JP3697623B2 - チョッピング通電制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的負荷に、目標電流値を通電するためにチョッピング通電する通電制御装置に関し、特に、これに限定する意図ではないが、スイッチドレラクタンスモ−タに通電するH型スイッチング回路のオン/オフを制御する通電制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
理解を具体的にするためまず図面を参照して、スイッチドレラクタンスモ−タ(負荷)に通電するスイッチング回路を説明する。スイッチドレラクタンスモ−タ(以下、SRモ−タと言う)は、一般に極部が外側に突出する形で構成された回転子と、極部が内側に突出する形で構成された固定子とを備えており、回転子は単に鉄板を積層して構成した鉄心であり、固定子は極毎に集中巻されたコイルを備えている。このSRモ−タは、固定子の各極が電磁石として動作し、回転子の各極部を固定子の磁力で吸引することによって回転子が回転する。従って、回転子の各極の回転位置に応じて、固定子の各極に巻回されたコイルの通電状態を順次に切換えることによって、回転子を希望する方向に回転させることができる。この種のSRモ−タは、例えば、特開平1−298940号公報に開示されている。
【0003】
SRモ−タにおいては、回転子の各極が特定の回転位置にある時に、固定子各極に対する通電のオン/オフを切換えるので、その切換時に、回転子に加わる磁気吸引力の大きさが急激に変化する。そのため、回転子及び固定子には、比較的大きな機械振動が発生する。この振動によって騒音が生じる。
【0004】
前記特開平1−298940号公報の技術においては、立上り及び立下りの緩やかな回転位置信号を生成し、この回転位置信号を利用して、電気コイルの通電オン時の電流の立上り及び通電オフ時の電流の立下りを緩やかにすることが行なわれている。このようにすると、SRモ−タの振動及び騒音の発生を抑制することが可能である。しかしながら、回転位置信号を利用しているため低速回転時のように、電気コイルの通電オン時の電流の立上り及び通電オフ時の電流の立下りが実質的に速くなる場合には、騒音を抑制する効果が小さくなるし、高回転時のように電気コイルの通電オン時の電流の立上り及び通電オフ時の電流の立下りが実質的に遅くなる場合には、1回あたりの通電オン時間が短くなるので、流れる電流が非常に小さくなり、発生する回転トルクが小さくなる。また、回転数や必要トルクに応じて通電のオン/オフを切り換えるタイミングを変化させないと、効率が悪くなる上、必要トルクがでない可能性もある。
【0005】
特開平7−274569号公報,特開平7−298669号公報および特開平8−172793号公報には、通電の立上り及び立下りを滑らかにするために、H型スイッチング回路を用いてPWMによりモ−タ通電電流を制御し、かつ、回転トルクの不足を改善するために、スイッチングモ−ドを制御している。
【0006】
例えば図14に示すように、3相の中の1つの相(例えば第1相とする)の電気コイル1aに通電するH型スイッチング回路は、電気モ−タの電気コイル1aの一端と第1電源ライン18eとの間に介挿された第1のスイッチング素子18a,電気コイル1aの他端と第2電源ライン18fとの間に介挿された第2のスイッチング素子18b,前記一端と第2電源ライン18fの間に介挿され、後者から前者への電流通流は許す第1ダイオ−ドD1、および、前記他端と第1電源ライン18eの間に介挿され、前者から後者への電流通流は許す第2ダイオ−ドD2を含む。電気コイル1aの電流値が電流検出器で検出され、第1相に通電する時間区間で、第1の目標電流値(Vr1)に対して検出電流値が低いとスイッチング素子18a,18bがオンにされ、第1の目標電流値よりも高い第2の目標電流値(Vr2)よりも検出電流値が高いとスイッチング素子18a,18bがオフされる。すなわち目標電流値(Vr1,Vr2)に対する検出電流値の低,高に応じて、電気コイル1aの通電(オン)/非通電(オフ)すなわちチョッピング通電が行なわれる。
【0007】
図14の(a)に示すように、第1および第2スイッチング素子18a,18bを共にオンにすると電気コイル1aに回転駆動電流が流れ、共にオフにすると図14の(b)に示すように、電気コイル1aの誘起電圧による電源への帰還電流が流れる。上述のオンとオフを上述のチョッピングにより交互に繰返すことにより、電気コイル1aには、図14の(c)に示す脈動電流が流れる。このスイッチングモ−ドを本書では「ハ−ドチョッピング」と称す。このハ−ドチョッピングでの、図14の(b)に示すように両スイッチング素子18a,18bを共にオフにしている時間区間では、電気コイル1aが発電したエネルギが第1電源ライン18eに供給され(回生)、電流が急激に減少する。スイッチング素子のオン/オフの切換わりによる電流の脈動が大きいので、電気モ−タの回転子に加わる磁気吸引力の脈動が大きく、振動を生じ騒音が大きい。
【0008】
図15の(a)(図14の(a)と同一)に示すように第1および第2スイッチング素子18a,18bを共にオンにし、次に図15の(b)に示すように第1スイッチング素子18aのみをオフにし第2スイッチング素子18bはオンを維持し、それら(a)状態と(b)状態とを交互に繰返すことにより、電気コイル1aには図15の(c)に示す、脈動が比較的に小さい電流が流れる。図15の(b)に示す、第1スイッチング素子18aオフ、第2スイッチング素子18bオンは、一例では、電気コイル1aの電流値が第1の目標電流値(Vr1)を越え、第2の目標電流値(Vr2)以下のときに行なわれる。第15図の(a)と(b)の交互繰返しのスイッチングモ−ドを本書では「ソフトチョッピング」と称す。このソフトチョッピングの中の、図15の(b)に示す第1スイッチング素子18aオフ、第2スイッチング素子18bオンの期間では、電流は緩やかに減少し、モ−タの駆動力や径方向の吸引力も緩やかに減少する。したがって「ソフトチョッピング」モ−ドのモ−タ通電では、騒音,振動が比較的に低い。
【0009】
