JP4768307B2 - 誘導性負荷駆動装置 - Google Patents
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Description
本発明は、誘導性負荷駆動装置に関するものである。
一般に、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号によってモータ等の誘導性負荷を複数個同時に駆動する場合に発生するノイズの低減方法については、様々なものが提案されている。例えば、２つのＭＯＳＦＥＴにより２つのモータを駆動する場合において、各ＭＯＳＦＥＴに入力するＰＷＭ駆動信号の位相をずらし、一方のパルスの立ち上がり終了タイモングが他方のパルスの立ち下がり開始タイミングと一致するように位相を設定し、２つのＭＯＳＦＥＴが同時にスイッチングされることを回避することで、スイッチングノイズの低減を図る提案がされている（特許文献１）。
特開平１０−２２２２号公報
しかしながら、このような誘導性負荷駆動装置では、ＭＯＳＦＥＴのスイッチングノイズの低減が図れる一方、２つのＰＷＭ駆動信号の変化点で発生する高調波ノイズを十分に低減できない、という問題点がある。すなわち、２つのＰＷＭ駆動信号をＰＷＭ駆動信号Ａ、ＰＷＭ駆動信号Ｂとして、両信号の１周期分の経時変化を見た場合、図６に示すように、ＰＷＭ駆動信号Ａの立ち上がり開始点→ＰＷＭ駆動信号Ａの立ち上がり終了点（＝ＰＷＭ駆動信号Ｂの立ち下がり開始点）→ＰＷＭ駆動信号Ｂの立ち下がり終了点→ＰＷＭ駆動信号Ａの立ち下がり開始点→ＰＷＭ駆動信号Ａの立ち下がり終了点→ＰＷＭ駆動信号Ｂの立ち上がり開始点→ＰＷＭ駆動信号Ａの立ち上がり終了点、と７つの変化点が存在し、それぞれの変化点で高調波ノイズが発生するため、全体としてはさらに周波数成分が増えたノイズとなってしまう。
本発明の課題は、複数の誘導性負荷をＰＷＭ駆動信号により同時に駆動する場合に、ＰＷＭ駆動信号により発生するノイズを低減した誘導性負荷駆動装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電源に接続された２つの誘導性負荷と、前記２つの誘導性負荷にそれぞれ直列に接続されるとともに、外部から受け取ったパルス幅変調信号によりオンオフが制御され、オン状態で前記２つの誘導性負荷をそれぞれ通電させる２つのスイッチング素子と、前記２つのスイッチング素子にそれぞれパルス幅変調信号を出力し、該２つのスイッチング素子のオンオフをそれぞれ制御する制御装置とを備えた誘導性負荷駆動装置であって、一方のスイッチング素子に出力されるパルス幅変調信号と他方のスイッチング素子に出力されるパルス幅変調信号とが所定の位相差および所定のデューティ比の差を備えるとともに、前記所定の位相差および前記所定のデューティ比の差が、ｍを２以上の整数で偶数、ｎを１以上の整数で奇数とし、前記位相差＝１．８×（ｍ／ｎ）×前記所定のデューティ比の差で表わされることを特徴としている。
上記構成によれば、２つのパルス幅変調信号のパルスの変化区間が重ならないように２つのスイッチング素子を時間的にずらしてスイッチングするため、スイッチングが重なることに起因するノイズの発生の増加を抑制することができる。
また２つのパルス幅変調信号の合成高調波が最小となるように２つのパルス幅変調信号の位相差およびデューティ比を設けているため、合成高調波によるノイズを抑制することができる。
本発明によれば、複数の誘導性負荷をＰＷＭ駆動信号により同時に駆動する場合に、ＰＷＭ駆動信号により発生するノイズを低減した誘導性負荷駆動装置を実現することができる。
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
図１は、本発明の第１の実施例のブロック図である。
電源２１の電圧は、変圧器１８により所定の電圧ＶＣＣ１９に変換される。
ＶＣＣ１９とグランドの間には、モータ２０ＡとＭＯＳＦＥＴ１５Ａの直列回路と、モータ２０ＢとＭＯＳＦＥＴ１５Ｂの直列回路が並列接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１５Ａと１５Ｂのドレインは、順方向のダイオード１６Ａ、１６Ｂをそれぞれ介してＶＣＣ１９に接続されている。
