JP7247357B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本出願は、２０１９年９月２４日に出願された日本国特許出願第２０１９－１７３３９０号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本明細書は、モータ制御装置に関する技術を開示する。

特開２０１８－５８１４３号公報（以下、特許文献１と称する）に、三相インバータを備えたモータを駆動するモータ駆動装置が開示されている。三相インバータは、Ｕ相トランジスタ対（トランジスタＵＨ，ＵＬ）と、Ｖ相トランジスタ対（トランジスタＶＨ，ＶＬ）と、Ｗ相トランジスタ対（トランジスタＷＨ，ＷＬ）を備えている。各トランジスタ対は、電源に接続されており、トランジスタ対同士は並列に接続されている。トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨが高電圧側に接続され、トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬが低電圧側に接続されている。

特許文献１では、例えばトランジスタＵＨとトランジスタＶＬがオンしているときに、トランジスタＵＨとトランジスタＶＬの一方（具体的にはトランジスタＵＨ）を、デューティ比に基づいてスイッチングする（以下、ＰＷＭ制御という）。また、特許文献１では、トランジスタＵＨがオフしている間に、トランジスタＵＨに直列接続されているトランジスタＵＬをオンさせる（以下、相補ＰＷＭ制御という）。特許文献１では、デューティ比が閾値を超えている場合（すなわち、トランジスタＵＨのオフ時間が短い場合）、トランジスタＵＬをオンさせず、トランジスタＵＬをオフ状態に維持する。すなわち、デューティ比が閾値を超えると、相補ＰＷＭ制御を行わず、ＰＷＭ制御のみを行う。

特許文献１では、デューティ比が閾値を超えたときに相補ＰＷＭ制御を停止することにより、Ｕ相トランジスタ対（トランジスタＵＨ，ＵＬ）の双方が同時にオンすることを防止している。しかしながら、相補ＰＷＭ制御を停止すると、各トランジスタの発熱量が増大し、発熱に対策するための構造、装置等を設けることが必要となる。各トランジスタの発熱を抑制することができれば、発熱に対策するための構造、装置等を省略（あるいは、簡素化）することができ、大きな利点が得られる。本明細書は、インバータを構成しているトランジスタの発熱を抑制し得るモータ駆動装置を実現する技術を提供する。

本明細書で開示する第１技術は、インバータに接続されるモータを駆動するモータ制御装置である。インバータは、電源の高圧側に接続される上アーム素子と電源の低圧側に接続される下アーム素子とが直列に接続されたスイッチング素子対を複数個有していてよい。このモータ制御装置では、モータに通電するためにオン選択された上アーム素子と下アーム素子の一方の第１素子をデューティ比に基づいてスイッチングするＰＷＭ制御を行ってよい。また、モータ制御装置は、第１素子に直列に接続されている第２素子が第１素子のオフ期間に所定時間オンする相補ＰＷＭ制御を行うように、第２素子をスイッチングさせるデューティ指令値を決定し、決定したデューティ指令値が閾値以下の場合は相補ＰＷＭ制御を行ってよい。さらに、決定したデューティ指令値が閾値より大きい場合は、第１素子に対し、複数のキャリア周期に亘ってオンし続ける第１期間と、第１期間でオフしない分長くオフする修正デューティ比を実行する第２期間とを設けるとともに、第１期間と第２期間の合計期間における平均デューティ比が設定されたデューティ比と同一である平均ＰＷＭ制御を行い、第２期間において第１素子がオフしている間に第２素子をオンさせてよい。

本明細書で開示する第２技術は、上記第１技術のモータ制御装置であり、修正デューティ比が閾値より小さいときは、モータを駆動している期間全体に亘って平均ＰＷＭ制御を行い、修正デューティ比が閾値以上のときは、オン選択された上アーム素子と下アーム素子のうちの第１素子とは異なる第３素子がオフするまでの期間は平均ＰＷＭ制御を行い、第３素子がオフしてから第１素子がオフするまでの期間はデューティ比１００％で制御を行ってよい。

