JP2013081114A

JP2013081114A - Ｐｗｍ出力装置及びモータ駆動装置

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Publication number: JP2013081114A
Application number: JP2011220655A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Minami; 真寛南
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: US20130093377A1; US8816621B2; US9374032B2; US20140354207A1; JP5901926B2

Abstract

【課題】ＰＷＭ出力幅を細かい単位で正確に制御する。
【解決手段】正相と逆相のＰＷＭ信号に対するデッドタイム挿入処理を以下のように行う。ＰＷＭ信号の出力幅が所定のデッドタイム期間よりも大きく設定された基準期間よりも小さい場合はクリア信号を出力し、大きい場合はセット信号を出力する。セット信号が出力された場合は、ＰＷＭ信号を補正ＰＷＭ信号として出力する。クリア信号が出力された場合は、正相のＰＷＭ信号をインアクティブとする補正を行って補正ＰＷＭ信号として出力する。デッドタイム挿入ブロックは補正ＰＷＭ信号に対して、正相と逆相の信号が同時にオンすることを防ぐようにデッドタイムを挿入する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体集積回路に関し、特にモータ制御用のＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）出力装置に関する。

近年、世界規模で環境問題への対応が求められる。中でも、洗濯機、エアコン等の家電製品に対して省エネ要求が厳しくなってきている。これらの家電製品に搭載される三相モータを制御する為に、ＰＷＭ出力装置を搭載したマイコンが広く用いられている。

一般的に三相モータの制御には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の出力が用いられる。ＰＷＭ出力装置は、三相モータを制御するために、各相について正相と逆相の制御信号を出力する。三相モータを精度よく回転させる為には、三相モータを制御する正相および逆相のＰＷＭ出力のＯＮ／ＯＦＦ期間を細かく調整しなければならない。しかし、モータ機器に接続する配線遅延や温度ばらつきなどにより、精度良い調整を行う事は非常に困難を極める。そこで、精度良く且つ細かく制御可能なＰＷＭ出力装置の実現が望まれている。

正相ＰＷＭ出力と逆相ＰＷＭ出力とは互いに相補的であり、基本的には一方がＯＮの時、もう一方はＯＦＦとなる。しかしながら、マイコンに接続されるモータ機器の配線等の遅延、またその温度的な特性により、同時にＯＮする可能性がある。正相ＰＷＭ出力と逆相ＰＷＭ出力が同時にＯＮした場合、短絡によりモータ制御機器に貫通電流が流れてしまう。モータ機器の正常な動作を保証するために、このような現象を避けることが望まれる。

正相ＰＷＭ出力と逆相ＰＷＭ出力の同時ＯＮを防ぐ為に、デッドタイムを設定する方法が知られている。デッドタイムとは、モータ制御用のＰＷＭ出力に対して、正相ＰＷＭ出力と、逆相ＰＷＭ出力が同時にオンしないように設定される期間である。この期間中は、正相ＰＷＭ出力と逆相ＰＷＭ出力との両方がインアクティブに設定される。このデッドタイムを設定する事を、以下においてデッドタイムを挿入すると称す。

非特許文献１に、デッドタイムを挿入する技術の一例が記載されている。このＦｒｅｅｓｃａｌｅ社のマイコンは、ＰＷＭ出力ブロックとデッドタイム挿入ブロックとを搭載している。この技術においては、正相出力と逆相出力の同時オンを回避しつつ、ＰＷＭ出力幅調整の最小単位である１クロックサイクル幅の単位で細かく三相モータ制御を行う事が目的とされている。

図１Ａ及び図１Ｂは、非特許文献１における鋸波（三角波）ＰＷＭ出力装置の回路構成図である。この回路は、ＰＷＭ出力生成ブロック３００、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１、ＰＷＭ出力生成ブロックが出力するＰＷＭ出力３０２、デッドタイム挿入ブロック３０３、デッドタイム設定レジスタ３０４、デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力３０５を備える。ＰＷＭ出力３０２は６本の信号ラインを有する。これらの信号ラインにより、三相モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれについての正相と逆相の信号が伝送される。

