JP5772020B2 - Switching control device - Google Patents
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Description
本発明は、PWM制御信号に対しデッドタイム期間を確保したPWM駆動信号をスイッチング素子に与えるスイッチング制御装置に関する。 The present invention relates to a switching control device that provides a switching element with a PWM drive signal in which a dead time period is secured with respect to a PWM control signal.
多くのモータ駆動装置および電源装置は、出力電圧の大きさを制御する手段としてPWM制御を用いている。PWM制御は、キャリア周波数ごとにスイッチング素子をオンオフして電流の通断電を行うので、キャリア周波数およびその高調波の周波数成分を持つノイズが発生する。例えば、車両にモータ駆動装置や電源装置が搭載されていると、ラジオノイズが発生することになる。 Many motor drive devices and power supply devices use PWM control as a means for controlling the magnitude of the output voltage. In the PWM control, the switching element is turned on / off for each carrier frequency to cut off the current, so that noise having the carrier frequency and its harmonic components is generated. For example, if a motor drive device or a power supply device is mounted on a vehicle, radio noise is generated.
これに対しては、PWM制御の周波数を非周期的に或いは規則性なく変化させる技術(特許文献1)、または電流制御信号の周波数を周期的に変化させる技術(特許文献2)が提案されている。これらの周波数拡散制御によれば、ノイズに含まれる周波数成分が分散化され、ラジオノイズの影響を軽減することができる。 For this, a technique for changing the frequency of PWM control aperiodically or without regularity (Patent Document 1) or a technique for changing the frequency of a current control signal periodically (Patent Document 2) has been proposed. Yes. According to these frequency spread controls, frequency components included in noise are dispersed, and the influence of radio noise can be reduced.
モータ駆動装置や電源装置を起動する際に指令電圧を急激に立ち上げると、スイッチング素子に過大な電流が流れ或いはモータの起動に失敗する虞がある。このため、起動時には指令電圧すなわちPWM制御のデューティ比を徐々に高めるようにソフトスタートを行っている。また、動作を停止する停止前期間でも、モータのフリーランや急激な停止を避ける目的から指令電圧を徐々に下げることが行われている。本願発明者らは、こうした起動期間および停止前期間において上述したような周波数拡散制御を実行すると、周波数を拡散させているにもかかわらず、却ってラジオノイズが増加し或いはフィルタコイルの発熱が増加するなどの現象が生じることを発見した。 If the command voltage is suddenly raised when starting the motor drive device or the power supply device, an excessive current may flow through the switching element or the motor may fail to start. For this reason, at the time of start-up, soft start is performed so as to gradually increase the command voltage, that is, the duty ratio of PWM control. Further, even during the period before stopping the operation, the command voltage is gradually lowered for the purpose of avoiding a motor free run or a sudden stop. When the frequency spread control as described above is executed in the start-up period and the pre-stop period, the inventors of the present application increase radio noise or increase the heat generation of the filter coil even though the frequency is spread. I discovered that this phenomenon occurs.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、起動期間および停止前期間を含めPWM制御に伴う周辺機器へのノイズの影響を極力低減できるスイッチング制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching control device that can reduce the influence of noise on peripheral devices associated with PWM control including the start-up period and the pre-stop period as much as possible.
請求項1に記載した手段は、指令電圧に基づいてPWM制御信号を生成し、そのPWM制御信号に対しデッドタイム期間を確保したPWM駆動信号をスイッチング素子に与える。周波数拡散制御手段は、PWM制御信号のデューティ比が増大する起動期間およびPWM制御信号のデューティ比が減少する停止前期間において、それぞれPWM制御信号のキャリア周波数を一定に制御する。そして、起動期間および停止前期間以外のスイッチング動作期間では、PWM制御信号のキャリア周波数を時間経過とともに複数の周波数に切り替える周波数拡散制御を実行する。 According to a first aspect of the present invention, a PWM control signal is generated based on the command voltage, and a PWM drive signal in which a dead time period is secured for the PWM control signal is given to the switching element. The frequency spreading control means controls the carrier frequency of the PWM control signal to be constant during the start-up period in which the duty ratio of the PWM control signal increases and the pre-stop period in which the duty ratio of the PWM control signal decreases. In a switching operation period other than the start period and the pre-stop period, frequency spread control is performed in which the carrier frequency of the PWM control signal is switched to a plurality of frequencies over time.
