JP5574612B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、パルス幅変調（以下「PWM」という。）制御を行うモータ制御装置に関するものである。

従来、モータに供給される電流の制御をＰＷＭ制御により行うモータ制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このモータ制御装置は、直流電源からの電流をモータに備えられている電気巻線に供給するインバータ回路を備え、インバータ回路は、直列に接続されたハイサイドおよびローサイドのスイッチ素子からなるハーフブリッジ回路を複数備えている。そして、ハーフブリッジ回路のハイサイドのスイッチ素子は直流電源に接続され、ローサイドのスイッチ素子は接地に接続されている。そして、モータ制御装置が行うPWM制御により、各ハーフブリッジ回路に備えられているハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のいずれか一方が、選択的にオンオフ制御され、このスイッチ素子のオンオフ制御により電源からモータの電気巻線に供給される電流の電流値が制御される。

このモータ制御装置におけるPWM制御にあっては、インバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御するスイッチング周期であるキャリア周期は変化されず一定な状態のままであり、スイッチ素子のオン時間とオフ時間との比（デューティ比）を変化させることにより、モータに供給される電流の電流値が制御される。

特開２００３−３２４９２８号公報

上記のように、PWM制御によりハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のいずれか一方のスイッチ素子が選択的にオンオフ制御されるとき、一方のスイッチ素子がオフ状態のときに電流が還流される電気回路がないと、一方のスイッチ素子がオン状態のときに電気巻線に供給された電流により、電気巻線の端子間の電圧は高電圧となり電気巻線においてエネルギーの損失が生じてしまう。そのため、ハイサイドおよびローサイドのスイッチ素子としては、一般に、ボディダイオードが寄生されている電界効果トランジスタ（以下「FET」という。）が用いられている。そして、一方のスイッチ素子がオフしたときに、他方のスイッチ素子に寄生されているボディダイオードにより形成される電気回路内を電気巻線に供給された電流は還流する。

しかしながら、ボディダイオードにより形成される電気回路内を電流が還流する場合には、ボディダイオードには順方向電圧が生じ、この順方向電圧と還流する電流によりスイッチ素子に損失が生じる。また、この損失の値は、順方向電圧の電圧値と還流する電流の電流値の積となり、例えば、順方向電圧の電圧値が０．６Ｖであるとすると、還流する電流の電流値が２Ａの場合、１．２Ｗもの損失が発生する。

上記の電流を還流させるときにボディダイオードに生じる損失を少なくするため、一方のスイッチ素子がオフした直後に、他方のスイッチ素子をオンし電流を還流させる制御方法が用いられる場合がある。この制御方法は、同期整流制御と呼ばれている。ここで、直流電源から電流を供給するために、一方のスイッチ素子をPWM制御によりオンオフ制御するものを正相ＰＷＭ制御と呼び、モータに供給された電流を還流させるために、他方のスイッチ素子をPWM制御によりオンオフ制御するものを逆相PWM制御と呼ぶこととする。

そのような同期整流制御の場合に、各ハーフブリッジ回路に備えられているハイサイドのスイッチ素子とローサイドのスイッチ素子とが同時にオンするとハーフブリッジ回路に貫通電流が流れてスイッチ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が設けられている。このデッドタイムは使用するスイッチ素子や電圧、電流などの回路定数によって最適な値に設定される。

しかしながら、上記デッドタイムを設けた場合には、デューティ比が高くなった状態では、正相PWM制御信号におけるオフ時間が短くなり、逆相PWM制御信号におけるオン時間をわずかな時間しか設けられない場合があり、同期整流制御を十分に実施することができなくなる場合がある。例えば、ＰＷＭ制御のキャリア周期が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×（１−０．９））になるため、４μｓのデッドタイムを差し引くと、逆相PWM制御信号におけるオン時間１μｓとなり、その１μｓしか同期整流の効果が出ないため、ＰＷＭ制御においてボディダイオードに生じる順方向電圧によるスイッチ素子の損失を効果的に低減できないという問題があった。

