(57)【要約】【課題】  モータ制御起動状態とモータ制御停止状態で昇圧回路の駆動周期を切り替えて、モータ制御起動状態では、PWMの周期やビートノイズを低減でき、モータ制御停止状態では、消費電力、ノイズ、発熱の低減を行うことができるモータ駆動回路を提供すること。【解決手段】  モータ２の正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路部１１と、ブリッジ回路の制御を行なう各駆動制御部１２〜１５と、各駆動制御部１２〜１５へ制御信号を出力するCPU１０と、各駆動制御部１２〜１５の信号レベルを昇圧する昇圧回路部１６と、を有するモータ駆動回路１において、CPU１０は、昇圧回路部１６へ出力する昇圧回路駆動信号を、モータ制御起動状態とモータ制御停止状態で切り換えるCPU１０によるステップＳ１，Ｓ３，Ｓ６の処理を備えた。【選択図】        図１
2007174736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の制御を行なうモータ駆動制御部と、
前記モータ駆動制御部へ制御信号を出力するCPUと、
前記モータ駆動制御部の信号レベルを昇圧する昇圧回路部と、
を有するモータ駆動回路において、
前記CPUは、
前記昇圧回路部へ出力する昇圧回路駆動信号を、モータ制御起動状態とモータ制御停止状態で切り換える切換手段を備えた、
ことを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動回路において、
前記昇圧回路部は、チャージポンプにより昇圧を行う構成であり、
前記切換手段は、チャージポンプの駆動周波数を切り換える、
ことを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ駆動回路において、
前記モータ駆動制御部及び前記CPUは、モータ駆動制御をPWM制御で行ない、
前記切換手段が切り換えた、チャージポンプの駆動周波数は、前記PWM制御周波数の整数倍である、
ことを特徴とするモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路と、ブリッジ回路の制御を行なうモータ駆動制御部と、モータ駆動制御部へ制御信号を出力するCPUと、モータ駆動制御部の信号レベルを昇圧する昇圧回路部と、を有するモータ駆動回路の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、Ｎチャネル型パワーMOSFETのゲートを昇圧回路により充電してパワーMOSFETをオンさせる場合において、供給端子とゲートの間にＰチャネル型MOSFETとダイオードを直列に接続し、MOSFETを制御信号1Vinの立ち上がり後、MOSFETとダイオードによりゲートを電源電圧近傍まで急速充電している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−６６７００号公報（第２−５頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来にあっては、負荷を駆動している場合と駆動していない場合とで、昇圧回路の動作についての考慮がなく、問題であった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、モータ制御起動状態とモータ制御停止状態で昇圧回路の駆動周期を切り替えて、モータ制御起動状態では、PWMの周期やビートノイズを低減でき、モータ制御停止状態では、消費電力、ノイズ、発熱の低減を行うことができるモータ駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、モータの正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の制御を行なうモータ駆動制御部と、前記モータ駆動制御部へ制御信号を出力するCPUと、前記モータ駆動制御部の信号レベルを昇圧する昇圧回路部と、を有するモータ駆動回路において、前記CPUは、前記昇圧回路部へ出力する昇圧回路駆動信号を、モータ制御起動状態とモータ制御停止状態で切り換える切換手段を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、モータ制御起動状態では、PWMの周期やビートノイズを低減でき、モータ制御停止状態では、消費電力、ノイズ、発熱の低減を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のモータ駆動回路を実現する実施の形態を、実施例１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のモータ駆動回路のブロック図である。
モータ駆動回路１は、CPU１０、ブリッジ回路部１１、右回転ハイサイド駆動回路部１２、左回転ハイサイド駆動回路部１３、右回転ローサイド駆動回路部１４、左回転ローサイド駆動回路部１５、昇圧回路部１６、発振回路部１７、センサ入力部１８を主要な構成とし、モータ２を駆動制御する。
【０００９】
CPU１０は、要求情報に対応して、必要なモータ駆動指令値を演算し、各駆動回路部１２〜１５へ出力する。