PWM制御では、アーム短絡防止のためにデッドタイム期間を設け、当該期間では上下アームのスイッチング素子をオフさせるように制御する。一方、周波数拡散制御でキャリア周波数を変化させると、同じデューティ比であってもパルス幅が変化する。その結果、起動期間および停止前期間のようにデューティ比が小さい期間で周波数拡散制御を実行すると、周波数拡散制御によりキャリア周波数を高めた時にパルス幅がデッドタイム期間よりも小さくなり、PWM駆動信号のパルスが一時的に消滅する場合がある。 In the PWM control, a dead time period is provided to prevent an arm short circuit, and control is performed so that the switching elements of the upper and lower arms are turned off during the period. On the other hand, when the carrier frequency is changed by frequency spreading control, the pulse width changes even at the same duty ratio. As a result, when frequency spread control is executed in a period with a small duty ratio such as the start period and the pre-stop period, the pulse width becomes smaller than the dead time period when the carrier frequency is increased by the frequency spread control, and the PWM drive signal The pulse may disappear temporarily.
本手段を採用すれば、起動期間および停止前期間のようにデューティ比が小さい期間で周波数拡散制御を停止し、PWM制御信号のキャリア周波数を一定に制御するので、周波数の拡散周期の間にパルスが発生する期間とパルスが消滅する期間とが繰り返し現れることを防止できる。これにより、指令電圧の増加または減少に伴い出力電圧も単調に増加または減少するので、出力電圧のリプルが減少し、PWM制御に伴う周辺機器へのノイズの影響が低減され、主回路部品や負荷の発熱を抑えることができる。 If this means is adopted, the frequency spread control is stopped in a period where the duty ratio is small, such as the start period and the pre-stop period, and the carrier frequency of the PWM control signal is controlled to be constant. It can be prevented that the period in which the occurrence of the pulse occurs and the period in which the pulse disappears appear repeatedly. As a result, the output voltage also monotonously increases or decreases as the command voltage increases or decreases, so that the output voltage ripple decreases, and the influence of noise on peripheral devices due to PWM control is reduced. Can suppress heat generation.
具体的には、周波数拡散制御で用いる最も高いキャリア周波数をfcmaxとした場合、周波数拡散制御手段は、起動期間において、PWM制御信号のデューティ比が(fcmax×デッドタイム期間)よりも大きく設定された第1しきい値以上になったことを条件として周波数拡散制御を開始する。また、停止前期間において、PWM制御信号のデューティ比が(fcmax×デッドタイム期間)よりも大きく設定された第2しきい値以下になったことを条件として周波数拡散制御を停止する。 Specifically, when the highest carrier frequency used in the frequency spread control is fcmax, the frequency spread control means sets the duty ratio of the PWM control signal to be larger than (fcmax × dead time period) in the start-up period. Frequency spread control is started on the condition that the first threshold value is reached. Further, in the pre-stop period, the frequency spread control is stopped on condition that the duty ratio of the PWM control signal is equal to or less than the second threshold value set larger than (fcmax × dead time period).
上述したように、キャリア周波数がfcmaxとなったときに最もパルスが消滅し易い。このときのオンパルス幅は1/fcmax×デューティ比である。従って、
1/fcmax×デューティ比>デッドタイム期間
の関係が成立するとき、すなわちPWM制御信号のデューティ比が(fcmax×デッドタイム期間)よりも大きいときにはパルスの消滅は生じない。第1しきい値および第2しきい値はこの条件式を満たしている。
As described above, the pulse is most easily extinguished when the carrier frequency becomes fcmax. The on-pulse width at this time is 1 / fcmax × duty ratio. Therefore,
When the relationship of 1 / fcmax × duty ratio> dead time period is established, that is, when the duty ratio of the PWM control signal is larger than (fcmax × dead time period), the pulse disappears. The first threshold value and the second threshold value satisfy this conditional expression.
