けるためのマルチプレクサ回路と、その出力を保持するためのサンプル＆ホールド回路が出力ごとに必要になる問題があった。このサンプル＆ホールド回路は、当然ながら制御する回路を必要とするため、コスト高であり、数が増すごとにその制御も複雑になるという問題があった。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、サンプル＆ホールド回路を使用しないで複数台の電源をコントロールできるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、この発明では、複数のＤＣモータ駆動用スイッチング電源と、単一のコントローラ間にマルチプレクサ回路を設け、前記マルチプレクサ回路の各出力と、各スイッチング電源の電圧設定入力とを積分コンデンサを介して接続するとともに、マルチプレクサ回路の入力とコントローラを接続し、前記コントローラから出力電圧設定用の制御信号をマルチプレクサ回路を切り換えて各電源装置に出力し、その際、出力される制御信号のパルス列の振幅とデューティ比を各スイッチング電源が所定の出力電圧となるようにした構成を採用したのである。
【００１０】
このような構成を採用することにより、マルチプレクサ回路の各出力の積分コンデンサは所定の設定電圧をスイッチング電源に出力できる。
【００１１】
このとき、上記積分コンデンサと各スイッチング電源の間にバッファ回路を設けた構成を採用することにより、コンデンサからみたスイッチング電源の制御電圧入力の入力インピーダンスを高くし、逆にスイッチング電源の制御電圧入力からみたコンデンサのインピーダンスを低くできるので、制御信号の応答性やリニアリティを改善できる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、以上のように構成し、マルチプレクサ回路を切り換えて制御信号のパルス列の振幅とデューティ比を各スイッチング電源が所定の制御電圧となるようにしたので、サンプル＆ホールド回路を使用しないでも複数台の電源をコントロールできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のブロック図
【図２】第１実施形態のスイッチング電源のブロック図
【図３】第１実施形態の作用説明図
【図４】第１実施形態の出力ＯＮ／ＯＦＦ回路の回路図
【図５】第１実施形態のスイッチング電源の作用説明図
【図６】第１実施形態の作用説明図
【図７】第２実施形態のブロック図
【図８】第３実施形態のブロック図
【図９】従来例のブロック図
【図１０】従来例のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
この形態は、図１に示すように、複数台のＤＣブラシレスモータ（以下、ＤＣモータ）２を一台のコントローラ１で制御するもので、各ＤＣモータ２ごとに駆動用スイッチング電源３が備えられている。
【００１６】
ＤＣモータ２は、この形態の場合、冷凍庫や冷蔵庫などの送風ファン用のモータとなっている。
【００１７】
駆動用スイッチング電源３は、図２に示すように、汎用のＰＷＭ（パルス幅変調）用の電源ＩＣ４を用いたもので、スイッチングトランジスタ５とリアクトル６の間にフリーホイールダイオード７を並列に設けた降圧型となっている。
【００１８】
前記電源ＩＣ４は、三角波発生回路と比較回路を備え、例えば図３に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆと設定電圧Ｖ０に基づくスライスレベルと内部発振器が発振する三角波とを比較することによりＰＷＭ出力を出力する。
【００１９】
