JP2014108021A

JP2014108021A - Ｐｗｍ出力装置

Info

Publication number: JP2014108021A
Application number: JP2012261302A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Minami; 真寛南
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-09

Abstract

【課題】鋸波を用いデッドタイムを考慮した正相／逆相のＰＷＭ出力において、デッドタイム挿入と位相シフトを高い自由度で行う。
【解決手段】
入力されたＰＷＭパルス幅の指令値に基づいて、正相及び逆相のＰＷＭ信号の各々について、オン状態にするセットタイミングと、オフ状態にするリセットタイミングとを設定する。パルス幅がデッドタイムに比べて小さい領域で、例えば正相のＰＷＭをインアクティブ固定とするマスク処理を行う。その結果、逆相のＰＷＭに余計なデッドタイムが挿入されず、クロックサイクル単位で細かい制御を行うことができる。更に、位相シフトも行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御等に使用されるＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）出力装置に関する。本発明は特に、ＰＷＭ搬送波として鋸波を採用したＰＷＭ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ている。そのような状況下で、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。

三相モータは、ＰＷＭ出力装置から出力されるＰＷＭ正相出力、ＰＷＭ逆相出力の相補的（一方がＯＮの時、もう一方はＯＦＦとなる）な２つのＰＷＭ出力で制御される。三相モータを効率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、効率の良い調整を行う事は非常に困難を極める。そこで、高精度で制御可能なＰＷＭ出力装置の実現が望まれている。

図１３は、三相モータとその駆動回路の一例の模式図である。三相モータＭは、駆動回路によって３個のコイルにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流がそれぞれ流されることによって駆動される。駆動回路は、上アームＡ１と下アームＡ２とを備える。上アームＡ１は、バッテリＢａｔの高電位側端子に並列に接続されるトランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５を備える。Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５のゲートには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の正相のＰＷＭ信号Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋がそれぞれ供給される。下アームＡ２は、高電位側が上アームＡ１のＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５とそれぞれ直列に接続され、低電位側がバッテリＢａｔの低電位側端子に接続されるトランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６を備える。Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６のゲートには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の逆相のＰＷＭ信号Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−がそれぞれ供給される。

Ｕ相のトランジスタ対Ｔｒ１、Ｔｒ２の接続ノードに、三相モータＭのＵ相端子が接続される。Ｖ相のトランジスタ対Ｔｒ３、Ｔｒ４の接続ノードに、三相モータＭのＶ相端子が接続される。Ｗ相のトランジスタ対Ｔｒ５、Ｔｒ６の接続ノードに、三相モータＭのＷ相端子が接続される。トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の各々のゲートにＰＷＭ信号を供給することにより、制御されたデューティ比で三相モータＭを駆動することができる。

［デッドタイムの説明］
ＰＷＭ正相出力とＰＷＭ逆相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、正相信号と逆相信号を完全に互いに逆（一方がＯＮの時、他方がＯＦＦ）とする制御を採用した場合、マイコンに接続されるモータ機器の配線等の遅延や、その温度的な特性により、正相出力と逆相出力が同時にＯＮする可能性がある。ＰＷＭ正相出力とＰＷＭ逆相出力が同時にＯＮした場合（例えば図１３のＴｒ１とＴｒ２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。

ＰＷＭ正相出力とＰＷＭ逆相出力の同時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、ＰＷＭ正相出力と、ＰＷＭ逆相出力との同時オンを防ぐように設定される期間である。この期間中は、ＰＷＭ正相出力とＰＷＭ逆相出力との両方がオフ（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。

図１４は、デッドタイムの説明図である。図１４（ａ）は、ＰＷＭ搬送波である三角波ＴＲＩを示す。図１４（ｂ）は、デッドタイム挿入前のＰＷＭ信号の一例として、Ｕ相の正相（Ｕ＋）と逆相（Ｕ−）のＰＷＭ信号を示す。図１４（ｃ）は、デッドタイム挿入後のＵ相の正相と逆相のＰＷＭ信号を示す。バス等を介して与えられたデューティ比の指令値に基づいて、図１４（ａ）に示されるコンペア値が決定される。コンペア値が三角波ＴＲＩを下回る時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、図１４（ｂ）に示すように、デッドタイム挿入前の正相のＰＷＭ信号がオン（アクティブ）状態となり、逆相のＰＷＭ信号がオフ（インアクティブ）状態となる。

正相と逆相の一方のＰＷＭ信号がオン状態であるとき、他方のＰＷＭ信号がその後一定期間オフ状態を保つように、デッドタイムが挿入される。図１４（ｃ）の例では、逆相ＰＷＭ信号が時刻ｔ１までオン状態であるため、正相ＰＷＭ信号が時刻ｔ１でオン状態とならず、時刻ｔ１からデッドタイムＤＴが経過するまでオフ状態を保つようにデッドタイムが挿入される。同様に、正相ＰＷＭ信号が時刻ｔ２までオン状態であるため、逆相ＰＷＭ信号が時刻ｔ２でオン状態とならず、時刻ｔ２からデッドタイムＤＴが経過するまでオフ状態を保つようにデッドタイムが挿入される。このようなデッドタイムを挿入したＰＷＭ信号によってモータＭの駆動回路を制御することにより、信号の伝達時間等に多少のばらつきが発生しても、貫通電流を防ぐことができる。

［鋸歯状の搬送波の利点］
次に、ＰＷＭ搬送波として鋸歯状の波を採用することの利点について説明する。ＰＷＭ制御においては、スイッチング素子に対するオン／オフ指令信号を生成するために、搬送波として三角波又は鋸歯状波が用いられる。これらの搬送波の形状は、装置の用途に応じて使い分けられる。以下に、鋸歯状の搬送波の利点の一つについて説明する。

精密な制御を行うために、ＰＷＭ信号の位相をずらす制御が行われる場合がある。図１５は、その説明図である。図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、図１４（ａ）、図１４（ｂ）と同じ三角波と、それを用いて生成されるＰＷＭ信号をそれぞれ示す。