前記特開平7−274569号公報,特開平7−298669号公報および特開平8−172793号公報に開示の通電制御装置は、上述の「ハ−ドチョッピング」と「ソフトチョッピング」を、SRモ−タの電流値又は回転状態に応じて選択して、振動の低減と高トルクの確保を実現している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電気コイル1aの電流値を検出する電流検出器の検出信号に高周波ノイズが乗ることがあり、特に、低価格(回路構成が簡単)な電流検出器を用いると、チョッピングによる大きなノイズが発生し易い。このノイズを模擬的に図16に示す。図16の(a)は前述の「ハ−ドチョッピング」のときのもの、図16の(b)は「ソフトチョッピング」のときのものである。ハ−ドチョッピングのときには、チョッピングによる電流変動が大きいので、ノイズも大きい。前述のように、このチョッピングすなわち電気コイル1aの通電(オン)/非通電(オフ)を、目標電流値(Vr1,Vr2)に対する検出電流値の低,高に応じて行なうと、オン(通電)直後にノイズの高レベルに応答してただちにオフ(非通電)してしまうという不具合を生ずる。この不具合の発生確率は、ソフトチョッピングよりもハ−ドチョッピングの方が高い。なぜなら、ハ−ドチョッピングのノイズはソフトチョッピングのものより大きく、減衰するまでの時間も長くなることから、減衰過程で高レベルのノイズによる影響時間が長くなるからである。
【0011】
本発明は電流検出信号のノイズによるスイッチングエラ−を防止することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明のチョッピング通電制御装置は、負荷(1a)に通電するスイッチング手段(18a);負荷(1a)に流れる電流値を検出する電流検出手段(2);目標電流値に対し検出電流値が低いときには第1レベル(L)の、高いときには第2レベル(H)の電流レベル信号〔S71=(a)の反転信号〕を発生する比較手段(16a,30a);
前記電流レベル信号〔S71=(a)の反転信号〕が、そのレベルの切換わりから設定時間の間同一レベルのとき切換り後のレベルの信号(k)を出力するフィルタ手段(23);および、
該フィルタ手段(23)が出力する信号(k)が第2レベル(H)のときスイッチング手段(18a)をオフにするスイッチング信号出力手段(24〜26);を備え、前記設定時間が、第1レベルから第2レベルへの切換りのときとその逆の切換りのときで値が異なる。
【0013】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の記号又は対応事項を、参考までに付記した。
【0014】
これによれば、フィルタ手段(23)が、目標電流値に対する検出電流値の比較によって得られるスイッチング信号から、設定時間以下を周期とする高周波ノイズによる誤信号を消去し、検出電流値に正しく対応したスイッチング信号を発生し、これにより該高周波ノイズによるスイッチングエラ−がなくなる。また、例えば第1レベルから第2レベルへの切換りのときの設定時間を長くして高周波ノイズによる誤信号を消去し、その逆の切換りのときの設定時間を短くしてフィルタ手段(23)の出力遅延によるチョッピング周波数の低下を小さくすることができる。
【0015】
(2)前記電流レベル信号の、第1レベルから第2レベルへの切換りのときの前記設定時間は第2レベルから第1レベルへの切換りのときの前記設定時間より長く、しかも、第2レベルから第1レベルへの切換りのときの前記設定時間は零である;上記(1)記載のチョッピング通電制御装置。
【0016】
後述の実施例では、第1レベル(L)から第2レベル(H)の切換りのとき10μs又は1.25μs、逆のとき零である。これにより、フィルタ手段(23)の入力信号に、第1レベル(L)から第2レベル(H)への切換りがあると、それから10μs又は1.25μsの間第2レベル(H)が継続したときに、フィルタ手段(23)の出力が第1レベル(L)から第2レベル(H)へ切換る。入力信号の該切換りが高周波ノイズを原因とする場合、延遅時間10μs又は1.25μsの間に入力信号が第1レベル(L)に戻るので、フィルタ手段(23)の出力に変化を生じない。フィルタ手段(23)の入力信号に、第2レベル(H)から第1レベル(L)への切換りがあると、フィルタ手段(23)の出力は即座に第1レベル(L)に切換わるので、フィルタ手段(23)の出力の第1レベル(L)の立上り延遅は実質上なく、フィルタ手段(23)の出力遅延によるチョッピング周波数の低下が小さい。
【0017】
(3)本発明の好ましい一実施態様は、負荷(1a)の一端と第1電源ライン(18e)との間に介挿された第1スイッチング手段(18a);前記負荷(1a)の他端と第2電源ライン(18f)との間に介挿された第2スイッチング手段(18b);前記負荷(1a)の前記一端と第2電源ライン(18f)の間に介挿され、後者から前者への電流通流は許す第1ダイオ−ド(18c);前記負荷(1a)の前記他端と第1電源ライン(18e)の間に介挿され、前者から後者への電流通流は許す第2ダイオ−ド(18d);第2スイッチング手段(18b)の間欠オン(ハ−ドチョッピング)/連続オン(ソフトチョッピング)を指示するモ−ド指示信号(d)を発生するモ−ド指示手段(16a,16b,21);
負荷(1a)に流れる電流値を検出する電流検出手段(2);
目標電流値に対し検出電流値が低いときには第1レベル(L)の、高いときには第2レベル(H)の電流レベル信号〔S71=(a)の反転信号〕を発生する比較手段(16a,30a);
前記モ−ド指示信号(d)に応じて、それが間欠オン(ハ−ドチョッピング)を指示するときは長い時間(500KHzのパルス周期×5=10μs)を、連続オン(ソフトチョッピング)を指示するときは短い時間(4MHzのパルス周期×5=1.25μs)を設定時間に定めるフィルタ時間設定手段(22);
前記電流レベル信号〔S71=(a)の反転信号〕の、第1レベルから第2レベルへの切換わりから前記設定時間の間同一レベルのとき第2レベルの信号(k)を出力するフィルタ手段(23);および、
該フィルタ手段(23)が出力する信号(k)が第2レベル(H)のとき、第1スイッチング手段(18a)をオフにすると共に、前記モ−ド指示信号(d)に応じてそれが間欠オンを指示するときは第2スイッチング手段(18b)をオフに、連続オンを指示するときはオンを継続するスイッチング信号出力手段(24〜26);を備えるチョッピング通電制御装置。
