JP6773016B2 - Load drive - Google Patents
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Description
本発明は、負荷駆動装置に関する。 The present invention relates to a load drive device.
誘導性負荷にハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを接続してローサイドスイッチをPWM駆動するように構成された、負荷駆動装置が知られている(例えば特許文献1参照)。PWMはpulse width modulationの略である。 A load driving device is known in which a high-side switch and a low-side switch are connected to an inductive load to PWM-drive the low-side switch (see, for example, Patent Document 1). PWM is an abbreviation for pulse width modulation.
この種の負荷駆動装置において、スイッチングによる電源電圧変動、スイッチング損失によるスイッチ素子発熱、等の課題がある。スイッチングによる電源電圧変動に対しては、電源ラインにノイズフィルタを設けたり、スルーレートを遅くしたりすることによって、対策が可能である。しかしながら、ノイズフィルタを設けると、回路構成が複雑化する懸念がある。また、スルーレートを遅くすると、トレードオフとして、スイッチ素子の発熱量が大きくなる。 In this type of load drive device, there are problems such as power supply voltage fluctuation due to switching and switch element heat generation due to switching loss. Countermeasures against fluctuations in the power supply voltage due to switching can be taken by providing a noise filter in the power supply line or slowing down the slew rate. However, if a noise filter is provided, there is a concern that the circuit configuration becomes complicated. Further, if the slew rate is slowed down, the amount of heat generated by the switch element increases as a trade-off.
本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものであり、例えば、スイッチングによる電源電圧変動、あるいは、スイッチング損失によるスイッチ素子発熱を、簡略な回路構成により抑制可能な負荷駆動装置を提供する。 The present invention has been made in view of the circumstances exemplified above, and provides, for example, a load drive device capable of suppressing power supply voltage fluctuation due to switching or switch element heat generation due to switching loss by a simple circuit configuration. To do.
請求項1に記載の負荷駆動装置(1)は、誘導性負荷(2)を駆動するものであって、前記誘導性負荷よりも電源(3)側に設けられるように前記誘導性負荷のハイサイドに電気接続される第一スイッチ(11)と、前記誘導性負荷よりも接地端側に設けられるように前記誘導性負荷のローサイドに電気接続される第二スイッチ(12)と、前記第一スイッチおよび前記第二スイッチの駆動を制御するように設けられた制御部(15)とを備えている。前記制御部は、前記第一スイッチを駆動するPWM信号である第一駆動信号と、前記第二スイッチを駆動するPWM信号であって前記第一駆動信号に対して所定の位相差を有する第二駆動信号とを出力するように構成されている。前記第一駆動信号と前記第二駆動信号とは、制御周期が等しく、前記位相差が前記制御周期の半分である。
The load driving device (1) according to
なお、上記および特許請求の範囲の欄における、各手段に付された括弧付きの参照符号は、同手段と後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。よって、本発明の技術的範囲は、上記の参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。 The reference numerals in parentheses attached to each means in the above and the columns of claims indicate an example of the correspondence between the means and the specific means described in the embodiments described later. Therefore, the technical scope of the present invention is not limited by the above description of the reference numerals.
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがあるため、当該実施形態の説明の後にまとめて記載する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that, as for various modifications applicable to one embodiment, if they are inserted in the middle of a series of explanations regarding the embodiment, the understanding of the embodiment may be hindered. It will be described together after the explanation.
