JP2001268977A - Pwm信号発生方法及びpwm回路 - Google Patents
Pwm信号発生方法及びpwm回路Info
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Abstract
令信号に対するリニアリティ及び応答性の向上を図る。 【解決手段】 オフセット制御回路3においては、三角
波信号に対してプラス又はマイナスの所定量のオフセッ
トが施された三角波信号が生成される一方、切換回路1
7においては、極性判別回路2の判定結果に応じて、第
1乃至第4の比較器5〜8に対して、三角波信号、プラ
ス又はマイナスにオフセットされた三角波信号がそれぞ
れ選択されて出力され、第1乃至第4の比較器5〜8に
おいては、さらに、指令信号又は反転回路4により極性
反転された指令信号が入力され、2つの信号の比較結果
に応じて、従来のようなデットタイムに起因する不感帯
が生ずることなくPWM1〜PWM4信号が出力される
ようになっている。
Description
WM回路に係り、特に、モータの安定した動作確保を図
ったものに関する。
例えば図4に示されたような構成を有してなるものが公
知・周知となっている。以下、図4を参照しつつ、この
従来回路について説明する。この従来のモータ制御用の
PWM(Pulse Width Modulation)回路は、三角波発生回
路(図4においては「三角波」と表記)1と、第1及び
第2の比較・PWM生成回路(図4においては、それぞ
れ「比較器A」、「比較器B」と表記)31,32と、
反転回路(図4においては「反転」と表記)4とを主た
る構成要素としてなり、いわゆるトランジスタブリッジ
に構成された駆動回路9へ、次述するようにPWM信号
を出力し、モータ14の回転制御がなされるよう構成さ
れたものである。
比較・PWM生成回路31,32において、三角波発生
回路1の出力であるいわゆる三角波信号と、モータ14
の駆動状態を指令する指令信号との比較結果に基づい
て、所定の論理回路によって生成、出力されるようにな
っている。第1の比較・PWM生成回路31は、トラン
ジスタブリッジを構成する第1のトランジスタ10に対
する第1のPWM信号PWM1と第2のトランジスタ1
1に対する第2のPWM信号PWM2とを出力するよう
になっている一方、第2の比較・PWM生成回路32
は、トランジスタブリッジ を構成する第3のトランジ
スタ12に対する第3のPWM信号PWM3と第4のト
ランジスタ13に対する第4のPWM信号PWM4とを
出力するようになっている。そして、これらPWM1〜
PWM4信号により対応する第1乃至第4のトランジス
タ10〜13がオン・オフされ、モータ14の回転制御
がなされるようになっている。
大凡2〜3KHz程度である。これに対して、第1乃至
第4のトランジスタ10〜13が、いわゆるパワートラ
ンジスタを用いたものである場合、ターンオフ時間とし
て20μs程度必要となるため、PWM1〜PWM4の
各々の立ち上がりについて、30〜50μs程度のいわ
ゆるデッドタイムを設けて、第1のトランジスタ10と
第2のトランジスタ11との短絡及び第3のトランジス
タ12と第4のトランジスタ13との短絡の保護が図ら
れたものとなっている。
イミング波形が示されており、以下、同図を参照しつつ
この回路の動作について説明すれば、まず、この図5に
は、指令信号(図5(A)参照)が徐々に正方向へ大き
くなり、ピークとなった後、徐々に零V近傍へ低下して
いった場合の各々のPWM信号(図5(B)〜図5
(G)参照)と、第1乃至第4のトランジスタ10〜1
3の動作状態(図5(H)及び図5(I)参照)が示さ
れている。まず、指令信号が零V付近となる以前におけ
る各部の信号を見ると、第1の比較・PWM生成回路3
1内において、三角波発生回路1の出力信号と指令信号
との比較結果として、図5(B)に示されたように、指
令信号>三角波信号の場合に、論理値Highに対応す
る状態となる信号(比較Aout信号)が得られるものと
なっている。一方、第2の比較・PWM生成回路32内
においては、三角波発生回路1の出力信号と、反転回路
4により極性判定された指令信号(図5(A)において
点線で示された信号)との比較結果として、図5(C)
に示されたように、極性判定された指令信号>三角波信
号の場合に、論理値Highに対応する状態となる信号
(比較Bout信号)が得られるものとなっている。
においては、上述の比較Aout信号を基にして、PWM
1及びPWM2の各々のPWM信号が生成、出力される
こととなる。ここで、PWM2は、PWM1を極性反転
して得られるものであるが、先に述べたようにトランジ
スタのターンオフ時間を考慮して、その立ち上がりは、
PWM1の立ち下がりから所定のデッドタイムだけ経過
した後に立ち上がるものとなっている(図5(D)及び
図5(E)参照)。また、PWM1の立ち上がりは、逆
に、PWM2の立ち下がりから所定のデッドタイムだけ
経過した後に立ち上がるものとなっている(図5(D)
及び図5(E)参照)。また、第2の比較・PWM生成
回路32においては、上述の比較Bout信号を基にし