デッドタイム挿入ブロック３０３は、ＰＷＭ出力波形にデッドタイムを挿入する。具体的には、逆相ＰＷＭ出力がインアクティブとなった後、設定したデッドタイムサイクル期間分、正相をインアクティブにする。更に、正相ＰＷＭ出力がインアクティブとなった後、設定したデッドタイムサイクル期間分、逆相をインアクティブにする。このような動作により、ＰＷＭ出力による制御信号に多少のズレが生じた場合でも、正相と逆相のＰＷＭ出力が同時にアクティブになることが避けられる。

図２Ａ及び図２Ｂに、参考技術として、上記回路による鋸波ＰＷＭ出力装置のＰＷＭ出力生成ブロック３００からのＰＷＭ出力３０２の出力波形の例を示す。ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１にＰＷＭ出力幅として４クロックサイクルを設定し、デッドタイム設定レジスタにデッドタイムとして２クロックサイクルを設定した時の波形が示されている。

デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力３０２の正相と逆相のＰＷＭ出力の波形が、それぞれＰＷＭ出力波形（正相）４０１とＰＷＭ出力波形（逆相）４０２として示されている。この状態では、同時オンが発生しない。しかし実デバイス上では、配線容量等の影響により、正相と逆相のそれぞれのＰＷＭ出力の立ち上がりや立ち下りに遅延が発生する場合がある。そのような場合にも同時オンの発生を避けるために、デッドタイムを挿入する。

ＰＷＭ出力波形（逆相）４０２がハイ・レベルからロウ・レベルになる際に遅延が生じる場合、ＰＷＭ出力波形（正相）４０１にデッドタイムを挿入する。ＰＷＭ出力波形（正相）４０３は、２クロックサイクルのデッドタイム期間４０５を挿入した後の波形を示している。ＰＷＭ出力生成ブロック３００が出力するＰＷＭ出力波形（正相）４０１に比べて、ロウ・レベルからハイ・レベルになるのが２クロックサイクル遅れる。

同様に、ＰＷＭ出力波形（正相）４０１がハイ・レベルからロウ・レベルになる際に遅延が生じる場合、ＰＷＭ出力波形（逆相）４０２にデッドタイムを挿入する。ＰＷＭ出力波形（逆相）４０４は、２クロックサイクルのデッドタイム期間４０６を挿入した後の波形を示している。ＰＷＭ出力生成ブロック３００が出力する理想波形であるＰＷＭ出力波形（逆相）４０２に比べて、ロウ・レベルからハイ・レベルになるのが２クロックサイクル遅れる。

上述の参考技術においては、ＰＷＭ出力の立ち上がりや立ち下りの開始時にある一定のデッドタイムを挿入する事で、正相ＰＷＭと逆相ＰＷＭの同時ＯＮによる短絡を防ぐことができる。

"ＭＣ９Ｓ１２Ｅ１２８，ＭＣ９Ｓ１２Ｅ６４，ＭＣ９Ｓ１２Ｅ３２ＤａｔａＳｈｅｅｔ"（特に３２５頁）、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００５年１０月、ＦｒｅｅＳｃａｌｅ社、［２０１１年６月２３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｃａｃｈｅ．ｆｒｅｅｓｃａｌｅ．ｃｏｍ／ｆｉｌｅｓ／ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ／ｄｏｃ／ｄａｔａ＿ｓｈｅｅｔ／ＭＣ９Ｓ１２Ｅ１２８Ｖ１．ｐｄｆ＞

上記の参考技術では、デッドタイム設定幅に係わらず、ＰＷＭ出力生成ブロックからのＰＷＭ出力３０２がデッドタイム挿入ブロック３０３に入力する。その為、デッドタイム設定より短いＰＷＭ出力幅を設定した場合においても、デッドタイム挿入動作が発生する。その結果、ＰＷＭ出力がアクティブ又はインアクティブ固定の状態から１クロックサイクル幅単位で順次にＰＷＭ出力を調整することができず、精度よくモータを制御できないという問題がある。