本明細書で開示する第３技術は、上記第１または２技術のモータ制御装置であり、修正デューティ比を設定するときに、第１期間がｎキャリア周期に亘っているときの第２期間の第ｎ修正デューティ比と閾値を比較し、第ｎ修正デューティ比が閾値より大きいときは、第１期間がｎ＋１キャリア周期に亘っているときの第２期間の第ｎ＋１修正デューティ比を算出することを繰り返してよい（ｎ≧２，ｎは整数）。

第１技術によると、第１素子のデューティ比が従来は相補ＰＷＭ制御を行うことができない程に大きい場合であっても、相補ＰＷＭ制御を行うことができる。具体的には、相補ＰＷＭ制御を行う場合、第１素子と第２素子（例えばトランジスタＵＨ，ＵＬ）が同時にオンすることを防止するため、第１素子がオフしている期間のうち、オフ直後と、次のオンの直前は第２素子をオンさせない。すなわち、第１素子と第２素子の両者がオフする期間（デッドタイム）を設けることが必要となる。従来は、第１素子のデューティ比が大きくなる（閾値を超える）と、デッドタイムを確保することができなくなるので、相補ＰＷＭ制御を行わず、ＰＷＭ制御のみを行っていた。

第１技術によると、第１素子のオン時間とオフ時間の比率（デューティ比）は変えず、１度にオンする時間を長くし（第１期間で本来の数キャリア周期分オンし続け）、第２期間においてオフする時間を長くする。すなわち、第１素子を平均ＰＷＭ制御でスイッチングする。その結果、第１素子のデューティ比が本来は相補ＰＷＭ制御を行えないような大きな値であっても、第１素子のオフ時間が長く確保され、第２素子は相補ＰＷＭ制御でスイッチングすることができる。すなわち、平均ＰＷＭ制御期間のうちの第２期間に相補ＰＷＭ制御を行うことにより、従来よりも第１素子のデューティ比が大きい範囲まで相補ＰＷＭ制御を行うことができる。その結果、従来と比較して、トランジスタの発熱を抑制することができる。なお、デューティ指令値とは、第１素子がオンしたタイミングから第２素子がオンするタイミングまでの時間である。第１素子のデューティ比が大きくなると、第１素子がオンしてからオフするまでの時間が長くなり、デューティ指令値も大きくなる。以下、平均ＰＷＭ制御期間のうちの第２期間に相補ＰＷＭ制御を行う制御を、相補平均ＰＷＭ制御という。

第２技術によると、トランジスタのスイッチング頻度を少なくすることができる。トランジスタのスイッチング損失が低減して発熱を抑制することができるとともに、モータを流れる電流がハンチングすることを抑制することもできる。

第３技術によると、第１期間（第１素子がオンし続ける期間）を過大にすることなく、相補平均ＰＷＭ制御を行うことができる。換言すると、相補平均ＰＷＭ制御を行うことができる最短の第１期間を設定することができる。

インバータの回路図を示す。 モータを駆動するときのインバータのタイミングテーブルを示す。 相補ＰＷＭ制御を説明する図を示す。 デューティ比とデューティ指令値の関係を説明する図を示す。 上アーム素子のスイッチングタイミングを変更したタイミングテーブルを示す。 上アーム素子のスイッチングタイミングを変更したタイミングテーブルを示す。 相補平均ＰＷＭ制御が行われるタイミングを示す。 相補平均ＰＷＭ制御が行われるタイミングを示す。 モータ制御装置が実行する制御のフローチャートを示す。 モータ制御装置が実行する制御のフローチャートを示す。 モータ制御装置が実行する制御のフローチャートを示す。

（インバータ）
図１を参照し、インバータ１００について説明する。インバータ１００は、モータＭに接続され、モータＭに対して駆動電流を供給する。インバータ１００は、電源１２と、電源１２の周波数を変化させるインバータ回路５と、インバータ回路５を構成するトランジスタ（ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ）のオンオフを切換える（スイッチングする）ゲート制御回路８と、ゲート制御回路８を制御するモータ制御装置１０を備えている。ゲート制御回路８及びモータ制御装置１０は、電源１２に接続されている。なお、図示は省略するが、モータ制御装置１０は、ＣＰＵ及びメモリを備えている。また、モータ制御装置１０には、モータＭのロータ位置を検出する回路、モータＭに流れている電流を検出する回路等からの信号が入力される。