さらに、この電源ＩＣ４は、オン時間の上限を設定するデッドタイムコントロール端子ｄを備えており、この端子をアクティブにすることにより、発振を規制してＰＷＭ出力を停止することができるようになっている。
【００２０】
この各駆動用スイッチング電源３は、図１に示すように、バッファ回路Ｂ、積分コンデンサＣ、マルチプレクサ回路８を介してコントローラ１と接続されている。
【００２１】
すなわち、図１に示すように、ＤＣモータ駆動用スイッチング電源３とコントローラ１との間にマルチプレクサ回路８を設け、そのマルチプレクサ回路８の各出力９と各スイッチング電源３の入力とを、各々積分コンデンサＣとバッファ回路Ｂを介して接続してある。
【００２２】
前記コントローラ１はＤ／Ａ変換出力１１とタイマ回路を内蔵し、複数のＩ／Ｏポート１０を有する制御用マイコン（以下、マイコンとする）１で、図１に示すように、Ｄ／Ａ変換回路出力１１をマルチプレクサ回路８の入力ＩＮと接続し、Ｉ／Ｏポート１０をマルチプレクサ回路８のセレクト入力１３と接続することにより、設定電圧を対応する各スイッチング電源３へ出力できるようになっている。
【００２３】
さらに、マイコン１のＩ／Ｏポート１０”には、各ＤＣモータ２からの検出パルスがインターフェースＩＦを介して入力されており、内部の処理プログラムにより各モータ２の速度検出ができるようになっている。
【００２４】
積分コンデンサＣは、マルチプレクサ出力ａ〜ｎとスイッチング電源３の入力に並列に接続され、マルチプレクサ回路８の出力を保持できるようになっている。
【００２５】
また、積分コンデンサＣには、抵抗Ｒ５が並列に接続されており、所定の時定数で積分コンデンサＣの電荷を放電するようになっている。
【００２６】
バッファ回路Ｂは、図１に示すように、ゲインが１で、高入力インピーダンス、かつ、低出力インピーダンスのボルテージフォロワ回路となっている。
【００２７】
また、この回路には、スイッチング電源３のオンのタイミングをコントロールするためのＯＮ／ＯＦＦ回路１４が設けられている。
【００２８】
ＯＮ／ＯＦＦ回路１４は、図４に示すように、ｐｎｐトランジスタＱ１，Ｑ２とｎｐｎトランジスタＱ３を組み合わせたスイッチ回路で、ｐｎｐトランジスタＱ１のコレクタとエミッタを電源ＩＣ４のデッドタイムコントロール端子ｄと内蔵電源端子Ｖ１に接続し、ベースを抵抗Ｒ２１とＲ２２の接続点と接続してある。このとき、抵抗Ｒ２１の一端を前記ＩＣ４の内蔵電源端子Ｖ１と接続し、抵抗Ｒ２２の一端を接地してあるので、ｐｎｐトランジスタＱ１は内蔵電源端子Ｖ１がオフのときオフとなり、内蔵電源端子Ｖ１がオンのときアクティブとなってオンとなり、内蔵電源端子Ｖ１の電圧がデッドタイムコントロール端子ｄに印加される。一方、前記抵抗Ｒ２１とＲ２２の接続点には、ｐｎｐトランジスタＱ２のコレクタが接続されている。このｐｎｐトランジスタＱ２のエミッタは電源ＩＣ４の内蔵電源端子Ｖ１と接続され、ベースｂはエミッタ接地されたｎｐｎトランジスタＱ３のコレクタの負荷抵抗Ｒ２３とＲ２４の接続点に接続されており、トランジスタＱ３のベースはマイコン１のＩ／Ｏポート１０’と接続されている。
【００２９】
そのため、マイコン１がトランジスタＱ３をオフにすると、トランジスタＱ２がオフになり、電流が流れないので抵抗Ｒ２１とＲ２２の接続点の電位が下がり、トランジスタＱ１はオンとなる。すると、電源ＩＣ４のデッドタイムコントロール端子ｄに、内蔵電源端子Ｖ１の電圧（３ボルト以上）が印加される。ここで、デッドタイムコントロール端子ｄは、ＰＷＭのオン時間の上限を決める端子で、通常、３ボルト以上の電圧が印加されると、つまり、「Ｈ」レベルが入力されると、オン時間が０になり、電源ＩＣ４は動作を停止する。
【００３０】