この問題について、図３Ａ〜図３Ｆを用いて詳細に説明する。図３Ａ〜図３Ｆは参考技術における鋸波（三角波）ＰＷＭ出力装置による出力波形である。デッドタイム設定レジスタに２クロックサイクルのデッドタイムを設定する。図３Ａ〜図３Ｆは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１にＰＷＭ出力幅０（ゼロ）、１クロック、２クロック、３クロック、４クロック、５クロックサイクルの６種類の設定をした時の波形図をそれぞれ示す。各図では、デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力波形とデッドタイム挿入後のＰＷＭ出力波形を上下に並べて示している。デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力波形は、参考技術におけるＰＷＭ出力装置から出力され、モータ制御等に用いられるＰＷＭ出力を示している。

図３Ａは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１にＰＷＭ出力幅０（ゼロ）を設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形３０２については、正相がインアクティブに固定され、逆相がアクティブに固定される。正相、逆相ともに、デッドタイムが挿入されるイベント（アクティブからインアクティブへの変化）は発生しない。その為、デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形３０５も正相がインアクティブに固定され、逆相がアクティブに固定される。

図３Ｂは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１にＰＷＭ出力幅１を設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形３０２については、正相が１クロックサイクル間アクティブになり、逆相が１クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形３０５については、正相がインアクティブに固定され、逆相が３クロックサイクル間インアクティブとなる。

図３Ｃは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１にＰＷＭ出力幅２を設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形３０２については、正相が２クロックサイクル間アクティブになり、逆相が２クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形３０５については、正相がインアクティブ固定、逆相が４クロックサイクル間インアクティブとなる。

図３Ｄは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１にＰＷＭ出力幅３を設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形３０２については、正相が３クロックサイクル間アクティブになり、逆相が３クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形３０５については、正相が１クロックアクティブとなり、逆相が５クロックサイクル間インアクティブとなる。

図３Ｅは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１にＰＷＭ出力幅４を設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形３０２については、正相が４クロックサイクル間アクティブになり、逆相が４クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形３０５については、正相が２クロックアクティブとなり、逆相が６クロックサイクル間インアクティブとなる。

図３Ｆは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ３０１にＰＷＭ出力幅５を設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形３０２については、正相が５クロックサイクル間アクティブになり、逆相が５クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形３０５については、正相が３クロックアクティブとなり、逆相が７クロックサイクル間インアクティブとなる。

図３Ａと、図３Ｂを比較すると、デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力（逆相）が、アクティブ固定（図３Ａ）から、いきなり３クロックのインアクティブ（図３Ｂ）に遷移ししている。モータを精度良く回転させるためには、アクティブ固定→１クロックのインアクティブ→２クロックのインアクティブ→３クロックのインアクティブと言うように、１クロックサイクル幅で順次に遷移させることが望ましい。しかしながら、上述の参考技術ではそのように調整できていない。すなわち参考技術では、アクティブ固定（図３Ａ）の状態から順次にＰＷＭ出力の幅を１クロック幅単位で制御できていない。

本発明の一側面におけるＰＷＭ出力装置は、ＰＷＭ出力の指令値に基づいて、互いに逆相である第１信号と第２信号からなるＰＷＭ信号の出力幅を算出する演算回路と、出力幅と、所定のデッドタイム期間よりも大きく設定された基準期間とを比較する比較回路と、出力幅が基準期間よりも小さい場合はクリア信号を出力し、出力幅が基準期間よりも大きい場合はセット信号を出力するセット／クリア信号生成回路と、セット／クリア信号生成回路がセット信号を出力した場合、ＰＷＭ信号を補正ＰＷＭ信号としてデッドタイム挿入ブロックに受け渡し、セット／クリア回路がクリア信号を出力した場合、ＰＷＭ信号のうちの第１信号をインアクティブとする補正を行って補正ＰＷＭ信号としてデッドタイム挿入ブロックに出力するＰＷＭ信号生成回路と、補正ＰＷＭ信号に対して、第１信号がオンとなってからデッドタイム期間の間、第２信号がオフとなるように補正して補正指令値として出力する前記デッドタイム挿入ブロックとを備える。

参考技術では、逆相信号のパルス幅が小さい値のときに、デッドタイム挿入後の逆相信号のパルス幅が０とデッドタイム以上の幅との間を飛び越して変化する。それに対して本発明では、パルス幅が小さいときには、第１信号（例えば正相信号）がアクティブとなった後のデッドタイム期間において第２信号（例えば逆相信号）にデッドタイムが挿入されない。パルス幅が所定の値を超えると、第２信号のパルス幅が滑らかに増加し始める。その結果、パルス幅が小さい値のときであっても精密で滑らかな制御が可能となる。