三角波を用いた一般的な方法では、ＰＷＭ信号のセット（オン状態への立ち上がり）は搬送波のカウントアップ期間（ｔ０＜ｔ＜ｔ２）に、且つリセット（オフ状態への立ち下がり）は搬送波のカウントダウン期間（ｔ２＜ｔ＜ｔ５）に設定される。例えばＵ＋信号はカウントアップ期間にセットされ、カウントダウン期間にリセットされる。そのため、図１５（ｂ）に示される波形に対して位相シフトを行う場合、図１５（ｃ）に示される波形が位相シフト最大となる。図１５（ｄ）に示されるように、三角波のピーク（ｔ＝ｔ２）を越えるような位相シフトを有するＰＷＭ信号は、生成することができない。

図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、鋸歯状のＰＷＭ搬送波の説明図である。図１６（ａ）は、ＰＷＭ搬送波である鋸波ＳＡＷを示す。時刻ｔ０からｔ４までの一周期の間、鋸波ＳＡＷのカウンタ値は線形に増加し続ける。そして一周期の最後の時刻ｔ４において、カウンタ値が時刻ｔ０の時と同じ値にリセットされる。このような鋸波ＳＡＷを採用する場合、ＰＷＭ信号を生成するために、２つのコンペア値Ｃ１、Ｃ２が用意される。第１の小さい値のコンペア値Ｃ１がＰＷＭ信号の立ち上がりタイミングに対応する。第２の大きい値のコンペア値Ｃ２がＰＷＭ信号の立ち下がりタイミングに対応する。

図１６（ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号（デッドタイム挿入前）は、コンペア値Ｃ１が鋸波ＳＡＷを下回る時刻ｔ１から、コンペア値Ｃ２が鋸波ＳＡＷを下回る時刻ｔ２までの間、アクティブとされる。このような波形に対し、図１４（ｃ）と同様にデッドタイムを挿入することにより、図１６（ｃ）に示すＰＷＭ信号が生成される。

ＰＷＭ搬送波として鋸波を採用した場合、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）で説明したような、三角波のカウントアップ期間とカウントダウン期間の区別が無い。そのため、鋸波においては、三角波の場合に比べて、位相シフトの制限が無く、より大きい幅でＰＷＭ信号を位相シフトすることができるという利点がある。

次に、デッドタイム挿入に関する先行技術文献について説明する。非特許文献１（ＦｒｅｅＳｃａｌｅ社マイコンＵｓｅｒＭａｎｕａｌ）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パルス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１７Ａ及び図１７Ｂ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１１００、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１、ＰＷＭ出力生成ブロックが出力するＰＷＭ出力１１０２、デッドタイム挿入ブロック１１０３、デッドタイム設定レジスタ１１０４、デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力１１０５を備える。ＰＷＭ出力１１０２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。

図１８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１１００からのＰＷＭ出力１１０２の出力波形の例を示す。ＰＷＭ周期設定レジスタ１１０６に９、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１にＰＷＭ出力幅（パルス幅）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。

タイマカウンタ１１０７は、０からカウントを開始し、クロックの立ち上がりでカウンタ値がインクリメント（値が＋１足される）される。ＰＷＭ周期設定レジスタ１１０６の値と一致した場合、カウンタ値はクリアされ０となる。ＰＷＭ周期設定レジスタ１１０６に９を設定した場合、タイマカウンタ１００７は０→１→２・・・・→７→８→９→０→１とクロックサイクルごとに動作しＰＷＭの周期は１０となる
デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力１１０２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）１２０１とＰＷＭ出力波形（逆相）１２０２として示されている。ＰＷＭ出力波形（正相）１２０１は、タイマカウンタ１１０７が０の時にハイとなり、タイマカウンタ１１０７がＰＷＭ出力幅設定レジスタに設定した値の時にロウとなる。ＰＷＭ出力波形（逆相）１２０２は逆に、タイマカウンタ１１０７が０の時にロウとなり、タイマカウンタ１１０７がＰＷＭ出力幅設定レジスタに設定した値の時にハイとなる。

この状態では、ＰＷＭ出力の正相、逆相の同時オンは発生しない。しかし実デバイス上では、モータデバイスの配線容量による遅延等の影響により、正相と逆相のそれぞれに遅延が発生する可能性がある。従って、正相と逆相の同時オンを回避するために、デッドタイムが挿入される。

ＰＷＭ出力波形（正相）１２０３は、ＰＷＭ出力波形（正相）１２０１にデッドタイム期間１２０４を挿入した後の波形を示している。ＰＷＭ出力生成ブロック１１００が出力するＰＷＭ出力波形（正相）１２０１に比べて、ロウ・レベルからハイ・レベルになるタイミングが２クロックサイクル遅れる。同様に、ＰＷＭ出力波形（逆相）１２０２は、ＰＷＭ出力波形（逆相）１２０４にデッドタイム期間１２０５を挿入した後の波形を示している。ＰＷＭ出力生成ブロック１１００が出力するＰＷＭ出力波形（逆相）１２０１に比べて、ロウ・レベルからハイ・レベルになるタイミングが２クロックサイクル遅れる。このような制御により、信号伝達のばらつき等があった場合でも、正相ＰＷＭ信号と逆相ＰＷＭ信号の同時ＯＮによる短絡を防ぐことができる。

［デッドタイム挿入における課題］
次に、デッドタイムを挿入する技術において発生する課題について説明する。上述したようなデッドタイム挿入においては、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１１０２がデッドタイム挿入ブロック１１０３に入力される。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、効率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１９Ａ〜図１９Ｆを用いて詳細に説明する。図１９Ａ〜図１９Ｆ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１１０４に２クロックサイクルのデッドタイムを設定する。図１９Ａ〜図１９Ｆは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ６０１にＰＷＭ出力幅として０（ゼロ）〜５の６種類のクロックサイクル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、ＰＷＭ出力装置から出力され、モータ制御等に用いられる。

図１９Ａは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１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１１０２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１１０５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１９Ｂは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１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１１０２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１１０５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１９Ｃは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１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１１０２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１１０５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１９Ｄは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１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１１０２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１１０５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１９Ｅは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１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１１０２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１１０５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１９Ｆは、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１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１１０２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１１０５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１９Ａと、図１９Ｂ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１９Ａ）から、いきなり３クロックのインアクティブ（図１９Ｂ）に遷移ししている。モータを効率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、従来技術ではそのように調整できていない。すなわち従来技術では、アクティブ固定（図１９Ａ）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。