ダイオード１６Ａ、１６Ｂにはノイズ除去用のコンデンサ１７Ａ、１７Ｂがそれぞれ並列に接続されている。
入力信号処理部１１は、図示しない他の装置からモータ２０Ａ、２０Ｂの制御信号を受けて、波形設定部１２にＰＷＭ信号を出力する。
波形設定部１２は、入力信号処理部１１から取り込んだＰＷＭ信号を元に、あらかじめ設定されたデューティ比および位相差の関係を備えた２種類のＰＷＭ駆動信号であるＰＷＭ駆動信号ＡおよびＰＷＭ駆動信号Ｂを生成し、駆動部１３Ａ、１３Ｂに出力する。
波形設定部１２で生成されたＰＷＭ駆動信号ＡおよびＰＷＭ駆動信号Ａは、それぞれ駆動部１３Ａ、１３Ｂによって増幅された後に抵抗１４Ａおよび１４Ｂによってパルス形状が整形された後に、ＭＯＳＦＥＴ１５Ａ、１５Ｂのゲートに出力される。
ここで、上記のモータ２０Ａ、２０Ｂが請求項の誘導性負荷にあたる。また上記のＭＯＳＦＥＴ１５Ａ、１５Ｂが請求項のスイッチング素子にあたる。さらに上記の入力信号処理部１１、波形設定部１２、駆動部１３Ａ、１３Ｂ、抵抗１４Ａ、１４Ｂを備えた制御装置３０が請求項の制御装置にあたる。
次に、本発明の第１の実施例の動作について説明する。
本実施例では、２つのＰＷＭ駆動信号の位相およびデューティ比を変えることで、高調波ノイズを低減するものである。
２つのＰＷＭ駆動信号の周波数をｆ、位相差をΦとすると、２つのＰＷＭ駆動信号のそれぞれの高調波を合成した合成高調波がゼロとなる周波数Ｆ０（Φ）は、下記の式で表すことができる。
（式１）・・・Ｆ０（Φ）＝ｎ×（１８０°×ｆ）／Φ （ｎは１以上の整数で奇数）
また、合成高調波が大きくなる周波数ＦＰ（Φ）は、下記の式で表すことができる。
（式２）・・・ＦＰ（Φ）＝ｍ×（１８０°×ｆ）／Φ （ｍは２以上の整数で偶数）
一方、２つのＰＷＭ駆動信号の周波数をｆ、デューティ比の差をＤとすると、２つのＰＷＭ駆動信号のそれぞれの高調波を合成した合成高調波がゼロとなる周波数Ｆ０（Ｄ）は、下記の式で表すことができる。
（式３）・・・Ｆ０（Ｄ）＝ｎ×（１００％×ｆ）／Ｄ （ｎは１以上の整数で奇数）
また、合成高調波が大きくなる周波数ＦＰは、下記の式で表すことができる。
（式４）・・・ＦＰ（Ｄ）＝ｍ×（１００％×ｆ）／Ｄ （ｍは２以上の整数で偶数）
ここで、位相およびデューティ比の双方を調整して高調波ノイズを低減させることを考えると、（式１）＝（式４）、または（式２）＝（式３）となる条件が満たすことができれば、合成高調波成分を効率的に相殺することができる。
（式１）・・・Ｆ０（Φ）＝ｎ×（１８０°×ｆ）／Φ （ｎは１以上の整数で奇数）
また、合成高調波が大きくなる周波数ＦＰ（Φ）は、下記の式で表すことができる。
（式２）・・・ＦＰ（Φ）＝ｍ×（１８０°×ｆ）／Φ （ｍは２以上の整数で偶数）
一方、２つのＰＷＭ駆動信号の周波数をｆ、デューティ比の差をＤとすると、２つのＰＷＭ駆動信号のそれぞれの高調波を合成した合成高調波がゼロとなる周波数Ｆ０（Ｄ）は、下記の式で表すことができる。
（式３）・・・Ｆ０（Ｄ）＝ｎ×（１００％×ｆ）／Ｄ （ｎは１以上の整数で奇数）
また、合成高調波が大きくなる周波数ＦＰは、下記の式で表すことができる。
（式４）・・・ＦＰ（Ｄ）＝ｍ×（１００％×ｆ）／Ｄ （ｍは２以上の整数で偶数）
ここで、位相およびデューティ比の双方を調整して高調波ノイズを低減させることを考えると、（式１）＝（式４）、または（式２）＝（式３）となる条件が満たすことができれば、合成高調波成分を効率的に相殺することができる。
（式２）＝（式３）の関係より、次式が導かれる。
（式５）・・・Φ＝１．８×（ｍ／ｎ）×Ｄ 図２に上記の関係を備えたＰＷＭ駆動信号ＡおよびＰＷＭ駆動信号Ｂを示す。
（式５）・・・Φ＝１．８×（ｍ／ｎ）×Ｄ 図２に上記の関係を備えたＰＷＭ駆動信号ＡおよびＰＷＭ駆動信号Ｂを示す。
図７〜図９に、特許文献１に記載の内容で生成したＰＷＭ駆動信号ＡおよびＰＷＭ駆動信号Ｂによる高調波ノイズのシミュレーション結果例を示す。また図３〜図５に、本実施例の内容で生成したＰＷＭ駆動信号ＡおよびＰＷＭ駆動信号Ｂによる高調波ノイズのシミュレーション結果例を示す。
ここで、（式５）においてＤ＝２．５、ｍ／ｎ＝４とし、Φ≒２０と設定している。
