JP5496517B2 - Motor control circuit - Google Patents
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Description
本発明は、PWM制御を行うモータ制御回路に関するものである。 The present invention relates to a motor control circuit that performs PWM control.
従来、モータの電流制御を行うためのモータ制御回路にあってPWM制御を行うものが知られており、その制御にあっては、スイッチング周期を一定にしてオン時間とオフ時間との比(デューティ比)を変化させるようにしているものがある(例えば特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a motor control circuit for performing motor current control and performing PWM control is known. In this control, the ratio of on time to off time (duty) with a constant switching cycle. The ratio is changed (see, for example, Patent Document 1).
上記したPWM制御を行う場合に、電源とグラウンド(接地)との間に配置されたハイサイドのスイッチング素子とローサイドのスイッチング素子とを交互にオンさせる相補PWM制御を行う場合がある。ここで、ハイサイドのスイッチング素子をオンしたときにモータ電流が増加する場合、ハイサイドのスイッチング素子がオンしているときそのPWMの状態を正相PWM制御状態、ローサイドのスイッチング素子をオンしているときのPWMの状態を逆相PWM制御状態と呼ぶこととする。そのような相補PWM制御の場合に、ハイサイドのスイッチング素子とローサイドのスイッチング素子とが同時にオンすると貫通電流が流れて素子が破損してしまう虞がある。その対策として、ハイサイドとローサイドとのスイッチング素子が同時にオフとなるデッドタイムを設けると良く、このデッドタイムは使用する素子や電圧、電流などの回路定数によって最適な値に設定される。 When performing the above-described PWM control, there is a case where complementary PWM control for alternately turning on a high-side switching element and a low-side switching element arranged between a power supply and a ground (ground) may be performed. Here, when the motor current increases when the high-side switching element is turned on, when the high-side switching element is turned on, the PWM state is changed to the positive phase PWM control state, and the low-side switching element is turned on. The PWM state when the motor is in operation is referred to as a reverse phase PWM control state. In the case of such complementary PWM control, if the high-side switching element and the low-side switching element are simultaneously turned on, a through current may flow and the element may be damaged. As a countermeasure, it is preferable to provide a dead time in which the switching elements on the high side and the low side are simultaneously turned off, and this dead time is set to an optimum value according to circuit constants such as elements to be used, voltage, and current.
しかしながら、上記デッドタイムを設けた場合には、高デューティでは相補PWMによる同期整流の効果が少なくなって効率の低下を招いてしまう。例えば、PWMキャリヤの周期が50μsの場合にデッドタイムが2μsだとすると、立ち上がりと立ち下がりとで合計4μsのデッドタイムがある。その場合に、デューティ比が90%だとすると、オフ時間は5μs(=50μs×0.1)になるため、4μsのデッドタイムを差し引くと1μsとなり、その1μsしか同期整流の効果が出ないため、PWMによる損失が大きいという問題があった。 However, when the dead time is provided, the effect of synchronous rectification by complementary PWM is reduced at a high duty, resulting in a decrease in efficiency. For example, if the dead time is 2 μs when the PWM carrier cycle is 50 μs, there is a total dead time of 4 μs at the rise and fall. In this case, if the duty ratio is 90%, the off time is 5 μs (= 50 μs × 0.1). Therefore, if the dead time of 4 μs is subtracted, it becomes 1 μs, and only 1 μs has the effect of synchronous rectification. There was a problem that the loss due to.