図２０Ａ、図２０Ｂに、ＰＷＭの出力幅設定レジスタ１１０１にＰＷＭ出力幅０から１０を設定した時のＰＷＭ出力波形を示す。ＰＷＭ出力幅設定レジスタ１１０１に０を設定した時のデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形１１０５、１を設定した時のデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形１１０５の間で、１クロック幅単位で制御できていないこと（前述までの説明した内容）、またＰＷＭ出力幅設定レジスタ１１０１に９を設定した時のデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形１１０５、１０を設定した時のデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形１１０５の間で、１クロック幅単位で制御できていないことが分かる。

"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＞

鋸波を用いデッドタイムを考慮した正相／逆相のＰＷＭ出力において、デッドタイム挿入と位相シフトを高い自由度で行う技術が望まれる。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施形態におけるＰＷＭ出力装置は、ＰＷＭ（パルス幅変調）の周期が設定されるＰＷＭ周期設定レジスタと、入力したクロック信号に基づいて、その設定された周期を有するカウンタ値を出力するタイマカウンタとを備える。演算ユニットは、ＰＷＭパルス幅の指令値と、カウンタ値とに基づいて、正相ＰＷＭ信号をオン状態にする正相セットタイミングと、正相ＰＷＭ信号をオフ状態にする正相リセットタイミングと、逆相ＰＷＭ信号をオン状態にする逆相セットタイミングと、逆相ＰＷＭ信号をオフ状態にする逆相リセットタイミングとの各々を設定する。デッドタイム挿入前ＰＷＭ信号出力部は、カウンタ値と正相セットタイミングとが一致したときに正相ＰＷＭ信号をオン状態にすることを指令する正相ＰＷＭセット信号を出力し、カウンタ値と正相リセットタイミングとが一致したときに正相ＰＷＭ信号をオフ状態にすることを指令する正相ＰＷＭリセット信号を出力し、カウンタ値と逆相セットタイミングとが一致したときに逆相ＰＷＭ信号をオン状態にすることを指令する逆相ＰＷＭセット信号を出力し、カウンタ値と逆相リセットタイミングとが一致したときに逆相ＰＷＭ信号をオフ状態にすることを指令する逆相ＰＷＭリセット信号を出力する。デッドタイム挿入ユニットは、正相ＰＷＭセット信号、正相ＰＷＭリセット信号、逆相ＰＷＭセット信号、及び逆相ＰＷＭリセット信号に対して、設定されたクロックサイクルのデッドタイムを挿入する。

鋸波を用いデッドタイムを考慮した正相／逆相のＰＷＭ出力において、デッドタイム挿入と位相シフトを高い自由度で行う技術が提供される。

図１は、第１実施形態の鋸波ＰＷＭ出力装置の回路構成図である。図２は、第１実施形態の演算アルゴリズムである。図３は、第１実施形態の演算アルゴリズムによる演算例である。図４Ａ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４Ｂ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４Ｃ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４Ｄ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４Ｅ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４Ｆ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６は、第１実施形態の変形例における鋸波ＰＷＭ出力装置の回路構成図である。図７Ａは、第１実施形態の変形例における鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す。図７Ｂは、第１実施形態の変形例における鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す。図８は、第２実施形態の鋸波ＰＷＭ出力装置の回路構成図である。図９は、第２実施形態の演算アルゴリズムである。図１０は、第２実施形態の演算アルゴリズムによる演算例である。図１１Ａは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１１Ｂは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１１Ｃは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１１Ｄは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１１Ｅは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１１Ｆは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１２Ａは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１２Ｂは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１２Ｃは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１２Ｄは、第２実施形態による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１３は、三相モータの駆動回路の一例を示す。図１４は、三角波に基づくＰＷＭ信号の説明図である。図１５は、三角波に基づくＰＷＭ信号の位相シフトの説明図である。図１６は、鋸波に基づくＰＷＭ信号の説明図である。図１７Ａは、参考技術における鋸波ＰＷＭ出力装置の構成図である。図１７Ｂは、参考技術における鋸波ＰＷＭ出力装置の構成図である。図１８は、参考技術による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１９Ａは、参考技術による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１９Ｂは、参考技術による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１９Ｃは、参考技術による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１９Ｄは、参考技術による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１９Ｅは、参考技術による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図１９Ｆは、参考技術による鋸波ＰＷＭ出力装置の出力波形を示す図である。図２０Ａは、参考技術におけるＰＷＭ出力波形を示す。図２０Ｂは、参考技術におけるＰＷＭ出力波形を示す。

以下、添付図面を参照して、幾つかの実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態におけるＰＷＭ出力装置の構成を示す。このＰＷＭ出力装置は、例えば三相モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々を制御するための正相及び逆相のＰＷＭ信号を生成するために用いることができる。

タイマカウンタ１００は、比較器１０３からの一致信号を入力とし、カウンタ値を比較器１０９〜１１２に出力する。これらの比較器１０３、１０９〜１１２の各々は、一般的な比較回路によって構成できるが、入力した複数のデジタル信号が示す値が互いに一致しているか不一致であるか判別する一致判定機能を有すればよい。

ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１は、バスにより（すなわち、外部機器等からバスを介して）設定された設定値を格納し、その設定値を比較器１０３に出力する。デッドタイム設定レジスタ１０２は、同様にバスにより設定された設定値を格納し、その設定値を演算ユニット１０４と、デッドタイム挿入ユニット１１７に出力する。比較器１０３には、タイマカウンタ１００のカウンタ値と、ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１の値とが入力される。比較器は、それらの値が互いに一致したとき、一致信号をタイマカウンタ１００に出力する。

演算ユニット１０４には、デッドタイム設定レジスタ１０２の値、ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１に格納されたＰＷＭ周期の値、バスから書き込まれたデータ（外部機器等から入力するＰＷＭパルス幅の指令値など）が入力される。演算ユニット１０４は、後述する演算アルゴリズムに従って演算を行い、演算結果をＰＷＭ正相セットレジスタ１０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８に出力する。

ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８、及び４つの比較器１０９〜１１２は、デッドタイム挿入前のＰＷＭ信号を出力するデッドタイム挿入前ＰＷＭ信号出力部として機能する。

ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には、演算ユニット１０４の演算結果である正相セットタイミングの設定値が入力される。その設定値は、比較器１０９に出力される。ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６には、演算ユニット１０４の演算結果である正相リセットタイミングの設定値が入力される。その設定値は、比較器１１０に出力される。ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には、演算ユニット１０４の演算結果である逆相セットタイミングの設定値が入力される。その設定値は、比較器１１１に出力される。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には、演算ユニット１０４の演算結果である逆相リセットタイミングの設定値が入力される。その設定値は、比較器１１２に出力される。