て、PWM3及びPWM4の各々のPWM信号が生成、
出力されることとなる。この場合も先のPWM1及びP
WM2の場合と同様に、トランジスタのターンオフ時間
を考慮して、各々のPWM信号の立ち上がりには、所定
のデッドタイムが考慮されたものとなっている(図5
(F)及び図5(G)参照)。その結果、この動作例の
場合、PWM1とPWM4が同時に論理値Highに対
応する状態となる区間において、第1及び第4のトラン
ジスタ10,13が同時にオン状態とされ、モータ14
を正転状態とする駆動電流が流れることとなる。次に、
指令信号が零V付近となる場合について見ると、この場
合も、PWM1及びPWM2は、第1の比較・PWM生
成回路31において、比較Aout信号を基にして生成、
出力され、また、PWM3及びPWM4は、第2の比較
・PWM生成回路32において、比較Bout信号を基に
して生成、出力されるのは、指令信号が零V付近となる
以前における場合と基本的に同様である。
号が零V付近となると、第1の比較・PWM生成回路3
1における先に述べた比較Aout信号の出力幅と、第2
の比較・PWM生成回路32における先に述べた比較B
out信号の出力幅が近づくことと相俟って、先に説明し
たデッドタイムの影響により、PWM信号が生成されな
くなるいわゆる不感帯が生じる。すなわち、例えば、図
5に示された例で言えば、符号aで示されたPWM1信
号とPWM4信号とは、本来であれば、PWM1信号の
立ち上がりから若干の時間と、PWM4信号の立ち下が
り近傍の若干の時間とが重複するため、この重複区間、
第1及び第4のトランジスタ10,13が同時にオン状
態とされるはずが、PWM1信号の立ち上がりは、本来
の立ち上がりよりデッドタイム分だけ遅れたものとなっ
ているため、双方の信号の重複区間がなくなり、第1及
び第4のトランジスタ10,13は、同時にオン状態と
されなくなる。そのため、モータ14の駆動が所望する
タイミングでなされず、指令信号とモータ14の動作と
の間のいわゆるリニアリティが確保できず、指令信号に
対する応答性が悪く、また、動作効率が不十分であると
いう問題があった。本発明は、上記実情に鑑みてなされ
たもので、従来のような不感帯がなく、指令信号に対す
るリニアリティ、応答性が良好で、しかも、動作効率が
良好なPWM回路を提供するものである。
するため、本発明に係るPWM回路は、4つのトランジ
スタがブリッジ接続されてなるモータの駆動回路へ対し
て、三角波信号と外部から入力される指令信号との比較
結果に応じたPWM信号を出力するよう構成されてなる
PWM回路であって、前記三角波信号を発生する三角波
信号発生手段と、前記指令信号の極性を判定する極性判
別手段と、前記指令信号の極性反転を行う反転手段と、
前記三角波信号又は前記三角波信号に正極側の所定量の
オフセットが施されたプラスオフセット三角波信号のい
ずれかと、前記指令信号とが入力されて、その比較結果
に応じた信号を第1のPWM信号として出力する第1の
比較手段と、前記三角波信号又は前記三角波信号に負極
側の所定量のオフセットが施されたマイナスオフセット
三角波信号のいずれかと、前記指令信号とが入力され
て、その比較結果に応じた信号を第2のPWM信号とし
て出力する第2の比較手段と、前記三角波信号又は前記
三角波信号に正極側の所定量のオフセットが施されたプ
ラスオフセット三角波信号のいずれかと、前記反転手段
の出力信号とが入力されて、その比較結果に応じた信号
を第3のPWM信号として出力する第3の比較手段と、
前記三角波信号又は前記三角波信号に負極側の所定量の
オフセットが施されたマイナスオフセット三角波信号の
いずれかと、前記反転手段の出力信号とが入力されて、
その比較結果に応じた信号を第4のPWM信号として出
力する第4の比較手段と、前記三角波信号発生手段から
出力された三角波信号を入力し、前記三角波信号に対し
て正極側に所定量のオフセットを施したプラスオフセッ
ト三角波信号と、前記三角波信号に対して負極側に所定
量のオフセットを施したマイナスオフセット三角波信号
とを生成すると共に、前記極性判別手段の判定結果に応
じて、前記第1及び第4の比較手段に対して前記三角波
信号を出力する場合には、前記第2及び第3の比較手段
に対してそれぞれ対応するオフセットが施された三角波
信号を出力する一方、前記第1及び第4の比較手段に対
してそれぞれ対応するオフセットが施された三角波信号
を出力する場合には、前記第2及び第3の比較手段に対
して前記三角波信号を出力するオフセット制御手段と、
を具備してなるものである。
M信号の発生に用いる場合と、三角波信号にオフセット
を施した信号をPWM信号の発生に用いる場合とを、指
令信号の極性に応じてオフセット制御手段によって切り
分けできるようにすることで、従来のように各PWM信
号の間に一律にデッドタイムを設けることにより、指令
信号が零Vに近いレベルでPWM信号が生じないという
従来の不都合が確実に回避され、従来のような不感帯が
なく、指令信号に対するリニアリティ、応答性が良好な
PWM回路が提供できることとなるものである。かかる
構成のPWM回路からのPWM信号が印加される駆動回
路は、例えば、第1及び第3のトランジスタのコレクタ