従って、本手段によれば、上述した起動時のノイズを抑えるとともに、第1しきい値の設定レベルに応じて、パルスの消滅の虞がなくなった早い時点から周波数拡散制御を開始することが可能となる。また、第2しきい値の設定レベルに応じて、停止前パルスの消滅が発生する時点より前から周波数拡散制御を停止することが可能となる。
請求項2に記載した手段は、スイッチング素子から負荷に出力される電圧を検出する電圧検出手段を備えている。周波数拡散制御手段は、起動期間において、指令電圧に対する検出電圧の偏差が所定の収束判定値以下になったことを条件として周波数拡散制御を開始する。当該条件の下では、出力電圧が指令電圧(例えば定常運転時の目標電圧)に近付くので、PWM制御のデューティ比が上記パルスの消滅が生じない程度に大きくなっている場合が多いと考えられる。本手段によれば、上述した起動時のノイズの発生を抑えるとともに、パルスの消滅の可能性が低下した早い時点から周波数拡散制御を開始してノイズの分散化を図ることができる。
Therefore, according to the present means, it is possible to suppress the noise at the time of start-up described above, and to start the frequency spread control from an early point when there is no possibility of the disappearance of the pulse according to the set level of the first threshold value. It becomes. Further, according to the set level of the second threshold value, it becomes possible to stop the frequency spread control before the time point when the pre-stop pulse disappears.
According to a second aspect of the present invention, there is provided voltage detecting means for detecting a voltage output from the switching element to the load. The frequency spread control means starts the frequency spread control on the condition that the deviation of the detected voltage with respect to the command voltage is equal to or less than a predetermined convergence determination value during the startup period. Under this condition, since the output voltage approaches the command voltage (for example, the target voltage during steady operation), it is considered that the duty ratio of PWM control is often large enough to prevent the disappearance of the pulse. According to the present means, it is possible to suppress the generation of noise at the time of starting as described above, and to start the spread spectrum control from an early point in time when the possibility of the disappearance of the pulse is reduced, thereby achieving noise dispersion.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1ないし図8を参照しながら説明する。図1は、モータ駆動装置の概略構成図である。車両に搭載されたモータ駆動装置1は、ECU2(Electronic Control Unit)から送信される指令信号に基づいてPWM制御を行い、出力端子3に接続された直流モータ4(負荷)への印加電圧がECU2からの指令電圧に一致するように電圧追従制御を実行する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a motor driving device. A
主回路は、バッテリ5の正負端子間に直列に接続されたMOSトランジスタ7、8(スイッチング素子)と、出力ノード6と出力端子3との間に設けられたフィルタ9とから構成されている。フィルタ9は、コイル10とコンデンサ11とからなるLCフィルタである。駆動制御装置12(スイッチング制御装置)は、電圧制御部13とドライバ14、15とから構成されており、MOSトランジスタ7、8のゲートに対しPWM駆動信号Db1、Db2を出力する。
The main circuit includes
図2は、電圧制御部13の機能的ブロック構成図である。ECU2から送信される指令信号は一定周期を持つパルス信号であって、そのパルス幅(デューティ比)が指令電圧に対応している。このデューティ比は、後述するPWM制御のデューティ比とは別異のものである。デューティ検出部16は指令信号のデューティ比を検出し、指令電圧出力部17はこのデューティ比から指令電圧Vrを決定する。
FIG. 2 is a functional block configuration diagram of the
駆動制御装置12は、出力端子3の電圧を検出するために、レベル変換部18とA/D変換器19とからなる電圧検出部20(電圧検出手段)を備えている。レベル変換部18は、出力端子電圧を分圧し、駆動制御装置12で用いる制御電源電圧(例えば5V)の電圧レベルに変換する。減算器21は、指令電圧Vrから検出電圧Vを減算して電圧偏差ΔVを出力する。
The
演算部22は、電圧偏差ΔVに対して例えば比例積分(PI)演算をすることにより、PWM制御における指令電圧信号Svを生成する。PWM制御部23は、周波数拡散制御部24から与えられるキャリア周波数fcを持つ三角波信号Scと上記指令電圧信号Svとを比較し、上アームのMOSトランジスタ7、下アームのMOSトランジスタ8に対するPWM制御信号Da1、Da2を生成する。
