JP2020065328A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ駆動回路の発熱を抑制することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】PWM変更部は、電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すパターンとして、第1パターンと、第1パターンにおける各ふり幅の符号が反転された第2パターンとを有し、連続する2つの電流制御周期のうち、一方の電流制御周期においては、相毎に、第1ふり幅パターンとふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定し、他方の電流制御周期においては、相毎に、第2ふり幅パターンとふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている。【選択図】図8
Description
この発明は、電動モータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するためのモータ制御装置に関する。
三相電動モータをベクトル制御するモータ制御装置においては、電流制御周期毎に、二相電流指令値が演算される。この二相電流指令値と二相電流検出値との偏差に基づいて二相電圧指令値が演算される。この二相電圧指令値が電動モータの回転角を用いて二相・三相変換されることにより、U相、V相およびW相の相電圧指令値(三相電圧指令値)が演算される。そして、このU相、V相およびW相の相電圧指令値にそれぞれ対応するデューティのU相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号が生成されて、三相インバータ回路(モータ駆動回路)に供給される。
この三相インバータ回路を構成する6個のスイッチング素子が、U相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号によって制御されることにより、三相電圧指令値に相当する電圧が三相電動モータに印加されることになる。これにより、三相電動モータに流れるモータ電流が二相電流指令値に等しくなるように制御される。
前述のようなモータ制御装置では、三相インバータ回路内のスイッチング素子が発熱するので、スイッチング素子を冷却するための放熱部品が設けられている。このため、装置が大型化するという問題がある。
この発明の目的は、モータ駆動回路の発熱を抑制することができるモータ制御装置を提供することにある。
この発明の目的は、モータ駆動回路の発熱を抑制することができるモータ制御装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明は、モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部(46,47)と、相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部(47)とを含み、前記PWM変更部は、前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すパターンとして、第1パターンと、前記第1パターンにおける各ふり幅の符号が反転された第2パターンとを有し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2以上である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2未満である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、連続する2つの電流制御周期のうち、一方の電流制御周期においては、相毎に、前記第1ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定し、他方の電流制御周期においては、相毎に、前記第2ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置である。
この構成では、駆動回路の発熱を抑制することができる。
請求項2に記載の発明は、モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部(46,47)と、相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部(47)とを含み、前記PWM変更部は、前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すパターンとして、第1パターンと、前記第1パターンにおける各ふり幅の符号が反転された第2パターンとを有し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2よりも大きい相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2以下である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、連続する2つの電流制御周期のうち、一方の電流制御周期においては、相毎に、前記第1ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定し、他方の電流制御周期においては、相毎に、前記第2ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置である。
請求項2に記載の発明は、モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部(46,47)と、相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部(47)とを含み、前記PWM変更部は、前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すパターンとして、第1パターンと、前記第1パターンにおける各ふり幅の符号が反転された第2パターンとを有し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2よりも大きい相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2以下である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、連続する2つの電流制御周期のうち、一方の電流制御周期においては、相毎に、前記第1ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定し、他方の電流制御周期においては、相毎に、前記第2ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置である。
この構成では、駆動回路の発熱を抑制することができる。
請求項3に記載の発明は、前記第1パターンは、2以上の所定数のPWM周期毎に符号が反転するようなパターンである、請求項1または2に記載のモータ制御装置である。
請求項3に記載の発明は、前記第1パターンは、2以上の所定数のPWM周期毎に符号が反転するようなパターンである、請求項1または2に記載のモータ制御装置である。
以下では、この発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(EPS:electric power steering)1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(EPS:electric power steering)1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー10の近傍には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクTを検出する。この実施形態では、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。
トーションバー10の近傍には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクTを検出する。この実施形態では、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。
転舵機構4は、ピニオン軸13と、転舵軸としてのラック軸14とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸14の各端部には、タイロッド15およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。ピニオン軸13は、中間軸7に連結されている。ピニオン軸13は、ステアリングホイール2の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸13の先端(図1では下端)には、ピニオン16が連結されている。
ラック軸14は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸14の軸方向の中間部には、ピニオン16に噛み合うラック17が形成されている。このピニオン16およびラック17によって、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。ラック軸14を軸方向に移動させることによって、転舵輪3を転舵することができる。
ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、ピニオン軸13に伝達される。そして、ピニオン軸13の回転は、ピニオン16およびラック17によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを転舵機構4に伝達するための減速機構19とを含む。電動モータ18は、この実施形態では、三相ブラシレスモータである。電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ23が配置されている。減速機構19は、ウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを転舵機構4に伝達するための減速機構19とを含む。電動モータ18は、この実施形態では、三相ブラシレスモータである。電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ23が配置されている。減速機構19は、ウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。
ウォーム軸20は、電動モータ18によって回転駆動される。また、ウォームホイール21は、ステアリングシャフト6とは一体的に回転可能に連結されている。ウォームホイール21は、ウォーム軸20によって回転駆動される。
電動モータ18によってウォーム軸20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸20を回転駆動することによって、電動モータ18による操舵補助が可能となっている。
電動モータ18によってウォーム軸20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸20を回転駆動することによって、電動モータ18による操舵補助が可能となっている。
車両には、車速Vを検出するための車速センサ24が設けられている。トルクセンサ11によって検出される操舵トルクT、車速センサ24によって検出される車速V、回転角センサ23の出力信号等は、ECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)12に入力される。ECU12は、これらの入力信号に基づいて、電動モータ18を制御する。
図2は、ECU12の全体的な電気的構成を示すブロック図である。
ECU12は、マイクロコンピュータ31と、マイクロコンピュータ31によって制御され、電動モータ18に電力を供給するモータ駆動回路32を含んでいる。
図3は、主としてモータ駆動回路32の構成を示す電気回路図である。
電動モータ18は、例えば三相ブラシレスモータであり、界磁としてのロータ(図示略)と、U相、V相およびW相のステータコイル18U,18V,18Wを含むステータとを備えている。
ECU12は、マイクロコンピュータ31と、マイクロコンピュータ31によって制御され、電動モータ18に電力を供給するモータ駆動回路32を含んでいる。
図3は、主としてモータ駆動回路32の構成を示す電気回路図である。
電動モータ18は、例えば三相ブラシレスモータであり、界磁としてのロータ(図示略)と、U相、V相およびW相のステータコイル18U,18V,18Wを含むステータとを備えている。
モータ駆動回路32は、三相インバータ回路である。モータ駆動回路32は、電源(バッテリー)100に直列に接続された平滑コンデンサ101と、複数のスイッチング素子111〜116と、複数のダイオード121〜126とを含む。平滑コンデンサ101は、電源100の両端子間に接続されている。この実施形態では、各スイッチング素子111〜116は、nチャネル型のFET(Field Effect Transistor)から構成されている。FETは、シリコンを主成分とするSi−FETであってもよいし、シリコンカーバイトを主成分とするSiC−FETであってもよいし、窒化ガリウムを主成分とするGaN−FETであってもよい。以下において、スイッチング素子111〜116をFET111〜116という場合がある。
複数のFET111〜116は、U相用の上段FET111と、それに直列に接続されたU相用の下段FET112と、V相用の上段FET113と、それに直列に接続されたV相用の下段FET114と、W相用の上段FET115と、それに直列に接続されたW相用の下段FET116とを含む。各スイッチング素子111〜116には、それぞれダイオード121〜126が逆並列接続されている。
上段FET111,113,115のドレインは、平滑コンデンサ101の正極側端子に接続されている。上段FET111,113,115のソースは、それぞれ下段FET112,114,116のドレインに接続されている。下段FET112,114,116のソースは、平滑コンデンサ101の負極側端子に接続されている。
