JP4984902B2 - 負荷駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、負荷に電圧を印加することで負荷を駆動する負荷駆動回路に関する。

従来より、モータ等の負荷をスイッチング制御する駆動回路には、負荷のスイッチング時に発生するノイズを低減するためのノイズフィルタを採用している。しかしながら、このようなノイズフィルタを使用することにより、ノイズフィルタを構成するコイルが抵抗となって負荷に供給するための電源を損失してしまうという問題がある。

そこで、ノイズフィルタの低損失化を図る方法が特許文献１、２で提案されている。具体的に、特許文献１、２では、ノイズフィルタに用いられる高性能な金属系複合磁性材料として、高透磁率な複合磁性体であるＦｅ−Ｎｉ系軟磁性合金の粉末を用いると共に、この粉末を圧縮成形した圧粉磁芯を使用することにより、ノイズフィルタの低損失化を図る方法が提案されている。
特開２００１−２３８０９号公報 特開２００１−２３８１１号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に示される方法では、ノイズフィルタに用いられる磁性材料の材料特性を向上させることによってノイズフィルタの低損失化を図っているが、コイルを用いた構成は同じであり、コイルの抵抗を完全に無くすことはできない。したがって、負荷に供給する電源は、ノイズフィルタを構成するコイルによって損失されてしまう。

本発明は、上記点に鑑み、ノイズフィルタの低損失化を図ることができる負荷駆動回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴では、電源（１０）と負荷（３０）との間に直列接続されたコイル（２１ｃ）と、このコイルの両端に並列接続された第１のスイッチ手段（２１ｄ、２１ｅ）と、を有するノイズフィルタ部（２１）と、負荷を駆動する駆動信号に基づいて、負荷をフルオン駆動する場合、ノイズフィルタ部の第１のスイッチ手段をオンしてコイルの両端を短絡し、電源と負荷との間で第１のスイッチ手段を経由する経路を形成し、負荷をスイッチング駆動する場合、ノイズフィルタ部の第１のスイッチ手段をオフして電源と負荷との間でコイルを経由する経路を形成する制御回路部（２２）と、を備えたことを特徴とする。

このようにすれば、負荷をフルオン駆動する場合、第２のスイッチ手段が常時オンされるため、第２のスイッチ手段によってスイッチングノイズは発生しないので、ノイズフィルタ部によってノイズ除去を行う必要がなくなる。すなわち、ノイズフィルタ部において第１のスイッチ手段をオンすることでコイルの両端を短絡することにより、コイルによる電源の損失を低減することができる。

また、負荷をスイッチング駆動する場合、第２のスイッチ手段がスイッチング駆動されることで負荷にパルス状の電圧が印加されることになるため、そのパルス状の電圧を印加することによってスイッチングノイズが発生する。したがって、第１のスイッチ手段をオフすることにより、ノイズフィルタ部でスイッチングノイズを除去することができる。

なお、このようにしてコイルの両端を短絡する場合、例えばＭＯＳＦＥＴ等の低オン抵抗の半導体スイッチング素子を用いることにより、コイルによる損失を低減することができる。

この場合、制御回路部を、駆動信号に基づいて、負荷をフルオン駆動またはスイッチング駆動する負荷信号を生成し、この負荷信号によって負荷を駆動する通電手段（１２０）と、負荷がスイッチング駆動されているか否かを判定するスイッチング駆動判定手段（１３０）と、負荷がスイッチング駆動されていない場合、第１のスイッチ手段をオンしてコイルの両端を短絡し、電源と負荷との間で第１のスイッチ手段を経由する経路を形成するフルオン駆動手段（１４０）と、負荷がスイッチング駆動されている場合、電源と負荷との間でコイルを経由する経路を形成するスイッチング駆動手段（１５０）と、を備えた構成とすることができる。

なお、上記制御回路部として、例えばマイクロコンピュータを採用することによって、上記構成を実現することができる。

また、制御回路部を、負荷をフルオン駆動する場合、ノイズフィルタ部のコイルの両端を短絡した経路を形成し、負荷をスイッチング駆動する場合、電源と負荷との間でコイルを経由する経路を形成する入力信号処理部（２２ａ）と、第２のスイッチ手段を駆動するための負荷信号を生成する通電信号形成回路部（２２ｂ）と、を備えた構成とすることもできる。