に電源電圧が印加され、また、第2及び第3のトランジ
スタのエミッタは共にアースに接続される一方、第1の
トランジスタのエミッタと第2のトランジスタのコレク
タとが接続されてモータの一方の端子へ、第3のトラン
ジスタのエミッタと第4のトランジスタのコレクタとが
接続さてモータの他方の端子へ、それぞれ接続されてな
り、第1のトランジスタのベースに第1のPWM信号
が、第2のトランジスタのベースに第2のPWM信号
が、第3のトランジスタのベースに第3のPWM信号
が、第4のトランジスタのベースに第4のPWM信号
が、それぞれ印加されるよう構成されてなるものが好適
である。
て、図1乃至図3を参照しつつ説明する。なお、以下に
説明する部材、配置等は本発明を限定するものではな
く、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる
ものである。最初に、図1を参照しつつ第1の構成例に
おけるPWM回路の構成について説明する。なお、図4
に示された従来回路と同一の構成要素については、同一
の符号を付すこととする。このPWM回路S1は、三角
波発生回路1と、極性判別回路2と、オフセット制御回
路3と、反転回路4と、第1乃至第4の比較器5〜8と
を具備してなり、いわゆるトランジスタブリッジに構成
された駆動回路9へ、後述するようにしてPWM信号を
出力し、モータ14の回転制御がなされるよう構成され
たものである。
は、所定の繰り返し周期のいわゆる三角波を発生する公
知・周知の構成を有してなるものである。極性判別手段
としての極性判別回路2は、外部から入力される指令信
号の極性を判別するもので、その判別結果は、オフセッ
ト制御回路3へ入力されるようになっているもので、こ
の発明の実施の形態においては、指令信号が正極性であ
る場合に論理値Highに対応する信号を、指令信号が
負極性である場合に論理値Lowに対応する信号を、そ
れぞれ出力するようになっている。オフセット制御手段
としてのオフセット制御回路3は、極性判別回路2によ
る指令信号の極性判別結果に基づいて三角波発生回路1
の出力信号に所定のオフセットを施して第1乃至第4の
比較器5〜8へ入力するようになっているものである
(詳細は後述)。この発明の実施の形態におけるオフセ
ット制御回路3は、プラスオフセット量制御回路(図1
及び図2においては「+オフセット」と表記)15と、
マイナスオフセット量制御回路(図1及び図2において
は「−オフセット」と表記)16と、切換回路17とを
具備して構成されたものとなっている。
波発生回路1から出力された三角波信号に対して所定の
プラス(正極側)のオフセットを与えて出力するように
なっているものである。一方、マイナスオフセット量制
御回路16は、三角波発生回路1から出力された三角波
信号に対して所定のマイナス(負極側)のオフセットを
与えて出力するようになっているものである。切換回路
17は、三角波発生回路1の出力信号並びにプラスオフ
セット量制御回路15及びマイナスオフセット量制御回
路16のそれぞれの出力信号を、極性判別回路2による
指令信号の極性判別結果に応じて、第1乃至第4の比較
器5〜8へ予め定められた分配規則に従って分配出力す
るようになっているものである。この発明の実施の形態
における切換回路17は、4回路2接点スイッチにより
構成されたものとなっている。すなわち、第1乃至第4
の切換スイッチ18〜21は、同一の構成を有してなる
ものであり、第1の切換スイッチ18を例に採り、その
構成を説明すれば、切換接点18a(19a,20a,
21a)と第1の接点18b(19b,20b,21
b)と第2の接点18c(19c,20c,21c)と
を有して構成されたものとなっている。なお、各構成要
素の後の括弧内の符号は、第2乃至第4の切換スイッチ
19〜21における対応する構成要素の符号である。切
換接点18a(19a,20a,21a)は、極性判別
回路2の出力信号に応じて第1の接点18b(19b,
20b,21b)又は第2の接点18c(19c,20
c,21c)と接続されるようになっており、この発明
の実施の形態においては、極性判別回路2により指令信
号が正極性であると判別されている間、切換接点18a
(19a,20a,21a)は、第1の接点18b(1
9b,20b,21b)に接続され、指令信号が負極性
であると判別されている間、切換接点18a(19a,
20a,21a)は、第2の接点18c(19c,20
c,21c)に接続されるように構成されたものとなっ
ている。そして、第1の切換スイッチ18の第1の接点
18bには、三角波発生回路1の出力段が、第2の接点
18cには、プラスオフセット量制御回路15の出力段
が、それぞれ接続される一方、切換接点18aは、第1
の比較器5の入力段へ接続されたものとなっている。第
2の切換スイッチ19の第1の接点19bには、マイナ
スオフセット量制御回路16の出力段が、第2の接点1
9cには、三角波発生回路1の出力段が、それぞれ接続
される一方、切換接点19aは、第2の比較器6の入力
段へ接続されたものとなっている。また、第3の切換ス
イッチ20の第1の接点20bには、プラスオフセット