U相の上段FET111と下段FET112の接続点は、電動モータ18のU相ステータコイル18Uに接続されている。V相の上段FET113と下段FET114の接続点は、電動モータ18のV相ステータコイル18Vに接続されている。W相の上段FET115と下段FET116の接続点は、電動モータ18のW相ステータコイル18Wに接続されている。各FET111〜116は、後述するPWM出力部48(図2参照)から出力されるPWM信号に基づいて制御される。
U相の上段FET111と下段FET112の接続点は、電動モータ18のU相ステータコイル18Uに接続されている。V相の上段FET113と下段FET114の接続点は、電動モータ18のV相ステータコイル18Vに接続されている。W相の上段FET115と下段FET116の接続点は、電動モータ18のW相ステータコイル18Wに接続されている。各FET111〜116は、後述するPWM出力部48(図2参照)から出力されるPWM信号に基づいて制御される。
図2に戻り、モータ駆動回路32と電動モータ18とを接続するための電力供給線には、2つの電流センサ33,34が設けられている。これらの電流センサ33,34は、モータ駆動回路32と電動モータ18とを接続するための3本の電力供給線のうち、2本の電力供給線に流れる相電流を検出できるように設けられている。
マイクロコンピュータ31は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど。)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト電流値設定部41と、電流指令値設定部42と、電流偏差演算部43と、PI(比例積分)制御部44と、二相・三相変換部45と、PWMデューティ演算部(PWM Duty演算部)46と、スイッチング回数低減部47と、PWM出力部48と、三相・二相変換部49と、回転角演算部50と、回転速度演算部51と、回転角推定部52とが含まれる。
マイクロコンピュータ31は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど。)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト電流値設定部41と、電流指令値設定部42と、電流偏差演算部43と、PI(比例積分)制御部44と、二相・三相変換部45と、PWMデューティ演算部(PWM Duty演算部)46と、スイッチング回数低減部47と、PWM出力部48と、三相・二相変換部49と、回転角演算部50と、回転速度演算部51と、回転角推定部52とが含まれる。
図4Aに示すように、PWM信号の周期(以下、「PWM周期」という。)Tcは、電流制御周期Taよりも小さい。ここで、電流制御周期Taとは、モータ電流の制御ループの演算周期のことである。この電流制御周期Taはプログラムの規模やマイクロコンピュータ31の演算能力などを考慮して決まる。
電流制御、後述するPWMカウントの更新などの演算は図示しない公知の割り込み機能などを用いて時間Taごとに繰り返し実行される。時間をTaで区切って考え、電流制御やPWMカウントの更新などが実行されている区間を今回の電流制御周期Taといい、今回の電流制御周期Taの直前の区間を前回の電流制御周期Taといい、今回の電流制御周期Taの次の区間を次回の電流制御周期Taという。
電流制御、後述するPWMカウントの更新などの演算は図示しない公知の割り込み機能などを用いて時間Taごとに繰り返し実行される。時間をTaで区切って考え、電流制御やPWMカウントの更新などが実行されている区間を今回の電流制御周期Taといい、今回の電流制御周期Taの直前の区間を前回の電流制御周期Taといい、今回の電流制御周期Taの次の区間を次回の電流制御周期Taという。
この実施形態では、今回の電流制御周期Ta内の最初のタイミングでPWMデューティ演算部46によりPWMカウントが更新され、更新されたPWMカウントCu、Cv、Cwが出力される。この実施形態では、TcはTaの1/8である。言い換えれば、電流制御周期Ta内に8周期分のPWM周期Tcが含まれる。8周期分のPWM周期Tcの最初の周期を1番目の周期といい、それ以降の周期を2,3,…,7,8番目の周期という場合がある。また、電流制御周期Ta内に含まれる各PWM周期を、対応する周期番号i(i=1,2,…,7,8)を用いて1〜T8で表す場合がある。なお、PWM信号の周波数(=1/Tc)は、キャリア周波数と呼ばれる。
本実施形態でのPWM波形生成方法を説明する。この実施形態では、マイクロコンピュータ31内で、図示しないクロック発生器で生成されるPWMクロック周波数のクロックを図示しないカウンタでアップカウントおよびダウンカウントする。このカウンタのカウント値を、時間を横軸にとり、カウント値を縦軸にとって図示すると、図4Bに示すようになる。ここで、カウント値は符号なし整数と解釈する。また、カウント値をキャリアカウントと呼ぶ場合がある。図4Bの波形がキャリア波形である。この実施形態では、キャリア波形は三角波である。三角波の1周期はTcに等しい。キャリア波形の最大値、つまりカウント値の最大値により、PWM信号の周波数(キャリア周波数)が決定される。本実施形態では、PWMクロック周波数が100[MHz]であり、PWM信号の周波数(以下、「PWM周波数」という。)が100[kHz]と設定しているので、PWMカウント値の最大値(以下において、「PWMカウント最大値」という場合がある)は、100,000,000÷100,000÷2=500となる。アップダウンカウントするため、100,000,000/100,000を、2で割っている。PWMカウント値の最小値(以下において、「PWMカウント最小値」という場合がある)は、0である。
図4Cに示すように、PWM出力部48(図2参照)は、与えられるPWMカウントとカウンタのカウント値とを比較し、モータ駆動回路32(図2参照)に対して、High信号または Low信号を出力する。PWM出力部48は、例えば、カウンタのカウント値≦PWMカウントが成立している間はHigh信号(またはLow信号)を、それ以外はLow信号(またはHigh信号)を出力する。このHigh信号およびLow信号がPWM信号となる。
キャリア波形が三角波の場合には、キャリア周期(PWM周期)の中心に対して対称にスイッチングタイミングがある。PWM周期Tc内の上段FET111,113,115のオンオフ状態の変化パターン(オンオフパターン)としては、次の2つのパターンがある。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オン状態→オフ状態→オン状態へと変化するパターン。第1オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値(図2の二相・三相変換部45から出力される)が高いほど、その相に対する電流制御周期Ta単位のPWMカウントは大きい値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は大きくなる。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オン状態→オフ状態→オン状態へと変化するパターン。第1オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値(図2の二相・三相変換部45から出力される)が高いほど、その相に対する電流制御周期Ta単位のPWMカウントは大きい値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は大きくなる。
第2オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オフ状態→オン状態→オフ状態へと変化するパターン。第2オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値が高いほど、その相に対する電流制御周期TaのPWMカウントは小さな値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は小さくなる。
なお、PWM周期内の下段FET112,114,116のオンオフパターンは、上段FETのオンオフパターンとは逆となる。この実施形態では、U相、V相およびW相の上段FET111,113,115は、第1オンオフパターンとなるように制御されるものとする。
図2に戻り、回転角演算部50は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータの回転角θ(電気角)を電流制御周期Ta毎に演算する。回転角演算部50によって演算されるロータ回転角θは、三相・二相変換部49、回転速度演算部51および回転角推定部52に与えられる。この実施形態では、ロータ回転角θが取得(検出)されるタイミングは、電流制御周期Taの中央時点であるものとし、今回の電流制御周期Taで得られたロータ回転角をθmとする。
図2に戻り、回転角演算部50は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータの回転角θ(電気角)を電流制御周期Ta毎に演算する。回転角演算部50によって演算されるロータ回転角θは、三相・二相変換部49、回転速度演算部51および回転角推定部52に与えられる。この実施形態では、ロータ回転角θが取得(検出)されるタイミングは、電流制御周期Taの中央時点であるものとし、今回の電流制御周期Taで得られたロータ回転角をθmとする。
回転速度演算部51は、回転角演算部50によって演算されるロータ回転角θを時間微分することにより、電動モータ18のロータの回転速度(角速度)ωを演算する。回転速度演算部51によって演算される回転速度ωは、回転角推定部52に与えられる。回転速度演算部51によって演算される回転速度ωは、前回の電流制御周期Taで取得された前回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m−1)と、今回の電流制御周期Taで取得された今回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θmと用いて、次式(1a)で表される。
ω=(θm−θ(m−1))/t …(1a)
ただし、tは、ロータ回転角のサンプリング間隔である。
回転角推定部52は、前回の電流制御周期Taで取得された前回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m−1)を用いて、次式(1b)に基づいて、次回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m+1)を推定する。
ただし、tは、ロータ回転角のサンプリング間隔である。
回転角推定部52は、前回の電流制御周期Taで取得された前回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m−1)を用いて、次式(1b)に基づいて、次回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m+1)を推定する。
θ(m+1)=θ(m−1)+ω・2Ta …(1b)
回転角推定部52によって推定された次回の電流制御周期Taでのロータ回転角θ(m+1)は、二相・三相変換部45に与えられる。
アシスト電流値設定部41は、トルクセンサ11によって検出される検出操舵トルクTと、車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、アシスト電流値Ia*を電流制御周期Ta毎に設定する。検出操舵トルクTに対するアシスト電流値Ia*の設定例は、図5に示されている。アシスト電流値Ia*は、電動モータ18から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ18から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ia*は、検出操舵トルクTの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクTの負の値に対しては負をとる。
回転角推定部52によって推定された次回の電流制御周期Taでのロータ回転角θ(m+1)は、二相・三相変換部45に与えられる。
アシスト電流値設定部41は、トルクセンサ11によって検出される検出操舵トルクTと、車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、アシスト電流値Ia*を電流制御周期Ta毎に設定する。検出操舵トルクTに対するアシスト電流値Ia*の設定例は、図5に示されている。アシスト電流値Ia*は、電動モータ18から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ18から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ia*は、検出操舵トルクTの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクTの負の値に対しては負をとる。
検出操舵トルクTが−T1〜T1(たとえば、T1=0.4N・m)の範囲(トルク不感帯)の微小な値のときには、アシスト電流値Ia*は零とされる。そして、検出操舵トルクTが−T1〜T1の範囲外の値である場合には、アシスト電流値Ia*は、検出操舵トルクTの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、アシスト電流値Ia*は、車速センサ24によって検出される車速Vが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されるようになっている。これにより、低速走行時には操舵補助力が大きくされ、高速走行時には操舵補助力が小さくされる。
電流指令値設定部42は、アシスト電流値設定部41によって設定されたアシスト電流値Ia*に基づいて、dq座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として設定する。具体的には、電流指令値設定部42は、d軸電流指令値Id *およびq軸電流指令値Iq *(以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Idq *」という。)を設定する。さらに具体的には、電流指令値設定部42は、q軸電流指令値Iq *をアシスト電流値設定部41によって設定されたアシスト電流値Ia*とする一方で、d軸電流指令値Id *を零とする。電流指令値設定部42によって設定された二相電流指令値Idq *は、電流偏差演算部43に与えられる。