インバータ１００は三相インバータであり、インバータ回路５は３個のスイッチング素子対（Ｕ相スイッチング素子対６，Ｖ相スイッチング素子対４，Ｗ相スイッチング素子対２）を含んでいる。なお、インバータ回路５は、ブリッジ回路と呼ばれることもある。各スイッチング素子対２，４，６は電源１２に接続されており、スイッチング素子対２，４，６同士は並列に接続されている。各スイッチング素子対２，４，６は、電源１２の高圧側に接続されている上アーム素子（トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ）と、上アーム素子と直列に接続されており、電源１２の低圧側に接続されている下アーム素子（トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）を備えている。

トランジスタＵＨとトランジスタＵＬが直列に接続されており、トランジスタＶＨとトランジスタＶＬが直列に接続されており、トランジスタＷＨとトランジスタＷＬが直列に接続されている。上アーム素子と下アーム素子の間に、３個の配線１４，１６，１８が接続されている。配線１４，１６，１８は、モータＭの端子に接続されている。具体的には、配線１４がトランジスタＵＨとトランジスタＵＬの中間部分に接続されており、配線１６がトランジスタＶＨとトランジスタＶＬの中間部分に接続されており、配線１８がトランジスタＷＨとトランジスタＷＬの中間部分に接続されている。モータ制御装置１０は、トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをスイッチングし、配線１４，１６，１８に流れる電流を変化させることによってモータＭを駆動する。なお、各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートは、ゲート配線（図示省略）を介してゲート制御回路８に接続されている。

（インバータ回路のスイッチング状態）
図２を参照し、モータＭを駆動するときの、各トランジスタのスイッチング状態について説明する。タイミングテーブル２０は、モータＭの回転角（ロータの位相）と各トランジスタのスイッチング状態（オンオフ状態）を示している。モータＭを駆動する際、モータ制御装置１０は、ゲート制御回路８を制御し、上アーム素子（トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ）のうちの１個をオン選択し、オン選択された上アーム素子と直列に接続されていない下アーム素子（トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）のうちの１個をオン選択し、モータＭに電流を供給する。例えば、回転角０～６０度の間はトランジスタＵＨとトランジスタＶＬをオン選択し、回転角６０～１２０度の間はトランジスタＵＨとトランジスタＷＬをオン選択し、回転角１２０～１８０度の間はトランジスタＶＨとトランジスタＷＬをオン選択する。各トランジスタは、モータＭ（ロータ）が１２０度回転する間オンし続け、モータＭが６０度回転する毎に上アーム素子と下アーム素子の組合せが変わる。

モータ制御装置１０は、例えば、回転角０～６０度の間、トランジスタＵＨをデューティ比に基づいてスイッチングし、モータＭの回転数を調整する。但し、トランジスタＶＬは、回転角０～６０度の間、オン状態を維持させる。回転角０～６０度の間、トランジスタＵＨは第１素子の一例である。回転角６０～３６０度の間も、モータ制御装置１０は、オン選択された２個のトランジスタのうちの一方のトランジスタを、デューティ比に基づいてスイッチングさせる。すなわち、モータ制御装置１０は、ＰＷＭ制御を行い、モータＭの回転数を調整する。図２には、デューティ比に基づいてスイッチングするトランジスタ（ＰＷＭ制御で駆動するトランジスタ）について、ＰＷＭ制御で駆動する期間が「Ｄ１」で示されている。「Ｄ１」が付されているトランジスタは何れも、「Ｄ１」が付されている期間（回転角）における第１素子の一例である。

モータ制御装置１０は、さらに、デューティ比に基づいてスイッチングするトランジスタ（第１素子）に直列に接続されているトランジスタ（回転角０～６０度の場合、トランジスタＵＬ）を、第１素子がオフしてる間、所定時間オンさせる。回転角０～６０度において、トランジスタＵＬが第２素子の一例である。モータ制御装置１０は、モータＭの駆動中、相補ＰＷＭ制御を行うように各トランジスタを制御する。図２には、各回転角における第２素子及び第２素子が相補ＰＷＭ制御を行う期間が「Ｄ２」で示されている。なお、モータ制御装置１０は、常に相補ＰＷＭ制御を行う訳ではない。第１素子のデューティ比によって、相補ＰＷＭ制御、及び／又は、ＰＷＭ制御を行わないこともある。モータ制御装置１０が相補ＰＷＭ制御，ＰＷＭ制御を行う条件については後述する。