なお、上記制御回路部として、例えばカスタムＩＣを採用することによって、上記構成を実現することができる。

本発明の第２の特徴では、負荷（３０）を駆動する場合において、電源（１０）と負荷との間に直列接続されると共に、第１コイル（Ｂ）と第２コイル（Ｃ）とが直列接続されることで構成されたコイル（２１ｃ）と、このコイルの第２コイルに並列接続された第１のスイッチ手段（２１ｄ、２１ｅ）と、を有するノイズフィルタ部（２１）と、電源から負荷への通電のオンオフを制御するインバータ部（２６）と、負荷を駆動する駆動信号に基づいて、負荷をフルオン駆動する場合、ノイズフィルタ部の第１のスイッチ手段をオンしてコイルを構成する第２コイルを短絡することで、電源とインバータ部との間でコイルの第１コイルおよび第１のスイッチ手段を経由する経路を形成し、負荷をスイッチング駆動する場合、ノイズフィルタ部の第１のスイッチ手段をオフすることで、電源とインバータ部との間でコイルの第１コイルおよび第２コイルを経由する経路を形成する制御回路部（２２）と、を備えている。

このように、負荷をスイッチング駆動する場合、たとえ一位相区間でフルオン駆動したとしても、位相をずらして負荷をスイッチング駆動しているため、スイッチングノイズが発生するが、コイルの第２コイルのみを短絡し、第１コイルをノイズ除去に用いるようにすることで、負荷をフルオン駆動する場合であっても、ノイズ除去を行いつつ、コイルの低損失化を図ることができる。

このような場合、制御回路部を、駆動信号に基づいて、負荷をフルオン駆動またはスイッチング駆動する負荷信号を生成し、この負荷信号によって負荷を駆動する通電手段（１２０）と、負荷がスイッチング駆動されているか否かを判定するスイッチング駆動判定手段（１３０）と、負荷がスイッチング駆動されていない場合、第１のスイッチ手段をオンしてコイルを構成する第２コイルを短絡し、電源とインバータ部との間でコイルの第１コイルおよび第１のスイッチ手段を経由する経路を形成するフルオン駆動手段（１４０）と、負荷がスイッチング駆動されている場合、ノイズフィルタ部の第１のスイッチ手段をオフするスイッチ信号を出力することで、電源とインバータ部との間でコイルの第１コイルおよび第２コイルを経由する経路を形成するスイッチング駆動手段（１５０）と、を備えた構成とすることができる。

すなわち、負荷を駆動する場合、フルオン駆動またはスイッチング駆動いずれも各位相でインバータ部のオン／オフを切り替える周波数による切り替えノイズが発生することが考えられる。したがって、いずれの駆動方式においても上記のようにノイズフィルタ部の第１コイルをノイズフィルタとして機能させることで、上記切り替え周波数におけるノイズ除去を行うことができる。

なお、負荷をスイッチング駆動する場合であって、上記制御回路部として、例えばマイクロコンピュータを採用することによって、上記構成を実現することができる。

また、制御回路部を、負荷の回転位置を検出する位置検出回路部（２２ｃ）と、負荷をフルオン駆動する場合、ノイズフィルタ部のコイルの第２コイルを短絡した経路を形成し、負荷をスイッチング駆動する場合、電源とインバータ部との間でコイルの第１コイルおよび第２コイルを経由する経路を形成する入力信号処理部（２２ａ）と、インバータ部を駆動するための負荷信号を生成する通電信号形成回路部（２２ｂ）と、を備えた構成とすることもできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示されるＤＣモータ制御装置は、スイッチング駆動として、負荷をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動するものである。

図１は、本発明の第１実施形態に係るＤＣモータ用制御装置の回路図である。この図に示されるように、ＤＣモータ用制御装置Ｓ１は、電源１０と、負荷駆動回路部２０と、負荷３０と、を備えて構成されている。

