JP2016213929A - On-vehicle motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載用モータ制御装置に係り、特に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式の車載用モータ制御装置に関する。 The present invention relates to an in-vehicle motor control device, and more particularly to a PWM (Pulse Width Modulation) control type in-vehicle motor control device.
車両用エアコンの送風を行うブロワモータ等の車載用モータには、ブラシ付きＤＣモータに比して制御性及び効率に優れるブラシレスモータが主に用いられる。ブラシレスモータ（以下、「モータ」と称する）の制御装置は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子をオン・オフさせてモータの各相に整流した矩形波状の電圧を通電することによりモータのロータを回転させている。 As a vehicle-mounted motor such as a blower motor that blows air from a vehicle air conditioner, a brushless motor that is superior in controllability and efficiency as compared with a brushed DC motor is mainly used. A control device for a brushless motor (hereinafter referred to as a “motor”) turns on and off a switching element such as an FET (field effect transistor) and energizes a rectangular wave voltage rectified in each phase of the motor, thereby controlling the motor. The rotor is rotating.
しかしながら、スイッチング素子はオン又はオフの動作の度に、電磁波である輻射ノイズを放射する。かかる輻射ノイズは、モータの制御装置外の機器、特にラジオ、カーオーディオ等の音響装置に対して悪影響を及ぼすおそれがあり、例えば、音響装置が再生した音声にノイズを混在させる場合がある。 However, each time the switching element is turned on or off, the switching element emits radiation noise that is an electromagnetic wave. Such radiation noise may adversely affect devices outside the motor control device, particularly acoustic devices such as radio and car audio. For example, noise may be mixed in the sound reproduced by the acoustic device.
特許文献１には、共振コイルと共振コンデンサとを並列接続した共振回路を、モータの巻線とスイッチング素子との間に備えたモータ駆動装置が開示されている。特許文献１に記載のモータ駆動装置は、スイッチング素子のオン・オフと共振回路による電圧の変化を同期させてスイッチング素子のスイッチング損失を低減することによりスイッチング素子から放射される輻射ノイズを抑制している。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、通常のモータ駆動装置の回路に共振コイル及び共振コンデンサを追加することを要するので、モータ駆動装置を包括するモータ制御装置の製造コスト削減と、モータの制御装置の小型化と、を困難にするという問題があった。
However, in the technique described in
本発明は上記に鑑みてなされたもので、新たな回路の実装を要しない簡易な回路構成により、音響装置等の輻射ノイズの影響を受ける機器の動作時にスイッチング素子からの輻射ノイズを抑制できる車載用モータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an in-vehicle system capable of suppressing radiation noise from a switching element during operation of a device affected by radiation noise such as an acoustic device by a simple circuit configuration that does not require mounting of a new circuit. An object of the present invention is to provide a motor control device for a vehicle.
上記目的を達成するために、請求項１に記載の車載用モータ制御装置は、電源電圧をスイッチングしてモータの巻線に印加する電圧を生成する駆動回路と、上位制御装置から出力された指令信号に基づいて前記駆動回路を制御するための制御信号を所定スルーレートで生成して前記駆動回路に出力すると共に、前記上位制御装置から輻射ノイズの影響を受ける機器が動作を開始したことを示す信号が出力された場合には、前記制御信号のスルーレートを前記所定スルーレートよりも小さくする制御部と、を含んでいる。
In order to achieve the above object, an in-vehicle motor control device according to
請求項１に記載の車載用モータ制御装置は、輻射ノイズの影響を受ける機器が動作を開始した場合に、モータの巻線に印加する電圧を生成する駆動回路を制御する制御信号の立ち上がり及び立ち下がりに要する時間の指標であるスルーレートを小さくする。駆動回路は、ＦＥＴ等のスイッチング素子のスイッチングにより、モータの巻線に印加する電圧を生成するが、駆動回路のスイッチング素子のスイッチングを制御する制御信号のスルーレートが小さい場合には、当該スイッチング素子のスイッチング動作は緩慢になる。その結果、当該スイッチング素子の動作に伴って放射される輻射ノイズが抑制される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an in-vehicle motor control device according to a first aspect of the present invention, in which the rise and rise of a control signal for controlling a drive circuit that generates a voltage to be applied to a motor winding when a device affected by radiation noise starts operating. Decrease the slew rate, which is an indicator of the time required for falling. The drive circuit generates a voltage to be applied to the winding of the motor by switching the switching element such as an FET. If the slew rate of the control signal for controlling the switching of the switching element of the drive circuit is small, the switching element The switching operation is slow. As a result, radiation noise radiated with the operation of the switching element is suppressed.
駆動回路を制御する制御信号のスルーレートを変更する機構は、市販のモータ制御用集積回路に実装されている場合がある。従って、ＰＷＭ制御方式の車載用モータ制御装置において、新たな回路の実装を要しない簡易な回路構成により、音響装置等の動作時にスイッチング素子からの輻射ノイズを抑制できる。 A mechanism for changing the slew rate of the control signal for controlling the drive circuit may be mounted on a commercially available integrated circuit for motor control. Therefore, in the on-vehicle motor control device of the PWM control system, radiation noise from the switching element can be suppressed during the operation of the acoustic device or the like with a simple circuit configuration that does not require mounting of a new circuit.