このような課題を解決して、高いデューティ比における同期整流制御において、PWM制御による損失を低減することを実現するために本発明においては、モータにPWM制御により電流を供給するモータ制御装置において、直流電源に接続されたハイサイドのスイッチ素子と、接地に接続されたローサイドのスイッチ素子からなるハーフブリッジ回路を複数有し、前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のオンオフにより、前記直流電源からの電流を前記モータに供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の同期整流制御の実施のために、前記各ハーフブリッジ回路に備えられている前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のうち選択される一方のスイッチ素子に正相PWM制御信号を供給し、前記各ハーフブリッジ回路に備えられている前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のうち選択される他方のスイッチ素子に逆相PWM制御信号を供給する制御信号生成手段とを備え、前記制御信号生成手段は、目標デューティ比信号が予め定められたデューティ比未満の場合は、予め定められた第１のカウント時間を繰り返し計測し、前記目標デューティ比信号が前記予め定められたデューティ比以上の場合には、前記第１のカウント時間以上であり、かつ、前記目標デューティ比信号の増大に対応して連続して増大し、前記目標デューティ比信号の減少に対応して連続して減少する第２のカウント時間を繰り返し計測するキャリア周期設定手段と、前記目標デューティ比信号が前記予め定められたデューティ比未満の場合には、前記目標デューティ比信号の増大に対応して減少し、前記目標デューティ比信号の減少に対応して増大する第３のカウント時間の計測を前記キャリア周期設定手段の計測の開始と略同時に開始し、前記目標デューティ比信号が前記予め定められたデューティ比以上の場合には、前記第３のカウント時間以下であり、かつ、予め定められた第４のカウント時間の計測を前記キャリア周期設定手段の前記１または第２のカウント時間の計測の開始と略同時に開始し、前記第３または第４のカウント時間を計測しているときは第１の通知信号を出力し、前記第３または第４のカウント時間の計測を終了した後は第２の通知信号を出力するオフ時間設定手段と、前記オフ時間設定手段から前記第１の通知信号が供給されているときオフ状態となり、前記オフ時間設定手段から前記第２の通知信号が供給されているときオン状態となる正相ＰＷＭ制御信号を生成する正相ＰＷＭ制御信号生成手段と、前記正相ＰＷＭ制御信号生成手段から供給される正相ＰＷＭ制御信号に基づき、正相ＰＷＭ制御信号に対し反転信号となる逆相ＰＷＭ制御信号を生成する逆相ＰＷＭ制御信号生成手段と、前記正相および逆相ＰＷＭ制御信号の立ち上がり信号または立ち下がり信号のいずれか一方を遅延させる遅延手段とを備える。

本発明によれば、目標デューティ比信号が予め定められたデューティ比以上の場合には、目標デューティ比に応じてPWM制御のキャリア周期が長くされるとともに、正相ＰＷＭ制御信号のオフ時間とともに逆相ＰＷＭ制御信号のオン時間が所定の時間に固定される。目標デューティ比が大きくなったときでも、逆相ＰＷＭ制御信号のオン時間が所定の時間に固定されることにより、目標デューティ比が高いときでも同期整流を有効に実施することができPWM制御によるスイッチ素子の損失を低減することができる。

本発明の実施形態におけるモータ装置のブロック図である。 本発明の実施形態においてデューティ比とキャリア周期との関係を示す図である。 本発明の実施形態において制御信号生成手段にて形成される正相PWM制御信号を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態において制御信号生成手段にて形成される正相PWM制御信号および逆相ＰＷＭ制御信号を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態において制御信号生成手段にて遅延処理がなされた正相PWM制御信号および逆相ＰＷＭ制御信号を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態における制御信号生成手段で行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態において制御信号生成手段にて生成される正相PWM制御信号および逆相ＰＷＭ制御信号を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態において制御信号生成手段にて生成される正相PWM制御信号および逆相ＰＷＭ制御信号を示すタイミングチャートである。

次に、この発明の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態におけるモータ装置のブロック図である。モータ装置１００は、電気自動車の原動機として用いられるU相、V相およびW相の電気巻線を有する３相のブラシレスモータ（モータ）Mと、モータMに直流電源BTからの電流を供給するモータ制御装置１とを備えている。

モータ制御装置１は、モータMに備えられているロータ（図示せず）の回転角度を測定する回転角度測定手段としての回転センサ１０、モータ制御装置１と直流電源ＢＴを接続する接続線Ｌに配置され、Ｕ相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給される電流の電流値を測定する電流値測定手段としての電流センサ２０、インバータ回路３０および制御信号生成手段４０を備えている。

インバータ回路３０は、直流電源BTに対し互いに並列に接続された３つのハーフブリッジ回路（３１、３２、３３）を備えている。ハーフブリッジ回路３１は、直流電源BTに接続されたハイサイドのスイッチ素子３１ａと接地GNDに接続されたローサイドのスイッチ素子３１ｂとを備え、ハーフブリッジ回路３２は、直流電源BTに接続されたハイサイドのスイッチ素子３２ａと接地GNDに接続されたローサイドのスイッチ素子３２ｂとを備え、ハーフブリッジ回路３３は、直流電源BTに接続されたハイサイドのスイッチ素子３３ａと接地GNDに接続されたローサイドのスイッチ素子３３ｂとを備えている。また、本実施の形態のスイッチ素子（３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ）は、ボディダイオードイDが寄生されたFＥＴである。

そして、ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子（３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ）のオンオフにより、インバータ回路３０は、直流電源BTからの電流をモータMに備えられているU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給する。また、インバータ回路３０には、コンデンサCが並列に接続されており、コンデンサCにより、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給される電流の平滑化が行われる。