【0018】
これによれば、フィルタ手段(23)が、目標電流値に対する検出電流値の比較によって得られるスイッチング信号から、ハ−ドチョッピングのときには比較的に長い設定時間以下を周期とする高周波ノイズによる誤信号を消去し、ソフトチョッピングのときには比較的に短い設定時間以下を周期とする高周波ノイズによる誤信号を消去した、検出電流値に正しく対応したスイッチング信号を発生し、これにより該高周波ノイズによるスイッチングエラ−がなくなる。
【0019】
前述のように、ハ−ドチョッピング時のノイズによる影響時間は、ソフトチョッピング時よりも長いので、一方の影響時間に合せてそれを消去するようにフィルタ手段(23)の設定時間を定めると、他方のチョッピングモ−ドで発生するノイズの消去漏れを生ずるとか、あるいは、他のチョッピング動作に障害を与えるとか、フィルタ機能が好適に発揮されない問題を生じ易いが、この実施態様ではチョッピングモ−ドに対応して設定時間を切換えるので、両モ−ドのいずれに対して、フィルタ機能が好適に発揮される。
【0020】
(4)本発明の好ましい実施例は更に、前記スイッチング信号出力手段(24〜26)の、スイッチング手段(18a)をオフからオンにする信号(o)の切換り(LからH)に応答してフィルタ手段(23)を初期化するオンエッジ検出手段(29);を備える。これによれば、負荷へのチョッピング通電開始時に、フィルタ手段(23)が初期化されてその蓄積情報および出力が初期レベル(第1レベルL)に初期化されて、設定時間のフィルタ動作を正確に開始する。
【0021】
(5)本発明の好ましい実施例では、前記スイッチング信号出力手段(24〜26)は、定周期のタイミング信号(15KHzパルス)の先行パルスと後行パルス間で第2レベル(H:オフ指定)となりかつ第1レベル(L:オン指定)に戻る第2レベル(H:オフ指定)は後行パルスまで延長する手段(25,24)を含む。これによれば、タイミング信号(15KHzパルス)に同期するようにスイッチング信号出力手段(24〜26)が出力するスイッチング信号(第1レベルL/第2レベルH)の周期がシフトし、チョッピング周波数の変動が抑制される。タイミング信号(15KHzパルス)を可聴周波数域よりも高い周波数に設定しておくことにより、チョッピング周波数による騒音がなく、しかもチョッピング周波数が異常に高くなることもない。
【0022】
(6)本発明の好ましい実施例では、フィルタ手段(23)は、シリアル入力/パラレル出力のシフトレジスタ(23a〜23e)およびそのパラレル出力の論理積又は論理和を出力する論理処理手段(23f)を含む。これによれば、シフトクロックの周波数によって設定時間を設定することができ、シフトクロックの周波数の切換えにより容易に設定時間を切換えることができる。
【0023】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【0024】
【実施例】
本発明の一実施例を図1に示す。図1に示す装置は、電気自動車の駆動ユニットの主要部分を構成している。この例では、駆動源として1個のSRモ−タ1が備わっており、このSRモ−タ1はコントロ−ラECUによって制御される。コントロ−ラECUは、シフトレバ−,ブレ−キスイッチ,アクセルスイッチ,及びアクセル開度センサから入力される情報に基づいて、SRモ−タ1の駆動を制御する。電源は車上バッテリ−から供給される。
【0025】
SRモ−タ1には、それを駆動するための3相のコイル1a,1b,1cおよび回転子の回転位置(角度)を検出する角度センサ1dが備わっている。3相のコイル1a,1b及び1cは、それぞれ、コントロ−ラECU内部のドライバ18,19及び1Aと接続されており、コイル1aとドライバ18とを接続する電線,コイル1bとドライバ19とを接続する電線,及びコイル1cとドライバ1Aとを接続する電線には、それぞれ、電流センサ2,3及び4が設置されている。これらの電流センサ2,3及び4は、それぞれ、コイル1a,1b及び1cに実際に流れる電流に比例する電圧を電流信号S6として出力する。コントロ−ラECUの内部には、CPU(マイクロコンピュ−タ)11,入力インタ−フェ−ス12,電流マップメモリ13a,波形マップメモリ13b,電源回路14,電流波形生成回路15,比較回路16,出力判定回路17,ドライバ18,19及び1Aが備わっている。このコントロ−ラECUは、シフトレバ−,ブレ−キスイッチ,アクセルスイッチ,及びアクセル開度センサから入力される情報に基づいて、SRモ−タ1の所要回転方向,駆動速度及び駆動トルクを逐次計算し、その計算の結果に基づいて、SRモ−タ1のコイル1a,1b及び1cの各々に流す電流を制御する。角速度センサ1dは、0〜360度の角度の絶対値を示す11ビットの2値信号を出力する。検出角度の最小分解能は0.35度である。図1の回路の主要部分の具体的な構成を図2に示す。
【0026】
図2は、SRモ−タ1のコイル1aの通電を制御する回路のみを示すが、コントロ−ラECUには、他のコイル1b及び1cの通電を制御する同様の回路がそれぞれ含まれている。図2を参照すると、コイル1aの一端は、スイッチングトランジスタ(IGBT)18aを介して電源の高電位ライン18eと接続され、コイル1aの他端は、スイッチングトランジスタ(IGBT)18bを介して電源の低電位ライン18fと接続されている。また、トランジスタ18aのエミッタと低電位ライン18fとの間にはダイオ−ド18cが接続され、トランジスタ18dのエミッタと高電位ライン18eとの間にはダイオ−ド18dが接続されている。従って、トランジスタ18a及び18bの両方をオン(導通状態)にすれば、電源ライン18e,18fとコイル1aとの間に電流が流れ、いずれか一方、又は両方をオフ(非導通状態)にすれば、コイル1aへの給電を停止することができる。比較回路16は2つのアナログ比較器16a及び16bを備えている。アナログ比較器16aは、電流波形生成回路15が出力する第1の基準電圧Vr1と電流センサ2が検出した電流に対応する信号S6の電圧とを比較した結果を2値信号S71として出力し、アナログ比較器16bは、電流波形生成回路15が出力する第2の基準電圧Vr2と電流センサ2が検出した電流に対応する信号S6の電圧とを比較した結果を2値信号S72として出力する。この実施例では、常にVr1<Vr2の関係が成立する。信号S5が高レベルHであると、信号S6の電圧Vs6と基準電圧Vr1及びVr2の大小関係に応じて、次に示すように、ドライバ18のトランジスタ18a,18bの状態が3種類のいずれかに指定される。