(負荷駆動装置の概略構成)
図1を参照すると、負荷駆動装置1は、車両に搭載された誘導性負荷2を、電源3から供給された電力により駆動するように構成されている。本実施形態においては、誘導性負荷2は、例えば、ブレーキ液圧制御用アクチュエータに備えられた電動モータであって、トロコイドポンプ等の回転式ポンプを回転駆動可能に設けられている。
(Outline configuration of load drive device)
Referring to FIG. 1, the
電源3は、車両に搭載されたバッテリすなわち直流電源であって、所定電圧(例えば+12V)を出力するように設けられている。電源3における高電位側出力端子(すなわちプラス端子)には、高電位側電源線3aが電気接続されている。電源3における低電位側出力端子(すなわちマイナス端子)には、低電位側電源線3bが電気接続されている。低電位側電源線3bは接地されている。
The
本実施形態においては、負荷駆動装置1は、第一スイッチ11と、第二スイッチ12と、還流回路13と、ノイズフィルタ14と、制御部15とを備えている。
In the present embodiment, the
第一スイッチ11は、誘導性負荷2のハイサイドに電気接続されるハイサイドスイッチであって、電源3と誘導性負荷2との間に設けられている。すなわち、第一スイッチ11は、誘導性負荷2よりも電源3側に設けられている。
The
具体的には、本実施形態においては、第一スイッチ11は、NチャネルMOSFETであって、ドレイン端子、ソース端子、およびゲート端子を有している。ドレイン端子は、ノイズフィルタ14を介して、高電位側電源線3aに電気接続されるようになっている。ソース端子は、誘導性負荷2における一端側の第一端子21に電気接続されるようになっている。ゲート端子は、制御部15に電気接続されている。
Specifically, in the present embodiment, the
第二スイッチ12は、誘導性負荷2のローサイドに電気接続されるローサイドスイッチであって、誘導性負荷2と接地端との間に設けられている。すなわち、第二スイッチ12は、誘導性負荷2よりも接地端側に設けられている。
The
具体的には、本実施形態においては、第二スイッチ12は、NチャネルMOSFETであって、ドレイン端子、ソース端子、およびゲート端子を有している。ドレイン端子は、誘導性負荷2における他端側の第二端子22に電気接続されるようになっている。ソース端子は、低電位側電源線3bに電気接続されることで接地されるようになっている。ゲート端子は、制御部15に電気接続されている。
Specifically, in the present embodiment, the
第二スイッチ12は、スイッチング特性および熱特性、具体的には、オン抵抗、過渡熱抵抗、ゲート容量、等に関して、第一スイッチ11と同一あるいはほぼ同一の特性を有している。典型的には、第二スイッチ12としては、第一スイッチ11と同一品番のスイッチ素子が用いられ得る。
The
誘導性負荷2の還流経路を構成する還流回路13は、第一スイッチ11と第二スイッチ12との間で、誘導性負荷2と並列に電気接続されるようになっている。具体的には、還流回路13は、一端が誘導性負荷2における第一端子21に電気接続されるとともに、他端が誘導性負荷2における第二端子22に電気接続されるようになっている。
The
周知の通り、還流回路13は、通電状態から遮断状態に切り替えられた際に、電流を誘導性負荷2における第二端子22から第一端子21に還流させるように設けられている。通電状態とは、第一スイッチ11と第二スイッチ12とがともにONされている状態である。一方、遮断状態とは、第一スイッチ11と第二スイッチ12とのうちの少なくともいずれか一方がOFFされている状態である。例えば、還流回路13は、カソードが第一端子21に電気接続されるとともにアノードが第二端子22に電気接続される還流ダイオードであってもよい。
As is well known, the
ノイズフィルタ14は、第一スイッチ11のハイサイド、すなわち、電源3と第一スイッチ11との間に設けられている。具体的には、ノイズフィルタ14は、高電位側電源線3aに電気接続されている。ノイズフィルタ14は、第一スイッチ11または第二スイッチ12のスイッチング動作時に発生する、電源電圧上のスイッチングノイズを低減するためのフィルタ回路であって、所定周波数以下の周波数の信号を減衰させるローパスフィルタ等によって構成されている。
The
制御部15は、第一スイッチ11および第二スイッチ12の駆動を制御するように設けられている。具体的には、本実施形態においては、制御部15は、電源3の出力電圧を昇圧する昇圧回路を有していて、高電位側電源線3aに電気接続されている。また、制御部15は、第一スイッチ11および第二スイッチ12におけるゲート端子に印加するゲート電圧を出力可能に構成されたドライバ回路を有していて、第一スイッチ11および第二スイッチ12におけるゲート端子に電気接続されている。さらに、制御部15は、ドライバ回路におけるゲート電圧の出力を制御する制御回路を有している。
The
本実施形態においては、制御部15は、誘導性負荷2の駆動時に、第一スイッチ11および第二スイッチ12の双方を同時にPWM駆動するように構成されている。具体的には、制御部15は、第一駆動信号を第一スイッチ11におけるゲート端子に出力するとともに、第二駆動信号を第二スイッチ12におけるゲート端子に出力するようになっている。第一駆動信号は、第一スイッチ11を駆動するPWM信号である。第二駆動信号は、第二スイッチ12を駆動するPWM信号であって、第一駆動信号に対して所定の位相差を有している。具体的には、本実施形態においては、第一駆動信号と第二駆動信号とは、制御周期が等しく、位相差が制御周期の半分である。制御周期は、PWM制御のキャリア周波数であるPWM周波数の逆数であり、PWM周期とも云い得る。
In the present embodiment, the
(動作概要)
以下、本実施形態に係る負荷駆動装置1の動作概要と、本実施形態の構成により奏される効果について、図1に加えて、図2および図3のタイムチャートを参照しつつ説明する。
(Outline of operation)
Hereinafter, the operation outline of the