量制御回路15の出力段が、第2の接点20cには、三
角波発生回路1の出力段が、それぞれ接続される一方、
切換接点20aは、第3の比較器7の入力段へ接続され
たものとなっている。さらに、第4の切換スイッチ21
の第1の接点21bには、三角波発生回路1の出力段
が、第2の接点21cには、マイナスオフセット量制御
回路16の出力段が、それぞれ接続される一方、切換接
点21aは、第4の比較器8の入力段へ接続されたもの
となっている。
の極性を反転して出力するもので、それ自体は公知・周
知の回路構成を有してなるもので、従来のPWM回路に
おいて用いられていたものと基本的に変わるところがな
いものである。なお、反転回路4により極性反転された
指令信号を、以下、便宜的に「反転指令信号」と言う。
第1乃至第4の比較器5〜8は、指令信号又は反転回路
4の出力信号のいずれかと、オフセット制御回路3の出
力信号とが入力されて、これらの入力信号の比較結果を
PWM信号として生成、出力するようになっているもの
である。すなわち、まず、第1の比較器(図1において
は「比較器1」と表記)5は、オフセット制御回路3の
出力信号と指令信号とを入力し、双方の入力信号の比較
結果に応じて、後述する駆動回路9を構成する第1のト
ランジスタ10(図1においては「TR1」と表記)に
対するPWM信号であるPWM1信号(第1のPWM信
号)が出力されるようになっているものである(詳細は
後述)。なお、図1に示された第1乃至第4の比較器5
〜8においては、指令信号がオフセット制御回路3の出
力信号を越えている間に論理値Highに対応する信号
が出力される側の出力段を「out」と、また、この出力
段「out」の信号を反転した信号が出力される出力段を
「out*」と、それぞれ表記している。第2の比較器
(図1においては「比較器2」と表記)6は、オフセッ
ト制御回路3の出力信号と指令信号とを入力し、双方の
入力信号の比較結果に応じて、後述するトランジスタブ
リッジを構成する第2のトランジスタ(図1においては
「TR2」と表記)11に対するPWM信号であるPW
M2信号(第2のPWM信号)が出力されるようになっ
ているものである(詳細は後述)。なお、この発明の実
施の形態においては、第2の比較器6の出力段「ou
t*」からの出力信号が、PWM2信号とされている。
また、第3の比較器(図1においては「比較器3」と表
記)7は、オフセット制御回路3の出力信号と反転指令
信号とを入力し、双方の入力信号の比較結果に応じて、
後述するトランジスタブリッジを構成する第3のトラン
ジスタ(図1においては「TR3」と表記)12に対す
るPWM信号であるPWM3信号(第3のPWM信号)
が出力されるようになっているものである(詳細は後
述)。さらに、第4の比較器(図1においては「比較器
4」と表記)8は、オフセット制御回路3の出力信号と
反転指令信号とを入力し、双方の入力信号の比較結果に
応じて、後述するトランジスタブリッジを構成する第4
のトランジスタ(図1においては「TR4」と表記)1
3に対するPWM信号であるPWM4信号(第4のPW
M信号)が出力されるようになっているものである(詳
細は後述)。なお、この発明の実施の形態においては、
第4の比較器8の出力段「out*」からの出力信号が、
PWM4信号とされている。
ッジと称される公知・周知の回路構成を有してなるもの
で、この発明の実施の形態においては、npn形の第1
乃至第4のトランジスタ10〜13がブリッジ接続され
てモータ14への通電が可能なように構成されたものと
なっている。すなわち、まず、第1のトランジスタ10
のエミッタと第2のトランジスタ11のコレクタとが接
続されると共に、モータ14の一方の端子に接続されて
いる一方、第3のトランジスタ12のエミッタと第4の
トランジスタ13のコレクタとが接続されると共に、モ
ータ14の他方の端子に接続されたものとなっている。
また、第1及び第3のトランジスタ10,12のコレク
タ同士が接続されると共に、電源電圧Vccが印加される
ようになっている一方、第2及び第4のトランジスタ1
1,13のエミッタ同士が接続されると共に、アースに
接続されたものとなっている。そして、第1及び第4の
トランジスタ10,13が共にオン状態となる場合に
は、第1のトランジスタ10、モータ14、第4のトラ
ンジスタ13という経路でモータ14の駆動電流が流れ
ることとなる(便宜上、この場合を「正転状態」とす
る)。一方、第2及び第3のトランジスタ11,12が
共にオン状態となる場合には、第3のトランジスタ1
2、モータ14、第2のトランジスタ11という経路で
モータ14の駆動電流が流れることとなる(便宜上、こ
の場合を「逆転状態」とする)。
3を参照しつつ説明する。最初に、指令信号が比較的大
きい場合、換言すれば、指令信号が零V付近になく、従
来回路でも正常に動作する範囲にある場合について説明
する。図3に示されたタイミングチャートの例において
は、指令信号が最初に零Vとなる時刻tc1以前における
このPWM回路の動作について説明する。指令信号が極
性判別回路2により正極性であると判別されると(図3
(E)参照)、切換回路17においては、第1乃至第4