このような課題を解決して、相補PWM制御において高デューティ比制御におけるPWMの損失を低減し得ることを実現するために本発明に於いては、電源側に接続されたハイサイドスイッチング素子と、接地側に接続されたローサイドスイッチング素子と、デューティ比指令信号に応じて前記ハイサイドおよび前記ローサイドの各スイッチング素子を相補PWMでオンオフしてモータを制御するPWM制御手段とを有し、前記相補PWMでの制御において、前記ハイサイドスイッチング素子がオンしている正相PWM状態と前記ローサイドスイッチング素子がオンしている逆相PWM状態とがいずれか一方から他方に切り替わる時に同時にオフになる所定のデッドタイムが設けられ、前記PWM制御手段が、前記デューティ比指令信号が所定のデューティ比未満の場合はキャリヤ周波数が一定である通常のPWM制御を行い、所定のデューティ比以上の場合には、前記逆相PWMで制御する時間を前記所定のデューティ比における前記ローサイドスイッチング素子がオンしている所定値に固定し、キャリヤ周期をTcで表し、前記逆相PWMで制御する所定値に固定された時間をTrevで表し、デューティ比をDUTYで表し、Tc=Trev÷(100%−DUTY)で算出されるキャリヤ周期Tcを用いることにより、デューティ比の増加に対応してキャリヤ周波数を低下させることによってデューティ比を指令信号に相当する値にするものとした。 In order to solve such a problem and realize that the loss of PWM in high duty ratio control can be reduced in complementary PWM control, in the present invention, a high side switching element connected to the power supply side, A low-side switching element connected to the ground side; and PWM control means for controlling the motor by turning on and off each of the high-side and low-side switching elements with complementary PWM in accordance with a duty ratio command signal, and the complementary PWM In this control, a predetermined dead that is simultaneously turned off when the normal-phase PWM state in which the high-side switching element is on and the reverse-phase PWM state in which the low-side switching element is on is switched from one to the other. A time is provided, and the PWM control means determines that the duty ratio command signal is The performs normal PWM control is carrier frequency is constant of less than the duty ratio, when the above predetermined duty ratio, the low-side switching element of time controlled by the reverse-phase PWM in the predetermined duty ratio The carrier period is fixed to Tc, the carrier period is expressed as Tc, the time fixed to the predetermined value controlled by the reverse phase PWM is expressed as Trev, the duty ratio is expressed as DUTY, and Tc = Trev ÷ (100% By using the carrier cycle Tc calculated by -DUTY), the duty ratio is set to a value corresponding to the command signal by lowering the carrier frequency corresponding to the increase in the duty ratio.
特に、前記逆相PWMで制御する時間の所定値が、前記所定のデッドタイムよりも長いと良い。また、前記キャリヤ周波数の周期が、前記デューティ比に応じて設定される周期タイマのタイムアップ時間により決定され、前記逆相PWMで制御する時間が、前記デューティ比に応じて設定されるオフタイマのタイムアップ時間により決定されると良い。 In particular, a predetermined value of the time controlled by the reverse phase PWM is preferably longer than the predetermined dead time. The period of the carrier frequency is determined by the time-up time of a period timer set according to the duty ratio, and the time controlled by the reverse phase PWM is the time of the off timer set according to the duty ratio It should be determined by the up time.
このように本発明によれば、PWMキャリヤの周波数が一定の場合に、その周期とデッドタイムとの関係から高デューティ比になればなる程、スイッチング素子の逆相PWM制御時間に対するデッドタイムの占める割合が増大するため、PWMの損失が大きくなるのに対して、所定のデューティ比以上では、PWMキャリヤ周波数を低下させることから周期が長くなり、またオフ時間を固定することから、オフ時間に占めるデッドタイムの割合を低減することができる。それにより、相補PWM制御における高デューティ比制御でのPWMの損失を低減することができる。 As described above, according to the present invention, when the frequency of the PWM carrier is constant, the higher the duty ratio is, the more the dead time occupies the antiphase PWM control time of the switching element. Since the ratio increases, the PWM loss increases. However, at a predetermined duty ratio or higher, the PWM carrier frequency is decreased, the period becomes longer, and the off time is fixed, so that it accounts for the off time. The ratio of dead time can be reduced. Thereby, it is possible to reduce PWM loss in high duty ratio control in complementary PWM control.
特に、逆相PWM制御時間の所定値を、キャリヤ周波数を低下させる切替ポイントとなる所定のデューティ比におけるキャリヤ周波数から算出される周期とすることにより、切替を円滑に行うことができる。また、周期タイマとオフタイマとを用いた単純な減算処理でキャリヤ周波数を変えることにより、演算処理を簡素化でき、回路規模を小型化し得る。 In particular, the switching can be performed smoothly by setting the predetermined value of the anti-phase PWM control time to a cycle calculated from the carrier frequency at a predetermined duty ratio that becomes a switching point for decreasing the carrier frequency. Further, by changing the carrier frequency by a simple subtraction process using a period timer and an off timer, the arithmetic process can be simplified and the circuit scale can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は本発明に基づくモータ制御装置のブロック回路図であり、例えば電気自動車の駆動源に用いられて良く、アウタロータ型のモータを用い、そのアウタロータに車輪を取り付けたものであって良い。なお、図示例では3相のブラシレスモータMについて示すが、一例であり、制御対象となるモータを限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block circuit diagram of a motor control device according to the present invention. For example, the motor control device may be used as a drive source of an electric vehicle, and an outer rotor type motor may be used and wheels may be attached to the outer rotor. In the illustrated example, the three-phase brushless motor M is shown, but this is an example and the motor to be controlled is not limited.