次に、制御信号生成手段４０について図１に基づき説明する。制御信号生成手段４０は、電流値指令手段４１、電流値検出手段４２、電流値比較手段４３、目標デューティ比決定手段４４、デューティ比メモリ４５、デューティ比比較手段４６、除算値算出手段４７、キャリア周期設定手段としての第１のタイマ４８、初期値設定手段４９、オフ時間設定手段としての第２のタイマ５０、ＰＷＭ信号生成手段５００、回転角度検出手段６０、通電信号生成手段６１および遅延手段６２を備えている。そして、制御信号生成手段４０は、インバータ回路３０に接続され、インバータ回路３０にＰＷＭ制御信号を供給する。

電流値指令手段４１は、車両に取り付けられているアクセル操作手段Ａから供給されるアクセル信号を読み込み、読み込まれたアクセル信号に基づき電流値指令信号を出力する。電流値検出手段４２は、電流センサ２０から供給される電流値信号を読み込むとともに読み込まれた電流値信号を出力する。電流値比較手段４３は、電流値指令手段４１から供給される電流値指令信号と、電流値検出手段４２から供給される電流値信号との差分を算出し、算出された差分に相当する差分信号を出力する。

目標デューティ比決定手段４４は、電流値比較手段４３から供給される差分信号に基づき、目標デューティ比Ｄ１を決定し、目標デューティ比D1に対応する目標デューティ比信号を出力する。デューティ比メモリ４５には、予め定められたデューティ比Ｄ０が記憶されている。本実施の形態では、予め定められたデューティ比D０として、デューティ比「６０％」（D０＝６０）が記憶されている。

デューティ比比較手段４６は、目標デューティ比決定手段４４から供給される目標デューティ比信号とデューティ比メモリに記憶されている予め定められたデューティ比D０とを比較し、目標デューティ比信号に対応する目標デューティ比ＤＵＴＹが予め定められたデューティ比D0未満であるときは、その旨を第１の信号として出力し、目標デューティ比信号に対応する目標デューティ比D1が予め定められたデューティ比D０以上であるときは、その旨を第２の信号として出力する。

除算値算出手段４７は、目標デューティ比決定手段４６から供給される目標デューティ比信号およびデューティ比比較手段４６から供給される第１または第２の信号に基づき、除算値ｄを設定し、設定された除算値ｄに対応する除算値信号を出力する。除算値ｄは、本実施の形態の制御信号生成手段４０において、正相ＰＷＭ制御信号のキャリア周期を設定する基準となる値として用いられる。

目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満であり、デューティ比比較手段４３から第１の信号が供給されたとき、除算値算出手段４７において除算値ｄは、次式（１）に示す値に設定される。
ｄ＝（１００−D０）×２・・・（１）
デューティ比D０は一定の値なので、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満の場合には、除算値ｄは一定の値に設定される。なお、本実施の形態においでデューティ比Ｄ０は「６０」に設定されているため、除算値ｄは「８０」に設定される。

目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上であり、デューティ比比較手段４６から第２の信号が供給されたとき、除算値算出手段４７において除算値ｄは、次式（２）に示す値に設定される。
ｄ＝（１００−D１）×２・・・（２）
目標デューティ比D１は、目標デューティ比決定手段４１により変化する値であり、除算値ｄは、目標デューティ比D１の増大にともない減少し、目標デューティ比D１の減少にともない増大する値である。

キャリア周期設定手段としての第１のタイマ４８は、初期カウント値Ｔ１ｍａｘが予め設定されているダウンカウンタである。第１のタイマ４８には除算値算出手段４４から除算値信号が供給され、第１のタイマ４８は、クロック周期Ｔｃｌごとに、初期カウント値Ｔ１ｍａｘから除算値信号に対応する除算値ｄをデクリメントする動作を行い、カウント値Ｔ１がゼロとなったときに、カウントアップ信号を出力する。そして、カウント値Ｔ１がゼロとなった後遅滞なく、再度、第１のタイマ４８は、初期カウント値Ｔ１ｍａｘからカウント値Ｔ１をデクリメントする動作を開始し、繰り返し第１のカウントアップ信号を出力する。

目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満のときは、式（１）により第１のタイマ４８が、クロック周期Ｔｃｌごとに、初期カウント値Ｔ１ｍａｘからカウント値Ｔ１を除算値ｄでデクリメントする動作を開始してから、カウント値Ｔ１がゼロとなり、カウントアップ信号が出力されるまでの第１のカウント時間ΔＴ１は、式（１）により次式（３）に示される時間となる。
ΔＴ１＝（Ｔ１ｍａｘ／ｄ）×Ｔｃｌ
＝（Ｔ１ｍａｘ／（（１００−D０）×２））×Ｔｃｌ・・・（３）

デューティ比Ｄ０は、予め定められた一定の値であるため、第１のカウント時間ΔＴ１は一定の値となる。本実施の形態において、除算値ｄは「８０」に設定され、また、初期カウント値Ｔ１ｍａｘは「１６０００」に設定されており、初期カウント値Ｔ１ｍａｘから除算値ｄをデクリメントする動作を行うクロック周期Ｔｃｌは「２５０ｎｓ」である。従って、目標デューティ比Ｄ１がデューティ比D０未満のときの第１のカウント時間ΔT１は一定の値である「５０μｓ」となる。