本発明のＰＷＭ出力装置によれば、ＰＷＭ出力幅を細かい単位で正確に制御することが可能である。

図１Ａは、従来技術の鋸波ＰＷＭ出力装置の回路構成図である。図１Ｂは、従来技術の鋸波ＰＷＭ出力装置の回路構成図である。図２Ａは、従来技術の鋸波ＰＷＭ出力装置におけるクロック信号とカウンタ値を示す。図２Ｂは、従来技術の鋸波ＰＷＭ出力装置によるデッドタイム挿入時のＰＷＭ出力波形を示す。図３Ａは、参考技術の鋸波ＰＷＭ出力装置のＰＷＭ出力波形を示す。図３Ｂは、参考技術の鋸波ＰＷＭ出力装置のＰＷＭ出力波形を示す。図３Ｃは、参考技術の鋸波ＰＷＭ出力装置のＰＷＭ出力波形を示す。図３Ｄは、参考技術の鋸波ＰＷＭ出力装置のＰＷＭ出力波形を示す。図３Ｅは、参考技術の鋸波ＰＷＭ出力装置のＰＷＭ出力波形を示す。図３Ｆは、参考技術の鋸波ＰＷＭ出力装置のＰＷＭ出力波形を示す。図４は、本発明の実施例による鋸波ＰＷＭ出力装置の回路構成図である。図５Ａは、第１実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す。図５Ｂは、第１実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す。図５Ｃは、第１実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す。図５Ｄは、第１実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す。図５Ｅは、第１実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す。図５Ｆは、第１実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。本発明の第１実施形態におけるモータ制御用のＰＷＭ出力装置は、デッドタイム挿入ブロックと、演算回路と、比較回路と、ＰＷＭ生成回路を備える。デッドタイム挿入ブロックは、ＰＷＭ出力の正相信号と逆相信号とが同時にＯＮされることを防ぐ為に、正相と逆相のＰＷＭ出力にデッドタイム期間を設定する。演算回路は、デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力幅を算出する。比較回路は、算出されたＰＷＭ出力幅と所定のデッドタイム期間を比較する。ＰＷＭ生成回路は、比較回路の比較結果によってデッドタイム挿入ブロックへデッドタイム挿入前のＰＷＭ出力を出力する。

比較回路において演算回路で算出されたデッドタイム挿入前のＰＷＭ出力幅が所定のデッドタイム期間以下の場合に、ＰＷＭ生成回路からデッドタイム挿入ブロックへ出力するＰＷＭ波形をインアクティブとする。デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力幅が所定のデッドタイム期間以上の場合に、演算回路にて算出されたデッドタイム挿入前のＰＷＭ出力幅を有するＰＷＭ出力をそのまま出力する。このような動作により、デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力の出力幅が所定のデッドタイム期間より長くなるまでＰＷＭ出力がインアクティブに固定される。デッドタイムは、ＰＷＭ出力の出力幅が所定のデッドタイム期間より長くなってから挿入される。その結果、当該ＰＷＭ出力装置から順次出力されるＰＷＭ出力を１クロックサイクル幅で制御する事が可能となる。

以下、本発明の実施形態について、より詳細に説明する。図４に本発明の第１実施形態におけるよるモータ制御用のＰＷＭ出力装置を示す。第１実施形態のＰＷＭ出力装置は、ＰＷＭ出力生成ブロック１０とデッドタイム挿入ブロック１９にて構成される。

ＰＷＭ出力生成ブロック１０は、タイマカウンタ１１、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２、ＰＷＭの出力幅演算回路１３、ＰＷＭ出力幅とデッドタイム期間の比較回路１４、ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５、正相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１６、逆相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１７、周期設定用レジスタ１８を備える。デッドタイム挿入ブロック１９は、デッドタイム設定レジスタ２０を備える。

ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２は、デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力の幅の設定値を保持する。その設定値は、ＰＷＭの出力幅演算回路１３に出力される。ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２の設定値は、あらかじめ当該装置の使用者が所望するモータの制御の状況を考慮して設定される。周期設定用レジスタ１８は、タイマカウンタの周期が設定されるレジスタである。その設定値は、ＰＷＭの出力幅演算回路１３とタイマカウンタ１１に出力される。

