JP6773016B2

JP6773016B2 - 負荷駆動装置

Info

Publication number: JP6773016B2
Application number: JP2017249596A
Authority: JP
Inventors: 翔太嶋崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-12-26
Also published as: JP2019115023A; WO2019130892A1

Description

本発明は、負荷駆動装置に関する。

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。

特開２０１３−２１１７１１号公報

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施形態に係る負荷駆動装置の概略的な回路構成図である。図１に示された負荷駆動装置の動作概要を示すタイムチャートである。図１に示された負荷駆動装置の動作概要を示すタイムチャートである。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

「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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

誘導性負荷（２）を駆動する負荷駆動装置（１）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、
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。
前記第一スイッチのハイサイドに電気接続されたノイズフィルタ（１４）をさらに備えた、
請求項１に記載の負荷駆動装置。
前記第一スイッチと前記第二スイッチとの間で前記誘導性負荷と並列に電気接続される還流回路（１３）をさらに備えた、
請求項１または２に記載の負荷駆動装置。