それに対し、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上のときは、式（２）により算出された値の変動する除算値ｄが除算値算出手段４７から第１のタイマ４８に供給される。そのため、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上のときに、初期カウント値Ｔ１ｍａｘからカウント値Ｔ１を除算値ｄでデクリメントする動作を開始してから、カウント値Ｔ１がゼロとなり、カウントアップ信号が出力されるまでの第２のカウント時間ΔＴ２は、次式（４）に示される時間となる。
ΔＴ２＝（Ｔ１ｍａｘ／ｄ）×Ｔｃｌ
＝（T１ｍａx／（（１００−D１）×２））×Ｔｃｌ・・・（４）

本実施の形態において、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上のときは、除算値ｄの値は変動するとともに、除算値ｄは目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満のときよりも小さくなる。そのため、第２のカウント時間ΔＴ２は、第１のカウント時間ΔＴ１以上であり（ΔＴ２≧ΔＴ１）、目標デューティ比Ｄ１が増大し、除算値ｄが小さくなればなるほど、第２のカウント時間ΔＴ２は増大する。それに対し、目標デューティ比Ｄ１が減少し、除算値ｄが大きくなればなるほど、第２のカウント時間ΔＴ２は減少する。

初期値設定手段４９は、目標デューティ比決定手段４４から供給される目標デューティ比信号およびデューティ比比較手段４６から供給される第１または第２の信号に基づき、初期値Ｔ２ｍａｘを設定し、設定された初期値Ｔ２ｍａｘに対応する初期値信号を出力する。初期値Ｔ２ｍａｘは、本実施の形態の制御信号生成手段４０において、正相ＰＷＭ制御のオフ時間を設定する基準となる値として用いられる。

目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満であり、デューティ比比較手段４６から第１の信号が供給されたとき、初期値設定手段４９において初期値Ｔ２ｍａｘは、次式（５）に示す値に設定される。
Ｔ２ｍａｘ＝（１００−D１）×２・・・（５）
目標デューティ比D１は、目標デューティ比決定手段４４により変化する値であり、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満の場合には、初期値Ｔ２ｍａｘは、目標デューティ比D１の増大にともない減少し、目標デューティ比D１の減少にともない増大する値である。

それに対し、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上であり、デューティ比比較手段４３から第２の信号が供給されたとき、初期値設定手段４９において初期値Ｔ２ｍａｘは、次式（６）に示す値に設定される。
Ｔ２ｍａｘ＝（１００−D０）×２・・・（６）

デューティ比D０は一定の値なので、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上の場合には、初期値Ｔ２ｍは一定の値に設定される。なお、本実施の形態においでデューティ比Ｄ０は「６０」に設定されているため、初期値Ｔ２ｍは、「８０」に設定される。

オフ時間設定手段としての第２のタイマ５０は、カウント値Ｔ２をデクリメントする動作を行うダウンカウンタである。第２のタイマ５０には初期値設定手段４９から供給される初期値信号が供給され、初期値信号に対応する初期値Ｔ２ｍａｘがセットされるともに初期値Ｔ２ｍａｘからカウント値Ｔ２をデクリメントする動作を行う。

第２のタイマ５０は、第１のタイマ４８からカウントアップ信号が供給とされるとデクリメントする動作を開始し、クロック周期Ｔｃｌごとに、初期カウント値Ｔ２ｍａｘからカウント値Ｔ２を１つずつデクリメントする動作を行う。すなわち、第２のタイマ５０は、第１のタイマ４８がデクリメントを開始するのと略同時、言い換えれば、第１のタイマ４８が第１または第２のカウント時間（ΔＴ１、ΔＴ２）のカウントを開始するのと略同時にデクリメントする動作を開始するように設定されている。

そして、第２のタイマ５０がカウント中であるときは、第２のタイマ５０からは第１の通知信号が出力され、第２のタイマ５０のカウント値Ｔ２がゼロとなり、その後、第１のタイマ４８からカウントアップ信号が供給されるまでは、第２のタイマ５０からは第２の通知信号が出力される。

目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満のときは、第２のタイマ５０が、クロック周期Ｔｃｌごとに、初期カウント値Ｔ２ｍａｘからカウント値Ｔ２を１ずつデクリメントする動作を開始してから、すなわち、第１の通知信号の出力が開始されてから、カウント値Ｔ２がゼロとなり、第２の通知信号が出力されるまでの第３のカウント時間ΔＴ３は、式（５）により次式（７）に示される時間となる。
ΔＴ３＝Ｔ２ｍａｘ×Ｔｃｌ
＝（１００−D１）×２×Ｔｃｌ・・・（７）

上記のように目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満の場合には、初期値Ｔ２ｍａｘは、目標デューティ比D１の増大にともない減少し、目標デューティ比D１の減少にともない増大する値である。従って、第３のカウント時間ΔＴ３も、目標デューティ比D１の増大にともない減少し、目標デューティ比D１の減少にともない増大する値である。