図に示されるように、電源としての車載バッテリBTに、駆動電流供給手段としてのインバータ1を介してモータMの各相コイル2が接続されている。なお、インバータ1にあっては、スイッチング素子としてFETが用いられ、モータMの電源側にハイサイドスイッチング素子1aが接続され、接地側にローサイドスイッチング素子1bが接続されている。
As shown in the figure, each
バッテリBTとインバータ1とを接続する電源線には電流検出手段としての電流検出センサ3が設けられており、それにより検出された電流検出信号が、PWM制御手段としての制御回路ECUの電流検出回路4に入力するようになっている。モータMにはロータ5の回転角度を検出する回転検出手段としての回転センサ6が設けられており、その回転角度信号が回転角度検出回路7に入力する。回転角度検出回路7ではロータ5のステータ8に対する回転(角度)位置が算出され、回転速度検出回路41ではロータ4のステータ6に対する回転速度が算出される。
The power supply line connecting the battery BT and the inverter 1 is provided with a
次に、制御回路ECUについて図1を参照して示す。なお、図1にあっては、本発明に基づく回路構成の主要部が示されており、モータ制御に必要な公知の他の回路については図示省略している。図1に示されるように、制御回路ECUには、外部の例えばアクセルの操作量を検出するセンサ(図示せず)からの信号であって良い運転操作信号が入力する運転操作入力回路11と、運転操作入力回路11からの出力信号が入力する出力電流指令回路12と、出力電流指令回路12及び電流検出回路4からの各出力信号が入力する出力電流比較回路13と、出力電流比較回路13からの出力信号が入力する出力Duty決定回路14と、出力Duty決定回路14からの出力信号がそれぞれ入力するキャリヤ周期決定回路15および逆相時間決定回路16と、キャリヤ周期決定回路15および逆相時間決定回路16からの各出力信号が入力するPWM信号生成回路17とが設けられている。なお、各回路はICを用いて構成されるものと、CPUのプログラム制御により構成されるものとを含むものであって良い。また、図示された回路名称及び信号線により理解される部分についてはその詳しい説明を省略する。
Next, the control circuit ECU will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the main part of the circuit configuration according to the present invention is shown, and other known circuits necessary for motor control are not shown. As shown in FIG. 1, a driving
上記運転操作入力回路11から出力される信号はアクセル操作量に応じて増減するものであって良く、出力電流比較回路13から出力される信号は、出力電流指令回路12からの出力電流指令値と電流検出値とを比較した結果に応じて変化するもの(例えば差分)であって良い。また、出力Duty決定回路14にあっては、出力電流比較回路13からの出力決定値に基づいて駆動(加減速)出力制御におけるデューティ比を決定し、そのデューティ比決定信号をPWM信号生成回路17に出力する。PWM信号生成回路38にあっては、ブラシレスモータに対する公知のPWM制御におけるパルス幅変調されかつデューティ比に応じた制御信号としてのPWM信号を決定する。
The signal output from the driving
次に、本発明に基づく駆動制御要領について、図2のフロー図および図3の波形図を参照して示す。図2のステップST1では運転操作入力回路11による運転操作信号と電流検出回路4による電流検出信号とを読み込み、次のステップST2では、出力Duty決定回路14で、ステップST1で読み込んだ各値の比較結果からデューティ比指令信号としてのデューティ比DUTYに変換する。
Next, the driving control procedure according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 and the waveform diagram of FIG. In step ST1 of FIG. 2, the driving operation signal from the driving
次のステップST3では、デューティ比DUTYが60%未満であるか否かを判別し、60%未満であると判定された場合にはステップST4に進む。この判別はキャリヤ周期決定回路15および逆相時間決定回路16の両回路で行う。ステップST4では、キャリヤ周期決定回路15でキャリヤ周期を50μs(キャリヤ周波数20kHz)一定に設定し、次のステップST5では、逆相時間決定回路16でPWM制御における逆相時間Trevを次式(1)によりを算出する。
Trev=(100%−DUTY)×50[μs]…(1)
In the next step ST3, it is determined whether or not the duty ratio DUTY is less than 60%. If it is determined that the duty ratio is less than 60%, the process proceeds to step ST4. This determination is performed by both the carrier
Trev = (100% −DUTY) × 50 [μs] (1)
そして、次のステップST6で上記逆相時間Trevに基づいたPWM信号をPWM信号生成回路17で生成し、そのPWM信号をインバータ1に出力する。これにより、デューティ比DUTYが60%未満の場合には公知のキャリヤ周期一定状態における逆相時間Trevの変化によるPWM制御を行う。
In the next step ST6, a PWM signal based on the reverse phase time Trev is generated by the PWM