（相補ＰＷＭ制御の説明）
図３は、回転角０～６０度におけるトランジスタＵＨ（第１素子）とトランジスタＵＬ（第２素子）のスイッチング状態（タイミングテーブルの一部）を示している。図３の（ａ）～（ｃ）は、トランジスタＵＨのデューティ比が異なる。なお、図３では、回転角０～６０度におけるトランジスタＵＨ，ＵＬのスイッチング状態の一部を示している。実際は、回転角０～６０度の間に、図３に示す波形が繰り返し多数出現する。（ａ）に示すタイミングテーブル３０では、トランジスタＵＨは時間Ｔ１オンした後に時間Ｔ２オフする動作を繰り返す。すなわち、トランジスタＵＨのデューティ比は「時間Ｔ１／（時間Ｔ１＋時間Ｔ２）×１００％」である。トランジスタＵＬは、トランジスタＵＨがオフしてから時間ｂ０後にオンし、時間ａ０オンした後（トランジスタＵＨがオンする時間ｂ０前）にオフする。すなわち、トランジスタＵＨとトランジスタＵＬが同時にオンする状態を避けるため、両者がオフしている期間（時間ｂ０）を設ける。時間ｂ０はデッドタイムと呼ばれる。

（ｂ）に示すタイミングテーブル４０では、タイミングテーブル３０と比較して、トランジスタＵＨのデューティ比が「時間Ｔ１１／（時間Ｔ１１＋時間Ｔ１２）×１００％」に増大している。なお、トランジスタＵＨのデューティ比が増大しても、デッドタイム（時間ｂ０）は変わらない。そのため、タイミングテーブル３０におけるトランジスタＵＬのオン時間（時間ａ０）と比較して、オン時間（時間ａ１）が短くなる。なお、トランジスタＵＨのデューティ比が増大すると、トランジスタＵＨがオンしてからトランジスタＵＬがオンするまでの時間も長くなる。モータ制御装置１０は、トランジスタＵＨのデューティ比と、デッドタイムの長さに基づき、トランジスタＵＬをオンさせるタイミング（デューティ指令値）を決定する。トランジスタＵＨのデューティ比が増大すると、トランジスタＵＬに対するデューティ指令値も増大する。タイミングテーブル３０，４０では、トランジスタＵＨはＰＷＭ制御で駆動され、トランジスタＵＬは相補ＰＷＭ制御で駆動される。

（ｃ）タイミングテーブル５０では、トランジスタＵＨのデューティ比がさらに増大し、トランジスタＵＨのオフ時間（時間Ｔ２２）がデッドタイム以下になっている（時間Ｔ２２≦２×ｂ０）。そのため、トランジスタＵＨのデューティ比が「時間Ｔ２１／（時間Ｔ２１＋時間Ｔ２２）×１００％」まで増大すると、このままでは、トランジスタＵＨがオフしている期間（時間Ｔ２２）にトランジスタＵＬをオンさせることができない。すなわち、従来のモータ制御装置では、トランジスタＵＨのデューティ比が大きくなり過ぎると、相補ＰＷＭ制御を行うことができなくなる。しかしながら、モータ制御装置１０は、トランジスタＵＨのデューティ比が「（時間Ｔ２１／（時間Ｔ２１＋時間Ｔ２２）×１００％」まで増大しても、タイミングテーブル５０を変更し、相補ＰＷＭ制御を行う。以下、タイミングテーブル５０のように、トランジスタＵＨのデューティ比が大きくなり過ぎたときにモータ制御装置１０が行う制御について説明する。