三相・二相変換部49は、まず、電流センサ33,34によって検出される2相分の相電流から、U相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IW(以下、これらを総称するときは、「三相検出電流IUVW」という。)を演算する。そして、三相・二相変換部49は、UVW座標系の三相検出電流IUVWを、dq座標系の二相検出電流Idqに座標変換する。二相検出電流Idqは、d軸検出電流Idおよびq軸検出電流Iqからなる。この座標変換には、回転角演算部50によって演算されるロータ回転角θが用いられる。なお、この実施形態では、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得(検出)されるタイミングは、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点であるものとする。
電流偏差演算部43は、d軸電流指令値Id *に対するd軸検出電流Idの偏差およびq軸電流指令値Iq *に対するq軸検出電流Iqの偏差を演算する。これらの偏差は、PI制御部44に与えられる。
PI制御部44は、電流偏差演算部43によって演算された電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、電動モータ18に印加すべき二相電圧指令値Vdq *(d軸電圧指令値Vd *およびq軸電圧指令値Vq *)を生成する。この二相電圧指令値Vdq *は、二相・三相変換部45に与えられる。
PI制御部44は、電流偏差演算部43によって演算された電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、電動モータ18に印加すべき二相電圧指令値Vdq *(d軸電圧指令値Vd *およびq軸電圧指令値Vq *)を生成する。この二相電圧指令値Vdq *は、二相・三相変換部45に与えられる。
二相・三相変換部45は、今回の電流制御周期TaにおいてPI制御部44によって演算された二相電圧指令値Vdq *に対して、今回の電流制御周期Taにおいて回転角推定部52によって演算された次回の電流制御周期Taに対する回転角推定値θ(m+1)を用いて二相・三相変換を行うことにより、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *を演算する。三相電圧指令値VUVW *は、U相電圧指令値VU *、V相電圧指令値VV *およびW相電圧指令値VW *からなる。これにより、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *が得られる。
二相・三相変換部45によって得られた次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *は、PWMデューティ演算部46に与えられる。
PWMデューティ演算部46は、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *に基づいて、次回の電流制御周期Taに対するU相PWMカウント(PWMデューティ)、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントを生成して、スイッチング回数低減部47に与える。
PWMデューティ演算部46は、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *に基づいて、次回の電流制御周期Taに対するU相PWMカウント(PWMデューティ)、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントを生成して、スイッチング回数低減部47に与える。
この実施形態では、各相の上段FET111,113,115は第1オンオフパターンとなるように制御される。したがって、U相のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(2)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
Cu=VU *×(PWMカウント最大値/Vb)
=VU *×(500/Vb) …(2)
前記式(2)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(2)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(2)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
=VU *×(500/Vb) …(2)
前記式(2)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(2)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(2)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
スイッチング回数低減部47は、UVWの3相のうちの少なくとも1つの相に対応するスイッチング素子の電流制御周期Ta内のスイッチング回数を低減させることにより、当該相のスイッチング素子のスイッチング損失を低減するために設けられたものである。少なくとも1つの相に対応するスイッチング素子のスイッチング損失を低減することができれば、モータ駆動回路32の発熱を抑制することができる。
スイッチング回数低減部47は、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCu、V相PWMカウントCvおよびW相PWMカウントCwに対して、電流制御周期Ta内でのスイッチング回数を低減するための処理(スイッチング回数低減処理)を行う。これにより、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントが得られる。スイッチング回数低減部47の動作の詳細については、後述する。
スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減処理後の、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントは、PWM出力部48に与えられる。PWM出力部48は、スイッチング回数低減部47から与えられる電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントを、複数の電流制御周期分にわたって記憶している。
PWM出力部48は、前回の電流制御周期Taにおいてスイッチング回数低減部47から与えられた今回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントに基づいて、今回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号を生成して、モータ駆動回路32に供給する。具体的には、PWM出力部48は、今回の電流制御周期Ta内のPWM周期Tc毎に、当該電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントにそれぞれ対応するデューティのU相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号を生成して、モータ駆動回路32に供給する。
モータ駆動回路32を構成する6つのFET111〜116がPWM出力部48から与えられるPWM信号によって制御されることにより、PWM周期Tc毎の三相電圧指令値VUVW *に相当する電圧が電動モータ18の各相のステータコイル18U,18V,18Wに印加されることになる。
電流偏差演算部43およびPI制御部44は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ18に流れるモータ電流が、電流指令値設定部42によって設定された二相電流指令値Idq *に近づくように制御される。
電流偏差演算部43およびPI制御部44は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ18に流れるモータ電流が、電流指令値設定部42によって設定された二相電流指令値Idq *に近づくように制御される。
以下、スイッチング回数低減部47の動作について詳しく説明する。まず、図6を参照して、スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減の基本的な考え方について説明する。
後述するように、スイッチング回数低減部47は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する。この後、スイッチング回数低減部47は、モータ駆動回路32内のFET111〜116のスイッチング回数を低減するために、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントのうちの少なくとも1つの相のPWMカウントを変更する。
後述するように、スイッチング回数低減部47は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する。この後、スイッチング回数低減部47は、モータ駆動回路32内のFET111〜116のスイッチング回数を低減するために、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントのうちの少なくとも1つの相のPWMカウントを変更する。
図6(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、スイッチング回数低減部47によってPWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図6(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。この段階では、各PWM周期T1〜T8で同一のPWMカウントが設定される。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第1条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図6(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。図6(a1)ではスイッチング回数が16回であるのに対し、図6(a2)では8回となるので、図6(a2)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図6(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。図6(a1)ではスイッチング回数が16回であるのに対し、図6(a2)では8回となるので、図6(a2)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図6(a3)は、前記第1条件を満たしかつデューティ比が100%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。図6(a3)ではスイッチング回数が8回となるので、図6(a3)の場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図6(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図6(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第2条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図6(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。図6(b1)ではスイッチング回数が16回であり、図6(b2)においても16回となるので、図6(b2)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数は低減されないことがわかる。
図6(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。図6(b1)ではスイッチング回数が16回であり、図6(b2)においても16回となるので、図6(b2)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数は低減されないことがわかる。
図6(b3)は、前記第2条件を満たしかつデューティが0%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。図6(b3)ではスイッチング回数が12回となるので、図6(b3)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
つまり、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A1または条件B1を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
条件A1:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B1:電流制御周期Ta内においてデューティ比が0%のPWM周期が2以上連続し、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
なお、あるPWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在する場合には、当該PWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなる。そうすると、平滑コンデンサ101に電荷が蓄積されなくなり、電源ラインの電流変化を抑制するといった平滑コンデンサ101の機能が発揮できなくなるおそれがある。そこで、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
条件A1:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B1:電流制御周期Ta内においてデューティ比が0%のPWM周期が2以上連続し、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