なお、デューティ比60%未満における逆相時間Trevの最短時間は式(1)から20μsとなる。また、両スイッチング素子1a・1bが共にオフになるデッドタイムは4μs程度であり、上記逆相時間20μsに対して十分短い時間であり、デッドタイムによる損失の影響は無視することができる。
The shortest time of the reverse phase time Trev when the duty ratio is less than 60% is 20 μs from the equation (1). Further, the dead time when both the
それに対してステップST3でデューティ比DUTYが60%以上であると判定された場合にはステップST7に進む。ステップST7では、キャリヤ周期決定回路15でキャリヤ周期Tcを次式(2)により算出する。
Tc=20÷(100%−DUTY)[μs]…(2)
On the other hand, if it is determined in step ST3 that the duty ratio DUTY is 60% or more, the process proceeds to step ST7. In step ST7, the carrier
Tc = 20 ÷ (100% −DUTY) [μs] (2)
次のステップST8では逆相時間Trevをデューティ比60%における20μs一定に設定して、ステップST6に進む。ステップST6では、上記式で求められたキャリヤ周期Tcと逆相時間Trevを20μs一定としたPWM制御を行う。したがって、デューティ比60%以上であれば逆相時間Trevは20μs一定に固定される。なお、図2のフローにあっては、サブルーチンとして処理し、所定サイクル毎にステップST1から実行するものであって良い。 In the next step ST8, the reverse phase time Trev is set constant at 20 μs at a duty ratio of 60%, and the process proceeds to step ST6. In step ST6, PWM control is performed in which the carrier cycle Tc and the reverse phase time Trev obtained by the above equations are constant at 20 μs. Therefore, if the duty ratio is 60% or more, the reverse phase time Trev is fixed to 20 μs. 2 may be processed as a subroutine and executed from step ST1 every predetermined cycle.
このようにして行うPWM制御の具体的な波形例について図3を参照して示す。図3にあっては、デューティ比の具体例として20・40・60・80・90・95%の場合の波形例を示している。図に示されるように、デューティ比20〜60%にあっては、キャリヤ周期Tcは50μs(20kHz)一定である。その状態でデューティ比に合わせて逆相時間Trevを長短変化させてPWM波形とする。 A specific waveform example of PWM control performed in this way will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a waveform example in the case of 20, 40, 60, 80, 90, and 95% as a specific example of the duty ratio. As shown in the figure, when the duty ratio is 20 to 60%, the carrier period Tc is constant at 50 μs (20 kHz). In this state, the reverse phase time Trev is changed in length according to the duty ratio to obtain a PWM waveform.
そして、デューティ比60%では上記式(1)により逆相時間Trev=20μsとなり、デューティ比60%以上では、逆相時間Trevを所定のデューティ比としての60%時の20μsに固定する。それと共に、式(2)によりキャリヤ周期Tcをデューティ比DUTYに基づいて算出する。図に示される具体例として、例えばデューティ比80%ではキャリヤ周期Tcは100μsとなる。また、デューティ比90%ではキャリヤ周期Tcは200μsとなり、デューティ比95%ではキャリヤ周期Tcは400μsとなる。 When the duty ratio is 60%, the reverse phase time Trev is 20 μs according to the above equation (1). When the duty ratio is 60% or more, the reverse phase time Trev is fixed to 20 μs at 60% as a predetermined duty ratio. At the same time, the carrier cycle Tc is calculated on the basis of the duty ratio DUTY by the equation (2). As a specific example shown in the figure, for example, when the duty ratio is 80%, the carrier cycle Tc is 100 μs. When the duty ratio is 90%, the carrier period Tc is 200 μs, and when the duty ratio is 95%, the carrier period Tc is 400 μs.