請求項２に記載の車載用モータ制御装置は、請求項１に記載の車載用モータ制御装置において、前記制御部は、前記上位制御装置から輻射ノイズの影響を受ける機器が動作を停止したことを示す信号が出力された場合には、前記所定スルーレートの前記制御信号を出力する。
The in-vehicle motor control device according to claim 2 is the in-vehicle motor control device according to
請求項２に記載の車載用モータ制御装置は、輻射ノイズの影響を受ける機器が動作を停止した場合には、駆動回路を制御する制御信号のスルーレートを所定スルーレートに戻す。制御信号のスルーレートが大きい場合には、当該スイッチング素子のスイッチング動作は高速になり、当該スイッチング素子の動作の効率が改善される。 The in-vehicle motor control device according to claim 2 returns the slew rate of the control signal for controlling the drive circuit to a predetermined slew rate when the device affected by the radiation noise stops operating. When the slew rate of the control signal is large, the switching operation of the switching element becomes high speed, and the operation efficiency of the switching element is improved.
請求項３に記載の車載用モータ制御装置は、請求項１又は請求項２に記載の車載用モータ制御装置において、前記制御部は、前記制御信号を生成に係るスイッチング素子の入力端子と該入力端子の前段との間の抵抗値を大きくすることにより前記制御信号のスルーレートを前記所定スルーレートよりも小さくする。
The in-vehicle motor control device according to claim 3 is the in-vehicle motor control device according to
請求項３の車載用モータ制御装置は、制御信号の生成に係るスイッチング素子の入力端子と当該スイッチング素子の入力端子の前段との間の抵抗値を大きくすることで、駆動回路を制御する制御信号のスルーレートを小さくする。スイッチング素子の前段からスイッチング素子の入力端子までの抵抗を大きくすると、スイッチング素子のスイッチング動作が緩慢になるので、当該スイッチング素子が出力する制御信号のスルーレートが低下する。その結果、簡易な回路構成により、音響装置等の動作時にスイッチング素子からの輻射ノイズを抑制できる。 The on-vehicle motor control device according to claim 3 is a control signal for controlling the drive circuit by increasing a resistance value between the input terminal of the switching element and the preceding stage of the input terminal of the switching element, which are related to the generation of the control signal. Reduce the slew rate. When the resistance from the previous stage of the switching element to the input terminal of the switching element is increased, the switching operation of the switching element becomes slow, so that the slew rate of the control signal output by the switching element decreases. As a result, with a simple circuit configuration, radiation noise from the switching element can be suppressed during operation of the acoustic device or the like.
請求項４に記載の車載用モータ制御装置は、請求項３に記載の車載用モータ制御装置において、前記制御部は、前記制御信号を生成に係るスイッチング素子の入力端子と該入力端子の前段との間に高抵抗の素子と低抵抗の素子とが並列に接続された回路を有し、該低抵抗の素子の通電を遮断することにより、該スイッチング素子の入力端子と該入力端子の前段との間の抵抗値を大きくする。 The in-vehicle motor control device according to claim 4 is the in-vehicle motor control device according to claim 3, wherein the control unit includes: an input terminal of a switching element for generating the control signal; a front stage of the input terminal; Having a circuit in which a high resistance element and a low resistance element are connected in parallel, and by cutting off the energization of the low resistance element, the input terminal of the switching element and the previous stage of the input terminal Increase the resistance value between.
請求項４に記載の車載用モータ制御装置は、制御信号を生成に係るスイッチング素子の入力端子と当該入力端子の前段との間に設けられた高抵抗の素子と低抵抗の素子とが並列に接続された回路において、低抵抗の素子の通電を遮断することにより、スイッチング素子の入力端子と当該入力端子の前段との間の抵抗値を大きくする。その結果、簡易な回路構成により、音響装置等の動作時にスイッチング素子からの輻射ノイズを抑制できる。 The on-vehicle motor control device according to claim 4, wherein a high-resistance element and a low-resistance element provided between the input terminal of the switching element for generating the control signal and the previous stage of the input terminal are in parallel. In the connected circuit, the resistance value between the input terminal of the switching element and the preceding stage of the input terminal is increased by cutting off the energization of the low-resistance element. As a result, with a simple circuit configuration, radiation noise from the switching element can be suppressed during operation of the acoustic device or the like.
請求項５に記載の車載用モータ制御装置は、請求項４に記載の車載用モータ制御装置において、前記低抵抗の素子は、前記制御信号のスルーレートを所定スルーレートにする場合にオンされ、前記制御信号のスルーレートを所定スルーレートより小さくする場合にオフされるスイッチである。 The on-vehicle motor control device according to claim 5 is the on-vehicle motor control device according to claim 4, wherein the low-resistance element is turned on when the slew rate of the control signal is set to a predetermined slew rate, The switch is turned off when the slew rate of the control signal is made smaller than a predetermined slew rate.
請求項５に記載の車載用モータ制御装置は、高抵抗な素子と並列接続されたスイッチをオン又はオフすることで制御信号のスルーレートを変更することができるので、簡易な回路構成により、音響装置等の動作時にスイッチング素子からの輻射ノイズを抑制できる。 The on-vehicle motor control device according to claim 5 can change the slew rate of the control signal by turning on or off a switch connected in parallel with the high-resistance element. Radiation noise from the switching element can be suppressed during operation of the device or the like.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、車載空調装置用モータアクチュエータに適用されるブラシレスモータ及び車載用モータ制御装置について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the brushless motor and the in-vehicle motor control device applied to the in-vehicle air conditioner motor actuator will be described in detail.
（車載空調装置用モータアクチュエータ）
まず、車載空調装置用モータアクチュエータの概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るモータアクチュエータの構成の一例の概略を示す一部破断した正面断面図である。
(Motor actuator for in-vehicle air conditioner)
First, a schematic configuration of a motor actuator for an in-vehicle air conditioner will be described. FIG. 1 is a partially cutaway front sectional view showing an outline of an example of the configuration of a motor actuator according to the present embodiment.