なお、あるPWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在する場合には、当該PWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなる。そうすると、平滑コンデンサ101に電荷が蓄積されなくなり、電源ラインの電流変化を抑制するといった平滑コンデンサ101の機能が発揮できなくなるおそれがある。そこで、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
この点について、図7を参照して、説明する。
本実施形態では、相補PWMを採用しているので、上段FETがONの時は下段FETがOFFとなり、また上段FETがOFFの時は下段FETがONとなる。
図7(a)は、あるPWM周期に対して設定されたPWMカウントに応じたU相、V相およびW相の上段FET111,113,115のオンオフ状態と、平滑コンデンサ101の充放電モードとを示している。平滑コンデンサ101は、全相の上段FET111,113,115がONのときまたは全相の上段FET111,113,115がOFFのときに、OFF状態の上段全相のFETまたはOFF状態の下段全相のFETにより放電経路が遮断されるため、充電モードとなる。一方、上段FET111,113,115がONである相と、上段FET111,113,115がOFFである相とが存在するときには、上段のON状態のFETとモータと下段のON状態のFETによって放電経路が形成されるため、平滑コンデンサ101は放電モードとなる。図7(a)のPWM周期では、平滑コンデンサ101の充電と放電とが交互に行われる
図7(b)および図7(c)は、同じPWM周期にデューティ比100%の相とデューティ比0%の相とが混在しないように、図7(a)に対応するPWMカウントが変更された場合の例を示している。図7(b)に示されるUVW相の上段FET111,113,115のオンオフパターンと、図7(c)に示されるUVW各相の上段FET111,113,115のオンオフパターンとは、例えば、2周期毎に切り替えられる。
本実施形態では、相補PWMを採用しているので、上段FETがONの時は下段FETがOFFとなり、また上段FETがOFFの時は下段FETがONとなる。
図7(a)は、あるPWM周期に対して設定されたPWMカウントに応じたU相、V相およびW相の上段FET111,113,115のオンオフ状態と、平滑コンデンサ101の充放電モードとを示している。平滑コンデンサ101は、全相の上段FET111,113,115がONのときまたは全相の上段FET111,113,115がOFFのときに、OFF状態の上段全相のFETまたはOFF状態の下段全相のFETにより放電経路が遮断されるため、充電モードとなる。一方、上段FET111,113,115がONである相と、上段FET111,113,115がOFFである相とが存在するときには、上段のON状態のFETとモータと下段のON状態のFETによって放電経路が形成されるため、平滑コンデンサ101は放電モードとなる。図7(a)のPWM周期では、平滑コンデンサ101の充電と放電とが交互に行われる
図7(b)および図7(c)は、同じPWM周期にデューティ比100%の相とデューティ比0%の相とが混在しないように、図7(a)に対応するPWMカウントが変更された場合の例を示している。図7(b)に示されるUVW相の上段FET111,113,115のオンオフパターンと、図7(c)に示されるUVW各相の上段FET111,113,115のオンオフパターンとは、例えば、2周期毎に切り替えられる。
図7(b)では、U相の上段FET111に対するデューティ比が100%に設定されており、V相およびW相の上段FET113,115に対するデューティ比は0%よりも大きくかつ100%よりも小さな値に設定されている。図7(c)では、V相およびW相の上段FET113,115に対するデューティ比は0%に設定されており、U相の上段FET111に対するデューティ比は0%よりも大きくかつ100%よりも小さい値に設定されている。図7(b)のオンオフパターンが適用されるPWM周期および図7(c)のオンオフパターンが適用されるPWM周期のいずれにおいても、平滑コンデンサ101の充電と放電とが交互に行われる。
図7(d)は、デューティ比100%の相とデューティ比0%の相とが同じPWM周期に混在している場合の例を示している。図7(d)に示すように、デューティ比100%の相とデューティ比0%の相とが同じPWM周期に混在している場合には、上段FETがONである相と上段FETがOFFである相とが常に存在するため、当該PWM周期においては平滑コンデンサ101の放電のみが行われることになる。
図8は、スイッチング回数低減部47の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
スイッチング回数低減部47(図2参照)は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する(ステップS1)。
スイッチング回数低減部47(図2参照)は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する(ステップS1)。
図9Aは、ステップS1で設定された、電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwの一例を示す模式図である。
次に、スイッチング回数低減部47は、UVWの各相に対して、スイッチング回数低減用のふり幅設定処理を行う(ステップS2〜ステップS6)。言い換えれば、スイッチング回数低減部47は、各相において前記条件A1またはB1が満たされるようにPWMカウントを変更するためのふり幅を設定する。
次に、スイッチング回数低減部47は、UVWの各相に対して、スイッチング回数低減用のふり幅設定処理を行う(ステップS2〜ステップS6)。言い換えれば、スイッチング回数低減部47は、各相において前記条件A1またはB1が満たされるようにPWMカウントを変更するためのふり幅を設定する。
ある相に関して、電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値が変更されないようにPWMカウントを変更するには、当該相のPWMカウントに対して、例えば、図9B内の第1ふり幅パターンP1〜第4ふり幅パターンP4に応じたふり幅を加算すればよい。図9B内のxは、ふり幅の絶対値を規定するためのふり幅規定値である。
この実施形態では、前記条件B1内の「デューティ比が0%のPWM周期が2以上連続する」という条件を満たすことが可能となるように、各相(U相、V相およびW相)に対して、第1ふり幅パターンまたは第2ふり幅パターンが割り当てられる。
この実施形態では、前記条件B1内の「デューティ比が0%のPWM周期が2以上連続する」という条件を満たすことが可能となるように、各相(U相、V相およびW相)に対して、第1ふり幅パターンまたは第2ふり幅パターンが割り当てられる。
第2ふり幅パターンP2は、第1ふり幅パターンP1のxの符号を反転したパターンである。この実施形態では、第1ふり幅パターンP1および第2ふり幅パターンP2は、電流制御周期Ta毎に交互に切り替えられる。この理由については後述する。
ふり幅設定処理においては、スイッチング回数低減部47は、まず、前回の電流制御周期Taで選択されたふり幅パターン(以下、「前回ふり幅パターンPn−1」という場合がある。)が第1ふり幅パターンP1であるか第2ふり幅パターンP2であるかを判別する(ステップS2)。前回ふり幅パターンPn−1の初期値は、例えば、第2ふり幅パターンP2に設定される。
ふり幅設定処理においては、スイッチング回数低減部47は、まず、前回の電流制御周期Taで選択されたふり幅パターン(以下、「前回ふり幅パターンPn−1」という場合がある。)が第1ふり幅パターンP1であるか第2ふり幅パターンP2であるかを判別する(ステップS2)。前回ふり幅パターンPn−1の初期値は、例えば、第2ふり幅パターンP2に設定される。
前回ふり幅パターンPn−1が第2ふり幅パターンP2である場合には、スイッチング回数低減部47は、今回の電流制御周期Taで使用するふり幅パターンとして第1ふり幅パターンP1を選択する(ステップS3)。また、スイッチング回数低減部47は、前回ふり幅パターンPn−1として第1ふり幅パターンP1を記憶する。以下、今回の電流制御周期Taで選択されたふり幅パターンを、「今回ふり幅パターンPn」という場合がある。そして、スイッチング回数低減部47は、ステップS5に移行する。
一方、ステップS2において、前回ふり幅パターンPn−1が第1ふり幅パターンP1であると判別された場合には、スイッチング回数低減部47は、今回の電流制御周期Taで使用するふり幅パターンとして第2ふり幅パターンP2を選択する(ステップS4)。また、スイッチング回数低減部47は、前回ふり幅パターンPn−1として第2ふり幅パターンP2を記憶する。そして、スイッチング回数低減部47は、ステップS5に移行する。
ステップS5では、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅規定値xを演算する。具体的には、スイッチング回数低減部47は、まず、UVWの各相を、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウント(この実施形態では、PWMデューティ演算部46から与えられる電流制御周期単位のPWMカウントと同じ)が、PWMカウント最大値の1/2以上である高カウント相と、PWMカウント最大値の1/2未満である低カウント相とに分ける。この例では、PWMカウント最大値は500であるので、PWMカウント最大値の1/2は250となる。
なお、スイッチング回数低減部47は、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウントが、PWMカウント最大値の1/2よりも大きい相である高カウント相と、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウントが、PWMカウント最大値の1/2以下である低カウント相とに分けてもよい。
次に、スイッチング回数低減部47は、高カウント相に属する相に関しては、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差(PWMカウント最大値−当該相のPWM周期単位のPWMカウント)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。低カウント相に属する相に関しては、スイッチング回数低減部47は、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値(0)との差(当該相のPWM周期単位のPWMカウント−PWMカウント最小値)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。
次に、スイッチング回数低減部47は、高カウント相に属する相に関しては、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差(PWMカウント最大値−当該相のPWM周期単位のPWMカウント)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。低カウント相に属する相に関しては、スイッチング回数低減部47は、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値(0)との差(当該相のPWM周期単位のPWMカウント−PWMカウント最小値)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。
図9Aの例では、U相のPWMカウントは、400であり、PWMカウント最大値の1/2以上であるので、U相に対するふり幅規定値xは、100(=500−400)となる。また、V相のPWMカウントは、300であり、PWMカウント最大値の1/2以上であるので、V相に対するふり幅規定値xは、200(=500−300)となる。また、W相のPWMカウントは、100であり、PWMカウント最大値の1/2未満であるので、W相に対するふり幅規定値xは、100(=100−0)となる。
次に、スイッチング回数低減部47は、このようにして演算された各相に対するふり幅規定値xと、前記ステップS3またはS4で選択された今回ふり幅パターンPnとに基づいて、各相に対する各PWM周期Tcのふり幅を設定する(ステップS6)。
今回ふり幅パターンPnが第1ふり幅パターンP1である場合において、図9Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図9Cに示す。
今回ふり幅パターンPnが第1ふり幅パターンP1である場合において、図9Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図9Cに示す。
次に、スイッチング回数低減部47は、各相のPWMカウントを変更するためのPWMカウント変更処理を行う(ステップS7)。
具体的には、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅にしたがって、ステップS1によって設定された各相のPWMカウントを変更する。より具体的には、スイッチング回数低減部47は、ステップS1によって設定された各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントに、対応する相のふり幅を加算することによって、各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントを変更する。これにより、PWMカウント変更処理が終了する。
具体的には、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅にしたがって、ステップS1によって設定された各相のPWMカウントを変更する。より具体的には、スイッチング回数低減部47は、ステップS1によって設定された各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントに、対応する相のふり幅を加算することによって、各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントを変更する。これにより、PWMカウント変更処理が終了する。