電源１０は、負荷３０に電圧を印加するためのものであり、本実施形態では直流電圧を発生させるものが採用される。

負荷駆動回路部２０は、負荷３０をスイッチング駆動するためのＰＷＭ制御を行うと共に、負荷３０に対してＰＷＭ制御を行うことによって発生するスイッチングノイズを除去するものであり、ノイズフィルタ部２１と、制御回路部２２と、ダイオード２３と、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４と、を備えて構成されている。

ノイズフィルタ部２１は、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４がスイッチング駆動されることで発生するスイッチングノイズを除去するためのものである。したがって、ノイズフィルタ部２１は電源１０と負荷３０との間に設けられ、電源１０による直流電圧を印加する配線からノイズを除去する役割を果たす。このようなノイズフィルタ部２１は、コンデンサ２１ａ、２１ｂと、コイル２１ｃと、スイッチ用トランジスタ２１ｄと、を備えて構成されている。

具体的に、ノイズフィルタ部２１では、２つのコンデンサ２１ａ、２１ｂおよびコイル２１ｃにてＣＬＣのπ型のノイズフィルタが構成され、このπ型ノイズフィルタにてノイズ除去が行われる。また、コイル２１ｃは、電源１０と負荷３０との間に直列に接続された状態になっている。

上記コイル２１ｃの少なくとも一部にスイッチ用トランジスタ２１ｄが接続されている。より具体的には、コイル２１ｃの両端に、スイッチ用トランジスタ２１ｄのドレインおよびソースが接続されており、ゲートが制御回路部２２に接続されている。そして、制御回路部２２からスイッチ用トランジスタ２１ｄのゲートにスイッチ信号が入力されることで、スイッチ用トランジスタ２１ｄがオン／オフするようになっている。

本実施形態では、スイッチ用トランジスタ２１ｄとして、例えばＮｃｈ型ＭＯＳＦＥＴが採用される。なお、スイッチ用トランジスタ２１ｄは、本発明の第１のスイッチ手段に相当する。

制御回路部２２は、負荷３０を駆動するための駆動信号を外部から入力して、負荷３０を駆動するものである。具体的に、制御回路部２２は、負荷３０をフルオン駆動（デューティ比１００％）させる旨の駆動信号を入力した場合、スイッチ用トランジスタ２１ｄをオンさせるスイッチ信号を出力する。すなわち、コイル２１ｃの両端を短絡する。

また、制御回路部２２は、負荷３０をＰＷＭ駆動させる旨の駆動信号を入力した場合、ＰＷＭ駆動におけるパルス幅に応じた負荷信号を生成してＰＷＭ制御用トランジスタ２４に出力し、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４をＰＷＭ駆動する。さらに、ＰＷＭ制御に応じてＰＷＭ制御用トランジスタ２４にてスイッチングノイズが発生するので、制御回路部２２は、ノイズフィルタ部２１にてノイズ除去を行うため、スイッチ用トランジスタ２１ｄをオフさせるスイッチ信号を出力する。

上記機能を有する制御回路部２２は、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４を駆動する駆動プログラムが記憶されたメモリやＣＰＵ等を備えたマイクロコンピュータで構成される。また、外部から制御回路部２２に入力される駆動信号は、例えば駆動周波数が２５Ｈｚ〜５ｋＨｚのデューティ信号で構成される。

ダイオード２３は、負荷３０の両端に接続され、負荷３０に流れる電流の逆流防止のためのものである。

ＰＷＭ制御用トランジスタ２４は、負荷３０に対してＰＷＭ制御を行うためのものである。このＰＷＭ制御用トランジスタ２４は、負荷３０のローサイドとグランドとの間に接続されており、ゲートが制御回路部２２に接続されている。そして、制御回路部２２からＰＷＭ制御用トランジスタ２４のゲートに負荷信号が入力されることで、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４が負荷信号のデューティ比に応じて負荷３０をスイッチング駆動するようになっている。

本実施形態では、上記ＰＷＭ制御用トランジスタ２４として、例えばＮｃｈ型ＭＯＳＦＥＴが採用される。なお、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４は、本発明の第２のスイッチ手段に相当する。

負荷３０は、制御回路部２２によってフルオン駆動もしくはＰＷＭ駆動されるものであり、例えばファン等のモータ、フューエルポンプのモータ、エアコンのブロワモータ等のＤＣモータが採用される。以上が、本実施形態に係るＤＣモータ用制御装置Ｓ１の構成である。