ブリッジ回路部１１は、Ｈ型ブリッジ回路であり、各ブリッジ部分にFET１１１〜１１４を設け、対向するFETをONにすることにより、DCモータであるモータ２の正転、逆転を駆動制御する。
右回転ハイサイド駆動回路部１２、左回転ハイサイド駆動回路部１３、右回転ローサイド駆動回路部１４、左回転ローサイド駆動回路部１５は、CPU１０からの駆動指令値に従って、ブリッジ回路部１１のFET１１１〜１１４に駆動信号を出力する。
【００１０】
昇圧回路部１６は、駆動信号を大きな電圧の信号に昇圧する。
発振回路部１７は、CPU１０が正確なPWM信号等を生成するようクロック出力を行う。
センサ入力部１８は、CPU１０が駆動指令値（駆動信号）を出力するのに必要なセンサ入力を行う。
【００１１】
図２に示すのは、昇圧回路部１６の回路図である。
昇圧回路部１６は、抵抗Ｒ１，Ｒ２、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３、コンデンサＣ１，Ｃ２、ダイオードＤ１，Ｄ２、電源V2からなる。
【００１２】
作用を説明する。
[昇圧回路について]
ここで、昇圧回路についての技術的背景について、さらに説明する。
ランプやソレノイド等を駆動するためのハイサイドスイッチや、直流モータを駆動するためのＨブリッジ回路等においては、電源の負荷との接続を断続するスイッチング素子に、Ｎチャンネル型のパワーMOSFETが用いられている。これは、Ｎチャンネル型のパワーMOSFETでは、ＯＮ時の抵抗値が低く大電流を流すことができるためであるが、このようにＮチャネル型パワーMOSFETを用いて電源と負荷とを接続するには、Ｎチャネル型パワーMOSFETのゲートを、そのゲート電圧がドレインに印加される電源電圧より高い電圧になるまで充電する必要がある。
【００１３】
その高い電圧を生成する昇圧回路をIC化しやすい構成とするために、従来では、０Ｖから電源電圧に至るまでの電流は電源から供給し、電源電圧以上の電圧を得るための電流のみ昇圧回路から供給している。また、電流の供給元を分けて昇圧回路の負担分を減らしてコンデンサの容量を小さくしている。
しかしながら、ＩＣ化を目的とせず、個別部品で構成する場合には、部品点数が増加するため高コストになってしまうという問題があり、また、負荷を駆動している場合と駆動していない場合とで、昇圧回路の動作について考慮されていないという問題があった。
本実施例１では、これらの問題を解決している。
【００１４】
[チャージポンプ駆動周波数変更処理]
図３に示すのは、実施例１のモータ駆動回路のCPUで実行されるチャージポンプの駆動周波数変更の処理の流れを示すフローチャートで、以下各ステップについて説明する。なお、本フローチャートは、図１に示すモータ２が、人の操作を軽く行えるようにアシスト力を付与するアシストアクチュエータとして用いられ、アシスト起動判定によりアシスト制御が行われ、アシスト停止判定によりアシスト制御を停止する処理にチャージポンプの駆動周波数変更の処理が組み込まれたものである。
この実施例１の応用例となるアシスト力の付与及びその構成については、後に説明する。
【００１５】
ステップＳ１では、イグニッションスイッチのONにより、初期設定として、チャージポンプの駆動周波数を１６kHzとする。
【００１６】
ステップＳ２では、アシスト起動判定を行い、アシストを行うかどうかを判断し、アシストを行うならばステップＳ３へ進み、アシストを行わないならばステップＳ６へ進む。
【００１７】
ステップＳ３では、駆動時間処理として、チャージポンプの駆動周波数を３２kHzに変更する。
【００１８】
ステップＳ４では、アシスト制御処理として、モータ２の駆動を行なう。
【００１９】
ステップＳ５では、アシスト停止判定を行い、アシストを停止するかどうかを判断し、アシストを停止するならばステップＳ６へ進み、アシストを停止しないならばステップＳ３へ戻る。
【００２０】
ステップＳ６では、待機時間処理として、チャージポンプの駆動周波数を１６kHzに変更し、ステップＳ２へ戻る。
【００２１】
[チャージポンプ作用]
実施例１の昇圧回路部１６は、コンデンサＣ１，Ｃ２を用いたチャージポンプ方式である。
実施例１の昇圧回路部１６では、CPU１０からの昇圧回路駆動信号を入力電圧V1とする。この昇圧回路駆動信号は、所定周波数の電圧波形である。
これによって、トランジスタＱ３をオン、オフさせることにより、トランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオンオフさせる。トランジスタＱ１，Ｑ２は、一方がオンのとき、他方がオフとなる。
【００２２】
つまり、まずトランジスタＱ２がオン、Ｑ１がオフになることで、電源V2からダイオードＤ１、コンデンサＣ１、トランジスタＱ２の流れにより、コンデンサＣ１への充電が行われる。次に、トランジスタＱ１がオン、Ｑ２がオフになることで、電源V2からダイオードＤ１、Ｄ２、コンデンサＣ２の流れに加えて、コンデンサＣ１からダイオードＤ２、コンデンサＣ２の流れにより、コンデンサＣ２への充電を行い、コンデンサＣ２からの放電出力により、昇圧した出力を行う。
【００２３】
[チャージポンプの駆動周波数の切り換え作用]