図１に示すように、本実施の形態のモータアクチュエータ１２は、ハウジング１４を備えており、その内側にはブラシレスモータ１６（以下、「モータ１６」と称する）と車載用モータ制御装置１０（以下、「モータ制御装置１０」と称する）の制御基板１８とが収容されている。
As shown in FIG. 1, the
図１に示すように、ハウジング１４は、一端が開口した浅底の略箱状に形成されており、ハウジング１４の開口端には略円筒形状の筒部３４がハウジング１４に対して一体的に設けられている。
As shown in FIG. 1, the
また、ハウジング１４には略円筒形状の支持部３６が設けられており、当該支持部３６の外周部には、ステータ２８が一体的に取り付けられている。ステータ２８は、薄珪素鋼板等から成る複数枚のコア片を積層して形成されたコア２６を備えており、更に、当該コア２６には、各々が巻線としての三相のコイル３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗから成るコイル群３０が巻き掛けられている。なお、コイル３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗの個々を区別する必要がない場合は「コイル３０」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「Ｕ」、「Ｖ」、「Ｗ」の符号を付して称する。これらのコイル３０は、電気的な位相が１２０度ずれるように設けられており、これらのコイル３０が所定の周期で交互に通電されることにより、ステータ２８の周囲に所定の回転磁界を形成するように構成されている。
The
一方、支持部３６の内側には、一対の軸受３８が固定されており、当該軸受３８によってシャフト２０が支持部３６並びに筒部３４に対して同軸的で且つ、自らの軸周りに回転自在に支持されている。
On the other hand, a pair of
シャフト２０の軸方向一端側は、筒部３４を貫通しており、その一端部もしくは、一端部近傍にてシャフト２０の回転力を受けて回動する図示を省略した空調装置本体に設けられた送風用のファンへ機械的に連結されている。
One end of the
また、シャフト２０の筒部３４から貫通した部分にはロータ２２が一体的に取り付けられている。ロータ２２は、ハウジング１４の開口方向とは反対方向へ向けて開口した筒部３４並びに支持部３６に対して、同軸の有底筒形状に形成されており、当該ロータ２２の上底部をシャフト２０が貫通している。
Further, the
ロータ２２の内周部には、略円筒形状のロータマグネット２４がロータ２２に対して同軸的に固定されている。ロータマグネット２４は、その軸心を介して半径方向一方の側はＮ極で他方の側がＳ極となるように形成されていると共に、自らの軸心周りに所定角度（例えば、６０度）毎に磁極の極性が変わるように形成され、その周囲の所定の磁界を形成する。
A substantially
ロータマグネット２４は、支持部３６の半径方向に沿ってステータ２８の外側でステータ２８と対向するように設けられており、上述したコイル３０が通電されてステータ２８の周囲に回転磁界が形成されると、当該回転磁界とロータマグネット２４が形成する磁界との相互作用で支持部３６周りの回転力がロータマグネット２４に生じ、これにより、シャフト２０が回転する。
The
一方、ステータ２８よりもハウジング１４の底部側には、制御基板１８が配置されている。制御基板１８は、表面及び裏面の少なくとも何れか一方にプリント配線が施されており、複数の抵抗素子やトランジスタ素子、さらには、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）等の素子が上記のプリント配線を介して適宜に接続されている。
On the other hand, the
（モータ制御装置）
次に車載用モータ制御装置１０（以下、「モータ制御装置」と称する）の概略構成について説明する。本実施の形態のモータ制御装置１０（制御基板１８）は、カスタムＩＣにより構成している。なお、本実施の形態のモータ制御装置１０は、スイッチング素子（ＦＥＴ７４、ＦＥＴ７６）の発熱を抑制するため、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整することによりモータ１６の回転速度を制御する、所謂「ＰＷＭ制御」によりモータ１６の駆動制御を行うものである。
(Motor control device)
Next, a schematic configuration of the on-vehicle motor control device 10 (hereinafter referred to as “motor control device”) will be described. The motor control device 10 (control board 18) of the present embodiment is configured by a custom IC. The
図２は、本実施の形態に係るモータ制御装置１０の構成の一例の概略を示すブロック図である。なお、図２では、モータ１６として三相６極のモータを示している。
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of an example of the configuration of the
本実施の形態のモータ制御装置１０は、ホール素子５２及びセンサマグネット４０（図１参照）を備えている。
The
センサマグネット４０は、図１に示すように、シャフト２０の軸方向他端側にシャフト２０に対して同軸的かつ、一体的に固定されている。センサマグネット４０はロータマグネット２４と同様に永久磁石であり、軸心周りに所定角度（例えば、６０度）毎にＮ極の磁極とＳ極の磁極とが交互に位置する多極磁石であり、その周囲に特定の磁界を形成する。
As shown in FIG. 1, the
一方、ホール素子５２は、センサマグネット４０により形成された磁界を検出することにより、ロータ２２の位置（回転位置）を検出するためのものである。Ｕ相に対応するＵ相ホール素子、Ｖ相に対応するＶ相ホール素子、Ｗ相に対応するＷ相ホール素子を含んで構成されている。Ｕ相ホール素子、Ｖ相ホール素子、Ｗ相ホール素子は、センサマグネット４０と対向するようにセンサマグネット４０の軸心周りに例えば４０度毎に設けられており、各々の位置でセンサマグネット４０の磁界を構成する磁力線を検出し、各々位置検出信号（「出力信号Ｕ」、「出力信号Ｖ」、「出力信号Ｗ」）を出力する。
On the other hand, the hall element 52 is for detecting the position (rotation position) of the
また、本実施の形態のモータ制御装置１０の制御基板１８上には、スイッチング素子（ＦＥＴ７４、ＦＥＴ７６）を備えたインバータ回路である電圧供給部５０と、電圧供給部５０を制御するマイクロコンピュータ５８と、が実装されている。