次に、上記ＤＣモータ用制御装置Ｓ１の作動について、図２を参照して説明する。図２は、駆動信号に応じてＰＷＭ制御用トランジスタ２４を駆動する駆動プログラムの内容を示したフローチャートである。このフローは、負荷駆動回路部２０に電源が供給されるとスタートする。

図２に示すフローがスタートすると、ステップ１１０では、初期設定が行われる。この初期設定とは、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄがオフされることを指す。具体的には、制御回路部２２にてスイッチ用トランジスタ２１ｄをオフするスイッチ信号が生成され、そのスイッチ信号がスイッチ用トランジスタ２１ｄに出力されることでスイッチ用トランジスタ２１ｄがオフされる。

ステップ１２０（通電手段）では、駆動信号に応じて負荷３０に通電が行われる。すなわち、外部から制御回路部２２に入力される駆動信号のデューティ比に応じて、負荷３０をフルオン駆動またはＰＷＭ駆動する負荷信号が生成され、その負荷信号がＰＷＭ制御用トランジスタ２４に出力されることで、負荷３０が負荷信号に応じて駆動される。

図３は、負荷３０をＰＷＭ駆動またはフルオン駆動した際に負荷３０に係る電圧（ＶＭ）および電流（ＩＭ）の各波形を示した図である。この図に示されるように、負荷３０をＰＷＭ駆動する場合、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４がスイッチング駆動されることで負荷３０にパルス状の電圧が印加され、その電圧に応じて負荷３０に電流が流れることとなる。このような場合、スイッチングノイズが発生するため、以下のステップでノイズフィルタ部２１によるノイズ除去が行われることとなる。

また、図３に示されるように、負荷３０をフルオン駆動する場合、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４が常時オンされて負荷３０が通電状態とされ、負荷３０に最大電流が流れることとなる。このような場合、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４によるスイッチングノイズは発生しないため、以下のステップでノイズフィルタ部２１を用いないようにすることで、ノイズフィルタ部２１における低損失化が図られることとなる。

ステップ１３０（スイッチング駆動判定手段）では、負荷３０がスイッチング駆動（ＰＷＭ駆動）されているか否かが判定される。すなわち、ステップ１２０にて生成された負荷信号によって、負荷３０がＰＷＭ駆動されているか否かが判定される。そして、負荷３０がＰＷＭ駆動ではなくフルオン駆動されている場合、ステップ１４０に進み、負荷３０がＰＷＭ駆動されている場合、ステップ１５０に進む。

ステップ１４０（フルオン駆動手段）では、負荷３０がフルオン駆動されていることに伴って、ノイズフィルタ部２１のコイル２１ｃの両端が短絡される。具体的には、制御回路部２２からスイッチ用トランジスタ２１ｄをオンするためのスイッチ信号が出力されることで、スイッチ用トランジスタ２１ｄがオンする。これにより、電源１０と負荷３０との間で、ノイズフィルタ部２１のコイル２１ｃの両端が短絡した経路が形成されるので、コイル２１ｃの抵抗による電源１０の損失を低減することができる。つまり、スイッチ用トランジスタ２１ｄのオン抵抗がコイル２１ｃの抵抗よりも小さいため、電源１０の低損失化を図ることができる。

ステップ１５０（スイッチング駆動手段）では、負荷３０がＰＷＭ駆動されていることに伴い、電源１０と負荷３０との間で、ノイズフィルタ部２１のコイル２１ｃを経由する経路が形成される。具体的には、制御回路部２２にて負荷信号が生成された後、この負荷信号がＰＷＭ制御用トランジスタ２４に出力されて、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４がＰＷＭ駆動される。さらに、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４をＰＷＭ駆動するに際し、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４にてスイッチングノイズが発生する。したがって、ノイズフィルタ部２１にてノイズ除去を行うため、制御回路部２２にてノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄをオフさせるスイッチ信号が生成される。これにより、電源１０と負荷３０との間に、ノイズフィルタ部２１を介する経路が形成されるので、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４によって発生するスイッチングノイズを除去することができる。