それに対し、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上のときは、第２のタイマ５０が、クロック周期Ｔｃｌごとに、初期カウント値Ｔ２ｍａｘからカウント値Ｔ２を１ずつデクリメントする動作を開始してから、すなわち、第１の通知信号の出力が開始されてから、カウント値Ｔ２がゼロとなり、第２の通知信号が出力されるまでの第４のカウント時間ΔＴ４は、式（６）により次式（８）に示される時間となる。
ΔＴ４＝Ｔ２ｍａｘ×Ｔｃｌ
＝（１００−D０）×２×Ｔｃｌ・・・（８）

上記のように目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上の場合には、初期値Ｔ２ｍａｘは、は一定の値である。従って、第４のカウント時間ΔＴ４は、第３のカウント時間ΔＴ３以下であり（ΔＴ４≦ΔＴ３）、目標デューティ比Ｄ１の変化にかかわらず一定の値となる。

次に、図１に基づきＰＷＭ制御信号生成手段５００について説明する。ＰＷＭ制御信号生成手段５００は、正相ＰＷＭ制御信号生成手段５１、逆相ＰＷＭ制御信号生成手段５２を備えている。

正相ＰＷＭ制御信号生成手段５１は、第２のタイマ５０から供給される第１および第２の通知信号に基づき正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０を形成し出力する。上記のように、第１の通知信号は、第２のタイマ５０がカウント中であるときに第２のタイマ５０から出力され、第２の通知信号は第２のタイマ５０のカウント値Ｔ２がゼロとなり、その後、第１のタイマ４８からカウントアップ信号が供給されるまでの時間に第２のタイマ５０から出力される。

正相ＰＷＭ制御信号生成手段５１は、第２のタイマ５０から第１の通知信号が供給されている時間、すなわち、第３または第４のカウント時間の間はオフ状態となり、第２のタイマ５０が第３または第４のカウント時間の計測を終了した後、第２の通知信号が供給されている時間は、オン状態となる正相ＰＷＭ制御信号を形成する。

第１の通知信号の供給が開始されることにより正相ＰＷＭ制御信号が順次オフ状態となるまでの時間は、キャリア周期Ｔｃａと呼ばれ、第１または第２のカウント時間（ΔＴ１、ΔＴ２）がキャリア周期Ｔｃａとなる。また、第２の通知信号の供給が開始されることにより正相ＰＷＭ制御信号がオフ状態からオン状態となるまでの時間は、オフ時間Ｔｏｆｆと呼ばれ、第３または第４のカウント時間（ΔＴ３、ΔＴ４）がオフ時間Ｔｏｆｆとなる。

正相ＰＷＭ信号のキャリア周期Ｔｃａと目標デューティ比Ｄ１との関係について図２および図３に基づいて説明する。上記のように第１または第２のカウント時間（ΔＴ１、ΔＴ２）がキャリア周期Ｔｃａとなり、キャリア周期Ｔｃａは、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満のときは、一定の値である第１のカウント時間であるためキャリア周期Ｔｃａも一定の値となる。本実施の形態では、デューティ比D０は「６０％」に設定されているため、目標デューティ比Ｄ１が「６０％」未満のときは、キャリア周期Ｔｃａは「５０μｓ」で一定の値となる。

そして、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上のときは、式（４）に示すように、第２のカウント時間ΔＴ２は、目標デューティ比Ｄ１の増加にともない増加するため、キャリア周期Ｔｃａも目標デューティ比Ｄ１の増加にともない増加する。本実施の形態では、デューティ比D０は「６０％」に設定されている。そのため、目標デューティ比Ｄ１が「６０％」以上のときは、キャリア周期Ｔｃａは目標デューティ比Ｄ１の増加にともない増加し、目標デューティ比Ｄ１が「８０％」のとき、キャリア周期Ｔｃａは「１００μｓ」となり、目標デューティ比Ｄ１が「９０％」のとき、キャリア周期Ｔｃａは「２００μｓ」となる。

次に、正相ＰＷＭ信号のオフ時間Ｔｏｆｆと目標デューティ比Ｄ１との関係について図３に基づいて説明する。上記のように第３または第４のカウント時間（ΔＴ３、ΔＴ４）がオフ時間Ｔｏｆｆとなり、式（５）に示すように、第３のカウント時間は、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０未満のときは、目標デューティ比Ｄ１の増大にともない減少するため、オフ時間Ｔｏｆｆも目標デューティ比Ｄ１の増大にともない減少する。本実施の形態では、目標デューティ比Ｄ１が「２０％」のとき、オフ時間Ｔｏｆｆは「４０μｓ」となり、目標デューティ比Ｄ１が「４０％」のとき、オフ時間Ｔ０ｆｆは「３０μｓ」となる。

そして、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比D０以上のときは、第４のカウント時間ΔＴ４は一定の値であるためオフ時間Ｔｏｆｆも一定の値となる。本実施の形態では、デューティ比D０は「６０％」に設定されているため、目標デューティ比Ｄ１が「６０％」以上のときは、オフ時間Ｔｏｆｆは「２０μｓ」で一定の値となる。