【0027】
第1表
比較器 (フィルタ 比較器 17の
場合分け 16aの 23の 16aの 出力 Tr Tr
出力S72 入力) の出力 (o)(p) 18a 18b
(1) Vs6≦Vr1 H (L) H (H)(H) オン オン
(2)Vr1<Vs6≦Vr2 L (H) H (L)(H) オフ オン
(3) Vs6>Vr2 L (H) L (L)(L) オフ オフ。
【0028】
上記(1)の場合が、図14の(a)および図15の(a)に示す状態を指定するものであり、上記(2)の場合が、図14の(b)に示す状態を指定するものであり、上記(3)が、図13の(b)に示す状態を指定するものである。(1)と(3)を交互に繰返す態様がハ−ドチョッピング、(1)と(3)を交互に繰返す態様がソフトチョッピングである。
【0029】
上述のように、トランジスタ18a,18bが共にオンする状態指定と、共にオフする状態指定と、一方がオンして他方がオフする状態指定とが存在し、いずれの状態指定になるかは、Vs6のレベルが、Vr1より小,Vr1とVr2との間,Vr2より大の3種類の領域のいずれであるか、によって定まる。
【0030】
トランジスタ18a,18bを共にオンした時にコイル1aに流れる電流の立上り特性(上昇の速さ)は、回路の時定数によって定まり、制御により変えることはできない。しかし、電流を遮断する時には、トランジスタ18a,18bを共にオフする場合と、トランジスタ18aをオフに切換えてトランジスタ18bはオンのままとする場合とで、電流の立下り特性(下降の速さ)が変わるので、それを切換えて電流の立下りの速さを調整することができる。即ち、トランジスタ18a,18bを共にオフする場合には電流の変化が速く、トランジスタ18aをオフに切換えてトランジスタ18bはオンのままとする場合には電流の変化は遅い。
【0031】
電流の目標値(Vr1,Vr2)にほとんど変化がない時には、電流の立下り速度が遅い場合でも、基準のレベル(Vr1)と実際に流れる電流のレベル(Vs6)との偏差が増大することはないので、常にVs6<Vr2の状態が維持される。従ってこの時には、電流の変動幅が小さい。また、通電するコイルの相を切換える時のように、電流の目標値(Vr1,Vr2)が変更される時には、電流の立下り速度が遅いと、Vs6>Vr2になる。この場合、2つのトランジスタ18a,18bが共にオフするので、電流の立下り速度が上がり、電流は目標値(Vr1,Vr2)に追従してすばやく変化する。目標値の変化がなくなれば、基準電圧Vr1と電流レベルVs6との偏差が小さくなるので、再び電流の立下り速度が遅くなる。
【0032】
これによって、目標値の変化に対する電流の追従遅れが防止できるだけでなく、目標値の変化が小さい時には、電流の変化速度が遅いため、振動及び騒音の発生が抑制される。
【0033】
出力判定回路17は、大要では上記第1表に示すように、比較器16aと16bの出力に対応してトランジスタ18a,18bにオン,オフ信号を与えるためのものであるが、先に言及したが、電流検出器2の電流検出信号に図16に示すように高周波ノイズが含まれる場合には、トランジスタをオンした直後に、高周波ノイズに応答してオフにしてしまう不具合が考えられる。出力判定回路17には、このような不具合を防止するために、フィルタが備わっている。
【0034】
出力判定回路17の構成を図3に示し、該回路各部の信号の発生タイミングを図4および図5に示す。
【0035】
比較器16aの出力信号S71は、図3上では信号(a)として出力判定回路17に供給され、インバ−タ30aで反転されてフィルタ回路23の第1フリップフロップ23aに与えられる。フィルタ回路23は、シリアル入力/パラレル出力のシフトレジスタを構成する5個のフリップフロップ23a〜23eおよびパラレル出力が与えられるアンドゲ−ト23fで構成されており、シフトクロック(e)に同期して、入力信号すなわち比較器16aの出力信号S71=(a)の反転信号が、次々にシフトレジスタ23a〜23eに取り込まれて順次にシフトされる。
【0036】
比較器16aの出力信号S71と比較器16bの出力信号S72が与えられるナンドゲ−ト21は、上記第1表の場合分け(2)の場合に低レベルLのモ−ド信号(d)を発生し、これが、クロック選択回路22のアンドゲ−ト22bに与えられる。モ−ド信号(d)はインバ−タ22aで反転されてアンドゲ−ト22cに与えられる。モ−ド信号(d)が低レベルL(第1表の(2))のときには、それによってアンドゲ−ト22cがゲ−トオンとなり、4MHzのクロックパルス(c)を、オアゲ−ト22dを通して、シフトレジスタ23a〜23eに与える。モ−ド信号(d)が高レベルH(第1表の(1)又は(3))のときには、それによってアンドゲ−ト22bがゲ−トオンになり、500KHzのクロックパルス(b)を、オアゲ−ト22dを通して、シフトレジスタ23a〜23eに与える。
【0037】
フィルタ回路23のアンドゲ−ト23fは、シフトレジスタ23a〜23eのパラレル出力のすべてがH(トランジスタオフ指定)のときだけ、H出力を発生する。したがって、比較器16aの出力信号S71=(a)の反転信号が、トランジスタオン指定レベルLからトランジスタオフ指定レベルHに切換わったとすると、それからクロックパルス5個が発生したときに、シフトレジスタの最終段のフリップフロップ23eの出力が、LからHに切換わる。このパルス5個の発生期間に、入力信号にHからLへの切換りがないと、該期間直後に始めてアンドゲ−ト23fの出力がLからHに切換り、入力信号のLからHへの切換りに対して、フィルタ回路23の出力のLからHへの切換りは、クロックパルス5個分の遅延となり、第1表の(3)(ハ−ドチョッピング)の場合には、500KHzのクロックの周期×5=10μs、第1表の(2)(ソフトチョッピング)の場合には4MHzのクロックの周期×5=1.25μsの遅延時間となる。