次に、スイッチング回数低減部47は、ステップS3のPWMカウント変更処理後の各PWM周期に対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する最終的なU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして、PWM出力部48に与える(ステップS8)。そして、スイッチング回数低減部47は、今回の電流制御周期Taでのスイッチング回数低減処理を終了する。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントが図9Aに示されるような値であり、各相のふり幅が図9Cに示すような値である場合、各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントは、図9Dに示されるようになる。
図9Dに示すように、周期番号iが1,2,5および6であるPWM周期においては、U相およびV相のPWMカウントが500に変更されている。つまり、周期番号iが1,2,5および6であるPWM周期においては、U相およびV相のデューティ比が100%に変更されている。また、周期番号iが3,4,7および8であるPWM周期においては、W相のPWMカウントが0に変更されている。つまり、周期番号iが3,4,7および8であるPWM周期においては、W相のデューティ比が0%に変更されている。しかしながら、各相における電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値は、図9Aの対応する相の合計値と同じである。
図9Dに示すように、周期番号iが1,2,5および6であるPWM周期においては、U相およびV相のPWMカウントが500に変更されている。つまり、周期番号iが1,2,5および6であるPWM周期においては、U相およびV相のデューティ比が100%に変更されている。また、周期番号iが3,4,7および8であるPWM周期においては、W相のPWMカウントが0に変更されている。つまり、周期番号iが3,4,7および8であるPWM周期においては、W相のデューティ比が0%に変更されている。しかしながら、各相における電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値は、図9Aの対応する相の合計値と同じである。
つまり、図9A〜図9Dに示す例では、U相およびV相に対しては、前記条件A1を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントが変更されている。また、W相に対しては、前記条件B1を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントが変更されている。したがって、この例では、モータ駆動回路32内の全ての相のFET111〜116のスイッチング回数を低減させることができる。
また、図9Dに示すように、全てのPWM周期において、PWMカウントが500となる相とPWMカウントが0となる相とが混在していない。したがって、各PWM周期において、平滑コンデンサ101の充電および放電が行われることになる。このようなことは、一部のPWM周期においてPWMカウントがPWMカウント最大値に変更される相に対するふり幅パターンおよび一部のPWM周期においてPWMカウントがPWMカウント最小値に変更される相に対するふり幅パターンとして、同じふり幅パターンを用いることにより実現される。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントが図9Aに示されるような値であり、今回ふり幅パターンPnが第2ふり幅パターンP2であった場合のふり幅および各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントについて説明する。
今回ふり幅パターンPnが第2ふり幅パターンP2であった場合において、図9Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図10Aに示す。各相のふり幅が図10Aに示すような値である場合には、各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントは、図10Bに示されるようになる。
今回ふり幅パターンPnが第2ふり幅パターンP2であった場合において、図9Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図10Aに示す。各相のふり幅が図10Aに示すような値である場合には、各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントは、図10Bに示されるようになる。
図10Aおよび図10Bに示す例においても、U相およびV相に対しては、前記条件A1を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントが変更されている。また、W相に対しては、前記条件B1を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントが変更されている。したがって、この例では、モータ駆動回路32内の全ての相のFET111〜116のスイッチング回数を低減させることができる。
また、図10Bに示すように、全てのPWM周期において、PWMカウントが500となる相とPWMカウントが0となる相とが混在していない。したがって、各PWM周期において、平滑コンデンサ101の充電および放電が行われることになる。
第1ふり幅パターンP1および第2ふり幅パターンP2が、電流制御周期Ta毎に交互に選択されて使用される理由について説明する。
第1ふり幅パターンP1および第2ふり幅パターンP2が、電流制御周期Ta毎に交互に選択されて使用される理由について説明する。
前述したように、この実施形態では、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得(検出)されるタイミングは、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期Tcの中央時点である。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントでは、同じ相のPWM周期単位のPWMカウントは全て同じ値となっている。この値がそのまま、PWM出力部48に与えられる場合を想定する。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントでは、同じ相のPWM周期単位のPWMカウントは全て同じ値となっている。この値がそのまま、PWM出力部48に与えられる場合を想定する。
電流制御周期Ta内において、各相(U、V、W相)の相電流は相電圧間の電位差に応じて変動する。したがって、電流センサ33,34によって検出される相電流値は、電流制御周期Taにおける当該相電流の平均値が検出されることが好ましい。
以下、説明を簡単にするために、UVW相のうち二相のみが存在する場合を考えることにする。これらの二相のうちの一方をA相といい、他方をB相ということにする。図11は、図8のステップ2以降の処理が行われない場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。
以下、説明を簡単にするために、UVW相のうち二相のみが存在する場合を考えることにする。これらの二相のうちの一方をA相といい、他方をB相ということにする。図11は、図8のステップ2以降の処理が行われない場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。
A相電圧がハイレベル(図6のONに対応)でB相電圧がローレベル(図6のOFFに対応)のときには、例えばA相からB相に電流が流れる。このため、A相実電流は大きくなるように変動し、B相実電流は小さくなるように変動する。A相電圧およびB相電圧が共にハイレベルの場合ならびにA相電圧およびB相電圧が共にローベルである場合には、A相実電流およびB相実電流は零に近づくように変動する。図11において、A相平均電流は電流制御周期TaにおけるA相実電流の平均値を、B相平均電流は電流制御周期TaにおけるB相実電流の平均値を示している。
図11では、各PWM周期T1〜T8でのA相電圧の波形は同じであり、各PWM周期T1〜T8でのB相電圧の波形は同じである。また、各PWM周期T1〜T8でのA相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称であり、各PWM周期T1〜T8でのB相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称である。このため、各PWM周期T1〜T8の中央では、A相実電流はA相平均電流とほぼ等しくなり、B相実電流はB相平均電流とほぼ等しくなる。したがって、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得されるタイミングを、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点に設定したとしても、各電流センサ33,34によって対応する相電流の電流制御周期Ta内の平均電流を検出することができる。
これに対して、スイッチング回数低減処理が行われた後の各相のPWM周期単位のPWMカウントでは、例えば図9Dに示すように、各相において、PWM周期単位のPWMカウントは同じ値にはならない。
図12Aは、スイッチング回数低減処理が行われた場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。より具体的には、図12Aは、第1ふり幅パターンP1が用いられた場合の波形図である。したがって、図12AのA相電圧およびB相電圧の波形は、それぞれ、図9DのU相およびW相のPWMカウントに応じた波形に類似している。
図12Aは、スイッチング回数低減処理が行われた場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。より具体的には、図12Aは、第1ふり幅パターンP1が用いられた場合の波形図である。したがって、図12AのA相電圧およびB相電圧の波形は、それぞれ、図9DのU相およびW相のPWMカウントに応じた波形に類似している。
図12Aにおいて、A相平均電流は電流制御周期TaにおけるA相実電流の平均値を、B相平均電流は電流制御周期TaにおけるB相実電流の平均値を示している。
図12Aでは、図11とは異なり、各PWM周期T1〜T8でのA相電圧の波形は同じではない。また、各PWM周期T1〜T8でのB相電圧の波形は同じではない。また、各PWM周期T1〜T8でのA相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称ではなく、各PWM周期T1〜T8でのB相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称ではない。このため、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得されるタイミングを、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点に設定すると、電流センサ33,34によって対応する相電流の電流制御周期Ta内の平均電流を検出できなくなくなる。このため、ふり幅パターンを切り替えることなくスイッチング回数低減処理を行うと、電流指令値に対する実電流の追従性が悪化するおそれがある。
図12Aでは、図11とは異なり、各PWM周期T1〜T8でのA相電圧の波形は同じではない。また、各PWM周期T1〜T8でのB相電圧の波形は同じではない。また、各PWM周期T1〜T8でのA相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称ではなく、各PWM周期T1〜T8でのB相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称ではない。このため、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得されるタイミングを、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点に設定すると、電流センサ33,34によって対応する相電流の電流制御周期Ta内の平均電流を検出できなくなくなる。このため、ふり幅パターンを切り替えることなくスイッチング回数低減処理を行うと、電流指令値に対する実電流の追従性が悪化するおそれがある。
そこで、前述の実施形態では、ふり幅規定値xの符号が互いに反対の2つのふり幅パターンP1,P2を用意し、これらのふり幅パターンP1,P2を、電流制御周期Ta毎に交互に切り替えるようにしている。このようにすると、電流センサ33,34によって検出される相電流の電流制御周期Taの2周期分の平均値が、対応する相電流の電流制御周期Taの2周期分の平均電流とほぼ一致するようになる。このため、スイッチング回数低減処理を行った場合にも、電流指令値に対する実電流の追従性を向上させることができる。
以下、この点について、図12Aと図12Bとを用いて説明する。
図12Bは、第2ふり幅パターンP2を用いてスイッチング回数低減処理が行われた場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。この例では、図12BのA相電圧およびB相電圧の波形は、それぞれ、図10BのU相およびW相のPWMカウントに応じた波形に類似している。
図12Bは、第2ふり幅パターンP2を用いてスイッチング回数低減処理が行われた場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。この例では、図12BのA相電圧およびB相電圧の波形は、それぞれ、図10BのU相およびW相のPWMカウントに応じた波形に類似している。
第1ふり幅パターンP1と第2ふり幅パターンP1とが電流制御周期Ta毎に交互に切り替えられるので、電流指令値が変化しない場合には図12Aの相電圧と図12Bの相電圧とが電流制御周期Ta毎に交互に発生する。