比較器１０９は、タイマカウンタ１００（正確には、タイマカウンタ１００がクロックサイクル毎にカウントアップし、ＰＷＭ周期毎にリセットすることによって生成するカウンタ値）と、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５の設定値を入力する。比較器１０９は、それらの値が互いに一致したとき、一致信号をＰＷＭ正相出力レジスタ１１３に出力する。比較器１１０は、タイマカウンタ１００と、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６の設定値を入力する。比較器１１０は、それらの値が互いに一致したとき、一致信号をＰＷＭ正相出力レジスタ１１３に出力する。

比較器１１１は、タイマカウンタ１００と、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７の設定値とを入力する。比較器１１１は、それらの値が互いに一致したとき、一致信号をＰＷＭ逆相出力レジスタ１１４に出力する。比較器１１２は、タイマカウンタ１００と、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８の値とを入力する。比較器１１２は、それらの値が互いに一致したとき、一致信号をＰＷＭ逆相出力レジスタ１１４に出力する。

ＰＷＭ正相出力レジスタ１１３は、比較器１０９、１１０からの一致信号を入力し、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５を出力する。ＰＷＭ逆相出力レジスタ１１４は、比較器１１１、１１２からの一致信号を入力し、デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力１１６を出力する。デッドタイム挿入ユニット１１７は、デッドタイム設定レジスタ１０２からデッドタイム設定値（デッドタイムの長さをクロックサイクル単位で示した値）を入力する。デッドタイム挿入ユニット１１７は、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５と、デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力１１６とに対して、デッドタイム設定値を付加し、デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力１１８と、デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力１１９として出力する。

次に、図１に示したＰＷＭ出力装置の動作について説明する。タイマカウンタ１００は、カウンタ値のカウントアップ動作により、ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１に設定された周期を有する鋸歯状のＰＷＭ搬送波を生成する。タイマカウンタ１００は、図示しないクロック信号（正確には、その信号の立ち上がり端）が入力される毎に、カウンタ値を＋１ずつインクリメントする。そのカウンタ値は、ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１に設定された周期と一致するタイミングで、比較器１０３から出力される一致信号によりクリアされる。その為、例えばＰＷＭ周期設定レジスタ１０１に９を設定した場合、タイマカウンタ１００は０→１→２・・・・→７→８→９→０→１とクロックサイクルごとに動作し、ＰＷＭの周期は１０となる。タイマカウンタ１００のカウンタ値は、比較器１０９〜１１２に出力される。

ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１と、デッドタイム設定レジスタ１０２とに、本実施形態におけるＰＷＭ出力装置が使用される環境に合わせて、バスより（外部機器等からバスを介して）任意の値が書き込まれる。演算ユニット１０４には、本ＰＷＭ出力装置が接続されるモータの回転位置、回転速度に応じて、バスより任意の値（ＰＷＭ出力幅、ディーティ比）が書き込まれる。演算ユニット１０４には、ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１の値と、デッドタイム設定レジスタの値と、バスより書き込まれた値とが入力される。演算ユニット１０４は、それらの入力値に基づいて、図２のアルゴリズムに従い演算を行い、演算結果をＰＷＭ正相セットレジスタ１０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８に出力する。

演算ユニット１０４に書き込むＰＷＭ出力幅の範囲は、デッドタイムを考慮しなければ０〜ＰＷＭの周期（ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１の値＋１）である。しかしデッドタイムを考慮すると、正相と逆相のＰＷＭ信号を補完する必要がある。その為、ＰＷＭ出力幅の範囲は、０〜ＰＷＭの周期＋デッドタイム設定×２＋１（ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１の値＋１＋デッドタイム設定レジスタ１０２の値×２）となる。

ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には、演算ユニット１０４の演算結果が格納される。ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５と、タイマカウンタ１００の値は比較器１０９で比較され、一致した場合、ＰＷＭ正相出力レジスタ１１３がセットされる。ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６と、タイマカウンタと１００の値は比較器１１０で比較され、一致した場合、ＰＷＭ正相出力レジスタ１１３がリセットされる。ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５と、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６に同じ値が設定され、タイマカウンタ１００と同時に一致した場合は、リセットが優先されＰＷＭ正相出力レジスタ１１３はリセットされる。

ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７と、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７とタイマカウンタ１００の比較器１１１、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８とタイマカウンタ１００の比較器１１２、ＰＷＭ逆相出力レジスタ１１４も、ＰＷＭ正相と同様の動作を行う。

デッドタイム挿入ユニット１１７は従来例と同様の動作を行い、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５、デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力１１６に対して、デッドタイム設定レジスタ１０２に設定したクロックサイクル分デッドタイムを挿入し、デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力１１８、デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力１１９を出力する。

図２は、本実施形態における演算ユニットの演算アルゴリズムを記載する。図中の“ＤＵ”は、演算ユニット１０４へのバスからの書き込み値（デッドタイム挿入前のＰＷＭアクティブ信号の出力幅をクロックサイクル単位で示した値）、“ＰＥ”はＰＷＭ周期設定レジスタ１０１の設定値（ＰＷＭ周期）、“ＤＴ”はデッドタイム設定レジスタ１０２の設定値（デッドタイムの長さ）を示す。

“正ＰＷＭＳ”は、演算ユニット１０４へＤＵの値を書き込んだ時の、演算ユニット１０４から、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５への出力値を示す。

“正ＰＷＭＣ”は、演算ユニット１０４へＤＵの値を書き込んだ時の、演算ユニット１０４から、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６への出力値を示す。

“逆ＰＷＭＳ”は、演算ユニット１０４へＤＵの値を書き込んだ時の、演算ユニット１０４から、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７への出力値を示す。

“逆ＰＷＭＣ”は、演算ユニット１０４へＤＵの値を書き込んだ時の、演算ユニット１０４から、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８への出力値を示す。

