JP2004274974A - Pwm駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キャリア信号発生器11で生成した鋸歯状波形又は三角波形のキャリア信号11aと指令信号10aとを第1の比較器13で比較して第1のPWM信号13aを生成し、第1の負荷駆動回路15を介して第1の電動ファン3をPWM制御で運転する。キャリア信号11aを反転回路12で反転させて得た反転キャリア信号12aと指令信号10aとを第2の比較器14で比較して第2のPWM信号14aを生成し、第2の負荷駆動回路16を介して第2の電動ファン4をPWM制御で運転する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つの電動ファン等をPWM(パルス幅変調)制御で駆動するPWM駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電源に対して並列接続された複数の負荷を駆動する負荷制御装置が記載されている(例えば、特許文献1参照。)。この負荷制御装置は、電源(例えば車載バッテリ)に接続された第1及び第2の負荷(例えばヘッドランプ)を同時駆動するためのパルス幅変調(PWM)制御方式のものであって、第1及び第2の負荷にそれぞれ通電するための第1及び第2のスイッチング素子と、駆動指令信号の入力に応じて第1のスイッチング素子をオンオフさせるための第1のPWM信号と第2のスイッチング素子をオンオフさせるための第2のPWM信号とを互いに位相を異ならせた状態で出力する制御回路を備えて構成されている。
【0003】
第1及び第2のPWM信号の位相を互いに異ならせることで、第1及び第2の負荷に流れる負荷電流が同一タイミングで増減されることがなくなり、全体の負荷電流の変化率が2つの負荷を同位相で駆動した場合よりも小さくなる。その結果、電源から各負荷に至る配線などに流れる電流が大きく変化することがなくなり、電磁ノイズの発生が抑制される。さらに、一方のPWM信号の立上りタイミングと他方のPWM信号の立下りタイミングとを一致させることで、全体の負荷電流の変化量を小さくできる。
【0004】
また、電源の出力電流の電流リップルが小さくなるようにして2つの電動ファンを駆動することにより、電源の出力電流の電流リップルに起因して生ずる伝導ノイズを低減するようにした車載用電動ファン装置が記載されている(例えば、特許文献2参照。)。この車載用電動ファン装置は、2つの電動ファンにそれぞれ別々のスイッチ素子を用意し、それら各スイッチ素子のオンオフ動作を互いに半周期ずらしてPWM制御することにより、電源から各電動ファンにそれぞれ分配出力される各駆動電流を互いに半周期ずらして電源から各電動ファンに出力させるようにしている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−43910号公報
【特許文献2】
特開2002−315392号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
2つの電動ファンにそれぞれ別々のスイッチ素子を用意し、それら各スイッチ素子のオンオフ動作を互いにずらしてPWM制御するためには、2系統のPWM信号が必要である。キャリア信号と指令信号とを電圧比較器で比較してPWM信号を生成する回路方式を採用する場合、キャリア信号発生回路を2組設け、第1のキャリア信号を第1の電圧比較器に供給し、第1のキャリア信号に対して所定の位相差を有する第2のキャリア信号を第2の電圧比較器に供給することで、2系統のPWM信号を生成することができる。しかしながら、キャリア信号発生回路を2組設けることによって回路規模が増大する。また、各キャリア信号の周期および位相差が変動すると、伝導ノイズや放射ノイズ(ラジオノイズ)が低減されないことがある。
【0007】
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、キャリア信号とその反転信号とに基づいて2系統のPWM信号を生成することで回路構成の簡略化を図るとともに、伝導ノイズや放射ノイズを低減することのできるPWM駆動装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明に係るPWM駆動装置は、キャリア信号発生器と、キャリア信号と指令信号とを比較して第1のPWM信号を生成する第1の比較器と、第1のPWM信号に基づいて第1の負荷への電力供給を制御する第1の負荷駆動回路と、キャリア信号を反転させて反転キャリア信号を生成する反転回路と、反転キャリア信号と指令信号とを比較して第2のPWM信号を生成する第2の比較器と、第2のPWM信号に基づいて第2の負荷への電力供給を制御する第1の負荷駆動回路とを備える。
【0009】
本発明に係るPWM駆動装置は、キャリア信号に基づいて第1のPWM信号を生成し、反転キャリア信号に基づいて第2のPWM信号を生成するので、単一のキャリア信号発生器で2系統のPWM信号を生成できる。これにより、回路構成を簡略にできる。各PWM信号は位相差を有しているので、各負荷への通電が開始されるタイミングが一致したり、通電が遮断されるタイミングが一致したりすることはない。したがって、負荷電流の変化を小さくでき、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ(ラジオノイズ)の発生を低減できる。
【0010】