The
デッドタイム設定部25は、アーム短絡を防ぐために、PWM制御信号Da1、Da2に対しデッドタイム期間Tdを確保したPWM駆動信号Db1、Db2を生成する。図3は、デッドタイム期間を設定した場合の影響を説明するための波形図である。波形は、上から順にPWM制御信号Da1、Da2、マスク信号、出力ノード6の電圧を示している。デッドタイム設定前のPWM制御信号Da1、Da2は、互いに論理レベルが逆になる相補波形を有している。PWM制御信号Da1またはDa2がHレベル(オン)からLレベル(オフ)に変化すると、Tdの幅を持つマスク信号がHレベル(マスク状態)になる。その結果、他方アーム側のPWM駆動信号Db2またはDb1のHレベルへの変化がTdだけ遅れ、アーム短絡を防止する。
The dead
周波数拡散制御部24(周波数拡散制御手段)は、PWM制御信号Da1、Da2のキャリア周波数fcを時間経過とともに複数の周波数に切り替える。また、起動期間および停止前期間の判定または周波数拡散制御の開始タイミングを判定するために、デューティ検出部16から出力される指令信号のデューティ比、減算器21から出力される電圧偏差ΔVおよび指令電圧信号Svを入力する。ただし、後述する起動期間および停止前期間の判定方法に応じて必要なものだけを入力する構成とすればよい。周波数拡散方法は、キャリア周波数fcを連続的にまたは離散的に増減させる方法であればどのような方法であってもよいが、ここでは図4ないし図7を用いて周波数拡散の一例を示す。
The frequency spread control unit 24 (frequency spread control means) switches the carrier frequency fc of the PWM control signals Da1 and Da2 to a plurality of frequencies over time. Further, in order to determine the start period and the pre-stop period or the start timing of the frequency spread control, the duty ratio of the command signal output from the
図4は、キャリア周波数fc(途中以降は波形を省略)、キャリア周波数fcの増減傾向を直線により模式的に示す変化傾向線、負荷電流ILを示している。図5に上下2段に続く波形およびこれに連続する図6に示す波形は、より詳細なキャリア周波数fcの変化を示している。図5および図6に示す括弧内の数字は、当該キャリア周波数fcを用いるPWM周期の数を表している。図7は、キャリア周波数fcの増減行程を間引いて示すとともに、キャリア周波数fcの変化に対応した負荷電流ILを示している。 FIG. 4 shows a carrier frequency fc (the waveform is omitted in the middle), a change trend line schematically showing the increase / decrease tendency of the carrier frequency fc by a straight line, and a load current IL. The waveform following the upper and lower two stages in FIG. 5 and the waveform shown in FIG. 6 continuing thereto show more detailed changes in the carrier frequency fc. The numbers in parentheses shown in FIGS. 5 and 6 represent the number of PWM periods using the carrier frequency fc. FIG. 7 shows the load current IL corresponding to the change of the carrier frequency fc while thinning out the increase / decrease process of the carrier frequency fc.
周波数拡散制御部24は、f1(fcmin)からf5(fcmax)までの離散的な5つの相異なるキャリア周波数fcを順次切り替える。例えば、図5の上段において、最初にf1のキャリア周波数fcを三角波信号Scのn1周期分だけ使用し、次にf2のキャリア周波数fcに切り替えて三角波信号Scのn2周期分だけ使用し、さらにf3のキャリア周波数fcに切り替えて三角波信号Scのn3周期分だけ使用するというように変更する。
The frequency spreading
一旦f5まで高めた後f1まで低下させた時点で、そのf1のキャリア周波数fcの使用周期を三角波信号Scのn1周期からn1−1周期に減少させ、次にf5まで高めた後f2まで低下させた時点で、そのf2のキャリア周波数fcの使用周期を三角波信号Scのn2周期からn2−1周期に減少させる。やがて、図6に示すようにf1のキャリア周波数fcの使用周期が三角波信号Scの1周期にまで減少すると、それ以降は上述した変化とは逆に各キャリア周波数fcの使用周期を1ずつ増加させていく。 Once the frequency is increased to f5 and then decreased to f1, the use period of the carrier frequency fc of f1 is decreased from the n1 period to the n1-1 period of the triangular wave signal Sc, and then increased to f5 and then decreased to f2. At that time, the use period of the carrier frequency fc of f2 is decreased from the n2 period of the triangular wave signal Sc to the n2-1 period. Eventually, when the use cycle of the carrier frequency fc of f1 decreases to one cycle of the triangular wave signal Sc as shown in FIG. 6, thereafter, the use cycle of each carrier frequency fc is increased by 1 contrary to the above-described change. To go.