の切換スイッチ18〜21の切換接点18a,19a,
20a,21aは、第1の接点18b,19b,20
b,21b側へ接続される。このため、第1及び第4の
比較器5,8へは、三角波発生回路1の出力信号がオフ
セットを受けることなくそのまま入力される(図3
(A)において実線で表された三角波信号及び図3
(D)において実線で表された三角波信号参照)一方、
第2の比較器6へは、マイナスオフセット量制御回路1
6によりマイナス側へ所定量のオフセットが施された三
角波信号(以下「マイナスオフセット三角波信号」と言
う)が(図3(B)において実線で表された三角波信号
参照)、また、第3の比較器7へは、プラスオフセット
量制御回路15によりプラス側へ所定量のオフセットが
施された三角波信号(以下「プラスオフセット三角波信
号」と言う)が(図3(C)において実線で表された三
角波信号参照)、それぞれ入力されることとなる。
(図3(A)において実線で表された曲線参照)が三角
波信号を越えている間、論理値Highに対応するPW
M1信号が出力され、第1のトランジスタ10のベース
に印加される(図3(F)参照)。また、第2の比較器
6からは、マイナスオフセット三角波信号が指令信号
(図3(B)において実線で表された曲線参照)を越え
ている間、論理値Highに対応するPWM2信号が出
力され、第2のトランジスタ11のベースに印加される
(図3(G)参照)。さらに、第3の比較器7からは、
反転指令信号(図3(C)において点線で表された曲線
参照)がプラスオフセット三角波信号を越えている間、
論理値Highに対応するPWM3信号が出力され、第
3のトランジスタ12のベースに印加される(図3
(H)参照)。またさらに、第4の比較器8からは、三
角波信号が反転指令信号(図3(D)において点線で表
された曲線参照)を越えている間、論理値Highに対
応するPWM4信号が出力され、第4のトランジスタ1
3のベースに印加される(図3(I)参照)。
は、PWM1信号とPWM4信号が重複する区間、第1
及び第4のトランジスタ10,13が同時にオン状態と
なり、また、PWM2信号とPWM3信号が重複する区
間、第2及び第3のトランジスタ11,12が同時にオ
ン状態となる。一方、図3において、時刻tc1までの間
においては、PWM2信号とPWM3信号とが重複する
区間はなく、PWM1信号とPWM4信号が、図3
(J)に示されたように重複区間が生じ、それに対応し
て第1及び第4のトランジスタ10,13が同時にオン
状態となり、モータ14は正転状態に駆動されることと
なる。この時刻tc1までの間においては、指令信号が時
刻tc1以降に比して、比較的高いレベルにあるため、P
WM1信号とPWM4信号、PWM2信号とPWM3信
号のそれぞれにおいて、従来と異なり、デッドタイムの
影響により重複区間が生じない、換言すれば不感帯が生
ずるということがなく、上述のように正常にモータ14
が駆動されることとなる。
(図3において時刻tc1以降)における動作について説
明すれば、次述するようなものとなる。まず、時刻tc1
で指令信号が零Vとなり、その後、負極性側で零Vに極
近いレベルで変化する場合(図3において時刻tc1〜時
刻tc2までの間)について説明すれば、指令信号が零V
を過ぎ、それまでの正極性から負極性に転ずると、極性
判別回路2の出力は、それまでの論理値Highに相当
する状態から論理値Lowに相当する状態となる(図3
(E)参照)。そのため、切換回路17において、第1
乃至第4の切換スイッチ18〜21の切換接点18a,
19a,20a,21aは、第2の接点18c,19
c,20c,21c側へ接続されることとなる。したが
って、第1の比較器5へは、プラスオフセット量制御回
路15によりプラス側へ所定量のオフセットが施された
プラスオフセット三角波信号(図3(A)において実線
で表された三角波信号参照)が入力されることとなる。
また、第2及び第3の比較器6,7へは、三角波発生回
路1の出力信号がオフセットを受けることなくそのまま
入力されることとなる(図3(B)において実線で表さ
れた三角波信号及び図3(C)において実線で表された
三角波信号参照)。さらに、第4の比較器8へは、マイ
ナスオフセット量制御回路16によりマイナス側へ所定
量のオフセットが施されたマイナスオフセット三角波信
号が入力されることとなる(図3(D)において実線で
表された三角波信号参照)。
信号とプラスオフセット三角波信号との比較結果に応じ
てPWM1信号が、第2の比較器6からは、指令信号と
三角波信号との比較結果に応じてPWM2信号が、第3
の比較器7からは、反転指令信号と三角波信号との比較
結果に応じてPWM3信号が、第4の比較器8からは、
反転指令信号とマイナスオフセット三角波信号との比較
結果に応じてPWM4信号が、それぞれ出力されること
となる(図3(F)〜図3(I)参照)。ここで、この
時刻tc1〜時刻tc2の間は、指令信号の極性が反転し
て、モータ14が逆転方向で駆動される領域であり、い
わゆる従来のデッドタイムを考慮しなければ、指令信号
が零V近傍であることから、本来は、PWM2信号の立
ち下がり近傍とPWM3信号の立ち上がり近傍、PWM