【0038】
すなわち、ハ−ドチョッピング(3)のときは、入力信号すなわち比較器16aの出力信号S71=(a)の反転信号が、トランジスタオン指定レベルLからトランジスタオフ指定レベルHに切換って、それから上述の遅延時間10μsの間継続してオフ指定レベルHであったときに、フィルタ回路23の出力がオン指定レベルLからオフ指定レベルHに切換わる。入力信号がノイズ原因のLからHへの切換りであったときには、遅延時間の間に入力信号がHからLに戻り、フィルタ回路23の出力はオフ指定レベルHに切換わらない。すなわち、電流検出信号に乗ったノイズを原因とするオフ指示H(S71のL)は無視され、出力されない。
【0039】
ソフトチョッピング(2)のときも同様である。ただし、ソフトチョッピング(2)のときには、遅延時間は1.25μsであり、無視するノイズの時間が、ハ−ドチョッピングのときよりも短い。
【0040】
入力信号がH(オフ指示レベル)からL(オン指示レベル)に切換わって第1フリップフロップ23aの出力がHからLに切換わった時点にアンドゲ−ト23fの出力がHからLに転ずる。すなわち、オフ指示(H)からオン指示(L)への切換りには実質上時間遅延はない。このようにフィルタ回路23は、トランジスタのオンからオフへの切換え指示に対してノイズ原因のオフを排除するための遅延をもたらし、オフからオンへの切換え指示には実質上遅延を与えない。
【0041】
フィルタ回路23の出力(k)はオアゲ−ト24を通してノアゲ−ト26で反転されて、トランジスタ18aの駆動信号(オン/オフ駆動信号)(o)となる。この駆動信号(o)は、フィルタ回路23の出力(k)に対しては反転信号であり、駆動信号(o)がHのときトランジスタ18aが導通する。ノアゲ−ト26には、第1相(電気コイル1a)の通電指示信号S5をインバ−タ30bで反転した信号(第1相の通電区間であるときL/非通電区間であるときH)が電流波形生成回路15から与えられる。ノアゲ−ト26の出力(o)は、通電指示信号S5の反転信号がL(第1相通電指定)でオアゲ−ト24の出力(n)がL(トランジスタオン指定)であるときのみH(トランジスタオン指示)となる。
【0042】
ノアゲ−ト26の出力(o)がL(オフ指示)からH(オン指示)に立上ると4MHzクロックに同期して、オンエッジ検出回路29のフリップフロップ29aがセットされてそのQ出力がLからHに切換わり、これがインバ−タ29bで反転してアンドゲ−ト29cに与えられ、アンドゲ−ト29cの出力すなわちオンエッジ検出回路29の出力(m)が4MHzクロックに同期してHパルスとなる。このHパルスがシフトレジスタ23a〜23eのクリア端子に与えられ、シフトレジスタ23a〜23eがクリアされる。すなわちフィルタ回路23が初期化される。これによりシフトレジスタ23a〜23eのパラレル出力のすべてがL(オン指定レベル)となる。したがって、その後フィルタ回路23の入力信号がL(オン指定レベル)からH(オフ指定レベル)に切換わると、それから正しくシフトクロック(e)の5パルス分の遅延時間が計時されることになる。
【0043】
フイルタ回路23の出力(k)の、L(オン指定)からH(オフ指定)への立上りによってフリップフロップ25がセットされてそのQ出力がLからHに切換わり、15KHzクロックによってフリップフロップ25がクリア(リセット)されてそのQ出力がLに戻る。このQ出力がオアゲ−ト24で、フィルタ回路23の出力(k)に加算(論理和)されるので、15KHzのクロックの時間的に相前後する先行パルスと後行パルスの間でフイルタ回路23の出力(k)がLからHに切換ると、フリップフロップ25がセットされてそのQ出力がHとなり、これが後行パルスでフリップフロップ25がリセットされるまで継続するので、フイルタ回路23の出力(k)が前記先行パルスと後行パルスの間でHからLに戻っても、オアゲ−ト24の出力(n)は、後行パルスまでH(オフ指示レベル)となる。すなわちオンレベルLへの立下りが後行パルスまで遅延される。しかし、フイルタ回路23の出力(k)が後行パルスの後までHのときには、オアゲ−ト24の出力(n)は、該出力(k)と全く同期した信号となる。
【0044】
つまり、フイルタ回路23の出力(k)のH(オフ指示)が、15KHzクロックの周期より短くしかも該クロックの相前後する先行パルスと後行パルスの間でLからHに立上りかつHからLに戻る場合に、HからLへの戻りが後行パルスの発生まで遅延され、オアゲ−ト24の出力(n)のL期間が長くなる。しかし、出力(k)のLからHの立上りが後行パルスの前で、HからLへの戻りが後行パルスの後になる場合には、出力(n)にこのようなL期間の延長は発生せず、出力(k)と同一となる。このような、15KHzクロックに対する、出力(k)のL区間の相対位相に対応した遅延制御により、駆動信号(o)=(k)が15KHzクロックに同期するように位相が変わり、トランジスタ18aのチョッピング周波数の変動が抑制される。15KHzクロックは可聴周波数よりも高い周波数であり、チョッピング周波数がこの前後となるので、騒音がなく、また異常に高くなることもない。
【0045】
オアゲ−ト24の出力(n)はアンドゲ−ト27およびノアゲ−ト28を介してトランジスタ18bのオン/オフ駆動信号(p)となる。出力(n)は駆動信号(o)と同相であって、そのHレベルがトランジスタオフ指定であるが、アンドゲ−ト27に、第1表の(2)(ソフトチョッピング要)のときにはLレベルとなるモ−ド信号(d)が与えられるので、第1表の(2)のときには、出力(o)はLでトランジスタ18aがオフになるが、出力(p)はHでトランジスタ18bはオンを継続する。
【0046】
ところで、図2に示す比較回路16が出力する信号S71,S72によって電流の立下り速度を切換える場合には、それを切換えるタイミングとして最適な時点よりも実際の切換えが多少遅れる傾向がある。即ち、目標値が急激に低下する時点で、電流の立下りを速くするのが理想的であるが、実際に電流の偏差が大きくならないと信号S72がL(オフ指定)にならないので、時間的に遅れが生じる。このため、目標値が非常に速く変化する場合、信号S71,S72による変化速度の自動切換だけでは、目標値に対する電流の追従性が不足する可能性がある。
【0047】