その結果、図4に変化傾向線で示すように、各キャリア周波数fcの使用周期を順次減少させる期間では、5段階に亘るキャリア周波数fcの上下変化周期が徐々に短くなり、やがて各キャリア周波数fcの使用周期を増加させる期間では、5段階に亘るキャリア周波数fcの上下変化周期が徐々に長くなる。この全体としての周期はTp(fpHz)である。 As a result, as indicated by a change trend line in FIG. 4, in the period in which the use cycle of each carrier frequency fc is sequentially reduced, the up / down change cycle of the carrier frequency fc in five stages is gradually shortened, and eventually each carrier frequency fc. In the period in which the use cycle is increased, the up / down change cycle of the carrier frequency fc in five stages gradually increases. The overall cycle is Tp (fpHz).
次に、始動期間および停止前期間における周波数拡散制御について図8を参照しながら説明する。図8は、PWM制御信号Da1、Da2のPWMデューティ比が小さい場合における(a)周波数拡散制御実行中のキャリア周波数fcと(b)PWM駆動信号Db1、および(c)周波数拡散制御停止中のキャリア周波数fcと(d)PWM駆動信号Db1を示している。 Next, frequency spreading control in the start period and the pre-stop period will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows (a) a carrier frequency fc during execution of frequency spread control, (b) a PWM drive signal Db1, and (c) a carrier when frequency spread control is stopped when the PWM duty ratio of PWM control signals Da1 and Da2 is small. The frequency fc and (d) the PWM drive signal Db1 are shown.
モータ駆動装置1を起動する際に指令電圧を急激に立ち上げると、直流モータ4に速度起電力が発生していないためにMOSトランジスタ7、8に過大な電流が流れる。このため、起動時には指令電圧を徐々に高めるようにソフトスタートを行っている。また、駆動停止する停止前期間でも、直流モータ4のフリーランや急激な停止を避けるため指令電圧を徐々に下げることが行われる。すなわち、こうした起動期間および停止前期間では、指令電圧すなわちPWM駆動信号Db1のデューティ比が小さくなる。
If the command voltage is suddenly raised when starting the
PWM制御信号Da1のHレベルの幅(オン期間)がデッドタイム期間Tdよりも短くなると、PWM駆動信号Db1の全幅がマスクされてしまい、PWM駆動信号Db1のHレベルパルス(オンパルス)が消滅する。PWM制御信号Da1のデューティ比をDR(0〜1の範囲)とすれば、PWM制御信号Da1のオン期間はDR/fcとなるので、DR/fc≦Tdの条件下でパルスの消滅が生じる。つまり、デューティ比が小さいほど或いはキャリア周波数fcが高いほどパルスの消滅が生じ易い。 When the H level width (ON period) of the PWM control signal Da1 becomes shorter than the dead time period Td, the entire width of the PWM drive signal Db1 is masked, and the H level pulse (ON pulse) of the PWM drive signal Db1 disappears. If the duty ratio of the PWM control signal Da1 is DR (range 0 to 1), the ON period of the PWM control signal Da1 is DR / fc, and thus the pulse disappears under the condition of DR / fc ≦ Td. That is, the smaller the duty ratio or the higher the carrier frequency fc, the easier the pulse disappears.
図8(b)では、周波数拡散制御を実行した結果、高い方から2つのキャリア周波数f4とf5に切り替わった期間でPWM駆動信号Db1のオンパルスが消滅していることが分かる。一方、低い方から3つのキャリア周波数f1、f2、f3に切り替わった期間では、PWM駆動信号Db1のパルス幅はPWM制御信号Da1のパルス幅からTdだけ狭まるが、パルスの消滅は生じない。 In FIG. 8B, it can be seen that the on-pulse of the PWM drive signal Db1 has disappeared in the period when the carrier frequency f4 and f5 are switched from the higher one as a result of performing the frequency spread control. On the other hand, in the period in which the carrier frequencies f1, f2, and f3 are switched from the lowest, the pulse width of the PWM drive signal Db1 is narrowed by Td from the pulse width of the PWM control signal Da1, but the pulse does not disappear.