タイマカウンタ１１は、周期設定用レジスタ１８の周期をカウントする。そのカウント値は、周期設定用レジスタ１８の周期と一致すると０にクリアされ、それ以外はクロックサイクルごとにカウントアップされる。タイマカウンタ１１の現在値は、ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５に出力される。

ＰＷＭの出力演算回路１３は、ＰＷＭ出力の指令値に基づいて、互いに逆相である第１信号と第２信号からなるＰＷＭ信号の出力幅を算出する。第１信号と第２信号とは、モータを駆動するインバータ回路の上アームと下アームに対応する。このような上アームと下アームとの対を３対備えるインバータ回路により、三相モータの界磁電流が生成され、三相モータがＰＷＭ制御される。本実施形態における説明では、第１信号を正相とし、第２信号を逆相とする。しかし、その反対に第１信号が逆相で第２信号が正相であってもよい。

更に、本実施形態におけるモータ駆動装置は、本実施形態におけるＰＷＭ出力装置と、その出力する補正指令値（ＰＷＭ指令値にデッドタイムを挿入して補正した指令値）によって駆動され、モータの界磁電流をＰＷＭ制御するインバータ回路とを備える。

ＰＷＭの出力幅演算回路１３は、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２の設定値をそのまま正相ＰＷＭ出力の出力幅として比較回路１４に出力する。ＰＷＭの出力幅演算回路１３は更に、周期設定用レジスタ１８の設定値からＰＷＭ出力用コンペアレジスタの設定値を減算した値を逆相ＰＷＭの出力幅として比較回路に出力する。ＰＷＭの出力幅演算回路１３の出力信号は、理想的には正相信号と逆相信号のロー／ハイが完全に逆のデッドタイム挿入前ＰＷＭ波形を有する。

ＰＷＭの出力幅演算回路１３は更に、比較回路１４からの比較結果に応じて、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２の設定値と、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２の設定値からデッドタイム設定レジスタ２０の設定値を減算した値とのいずれか一方を、ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５に出力する。ＰＷＭ出力幅が所定のデッドタイム期間よりも小さいときは、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２の設定値が出力される。ＰＷＭ出力幅が所定のデッドタイム期間よりも大きいときは、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２の設定値からデッドタイム設定レジスタ２０の設定値を減算した値が出力される。

ＰＷＭデッドタイム設定レジスタ２０は、ＰＷＭ出力に挿入するデッドタイム期間の設定値を保持する。その出力は、比較回路１４とＰＷＭの出力幅演算回路１３とに入力される。

比較回路１４からは、ＰＷＭ出力幅と所定のデッドタイム期間の値との比較結果が、ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５と、ＰＷＭの出力幅演算回路１３とに出力される。比較回路１４に予め登録される所定のデッドタイム期間は、パルス幅が小さいときに逆相信号にデッドタイムが挿入されることを防ぐ基準期間である。

基準期間は、本実施形態におけるＰＷＭ出力装置のＰＷＭクロック周期の倍数に設定される。ＰＷＭ制御の指令信号に対するＰＷＭ出力の応答性の観点からは、基準期間は、デッドタイム期間の倍数に設定されることが望ましい。特に、この基準期間がデッドタイム設定レジスタ２０に保持された設定値のデッドタイム期間の２倍に設定されることが望ましい。デッドタイム設定レジスタ２０に対してデッドタイムが設定されると、比較回路１４はそのデッドタイムを取得して所定倍した値を基準期間として登録する。

ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５は、タイマカウンタ１１の現在値と、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２の設定値と、比較回路１４の比較結果を基に、ＰＷＭのセット／クリア信号を生成する。デッドタイム挿入前ＰＷＭ信号の出力幅が基準期間（比較回路に登録された所定のデッドタイム期間）よりも小さい場合は、クリア信号が生成される。逆にデッドタイム挿入前ＰＷＭ信号の出力幅が基準期間よりも大きい場合は、セット信号が生成される。セット／クリア信号は、正相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１６と、逆相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１７に出力される。