2信号の立ち上がり近傍とPWM3信号の立ち下がり近
傍のそれぞれにおいて、それぞれ重複区間が生ずるとこ
ろ、従来回路ではこの僅かな重複区間にデッドタイムを
考慮することにより、重複区間が消滅して、第2及び第
3のトランジスタ11,12が同時に駆動されることは
無かった(図5において指令信号が零V付近の場合の同
図(E),(F),(I)参照)。これに対して、本発
明の実施の形態におけるPWM回路S1においては、こ
の時刻tc1〜時刻tc2の区間、第2の比較器6からは、
三角波信号が指令信号を越えている間、論理値High
に対応するPWM2信号が、また、第3の比較器7から
は、反転指令信号が三角波信号を越えている間、論理値
Highに対応するPWM3信号が、それぞれ出力さ
れ、PWM2信号の立ち下がり近傍とPWM3信号の立
ち上がり近傍において、また、PWM2信号の立ち上が
り近傍とPWM3信号の立ち下がり近傍において、従来
ではデッドタイムのために双方の信号の重複区間が生じ
得なかった部分に、それぞれ重複区間が生ずるため(図
3(G)及び図3(H)参照)、その重複区間、第2及
び第3のトランジスタ11,12が同時にオン状態とさ
れることとなる(図3(K)参照)。
り、その後、正極性側で零V近傍のレベルで変化する場
合(図3において時刻tc2以降)について説明すれば、
まず、指令信号の負極性から正極性への反転に伴い、極
性判別回路2の出力は、再び論理値Highの状態とな
る(図3(E)参照)。そのため、切換回路17におい
て、第1乃至第4の切換スイッチ18〜21の切換接点
18a,19a,20a,21aは、第1の接点18
b,19b,20b,21b側へ接続され、先に説明し
た時刻tc1以前と同じ状態となる。したがって、第1の
比較器5からは、指令信号が三角波信号を越えている
間、論理値Highに対応するPWM1信号が、第2の
比較器6からは、マイナスオフセット三角波信号が指令
信号を越えている間、論理値Highに対応するPWM
2信号が、第3の比較器7からは、反転指令信号がプラ
スオフセット三角波信号を越えている間、論理値Hig
hに対応するPWM3信号が、第4の比較器8からは、
三角波信号が反転指令信号を越えている間、論理値Hi
ghに対応するPWM4信号が、それぞれ出力されるこ
ととなる(図3(F)〜図3(I)参照)。
おいては、本来は、PWM1信号の立ち上がり近傍とP
WM4信号の立ち下がり近傍において、また、PWM1
信号の立ち下がり近傍とPWM4信号の立ち上がり近傍
において、それぞれ重複区間が生ずるところであるが、
従来回路ではこの僅かな重複区間にデッドタイムを考慮
することにより、重複区間が消滅して、第1及び第4の
トランジスタ10,13が同時に駆動されることは無か
った(図5において指令信号が零V付近の場合の同図
(D),(G),(H)参照)。これに対して、本発明
の実施の形態におけるPWM回路S2においては、上述
のように第1及第4の比較器5,8には、三角波発生回
路1の出力がそのまま入力されるため、従来はデッドタ
イムによりPWM1信号とPWM4信号の重複区間が生
じなかった部分でも信号の重複部分が生じ、第1及び第
4のトランジスタ10,13が同時にオン状態とされる
こととなる(図3(F),(I),(J)参照)。
参照しつつ説明する。なお、図1に示された構成要素と
同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳
細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第2の回路構成例におけるPWM回路S2は、先の
図1に示されたオフセット制御回路3におけるオフセッ
ト量が固定であったのに対して、指令信号の傾き、すな
わち時間変化に対する指令信号の大きさの変化に応じて
三角波信号に対するオフセット量が調整されるよう構成
された点が異なるものである。そして、この点を除いて
は、この第2の回路構成例におけるPWM回路S2は、
基本的に先のPWM回路S1と同一に構成されてなるも
のである。
り及び立ち下がりは、先に図3を参照しつつ説明したこ
とから判るように、三角波信号、プラスオフセット三角
波信号、マイナスオフセット三角波信号のいずれかと指
令信号とが交差する点で定まる。したがって、指令信号
の傾きが図3に示されたものと異なると、当然の事なが
らPWM1〜PWM4信号の各々の立ち上がり及び立ち
下がりがずれ、それに伴いそれぞれのパルス幅も変化す
ることとなる。特に、指令信号の傾きが極端に異なるよ
うな場合には、図3を参照しつつ説明したようにはPW
M1〜PWM4信号が生成されないこともあり得る。こ
の第2の回路構成例においては、このような不都合を解
消すべく、指令信号の傾きに応じてオフセット制御回路
3Aにおけるオフセット量を可変としたものである。
回路15A及びマイナスオフセット制御回路16Aは、
共に三角波発生回路1の出力信号が入力されると共に、
指令信号が入力されるようになっており、その基本的な
構成は同様なものとなっている。そして、プラスオフセ
ット制御回路15A及びマイナスオフセット制御回路1
6Aにおいては、まず、微少時間Δtにおける指令信号