逆相ＰＷＭ信号生成手段５２は、第１の正相ＰＷＭ信号生成手段５１から供給される正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０に基づき逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ０を形成し出力する。図４に示すように逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ０は、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０の反転信号として形成される。すなわち、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０がオン状態のとき逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ０はオフ状態となり、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０がオフ状態のとき逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ０はオン状態となる。

次に、図１に基づき回転角度検出手段６０、通電信号生成手段６１および遅延手段６２について説明する。

回転角度検出手段６０は、回転センサ１０から供給される測定信号に基づき回転角度信号を出力する。通電信号生成手段６１は、回転角度検出手段６０から供給される回転角度信号に基づき通電パターン信号を形成する。そして、通電信号生成手段６１は、通電パターン信号に、ＰＷＭ信号生成手段５００から供給される正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０および逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ０を乗じる処理を行い、処理された信号を出力する。

遅延手段６２は、通電信号生成手段から供給される正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０および逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ０に対し、予め定められたデットタイムｄＴを設ける処理を行う。このデットタイムｄＴを設ける処理により、正相および逆相ＰＷＭ制御信号（ＰＰ０、ＮＰ０）においてオフ状態からオン状態に切り換わる立ち上がり信号に、デットタイムｄＴが設定される。なお、遅延手段６２に換えて、正相および逆相ＰＷＭ制御信号（ＰＰ０、ＮＰ０）においてオン状態からオフ状態に切り換わる立ち下がり信号を早める手段を設けることにより、デットタイムｄＴを設定しても良い。

そして、遅延手段６２により、オフ状態からオン状態に切り換わる立ち上がり信号に、デットタイムｄＴが設けられた正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ１および逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ１が、インバータ回路３０に備えられているスイッチ素子（３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ）に供給される。

次に、ＰＷＭ信号生成手段５００から出力される正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０および逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ０、並びに遅延手段６２において出力される正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ１および逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ１について図５に基づき説明する。同図に示すように、ＰＷＭ信号生成手段５００から出力される正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０および逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ０には、遅延手段６２により、オフ状態（ｏｆｆ）からオン状態（ｏｎ）に切り換わる立ち上がり信号に、デットタイムｄＴが設定される。なお、本実施の形態において、デットタイムｄＴは、「２μｓ」に設定されている。

引き続き、図６に基づき制御信号生成手段４０により正相ＰＷＭ信号ＰＰ０を生成する処理の一例を説明する。処理が開始されると（「スタート」）、まず、電流指令手段４１にてアクセル信号が読み込まれるとともに、電流値検出手段４２にて電流値信号が読み込まれる（処理ＳＴ１）。

処理ＳＴ１にて読み込まれたアクセル信号および電流値信号から目標デューティ比決定手段４４により、目標デューティ比Ｄ１が決定され（処理ＳＴ２）、デューティ比比較手段４６により、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比Ｄ０以上であるか否か判断される（処理ＳＴ３）。そして、目標デューティ比Ｄ１がデューティ比Ｄ０以上である場合には、除算値算出手段４７は、除算値ｄとして、「（１００−Ｄ１）×２」を設定する（処理ＳＴ４）。それに対し、目標デューティ比Ｄ１がデューティ比Ｄ０未満である場合には、除算値算出手段４７は、除算値ｄとして、「（１００−Ｄ０）×２」を設定する（処理ＳＴ５）。

次に、第１のタイマ４８がカウントアップしているか否かを判断するため、第１のタイマ４８のカウント値Ｔ１が除算値ｄよりも小さいか否か判断される（処理ＳＴ６）。以下、第１のタイマ４８のカウント値Ｔ１が除算値ｄよりも小さいと判断された場合について説明する。

カウント値Ｔ１が除算値ｄよりも小さい場合には、第１のタイマ４８がカウントアップしていると判断され、第１のタイマ４８は、カウント値Ｔ１として初期カウント値Ｔ１ｍａｘがリセットされ（処理ＳＴ７）、初期カウント値Ｔ１ｍａｘからカウント値Ｔ１をデクリメントする動作が開始される。そして、再度、デューティ比比較手段４６により、目標デューティ比Ｄ１が、デューティ比Ｄ０以上であるか否か判断される（処理ＳＴ８）。

処理ＳＴ８にて判断された結果、目標デューティ比Ｄ１が、デューティ比Ｄ０以上である場合には、第２のタイマ５０のカウント値Ｔ２として、「（１００−Ｄ０）×２」が初期カウント値Ｔ２ｍａｘとしてセットされ、第２のタイマ５０は、セットされた初期カウント値Ｔ２ｍａｘからカウント値Ｔ２をデクリメントする動作を開始し（ＳＴ９）、一連の処理は終了する（「エンド」）。