こうしたパルスの発生と消滅が繰り返されると、出力電圧のリプル電圧ひいては負荷電流ILのリプル電流が大きくなり、直流モータ4の起動トルクや制動トルクに大きな変動が生じ、トルクリプルや騒音の原因となる。そのため、周波数を拡散させているにもかかわらず、却ってラジオノイズが増加する。また、フィルタ9のコイル10等に生じるAC損は、(リプル電流実効値2×(ACR−DCR))(ただし、ACR:鉄損を表す等価抵抗、DCR:直流抵抗)で表されるので、コイル10、直流モータ4等での発熱が増加する現象が生じる。
When such generation and extinction of pulses are repeated, the ripple voltage of the output voltage, and hence the ripple current of the load current IL, increases, and a large fluctuation occurs in the starting torque and braking torque of the DC motor 4, causing torque ripple and noise. Therefore, radio noise increases on the contrary, although the frequency is spread. Further, the AC loss generated in the
そこで、周波数拡散制御部24は、起動期間および停止前期間のようにデューティ比が小さい期間では、同図(c)に示すように周波数拡散制御を停止し、PWM制御信号Da1、Da2のキャリア周波数fcを一定に制御する。このときのキャリア周波数fcは、同図(D)に示すように起動期間または停止前期間の全期間においてDR/fc>Tdの条件が成立することが最も好ましい。
Therefore, the frequency spread
しかし、起動期間で単調にデューティ比DRが増加し、停止前期間で単調にデューティ比DRが減少する場合、起動期間または停止前期間の少なくとも一部の期間でDR/fc>Tdの条件が成立すれば、当該期間で起動トルクまたは制動トルクが発生し且つパルスの発生と消滅が繰り返される事態を防止できる。なお、起動期間で用いるキャリア周波数と停止前期間で用いるキャリア周波数とは異なっていてもよい。 However, when the duty ratio DR increases monotonously during the start period and decreases monotonously during the pre-stop period, the condition DR / fc> Td is satisfied in at least a part of the start period or the pre-stop period. In this case, it is possible to prevent the occurrence of the starting torque or the braking torque during the period and the repeated generation and disappearance of the pulse. Note that the carrier frequency used in the start-up period may be different from the carrier frequency used in the pre-stop period.
続いて、起動期間の判定方法について説明する。第1の判定方法として、周波数拡散制御部24は、デューティ検出部16から出力される指令信号のデューティ比が0から立ち上がったことにより起動開始を判定し、電圧偏差ΔVが所定の収束判定値以下になったときに起動期間が終了したと判定して周波数拡散制御を開始する。起動期間では、指令電圧出力部17から出力される指令電圧Vrは徐々に増加し、出力端子電圧Vがそれに追従するように電圧偏差ΔVを維持しつつフィードバック制御が行われる。
Next, a method for determining the activation period will be described. As a first determination method, the frequency spread
従って、電圧偏差ΔVが収束判定値以下になったときとは、指令電圧Vrが目標電圧に達し且つ出力端子電圧Vも目標電圧に整定した時点、つまり起動期間が終了した時点となる。一般に、定常状態で用いる目標電圧を出力するには、DR>fc・Tdを満たすデューティ比DRが必要になると考えられるため、上述したパルスの消滅は生じない。 Therefore, the time when the voltage deviation ΔV is equal to or less than the convergence determination value is the time when the command voltage Vr reaches the target voltage and the output terminal voltage V is also set to the target voltage, that is, the time when the start-up period ends. In general, in order to output a target voltage used in a steady state, it is considered that a duty ratio DR that satisfies DR> fc · Td is required, and thus the above-described pulse disappears.
第2の判定方法として、周波数拡散制御で用いる最も高いキャリア周波数をfcmax(=f5)とした場合、周波数拡散制御部24は、デューティ検出部16から出力される指令信号のデューティ比が0から立ち上がったことにより起動開始を判定する。そして、指令電圧信号Svを参照し、PWM制御信号Da1のデューティ比がfcmax・Tdよりも大きく設定された第1しきい値Dt1以上になったときに起動期間が終了したと判定して周波数拡散制御を開始する。
As a second determination method, when the highest carrier frequency used in the frequency spread control is fcmax (= f5), the frequency spread
また、周波数拡散制御部24は、指令電圧信号Svを参照し、PWM制御信号Da1のデューティ比がfcmax・Tdよりも大きく設定された第2しきい値Dt2以下になったときに停止前期間に入ったと判定して周波数拡散制御を停止する。この第2の判定方法によれば、起動期間および停止前期間においてDR/fc>Tdの条件が成立するので、上述したパルスの消滅は生じない。
Further, the frequency spread
以上説明したように、モータ駆動装置1は、上下アームを構成するMOSトランジスタ7、8をデッドタイム期間を設けてPWM制御することにより、直流モータ4への印加電圧を制御する。この場合、PWM制御に伴うスイッチングノイズの周波数成分を分散化してノイズレベルを低減するため、周波数拡散制御部24によりキャリア周波数fcを5段階に切り替えている。
As described above, the
本実施形態では、起動期間および停止前期間のようにデューティ比が小さい期間で周波数拡散制御を停止しキャリア周波数fcを一定に制御するので、デッドタイム期間の存在にかかわらず、キャリア周波数fcの拡散周期Tpの間に出力ノード6にパルスが発生する期間とパルスが消滅する期間とが繰り返し現れることを防止できる。 In the present embodiment, since the frequency spread control is stopped and the carrier frequency fc is controlled to be constant while the duty ratio is small, such as the start period and the pre-stop period, the spread of the carrier frequency fc is performed regardless of the existence of the dead time period. During the period Tp, it is possible to prevent the period during which the pulse is generated at the output node 6 and the period during which the pulse disappears from appearing repeatedly.