第1ふり幅パターンP1と第2ふり幅パターンP1とはふり幅規定値xの符号が反転しているパターンである。このため、隣接する2つの電流制御周期Taにおいて所定の同じタイミングにおいて検出されるA相およびB相の実電流は、それらの2つの電流制御周期Taの間で、A相平均電流およびB相平均電流を中心として互いに正負反対側に所定値だけずれた値となる。このため、これら2つの電流制御周期Taにおいて検出される2周期分のA相電流の平均値は、当該2周期におけるA相電流の平均値とほぼ一致し、これら2つの電流制御周期Taにおいて検出される2周期分のB相電流の平均値は、当該2周期におけるB相電流の平均値とほぼ一致する。
第1ふり幅パターンP1と第2ふり幅パターンP1とはふり幅規定値xの符号が反転しているパターンである。このため、隣接する2つの電流制御周期Taにおいて所定の同じタイミングにおいて検出されるA相およびB相の実電流は、それらの2つの電流制御周期Taの間で、A相平均電流およびB相平均電流を中心として互いに正負反対側に所定値だけずれた値となる。このため、これら2つの電流制御周期Taにおいて検出される2周期分のA相電流の平均値は、当該2周期におけるA相電流の平均値とほぼ一致し、これら2つの電流制御周期Taにおいて検出される2周期分のB相電流の平均値は、当該2周期におけるB相電流の平均値とほぼ一致する。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合について説明した。しかし、この発明は、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合についても適用することができる。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(3)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
Cu=PWMカウント最大値−{VU *×(PWMカウント最大値/Vb)}
=500−{VU *×(500/Vb)} …(3)
前記式(3)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
=500−{VU *×(500/Vb)} …(3)
前記式(3)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47について説明する。図13を参照して、スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減の基本的な考え方について説明する。
図13(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図13(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
図13(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図13(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティが100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第1条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図13(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数は低減されないことがわかる。
図13(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数は低減されないことがわかる。
図13(a3)は、前記第1条件を満たしかつデューティ比が100%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図13(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図13(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
図13(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図13(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第2条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図13(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図13(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図13(b3)は、前記第2条件を満たしかつデューティ比が0%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
つまり、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A2または条件B2を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
つまり、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A2または条件B2を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
条件A2:電流制御周期Ta内においてデューティ比が100%のPWM周期が2以上連続し、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B2:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
条件B2:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
キャリア波形が三角波であり、各相の上段FETが第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作は、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作(図8参照)と同様である。ただし、この場合には、PWMカウントがPWMカウント最大値(500)に変更されたPWM周期ではデューティ比が0%となり、PWMカウントがPWMカウント最小値(0)に変更されたPWM周期では、デューティ比が100%となる。
さらに、この発明は、キャリア波形が鋸波である場合にも適用することができる。
キャリア波形が鋸波である場合には、マイクロコンピュータ31内で、図示しないクロック発生器で生成されるPWMクロック周波数のクロックを図示しないカウンタでアップカウントし、カウント値が最大値に達するとカウンタをリセットするという動作を繰り返す。このカウンタのカウント値を、時間を横軸にとり、カウント値を縦軸にとって図示すると、図14Aに示すように、キャリア波形は鋸歯となる。鋸波の1周期はPWM周期Tcに等しい。キャリア波形の最大値、つまりカウント値の最大値により、PWM信号の周波数(キャリア周波数)が決定される。本実施形態では、PWMクロック周波数が100[MHz]であり、PWM信号の周波数(以下、「PWM周波数」という。)が100[kHz]と設定しているので、PWMカウント値の最大値(以下において、「PWMカウント最大値」という場合がある)は、100,000,000÷100,000=1,000となる。PWMカウント値の最小値(以下において、「PWMカウント最小値」という場合がある)は、0である。
キャリア波形が鋸波である場合には、マイクロコンピュータ31内で、図示しないクロック発生器で生成されるPWMクロック周波数のクロックを図示しないカウンタでアップカウントし、カウント値が最大値に達するとカウンタをリセットするという動作を繰り返す。このカウンタのカウント値を、時間を横軸にとり、カウント値を縦軸にとって図示すると、図14Aに示すように、キャリア波形は鋸歯となる。鋸波の1周期はPWM周期Tcに等しい。キャリア波形の最大値、つまりカウント値の最大値により、PWM信号の周波数(キャリア周波数)が決定される。本実施形態では、PWMクロック周波数が100[MHz]であり、PWM信号の周波数(以下、「PWM周波数」という。)が100[kHz]と設定しているので、PWMカウント値の最大値(以下において、「PWMカウント最大値」という場合がある)は、100,000,000÷100,000=1,000となる。PWMカウント値の最小値(以下において、「PWMカウント最小値」という場合がある)は、0である。
図14Bに示すように、PWM出力部48(図2参照)は、与えられるPWMカウントとカウンタのカウント値とを比較し、モータ駆動回路32(図2参照)に対して、High信号または Low信号を出力する。PWM出力部48は、例えば、カウンタのカウント値≦PWMカウントが成立している間はHigh信号(またはLow信号)を、それ以外はLow信号(またはHigh信号)を出力する。このHigh信号およびLow信号がPWM信号となる。
キャリア波形が鋸波である場合には、キャリアカウントの開始時にFETのオンオフの切り替わりがあり、キャリアカウントのリセットまでにもう一度、FETのオンオフの切り替わりがある。PWM周期Tc内の上段FET111,113,115のオンオフ状態の変化パターン(オンオフパターン)としては、次の2つのパターンがある。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オン状態→オフ状態へと変化するパターン。第1オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値が高いほど、その相に対する電流制御周期Ta単位のPWMカウントは大きい値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は大きくなる。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オン状態→オフ状態へと変化するパターン。第1オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値が高いほど、その相に対する電流制御周期Ta単位のPWMカウントは大きい値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は大きくなる。
第2オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オフ状態→オン状態へと変化するパターン。第2オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値が高いほど、その相に対する電流制御周期TaのPWMカウントは小さな値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は小さくなる。
なお、PWM周期Tc内の下段FET112,114,116のオンオフパターンは、上段FETのオンオフパターンと逆となる。まず、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合について説明する。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(4)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(4)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
Cu=VU *×(PWMカウント最大値/Vb)
=VU *×(1,000/Vb)} …(4)
前記式(4)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(4)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(4)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
=VU *×(1,000/Vb)} …(4)
前記式(4)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(4)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(4)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47について説明する。図15を参照して、スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減の基本的な考え方について説明する。
図15(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図15(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
図15(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図15(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティが100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第1条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図15(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図15(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図15(a3)は、前記第1条件を満たしかつデューティ比が100%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図15(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図15(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