チャージポンプ方式の昇圧回路部１６の性質として、出力電流と出力電圧とチャージポンプ駆動周波数には、コンデンサに蓄えられた電荷を放出（出力電流）することによって、電圧が低下する特性（図４参照）と、コンデンサに電荷を蓄える回数（駆動周波数）によって、定リップルでの出力電流が増加する性質がある（図５参照）。
【００２４】
実施例１のモータ駆動回路１は、モータ２を駆動していない時間が長くとも、良好な立ち上がりを必要とされる場合に、有用である。
つまり、待機時間中では、負荷、つまりモータ２を駆動していないため、ブリッジ回路部１１のハイサイド側となるFET１１１，１１２、つまりパワーMOSFETはＯＦＦ状態であり、チャージポンプの出力電流が必要とされない。しかし、ゼロ電圧から所定の電圧まで瞬時に立ち上げるには、回路構成上、コスト高となってしまう。
【００２５】
そのため、実施例１では、モータ制御起動中とモータ制御停止中に分けて、チャージポンプの駆動周波数、つまりCPU１０からの昇圧回路駆動信号を切り換える。
モータ制御停止中では、チャージポンプの駆動周波数、つまりCPU１０からの昇圧回路駆動信号を可聴周波数に入らない限界、１６kHzまで低くしている（ステップＳ１，Ｓ６）。
これにより、昇圧回路部１６を消費電力が低く、低発熱となり、且つ低ノイズ化された、待機状態にすることができ、この状態が期間的に長いほど、この効果を高く得ることができる。
【００２６】
これに対して、モータ制御起動中には、チャージポンプの駆動周波数、つまりCPU１０からの昇圧回路駆動信号を、３２kHzまで高くする（ステップＳ３）。
これによって、パワーMOSFETであるFET１１１〜１１４のゲート・ソース端子間容量をチャージするための電荷をチャージポンプが速やかに供給し、ブリッジ回路部１１のFET１１１〜１１４を導通させるのに充分なゲート電圧が速やかに発生することができる。
【００２７】
また、モータ制御停止状態からモータ制御起動状態へ切り換わる際には、モータ制御停止状態において、チャージポンプを止めることなく、比較的低い周波数で、作動している待機状態にすることにより、良好な速い応答時間を得ることができ、速やかにモータ制御停止状態からモータ制御起動状態へ切り換わることができる。
【００２８】
[ビートノイズ低減作用]
実施例１では、モータ２をPWM制御し、ブリッジ回路部１１のローサイド側のパワーMOSFET、つまりFET１１３，１１４を、モータ出力調整のためのPWM制御信号で駆動している。この出力調整のための信号では、可聴域が１０〜１６kHzであるのに対して、１６kHzの可聴域外に設定している。
【００２９】
このPWM周期と、チャージポンプの駆動の周期、つまりCPU１０からの昇圧回路駆動信号の周期が整数倍にない場合、その差分がビートとして可聴域に現れ、モータコイルの唸り音等のノイズ発生原因となる。
これに対して、実施例１では、チャージポンプの駆動周波数、つまりCPU１０からの昇圧回路駆動信号の周波数をPWM周期の整数倍まで上昇させ、３２kHzとしているので、ノイズを抑制することができる。
【００３０】
効果を説明する。
実施例１のモータ駆動回路にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３１】
(1)モータ２の正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路部１１と、ブリッジ回路の制御を行なう右回転ハイサイド駆動回路部１２、左回転ハイサイド駆動回路部１３、右回転ローサイド駆動回路部１４、左回転ローサイド駆動回路部１５と、各駆動制御部１２〜１５へ制御信号を出力するCPU１０と、各駆動制御部１２〜１５の信号レベルを昇圧する昇圧回路部１６と、を有するモータ駆動回路１において、CPU１０は、昇圧回路部１６へ出力する昇圧回路駆動信号を、モータ制御起動状態とモータ制御停止状態で切り換えるCPU１０によるステップＳ１，Ｓ３，Ｓ６の処理を備えたため、モータ制御起動状態では、PWMの周期やビートノイズを低減でき、モータ制御停止状態では、消費電力、ノイズ、発熱の低減を行うことができる。
【００３２】
(2)昇圧回路部１６は、チャージポンプにより昇圧を行う構成であり、CPU１０はステップＳ１，Ｓ３，Ｓ６の処理により、チャージポンプの駆動周波数を切り換えるため、駆動周波数が低い待機状態から、速やかにモータ制御起動状態へ移行でき、待機状態で駆動周波数を低くすることで、消費電力、ノイズ、発熱の低減を行うことができ、モータ制御起動状態では、必要充分な駆動周波数まで高めて良好な制御を行なうことができる。
【００３３】
(3)右回転ハイサイド駆動回路部１２、左回転ハイサイド駆動回路部１３、右回転ローサイド駆動回路部１４、左回転ローサイド駆動回路部１５及びCPU１０は、モータ駆動制御をPWM制御で行ない、CPU１０が、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ６の処理で切り換えた、チャージポンプの駆動周波数は、PWM制御周波数の整数倍であるため、ビートノイズを低減することができる。
【００３４】
（応用例）
図６は実施例１のモータ駆動回路を用いた自動変速機のセレクトアシスト装置の例である。