これにより、指令電圧Vrの増加または減少に伴い、直流モータ4に印加される出力電圧が単調に増加または減少するので、出力電圧のリプルが減少し、定常運転期間に加え起動期間および停止前期間においてもPWM制御に伴うノイズ(例えば車両内の周辺機器であるラジオへのノイズ)を低減することができる。出力電圧のリプルが減少することにより、負荷電流ILのリプル分も低減するので、コイル10、MOSトランジスタ7、8などの主回路部品や負荷である直流モータ4などの発熱も抑えることができる。
As a result, as the command voltage Vr increases or decreases, the output voltage applied to the DC motor 4 monotonously increases or decreases, so that the ripple of the output voltage decreases, and in addition to the steady operation period, the start period and the pre-stop period The noise associated with PWM control (for example, noise to a radio as a peripheral device in the vehicle) can be reduced. By reducing the ripple of the output voltage, the ripple amount of the load current IL is also reduced, so that the heat generation of the main circuit components such as the
周波数拡散制御部24は、電圧偏差ΔVが収束判定値以下になったときに起動期間が終了したと判定する(第1の判定方法)ので、パルスの消滅の虞がなくなった時点つまり目標電圧に整定した時点から周波数拡散制御を開始できる。これにより、パルスの消滅の可能性が低下した早い時点から周波数拡散制御を開始してPWMノイズの低減を図ることができる。
The frequency spread
また、周波数拡散制御部24は、PWM制御信号Da1のデューティ比がfcmax・Tdよりも大きく設定された第1しきい値Dt1以上になったときに起動期間が終了したと判定する(第2の判定方法)こともできる。これにより、目標電圧の大きさにかかわらず、パルスの消滅の虞がなくなった早い時点から周波数拡散制御を開始することができる。この第2の判定方法は、停止前期間においても採用することができ、同様の効果が得られる。
Further, the frequency spread
(第2の実施形態)
図9は、本発明の第2の実施形態を示すスイッチング電源装置31の概略構成図である。図1と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。スイッチング電源装置31は、入力電圧Vinを降圧して出力電圧Voutを生成するシリーズレギュレータである。駆動制御装置32(スイッチング制御装置)は、電圧制御部33とドライバ14、15とから構成されており、MOSトランジスタ7、8のゲートに対しPWM駆動信号Db1、Db2を出力する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a switching
電圧制御部33は、指令電圧Vrを生成する指令電圧生成部(図示せず)を有しているが、第1の実施形態と同様にECU2などの外部から与えられる指令信号に基づいて指令電圧Vrを生成する構成としてもよい。電圧制御部33の動作は、既述した電圧制御部13の動作と同様である。本実施形態によっても第1の実施形態と同様の作用および効果が得られる。
The
(その他の実施形態)
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation and expansion | extension can be performed within the range which does not deviate from the summary of invention.
周波数拡散制御部24は、起動開始から所定の制限時間が経過した時点で起動期間が終了したと判定できない場合に周波数拡散制御を開始する保護機能を備えてもよい。
主回路は、デッドタイム期間を確保しつつスイッチング電源をPWM制御するものであればよい。従って、直流モータその他の負荷を駆動するためのHブリッジやブラシレス直流モータを駆動するための三相ブリッジなどのインバータ回路、種々のチョッパ回路、種々のスイッチング電源回路などであってもよい。
The frequency spreading
The main circuit may be any circuit that performs PWM control of the switching power supply while ensuring a dead time period. Therefore, an inverter circuit such as an H bridge for driving a DC motor or other load or a three-phase bridge for driving a brushless DC motor, various chopper circuits, various switching power supply circuits, or the like may be used.