正相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１６と逆相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１７とは、デッドタイム挿入ブロック１９に対してデッドタイム挿入前のＰＷＭ出力を供給するＰＷＭ信号生成回路を構成する。このＰＷＭ信号生成回路は、ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５がセット信号を出力した場合、ＰＷＭの出力幅演算回路１３が生成したＰＷＭ信号を変形せずに中継して、補正ＰＷＭ信号としてデッドタイム挿入ブロック１９に受け渡す。一方、ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５がクリア信号を出力した場合、ＰＷＭ信号のうちの正相の信号をインアクティブとする補正を行い、且つ逆相の信号を変形せずに中継して、補正ＰＷＭ信号としてデッドタイム挿入ブロック１９に出力する

正相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１６の出力と、逆相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１７の出力（デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形）は、デッドタイムブロック１９に入力する。デッドタイム挿入ブロック１９は、デッドタイム設定レジスタ２０の値を基に、デッドタイム挿入イベント（アクティブからインアクティブへの変化）が発生したときにデッドタイムを挿入する。その結果、正相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１６の出力にデッドタイムを挿入した得られた正相のＰＷＭ出力と、逆相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１７の出力にデッドタイムを挿入した逆相のＰＷＭ出力が生成される。

次に、本実施形態における回路の動作について説明する。ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５は、比較回路１４が出力する制御信号により、正相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１６のセット信号、もしくは逆相ＰＷＭ出力用フリップフロップ１７のセット信号を０（ゼロ）固定にする。この設定により、デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力が０（ゼロ）固定となる。

図５Ａ〜図５Ｆは本発明の鋸波ＰＷＭ出力装置による出力波形である。この波形図の例では、デッドタイム設定レジスタ２０にデッドタイム期間として２クロックサイクルを設定し、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２にＰＷＭ出力幅０（ゼロ）、１クロック、２クロック、３クロック、４クロックサイクルの５種類の設定をしている。

図５Ａは、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２にＰＷＭ出力幅０を設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。図５ＡにてＰＷＭ出力生成ブロック１０が出力するＰＷＭ波形は、正相がインアクティブ固定、逆相がアクティブ固定となる。正相、逆相ともに、アクティブからインアクティブになる事は無い。その為、デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形も正相のＰＷＭ出力がインアクティブに固定され、逆相のＰＷＭ出力がアクティブに固定される。

図５Ｂは、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２にＰＷＭ出力幅１クロックサイクルを設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。図５ＢにてＰＷＭ出力生成ブロック１０が出力するＰＷＭ波形は、正相のＰＷＭ出力幅がデッドタイム設定レジスタ２０に設定した値である２クロックサイクルの２倍より小さい為、正相のセット信号がマスクされる。その結果、正相のＰＷＭ波形がインアクティブ固定、逆相ＰＷＭ波形が１クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後の正相ＰＷＭ波形はインアクティブ固定となる。逆相ＰＷＭ波形に対するデッドタイム挿入処理においては、デッドタイム挿入前の正相のＰＷＭ出力がインアクティブ固定となる為、デッドタイムは挿入されない。その結果、逆相ＰＷＭ波形は１クロックサイクル間インアクティブとなる。

図５Ｃは、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２にＰＷＭ出力幅２クロックサイクルを設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。図５ＣにてＰＷＭ出力生成ブロック１０が出力するＰＷＭ波形については、正相のＰＷＭ出力幅がデッドタイム設定レジスタ２０に設定した値である２クロックサイクルの２倍より小さい為、正相のセット信号がマスクされ、正相のＰＷＭ波形がインアクティブ固定となる。その結果、逆相ＰＷＭ波形が２クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形については、正相ＰＷＭ波形がインアクティブ固定となる。逆相ＰＷＭ波形に対するデッドタイム挿入処理においては、デッドタイム挿入前の正相のＰＷＭ出力がインアクティブ固定となる為、デッドタイムは挿入されない。その結果、逆相ＰＷＭ波形は２クロックサイクル間インアクティブとなる。