そこでこの実施例では、信号S5を制御することにより、電流(Vs6)の大きさとは無関係に、電流の立下り速度を速くすることができる。即ち、信号S5を低レベルLにすると、信号S71,S72とは無関係に、トランジスタ18a,18bが同時にオフするので、電流の立下り速度が速くなる。
【0048】
図2を参照すると、電流波形生成回路15は、2種類の基準電圧Vr1,Vr2と2値信号S5を出力する。基準電圧Vr1,Vr2及び2値信号S5は、それぞれ、メモリ(RAM)15b,15a及び15cに記憶された情報に基づいて生成される。メモリ15b,15a及び15cは、各々のアドレスにそれぞれ8ビット,8ビット及び1ビットのデ−タを保持している。メモリ15aから読み出される8ビットデ−タは、D/A変換器15eでアナログ電圧に変換され、増幅器15gを通って基準電圧Vr2になる。同様に、メモリ15bから読み出される8ビットデ−タは、D/A変換器15fでアナログ電圧に変換され、増幅器15hを通って基準電圧Vr1になる。また、増幅器15g,15hの入力には、CPU11が出力するアナログ信号S1のレベルが加算される。信号S1のレベルを調整することにより、基準電圧Vr1,Vr2を微調整することができる。また、メモリ15cが出力する1ビットデ−タは、アンドゲ−ト15iを通って信号S5になる。アンドゲ−ト15iの一方の入力端子には、CPU11が出力する2値信号(スタ−ト/ストップ信号)S3が印加される。SRモ−タ1を駆動している時には、常時信号S3が高レベルHになるので、メモリ15cの出力信号がそのまま2値信号S5になる。
【0049】
メモリ15a,15b及び15cは、それぞれ多数のアドレスを有しており、各々のアドレスは、回転子Rの回転位置(角度)の各々(1度単位)に対応付けられている。アドレスデコ−ダ15dは、角度センサ1dによって検出された回転子の回転位置の信号S9から、アドレス情報を生成する。このアドレス情報が、3組のメモリ15a,15b及び15cのアドレス入力端子に同時に入力される。従って、SRモ−タ1が回転する時には、メモリ15a,15b及び15cは、各々回転子の回転位置に応じたアドレスに保持されたデ−タを順次に出力する。従って、基準電圧Vr1,Vr2及び2値信号S5の状態は、回転位置毎に変化しうる。
【0050】
実際には、図6に示すような波形の電流を3相のコイルに流すために、メモリ15a及び15bには、それぞれ図10に示すような通電マップの情報が保持される。即ち、回転位置(この例では0.5度毎)の各々に対応付けたアドレスに、その位置で設定すべき電流の目標値が保持される。メモリ15a及び15bの情報は、それぞれ基準電圧Vr2及びVr1に対応しているので、Vr2>Vr1の関係を満たすように、メモリ15aの内容とメモリ15bの内容とは少し異なっている。前述のように、コイル1aに流れる電流のレベルは、基準電圧Vr1に追従するように変化するので、コイル1aに流したい電流の波形を基準電圧Vr1,Vr2としてメモリ15b及び15aに登録しておくことにより、図6に示すように電流を流すことができる。
【0051】
この実施例では、3相のコイル1a,1b及び1cに対する通電/非通電を、図6に示すように回転子が30度回転する毎に切換える必要があるが、図6に示すような波形をメモリ15b及び15aに登録しておくことにより、30度毎の通電/非通電の切換えも信号S71,S72によって自動的に実施される。即ち、各コイルの通電/非通電の切換えをCPU11が実施する必要はない。
【0052】
また、メモリ15cについては、大部分のアドレスに信号S5の高レベルHに対応する「1」の情報が保持されているが、電流の目標値(Vr1,Vr2)が急激に低下する角度に対応するアドレスには、信号S5の低レベルLに対応する「0」の情報(強制遮断情報)が保持されている。即ち、電流の目標値(Vr1,Vr2)の波形の立下り開始時点のように、その下降の傾きが急俊であり、電流の変化速度を速くした方が良いことが予め予想される回転位置では、信号S72による自動切換えを待つことなく、メモリ15cに記憶した情報によって信号S5を低レベルLに切換え、強制的に電流変化速度を速くする。これにより、電流変化速度の切換えに時間遅れが生じるのを避けることができ、目標値に対する電流の追従性が更に改善される。
【0053】
メモリ15a,15b及び15cは、書き込みと読み出しが可能であり、書き込みと読み出しを同時に実施しうる。メモリ15a,15b及び15cは、信号線S2を介してCPU11と接続されており、CPU11は、必要に応じてメモリ15a,15b及び15cの内容を更新する。
【0054】
CPU11の動作の概略を図8に示す。図8を参照してCPU11の動作を説明する。電源がオンすると、ステップ61で初期化を実行する。即ち、CPU11の内部メモリの初期化および内部タイマ,割込等のモ−ドセットを実施した後、システムの診断を実施し、異常がなければ次の処理に進む。
【0055】
ステップ62では、入力インタ−フェ−ス12を介して、シフトレバ−,ブレ−キスイッチ,アクセルスイッチ,アクセル開度センサのそれぞれが出力する信号の状態を読取り、その状態のデ−タを内部メモリに保存する。ステップ62で検出した状態に何らかの変化があった場合には、ステップ63からステップ64に進む。変化がない時には、ステップ63からステップ65に進む。
【0056】
ステップ64では、ステップ62で検出した各種状態に基づいて、SRモ−タ1の所要駆動方向を決定し駆動トルクの目標値を決定する。例えば、アクセル開度センサによって検出されたアクセル開度が増大した時には、駆動トルクの目標値も増大する。また、ここで目標トルクの変化を示すトルク変更フラグをセットする。
【0057】
ステップ65では、SRモ−タ1の回転速度を検出する。この実施例では、角度センサ1dの角度検出デ−タ(11ビット)のビットデ−タがSRモ−タの回転子の回転に応じて変化し、その変化周期が回転速度に逆比例するので、CPU11は、下位ビットの変化周期を測定してモ−タ回転速度を算出する。算出した回転速度のデ−タは内部メモリに保存する。
【0058】
SRモ−タ1の回転速度に変化がある時には、ステップ66からステップ68に進み、回転速度に変化がなければステップ67に進む。ステップ67では、トルク変更フラグの状態を調べ、フラグがセットされている時、即ち目標トルクの変化がある時には、ステップ68に進み、トルクに変化がない時にはステップ62に戻る。