のレベルの変化ΔLが検出され、この微少時間Δtとレ
ベル変化ΔLとから指令信号の傾き(ΔL/Δt)が算
出されるようになっている。プラスオフセット制御回路
15A及びマイナスオフセット制御回路16Aには、そ
の内部に、種々の指令信号の傾き(ΔL/Δt)に対す
る最適なオフセット量がいわゆる変換テーブルとして予
め記憶されており、演算により指令信号の傾き(ΔL/
Δt)が算出されると、このテーブルが参照されてオフ
セット量が決定され、三角波発生回路1の出力信号に対
してオフセットが施されるようになっている。なお、算
出された指令信号の傾き(ΔL/Δt)に対応する値が
テーブルに無い場合には、公知・周知のいわゆる補間に
よってオフセット量を決定するようにすればよい。ま
た、指令信号の傾き(ΔL/Δt)は、適宜な所定の時
間間隔で算出するようにすると好適である。さらに、テ
ーブルを用いることに代えて、指令信号の傾き(ΔL/
Δt)からオフセット量を決定する演算式を実験やシュ
ミレーション等に基づいて定めて、この演算式を用いて
オフセット量を決定するようにしてもよいものである。
8等の他の部分は、先に図1で説明したものと基本的に
同一の構成、動作を有するものである。したがって、こ
のPWM回路S2の動作も、オフセット制御回路3Aに
おけるオフセット量が指令信号の傾き(ΔL/Δt)に
よって変わる点を除けば、先に図3を参照しつつ述べた
と基本的に同様であり、変わるところがないので、ここ
での詳細な説明は省略することとする。
は、npn形のトランジスタを用いた構成例を示した
が、勿論これに限定される必要はなく、pnp形であっ
てもよく、また、バイポーラ以外のトランジスタによっ
て構成されたものであってもよいものである。
三角波信号を適宜オフセットすることにより、従来のよ
うなデッドタイムによる不感帯が生ずるようなことがな
いので、指令信号に対するリニアリティ及び応答性が良
好で、そのため、動作効率が良好なPWM回路が提供で
きるという効果を奏するものである。特に、オフセット
量を指令信号の傾きに応じて可変する場合には、指令信
号の傾きに関わらず、必要なデッドタイムを確保しつ
つ、しかも従来のようなデッドタイムによる不感帯が生
ずるようなことがないので、指令信号に対するリニアリ
ティ及び応答性がより良好で、そのため、より動作効率
が良好なPWM回路が提供できるという効果を奏するも
のである。
の構成例を示す構成図である。
の構成例を示す構成図である。
ける動作タイミングを示すタイミングチャートであり、
図3(A)は第1の比較器に入力されるオフセット制御
回路の出力信号及び指令信号を示す波形図、図3(B)
は第2の比較器に入力されるオフセット制御回路の出力
信号及び指令信号を示す波形図、図3(C)は第3の比
較器に入力されるオフセット制御回路の出力信号及び反
転指令信号を示す波形図、図3(D)は第4の比較器に
入力されるオフセット制御回路の出力信号及び反転指令
信号を示す波形図、図3(E)は指令信号を示す波形
図、図3(F)はPWM1信号を示す波形図、図3
(G)はPWM2信号を示す波形図、図3(H)はPW
M3信号を示す波形図、図3(I)はPWM4信号を示
す波形図、図3(J)は第1及び第4のトランジスタが
同時にオン状態となるタイミングを示すタイミング図、
図3(K)は第2及び第3のトランジスタが同時にオン
状態となるタイミングを示すタイミング図である。
すタイミングチャートであり、図5(A)は三角波信号
及び指令信号を示す波形図、図5(B)は第1の比較・
PWM生成回路内における三角波信号と指令信号の比較
結果を示す波形図、図5(C)は第2の比較・PWM生
成回路内における三角波信号と反転指令信号の比較結果
を示す波形図、図5(D)は第1のPWM信号を示す波
形図、図5(E)は第2のPWM信号を示す波形図、図
5(F)は第3のPWM信号を示す波形図、図5(G)
は第4のPWM信号を示す波形図、図5(H)は第1及
び第4のトランジスタが同時にオン状態となるタイミン
グを示すタイミング図、図5(I)は第2及び第3のト
ランジスタが同時にオン状態となるタイミングを示すタ
イミング図である。
例) 17…切換回路
Claims (4)
- 【請求項1】 4つのトランジスタがブリッジ接続され
てなるモータ駆動回路へ対して、三角波信号と外部から
入力される指令信号との比較結果に応じたPWM信号を
出力するよう構成されてなるPWM回路におけるPWM
信号発生方法であって、 基準となる三角波信号に対して正極側の所定量のオフセ
ットを施したプラスオフセット三角波信号と、基準とな
る三角波信号に対して負極側の所定量のオフセットを施
したマイナスオフセット三角波信号とを生成し、 前記指令信号が正極性の場合には、前記基準となる三角
波信号と前記指令信号との比較結果に応じて第1のPW
M信号を、前記マイナスオフセット三角波信号と前記指
令信号との比較結果に応じて第2のPWM信号を、前記
プラスオフセット三角波信号と前記指令信号を極性反転
した信号との比較結果に応じて第3のPWM信号を、前
記基準となる三角波信号と前記指令信号を極性反転した
信号との比較結果に応じて第4のPWM信号を、それぞ