ステップ１６０では、駆動信号が入力されているか否かが判定される。すなわち、制御回路部２２に外部から駆動信号の入力の有無がモニタされる。本ステップにて駆動信号が入力されていないと判定されると、負荷３０の駆動が終了し、本フローチャートも終了する。

一方、本ステップにて駆動信号が入力されていると判定されると、ステップ１２０に戻り、ステップ１２０にて駆動信号に応じた負荷３０への通電が行われる。したがって、制御回路部２２に駆動信号が入力されている間、ステップ１２０〜ステップ１６０を繰り返す。なお、ステップ１６０がステップ１２０に戻る駆動周期は、例えば４ｍｓ〜４０ｍｓである。

以上説明したように、本実施形態では、ノイズフィルタ部２１のコイル２１ｃの両端にスイッチ用トランジスタ２１ｄを接続すると共に、負荷３０をフルオン駆動する場合、コイル２１ｃの両端を短絡することが特徴となっている。

すなわち、負荷３０をフルオン駆動する場合では、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４を常時オンすることになるため、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４によってスイッチングノイズは発生しない。したがって、ノイズフィルタ部２１によってノイズ除去を行う必要がなくなるので、スイッチ用トランジスタ２１ｄをオンしてコイル２１ｃの両端を短絡することにより、コイル２１ｃによる電源１０の損失を低減することができる。

本実施形態では、スイッチ用トランジスタ２１ｄとしてＭＯＳＦＥＴを採用しているため、スイッチ用トランジスタ２１ｄによる低オン抵抗を実現できる。

また、負荷３０をＰＷＭ駆動する場合では、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４がスイッチング駆動されることになるため、このＰＷＭ制御用トランジスタ２４によってスイッチングノイズが発生する。したがって、スイッチ用トランジスタ２１ｄをオフすることにより、ノイズフィルタ部２１でスイッチングノイズを除去することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ノイズフィルタ部２１のコイル２１ｃの両端を短絡するスイッチ手段として、リレーを用いることが特徴となっている。

図４は、本発明の第２実施形態に係るＤＣモータ制御装置の回路図である。この図に示されるように、ノイズフィルタ部２１のコイル２１ｃの両端には、リレー２１ｅが接続されている。このようなリレー２１ｅは、例えばスイッチおよび電磁石から構成されるものであり、電磁石の作動に応じてスイッチの接点が接続または開放するものである。

すなわち、本実施形態では、制御回路部２２はスイッチ信号としてリレー２１ｅのスイッチをオン／オフする信号を生成する。そして、制御回路部２２は、このスイッチ信号に基づいてリレー２１ｅの電磁石に電流を流すことにより、スイッチをオン／オフさせてコイル２１ｃの両端を短絡／開放する。

以上のように、コイル２１ｃの両端を短絡するスイッチ手段として、メカニカルリレーを用いるようにしても構わない。

（第３実施形態）
本実施形態では、上記第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、制御回路部２２をマイクロコンピュータではなくカスタムＩＣで構成することが特徴となっている。

図５は、本発明の第３実施形態に係るＤＣモータ制御装置のブロック構成図を示したものである。なお、図５で示されるＤＣモータ制御装置Ｓ１では、図１に示される電源１０および各回路構成を省略してある。

本実施形態では、負荷駆動回路部２０は、ノイズフィルタ部２１と、制御回路部２２と、駆動回路部２５と、が備えられている。このうち、ノイズフィルタ部２１は、第１実施形態と同様のものであり、コイル２１ｃの両端にスイッチ用トランジスタ２１ｄが接続されたもので構成されている（図１参照）。

制御回路部２２は、入力信号処理部２２ａと、通電信号形成回路部２２ｂと、を備えて構成されている。入力信号処理部２２ａは、外部から入力される駆動信号に基づいて、負荷３０を駆動するための通電信号を生成して通電信号形成回路部２２ｂに出力する。また、通電信号形成回路部２２ｂは、入力信号処理部２２ａから入力される通電信号に応じて負荷３０を駆動するための負荷信号を生成し、この負荷信号を駆動回路部２５に出力すると共に、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄをオン／オフさせるスイッチ信号を生成してノイズフィルタ部２１に出力する。このような制御回路部２２は、本実施形態では、上述のようにカスタムＩＣで構成される。