図２のように演算ユニット１０４がＰＷＭ正相、逆相のセット、リセットタイミングを演算することにより、以下のような処理が可能となる。演算ユニットは、ＰＷＭパルス幅の指令値（バスからの書き込み値）が、設定されたクロックサイクルのデッドタイム（ＤＴ）に応じて設定される所定の基準期間に比べて小さい場合、正相ＰＷＭ信号がオン状態とならないように正相セットタイミングの設定を行う。図２の例では、所定の基準期間は、前記設定されたクロックサイクルのデッドタイムの２倍である。図２では、０＜ＤＵ≦ＤＴ×２の期間は、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０６に０が出力され、正相ＰＷＭ信号がオンされない。

図３は、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７、及びＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８に出力される演算ユニット１０４の演算結果を示す。ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１に格納されるＰＷＭ周期は９、デッドタイム設定レジスタ１０２に格納されるデッドタイム長さは２に設定され、演算ユニット１０４に０から１４の値（ＰＷＭ幅を示す）をバスから書き込んだものとする。これらの長さはいずれも、クロックサイクルを単位とする。

図４Ａは、図３と同じ条件で、演算ユニット１０４に０を書き込んだ時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、図２に示す演算ユニット１０４の演算アルゴリズムに従い、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６にも０が設定される。またＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には０、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には１０（ＰＷＭ周期設定レジスタ１０１の値＋１）が設定される。

ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０が設定されている為、タイマカウンタ１００が０の時に正相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６には０が設定されており、タイマカウンタ１００が０の時に正相リセット信号もアクティブとなり、正相リセット信号が優先され、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５はインアクティブ固定となる。

ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には０が設定されている為、タイマカウンタ１００が０の時に逆相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には１０が設定されており、タイマカウンタ１００は０〜９の値しか取りえない為、逆相リセット信号はインアクティブ固定となる。デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力１１６はセット信号しかアクティブにならない為、アクティブ固定となる。

デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力１１８の波形はインアクティブに固定される。デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力１１９の波形は、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５がマスクされている（インアクティブに固定されている）為、デッドタイムは挿入されずアクティブ固定となる。（すなわち、デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形はデッドタイム挿入前と同じになる。）
図４Ｂは、図３と同じ条件で、演算ユニット１０４に１を書き込んだ時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、図２に示す演算ユニットの演算アルゴリズムに従い、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６にも０が設定される。またＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には１、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定される。

ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には１が設定されている為、タイマカウンタ１００が１の時に逆相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定されており、タイマカウンタ１００が０の時に逆相リセット信号がアクティブとなる。その為、デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力１１６は、タイマカウンタ１００の一周期あたり１クロックサイクル分インアクティブとなる。

デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力１１８の波形はインアクティブに固定される。デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力１１９の波形は、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５がインアクティブ固定の為、デッドタイムは挿入されずタイマカウンタ１００の一周期あたり１クロックサイクル分インアクティブとなる。（すなわち、デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形はデッドタイム挿入前と同じになる。）
図４Ｃは、図３と同じ条件で、演算ユニット１０４に２を書き込んだ時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、図２に示す演算ユニットの演算アルゴリズムに従いＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６にも０が設定される。またＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には２、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定される。

ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には２が設定されている為、タイマカウンタ１００が２の時に逆相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定されており、タイマカウンタ１００が０の時に逆相セット信号がアクティブとなる。その為、デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力１１６は、タイマカウンタ１００の一周期あたり２クロックサイクル分インアクティブとなる。

デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力１１８の波形はインアクティブに固定される。デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力１１９の波形は、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５がインアクティブ固定の為、デッドタイムは挿入されずタイマカウンタ１００の一周期あたり２クロックサイクル分インアクティブとなる。（すなわち、デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形は、デッドタイム挿入前と同じになる。）
図４Ｄは、図３と同じ条件で、演算ユニット１０４に３を書き込んだ時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、図２に示す演算ユニットの演算アルゴリズムに従って、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６にも０が設定される。またＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には３、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定される。

ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には３が設定されている為、タイマカウンタ１００が３の時に逆相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定されており、タイマカウンタ１００が０の時に逆相セット信号がアクティブとなる。その為、デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力１１６は、タイマカウンタ１００の一周期あたり３クロックサイクル分インアクティブとなる。

デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力１１８の波形はインアクティブに固定される。デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力１１９の波形は、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５がインアクティブ固定の為、デッドタイムは挿入されずタイマカウンタ１００の一周期あたり３クロックサイクル分インアクティブとなる。（すなわち、デッドタイム挿入後のＰＷＭ波形はデッドタイム挿入前と同じになる。）
図４Ｅは、図３と同じ条件で、演算ユニット１０４に４を書き込んだ時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、図２に示す演算ユニットの演算アルゴリズムに従って、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６にも０が設定される。またＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には４、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定される。

ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０が設定されている為、タイマカウンタ１００が０の時に正相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定されており、タイマカウンタ１００が０の時に正相リセット信号もアクティブとなり、正相リセット信号が優先され、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５はインアクティブ固定となる。

ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には４が設定されている為、タイマカウンタ１００が４の時に逆相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定されており、タイマカウンタ１００が０の時に逆相セット信号がアクティブとなる。その為、デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力１１６は、タイマカウンタ１００の一周期あたり４クロックサイクル分インアクティブとなる。

デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力１１８の波形はインアクティブに固定される。デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力１１９の波形は、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５がインアクティブ固定の為、デッドタイムは挿入されずタイマカウンタ１００の一周期あたり４クロックサイクル分インアクティブとなる。（すなわちデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形は、デッドタイム挿入前と同じになる。）
図４Ｆは、図３と同じ条件で、演算ユニット１０４に５を書き込んだ時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、図２に示す演算ユニットの演算アルゴリズムに従いＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６には３が設定される。またＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７には３、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８には０が設定される。

ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５には０が設定されている為、タイマカウンタ１００が０の時に正相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６には３が設定されており、タイマカウンタ１００が３の時に正相リセット信号はアクティブとなる。その為、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力１１５はタイマカウンタ１００の一周期あたり３クロックサイクル分アクティブとなる。

デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力１１８の波形、デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力１１９の波形は、デッドタイム設定レジスタ１０２に２が設定されている為、アクティブになるタイミングで２クロックサイクル分のデッドタイム期間が挿入され、図４Ｆのような波形となる。