このように、図示例では、デューティ比60%未満では逆相時間Trevは20μs以上になり、またデューティ比60%以上では逆相時間Trevは20μsに固定される。したがって、デッドオフタイムを4μsとして、8割以上の時間で同期整流を行うことができるため、PWMによる損失を最小限に抑えることができる。また、図示例の場合、キャリヤ周波数Tcが一定となるデューティ比60%未満では逆相時間Trevの最大値が50μsとなり、最小値が20μsとなることから、逆相時間Trevの範囲が20〜50μsとなるため、単純にキャリヤ周期を長くした場合のようにリップル電流が大きくなることも無く、キャリヤ周波数の上限も20kHzとなることからキャリヤ周波数が上がりすぎてスイッチング損失が増加することもない。 Thus, in the illustrated example, the reverse phase time Trev is 20 μs or more when the duty ratio is less than 60%, and the reverse phase time Trev is fixed to 20 μs when the duty ratio is 60% or more. Therefore, since the dead-off time is 4 μs and synchronous rectification can be performed in 80% or more, loss due to PWM can be minimized. In the illustrated example, when the carrier frequency Tc is constant and the duty ratio is less than 60%, the maximum value of the reverse phase time Trev is 50 μs and the minimum value is 20 μs, so the range of the reverse phase time Trev is 20 to 50 μs. Therefore, the ripple current does not increase as in the case where the carrier period is simply lengthened, and the upper limit of the carrier frequency is 20 kHz, so that the carrier frequency is not increased excessively and the switching loss is not increased.
なお、デューティ比DUTYとキャリヤ周期との関係をグラフ化したものを図4に示す。図4は上記例に対応するものであり、デューティ比60%未満ではキャリヤ周期が50μs一定であり、デューティ比60%以上では上記式(2)により求められるキャリヤ周期となる。なお、デューティ比100%では無限大となるため、図4では99.5%を上限としてグラフ化しているが、その値からデューティ比100%に至るまでを同一値として設定して良い。その場合のキャリヤ周期Tcは4000μs(200Hz)となる。また、図4のグラフをマップ化しておくことにより、デューティ指令値に対して対応するキャリヤ周期を求めることができ、上記PWM制御を容易に行うことができる。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the duty ratio DUTY and the carrier period. FIG. 4 corresponds to the above example. When the duty ratio is less than 60%, the carrier period is constant at 50 μs, and when the duty ratio is 60% or more, the carrier period is obtained by the above equation (2). In addition, since it becomes infinite at the duty ratio of 100%, in FIG. 4, the graph is shown with 99.5% as the upper limit, but the value from that value to the duty ratio of 100% may be set as the same value. In this case, the carrier period Tc is 4000 μs (200 Hz). Also, by mapping the graph of FIG. 4, the carrier cycle corresponding to the duty command value can be obtained, and the PWM control can be easily performed.
上記実施の形態では、デューティ比60%以上で逆送時間Trevを20μsに固定してデューティ比に応じてキャリヤ周期を変化させるようにしたが、本発明の課題を解決するための手段としては上記実施の形態に限られるものではなく、第2の実施の形態について以下に示す。 In the above embodiment, the reverse cycle Trev is fixed to 20 μs with a duty ratio of 60% or more, and the carrier cycle is changed according to the duty ratio. However, as means for solving the problems of the present invention, The second embodiment is not limited to the embodiment and will be described below.
