JP2000305636A - デジタルｐｗｍによる電力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電流制限手段が働いた場合でも、ドライバの発
振周期の最小値を容易に予測可能な範囲に限定し、設計
通りの電力を安定して供給するデジタルＰＷＭによる電
力制御方法を提供する。 【解決手段】電流制限手段がドライバをオフするタイミ
ングを基準クロックに同期させ、基準クロックの周期を
負荷電流が０Ａから電流制限設定値まで立上がる時間よ
りも短くしたデジタルＰＷＭによる電力制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基準クロックを基
に全ての制御をデジタルで行うデジタルＰＷＭによる電
力制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は誘導性負荷を定電流で駆動する場
合のデジタルＰＷＭによる従来の電力制御方法の一例を
示すブロック図である。図３を参照すると、基準クロッ
ク１を分周器２で分周して規定するＰＷＭ繰返し周期毎
に出力されるラッチ信号で、カウンタ４はＰＷＭカウン
トデータ３をラッチし、基準クロック１をカウントクロ
ックとしてＰＷＭカウントデータ３で規定されるカウン
ト数をカウントする間、デューティ制御手段７はオン信
号を出力する。

【０００３】ドライバ６はデューティ制御手段７から与
えられるオン信号の状態に従い電源５の出力を接続また
は遮断し、パルス状電圧として出力する。誘導性負荷で
あるモータ８の負荷電流は、ドライバ６が出力するパル
ス状電圧がプラスの時に増加し、パルス状電圧が０また
はマイナスの時に減少するので、定常状態におけるモー
タ８の平均負荷電流はパルス状電圧のオンデューティに
比例する。従って、定常状態においてモータ８の消費電
力はＰＷＭにより一定に制御される。

【０００４】しかし、モータは起動時や出力軸の負荷の
増加時および出力軸がロックした場合に大きな電流が流
れるため、負荷電流検出手段９で負荷電流を検出し、負
荷電流が電流制限設定値を超えた場合は電流制限手段１
０がドライバ６をオフし、ドライバ６およびモータ８の
破損を防止する方法を一般的に用いる。例えば、負荷電
流が増加して電流制限設定値を超えると、電流制限手段
１０がドライバ６に与えているオフ信号を有効にし、ド
ライバ６の出力が強制的にオフされる。ドライバ６がオ
フされると負荷電流は減少するので、負荷電流が電流制
限設定値よりも小さくなった時点でデューティ制御手段
７が出しているオン信号が有効であれば再びドライバ６
はオンする。このような過程を繰返し、負荷電流の最大
値はデューティ制御手段７が出しているオン信号が有効
な間、電流制限設定値付近に制限される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の電流制限手段を
備えたデジタルＰＷＭによる電力制御方法において、電
流制限が働いている状態はドライバおよび電流制限のフ
ィードバック系が一種の発振状態になっており、条件に
よっては高周波のノイズや不要輻射の原因となる。この
時、ドライバのオン・オフ周期は、負荷電流の立上がり
・立下り時間に加え、負荷電流検出手段と電流制限手段
およびドライバの応答性に依存しているため、部品の特
性や負荷条件の変化による変動が大きく、正確な予測は
困難である。

【０００６】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
ので、その目的するところは、電流制限手段が働いた場
合でも、ドライバの発振周期の最小値を容易に予測可能
な範囲に限定し、設計通りの電力を安定して供給するデ
ジタルＰＷＭによる電力制御方法を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基準クロッ
クをカウントするカウンタと、前記基準クロック１周期
の整数倍として定義されるＰＷＭ繰返し周期中に該ＰＷ
Ｍ繰返し周期の始まりから前記カウンタが前記基準クロ
ックを規定数だけカウントする期間にオンまたはオフ信
号を出力するデューティ制御手段と、負荷に電力を供給
するドライバと、負荷電流を検出する負荷電流検出手段
と、負荷電流が電流制限設定値を超えた場合にドライバ
をオフする電流制限手段とを備えたデジタルＰＷＭによ
る電力制御方法において、前記電流制限手段が前記ドラ
イバをオフするタイミングを前記基準クロックに同期さ
せ、前記基準クロックの周期を負荷電流が０Ａから前記
電流制限設定値まで立上がる時間よりも短くすることに
より達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図１は本発明に関わるデジタルＰＷＭに
よる電力制御方法を実現する回路の一実施例を示すブロ
ック図である。