Further, on the
マイクロコンピュータ５８には、スタンバイ回路６０、駆動タイミング生成部６２、制御部６４、回転数検出部６６、ＦＥＴドライバ６８、及び保護回路７０等が構成されている。また、マイクロコンピュータ５８には、エアコンＥＣＵ（Electronic Control Unit）７８が接続され、さらに電源８０が、力率改善リアクトル８２を介して接続されている。
The
力率改善リアクトル８２の電源８０側の、一端は平滑コンデンサ８４Ａによって、他端は平滑コンデンサ８４Ｂによって、各々接地されている。その結果、電源８０、力率改善リアクトル８２、及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂは略直流電源を構成している。
One end of the power
エアコンＥＣＵ７８は、エアコン（車載空調装置）の電子制御ユニットであり、ユーザがエアコンＥＣＵ７８によりエアコンをオンすると、モータ制御装置１０の制御により、モータ１６が作動する。また、ユーザがエアコンの強度を調節する場合は、エアコンＥＣＵ７８を介してモータ１６（ロータ２２）の回転速度を指示するための信号が入力される。
The air conditioner ECU 78 is an electronic control unit of an air conditioner (vehicle air conditioner). When the user turns on the air conditioner by the air conditioner ECU 78, the
また、エアコンＥＣＵには、車両のエンジン等を含めた機器を総合的に制御するための上位ＥＣＵ８６が接続され、上位ＥＣＵ８６には、ラジオ及びカーオーディオ等の音響装置８８等の輻射ノイズの影響を受ける機器が接続されている。音響装置８８等の機器、上位ＥＣＵ８６、エアコンＥＣＵ７８及びマイクロコンピュータ５８の間の通信は、例えばＬＩＮ（Local Interconnect Network）等のプロトコルを用いて行われる。
The air conditioner ECU is connected to a host ECU 86 for comprehensively controlling equipment including a vehicle engine and the like, and the host ECU 86 is affected by radiation noise from an acoustic device 88 such as a radio and a car audio. The receiving device is connected. Communication among devices such as the acoustic device 88, the host ECU 86, the air conditioner ECU 78, and the
以下に、マイクロコンピュータ５８の構成について説明する。スタンバイ回路６０は、電源８０から各部への電源供給を制御するためのものである。また、本実施の形態のスタンバイ回路６０は、エアコンの停止状態であっても電源８０から空調装置へ流れる微弱な電流を制御する。
The configuration of the
駆動タイミング生成部６２は、ホール素子５２から入力されるロータ２２の位置を示す出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗに基づいて、ロータ２２を駆動するタイミングを生成するためのものである。
The drive timing generation unit 62 is for generating timing for driving the
回転数検出部６６は、ホール素子５２から入力される出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗに基づいてロータ２２の回転数を検出するためのものである。
The rotational
制御部６４は、スタンバイ回路６０から電源が供給されると、駆動タイミング生成部６２で生成された駆動タイミング及びエアコンＥＣＵ７８により指示されたロータ２２の回転速度に基づいて、ロータ２２の角速度（進角）を制御するための信号をＦＥＴドライバ６８に出力するものである。
When power is supplied from the
また、本実施の形態の制御部６４は、音響装置８８等の輻射ノイズの影響を受ける機器がオンになった際に、ＦＥＴドライバ６８が出力する矩形波状のパルス信号であるＰＷＭ信号のスルーレートを所定スルーレートよりも低下させる抵抗制御信号を出力する出力抵抗選択レジスタ６４Ａを備えている。
In addition, the control unit 64 of the present embodiment is configured such that the slew rate of the PWM signal that is a rectangular wave pulse signal output from the FET driver 68 when a device affected by radiation noise such as the acoustic device 88 is turned on. Is provided with an output
ＦＥＴドライバ６８は、回転数検出部６６の出力及び制御部６４の制御に基づいて、駆動デューティ値（ＤＵＴＹ）を決定し、エアコンＥＣＵ７８から入力された信号のレベルに応じたパルス幅を有するパルス信号であるＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ制御を行うためのものである。
The FET driver 68 determines a drive duty value (DUTY) based on the output of the rotation
ＦＥＴドライバ６８は、駆動デューティ決定部及びＰＷＭタイマ（いずれも図示省略）を備え、決定された駆動デューティ値に応じたパルス幅の信号をＰＷＭタイマを用いて生成し、ＰＷＭ信号として出力する。なお、本実施の形態では、出力デューティ値をデジタル値で取り扱っている。 The FET driver 68 includes a drive duty determination unit and a PWM timer (both not shown), generates a signal having a pulse width corresponding to the determined drive duty value by using the PWM timer, and outputs it as a PWM signal. In the present embodiment, the output duty value is handled as a digital value.