図5は上記図1に対応する図であり、上記と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。図5の回路では、図1のキャリヤ周期決定回路15に代えて周期タイマ21が設けられ、逆相時間決定回路16に代えてオフタイマ22が設けられている。
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 described above, and the same parts as those described above are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. In the circuit of FIG. 5, a
例えば制御クロックの周波数を4MHzとして最大オン時間T1max(デューティ比100%)を16000クロックとして設定した場合に、0〜16000の分解能で制御することができる。そのため、周期タイマ21は0〜18000クロックに対応し得るものにすると良い。一方、デューティ比100%の分解能を200とすると、最小オフ時間T0minを、上記デューティ比60%に対応させると80になることから、オフタイマ22は80〜200の範囲でオフ時間のカウント数TM0を設定するものとする。この周期タイマ21により設定されたカウント数TMのカウントアップ(タイムアップ時間)がPWM制御の1周期となり、オフタイマ22により設定されたオフカウント数TM0のカウントアップ(タイムアップ時間)がPWM制御のオフ出力時間(逆相PWMで制御する時間)に対応する。
For example, when the frequency of the control clock is 4 MHz and the maximum on time T1max (
次に、図6のフロー図および図7のタイムチャートを参照して、上記周期タイマ21とオフタイマ22とを用いた制御要領について説明する。図7に示されるように本実施の形態におけるPWM制御ではPWM周期TMの始めにPWM出力オフ(=0)を行うものとするが、始めにオンするようにしても良い。
Next, the control procedure using the
図6に示されるように、ステップST11〜ST13までは上記図2のステップST1〜ST3と同じであって良い。なお、ステップST13ではデューティ比DUTYが60%を越えているか否かを判別するが、その算出は式(3)により行うことができる。
DUTY>(200−T0min)*1/2…(3)
ここで、T0minは最小オフ時間に相当するクロック数(=80)である。
As shown in FIG. 6, steps ST11 to ST13 may be the same as steps ST1 to ST3 in FIG. In step ST13, it is determined whether or not the duty ratio DUTY exceeds 60%, but the calculation can be performed by equation (3).
DUTY> (200−T0min) * 1/2 (3)
Here, T0min is the number of clocks (= 80) corresponding to the minimum off time.
ステップST13でデューティ比DUTYが60%を越えていると判定された場合にはステップST14に進み、除数dを式(4)により求める。
d=(100−DUTY)*2…(4)
なお、除数dはデューティ比(0〜100%)に対応するものとして、クロック数の0〜200となるが、ステップST14では0〜80になる。
If it is determined in step ST13 that the duty ratio DUTY exceeds 60%, the process proceeds to step ST14, and the divisor d is obtained by the equation (4).
d = (100−DUTY) * 2 (4)
Note that the divisor d corresponds to the duty ratio (0 to 100%) and is 0 to 200 as the number of clocks, but is 0 to 80 in step ST14.
60%以下であると判定された場合にはステップST15に進み、除数(法数)dを最小オフ時間T0min(=80)に対応する値にする。この場合には除数dは固定値となる。 If it is determined that it is 60% or less, the process proceeds to step ST15, where the divisor (modulus number) d is set to a value corresponding to the minimum off time T0min (= 80). In this case, the divisor d is a fixed value.
ステップST14またはステップST15の次のステップST16では周期タイマ21のカウント数TMが除数dより小さいか否かを判別し、カウント数TMが除数dより小さい場合にはステップST17に進み、カウント数TMが除数d以上の場合にはステップST18に進む。
In step ST16 following step ST14 or step ST15, it is determined whether or not the count number TM of the
ステップST17では、周期タイマ21のカウント数TMを最大オン時間T1max(=16000)にして、ステップST19に進む。ステップST19では、ステップST13と同様にデューティ比DUTYが60%を越えているか否かを判別する。デューティ比DUTYが60%を越えていると判定された場合にはステップST20に進み、60%以下であると判定された場合にはステップST21に進む。
In step ST17, the count number TM of the
ステップST20ではオフタイマ22によるオフ時間T0を最小オフ時間T0minに対応する値(=80)にしてステップST11に戻る。ステップST21では、オフタイマ22によるオフ時間T0をデューティ比100%からステップST12で設定されたデューティ比DUTY(0〜100)を減算し、デューティ比100%をクロック数の200に対応させて換算して、ステップST11に戻る。この場合のPWM制御におけるカウント数TMは上記した最大オン時間T1maxであり、オフ時間T0はステップST20またはST21で設定された値(80〜200)である。
In step ST20, the off time T0 by the
上記ステップST16でカウント数TMが除数d以上と判定された場合に進むステップST18では、周期タイマ21のカウント数TMを式(5)により求める。
TM=TM−d…(5)
In step ST18 which proceeds when it is determined in step ST16 that the count number TM is greater than or equal to the divisor d, the count number TM of the