一方、マイコン１がトランジスタＱ３をオンにすると、トランジスタＱ２がオンとなり、電流が流れて抵抗Ｒ２１とＲ２２の接続点の電位を上昇させる。そのため、トランジスタＱ１がオフとなり、電源ＩＣ４のデッドタイムコントロール端子ｄと内蔵電源端子Ｖ１間には抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９による電圧が印加される。その結果、デッドタイムコントロール端子ｄのオン時間の上限は図４のＲ８とＣ５の時定数で決定されるようになる。
【００３１】
ちなみに、ＯＮ／ＯＦＦ回路１４を使えば回転中のモータ２の停止も容易にできる。すなわち、モータ２を停止させたいときは、トランジスタＱ３をＯＦＦすれば、トランジスタＱ２がＯＦＦとなり、Ｑ１がＯＮとなってデッドタイムコントロール端子ｄを「Ｈ」レベルに保持できるので、スイッチング電源３の出力を停止してモータ２を停止することができる。
【００３２】
なお、ここでは、ＯＮ／ＯＦＦ回路１４をスイッチング電源３ごとに設ける例を示したが、これに限定されるものではなく、一つのＯＮ／ＯＦＦ回路１４の出力を複数のスイッチング電源３に並列に接続するようにしても良いことは明白である。
【００３３】
この形態は、上記のように構成され、次に、その動作を述べることにする。
【００３４】
この回路は、電源をオンにすると、電源ＩＣ４とマイコン１に同時に電圧が印加される。
【００３５】
そのため、電源ＩＣ４の電圧は０Ｖから除々に増加していき、動作開始電圧に達する。このとき、電源ＩＣ４の内蔵電源端子Ｖ１の電圧も除々に上昇しており、この端子Ｖ１に接続された前記ＯＮ／ＯＦＦ回路１４のトランジスタＱ１は、電源ＩＣ４の動作開始電圧に達する前にオンとなる。その際、マイコン１は、動作開始電圧に達しておらず、Ｉ／Ｏポート１０’はインアクティブでトランジスタＱ３はオフであり、トランジスタＱ２もオフである。その結果、電源ＩＣ４のデッドタイムコントロール端子ｄは「Ｈ」レベルに保持されるので、電源ＩＣ４は発振出力を停止した状態を保持する。
【００３６】
一方、マイコン１は、動作開始電圧に達するとプログラムを読み込んで、読み込みが終了すると、前記ＯＮ／ＯＦＦ回路１４に接続されたＩ／Ｏポート１０’をアクティブにする。
【００３７】
Ｉ／Ｏポート１０’がアクティブになると、前記ＯＮ／ＯＦＦ回路１４のトランジスタＱ３はオンとなり、トランジスタＱ２をオンとするので、トランジスタＱ１はオフとなり、電源ＩＣ４のデッドタイムコントロール端子ｄは「Ｌ」レベルになる。その結果、電源ＩＣ４が作動して、スイッチング電源３から電圧が出力される。
【００３８】
このように、マイコン１の起動後にスイッチング電源３を作動させることができるので、制御に空白期間を生じない。
【００３９】
そして、スイッチング電源３が起動すると、マイコン１は、例えば図５に示すように、マルチプレクサ出力ａ〜ｎを切り換えて、各スイッチング電源３に出力電圧に対応した振幅とデューティ比のパルス列を出力する。
【００４０】
すなわち、前記パルス列は、図５に示すように、マイコン１のＤ／Ａ変換出力１１の出力レベルとデューティ比を変更したもので、パルスの周期をＴ、オンの期間をｔＨ、振幅電圧をＶとすると、コンデンサの出力電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖ×ｔＨ／Ｔ
となる。このように、振幅レベルとデューティ比を変えることで、出力電圧を設定できるので、サンプル＆ホールド回路を用いることなく複数の電源の電圧制御ができる。
【００４１】
このとき、積分コンデンサＣは、充放電を繰り返しても所定の電圧を保持できるように十分大きな容量に設定するとともに、並列に接続した抵抗Ｒ５で時定数を設定することで、周期Ｔで正確な電圧を出力できるようにしてある。
【００４２】