【0059】
ステップ68では、電流マップメモリ13aからデ−タを入力し、次のステップ69では、波形マップメモリ13bからデ−タを入力する。この実施例では、電流マップメモリ13a及び波形マップメモリ13bは、予め様々なデ−タを登録した読み出し専用メモリ(ROM)で構成してあり、電流マップメモリ13aには図9に示すようなデ−タが保持され、波形マップメモリ13bには、図13に示すようなデ−タが保持されている。
【0060】
即ち、電流マップメモリ13aには、様々な目標トルクと様々な回転数(モ−タの回転速度)のそれぞれに対応付けられた多数のデ−タCnm(n:トルクに対応する列の数値,m:回転数に対応する行の数値)が保持されており、デ−タCnmの1組には、通電オン角度,通電オフ角度,及び電流目標値が含まれている。例えば、トルクが20[N・m]で回転数が500[rpm]の時のデ−タC34の内容は、52.5度,82.5度及び200[A]である。即ち、0〜90度の回転位置の範囲内において、特定のコイルに52.5〜82.5度の範囲で200Aの電流を流し、0〜52.5度の範囲及び82.5〜90度の範囲では電流を遮断することを意味する。ステップ68では、その時のトルクと回転数に応じて選択した、Cmnの1組のデ−タを入力する。
【0061】
但し、実際にコイルに流す電流の目標値は、一般的な矩形波状に変化するのではなく、立上り及び立下りが緩やかな波形になる。この波形が、波形マップメモリ13bに基づいて決定される。
【0062】
図13に示すように、波形マップメモリ13bには、様々な回転数(モ−タの回転速度)のそれぞれに対応付けられた多数のデ−タD1n及びD2n(n:回転数に対応する行の数値)が保持されている。デ−タD1nは立上り所要角度であり、電流を低レベル(0[A])から高レベル(例えば200[A])に立ち上げるまでの回転角度変化量を示している。デ−タD2nは立下り所要角度であり、電流を高レベル(例えば200[A])から低レベル(0[A])に立ち下げるまでの回転角度変化量を示している。
【0063】
例えば、図9に示す電流マップのC34のデ−タを使用する場合、通電オン角度である52.5度よりD1nの角度だけ手前の位置から、電流目標値の立上げを開始し、52.5度で100%まで緩やかに立ち上がるように電流目標値の波形を変化させ、通電オフ角度である82.5度よりD2nの角度だけ手前の位置から、電流目標値の立下げを開始し、82.5度で立下げを完了するように、緩やかに電流目標値を変化させる。
【0064】
波形マップメモリのデ−タD1n,D2nは、回転数[rpm]毎に最適な時間(角度)で電流の立上り及び立下りが変化するように予め定めてある。即ち、立上り及び立下りが速すぎると、励磁の切換り時の磁束の微分値が大きくなり振動及び騒音が大きくなるし、立上り及び立下りが遅すぎると、駆動トルクが著しく低下し駆動効率も低下するので、振動及び騒音を充分に抑制でき、しかも駆動効率の低下も小さくなるような値が、D1n,D2nとして定められる。また特に、D1nに対応する立上り時間とD2nに対応する立下り時間は、いずれも、SRモ−タ1の固有振動周波数(共振周波数)の半周期よりも大きくなるように定めてある。このようにすると、励磁の切換り時に生じる振動の周波数が、SRモ−タ1の固有振動周波数よりも低くなるため、共振が防止され、振動及び騒音レベルの増大が抑制される。
【0065】
図8のステップ69では、その時の回転数によって波形マップメモリ13b上から1組のデ−タD1n,D2nを選択し、それらのデ−タをCPU11に入力する。例えば、回転数[rpm]が500の時には、デ−タD14及びD24を選択して入力する。
【0066】
次のステップ6Aでは、ステップ68で入力したデ−タCnm及びステップ69で入力したデ−タD1n,D2nに基づいて、図10に示すような通電マップのデ−タを生成し、この最新の通電マップによって、図2に示す電流波形生成回路のメモリ15a,15b,15cのデ−タを更新(書き替え)する。勿論、図2に示す1相分のメモリ15a,15b,15cに通電マップを書込むだけでなく、3相全てのメモリについて、それぞれ通電マップを作成し、そのデ−タを各々のメモリに書き込む。
【0067】
実際には、次のようにして通電マップを作成する。第3相の場合、デ−タCnmに含まれている通電オン角度Aonから立上り所要角度D1nを引いた角度位置A1の電流目標値を0、通電オン角度Aonの位置をCnmに含まれている電流目標値(例えば200[A])とし、角度位置A1とAonとの間では、その間を滑らかに立上る曲線で結ぶように、デ−タを補間する。即ち、ロ−タ角度の0.5度毎に前記曲線に近似する値を計算して求め、それを各々の角度における電流目標値とする。同様に、デ−タCnmに含まれている通電オフ角度Aoffから立下り所要角度D2nを引いた角度位置A2では電流目標値をCnmに含まれている電流目標値(例えば200[A])とし、通電オフ角度Aoffの位置の電流目標値を0とし、角度位置A2とAoffとの間では、その間を滑らかに立下る曲線で結ぶように、デ−タを補間する。即ち、ロ−タ角度の0.5度毎に前記曲線に近似する値を計算して求め、それを各々の角度における電流目標値とする。上記以外の角度位置には、0を電流目標値として書き込む。
【0068】
また、第1相及び第2相については、第3相の通電マップのデ−タを、それぞれ30度及び60度ずらしたものをそのまま用いる。このようにして、図10に示すような通電マップが作成される。なお図10に示す通電マップは、メモリ15bに書き込まれるデ−タ(Vr1)のみを示しており、メモリ15aに書き込むデ−タ(Vr2)は図10の通電マップの値より少し大きい値になる。
【0069】
この実施例では、メモリ15a,15b,15cのデ−タに基づいて電気コイル1aに流れる電流が制御されるので、CPU11がメモリ(3相分の15a,15b,15c)に通電マップを書き込むだけで、それに従うように、各コイルの励磁切り換えが、ハ−ドウェア回路により自動的に実施される。
【0070】