図15(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図15(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第2条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図15(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図15(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図15(b3)は、前記第2条件を満たしかつデューティ比が0%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
つまり、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A3または条件B3を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、モータ駆動回路32内のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
つまり、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A3または条件B3を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、モータ駆動回路32内のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
条件A3:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B3:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
条件B3:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
図8のフローチャートを用いて、キャリア波形が鋸波であり、各相の上下段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作を説明する。
スイッチング回数低減部47(図2参照)は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する(ステップS1)。
スイッチング回数低減部47(図2参照)は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する(ステップS1)。
図16Aは、ステップS1で設定された、電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwの一例を示す模式図である。
次に、スイッチング回数低減部47は、UVWの各相に対して、スイッチング回数低減用のふり幅設定処理を行う(ステップS2〜ステップS6)。言い換えれば、スイッチング回数低減部47は、各相において前記条件A3またはB3が満たされるようにPWMカウントを変更するためのふり幅を設定する。
次に、スイッチング回数低減部47は、UVWの各相に対して、スイッチング回数低減用のふり幅設定処理を行う(ステップS2〜ステップS6)。言い換えれば、スイッチング回数低減部47は、各相において前記条件A3またはB3が満たされるようにPWMカウントを変更するためのふり幅を設定する。
ある相に関して、電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値が変更されないようにPWMカウントを変更するには、当該相のPWMカウントに対して、例えば、図16B内の第1ふり幅パターンP1〜第4ふり幅パターンP4に応じたふり幅を加算すればよい。図16Bの第1、第2、第3および第4ふり幅パターンP1、P2、P3およびP4は、それぞれ図9Bの第3、第4、第1および第2ふり幅パターンP3、P4、P1およびP2に相当する。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合には、図16B内の第3ふり幅パターンおよび第4ふり幅パターンを用いても、前記条件A3およびB3を満たすことができるが、ここでは各相(U相、V相およびW相)に対して、図16B内の第1ふり幅パターンまたは第2ふり幅パターンが割り当てられるものとする。
第2ふり幅パターンP2は、第1ふり幅パターンP1のxの符号を反転したパターンである。第1ふり幅パターンP1および第2ふり幅パターンP2は、電流制御周期Ta毎に交互に切り替えられる。
ふり幅設定処理においては、スイッチング回数低減部47は、まず、前回の電流制御周期Taで選択されたふり幅パターン(以下、「前回ふり幅パターンPn−1」という場合がある。)が第1ふり幅パターンP1であるか第2ふり幅パターンP2であるかを判別する(ステップS2)。前回ふり幅パターンPn−1の初期値は、例えば、第2ふり幅パターンP2に設定される。
ふり幅設定処理においては、スイッチング回数低減部47は、まず、前回の電流制御周期Taで選択されたふり幅パターン(以下、「前回ふり幅パターンPn−1」という場合がある。)が第1ふり幅パターンP1であるか第2ふり幅パターンP2であるかを判別する(ステップS2)。前回ふり幅パターンPn−1の初期値は、例えば、第2ふり幅パターンP2に設定される。
前回ふり幅パターンPn−1が第2ふり幅パターンP2である場合には、スイッチング回数低減部47は、今回の電流制御周期Taで使用するふり幅パターンとして第1ふり幅パターンP1を選択する(ステップS3)。また、スイッチング回数低減部47は、前回ふり幅パターンPn−1として第1ふり幅パターンP1を記憶する。以下、今回の電流制御周期Taで選択されたふり幅パターンを、「今回ふり幅パターンPn」という場合がある。そして、スイッチング回数低減部47は、ステップS5に移行する。
一方、ステップS2において、前回ふり幅パターンPn−1が第1ふり幅パターンP1であると判別された場合には、スイッチング回数低減部47は、今回の電流制御周期Taで使用するふり幅パターンとして第2ふり幅パターンP2を選択する(ステップS4)。また、スイッチング回数低減部47は、前回ふり幅パターンPn−1として第2ふり幅パターンP2を記憶する。そして、スイッチング回数低減部47は、ステップS5に移行する。
ステップS5では、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅規定値xを演算する。具体的には、スイッチング回数低減部47は、まず、UVWの各相を、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウント(この実施形態では、PWMデューティ演算部46から与えられる電流制御周期単位のPWMカウントと同じ)が、PWMカウント最大値の1/2以上である高カウント相と、PWMカウント最大値の1/2未満である低カウント相とに分ける。この例では、PWMカウント最大値は1,000であるので、PWMカウント最大値の1/2は500となる。
なお、スイッチング回数低減部47は、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウントが、PWMカウント最大値の1/2よりも大きい相である高カウント相と、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウントが、PWMカウント最大値の1/2以下である低カウント相とに分けてもよい。
次に、スイッチング回数低減部47は、高カウント相に属する相に関しては、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差(PWMカウント最大値−当該相のPWM周期単位のPWMカウント)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。低カウント相に属する相に関しては、スイッチング回数低減部47は、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値(0)との差(当該相のPWM周期単位のPWMカウント−PWMカウント最小値)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。
次に、スイッチング回数低減部47は、高カウント相に属する相に関しては、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差(PWMカウント最大値−当該相のPWM周期単位のPWMカウント)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。低カウント相に属する相に関しては、スイッチング回数低減部47は、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値(0)との差(当該相のPWM周期単位のPWMカウント−PWMカウント最小値)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。
図16Aの例では、U相のPWMカウントは、800であり、PWMカウント最大値の1/2以上であるので、U相に対するふり幅規定値xは、200(=1,000−800)となる。また、V相のPWMカウントは、600であり、PWMカウント最大値の1/2以上であるので、V相に対するふり幅規定値xは、400(=1,000−600)となる。また、W相のPWMカウントは、200であり、PWMカウント最大値の1/2未満であるので、W相に対するふり幅規定値xは、200(=200−0)となる。
次に、スイッチング回数低減部47は、このようにして演算された各相に対するふり幅規定値xと、前記ステップS3またはS4で選択された今回ふり幅パターンPnとに基づいて、各相に対する各PWM周期Tcのふり幅を設定する(ステップS6)。
今回ふり幅パターンPnが第1ふり幅パターンP1である場合において、図16Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図16Cに示す。
今回ふり幅パターンPnが第1ふり幅パターンP1である場合において、図16Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図16Cに示す。
次に、スイッチング回数低減部47は、各相のPWMカウントを変更するためのPWMカウント変更処理を行う(ステップS7)。
具体的には、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅にしたがって、ステップS1によって設定された各相のPWMカウントを変更する。より具体的には、スイッチング回数低減部47は、ステップS1によって設定された各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントに、対応する相のふり幅を加算することによって、各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントを変更する。これにより、PWMカウント変更処理が終了する。
具体的には、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅にしたがって、ステップS1によって設定された各相のPWMカウントを変更する。より具体的には、スイッチング回数低減部47は、ステップS1によって設定された各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントに、対応する相のふり幅を加算することによって、各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントを変更する。これにより、PWMカウント変更処理が終了する。
次に、スイッチング回数低減部47は、ステップS3のPWMカウント変更処理後の各PWM周期に対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する最終的なU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして、PWM出力部48に与える(ステップS8)。そして、スイッチング回数低減部47は、今回の電流制御周期Taでのスイッチング回数低減処理を終了する。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントが図16Aに示されるような値であり、各相のふり幅が図16Cに示すような値である場合、各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントは、図16Dに示されるようになる。
図16Dに示すように、周期番号iが1,3,5および7であるPWM周期においては、U相およびV相のPWMカウントが1,000に変更されている。つまり、周期番号iが1,3,5および7であるPWM周期においては、U相およびV相のデューティ比が100%に変更されている。また、周期番号iが2,4,6および8であるPWM周期においては、W相のPWMカウントが0に変更されている。つまり、周期番号iが2,4,6および8であるPWM周期においては、W相のデューティ比が0%に変更されている。しかしながら、各相の電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値は、図16Aと同じである。
図16Dに示すように、周期番号iが1,3,5および7であるPWM周期においては、U相およびV相のPWMカウントが1,000に変更されている。つまり、周期番号iが1,3,5および7であるPWM周期においては、U相およびV相のデューティ比が100%に変更されている。また、周期番号iが2,4,6および8であるPWM周期においては、W相のPWMカウントが0に変更されている。つまり、周期番号iが2,4,6および8であるPWM周期においては、W相のデューティ比が0%に変更されている。しかしながら、各相の電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値は、図16Aと同じである。
つまり、図16A〜図16Dに示す例では、U相およびV相に対しては、条件A3を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントが変更されている。また、W相に対しては、条件B3を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントが変更されている。したがって、この例では、モータ駆動回路32内の全ての相のFET111〜116のスイッチング回数を低減させることができる。