図４Ａと、図４Ｂを比較すると、従来例と異なり、デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力（逆相）が、アクティブ固定（図４Ａ）から、１クロックサイクルのインアクティブ（図４Ｂ）に遷移ししている。又、図４Ａ〜図４Ｆでデッドタイム挿入後のＰＷＭ出力（逆相）が、アクティブ固定（図４Ａ）から、１クロックサイクルのインアクティブ（図４Ｂ）、２クロックサイクルのインアクティブ（図４Ｃ）、３クロックサイクルのインアクティブ（図４Ｃ）、４クロックサイクルのインアクティブ（図４Ｄ）、５クロックサイクルのインアクティブ（図４Ｆ）と遷移しているのが分かる。すなわち、バスから入力されたＰＷＭ幅の指令値の増加に伴って、デッドタイム挿入後のＰＷＭ信号の幅が、１クロックサイクル単位で順次、増加している。

［第１実施形態のメカニズムおよび効果］
本実施形態によれば、鋸波を搬送波とするＰＷＭ制御において、正相及び逆相のＰＷＭ出力がそれぞれアクティブ及びインアクティブ固定の状態から順次出力される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、モータを精度よく制御することができるという効果がある。

すなわち、演算ユニット１０４が図２に例示される適切なアルゴリズムで演算を行うことにより、１クロックサイクルを単位として所望のパルス幅で正相ＰＷＭ信号及び逆相ＰＷＭ信号を出力することが可能である。

その理由は、以下の通りである。デッドタイムの設定値を加味し、ＰＷＭの周期設定、ＰＷＭの出力幅を元に、ＰＷＭのセット、リセットタイミングを演算する。デッドタイム挿入ブロックへ出力するＰＷＭ正相出力をインアクティブ固定にすることで、ＰＷＭ逆相出力にはデッドタイムの挿入が発生しないように制御する。その結果、ＰＷＭ出力幅を１クロックサイクル幅で調整できる。同様に、デッドタイム挿入ブロックへ出力するＰＷＭ逆相出力をインアクティブ固定にすることで、ＰＷＭ正相出力にはデッドタイムの挿入が発生しないように制御される。その結果、ＰＷＭ正相出力も、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。

図５に、演算ユニット１０４のＰＷＭ出力幅設定レジスタにＰＷＭ出力幅０から１４を設定した時のＰＷＭ出力波形を示す。演算ユニット１０４に０を設定した時のデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形から、１５を設定した時のデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形まで、１クロック幅単位で制御ができており、図２０Ａ、図２０Ｂの参考技術において説明した問題を改善出来ている事が分かる。

言い換えれば、本実施形態においては、外部機器等から入力されるＰＷＭ信号の出力幅の指令値が小さい場合は、例えば正相のＰＷＭ信号をインアクティブに固定してマスクする。その結果、デッドタイム挿入後の逆相のＰＷＭ信号に余計なデッドタイムが挿入されず、１クロックサイクル単位で、入力した指令値に追従する制御を実行することができる。

具体的には、デッドタイム挿入前のＰＷＭ信号の出力幅（バスからの指令値）と、所定の基準期間（デッドタイム期間よりも大きく設定される）との大小関係に基づいて、異なる処理を適用する。基準期間よりも出力幅の指令値が大きい場合は、通常のデッドタイム挿入が適用される。基準期間よりも出力幅の指令値が小さい場合は、ＰＷＭ信号（指令値）に対して、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。その補正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。その結果、１クロックサイクル単位で指令値に追従する制御が可能となる。

［第１実施形態の変形例］
図６は、第１実施形態の変形例を示す。この変形例においては、ＰＷＭ正相セットレジスタ１０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ１０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ１０７、及びＰＷＭ逆相リセットレジスタ１０８の各々に対して、バスから直接に設定値が入力され、設定される。特に制御の自由度を上げることが要求される場合には、このような外部からのセット／リセット（クリア）タイミングの制御が行われる。

このような変形例においては、正相セット信号、正相リセット信号、逆相セット信号、逆相リセット信号を外部機器等から所望のタイミングで制御することができる。その結果、図７Ａの「任意波形」と記載された下２段に示されるように、正相と逆相のＰＷＭ信号（デッドタイム挿入前）として所望の波形を設定することができる。デッドタイム挿入ユニット６１７は、その波形にデッドタイムを挿入することにより、図７Ｂの「任意波形」と記載された下２段のような波形をＰＷＭ信号としてモータ等の負荷に出力する。

［第２実施形態］
図８に、第２実施形態におけるＰＷＭ出力装置の構成を示す。ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０は、バスにより（外部機器等からバスを介して）設定された設定値を格納し、その設定値を演算ユニット６０４に出力する。演算ユニット６０４には、タイマカウンタ６００のカウンタ値、ＰＷＭ周期設定レジスタ６０１に格納されたＰＷＭ周期の値、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０に格納された値、及びバスからの書き込みデータ（デューティ比など）が入力される。演算ユニット６０４は、図９の演算アルゴリズムに従って演算を行い、演算結果をＰＷＭ正相セットレジスタ６０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ６０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ６０７、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ６０８に出力する。ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０、演算ユニット６０４以外の構成は、第１実施形態と同等である。

本実施形態においては、第１実施形態の構成に、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０を追加する。その結果、第１実施形態の演算アルゴリズムに対して、比較的小規模の回路追加により、ＰＷＭ出力をセットするタイミングを変更可能である。

次に、本実施形態におけるＰＷＭ出力装置の動作について説明する。ＰＷＭ周期設定レジスタ６０１、デッドタイム設定レジスタ６０２、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０には、本ＰＷＭ出力装置が使用される環境に合わせて、外部機器等からバスを介して任意の値が書き込まれる。演算ユニット６０４には、ＰＷＭ出力装置が接続されるモータの回転位置、回転速度に応じて、バスより任意の値（ＰＷＭ出力幅、デューティ比）が書き込まれる。演算ユニット６０４には、ＰＷＭ周期設定レジスタ６０１に格納されたＰＷＭ周期の値と、デッドタイム設定レジスタ６０２に格納されたデッドタイムの長さを示す値、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０に格納された値、及びバスより書き込まれたデータ（外部機器から入力するＰＷＭパルス幅の指令値など）が入力される。演算ユニット６０４は、図９のアルゴリズムに従って演算を行い、演算結果をＰＷＭ正相セットレジスタ６０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ６０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ６０７、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ６０８に出力する。それ以外の動作は、第１実施形態と同じである。