それに対し、処理ＳＴ８にて判断された結果、目標デューティ比Ｄ１が、デューティ比Ｄ０未満である場合には、第２のタイマ５０のカウント値Ｔ２として、「（１００−Ｄ１）×２」が初期カウント値Ｔ２ｍａｘとしてセットされ、第２のタイマ５０は、セットされた初期カウント値Ｔ２ｍａｘからカウント値Ｔ２をデクリメントする動作を開始し（ＳＴ１０）、一連の処理は終了する（「エンド」）。

引き続き、処理ＳＴ６にて、第１のタイマ４８のカウント値Ｔ１が除算値ｄ以上であると判断された場合について説明する。カウント値Ｔ１が除算値ｄ以上であると判断されると、第１のタイマ４８では、１回のデクリメントの動作においてカウント値Ｔ１から除算値ｄを減ずる処理がなされる（処理ＳＴ１１）。そして、第２のタイマ５０のカウント値Ｔ２が、「ゼロ」となっているか、すなわち、第２のタイマ５０がカウントアップした状態であるのか、または第２のタイマ５０がデクリメントの動作を行っている状態にあるのかが判断される（ＳＴ１２）。

処理ＳＴ１２で、第２のタイマ５０がカウントアップしてない場合には、第２のタイマ５０から正相ＰＷＭ制御信号生成手段５１に対し第１の通知信号が供給され、正相ＰＷＭ制御信号生成手段５１からは、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０として「オフ信号（＝０）」が出力されるとともに、第２のタイマ５０のカウント値Ｔ２は１つデクリメントされ（ＳＴ１３）、一連の処理は終了する（「エンド」）。

それに対し、処理ＳＴ１２で、第２のタイマ５０がカウントアップした状態の場合には、第２のタイマ５０からは、第２の通知信号が出力され、正相ＰＷＭ制御信号生成手段５１からは、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ０として「オン信号（＝１）」が出力され、一連の処理は終了する（「エンド」）。なお、上記の「スタート」から「エンド」までの一連の処理は、クロック周期Ｔｃｌごとに繰り返し行われ、本実施の形態において、クロック周期Ｔｃｌは、２５０ｎｓに設定されている。

次に、本実施の形態のモータ制御装置１の有する効果について図７および図８に基づき説明する。図７は、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比Ｄ０と一致するときの正相および逆相ＰＷＭ制御信号（ＰＰ１、ＮＰ１）を示し、図８は、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比Ｄ０を超えるときの正相および逆相ＰＷＭ制御信号（ＰＰ１、ＮＰ１）を示す。

図７に示すように、本実施の形態のモータ制御装置１は、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比Ｄ０と一致するまでは、キャリア周期Ｔｃａは一定の値に固定され、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ１のオフ時間Ｔｏｆｆおよび逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ１のオン時間Ｔｏｎは、目標デューティ比Ｄ１の増加にともない減少する。なお、逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ１のオン時間Ｔｏｎは、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ１のオフ時間ＴｏｆｆからデットタイムｄＴを２回差し引いた時間となる。

キャリア周期Ｔｃａが一定の値に固定された状態では、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比Ｄ０と一致するときに正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ１のオフ時間Ｔｏｆｆおよび逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ１のオン時間Ｔｏｎとはそれぞれ最小の値となる。なお、本実施の形態では、最小の値となったときの逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ１のオン時間Ｔｏｎは「１８μｓ」に設定されており、同期整流が有効に実施される。

そして、図８に示すように、目標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比Ｄ０以上の場合には、目標デューティ比Ｄ１に応じてPWM制御のキャリア周期Ｔｃａは増減されるとともに、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ１のオフ時間Ｔｏｆｆは一定の時間に固定される。そのため、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ１のオフ時間Ｔｏｆｆを一定の時間に固定するとともに、キャリア周期Ｔｃａを増減することにより、目標デューティ比Ｄ１に応じたＰＷＭ制御を行うことができる。

さらに、標デューティ比Ｄ１が予め定められたデューティ比Ｄ０以上の場合には、正相ＰＷＭ制御信号ＰＰ１のオフ時間Ｔｏｆｆとともに逆相ＰＷＭ制御信号ＮＰ１のオン時間Ｔｏｎは、同期整流を有効に実施することが可能な一定の時間に設定される。そのため、本実施の形態のモータ制御装置１は、目標デューティ比Ｄ１が高くなっても同期整流を有効に実施することが可能である。その結果、目標デューティ比Ｄ１が高いときでも、PWM制御によるスイッチ素子の損失を低減することができる。

１ モータ制御装置
１０ 回転センサ
２０ 電流センサ
３０ インバータ回路
３１ ハーフブリッジ回路
３２ ハーフブリッジ回路
３３ ハーフブリッジ回路
３１ａ スイッチ素子
３１ｂ スイッチ素子
３２ａ スイッチ素子
３２ｂ スイッチ素子
３３ａ スイッチ素子
３３ｂ スイッチ素子
４０ 制御信号生成手段
４１ 電流値指令手段
４２ 電流値検出手段
４３ 電流値比較手段
４４ 目標デューティ比決定手段
４５ デューティ比メモリ
４６ デューティ比比較手段
４７ 除数値算出手段
４８ 第１のタイマ（キャリア周期設定手段）
４９ 初期値設定手段
５０ 第２のタイマ（オフ時間設定手段）
５１ 正相PWM信号生成手段
５２ 逆相PWM信号生成手段
６０ 回転角度検出手段
６１ 通電信号生成手段
６２ 遅延手段
１００ モータ装置
５００ PWM信号生成手段
Ｍ ブラシレスモータ
Ｕ U相の電気巻線
Ｖ V相の電気巻線
Ｗ W相の電気巻線
Ｃ コンデンサ
Ｂ バッテリ
Ａ アクセル操作手段
Ｄ ボディダイオード