この電圧は、バッファ回路Ｂを介してスイッチング電源３の電源ＩＣ４に出力されるが、ここで、仮に、図６の破線のように、バッファ回路Ｂが無い場合を想定すると、前記抵抗Ｒ５のために、電源ＩＣ４の内部回路のアンプの増幅度が低下する。そのため、バッファ回路Ｂを設けることで、電源ＩＣ４と抵抗Ｒ５とを分離し、コンデンサＣから見た入力インピーダンスを高くしてある。さらに、バッファ回路Ｂの出力側に抵抗Ｒ６を設けて、電源ＩＣ４から見たバッファ回路Ｂの出力インピーダンスを高くすることで、電源ＩＣ４の内部回路の増幅度の低下を防ぐとともに、リニアリティの向上も図っている。
【００４３】
このように複数の各スイッチング電源３をサンプル＆ホールド回路を設けることなく制御できる。
【００４４】
図７に第２実施形態としてＯＮ／ＯＦＦ回路１４の他の形態を示す。
【００４５】
この形態は、ＯＮ／ＯＦＦ回路１４を高周波トランスＴを用いた絶縁型のＤＣモータの制御装置に適用したもので、フォトカプラＰ１とＰ２で制御回路とＯＮ／ＯＦＦ回路１４を構成している。
【００４６】
すなわち、電源ＩＣ４に接続されたフォトカプラＰ１にコンパレータｃｏｍｐを接続し、そのフォトカプラＰ１に接続されたコンパレータｃｏｍｐの一方の入力にマイコン１のＤ／Ａ変換出力１１を入力し、他方に検出抵抗ｒ１，ｒ２の検出電圧を入力して電圧設定信号を入力するようになっている。
【００４７】
一方、フォトカプラＰ２は、内部のトランジスタｑ１と接続された出力端子の一方が電源ＩＣ４のデッドタイムコントロール端子ｄと接続され、他方が内蔵電源端子Ｖ１に接続されている。また、フォトカプラＰ２のＬＥＤ１５と接続される入力端子は、マイコン１の出力ポート１０’と電源ＶＤに接続されており、電源オンで、マイコン１が立ち上がるまで、出力ポートは「Ｌ」となり、ＬＥＤ１５が点灯してデッドタイムコントロール端子ｄに基準電圧が印加される。このため、スイッチング電源３は、停止状態を保持する。また、マイコン１が立ち上がって出力ポート１０’を「Ｈ」にすれば、デッドタイムコントロール端子ｄは「Ｌ」となるので、スイッチング電源３は所定の電圧を出力することができる。
【００４８】
図８に第３実施形態を示す。
【００４９】
この形態は、多出力のＰＷＭジエネレータＩＣ２０を用いたもので、ＰＷＭジエネレータＩＣ２０は、マイコン１からの指令で、第１実施形態と同様な図６に示すような制御信号（第１実施形態で述べたのと同じパルス列）を時分割で出力する。出力された制御信号をローパスフィルタ（積分コンデンサ）ＬＰＦでレベル信号に変換して電源ＩＣ４に入力する。
【００５０】
他の構成及び作用については第１実施形態と同じなので、その説明は省略する。
【００５１】
なお、実施形態では、ＤＣブラシレスモータについて述べたが、これに限定されるものではなく、直流電圧で速度制御のできるＤＣモータ全てに適用できるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１  マイコン
２  ＤＣブラシレスモータ
３  スイッチング電源
４  電源ＩＣ
８  マルチプレクサ回路
９  マルチプレクサ出力
１０  Ｉ／Ｏポート
１１  Ｄ／Ａ変換器出力
１２  マルチプレクサ入力
１３  セレクト入力
１４  出力ＯＮ／ＯＦＦ回路
Ｂ  バッファ回路
Ｃ  積分コンデンサ
Ｐ１  フォトカプラ
ｄ  デットタイムコントローラ
Ｖ１  内蔵電源端子
【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】
0004431904.tif 000009
【図９】
0004431904.tif 000010
【図１０】
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