（モータ制御装置１０が行う制御）
図４から図６を参照し、トランジスタＵＨのデューティ比がタイミングテーブル５０のように増大したときにモータ制御装置１０が行う制御について説明する。図４は、タイミングテーブル５０の一部であり、図３（ｃ）より多くのサイクル周期を示している。なお、図４から図６では、モータ制御装置１０が行う制御を明瞭に説明するため、トランジスタＵＨのオフ時間（時間Ｔ２２）を実際より広く示している。図４に示すように、モータ制御装置１０は、トランジスタＵＨのデューティ比及びデッドタイムに基づき、トランジスタＵＬをオンさせるためのデューティ指令値Ａ１を決定する。しかしながら、トランジスタＵＨのデューティ比が大きく、デューティ指令値Ａ１が予め設定した閾値より大きくなるので、トランジスタＵＬをオンさせることができない。なお、「閾値」は、トランジスタＵＬをオンさせることができなくなるデューティ指令値Ａ１よりも僅かに小さい値が設定されている。

モータ制御装置１０は、デューティ指令値Ａ１が予め設定した閾値より大きい場合、トランジスタＵＨのスイッチングタイミングを変更する処理を行う。図５及び図６に、トランジスタＵＨのスイッチングタイミングを変更したタイミングテーブル５０ａ，タイミングテーブル５０ｂが示されている。なお、モータ制御装置１０は、タイミングテーブル３０のようにトランジスタＵＨのデューティ比が小さく、デューティ指令値Ａ１が設定された閾値未満の場合は、トランジスタＵＨのスイッチングタイミングを変更することなく、相補ＰＷＭ制御を行う（図２のタイミングテーブル２０も参照）。

図５に示すタイミングテーブル５０ａは、トランジスタＵＨを時間Ｔ２１の２倍オンした後、時間Ｔ２２の２倍オフする制御を示している。すなわち、タイミングテーブル５０ａでは、トランジスタＵＨを、タイミングテーブル５０に示す２キャリア周期分連造してオンした後、２キャリア周期分連続してオフする（図４も参照）。換言すると、タイミングテーブル５０ａは、トランジスタＵＨが第１期間Ｃ１オンし続け（トランジスタＵＨをデューティ比１００％で駆動し）、第２期間Ｃ２では第１期間Ｃ１でオフしなかった分だけタイミングテーブル５０よりも長くオフする修正デューティ比でトランジスタＵＨを駆動する。

タイミングテーブル５０ａでは、第１期間Ｃ１の長さ（第１期間Ｃ１のキャリア周期）は、デューティ指令値Ａ１の値と同一である。また、第２期間Ｃ２のデューティ比（修正デューティ比）は、（２×Ａ１-１００）％である。なお、上述したように、タイミングテーブル５０ａによる制御では、トランジスタＵＨを２キャリア周期分連続してオンした後、トランジスタＵＨを２キャリア周期分連続してオフしているだけなので、第１期間Ｃ１と第２期間Ｃ２の合計期間におけるトランジスタＵＨの平均デューティ比は、タイミングテーブル５０におけるトランジスタＵＨのデューティ比と同一である。以下、平均デューティ比を設定された（本来の）デューティ比と同一に維持したまま、トランジスタＵＬを第１期間Ｃ１と第２期間Ｃ２で異なるデューティ比で駆動する制御を、相補平均ＰＷＭ制御と呼ぶ。

図６に示すタイミングテーブル５０ｂは、トランジスタＵＨを時間Ｔ２１の３倍オンした後、時間Ｔ２２の３倍オフする制御を示している。タイミングテーブル５０ｂでは、第１期間Ｃ１の長さが「２×Ａ１」であり、第２期間Ｃ２のデューティ比が（３×Ａ１-２×１００）％である。なお、モータ制御装置１０は、デューティ指令値Ａ１の値に応じて、トランジスタＵＨを時間Ｔ２１のｎ倍（ｎ＞３，ｎは整数）オンした後、時間Ｔ２２のｎ倍オフする制御を行うこともできる。

図５及び図６に示すように、タイミングテーブル５０ａ，５０ｂでは、第２期間Ｃ２におけるトランジスタＵＨのオフ時間が、タイミングテーブル５０よりも長くなっている。そのため、トランジスタＵＬは、デッドタイムを確保しながら、トランジスタＵＨがオフしている期間にオンすることができる。モータ制御装置１０は、デューティ指令値Ａ１が予め設定した閾値より大きい場合、トランジスタＵＨを平均ＰＷＭ制御で駆動し、十分なオフ期間を確保してトランジスタＵＬをオンさせる（トランジスタＵＬを相補ＰＷＭ制御で駆動する）。以下、上アーム素子（トランジスタＵＨ）を平均ＰＷＭ制御で駆動することによって下アーム素子（トランジスタＵＬ）を相補ＰＷＭ制御で駆動する制御を、相補平均ＰＷＭ制御と呼ぶ。モータ制御装置１０は、従来は相補ＰＷＭ制御を行うことができない程トランジスタＵＨのデューティ比が大きい場合であっても、トランジスタＵＨを平均ＰＷＭ制御で駆動することにより、トランジスタＵＬを相補ＰＷＭ制御（相補平均ＰＷＭ制御）で駆動することを実現している。