図３に示すように、本実施の形態では、ＰＷＭタイマの具体的一例として、０〜２２１までの２２２段のアップ・ダウンカウンタを用いており、ＰＷＭの１００％出力をカウント値２２１、０％出力をカウント値０で表現する。例えば、回路クロック８ＭＨｚとした場合、１クロックが、１／８ＭＨｚ＝１２５ｎｓであり、１周期Ｔ１は、１２５ｎｓ×２２２×２＝５５．５μｓになる。従って、本実施の形態のＰＷＭ周期は１／５５．５μｓ＝１８ｋＨｚとなる。またＰＷＭ信号は、ＰＷＭタイマの出力値及び指令信号Ｃｍに基づいて生成されるため、図３に示した場合では、指令信号Ｃｍのレベル(電圧レベル)を大きくすることにより、ＰＷＭ信号のデューティ比を大きくすることができる。また、指令信号Ｃｍのレベルを小さくすることにより、ＰＷＭ信号のデューティ比を小さくすることができる。このように、指令信号Ｃｍのレベルに応じてＰＷＭ信号のデューティ比を変化させることができる。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, as a specific example of the PWM timer, a 222-stage up / down counter from 0 to 221 is used, and a PWM 100% output is output as a
保護回路７０は、過熱によるＦＥＴ７４、ＦＥＴ７６の破壊を防止するためのものであり、過負荷状態になるような電流がコイル３０に流れると全てのＦＥＴ７４、ＦＥＴ７６を強制的にオフ状態にして、コイル３０への通電を遮断する。
The
以下に、電圧供給部５０の構成について説明する。電圧供給部５０は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）インバータにより構成されている。図２に示すように、電圧供給部５０は、各々が上段スイッチング素子としての３つのＮ型電界効果トランジスタ（Ｎ型ＦＥＴ）７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ（以下、「ＦＥＴ７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ」と称する）、各々が下段スイッチング素子としての３つのＮ型ＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗ（以下、「ＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗ」と称する）とを備えている。なお、ＦＥＴ７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ及びＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗは、各々、個々を区別する必要がない場合は「ＦＥＴ７４」、「ＦＥＴ７６」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「Ｕ」、「Ｖ」、「Ｗ」の符号を付して称する。
Below, the structure of the
ＦＥＴ７４、ＦＥＴ７６のうち、ＦＥＴ７４Ｕのソース及びＦＥＴ７６Ｕのドレインは、コイル３０Ｕの端子に接続されており、ＦＥＴ７４Ｖのソース及びＦＥＴ７６Ｖのドレインは、コイル３０Ｖの端子に接続されており、ＦＥＴ７４Ｗのソース及びＦＥＴ７６Ｗのドレインは、コイル３０Ｗの端子に接続されている。
Among the FETs 74 and 76, the source of the FET 74U and the drain of the FET 76U are connected to the terminal of the
ＦＥＴ７４及びＦＥＴ７６のゲートはＦＥＴドライバ６８に接続されており、ＰＷＭ信号が入力される。ＦＥＴ７４及びＦＥＴ７６は、ゲートにハイレベルのＰＷＭ信号が入力するとオン状態になり、ドレインからソースに電流が流れる。また、ゲートにローレベルのＰＷＭ信号が入力されるとオフ状態になり、ドレインからソースへ電流が流れない状態になる。 The gates of the FET 74 and FET 76 are connected to the FET driver 68, and a PWM signal is input. The FET 74 and FET 76 are turned on when a high-level PWM signal is input to the gate, and current flows from the drain to the source. Further, when a low level PWM signal is input to the gate, the transistor is turned off, and no current flows from the drain to the source.
図４は、本実施の形態に係るモータ制御装置１０におけるＦＥＴドライバ６８の出力段に設けられた、ＰＷＭ信号のスルーレートを変更するスルーレート変換回路９０の一例を示した概略図である。図４に示したスルーレート変換回路９０は、モータ制御用のマイクロコンピュータ５８の市販品に実装されているものの一例である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a slew
図４に示したスルーレート変換回路９０は、ソースに制御電圧Ｖｃｃが印加されるＰ型ＦＥＴ９２Ｐ（以下、「ＦＥＴ９２Ｐ」と称する）と、ソースが接地されたＮ型ＦＥＴ９２Ｎ（以下、「ＦＥＴ９２Ｎ」と称する）と、を備え、ＦＥＴ９２ＰのドレインとＦＥＴ９２Ｎのドレインとが接続され、かつＦＥＴ９２ＰのゲートとＦＥＴ９２Ｎのゲートとが接続された第１ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）９２を有している。
The slew
また、スルーレート変換回路９０は、ソースに制御電圧Ｖｃｃが印加されるＰ型ＦＥＴ９４Ｐ（以下、「ＦＥＴ９４Ｐ」と称する）と、ソースが接地されたＮ型ＦＥＴ９４Ｎ（以下、「ＦＥＴ９４Ｎ」と称する）と、を備え、ＦＥＴ９４ＰのドレインとＦＥＴ９４Ｎのドレインとが接続され、かつＦＥＴ９４ＰのゲートとＦＥＴ９４Ｎのゲートとが接続された第２ＣＭＯＳ９４を有している。
The slew
さらに、第１ＣＯＭＯＳ９２を構成するＦＥＴ９２Ｐ及びＦＥＴ９２Ｎのドレインと、第２ＣＯＭＯＳ９４を構成するＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４Ｎのゲートとの間には、スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ１とが並列接続されて構成されている抵抗切替部９６が設けられている。抵抗切替部９６のスイッチＳＷ１は、出力抵抗選択レジスタ６４Ａから出力される抵抗制御信号によりオン又はオフになる。
Further, a
スイッチＳＷ１は、ＦＥＴ若しくはバイポーラトランジスタ等のスイッチング素子、又はリレー等である。例えば、スイッチＳＷ１がＦＥＴであれば、ソースをＦＥＴ９２Ｐ及びＦＥＴ９２Ｎのドレインに接続し、ドレインをＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４Ｎのゲートに接続し、ゲートに出力抵抗選択レジスタ６４Ａから出力される抵抗制御信号が印加されるようにする。
The switch SW1 is a switching element such as an FET or a bipolar transistor, or a relay. For example, if the switch SW1 is an FET, the source is connected to the drains of the
また、スイッチＳＷ１がＮ型ＦＥＴであれば、ゲートに印加される抵抗制御信号が、ハイレベルの場合にはオンになり、ローレベルの場合にはオフになる。スイッチＳＷ１がＰ型ＦＥＴであれば、ゲートに印加される抵抗制御信号が、ハイレベルの場合にはオフになり、ローレベルの場合にはオンになる。 If the switch SW1 is an N-type FET, the resistance control signal applied to the gate is turned on when the level is high, and turned off when the level is low. If the switch SW1 is a P-type FET, the resistance control signal applied to the gate is turned off when the level is high, and turned on when the level is low.