指令電圧は、第1の実施形態に示すように外部から与えてもよいし、第2の実施形態に示すようにスイッチング制御装置の内部で生成してもよい。
起動期間におけるPWM制御信号のデューティ比は、単調増加である必要はなく、一部においてデューティ比が増大する期間を含んでいればよい。同様に、停止前期間におけるPWM制御信号のデューティ比は、単調減少である必要はなく、一部においてデューティ比が減少する期間を含んでいればよい。
The command voltage may be given from the outside as shown in the first embodiment, or may be generated inside the switching control device as shown in the second embodiment.
The duty ratio of the PWM control signal in the start-up period does not need to increase monotonously, and may include a period in which the duty ratio increases in part. Similarly, the duty ratio of the PWM control signal in the pre-stop period need not be monotonously decreased, but may include a period during which the duty ratio decreases in part.
周波数拡散制御は、PWM制御のキャリア周波数fcを変更するものであればよく、その拡散方法は図4ないし図6に示すものに限られない。
スイッチング素子は、MOSトランジスタに限られず、バイポーラトランジスタやIGBTであってもよい。
The frequency spread control may be any one that changes the carrier frequency fc of PWM control, and the spread method is not limited to that shown in FIGS.
The switching element is not limited to a MOS transistor, and may be a bipolar transistor or an IGBT.
図面中、4は直流モータ(負荷)、7、8はMOSトランジスタ(スイッチング素子)、12、32は駆動制御装置(スイッチング制御装置)、20は電圧検出部(電圧検出手段)、24は周波数拡散制御部(周波数拡散制御手段)である。 In the drawings, 4 is a DC motor (load), 7 and 8 are MOS transistors (switching elements), 12 and 32 are drive control devices (switching control devices), 20 is a voltage detection unit (voltage detection means), and 24 is frequency spread. It is a control unit (frequency spreading control means).
Claims (2)
前記PWM制御信号のデューティ比が増大する起動期間および前記PWM制御信号のデューティ比が減少する停止前期間において、それぞれ前記PWM制御信号のキャリア周波数を一定に制御し、前記起動期間および停止前期間以外のスイッチング動作期間において、前記PWM制御信号のキャリア周波数を時間経過とともに複数の周波数に切り替える周波数拡散制御を実行する周波数拡散制御手段を備え、
前記周波数拡散制御で用いる最も高いキャリア周波数をfcmaxとした場合、前記周波数拡散制御手段は、前記起動期間において、前記PWM制御信号のデューティ比が(fcmax×デッドタイム期間)よりも大きく設定された第1しきい値以上になったことを条件として前記周波数拡散制御を開始し、前記停止前期間において、前記PWM制御信号のデューティ比が(fcmax×デッドタイム期間)よりも大きく設定された第2しきい値以下になったことを条件として前記周波数拡散制御を停止することを特徴とするスイッチング制御装置。 In a switching control device that generates a PWM control signal based on a command voltage and applies a PWM drive signal that secures a dead time period to the PWM control signal to a switching element,
In the start-up period in which the duty ratio of the PWM control signal increases and the pre-stop period in which the duty ratio of the PWM control signal decreases, the carrier frequency of the PWM control signal is controlled to be constant, except for the start-up period and the pre-stop period in the switching operation period, with a frequency spread control means for performing frequency spreading control for switching a plurality of frequency over time the carrier frequency of the PWM control signal,
When the highest carrier frequency used in the frequency spread control is fcmax, the frequency spread control means is configured such that the duty ratio of the PWM control signal is set to be larger than (fcmax × dead time period) in the start-up period. The frequency spread control is started on condition that the threshold value is 1 or more, and the duty ratio of the PWM control signal is set to be larger than (fcmax × dead time period) in the period before the stop. A switching control device characterized in that the frequency spread control is stopped on condition that the threshold value is not more than a threshold value .
前記周波数拡散制御手段は、前記起動期間において、前記指令電圧に対する前記検出電圧の偏差が所定の収束判定値以下になったことを条件として前記周波数拡散制御を開始することを特徴とする請求項1記載のスイッチング制御装置。 Voltage detecting means for detecting a voltage output from the switching element to a load;
2. The frequency spread control means starts the frequency spread control on the condition that a deviation of the detected voltage with respect to the command voltage is equal to or less than a predetermined convergence determination value during the start-up period. The switching control device described.
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