れ出力する一方、 前記指令信号が負極性の場合には、前記プラスオフセッ
ト三角波信号と前記指令信号との比較結果に応じて第1
のPWM信号を、前記基準となる三角波信号と前記指令
信号との比較結果に応じて第2のPWM信号を、前記基
準となる三角波信号と前記指令信号を極性反転した信号
との比較結果に応じて第3のPWM信号を、前記マイナ
スオフセット三角波信号と前記指令信号を極性反転した
信号との比較結果に応じて第4のPWM信号を、それぞ
れ出力することを特徴としてなるPWM信号発生方法。 - 【請求項2】 4つのトランジスタがブリッジ接続され
てなるモータの駆動回路へ対して、三角波信号と外部か
ら入力される指令信号との比較結果に応じたPWM信号
を出力するよう構成されてなるPWM回路であって、 前記三角波信号を発生する三角波信号発生手段と、 前記指令信号の極性を判定する極性判別手段と、 前記指令信号の極性反転を行う反転手段と、 前記三角波信号又は前記三角波信号に正極側の所定量の
オフセットが施されたプラスオフセット三角波信号のい
ずれかと、前記指令信号とが入力されて、その比較結果
に応じた信号を第1のPWM信号として出力する第1の
比較手段と、 前記三角波信号又は前記三角波信号に負極側の所定量の
オフセットが施されたマイナスオフセット三角波信号の
いずれかと、前記指令信号とが入力されて、その比較結
果に応じた信号を第2のPWM信号として出力する第2
の比較手段と、 前記三角波信号又は前記三角波信号に正極側の所定量の
オフセットが施されたプラスオフセット三角波信号のい
ずれかと、前記反転手段の出力信号とが入力されて、そ
の比較結果に応じた信号を第3のPWM信号として出力
する第3の比較手段と、 前記三角波信号又は前記三角波信号に負極側の所定量の
オフセットが施されたマイナスオフセット三角波信号の
いずれかと、前記反転手段の出力信号とが入力されて、
その比較結果に応じた信号を第4のPWM信号として出
力する第4の比較手段と、 前記三角波信号発生手段から出力された三角波信号を入
力し、前記三角波信号に対して正極側に所定量のオフセ
ットを施したプラスオフセット三角波信号と、前記三角
波信号に対して負極側に所定量のオフセットを施したマ
イナスオフセット三角波信号とを生成すると共に、前記
極性判別手段の判定結果に応じて、前記第1及び第4の
比較手段に対して前記三角波信号を出力する場合には、
前記第2及び第3の比較手段に対してそれぞれ対応する
オフセットが施された三角波信号を出力する一方、前記
第1及び第4の比較手段に対してそれぞれ対応するオフ
セットが施された三角波信号を出力する場合には、前記
第2及び第3の比較手段に対して前記三角波信号を出力
するオフセット制御手段と、 を具備してなることを特徴とするPWM回路。 - 【請求項3】 オフセット制御手段は、三角波信号を正
極側に所定量オフセットして出力するプラスオフセット
量制御回路と、 三角波信号を負極側に所定量オフセットして出力するマ
イナスオフセット量制御回路と、 極性判別手段によって、指令信号が正極性であると判定
された場合に、第1及び第4の比較手段に対して前記三
角波信号を、第2の比較手段に対して前記マイナスオフ
セット量制御回路の出力信号を、第3の比較手段に対し
て前記プラスオフセット量制御回路の出力信号を、それ
ぞれ出力する一方、極性判別手段によって、指令信号が
負極性であると判定された場合に、第1の比較手段に対
して前記プラスオフセット量制御回路の出力信号を、第
2及び第3の比較手段に対して前記三角波信号を、第4
の比較手段に対して前記マイナスオフセット量制御回路
の出力信号を、それぞれ出力するよう構成されてなる切
換回路と、 を具備してなることを特徴とする請求項2記載のPWM
回路。 - 【請求項4】 オフセット制御手段は、指令信号の傾き
に応じて三角波信号を正極側にオフセットして出力する
プラスオフセット量制御回路と、 指令信号の傾きに応じて三角波信号を負極側にオフセッ
トして出力するマイナスオフセット量制御回路と、 極性判別手段によって、指令信号が正極性であると判定
された場合に、第1及び第4の比較手段に対して前記三
角波信号を、第2の比較手段に対して前記マイナスオフ
セット量制御回路の出力信号を、第3の比較手段に対し
て前記プラスオフセット量制御回路の出力信号を、それ
ぞれ出力する一方、極性判別手段によって、指令信号が
負極性であると判定された場合に、第1の比較手段に対
して前記プラスオフセット量制御回路の出力信号を、第
2及び第3の比較手段に対して前記三角波信号を、第4
の比較手段に対して前記マイナスオフセット量制御回路
の出力信号を、それぞれ出力するよう構成されてなる切
換回路と、 を具備してなることを特徴とする請求項2記載のPWM
回路。
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- 2000-03-17 JP JP2000074998A patent/JP4516656B2/ja not_active Expired - Fee Related
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