図７及び図８は、相補平均ＰＷＭ制御が行われるときのモータＭの回転角（ロータの位相）と各トランジスタのスイッチング状態（オンオフ状態）を示している（タイミングテーブル６０，７０）。タイミングテーブル６０，７０には、平均ＰＷＭ制御で駆動するトランジスタについて、平均ＰＷＭ制御で駆動する期間が「Ｄ５１」で示されている。また、相補ＰＷＭ制御（相補平均ＰＷＭ制御）で駆動するトランジスタについて、相補ＰＷＭ制御（相補平均ＰＷＭ制御）で駆動する期間が「Ｄ５２」で示されている。図７に示すタイミングテーブル６０ように、モータ制御装置１０では、平均ＰＷＭ制御と相補平均ＰＷＭ制御を用いることにより、ＰＷＭ制御するトランジスタのデューティ比が小さく、デューティ指令値Ａ１が設定された閾値未満の場合と同様のトランジスタ及び期間、トランジスタをスイッチングすることができる（図２を比較参照）。

なお、図８に示すタイミングテーブル７０のように、モータ制御装置１０は、トランジスタを平均ＰＷＭ制御で駆動する（すなわち、相補平均ＰＷＭ制御を行う）期間と、ＰＷＭ制御（平均ＰＷＭ制御）が行われる対象のトランジスタをデューティ比１００％で駆動する（すなわち、ＰＷＭ制御を行わない）期間を交互に設ける場合もある。例えば、回転角０～１２０度において、オン選択されたトランジスタＵＨとトランジスタＶＬのうち、平均ＰＷＭ制御で駆動しない方のトランジスタＶＬがオフするまでの期間（回転角０～６０度）は、トランジスタＵＨを平均ＰＷＭ制御で駆動する。トランジスタＶＬがオフしてからトランジスタＵＨがオフするまでの期間（回転角６０～１２０度）は、トランジスタＵＨをデューティ比１００％で制御する。なお、回転角０～１２０度では、トランジスタＶＬが第３素子の一例である。また、回転角１２０～２４０度ではトランジスタＷＬが第３素子の一例であり、回転角２４０～３６０度ではトランジスタＵＬが第３素子の一例である。

タイミングテーブル７０は、６０度毎に平均ＰＷＭ制御を行う制御と、ＰＷＭ制御及び平均ＰＷＭ制御を行わないという制御を繰り返している。なお、詳細は後述するが、タイミングテーブル７０のような制御は、オン選択されたトランジスタ（デューティ比に基づいてスイッチングするトランジスタ）のデューティ比が非常に大きい（すなわち、デューティ指令値Ａ１が非常に大きい）ときに行われる。

（モータ制御装置が行う演算処理）
以下、図９及び図１０を参照し、モータ制御装置１０で行われる演算処理についてフローチャートを参照して説明する。なお、フローチャートの説明では、説明を容易にするため、オン選択されたトランジスタがトランジスタＵＨとトランジスタＶＬである期間（回転角０～０度）について説明する。また、必要に応じて、適宜図４から図８も参照する。

まず、トランジスタＵＨのデューティ比と相補ＰＷＭ制御が行われる場合のデッドタイムに基づき、デューティ指令値Ａ１を決定する（ステップＳ２，図４）。次に、デューティ指令値Ａ１が閾値ＴＡ１より大きいか否かを判断する（ステップＳ４）。なお、閾値ＴＡ１は、トランジスタＵＨのデューティ比が相補ＰＷＭ制御を行うことができなくなるデューティ比（図３（ｃ）のような状態）よりも小さい値に基づいて設定される。デューティ指令値Ａ１が閾値ＴＡ１以下の場合（ステップＳ４：ＮＯ）、デューティ指令値Ａ１と、閾値ＴＡ１からトランジスタＵＨの切換ヒステリシスα１を減じた値（ＴＡ１－α１）とを比較し、デューティ指令値Ａ１が（ＴＡ１－α１）より小さいか否かを判断する（ステップＳ１２）。すなわち、確実にデッドタイムを確保できるか否かを判断する。