図2および図3のタイムチャートにおいて、「VA」は、図1において、ノイズフィルタ14を省略した場合の、スイッチングノイズによる電源電圧変動を示す。「Im」は、負荷電流、すなわち、誘導性負荷2を通流する電流を示す。「SW1」は、第一スイッチ11におけるスイッチング動作を示す。「SW2」は、第二スイッチ12におけるスイッチング動作を示す。
In the time charts of FIGS. 2 and 3, “VA” indicates the power supply voltage fluctuation due to switching noise when the
「比較例」は、従来技術と同様に、第一スイッチ11を常時ONしつつ第二スイッチ12をPWM駆動した場合の動作概要を示す。「実施例1」および「実施例2」は、本実施形態に係る負荷駆動装置1の動作概要を示す。「実施例1」および「実施例2」において、「SW1」は第一駆動信号に相当し、「SW2」は第二駆動信号に相当する。なお、比較例、実施例1、および実施例2において、説明の単純化のため、デューティ比は0.5とする。
The “comparative example” shows an outline of the operation when the
図1および図2を参照すると、比較例においては、誘導性負荷2を周波数fで駆動するために、第二スイッチ12をPWM周波数fで駆動する必要がある。これに対し、本実施形態に係る実施例1によれば、デューティ比を0.75としたPWM周波数f/2の第一駆動信号および第二駆動信号を用いることで、誘導性負荷2を周波数fで駆動することができる。これにより、実施例1の場合、比較例の場合と比較して、第二スイッチ12における駆動周波数を半減させることができ、以て、第二スイッチ12におけるスイッチング損失による素子発熱が、良好に低減される。
Referring to FIGS. 1 and 2, in the comparative example, in order to drive the
実施例2は、実施例1におけるPWM周波数をfとした場合を示す。図1および図3を参照すると、実施例2の場合、誘導性負荷2が周波数2fで駆動される。すると、実施例2の場合の電源電圧変動ΔVA2は、比較例および実施例1の場合の電源電圧変動ΔVA1よりも小さくなる。したがって、実施例2の場合、ノイズフィルタ14を設ける際の回路構成が、比較例および実施例1の場合よりも簡素化され得る。
The second embodiment shows the case where the PWM frequency in the first embodiment is f. With reference to FIGS. 1 and 3, in the case of the second embodiment, the
以上に説明した通り、本実施形態の構成においては、制御部15は、誘導性負荷2の駆動時に、第一スイッチ11および第二スイッチ12の双方を、位相差を設けつつ同時にPWM駆動する。すなわち、第一スイッチ11は、PWM信号である第一駆動信号により駆動される。また、第二スイッチ12は、第一駆動信号に対して所定の位相差を有するPWM信号である第二駆動信号により駆動される。これにより、スイッチングによる電源電圧変動、あるいは、スイッチング損失によるスイッチ素子発熱を、簡略な回路構成により抑制することが可能となる。
As described above, in the configuration of the present embodiment, when the
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態との相違点を主として説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、相互に同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。
(Modification example)
The present invention is not limited to the above embodiment. Therefore, the above embodiment can be changed as appropriate. A typical modification will be described below. In the following description of the modified example, the differences from the above-described embodiment will be mainly described. Further, in the above-described embodiment and the modified example, the same reference numerals are given to the portions that are the same or equal to each other. Therefore, in the following description of the modified example, the description in the above embodiment may be appropriately incorporated with respect to the component having the same reference numeral as that in the above embodiment, unless there is a technical contradiction or a special additional explanation.
本発明の適用対象は、車両に搭載されたブレーキ液圧制御用アクチュエータに限定されない。また、本発明の適用対象は、車載装置に限定されない。 The application of the present invention is not limited to the brake fluid pressure control actuator mounted on the vehicle. Further, the application target of the present invention is not limited to the in-vehicle device.