図３はＰＷＭ駆動信号ＡおよびＰＷＭ駆動信号Ｂのデューティ比をそれぞれ５０％および５２．５％とするとともに位相差を２０度とした場合の結果を、図４はデューティ比をそれぞれ７０％および７２．５％とするとともに位相差を２０度とした場合の結果を、図５はデューティ比をそれぞれ９０％および９２．５％とするとともに位相差を２０度とした場合の結果を表している。
図３と図７を比較して明らかなように、特許文献１の方法に比べ、本実施例におけるノイズの周波数分布は、ＡＭラジオ帯域である約５００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間で低減されていることが確認できる。
また図４と図８を比較して明らかなように、特許文献１の方法に比べ、本実施例におけるノイズの周波数分布は、ＡＭラジオ帯域である約５００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間で低減されていることが確認できる。
また図５と図９を比較して明らかなように、特許文献１の方法に比べ、本実施例におけるノイズの周波数分布は、ＡＭラジオ帯域である約５００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの間で低減されていることが確認できる。
以上の動作により、２つのパルス幅変調信号のパルスの変化区間が重ならないように２つのスイッチング素子を時間的にずらしてスイッチングするため、スイッチングが重なることに起因するノイズの発生の増加を抑制することができる。
また合成高調波が最も少なくなるように位相差Φおよびデューティ比の差Ｄを設定しているため、従来技術に比較して高調波ノイズ、特にＡＭラジオ帯域の約５００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの周波数を有する高調波ノイズを低減することができる。
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、実施例は本発明の例示にしか過ぎず、本発明は実施例の構成にのみ限定されるものではない。したがって本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれることはもちろんである。
例えば、第１の実施例において、ＰＷＭ駆動信号ＡとＰＷＭ駆動信号Ｂとの位相差およびデューティ比の差は、第１の実施例で示した値に限定されるものではなく、（式５）の関係を満足するものであれば良い。
１０ 誘導性負荷駆動装置
１１ 入力信号処理部
１２ 波形設定部
１３Ａ、１３Ｂ 駆動部
１４Ａ、１４Ｂ 抵抗
１５Ａ、１５Ｂ ＭＯＳＦＥＴ
１６Ａ、１６Ｂ ダイオード
１７Ａ、１７Ｂ コンデンサ
１８ 変圧器
１９ ＶＣＣ
２０Ａ、２０Ｂ モータ
２１ 電源
３０ 制御装置
１１ 入力信号処理部
１２ 波形設定部
１３Ａ、１３Ｂ 駆動部
１４Ａ、１４Ｂ 抵抗
１５Ａ、１５Ｂ ＭＯＳＦＥＴ
１６Ａ、１６Ｂ ダイオード
１７Ａ、１７Ｂ コンデンサ
１８ 変圧器
１９ ＶＣＣ
２０Ａ、２０Ｂ モータ
２１ 電源
３０ 制御装置
Claims (1)
- 電源に接続された２つの誘導性負荷と、
前記２つの誘導性負荷にそれぞれ直列に接続されるとともに、外部から受け取ったパルス幅変調信号によりオンオフが制御され、オン状態で前記２つの誘導性負荷をそれぞれ通電させる２つのスイッチング素子と、
前記２つのスイッチング素子にそれぞれパルス幅変調信号を出力し、該２つのスイッチング素子のオンオフをそれぞれ制御する制御装置とを備えた誘導性負荷駆動装置であって、
一方のスイッチング素子に出力されるパルス幅変調信号と他方のスイッチング素子に出
力されるパルス幅変調信号とが所定の位相差および所定のデューティ比の差を備えるとと
もに、前記所定の位相差および前記所定のデューティ比の差が、ｍを２以上の整数で偶数、ｎを１以上の整数で奇数とし、前記位相差＝１．８×（ｍ／ｎ）×前記所定のデューティ比の差で表わされることを特徴とする誘導性負荷駆動装置。
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