スイッチＳＷ１がオンになると、第１ＣＯＭＯＳ９２から第２ＣＯＭＯＳ９４への電流はスイッチＳＷ１を流れる。スイッチＳＷ１がオフになると、第１ＣＯＭＯＳ９２から第２ＣＯＭＯＳ９４への電流は抵抗Ｒ１を流れる。従って、スイッチＳＷ１の抵抗値を、抵抗Ｒ１の抵抗値よりも小さくしておけば、スイッチＳＷ１のオン・オフによって、第１ＣＯＭＯＳ９２と第２ＣＯＭＯＳ９４との間の抵抗値の高低を切り替えることができる。
When the switch SW1 is turned on, the current from the
第１ＣＯＭＯＳ９２を構成するＦＥＴ９２Ｐ及びＦＥＴ９２Ｎのゲートには、ＦＥＴドライバ６８で生成されたＰＷＭ信号が入力される。第１ＣＯＭＯＳ９２は、ＦＥＴ９２Ｐ及びＦＥＴ９２Ｎのゲートに入力されたＰＷＭ信号の電位を反転させるインバータとして機能し、電位を反転させたＰＷＭ信号をＦＥＴ９２Ｐ及びＦＥＴ９２Ｎのドレインから出力する。
The PWM signal generated by the FET driver 68 is input to the gates of the
第１ＣＯＭＯＳ９２によって電位が反転されたＰＷＭ信号は、抵抗切替部９６を介して、第２ＣＯＭＯＳ９４を構成するＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４Ｎのゲートに入力される。第２ＣＯＭＯＳ９４も、ＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４Ｎのゲートに入力された信号の電位を反転させるインバータとして機能する。第２ＣＯＭＯＳ９４は、第１ＣＯＭＯＳ９２によって電位が反転されたＰＷＭ信号の電位を再度反転させてＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４ＮのドレインからＶｏｕｔとして出力する。
The PWM signal whose potential has been inverted by the
なお、図４に示した回路は一例であり、ＰＷＭ信号の生成に係るスイッチング素子の入力端子と当該入力端子の前段との間の抵抗値を変更できるのであれば、図４に示した以外の構成であってもよい。 Note that the circuit shown in FIG. 4 is an example, and other than the circuit shown in FIG. 4 as long as the resistance value between the input terminal of the switching element for generating the PWM signal and the previous stage of the input terminal can be changed. It may be a configuration.
図５は、本実施の形態に係るモータ制御装置１０におけるスルーレート変換回路９０内の抵抗が大きい場合において、（Ａ）はＦＥＴドライバ６８が出力するＰＷＭ信号の変化を示した概略図であり、（Ｂ）は電圧供給部５０を構成するＦＥＴ７６のドレイン−ソース間の電圧の変化を示した概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a change in the PWM signal output from the FET driver 68 when the resistance in the slew
図５（Ａ）に示したように、スルーレート変換回路９０のスイッチＳＷ１がオフになって、第１ＣＯＭＯＳ９２と第２ＣＯＭＯＳ９４との間の抵抗値が大きい場合には、第２ＣＯＭＯＳ９４を構成するＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４Ｎのゲート電圧の変化が、第１ＣＯＭＯＳ９２と第２ＣＯＭＯＳ９４との間の抵抗値が小さい場合に比して緩慢になる。その結果、ＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４ＮのドレインからＶｏｕｔとして出力されるＰＷＭ信号のスルーレートが小さくなり、図５（Ａ）に示したように、ＰＷＭ信号は立ち上がりと立ち下がりが緩やかな台形波状の信号を出力する。
As shown in FIG. 5A, when the switch SW1 of the slew
図５（Ｂ）に示したように、ＦＥＴ７６のドレイン−ソース間の電圧も、スルーレートが小さいＰＷＭ信号がＦＥＴ７６のゲートに印加されることにより、立ち上がりと立ち下がりが緩やかに変化する。例えば、ＰＷＭ信号が緩やかに立ち上がる際には、ＦＥＴ７６は徐々にオンになり、ドレイン−ソース間の電位差が徐々に低下していく。そして、ＰＷＭ信号がハイレベルに達すると、ＦＥＴ７６のドレイン−ソース間の電位はローレベルになる。また、ＰＷＭ信号が緩やかに立ち下がる際には、ＦＥＴ７６は徐々にオフになり、ドレイン−ソース間の電位差が徐々に高くなっていく。そして、ＰＷＭ信号がローレベルに達すると、ＦＥＴ７６のドレイン−ソース間の電位はハイレベルになる。なお、ＦＥＴ７４のドレイン−ソース間の電位の変化は、ＦＥＴ７６と同様なので、詳細な説明は省略する。 As shown in FIG. 5B, the rise and fall of the voltage between the drain and source of the FET 76 also change gently when a PWM signal having a small slew rate is applied to the gate of the FET 76. For example, when the PWM signal rises gently, the FET 76 is gradually turned on, and the potential difference between the drain and the source gradually decreases. When the PWM signal reaches a high level, the potential between the drain and source of the FET 76 becomes a low level. When the PWM signal falls gently, the FET 76 is gradually turned off, and the potential difference between the drain and source is gradually increased. When the PWM signal reaches a low level, the drain-source potential of the FET 76 becomes a high level. Note that the change in the potential between the drain and source of the FET 74 is the same as that of the FET 76, and thus detailed description thereof is omitted.