駆動回路部２５は、通電信号形成回路部２２ｂから入力された負荷信号に応じて、負荷３０をフルオン駆動またはＰＷＭ駆動するものである。このような駆動回路部２５は、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４やダイオード２３を備え（図１参照）、ノイズフィルタ部２１を介して入力された電源を負荷３０に供給する構成となっている。以上が、本実施形態に係るＤＣモータ制御装置Ｓ１の構成である。

次に、上記ＤＣモータ制御装置Ｓ１の作動について説明する。まず、外部から負荷３０を駆動するための駆動信号が制御回路部２２の入力信号処理部２２ａに入力される。

そして、入力信号処理部２２ａでは、負荷３０をフルオン駆動するための通電信号が生成され、その通電信号が通電信号形成回路部２２ｂに入力される。これにより、通電信号形成回路部２２ｂでは、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄをオンするスイッチ信号が生成され、そのスイッチ信号がノイズフィルタ部２１に入力される。そして、ノイズフィルタ部２１では、通電信号形成回路部２２ｂから入力されたスイッチ信号に応じてスイッチ用トランジスタ２１ｄがオンされ、コイル２１ｃの両端が短絡される。

また、通電信号形成回路部２２ｂでは、入力された通電信号に応じてＰＷＭ制御用トランジスタ２４を常時オンする負荷信号が生成され、その負荷信号が駆動回路部２５に入力される。これにより、駆動回路部２５では、負荷信号に応じてＰＷＭ制御用トランジスタ２４を常時オンさせた負荷３０のフルオン駆動がなされる。

一方、外部から制御回路部３０に入力される駆動信号が負荷３０をＰＷＭ駆動させるものである場合、入力信号処理部２２ａでは、負荷３０をＰＷＭ駆動するための通電信号が生成され、その通電信号が通電信号形成回路部２２ｂに入力される。この通電信号には、負荷３０をＰＷＭ駆動する際のデューティ比等の情報も含まれる。

そして、通電信号形成回路部２２ｂでは、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄをオフするスイッチ信号が生成され、そのスイッチ信号がスイッチ用トランジスタ２１ｄに入力される。これにより、ノイズフィルタ部２１では、スイッチ用トランジスタ２１ｄがオフされ、ノイズフィルタがかかるようになる。

また、通電信号形成回路部２２ｂでは、負荷３０をＰＷＭ駆動するための負荷信号が生成され、この負荷信号が駆動回路部２５に入力される。これにより、駆動回路部２５では、負荷信号に応じてＰＷＭ制御用トランジスタ２４をスイッチング駆動する負荷３０のＰＷＭ駆動がなされる。

以上のように、制御回路部２２をカスタムＩＣで構成しても、負荷３０をフルオン駆動する場合、またはＰＷＭ駆動する場合に応じて、ノイズフィルタ部２１のコイル２１ｃの両端に接続されたスイッチ用トランジスタ２１ｄを短絡または開放させることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、上記第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、負荷３０として、三相ブラシレスモータを採用することが特徴となっている。

図６は、本発明の第４実施形態に係る三相ブラシレスモータ制御装置の回路図である。この図に示されるように、本実施形態に係る三相ブラシレスモータ制御装置Ｓ２は、図１に示される構成に対し、負荷駆動回路部２０に負荷３０を三相でスイッチング駆動するためのインバータ部２６が付加された構成となっている。

このインバータ部２６は、電源１０から負荷３０への通電のオンオフを三相で制御するものである。すなわちインバータ部２６は、負荷３０であるモータに位相が１２０°ずつずれた電圧を印加するものであり、３つのハイサイド側トランジスタ２６ａ、２６ｃ、２６ｅと、３つのローサイド側トランジスタ２６ｂ、２６ｄ、２６ｆと、を備えて構成されている。そして、トランジスタ２６ａ、２６ｂで一経路、トランジスタ２６ｃ、２６ｄで一経路、トランジスタ２６ｅ、２６ｆで一経路とされ、各ローサイド側トランジスタ２６ｂ、２６ｄ、２６ｆそれぞれのスイッチング駆動によって、負荷３０がフルオン駆動またはＰＷＭ駆動されるようになっている。