【０００９】図１において、本実施例は誘導負荷である
モータ８に印可する電力を制御する場合を示し、制御の
基準となる基準クロック１、基準クロック１を分周して
ＰＷＭ繰返し周期を規定する分周器２、ＰＷＭ繰返し周
期中のオンまたはオフのカウント数の合計を規定するＰ
ＷＭカウントデータ３、ＰＷＭ繰返し周期中のオンまた
はオフのカウント数をカウントするカウンタ４、パルス
状電圧を発生するための電源５とドライバ６、ドライバ
６のオン信号を発生するデューティ制御手段７、モータ
８に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段９、負
荷電流が電流制限設定値を超えた場合にドライバ６をオ
フさせる電流制限手段１０からなる。

【００１０】次に、本実施例の動作を説明する。本実施
例では、発振周期を負荷電流が０Ａから電流制限設定値
まで立上がる時間よりも短い時間に設定した基準クロッ
ク１を分周器２で２５６カウントした周期をＰＷＭ繰返
し周期とし、８ビットのＰＷＭカウントデータ３で規定
される条件でドライバ６のオン時間を制御し、誘導負荷
であるモータ８に供給する電力のデジタルＰＷＭ制御を
行っており、モータ８の負荷電流は負荷電流検出手段９
で監視され、過電流を検出した場合は電流制限手段１０
がドライバ６をオフする構成としている。まず、基準ク
ロック１を分周器２で２５６分周したＰＷＭ繰返しクロ
ックを、デューティ制御手段７にＰＷＭ繰返し周期の開
始タイミングとして与え、カウンタ４にはＰＷＭカウン
トデータ３のラッチ信号として与える。ＰＷＭ繰返し周
期の開始とともに、デューティ制御手段７はドライバ６
に与えているオン信号を有効にし、カウンタ４はラッチ
信号の立ち下がりでＰＷＭカウントデータ３をロードす
る。

【００１１】カウンタ４が基準クロック１をカウントし
た数が、ＰＷＭカウントデータ３で規定されたドライバ
６のオン時間に相当するカウント数に達した時、デュー
ティ制御手段７はドライバ６に与えているオン信号を無
効にする。ドライバ６はデューティ制御手段７から与え
られるオン信号の状態に従い電源５の出力を接続または
遮断し、パルス状電圧として出力する。モータ８の負荷
電流は、ドライバ６が出力するパルス状電圧がプラスの
時に増加し、パルス状電圧が０またはマイナスの時に減
少するので、定常状態のモータ８の平均負荷電流はパル
ス状電圧のオンデューティに比例する。

【００１２】従って、定常状態のモータ８の平均消費電
力即ちモータ８への平均印可電力はＰＷＭにより一定に
制御される。ここで、モータ８の負荷電流は負荷電流検
出手段９により常に監視されており、モータ８の負荷電
流が電流制限設定値を超えると、負荷電流検出手段９は
電流制限手段１０に与えている過電流検出信号を有効に
する。電流制限手段１０は過電流検出信号の状態を基準
クロック１に同期してラッチし、ドライバ６のオフ信号
を有効にする。電流制限手段１０からオフ信号を与えら
れたドライバ６はモータ８に印可している電源５の出力
を遮断し、モータ８の負荷電流は減少し始める。モータ
８の負荷電流が電流制限設定値よりも小さくなると、負
荷電流検出手段９は過電流検出信号を無効にする。電流
制限手段１０は過電流検出信号の状態を基準クロック１
に同期してラッチし、ドライバ６のオフ信号を無効にす
る。デューティ制御手段７の与えるオン信号が有効であ
れば、ドライバ６は再びモータ８に電源５の出力を接続
し、モータ８の負荷電流は増加しはじめる。このような
過程を繰返し、モータ８の負荷電流は電流制限設定値付
近に制限されるが、電流制限手段１０が過電流検出信号
の状態をラッチするタイミングは基準クロック１に同期
しているので、ドライバ６および電流制限のフィードバ
ック系の発振周期は基準クロック１の周期の整数倍とな
り、容易に予測可能な範囲に限定できる。

【００１３】なお、本実施例では、ハードウエアにより
ＰＷＭ制御および負荷電流の制限を行っているが、一部
の制御をソフトウエアで行ってもよいし、全ての制御を
ソフトウエアで行ってもよい。また、本実施例ではドラ
イバ６のオン時間を制御しているが、オフ時間で制御を
行ってもよい。また、カウンタ４のデータロードはラッ
チ信号の立ち下がりとしているが、立上がりであっても
よい。また、電流制限手段１０はドライバ６に直接オフ
信号を与えているが、オフ信号をデューティ制御手段７
に与えてドライバ６のオン信号を無効にする構成として
もよいし、デューティ制御手段７がドライバ６に与えて
いるオン信号を電流制限手段１０を経てドライバ６に与
える構成にして電流制限時は該オン信号を電流制限手段
１０が遮断してもよい。