図９に演算ユニット６０４の第２実施形態の演算アルゴリズムを記載する。図中の“ＤＵ”は、演算ユニット６０４へのバスからの書き込み値、“ＰＥ”はＰＷＭ周期設定レジスタ６０１の設定値、“ＤＴ”はデッドタイム設定レジスタ６０２の設定値を示す。

“正ＰＷＭＳ”は、演算ユニット６０４へＤＵの値を書き込んだ時の、演算ユニット６０４から、ＰＷＭ正相セットレジスタ６０５への出力値を示す。

“正ＰＷＭＣ”は、演算ユニット６０４へＤＵの値を書き込んだ時の、演算ユニット６０４から、ＰＷＭ正相リセットレジスタ６０６への出力値を示す。

“逆ＰＷＭＳ”は、演算ユニット６０４へＤＵの値を書き込んだ時の、演算ユニット６０４から、ＰＷＭ逆相セットレジスタ６０７への出力値を示す。

“逆ＰＷＭＣ”は、演算ユニット６０４へＤＵの値を書き込んだ時の、演算ユニット６０４から、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ６０８への出力値を示す。

“ＰＳ”はＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０の設定値を示す。

図９のアルゴリズムにおいては、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０に設定された位相シフト値に応じて、正相ＰＷＭセット信号、正相ＰＷＭリセット信号、逆相ＰＷＭセット信号、及び逆相ＰＷＭリセット信号の位相がシフトされる。

図１２Ａ、図１２Ｂに、演算ユニット６０４がＰＷＭ正相セットレジスタ６０５、ＰＷＭ正相リセットレジスタ６０６、ＰＷＭ逆相セットレジスタ６０７、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ６０８に出力する値の一例を記載する。この例では、ＰＷＭ周期設定レジスタ６０１に９、デッドタイム設定レジスタ６０２には２、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０には５を設定し、演算ユニット６０４に０から１４の値をバスから書き込んだものとする。

演算ユニット６０４に書き込まれるＰＷＭ出力幅の範囲は第１実施形態と同じである。ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０は、ＰＷＭのセットタイミングが設定されるレジスタである。ＰＷＭ出力として、シフト可能なＰＷＭ出力の最大値は、クロックサイクル単位でＰＷＭ周期−１となる。その為、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０の設定範囲は、０〜ＰＷＭ周期設定レジスタ６０１の値となる。（ＰＷＭ出力のセットタイミングをＰＷＭ周期分シフトすると全く同じ波形となってしまう為）。

図１１Ａは、図９と同じ条件で、演算ユニット６０４に０を書き込んだ時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、図９に示した演算ユニットの演算アルゴリズムに従って、ＰＷＭ正相セットレジスタ６０５には０、ＰＷＭ正相リセットレジスタ６０６にも０が設定される。またＰＷＭ逆相セットレジスタ６０７には０、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ６０８には１０（ＰＷＭ周期設定レジスタ６０１の値＋１）が設定される。

ＰＷＭ正相セットレジスタ６０５には０が設定されている為、タイマカウンタ６００のカウンタ値が０の時に正相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ正相リセットレジスタ６０６には０が設定されており、タイマカウンタ６００が０の時に正相リセット信号もアクティブとなり、正相リセット信号が優先され、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力６１５はインアクティブ固定となる。

ＰＷＭ逆相セットレジスタ６０９には０が設定されている為、タイマカウンタ６００が０の時に逆相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ６０８には１０が設定されており、タイマカウンタ６００は０〜９の値しか取りえない為、逆相リセット信号はインアクティブ固定となる。デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力６１６はセット信号しかアクティブにならない為、アクティブ固定となる。

デッドタイム挿入後の正相ＰＷＭ波形６１８はインアクティブに固定される。デッドタイム挿入後の逆相ＰＷＭ波形６１９は、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力６１５がインアクティブ固定の為、デッドタイムは挿入されずアクティブ固定となる。（第１実施形態と同じ波形）
図１１Ｂは、図１０と同じ条件で、演算ユニット６０４に１を書き込んだ時のＰＷＭ出力波形を示している。この場合、図９に示した演算ユニットの演算アルゴリズムに従いＰＷＭ正相セットレジスタ６０５には０、ＰＷＭ正相リセットレジスタ６０６にも０が設定される。またＰＷＭ逆相セットレジスタ６０７、ＰＷＭ逆相リセットレジスタ６０８には、第１実施形態に対して、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０の値が加算され、それぞれ６と５が設定される。

ＰＷＭ正相セットレジスタ６０５には０が設定されている為、タイマカウンタ６００が０の時に正相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ正相リセットレジスタ６０６には０が設定されており、タイマカウンタ６００が０の時に正相リセット信号もアクティブとなり、正相リセット信号が優先され、デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力６１５はインアクティブ固定となる。

ＰＷＭ逆相セットレジスタ６０７には６が設定されている為、タイマカウンタ６００が６の時に逆相セット信号がアクティブとなる。ＰＷＭ逆相リセットレジスタ６０８には５が設定されており、タイマカウンタ６００が５の時に逆相リセット信号がアクティブとなる。その為、デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力６１６は、タイマカウンタ６００の一周期あたり１クロックサイクル分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６１８はインアクティブに固定される。デッドタイム挿入後の逆相ＰＷＭ波形６１９は、デッドタイム挿入前の逆相ＰＷＭ６１６がインアクティブ固定の為、デッドタイムは挿入されずタイマカウンタ６００の一周期あたり１クロックサイクル分インアクティブとなる。また、ＰＷＭのセットタイミングは第１実施形態と比較して、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０に設定した値分右にシフトする。図１１Ｃ〜図１１Ｆも同様に、第１実施形態と比較して、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０に設定した値分右にシフトする。

図１２Ａ〜図１２Ｄに、ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ６２０に５を設定し、演算ユニット６０４のＰＷＭ出力幅設定レジスタにＰＷＭ出力幅０から１４を設定した時のＰＷＭ出力波形を示す。図１２Ａと図１２Ｂがデッドタイム挿入前、図１２Ｃと図１２Ｄがデッドタイム挿入後のＰＷＭ出力波形である。ＰＷＭ出力幅設定レジスタに０を設定した時のデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形から、１５を設定した時のデッドタイム挿入後のＰＷＭ波形まで、１クロック幅単位で制御ができており、また第１実施形態の出力波形と比較して、ＰＷＭのセットタイミングが５クロックサイクル右にシフトできていることが分かる。