図５Ｄは、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２にＰＷＭ出力幅３クロックサイクルを設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。図５ＤにてＰＷＭ出力生成ブロック１０が出力するＰＷＭ波形については、正相のＰＷＭ出力幅がデッドタイム設定レジスタ２０に設定した値である２クロックサイクルの２倍より小さい。その為、正相のセット信号がマスクされる。その結果、正相のＰＷＭ波形がインアクティブ固定となり、逆相ＰＷＭ波形が３クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形については、正相ＰＷＭ波形がインアクティブ固定となる。逆相ＰＷＭ波形のデッドタイム挿入処理においては、デッドタイム挿入前の正相のＰＷＭ出力がインアクティブ固定となる為、デッドタイムは挿入されない。その結果、逆相ＰＷＭ波形は３クロックサイクル間インアクティブとなる。

図５Ｅは、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２にＰＷＭ出力幅４クロックサイクルを設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。図５ＥにてＰＷＭ出力生成ブロック１０が出力するＰＷＭ波形については、正相のＰＷＭ出力幅がデッドタイム設定レジスタ２０に設定した値である２クロックサイクルの２倍と等しい為、正相のセット信号がマスクされ、正相のＰＷＭ波形がインアクティブ固定となり、逆相ＰＷＭ波形が４クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形については、正相ＰＷＭ波形がインアクティブ固定となる。逆相ＰＷＭ波形のデッドタイム挿入処理においては、デッドタイム挿入前の正相のＰＷＭ出力がインアクティブ固定となる為、デッドタイムは挿入されない。その結果、逆相ＰＷＭ波形は４クロックサイクル間インアクティブとなる。

図５Ｆは、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２にＰＷＭ出力幅５クロックサイクルを設定した時のＰＷＭ出力波形を示している。図５ＦにてＰＷＭ出力生成ブロック１０が出力するＰＷＭ波形については、正相のＰＷＭ出力幅がデッドタイム設定レジスタ２０に設定した値である２クロックサイクルの２倍より大きい。従って、ＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５はセット信号を出力する。この場合、ＰＷＭの出力幅演算回路１３は、ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ１２に設定したＰＷＭのパルス幅の値からデッドタイム設定レジスタ２０に設定した値を減算した値（ＰＷＭ出力幅３クロックサイクル）を計算し、減算結果のパルス幅を有する正相及び負相のＰＷＭ信号をＰＷＭセット／クリア信号生成回路１５に出力する。

図５Ｆの上図においては、図５Ａから図５Ｅまでの動作ではマスクされていた正相のセット信号がそのまま使用され、正相のＰＷＭ出力幅が３クロックサイクル間アクティブとなる。逆相ＰＷＭ波形は３クロックサイクル間インアクティブとなる。デッドタイム挿入処理が行われると、正相ＰＷＭ波形は１クロックサイクル間アクティブとなる。逆相ＰＷＭ波形はデッドタイムが挿入される為、５クロックサイクル間インアクティブとなる。

上述した第１実施形態のＰＷＭ出力装置は、以下の特徴を有する。図５Ａの状態では、デッドタイム挿入後の正相及び逆相のＰＷＭ出力は、それぞれアクティブ及びインアクティブに固定される。図５Ｂ〜図５Ｆでは、逆相ＰＷＭ出力が順次に１クロックサイクル幅で制御されている。一方、正相ＰＷＭ出力は、逆相ＰＷＭ出力が４クロックサイクル幅アクティブ（図５Ｅ）になるまでアクティブ固定となる。且つ、正相ＰＷＭ出力は、逆相ＰＷＭ出力が５クロックサイクル幅アクティブ（図５Ｆ）になった時点で１クロックサイクル幅アクティブとなり、以降は順次１クロックサイクル幅で制御される。

本実施形態の例では、正相のＰＷＭ出力がアクティブに固定され、逆相のＰＷＭ出力がインアクティブに固定された状態から制御が開始される。ＰＷＭの出力を徐々に変化させると、ＰＷＭ出力の幅を１クロックサイクル幅で調整することができる。そのため、特にデューティ比が小さい領域でのモータ制御において高い精度が得られる。

本実施形態における特徴的な信号処理は、ＰＷＭ出力生成ブロック１０で行われる。デッドタイムを挿入する処理は、そのＰＷＭ出力生成ブロック１０の出力信号に対してデッドタイム挿入ブロックが独立して実行するため、例えば参考技術に例示した方法によってデッドタイムを確実に挿入することができる。従って、モータ等の機器の安全性が確保される。

デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力幅とデッドタイム期間の２倍とを比較し、例えば正相のデッドタイム挿入前のＰＷＭ出力幅がデッドタイム期間の２倍以下の場合、デッドタイム挿入ブロックへ出力する正相ＰＷＭ出力をインアクティブ固定にする。この状態においては、逆相ＰＷＭ出力にはデッドタイムの挿入が発生しない。よって、逆相ＰＷＭ出力を、順次１クロックサイクル幅でＰＷＭ出力を制御することが可能となる。

同様に逆相のＰＷＭ出力がデッドタイム設定値の２倍以下のＰＷＭ出力の場合、デッドタイム挿入ブロックへ出力する逆相ＰＷＭ出力をインアクティブ固定にする。この状態においては、正相ＰＷＭ出力にはデッドタイムの挿入が発生しない。よって、正相ＰＷＭ出力も、順次１クロックサイクル幅でＰＷＭ出力を制御することが可能となる。

１０ＰＷＭ出力生成ブロック
１１タイマカウンタ
１２ＰＷＭ出力用コンペアレジスタ
１３ＰＷＭの出力幅演算回路
１４比較回路
１５ＰＷＭセット／クリア信号生成回路
１６正相ＰＷＭ出力用フリップフロップ
１７逆相ＰＷＭ出力用フリップフロップ
１８周期設定用レジスタ
１９デッドタイム挿入ブロック
２０デッドタイム設定レジスタ
３００ＰＷＭ出力生成ブロック
３０１ＰＷＭの出力幅設定レジスタ
３０２ＰＷＭ出力生成ブロックが出力するＰＷＭ出力
３０３デッドタイム挿入ブロック
３０４デッドタイム設定レジスタ
３０５デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力
４０１デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形（正相）
４０２デッドタイム挿入前のＰＷＭ波形（逆相）
４０３デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形（正相）
４０４デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形（逆相）
４０５デッドタイム期間
４０６デッドタイム期間

Claims

ＰＷＭ出力の指令値に基づいて、互いに逆相である第１信号と第２信号からなるＰＷＭ信号の出力幅を算出する演算回路と、
前記出力幅と、所定のデッドタイム期間よりも大きく設定された基準期間とを比較する比較回路と、
前記出力幅が前記基準期間よりも小さい場合はクリア信号を出力し、前記出力幅が前記基準期間よりも大きい場合はセット信号を出力するセット／クリア信号生成回路と、
前記セット／クリア信号生成回路が前記セット信号を出力した場合、前記ＰＷＭ信号を補正ＰＷＭ信号としてデッドタイム挿入ブロックに受け渡し、前記セット／クリア回路が前記クリア信号を出力した場合、前記ＰＷＭ信号のうちの前記第１信号をインアクティブとする補正を行って前記補正ＰＷＭ信号として前記デッドタイム挿入ブロックに出力するＰＷＭ信号生成回路と、
前記補正ＰＷＭ信号に対して、前記第１信号がオンとなってから前記デッドタイム期間の間、前記第２信号がオフとなるように補正して補正指令値として出力する前記デッドタイム挿入ブロック
とを具備するＰＷＭ出力装置。
前記基準期間は、前記デッドタイム期間の倍数に設定される
請求項１に記載のＰＷＭ出力装置。
前記基準期間は、前記デッドタイムの２倍に設定される
請求項２に記載のＰＷＭ出力装置。
前記基準期間は、前記ＰＷＭ信号のＰＷＭクロック周期の倍数に設定される
請求項１から３のいずれかに記載のＰＷＭ出力装置。
前記演算回路は、前記セット／クリア信号生成回路が前記セット信号を出力した場合、前記第１信号と前記第２信号のそれぞれについて前記出力幅から前記所定のデッドタイム期間を減算して前記ＰＷＭセット／クリア信号生成回路に出力する
請求項１から４のいずれかに記載のＰＷＭ出力装置。
前記第１信号と前記第２信号とはモータを駆動するインバータ回路の上アームと下アームに対応し、
請求項１から５のいずれかに記載のＰＷＭ出力装置と、
前記補正指令値によって駆動され、前記モータの界磁電流をＰＷＭ制御する前記インバータ回路
とを具備するモータ駆動装置。