【００１４】次に、図２を参照して本実施例における基
準クロックの周期と負荷電流が０Ａから電流制限設定値
まで立上がる時間の関係について説明する。

【００１５】図２（ａ）は図１で示される本実施例の如
く基準クロックの周期を負荷電流が０Ａから電流制限設
定値まで立上がる時間よりも短い時間に設定した場合で
あり、図２（ｂ）は基準クロックの周期を負荷電流が０
Ａから電流制限設定値まで立上がる時間よりも長い時間
に設定した場合である。図２（ａ）を参照すると、モー
タの負荷電流が０Ａから電流制限設定値まで立上がる時
間は基準クロックの約１．５周期であり、基準クロック
の３周期目の立上がりで電流制限が働き、ドライバがオ
フされる。モータの負荷電流は基準クロックの２周期目
の立ち下がりから３周期目の立上がりまでの間、電流制
限設定値を超えて増加するが、ドライバがオフされるこ
とにより減少し始め、基準クロックの３周期目の立ち下
がりで電流制限設定値以下になる。従って、基準クロッ
クの４周期目の立上がりで再びドライバがオンし、モー
タの負荷電流は増加し始める。この時、基準クロックの
周期はモータの負荷電流が０Ａから電流制限設定値まで
立上がる時間よりも短くなるように設定してあるので、
モータの負荷電流は０Ａまで減少していない。

【００１６】このような過程を繰返す結果、ドライバ・
オン区間のモータの平均負荷電流は、おおよそ電流制限
設定値に等しくなり、０Ａから電流制限設定値までの範
囲をＰＷＭ制御できる。

【００１７】図２（ｂ）を参照すると、モータの負荷電
流が０Ａから電流制限設定値まで立上がる時間は基準ク
ロックの約０．７５周期であり、基準クロックの２周期
目の立上がりで電流制限が働き、ドライバがオフされ
る。モータの負荷電流はこの場合も電流制限設定値を超
えて増加するが、基準クロックの２周期目の立上がりで
ドライバがオフされることにより減少し始め、基準クロ
ックの２周期目の立上がりから立ち下がりの間で電流制
限設定値以下になる。従って、基準クロックの３周期目
の立上がりで再びドライバがオンし、モータの負荷電流
は増加し始める。この時、基準クロックの周期はモータ
の負荷電流が０Ａから電流制限設定値まで立上がる時間
はよりも長くなるように設定してあるので、モータの負
荷電流は０Ａまで減少している。

【００１８】このような過程を繰返す結果、ドライバ・
オン区間のモータの平均負荷電流は、おおよそ電流制限
設定値の２分の１になり、０Ａから電流制限設定値の約
２分の１までの範囲しかＰＷＭ制御できないことにな
る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流制限手段がドライバをオフするタイミングを基準ク
ロックに同期させ、基準クロックの周期を負荷電流が０
Ａから電流制限設定値まで立上がる時間よりも短くする
ことにより、電流制限手段が働いた場合でも、ドライバ
の発振周期の最小値を容易に予測可能な範囲に限定し、
設計通りの電力を安定して供給するデジタルＰＷＭによ
る電力制御方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】基準クロックの周期と負荷電流の立上がり時間
の関係を示す説明図。

【図３】従来のデジタルＰＷＭによる電力制御方法の一
例を示すブロック図。

【符号の説明】

１…基準クロック、２…分周器、３…ＰＷＭカウントデ
ータ、４…カウンタ、５…電源、６…ドライバ、７…デ
ューティ制御手段、８…モータ、９…負荷電流検出手
段、１０…電流制限手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準クロックをカウントするカウンタと、
   前記基準クロック１周期の整数倍として定義されるＰＷ
   Ｍ繰返し周期中に該ＰＷＭ繰返し周期の始まりから前記
   カウンタが前記基準クロックを規定数だけカウントする
   期間にオンまたはオフ信号を出力するデューティ制御手
   段と、負荷に電力を供給するドライバと、負荷電流を検
   出する負荷電流検出手段と、負荷電流が電流制限設定値
   を超えた場合に前記ドライバをオフする電流制限手段と
   を備えたデジタルＰＷＭによる電力制御方法において、
   前記電流制限手段が前記ドライバをオフするタイミング
   は前記基準クロックに同期しているとともに、前記基準
   クロックの周期は負荷電流が０Ａから前記電流制限設定
   値まで立上がる時間よりも短いことを特徴とするデジタ
   ルＰＷＭによる電力制御方法。