図５（Ａ）に示したように、ＰＷＭ信号のスルーレートを小さくすると、図５（Ｂ）に示したように、電圧供給部５０を構成するＦＥＴ７４，７６のスイッチング動作が緩慢になり、その結果、スイッチング素子であるＦＥＴ７４，７６から放射される輻射ノイズが抑制される。
As shown in FIG. 5 (A), when the slew rate of the PWM signal is reduced, the switching operation of the FETs 74 and 76 constituting the
しかしながら、スイッチング素子のスイッチング動作が緩慢であるということは、スイッチング素子の動作の効率が良好ではない状態であり、結果として、モータ１６の駆動効率を低下させるのみならず、スイッチング素子であるＦＥＴ７４，７６の発熱も顕著になる。従って、音響装置８８等の輻射ノイズの影響を受ける機器を使用しておらず、輻射ノイズが問題にならない場合には、ＰＷＭ信号のスルーレートを大きくして通常動作時の所定スルーレートに戻すことが望ましい。
However, the slow switching operation of the switching element is a state in which the operation efficiency of the switching element is not good. As a result, not only the driving efficiency of the
図６は、本実施の形態に係るモータ制御装置１０におけるスルーレート変換回路９０内の抵抗が小さい場合において、（Ａ）はＦＥＴドライバ６８が出力するＰＷＭ信号の変化を示した概略図であり、（Ｂ）は電圧供給部５０を構成するＦＥＴ７６のドレイン−ソース間の電圧の変化を示した概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a change in the PWM signal output from the FET driver 68 when the resistance in the slew
図６（Ａ）に示したように、スルーレート変換回路９０のスイッチＳＷ１がオンになって、第１ＣＯＭＯＳ９２と第２ＣＯＭＯＳ９４との間の抵抗値が小さい場合には、第２ＣＯＭＯＳ９４を構成するＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４Ｎのゲート電圧の変化が急激になる。その結果、ＦＥＴ９４Ｐ及びＦＥＴ９４ＮのドレインからＶｏｕｔとして出力されるＰＷＭ信号のスルーレートが大きくなり、図６（Ａ）に示したように、ＰＷＭ信号は立ち上がりと立ち下がりが急峻な矩形波状の信号を出力する。
As shown in FIG. 6A, when the switch SW1 of the slew
図６（Ｂ）に示したように、ＦＥＴ７６のドレイン−ソース間の電圧も、スルーレートが大きいＰＷＭ信号がＦＥＴ７６のゲートに印加されることにより、立ち上がりと立ち下がりが急激に変化する。なお、ＦＥＴ７４のドレイン−ソース間の電位の変化は、ＦＥＴ７６と同様なので、詳細な説明は省略する。 As shown in FIG. 6B, the rise and fall of the voltage between the drain and source of the FET 76 also changes abruptly when a PWM signal having a large slew rate is applied to the gate of the FET 76. Note that the change in the potential between the drain and source of the FET 74 is the same as that of the FET 76, and thus detailed description thereof is omitted.