自動変速機のセレクトアシスト装置は、図６に示すように、コントローラ３、コントロールケーブル４、自動変速機５、位置センサ６、セレクト部７、アシストアクチュエータ８を主要な構成としている。
さらに、セレクト部７は、セレクトレバー７１、セレクトノブ７２、第１回転部７３、ウォーム部７６、第２回転部７７、取り付け部７８、回転軸７９を主要な構成としている。
【００３５】
自動変速機のセレクトアシスト装置では、セレクトレバー７１と連結する第１回転部７３と、自動変速機５の制御アーム５１にコントロールケーブル４で連結する第２回転部７７を、所定の遊び量で相対変位量を許容しつつ、それ以上の相対変位量では、機械的に連結する遊び許容連結機構７４を設けている。
第２回転部７７には、ウォーム部７６を設け、アシストアクチュエータ８のピニオン部８１と係合させ、コントローラ３の制御で制御する。
つまり、実施例１のモータ駆動回路がコントローラ３の内部に設けられ、モータがアシストアクチュエータ８となる。
【００３６】
セレクトレバー７１を操作すると、第１回転部７３と第２回転部７７の相対変位量が変化し、これを位置センサ６により検出し、第１回転部７３の動きに第２回転部７７が追従して動くように、コントローラ３による制御でアシストアクチュエータ８が駆動する。
これにより、セレクトレバー７１は軽く操作できるようになる。
しかも、フェール時には、所定の遊び量を超えて操作すれば、機械的に連結して、セレクトレバー７１の操作でアシストアクチュエータの出力なしに、手動操作のみで、制御アーム５１を作動させて、レンジ切り換えを行うこともできる。
【００３７】
このような自動変速機のセレクトアシスト装置では、負荷、つまりアシストアクチュエータ８を駆動している時間よりも、駆動していない時間、つまり待機時間の方がはるかに長く、且つ待機状態から駆動状態に速やかに移行しなければアシスト遅れとなり、遊び量がなくなり機械的に連結することが生じ、当接する感じが違和感を生じさせることになる。
【００３８】
実施例１のモータ駆動回路１が例えば、この自動変速機のセレクトアシスト装置に用いられると、昇圧回路部１６がチャージポンプを低い周波数で駆動する待機状態が駆動状態に比較して非常に長い期間となるため、省消費電力、低発熱、低ノイズの高い効果を得ることができる。
さらに、待機状態では、昇圧回路部１６がチャージポンプを完全に停止させるのでなく、低い周波数で駆動するため、速やかに駆動状態に移行することができ、アシスト遅れを生じさせず、違和感を生じさせないようにできる。
【００３９】
以上、本発明のモータ駆動回路を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
実施例１では、昇圧回路への昇圧回路駆動信号をCPU１０から出力し、CPU１０で実行される処理により、周波数の切り換えを行ったが、専用の回路により昇圧回路駆動信号の出力と切り換えを行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本願のモータ駆動回路は、モータの駆動以外の駆動回路であっても利用は容易である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例１のモータ駆動回路のブロック図である。
【図２】昇圧回路部の回路図である。
【図３】実施例１のモータ駆動回路のCPUで実行されるチャージポンプの駆動周波数変更の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施例１のモータ駆動回路の昇圧回路部の出力電流と出力電圧の関係を示すグラフ図である。
【図５】実施例１のモータ駆動回路の昇圧回路部の駆動周波数と出力電流の関係を示すグラフ図である。
【図６】実施例１の応用例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  モータ駆動回路
１１  ブリッジ回路部
１２  右回転ハイサイド駆動回路部
１３  左回転ハイサイド駆動回路部
１４  右回転ローサイド駆動回路部
１５  左回転ローサイド駆動回路部
１６  昇圧回路部
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗
Ｑ１〜Ｑ３  トランジスタ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｖ１  入力電圧
Ｖ２  電源電圧
１７  発振回路部
１８  センサ入力部
２  モータ
３  コントローラ
４  コントロールケーブル
５  自動変速機
５１  制御アーム
６  位置センサ
７  セレクト部
７１  セレクトレバー
７２  セレクトノブ
７３  第１回転部
７４  許容連結機構
７６  ウォーム部
７７  第２回転部
７８  取り付け部
７９  回転軸
８  アシストアクチュエータ
８１  ピニオン部
【図１】
2007174736.tif 000003
【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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