［第２実施形態のメカニズムおよび効果］
以上、説明した第２実施形態においては、ＰＷＭ出力の幅を１クロックサイクル幅で調整すること（第１実施形態）ができ、且つＰＷＭのセット、リセットタイミングを自由にシフトすることにより、モータをさらに精度よく制御することができるという効果がある。

その理由は、第１実施形態の構成に対して、ＰＷＭのセットタイミングを設定するレジスタを設けて、このレジスタの値を加算し、且つ、ＰＷＭの周期設定を超えた場合は、“ＰＷＭ周期設定値＋１”の値を引くことで、ＰＷＭのセット、リセットタイミングを自由にシフトできるようにした為である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば本発明の各実施形態を矛盾の無い範囲で組み合わせることが可能である。

１００タイマカウンタ
１０１ＰＷＭ周期設定レジスタ
１０２デッドタイム設定レジスタ
１０３比較器
１０４演算ユニット
１０５ＰＷＭ正相セットレジスタ
１０６ＰＷＭ正相リセットレジスタ
１０７ＰＷＭ逆相セットレジスタ
１０８ＰＷＭ逆相リセットレジスタ
１０９比較器
１１０比較器
１１１比較器
１１２比較器
１１３ＰＷＭ正相出力レジスタ
１１４ＰＷＭ逆相出力レジスタ
１１５デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力
１１６デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力
１１７デッドタイム挿入ユニット
１１８デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力
１１９デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力
６００タイマカウンタ
６０１ＰＷＭ周期設定レジスタ
６０２デッドタイム設定レジスタ
６０３比較器
６０４演算ユニット
６０５ＰＷＭ正相セットレジスタ
６０６ＰＷＭ正相リセットレジスタ
６０７ＰＷＭ逆相セットレジスタ
６０８ＰＷＭ逆相リセットレジスタ
６０９比較器
６１０比較器
６１１比較器
６１２比較器
６１３ＰＷＭ正相出力レジスタ
６１４ＰＷＭ逆相出力レジスタ
６１５デッドタイム挿入前ＰＷＭ正相出力
６１６デッドタイム挿入前ＰＷＭ逆相出力
６１７デッドタイム挿入ユニット
６１８デッドタイム挿入後ＰＷＭ正相出力
６１９デッドタイム挿入後ＰＷＭ逆相出力
６２０ＰＷＭセットタイミング設定レジスタ
１１００ＰＷＭ出力生成ブロック
１１０１ＰＷＭ出力幅設定レジスタ
１１０２ＰＷＭ出力
１１０３デッドタイム挿入ブロック
１１０４デッドタイム設定レジスタ
１１０５デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力
１１０６ＰＷＭ周期設定レジスタ
１１０７タイマカウンタ
１２００デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力波形（正相）
１２０１デッドタイム挿入前のＰＷＭ出力波形（逆相）
１２０２デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力波形（正相）
１２０３デッドタイム挿入後のＰＷＭ出力波形（逆相）
１２０４デッドタイム範囲
１２０５デッドタイム範囲

Claims

ＰＷＭ（パルス幅変調）の周期が設定されるＰＷＭ周期設定レジスタと、
入力したクロック信号に基づいて前記周期を有するカウンタ値を出力するタイマカウンタと、
ＰＷＭパルス幅の指令値と、前記カウンタ値とに基づいて、正相ＰＷＭ信号をオン状態にする正相セットタイミングと、前記正相ＰＷＭ信号をオフ状態にする正相リセットタイミングと、逆相ＰＷＭ信号をオン状態にする逆相セットタイミングと、前記逆相ＰＷＭ信号をオフ状態にする逆相リセットタイミングとの各々を設定する演算ユニットと、
前記カウンタ値と前記正相セットタイミングとが一致したときに前記正相ＰＷＭ信号をオン状態にすることを指令する正相ＰＷＭセット信号を出力し、前記カウンタ値と前記正相リセットタイミングとが一致したときに前記正相ＰＷＭ信号をオフ状態にすることを指令する正相ＰＷＭリセット信号を出力し、前記カウンタ値と前記逆相セットタイミングとが一致したときに前記逆相ＰＷＭ信号をオン状態にすることを指令する逆相ＰＷＭセット信号を出力し、前記カウンタ値と前記逆相リセットタイミングとが一致したときに前記逆相ＰＷＭ信号をオフ状態にすることを指令する逆相ＰＷＭリセット信号を出力するデッドタイム挿入前ＰＷＭ信号出力部と、
前記正相ＰＷＭセット信号、前記正相ＰＷＭリセット信号、前記逆相ＰＷＭセット信号、及び前記逆相ＰＷＭリセット信号に対して、設定されたクロックサイクルのデッドタイムを挿入するデッドタイム挿入ユニットとを具備する
ＰＷＭ出力装置。
前記タイマカウンタは、入力したクロック信号に基づいて前記カウンタ値のカウントアップを行い、前記周期ごとに前記カウンタ値のリセットを行うことによって前記所定の波形を生成する
請求項１記載のＰＷＭ出力装置。
更に、位相シフト値が設定されるＰＷＭセットタイミング設定レジスタを具備し、
前記演算ユニットは、前記位相シフト値に応じて前記正相ＰＷＭセット信号、前記正相ＰＷＭリセット信号、前記逆相ＰＷＭセット信号、及び前記逆相ＰＷＭリセット信号の位相をシフトする
請求項１記載のＰＷＭ出力装置。
前記タイマカウンタは、入力したクロック信号の１クロックサイクル毎に前記カウンタ値を１ずつカウントアップし、前記周期ごとに前記カウンタ値のリセットを行うことによって前記所定の波形を生成し、
前記演算ユニットは、前記１クロックサイクルを単位として所望のパルス幅で前記正相ＰＷＭ信号及び前記逆相ＰＷＭ信号を出力することが可能である
請求項１記載のＰＷＭ出力装置。
前記演算ユニットは、前記ＰＷＭパルス幅の指令値が、前記設定されたクロックサイクルのデッドタイムに応じて設定される所定の基準期間に比べて小さい場合、前記正相ＰＷＭ信号がオン状態とならないように前記正相セットタイミングの設定を行う
請求項１から４のいずれかに記載のＰＷＭ出力装置。
前記所定の基準期間は、前記設定されたクロックサイクルのデッドタイムの２倍である
請求項５記載のＰＷＭ出力装置。