本発明は、上記実施形態にて示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、電源3は、バッテリに限定されない。すなわち、例えば、電源3は、交流を直流に変換する回路を有していてもよい。あるいは、電源3は、直流電圧を昇圧または降圧する回路を有していてもよい。
The present invention is not limited to the specific device configuration shown in the above embodiment. For example, the
誘導性負荷2は、モータに限定されない。すなわち、例えば、誘導性負荷2は、ソレノイドであってもよいし、コイルであってもよい。
The
第一スイッチ11および第二スイッチ12は、NチャネルMOSFETに限定されない。すなわち、例えば、第一スイッチ11および第二スイッチ12は、PチャネルMOSFETであってもよい。また、第一スイッチ11および第二スイッチ12として、MOSFET以外のスイッチ素子、例えば、IGBT等の半導体スイッチ素子が用いられ得る。IGBTはInsulated Gate Bipolar Transistorの略である。
The
還流回路13は、還流ダイオード以外の回路素子を含んでいてもよい。あるいは、誘導性負荷2の種類等によっては、還流回路13は、省略可能である。また、ノイズフィルタ14は、省略可能である。
The
本発明は、上記実施形態にて示された具体的な動作例に限定されない。具体的には、例えば、第一駆動信号と第二駆動信号との位相差は、制御周期の半分に限定されない。 The present invention is not limited to the specific operation example shown in the above embodiment. Specifically, for example, the phase difference between the first drive signal and the second drive signal is not limited to half of the control cycle.
変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の変形例が、相互に組み合わされ得る。さらに、上記実施形態の全部または一部と、変形例の全部または一部とが、相互に組み合わされ得る。 Modifications are also not limited to the above examples. Also, a plurality of variants can be combined with each other. Further, all or part of the above embodiments and all or part of the modifications may be combined with each other.
上記実施形態および変形例を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に本発明が限定されることはない。同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。 It goes without saying that the elements constituting the above-described embodiment and modification are not necessarily essential except when it is clearly stated that they are essential and when they are clearly considered to be essential in principle. In addition, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, and range of components are mentioned, unless it is clearly stated that they are indispensable, or when the number is clearly limited in principle, the specification is specified. The present invention is not limited to the number of. Similarly, except when the shape, direction, positional relationship, etc. of the constituent elements are mentioned, when it is clearly stated that it is particularly essential, or when it is limited to a specific shape, direction, positional relationship, etc. in principle. The present invention is not limited to the shape, direction, positional relationship, and the like.
1 負荷駆動装置
2 誘導性負荷
3 電源
3a 高電位側電源線
3b 低電位側電源線
11 第一スイッチ
12 第二スイッチ
13 還流回路
14 ノイズフィルタ
15 制御部
21 第一端子
22 第二端子
1
Claims (3)
前記誘導性負荷よりも電源(3)側に設けられるように、前記誘導性負荷のハイサイドに電気接続される第一スイッチ(11)と、
前記誘導性負荷よりも接地端側に設けられるように、前記誘導性負荷のローサイドに電気接続される第二スイッチ(12)と、
前記第一スイッチおよび前記第二スイッチの駆動を制御するように設けられた制御部(15)と、
を備え、
前記制御部は、前記第一スイッチを駆動するPWM信号である第一駆動信号と、前記第二スイッチを駆動するPWM信号であって前記第一駆動信号に対して所定の位相差を有する第二駆動信号とを出力するように構成され、
前記第一駆動信号と前記第二駆動信号とは、制御周期が等しく、前記位相差が前記制御周期の半分である、
負荷駆動装置。 A load drive device (1) that drives an inductive load (2).
A first switch (11) electrically connected to the high side of the inductive load so as to be provided on the power supply (3) side of the inductive load.
A second switch (12) electrically connected to the low side of the inductive load so as to be provided on the ground end side of the inductive load.
A control unit (15) provided to control the driving of the first switch and the second switch, and
With
The control unit has a second drive signal, which is a PWM signal for driving the first switch, and a second drive signal, which is a PWM signal for driving the second switch, and has a predetermined phase difference with respect to the first drive signal. is configured to output a drive signal,
The first drive signal and the second drive signal have the same control cycle, and the phase difference is half of the control cycle.
Load drive device.
請求項1に記載の負荷駆動装置。 A noise filter (14) electrically connected to the high side of the first switch is further provided.
The load drive device according to claim 1.
請求項1または2に記載の負荷駆動装置。 A reflux circuit (13) is further provided between the first switch and the second switch, which is electrically connected in parallel with the inductive load.
The load drive device according to claim 1 or 2 .
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