デューティ指令値Ａ１が（ＴＡ１－α１）以上の場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、ステップＳ２に戻ってデューティ指令値Ａ１を決定し、デューティ指令値Ａ１と閾値ＴＡ１の比較を行う（ステップＳ４）。一方、デューティ指令値Ａ１が（ＴＡ１－α１）未満の場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、通常の相補ＰＷＭ制御を行う（ステップＳ１４，図２）。

デューティ指令値Ａ１が閾値ＴＡ１より大きい場合、トランジスタＵＨを通常のＰＷＭ制御でスイッチングすると、トランジスタＵＬをオンすることができない（相補ＰＷＭ制御を行うことができない）。そのため、ステップＳ４においてデューティ指令値Ａ１が閾値ＴＡ１より大きい場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ６に進み、トランジスタＵＨを平均ＰＷＭ制御で駆動するための条件を算出する。具体的には、第２期間Ｃ２のデューティ比（修正デューティ比）Ｃ３を算出する（ステップＳ６）。

デューティ比Ｃ３は、図１０に示す手順で算出する。まず、ステップＳ２０に示す式「Ｃ３＝｛ｎ×Ａ１－（ｎ－１）｝×１００」を用いて、第２期間Ｃ２のデューティ比Ｃ３を算出する。最初の演算では、「ｎ＝２」、すなわち、２キャリア周期を用いて第１期間Ｃ１と第２期間Ｃ２を形成する場合の第２期間Ｃ２のデューティ比Ｃ３を算出する（図５も参照）。次に、ステップＳ２２に進み、デューティ比Ｃ３と閾値ＴＡ１を比較する。デューティ比Ｃ３が閾値ＴＡ１以下の場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、デューティ比Ｃ３を決定する（ステップＳ２６）。

ステップＳ２２においてデューティ比Ｃ３が閾値ＴＡ１より大きい場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、ステップＳ２４に進み、「ｎ」の値が上限に達しているか否かを判断する。すなわち、第１期間Ｃ１と第２期間Ｃ２を形成するために用いるキャリア周期の数が、予め設定した上限数に達しているか否かを判断する。「ｎ」の値が上限に達していない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、ステップＳ２８において「ｎ」の値をカウントアップし（すなわち、ｎに「１」を足して）、ステップＳ２０の処理に戻ってデューティ比Ｃ３を計算し、デューティ比Ｃ３と閾値ＴＡ１を比較する処理（ステップＳ２２）を「ｎ」の値が上限に達するまで繰り返す。

一方、「ｎ」の値が上限に達している場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、得られているデューティ比Ｃ３が閾値ＴＡ１より大きい場合（ステップＳ２２：ＮＯ）であっても、ステップＳ２６に進み、デューティ比Ｃ３を決定する。例えば、トランジスタＵＨのデューティ比が極めて大きい場合、デューティ比Ｃ３の計算を繰り返しても、デューティ比Ｃ３が閾値ＴＡ１以下にならない場合がある。あるいは、デューティ比Ｃ３が閾値ＴＡ１以下になるまでに、多くの演算を繰り返すことが必要となる場合がある。「ｎ」の上限を設けることにより、モータ制御装置１０の負荷を低減することができる。