スイッチング素子のドレイン−ソース間の電圧の変化が急激であるということは、スイッチング素子のスイッチング動作の効率が良好であることを示している。その結果、モータ１６駆動効率が向上すると共に、スイッチング素子であるＦＥＴ７４，７６の発熱も抑制される。
The rapid change in the voltage between the drain and source of the switching element indicates that the switching element has a good switching operation efficiency. As a result, the driving efficiency of the
図７は、本実施の形態に係るモータ制御装置１０におけるＰＷＭ信号の波形制御の一例を示したフローチャートである。ステップ７００では、ＰＷＭ信号の生成及び出力を開始する。本実施の形態のマイクロコンピュータ５８は、図３に示したように、指令信号Ｃｍのレベルに応じてＰＷＭ信号を生成する。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of PWM signal waveform control in the
ステップ７０２では、ラジオ又はカーオーディオ等の音響装置８８等の輻射ノイズの影響を受ける機器がオンになったか否かを、上位ＥＣＵ８６、エアコンＥＣＵ７８を介して判定し、肯定判定の場合には、手順をステップ７０４に移行させる。
In
ステップ７０４では、ＦＥＴドライバ６８内のスルーレート変換回路９０の抵抗切替部９６のスイッチＳＷ１をオフにする抵抗制御信号を出力して、スルーレート変換回路９０内の抵抗を大きくすることによりＦＥＴドライバ６８が出力するＰＷＭ信号のスルーレートを小さくする。例えば、スイッチＳＷ１がＮ型ＦＥＴであればローレベルの抵抗制御信号を、スイッチＳＷ１がＰ型ＦＥＴであればハイレベルの抵抗制御信号を、制御部６４内の出力抵抗選択レジスタ６４Ａから各々出力することにより、スイッチＳＷ１をオフする。
In
ステップ７０２で否定判定の場合には、抵抗切替部９６のスイッチＳＷ１をオンにする抵抗制御信号を出力して、スルーレート変換回路９０内の抵抗を小さくすることによりＦＥＴドライバ６８が出力するＰＷＭ信号のスルーレートを大きくする。
If the determination in
ステップ７０４の後、及びステップ７０６の後は、手順をステップ７０２に戻してラジオ又はカーオーディオ等の音響装置８８等の輻射ノイズの影響を受ける機器がオンになったか否かを再度判定する。
After
以上説明したように本実施の形態によれば、音響装置８８等の輻射ノイズの影響を受ける機器が動作している場合に、電圧供給部５０のＦＥＴ７４，７６のゲートに印加するＰＷＭ信号のスルーレートを小さくすることにより、ＦＥＴ７４，７６のスイッチング動作を緩慢化している。ＦＥＴ等の素子のスイッチング動作が緩慢化されると、素子のスイッチング動作時に放射される輻射ノイズが抑制されるので、音響装置８８等の輻射ノイズの影響を受ける機器を正常に動作させることができる。
As described above, according to the present embodiment, when a device affected by radiation noise such as the acoustic device 88 is operating, the PWM signal is applied to the gates of the FETs 74 and 76 of the
素子のスイッチング動作が緩慢な場合は、素子のスイッチング動作の効率が良好ではない状態なので、本実施の形態では、音響装置８８等の輻射ノイズの影響を受ける機器が動作していない場合には、ＦＥＴ７４，７６のゲートに印加するＰＷＭ信号のスルーレートを大きくする。その結果、ＦＥＴ７４，７６のスイッチング動作が高速になり、モータ１６の駆動効率が高効率になると共に、ＦＥＴ７４，７６の発熱を抑制することができる。
When the switching operation of the element is slow, the efficiency of the switching operation of the element is not good, so in this embodiment, when a device affected by radiation noise such as the acoustic device 88 is not operating, The slew rate of the PWM signal applied to the gates of the FETs 74 and 76 is increased. As a result, the switching operation of the FETs 74 and 76 becomes faster, the driving efficiency of the
また、本実施の形態では、ＦＥＴドライバ６８の出力段にあるスルーレート変換回路９０内の抵抗値を変更することで、ＦＥＴドライバ６８が出力するＰＷＭ信号のスルーレートを変更している。スルーレート変換回路９０のような、出力信号のスルーレートを変更する機構を実装したＦＥＴドライバを含んだマイクロコンピュータ５８には市販品が存在するので、ＰＷＭ信号のスルーレートを変更するために、共振回路等の回路を別途実装することを要しない。簡易な回路構成により、音響装置等の輻射ノイズの影響を受ける機器の動作時にスイッチング素子からの輻射ノイズを抑制できる。
Further, in this embodiment, the slew rate of the PWM signal output from the FET driver 68 is changed by changing the resistance value in the slew
１０…車載用モータ制御装置、１２…モータアクチュエータ、１４…ハウジング、１６…ブラシレスモータ、１８…制御基板、２０…シャフト、２２…ロータ、２４…ロータマグネット、２６…コア、２８…ステータ、３０（３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ）…コイル、３４…筒部、３６…支持部、３８…軸受、４０…センサマグネット、５０…電圧供給部、５２…ホール素子、５８…マイクロコンピュータ、６０…スタンバイ回路、６２…駆動タイミング生成部、６４…制御部、６４Ａ…出力抵抗選択レジスタ、６６…回転数検出部、６８…ＦＥＴドライバ、７０…保護回路、７８…エアコンＥＣＵ、８０…電源、８２…力率改善リアクトル、８４Ａ…平滑コンデンサ、８４Ｂ…平滑コンデンサ、８６…上位ＥＣＵ、８８…音響装置、９０…スルーレート変換回路、９２…第１ＣＭＯＳ、９２Ｎ…Ｎ型ＦＥＴ、９２Ｐ…Ｐ型ＦＥＴ、９４…第２ＣＭＯＳ、９４Ｎ…Ｎ型ＦＥＴ、９４Ｐ…Ｐ型ＦＥＴ、９６…抵抗切替部、Ｃｍ…指令信号、Ｒ１…抵抗、ＳＷ１…スイッチ、Ｖｃｃ…制御電圧
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上位制御装置から出力された指令信号に基づいて前記駆動回路を制御するための制御信号を所定スルーレートで生成して前記駆動回路に出力すると共に、前記上位制御装置から輻射ノイズの影響を受ける機器が動作を開始したことを示す信号が出力された場合には、前記制御信号のスルーレートを前記所定スルーレートよりも小さくする制御部と、
を含む車載用モータ制御装置。 A drive circuit that generates a voltage to be applied to the motor winding by switching the power supply voltage;
A device that generates a control signal for controlling the drive circuit at a predetermined slew rate based on a command signal output from the host controller and outputs the control signal to the driver circuit, and is affected by radiation noise from the host controller When a signal indicating that has started operation is output, a control unit that makes the slew rate of the control signal smaller than the predetermined slew rate,
In-vehicle motor control device including
Priority Applications (1)
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| JP2015093594A JP2016213929A (en) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | On-vehicle motor control device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|---|---|---|
| JP2019158330A (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-19 | ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニーＪｏｈｎｓｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ | Hvac actuator with contactless adjustable settings |
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2015
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