CPU11は、上述のステップ62〜6Aの処理を繰り返し実行する。そして、検出したSRモ−タの回転速度及びトルクが一定の場合には、ステップ66−67−62を通るが、回転速度が変化した場合、又はトルクが変化した場合には、ステップ68−69−6A−6Bを実行するので、メモリ15a,15b,15c上の通電マップが更新される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1の主要部分の、3相駆動回路の中の1相駆動回路のみの具体的な構成を示すブロック図である。
【図3】 図2に示す出力判定回路17の構成を示すブロック図である。
【図4】 図3に示すクロック選択回路22およびフィルタ回路23の入,出力信号の発生タイミングを示すタイムチャ−トである。
【図5】 図3に示すオンエッジ検出回路の入,出力信号の発生タイミングを示すタイムチャ−トである。
【図6】 図1に示すSRモ−タ1を駆動する場合の励磁電流指示の波形例を示すタイムチャ−トである。
【図7】 図1に示すSRモ−タ1に流す励磁電流波形の駆動条件に応じた変化を示すタイムチャ−トである。
【図8】 図1に示すCPU11の動作を示すフロ−チャ−トである。
【図9】 図1に示す電流マップメモリ13aの一部のデ−タの内容を示すマップである。
【図10】 図2に示すメモリ15a〜15cに書込まれるデ−タの一部を示すマップである。
【図11】 SRモ−タにおいて一般的な通電制御を実施した場合の電流,磁束,磁束変化を示すタイムチャ−トである。
【図12】 SRモ−タの電流の立上り及び立下りを緩やかに変化させた場合の電流,磁束,磁束変化を示すタイムチャ−トである。
【図13】 図1に示す波形マップメモリ13bの一部のデ−タの内容を示すマップである。
【図14】 図2に示すインバ−タ18の、ハ−ドチョッピングモ−ドでのモ−タ電流を示す図面であり、(a)はモ−タに駆動電流を流しているときの電流通流方向を、(b)は駆動電流の供給を遮断したときの電流通流方向を、(c)は時系列の電流波形の概要を示す。
【図15】 図2に示すインバ−タ18の、ソフトチョッピングモ−ドでのモ−タ電流を示す図面であり、(a)はモ−タに駆動電流を流しているときの電流通流方向を、(b)は駆動電流の供給を遮断したときの電流通流方向を、(c)は時系列の電流波形の概要を示す。
【図16】 図2に示す電流センサ2の電流検出信号に現われることがあるノイズを示す電流波形図であり、(a)はハ−ドチョッピングのときのものを、(b)はソフトチョッピングのときのものを示す。
【符号の説明】
1:SRモ−タ
1a,1b,1c,CL:コイル
1d:角度センサ
2,3,4:電流センサ
11:CPU
12:入力インタ−フェ−ス
13a:電流マップメモリ
13b:波形マップメモリ
14:電源回路
15:電流波形生成回路
15a,15b,15c:メモリ
15d:アドレスデコ−ダ
15e,15f:D/A変換器
15g,15h:増幅器
16:比較回路
16a,16b:アナログ比較器
17:出力判定回路
18,19,1A:各相ドライバ
18a,18b:トランジスタ(IGBT)
18c,18d:ダイオ−ド
18e,18f:電源ライン
Vr1,Vr2:基準電圧
Claims (6)
- 負荷に通電するスイッチング手段;
負荷に流れる電流値を検出する電流検出手段;
目標電流値に対し検出電流値が低いときには第1レベルの、高いときには第2レベルの電流レベル信号を発生する比較手段;
前記電流レベル信号が、そのレベルの切換わりから設定時間の間同一レベルのとき切換り後のレベルの信号を出力するフィルタ手段;および、
該フィルタ手段が出力する信号が第2レベルのときスイッチング手段をオフにするスイッチング信号出力手段;を備え、
前記設定時間が、第1レベルから第2レベルへの切換りのときとその逆の切換りのときで値が異なる;チョッピング通電制御装置。 - 前記電流レベル信号の、第1レベルから第2レベルへの切換りのときの前記設定時間は第2レベルから第1レベルへの切換りのときの前記設定時間より長く、しかも、第2レベルから第1レベルへの切換りのときの前記設定時間は零である;請求項1記載のチョッピング通電制御装置。
- 負荷の一端と第1電源ラインとの間に介挿された第1スイッチング手段;
前記負荷の他端と第2電源ラインとの間に介挿された第2スイッチング手段;
前記負荷の前記一端と第2電源ラインの間に介挿され、後者から前者への電流通流は許す第1ダイオ−ド;
前記負荷の前記他端と第1電源ラインの間に介挿され、前者から後者への電流通流は許す第2ダイオ−ド;
第2スイッチング手段の間欠オン/連続オンを指示するモ−ド指示信号を発生するモ−ド指示手段;
負荷に流れる電流値を検出する電流検出手段;
目標電流値に対し検出電流値が低いときには第1レベルの、高いときには第2レベルの電流レベル信号を発生する比較手段;
前記モ−ド指示信号に応じて、それが間欠オンを指示するときは長い時間を、連続オンを指示するときは短い時間を設定時間に定めるフィルタ時間設定手段;
前記電流レベル信号の、第1レベルから第2レベルへの切換わりから前記設定時間の間同一レベルのとき第2レベルの信号を出力するフィルタ手段;および、
該フィルタ手段が出力する信号が第2レベルのとき、第1スイッチング手段をオフにすると共に、前記モ−ド指示信号に応じてそれが間欠オンを指示するときは第2スイッチング手段をオフに、連続オンを指示するときはオンを継続するスイッチング信号出力手段;を備えるチョッピング通電制御装置。 - 装置は更に、前記スイッチング信号出力手段の、スイッチング手段をオフからオンにする信号の切換りに応答してフィルタ手段を初期化するオンエッジ検出手段;を備える請求項1,請求項2又は請求項3記載のチョッピング通電制御装置。
- 前記スイッチング信号出力手段は、定周期のタイミング信号が発生するまで前記第2レベルの第1レベルへの切換りを遅延する手段を含む、請求項1,請求項2,請求項3又は請求項4記載のチョッピング通電制御装置。
- フィルタ手段は、シリアル入力/パラレル出力のシフトレジスタおよびそのパラレル出力の論理積又は論理和を出力する論理処理手段を含む、請求項1,請求項2,請求項3,請求項4又は請求項5記載のチョッピング通電制御装置。
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