なお、キャリア信号を鋸歯状波形にすることで、一方のPWM信号の立上りタイミングと他方のPWM信号の立下りタイミングとを一致させることができる。これにより、負荷電流の変化を少なくでき、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ(ラジオノイズ)の発生を低減できる。
【0011】
また、キャリア信号を三角波形とすることで、各PWM信号の位相差は180度となる。これにより、各負荷電流の変化を少なくでき、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ(ラジオノイズ)の発生を低減できる。
【0012】
さらに、各負荷が車載用電動ファンである場合には、各電動ファンのPWM運転に伴って発生する放射ノイズ(ラジオノイズ)を低減させることができるので、車載ラジオ装置等に混入するノイズも低減される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【0014】
図1は本発明の一実施の形態に係るPWM駆動装置のブロック構成図である。図1に示すPWM駆動装置1は、車載のバッテリ2から電力の供給を受けて第1及び第2の負荷である2つの電動ファン3,4(例えばラジエータを冷却するためのファンF1およびコンデンサを冷却するためのファンF2)をそれぞれPWM制御で運転するものである。なお、符号5はバッテリ電源給電ケーブル、符号6及び符号7は電動ファン給電ケーブルである。符号+Bはバッテリ2の正電源、符号GNDはバッテリ2の負電源(グランド)である。
【0015】
このPWM駆動装置1は、キャリア信号11aを発生するキャリア信号発生器11と、キャリア信号11aを反転させて反転キャリア信号12aを出力する反転回路12と、指令信号10aとキャリア信号11aとを比較して第1のPWM信号13aを生成する第1の比較器13と、指令信号10aと反転キャリア信号12aとを比較して第2のPWM信号14aを生成する第2の比較器14と、第1のPWM信号13aに基づいて第1の電動ファン3に供給する電力をスイッチングする第1の負荷駆動回路15と、第2のPWM信号14aに基づいて第2の電動ファン4に供給する電力をスイッチングする第2の負荷駆動回路16とからなる。
【0016】
キャリア信号発生器11は、鋸歯状波形または三角波形のキャリア信号11aを生成する。キャリア信号発生器11は、アナログ回路構成の鋸歯状波形発生回路または三角波形発生回路を用いて構成してもよいし、D/A変換器を用いて構成してもよい。反転回路12は演算増幅器等を用いて構成している。第1の比較器13は、指令信号10aの電圧値がキャリア信号11aの電圧値を越えている間はHレベルの出力を発生し、それ以外はLレベルの出力を発生する。第2の比較器14は、指令信号10aの電圧値が反転キャリア信号12aの電圧値を越えている間はHレベルの出力を発生し、それ以外はLレベルの出力を発生する。各負荷駆動回路15,16は、MOS−FET等の電力用半導体スイッチング素子を用いて構成している。
【0017】
図2は本実施の形態に係るPWM駆動装置の動作を示すタイミングチャートである。図2は鋸歯状波形のキャリア信号を用いた場合の動作を示している。図2(a)は第1の比較器13の各入力端子に供給されるキャリア信号11aおよび指令信号10aを示し、図2(b)は第1の比較器13から出力される第1のPWM信号13aを示している。図2(c)は第2の比較器14の各入力端子に供給される反転キャリア信号12aおよび指令信号10aを示し、図2(d)は第2の比較器14から出力される第2のPWM信号14aを示している。ここでは、指令信号10aの電圧指令が小,中,大の3段階に対してデューティ25,50,75%のPWM信号が生成される例を示している。図2(e)は全負荷電流を示しており、この全負荷電流は2つの電動ファン3,4に供給される電流の和である。
【0018】
鋸歯状波形のキャリア信号11aに基づいて第1のPWM信号13aを生成し、鋸歯状波形の反転キャリア信号12aに基づいて第2のPWM信号14aを生成することによって、各PWM信号13a,14a間にPWM信号のデューティに対応した位相差(位相ずれ)をもたせることができる。例えば、デューティ25%の場合は270度(−90度)の位相差となり、デューティ50%の場合は180度の位相差となり、デューティ75%の場合は90度(−270度)の位相差となる。
【0019】
何れか一方のPWM信号に基づいて2つの電動ファン3,4を並列に運転した場合には全負荷電流の変化量が2I(Iは1つの電動ファンの電流)となるが、各PWM信号13a,14aの位相をずらすことで、図2(e)に示すように、全負荷電流の変化量はI(ΔI)となる。このように全負荷電流の変化量を小さくすることで、電流変化に伴う伝導ノイズおよび放射ノイズの発生を小さくできる。
【0020】
また、第2のPWM信号14aの立下りタイミングと第1のPWM信号13aの立上りタイミングとが一致するので、第2の電動ファン4への通電が遮断されるときに発生する高調波ノイズと第1の電動ファン3への通電が開始されるときに発生する高調波ノイズとを相殺させることができる。これにより、伝導ノイズおよび放射ノイズの発生を抑制できる。
【0021】
さらに、各PWM信号13a,14aのデューティが50%である場合には、各電動ファン3,4への通電が交互になされるので、全負荷電流の変化がなくなり、伝導ノイズおよび放射ノイズの発生が極めて小さくなる。
【0022】