デューティ比Ｃ３を決定した後、ステップＳ８に進み、決定したデューティ比Ｃ３と閾値ＴＡ１を比較する。デューティ比Ｃ３が閾値ＴＡ１以下の場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ１０に進み、図７に示すように、モータＭが駆動している期間全体に亘って平均ＰＷＭ制御を行う（相補平均ＰＷＭ制御を行う）。一方、デューティ比Ｃ３が閾値ＴＡ１より大きい場合（ステップＳ８：ＮＯ）、ステップＳ１６に進み、図８に示すように、平均ＰＷＭ制御を行う（相補平均ＰＷＭ制御を行う）期間と、トランジスタＵＨをデューティ比１００％で制御する（ＰＷＭ制御を行わない）期間を交互に設ける。すなわち、デューティ指令値Ａ１よりも小さい値となるデューティ比Ｃ３が依然として閾値ＴＡ１より大きい場合は、トランジスタのスイッチング回数を減らすため、トランジスタＵＨを平均ＰＷＭ制御でスイッチングする期間と、トランジスタＵＨをデューティ比１００％で制御する（ＰＷＭ制御を行わない）期間を６０度毎に交互に設ける。

（他の実施形態）
図９及び図１０で説明したフローでは、決定したデューティ比Ｃ３と閾値ＴＡ１を比較し、「Ｃ３＞ＴＡ１」の場合（ステップＳ８：ＮＯ）、トランジスタＵＨを平均ＰＷＭ制御でスイッチングする期間とトランジスタＵＨをデューティ比１００％で制御する期間を６０度毎に交互に設ける例について説明した。しかしながら、図１１に示すように、「Ｃ３＞ＴＡ１」の場合（ステップＳ８：ＮＯ）、通常のＰＷＭ制御（相補ＰＷＭ制御なし）を行ってもよい。

また、デューティ比Ｃ３を決定する演算を行う場合、第１期間Ｃ１と第２期間Ｃ２を形成するために用いるキャリア周期の数を限定することなく（ステップＳ２４を実施することなく）、「Ｃ３≦ＴＡ１」を満足するまでデューティ比Ｃ３の計算を繰り返してもよい。

上記実施例では、第１期間（第１素子をデューティ比１００％で駆動する期間）の後に第２期間（第２素子を相補平均ＰＷＭ制御で駆動する期間）を設ける例について説明した。しかしながら、第２期間の後に第１期間を設けてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (2)

1. インバータに接続されるモータを駆動するモータ制御装置であり、
   インバータは、電源の高圧側に接続される上アーム素子と電源の低圧側に接続される下アーム素子とが直列に接続されたスイッチング素子対を複数個有しており、
   モータ制御装置は、
   モータに通電するためにオン選択された上アーム素子と下アーム素子の一方の第１素子をデューティ比に基づいてスイッチングするＰＷＭ制御を行い、
   第１素子に直列に接続されている第２素子が第１素子のオフ期間に所定時間オンする相補ＰＷＭ制御を行うように、第２素子をスイッチングさせるデューティ指令値を決定し、
   第１素子と第２素子が同時にオンすることを防止するためのデッドタイムを確保できる閾値を有し、
   第２素子は、決定したデューティ指令値が前記閾値以下の場合に、相補ＰＷＭ制御を行うようにスイッチング可能であり、
   決定したデューティ指令値が前記閾値以下の場合は相補ＰＷＭ制御を行い、
   決定したデューティ指令値が前記閾値より大きい場合は、第１素子に対し、デューティ比に基づいて第１素子がオフするべきタイミングを超えて第１素子をオンし続ける第１期間と、第１期間でオフしない分長くオフする修正デューティ比を実行する第２期間とを設けるとともに、第１期間と第２期間の合計期間における平均デューティ比が設定されたデューティ比と同一である平均ＰＷＭ制御を行い、
   第２期間において第１素子がオフしている間に第２素子をオンさせ、
   修正デューティ比が前記閾値より小さいときは、モータを駆動している期間全体に亘って平均ＰＷＭ制御を行い、
   修正デューティ比が前記閾値以上のときは、オン選択された上アーム素子と下アーム素子のうちの第１素子とは異なる第３素子がオフするまでの期間は平均ＰＷＭ制御を行い、第３素子がオフしてから第１素子がオフするまでの期間はデューティ比１００％で制御を行うモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   修正デューティ比を設定するときに、第１期間がｎキャリア周期に亘っているときの第２期間の第ｎ修正デューティ比と前記閾値を比較し、第ｎ修正デューティ比が前記閾値より大きいときは、第１期間がｎ＋１キャリア周期に亘っているときの第２期間の第ｎ＋１修正デューティ比を算出することを繰り返すモータ制御装置（ｎ≧２，ｎは整数）。

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