TM = TM-d (5)
ステップST18の次のステップST22ではオフタイマ22がタイムアップ(TM0=0)したか否かを判別し、タイムアップしていないと判定された場合にはステップST23に進み、タイムアップしたと判定された場合にはステップST24に進む。ステップST23では、PWM出力をオフ(=0)とすると共にオフタイマ22のカウントTM0をカウントダウン(TM0−1)して、ステップST11に戻る。ステップST24ではPWM出力をオン(=1)してステップST11に戻る。
In step ST22 following step ST18, it is determined whether or not the off-
このようにしても上記と同様の作用効果を奏し得る。例えば図7に示されるようにデューティ比DUTYが60%を越えている場合について説明する。この場合にはステップST14で除数dが式(4)で算出された値に設定され、最初のサイクルではステップST17に進み、そこで周期タイマ21は最大オン時間T1max相当(=16000)に設定され、さらにステップST20に進むことから、そこでオフ時間のカウント数TM0は最小オフ時間TMmin相当(=80)に設定される。
Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the above. For example, the case where the duty ratio DUTY exceeds 60% as shown in FIG. 7 will be described. In this case, the divisor d is set to the value calculated by the equation (4) in step ST14, and in the first cycle, the process proceeds to step ST17, where the
次のサイクルではカウント数TM(=16000)は除数d以上になっているため、ステップST16からステップST18に進み、ステップST18で周期タイマ21のカウント数TMを除数dだけ減算してステップST22に進む。オフタイマ22のカウント数TM0はステップST21で設定された値なので0より大きい(80>0)ため、ステップST23に進み、カウントTM0を1だけ減算して次のサイクルに移る。
In the next cycle, the count number TM (= 16000) is equal to or greater than the divisor d, so the process proceeds from step ST16 to step ST18. In step ST18, the count number TM of the
次のサイクル以降では、最小オフ時間T0min相当(=80)に至るまでステップST23を繰り返し、その間PWM出力はオフであり、オフタイマ21のカウント数TM0が0になったらステップST24に進み、PWM出力がオンになる。このオンになった時の周期タイマ21のカウント数TMがその後の除数dの繰り返しの減算により除数d未満の値になったらステップST16からステップST17に移行し、以後上記ステップを繰り返す。このようにしてデューティ比DUTYに応じて1周期当たりのオフおよびオン時間の比によるPWM制御が行われる。
After the next cycle, step ST23 is repeated until the minimum OFF time T0min equivalent (= 80) is reached. During that time, the PWM output is OFF, and when the count number TM0 of the
例えばデューティ比が80%の場合には除数d=40、オフタイマ22のカウント数TM0=80であることから、ステップST23を80回繰り返した時の周期タイマ21のカウント数TMは12800(=16000−40*80)となっており、それ以降のPWM出力のオンは320(=12800/40)回繰り返される。この場合のPWMのデューティ比は80%(=320/(80+320))となる。これは、上記実施の形態の図3に示される80%の場合に対応する。すなわち、最大オン時間T1maxの16000クロックを400(=80+320)で除算すると400となり、4MHzの1クロック(=250ns)の400回分で1周期100μs(10kHz)となり、その内の80回分がオフ出力時間の20μsとなる。
For example, when the duty ratio is 80%, the divisor d = 40 and the count number TM0 = 80 of the
このように、デューティ比が60パーセントを超える場合にはオフ時間TM0は80クロックより小さくはならず、上記実施の形態と同様に高デューティ比での相補PWMによる同期整流の効果の低下を防止し、高い効率を維持し得る。上記したように制御クロックの周波数が4MHzにより1制御クロックが250nsの場合には、固定されるオフ時間TM0は20μsとなり、上記実施の形態と同じである。 As described above, when the duty ratio exceeds 60%, the off time TM0 does not become shorter than 80 clocks, and similarly to the above-described embodiment, the effect of synchronous rectification by complementary PWM at a high duty ratio is prevented. High efficiency can be maintained. As described above, when the frequency of the control clock is 4 MHz and one control clock is 250 ns, the fixed off time TM0 is 20 μs, which is the same as the above embodiment.
デューティ比が60%以下の場合には、ステップST15で除数dが最小オフ時間T0min相当(=80)に固定され、上記と同様にステップST16・ST17を経て、ステップST21でオフ時間TM0がデューティ比DUTYに応じて設定され、ステップST18に進んだ場合には上記と同様に処理される。 If the duty ratio is 60% or less, the divisor d is fixed to the minimum off time T0min equivalent (= 80) in step ST15, and after steps ST16 and ST17 as described above, the off time TM0 is changed to the duty ratio in step ST21. When set according to DUTY and proceeding to step ST18, the same processing as described above is performed.