また、図16Dに示すように、全てのPWM周期において、PWMカウントが1,000となる相と、PWMカウントが0となる相とが混在していない。したがって、各PWM周期において、平滑コンデンサ101の充電および放電が行われることになる。このようなことは、一部のPWM周期においてPWMカウントが1,000に変更される相に対するふり幅パターンおよび一部のPWM周期においてPWMカウントが0に変更される相に対するふり幅パターンとして、同じふり幅パターンを用いることにより実現される。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントが図16Aに示されるような値であり、今回ふり幅パターンPnが図16Bの第2ふり幅パターンP2であった場合のふり幅および各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントについて説明する。
今回ふり幅パターンPnが第2ふり幅パターンP2であった場合において、図16Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図17Aに示す。各相のふり幅が図17Aに示すような値である場合には、各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントは、図17Bに示されるようになる。
今回ふり幅パターンPnが第2ふり幅パターンP2であった場合において、図16Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図17Aに示す。各相のふり幅が図17Aに示すような値である場合には、各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントは、図17Bに示されるようになる。
図17Aおよび図17Bに示す例においても、U相およびV相に対しては、前記条件A3を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントが変更されている。また、W相に対しては、前記条件B3を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントが変更されている。したがって、この例では、モータ駆動回路32内の全ての相のFET111〜116のスイッチング回数を低減させることができる。
また、図17Bに示すように、全てのPWM周期において、PWMカウントが1000となる相とPWMカウントが0となる相とが混在していない。したがって、各PWM周期において、平滑コンデンサ101の充電および放電が行われることになる。
また、第1ふり幅パターンP1および第2ふり幅パターンP2が、電流制御周期Ta毎に交互に選択されて使用されるので、スイッチング回数低減処理を行った場合にも、前述した実施形態と同様な理由により、電流指令値に対する実電流の追従性を向上させることができる。
また、第1ふり幅パターンP1および第2ふり幅パターンP2が、電流制御周期Ta毎に交互に選択されて使用されるので、スイッチング回数低減処理を行った場合にも、前述した実施形態と同様な理由により、電流指令値に対する実電流の追従性を向上させることができる。
次に、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合について説明する。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(5)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(5)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
Cu=PWMカウント最大値−{VU *×(PWMカウント最大値/Vb)}
=1,000−{VU *×(1,000/Vb)} …(5)
前記式(5)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(5)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(5)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
=1,000−{VU *×(1,000/Vb)} …(5)
前記式(5)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(5)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(5)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47について説明する。図18を参照して、スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減の基本的な考え方について説明する。
図18(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図18(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
図18(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図18(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティが100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第1条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図18(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(a3)は、前記第1条件を満たしかつデューティ比が100%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図18(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
図18(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図18(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第2条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図18(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(b3)は、前記第2条件を満たしかつデューティ比が0%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
つまり、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A4または条件B4を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
つまり、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A4または条件B4を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
条件A4:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B4:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件A4は前述の条件A3と同じであり、条件B4は前述の条件B3と同じである。
条件B4:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件A4は前述の条件A3と同じであり、条件B4は前述の条件B3と同じである。
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作は、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作と同様である。ただし、この場合には、PWMカウントがPWMカウント最大値(1,000)に変更されたPWM周期ではデューティ比が0%なり、PWMカウントがPWMカウント最小値(0)に変更されたPWM周期では、デューティ比が100%となる。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作は、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作と同様である。ただし、この場合には、PWMカウントがPWMカウント最大値(1,000)に変更されたPWM周期ではデューティ比が0%なり、PWMカウントがPWMカウント最小値(0)に変更されたPWM周期では、デューティ比が100%となる。
前記実施形態では、この発明を電動パワーステアリング装置のモータ制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外に用いられるモータ制御装置にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1…電動パワーステアリング装置、12…ECU、18…電動モータ、31…マイクロコンピュータ、32…モータ駆動回路、46…PWMデューティ演算部、47…スイッチング回数低減部、48…PWM出力部
Claims (3)
- モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、
電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部と、
相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部とを含み、
前記PWM変更部は、
前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すパターンとして、第1パターンと、前記第1パターンにおける各ふり幅の符号が反転された第2パターンとを有し、
各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2以上である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、
各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2未満である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、
連続する2つの電流制御周期のうち、一方の電流制御周期においては、相毎に、前記第1ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定し、他方の電流制御周期においては、相毎に、前記第2ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置。 - モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、
電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部と、
相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部とを含み、
前記PWM変更部は、
前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すパターンとして、第1パターンと、前記第1パターンにおける各ふり幅の符号が反転された第2パターンとを有し、
各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2よりも大きい相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、
各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2以下である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、
連続する2つの電流制御周期のうち、一方の電流制御周期においては、相毎に、前記第1ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定し、他方の電流制御周期においては、相毎に、前記第2ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置。 - 前記第1パターンは、2以上の所定数のPWM周期毎に符号が反転するようなパターンである、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018194452A JP2020065328A (ja) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | モータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018194452A JP2020065328A (ja) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | モータ制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2020065328A true JP2020065328A (ja) | 2020-04-23 |
Family
ID=70388441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018194452A Pending JP2020065328A (ja) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | モータ制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2020065328A (ja) |
-
2018
- 2018-10-15 JP JP2018194452A patent/JP2020065328A/ja active Pending
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