Claims (2)

1. モータにPWM制御により電流を供給するモータ制御装置において、
   直流電源に接続されたハイサイドのスイッチ素子と、接地に接続されたローサイドのスイッチ素子からなるハーフブリッジ回路を複数有し、前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のオンオフにより、前記直流電源からの電流を前記モータに供給するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の同期整流制御の実施のために、前記各ハーフブリッジ回路に備えられている前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のうち選択される一方のスイッチ素子に正相PWM制御信号を供給し、前記各ハーフブリッジ回路に備えられている前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のうち選択される他方のスイッチ素子に逆相PWM制御信号を供給する制御信号生成手段とを備え、
   前記制御信号生成手段は、
   目標デューティ比信号が予め定められたデューティ比未満の場合は、予め定められた第１のカウント時間を繰り返し計測し、前記目標デューティ比信号が前記予め定められたデューティ比以上の場合には、前記第１のカウント時間以上であり、かつ、前記目標デューティ比信号の増大に対応して連続的に増大し、前記目標デューティ比信号の減少に対応して連続的に減少する第２のカウント時間を繰り返し計測するキャリア周期設定手段と、
   前記目標デューティ比信号が前記予め定められたデューティ比未満の場合には、前記目標デューティ比信号の増大に対応して減少し、前記目標デューティ比信号の減少に対応して増大する第３のカウント時間の計測を前記キャリア周期設定手段の計測の開始と略同時に開始し、前記目標デューティ比信号が前記予め定められたデューティ比以上の場合には、前記第３のカウント時間以下であり、かつ、予め定められた第４のカウント時間の計測を前記キャリア周期設定手段の前記第１または第２のカウント時間の計測の開始と略同時に開始し、前記第３または第４のカウント時間を計測しているときは第１の通知信号を出力し、前記第３または第４のカウント時間の計測を終了した後は第２の通知信号を出力するオフ時間設定手段と、
   前記オフ時間設定手段から前記第１の通知信号が供給されているときオフ状態となり、前記オフ時間設定手段から前記第２の通知信号が供給されているときオン状態となる正相ＰＷＭ制御信号を生成する正相ＰＷＭ制御信号生成手段と、
   前記正相ＰＷＭ制御信号生成手段から供給される正相ＰＷＭ制御信号に基づき、正相ＰＷＭ制御信号に対し反転信号となる逆相ＰＷＭ制御信号を生成する逆相ＰＷＭ制御信号生成手段と、
   前記正相および逆相ＰＷＭ制御信号の立ち上がり信号を遅延させる遅延手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. モータにPWM制御により電流を供給するモータ制御装置において、
   直流電源に接続されたハイサイドのスイッチ素子と、接地に接続されたローサイドのスイッチ素子からなるハーフブリッジ回路を複数有し、前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のオンオフにより、前記直流電源からの電流を前記モータに供給するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の同期整流制御の実施のために、前記各ハーフブリッジ回路に備えられている前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のうち選択される一方のスイッチ素子に正相PWM制御信号を供給し、前記各ハーフブリッジ回路に備えられている前記ハイサイドまたはローサイドのスイッチ素子のうち選択される他方のスイッチ素子に逆相PWM制御信号を供給する制御信号生成手段とを備え、
   前記制御信号生成手段は、
   目標デューティ比信号が予め定められたデューティ比未満の場合は、予め定められた第１のカウント時間でオンオフし、前記目標デューティ比信号の増大に対応して減少し、前記目標デューティ比信号の減少に対応して増大する第３のカウント時間の間においてオフ状態となり、前記目標デューティ比信号が予め定められたデューティ比以上の場合は前記第１のカウント時間以上であり、かつ、前記目標デューティ比信号の増大に対応して連続して増大し、前記目標デューティ比信号の減少に対応して連続して減少する第２のカウント時間でオンオフし、前記第３のカウント時間以下であり、かつ、予め定められた第４のカウント時間の間においてオフ状態となる正相ＰＷＭ制御信号を生成する正相ＰＷＭ制御信号生成手段と、
   前記正相ＰＷＭ制御信号生成手段から供給される正相ＰＷＭ制御信号に基づき、正相ＰＷＭ制御信号に対し反転信号となる逆相ＰＷＭ制御信号を生成する逆相ＰＷＭ制御信号生成手段と、
   前記正相および逆相ＰＷＭ制御信号の立ち上がり信号を遅延させる遅延手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。

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