例えばデューティ比が40%の場合には除数d=80、オフタイマ22のカウント数TM0=120であることから、ステップST23を120回繰り返した時の周期タイマ21のカウント数TMは9600(=16000−80*120)となっており、それ以降のPWM出力のオンは80(=6400/80)回繰り返される。この場合のデューティ比は40%(=80/(120+80))となる。この場合も、上記実施の形態の図3に示される40%の場合に対応する。すなわち、1クロック(=250ns)の200回分で1周期50μs(20kHz)となる。
For example, when the duty ratio is 40%, since the divisor d = 80 and the count number TM0 = 120 of the
このように、第2の実施の形態においても、ステップST18でキャリヤ周波数(周期)をデューティ比に応じて変えることができ、上記実施の形態と同じ作用効果を奏し得る。また、単純な減算処理でキャリヤ周波数を変えることから、演算処理を簡素化でき、回路規模を小型化し得る。 As described above, also in the second embodiment, the carrier frequency (cycle) can be changed in accordance with the duty ratio in step ST18, and the same effect as the above-described embodiment can be obtained. In addition, since the carrier frequency is changed by a simple subtraction process, the calculation process can be simplified and the circuit scale can be reduced.
本発明にかかるモータ制御回路は、相補PWM制御を行うものにおいてハイサイド・ローサイドのスイッチング素子が同時にオフになるデッドタイムによるPWM制御における損失を抑制し得る効果を有し、PWM制御を行うモータ制御回路を用いた装置全般に有用である The motor control circuit according to the present invention has the effect of suppressing loss in PWM control due to dead time in which the high-side and low-side switching elements are simultaneously turned off in the case of performing complementary PWM control, and motor control for performing PWM control Useful for all devices using circuits
1 インバータ
1a ハイサイドスイッチング素子
1b ローサイドスイッチング素子
11 運転操作入力回路
14 出力Duty決定回路
15 キャリヤ周期決定回路
16 逆相時間決定回路
17 PWM信号生成回路
21 周期タイマ
22 オフタイマ
ECU 制御回路
M モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記相補PWMでの制御において、前記ハイサイドスイッチング素子がオンしている正相PWM状態と前記ローサイドスイッチング素子がオンしている逆相PWM状態とがいずれか一方から他方に切り替わる時に同時にオフになる所定のデッドタイムが設けられ、
前記PWM制御手段が、
前記デューティ比指令信号が所定のデューティ比未満の場合はキャリヤ周波数が一定である通常のPWM制御を行い、
所定のデューティ比以上の場合には、前記逆相PWMで制御する時間を前記所定のデューティ比における前記ローサイドスイッチング素子がオンしている所定値に固定し、キャリヤ周期をTcで表し、前記逆相PWMで制御する所定値に固定された時間をTrevで表し、デューティ比をDUTYで表し、
Tc=Trev÷(100%−DUTY)
で算出されるキャリヤ周期Tcを用いることにより、デューティ比の増加に対応してキャリヤ周波数を低下させることによってデューティ比を指令信号に相当する値にすることを特徴とするモータ制御回路。 The high-side switching element connected to the power supply side, the low-side switching element connected to the ground side, and the high-side and low-side switching elements according to the duty ratio command signal are turned on and off with complementary PWM to control the motor. PWM control means for
In the control with the complementary PWM, the normal phase PWM state in which the high side switching element is on and the reverse phase PWM state in which the low side switching element is on are simultaneously turned off when switching from one to the other. There is a predetermined dead time,
The PWM control means is
When the duty ratio command signal is less than a predetermined duty ratio, normal PWM control is performed in which the carrier frequency is constant,
Given in the case of more than the duty ratio fixed time controlled by the reverse-phase PWM to a predetermined value the low side switching element is turned on in the predetermined duty ratio, represents the carrier cycle in Tc, the reverse phase The time fixed to the predetermined value controlled by PWM is represented by Trev, the duty ratio is represented by DUTY,
Tc = Trev ÷ (100% −DUTY)
A motor control circuit characterized in that the duty ratio is reduced to a value corresponding to the command signal by lowering the carrier frequency in response to an increase in the duty ratio by using the carrier cycle Tc calculated in (1 ).
前記逆相PWMで制御する時間が、前記デューティ比に応じて設定されるオフタイマのタイムアップ時間により決定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御回路。 A period of the carrier frequency is determined by a time-up time of a period timer set according to the duty ratio;
3. The motor control circuit according to claim 1, wherein a time controlled by the reverse phase PWM is determined by a time-up time of an off timer set in accordance with the duty ratio.
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