図3は本実施の形態に係るPWM駆動装置の動作を示すタイミングチャートである。図3は三角波形のキャリア信号を用いた場合の動作を示している。図3(a)は第1の比較器13の各入力端子に供給されるキャリア信号11aおよび指令信号10aを示し、図3(b)は第1の比較器13から出力される第1のPWM信号13aを示している。図3(c)は第2の比較器14の各入力端子に供給される反転キャリア信号12aおよび指令信号10aを示し、図3(d)は第2の比較器14から出力される第2のPWM信号14aを示している。ここでは、指令信号10aの電圧指令が小,中,大の3段階に対してデューティ25,50,75%のPWM信号が生成される例を示している。図3(e)は全負荷電流を示しており、この全負荷電流は2つの電動ファン3,4に供給される電流の和である。
【0023】
三角波形のキャリア信号11aに基づいて第1のPWM信号13aを生成し、三角波形の反転キャリア信号12aに基づいて第2のPWM信号14aを生成することによって、各PWM信号13a,14a間に180度の位相差(位相ずれ)をもたせることができる。PWM信号のデューティが変化しても各PWM信号13a,14a間の位相差は180度で一定である。
【0024】
何れか一方のPWM信号に基づいて2つの電動ファン3,4を並列に運転した場合には全負荷電流の変化量が2I(Iは1つの電動ファンの電流)となるが、各PWM信号13a,14a間の位相差を180度にすることで、図3(e)に示すように、全負荷電流の変化量はI(ΔI)となる。このように全負荷電流の変化量を小さくすることで、電流変化に伴う伝導ノイズおよび放射ノイズの発生を小さくできる。
【0025】
さらに、各PWM信号13a,14aのデューティが50%である場合には、各電動ファン3,4への通電が交互になされるので、全負荷電流の変化がなくなり、伝導ノイズおよび放射ノイズの発生が極めて小さくなる。
【0026】
図1に示したように、自動車等の車両においては、車載のバッテリ2からPWM駆動装置1へバッテリ電源を供給するバッテリ電源給電ケーブル5の配線長が長くなることが多い。このため、各電動ファン3,4を同期させて運転させた場合、バッテリ電源給電ケーブル5の電流変化が大きく、バッテリ電源給電ケーブル5から放射ノイズが発生し、車載ラジオ等の混入する虞れがある。これに対して、本実施の形態に係るPWM駆動装置1は、各電動ファン3,4の通電タイミングをずらすことで、負荷電流の変化を小さくしたので、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ(ラジオノイズ)の発生を低減できる。
【0027】
なお、バッテリ電源給電ケーブル5にツイストペアケーブルを用いることで、バッテリ電源給電ケーブル5からのラジオノイズの放射をさらに少なくすることができる。また、各電動ファン3,4へ電力を供給するための各電動ファン給電ケーブル6,7についてもツイストペアケーブルを用いることで、各電動ファン給電ケーブル6,7から放射されるノイズを少なくすることができる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るPWM駆動装置は、キャリア信号に基づいて第1のPWM信号を生成し、反転キャリア信号に基づいて第2のPWM信号を生成する構成としたので、単一のキャリア信号発生器で2系統のPWM信号を生成でき、回路構成を簡略できる。また、各PWM信号は位相差を有しているので、各負荷への通電が開始されるタイミングが一致したり、通電が遮断されるタイミングが一致したりすることはない。したがって、負荷電流の変化を小さくでき、負荷電流の変化に伴う伝導ノイズや放射ノイズ(ラジオノイズ)の発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るPWM駆動装置のブロック構成図である。
【図2】本実施の形態に係るPWM駆動装置において鋸歯状波形のキャリア信号を用いた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図3】本実施の形態に係るPWM駆動装置において三角波形のキャリア信号を用いた場合の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 PWM駆動装置
2 バッテリ
3 電動ファン(第1の負荷)
4 電動ファン(第2の負荷)
5 バッテリ電源給電ケーブル
6,7 電動ファン給電ケーブル
10a 指令信号
11 キャリア信号発生器
11a キャリア信号
12 反転回路
12a 反転キャリア信号
13 第1の比較器
13a 第1のPWM信号
14 第2の比較器
14a 第2のPWM信号
15 第1の負荷駆動回路
16 第2の負荷駆動回路
Claims (4)
- PWM信号を生成するための基準信号であるキャリア信号を発生するキャリア信号発生器と、前記キャリア信号と指令信号とを比較して第1のPWM信号を生成する第1の比較器と、前記第1のPWM信号に基づいて第1の負荷への電力供給をスイッチングする第1の負荷駆動回路と、前記キャリア信号を反転させた反転キャリア信号を生成する反転回路と、前記反転キャリア信号と前記指令信号とを比較して第2のPWM信号を生成する第2の比較器と、前記第2のPWM信号に基づいて第2の負荷への電力供給をスイッチングする第2の負荷駆動回路とを備えることを特徴とするPWM駆動装置。
- 前記キャリア信号発生器は、鋸歯状波形のキャリア信号を生成することを特徴とする請求項1記載のPWM駆動装置。
- 前記キャリア信号発生器は、三角波形のキャリア信号を生成することを特徴とする請求項1記載のPWM駆動装置。
- 前記負荷は車載用電動ファンであることを特徴とする請求項1記載のPWM駆動装置。
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