これらハイサイド側トランジスタ２６ａ、２６ｃ、２６ｅ、ローサイド側トランジスタ２６ｂ、２６ｄ、２６ｆとして、Ｎｃｈ型ＭＯＳＦＥＴが採用される。

また、本実施形態のノイズフィルタ部２１におけるスイッチ用トランジスタ２１ｄは、上述のように、コイル２１ｃの少なくとも一部に接続されているが、より具体的には、図６に示されるように、コイル２１ｃを短絡するようにコイル２１ｃの両端に接続されているのではなく、スイッチ用トランジスタ２１ｄのドレインがコイル２１ｃの経路上の点Ａに接続されている。すなわち、コイル２１ｃは、第１コイルＢと第２コイルＣとが点Ａで直列接続されることで構成され、スイッチ用トランジスタ２１ｄが第２コイルＣと並列接続された状態になっている。したがって、スイッチ用トランジスタ２１ｄは、コイル２１ｃの第２コイルＣを短絡することとなる。

これは、上述のように、インバータ部２６によって負荷３０を三相でスイッチング駆動するためである。すなわち、たとえ一位相区間で負荷３０をフルオン駆動したとしても、三相でのスイッチング駆動によって負荷３０を駆動するため、その三相でのスイッチング駆動によってスイッチングノイズが発生する。したがって、ノイズフィルタ部２１のコイル２１ｃの両端を完全に短絡してしまうことで、上記三相でのスイッチング駆動によって発生したスイッチングノイズを除去できないことを防止するため、スイッチ用トランジスタ２１ｄにてコイル２１ｃの一部を短絡することで、ノイズフィルタ部２１のノイズ除去の機能を残しつつ、コイル２１ｃの低損失化を図っている。

また、本実施形態に係る制御回路部２２は、上述のように負荷３０を三相でスイッチング駆動するため、外部から入力した駆動信号に応じて、負荷３０を三相でスイッチング駆動するための負荷信号を生成し、各ハイサイド側トランジスタ２６ａ、２６ｃ、２６ｅ、各ローサイド側トランジスタ２６ｂ、２６ｄ、２６ｆにそれぞれ負荷信号を入力することで、負荷３０を三相でスイッチング駆動するようになっている。

さらに、制御回路部２２は、上記第１、第２実施形態と同様に、負荷３０をフルオン駆動またはＰＷＭ駆動する各場合に応じて、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄをオン／オフするスイッチ信号も生成する。また、上記構成を有する三相ブラシレスモータ制御装置Ｓ２は、図２に示されるフローチャートに従って、負荷３０を三相でスイッチング駆動することとなる。

このような三相ブラシレスモータ制御装置Ｓ２において、インバータ部２６に入力される負荷信号は、制御回路部２２にて図７に示される波形となるように生成される。図７は、負荷３０を三相でスイッチング駆動する際、インバータ部２６の各トランジスタに印加する電圧波形を示したものである。図７（ａ）は負荷３０をフルオン駆動する場合にインバータ部２６に入力する電圧波形を示した図、図７（ｂ）は負荷３０をＰＷＭ駆動する場合にインバータ部２６に入力する電圧波形を示した図である。

なお、図７（ａ）、（ｂ）に示される各ゲート電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２は、図６に示される各トランジスタ２６ａ〜２６ｆの各ゲート電圧にそれぞれ対応している。

負荷３０をフルオン駆動する場合、図７（ａ）に示されるように、ハイサイド側トランジスタ２６ａ、２６ｃ、２６ｅには、１２０°の位相ずつずれた電圧が印加される。このように、ハイサイド側トランジスタ２６ａ、２６ｃ、２６ｅに電圧が印加された後、ローサイド側トランジスタ２６ｂ、２６ｄ、２６ｆには、一位相区間において常時オンとなる電圧が印加される。そして、１２０°ごとにローサイド側トランジスタ２６ｂ、２６ｄ、２６ｆがフルオン駆動される。

この場合、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄは、制御回路部２２で生成されたスイッチ信号によってオンした状態になっており、コイル２１ｃの第２コイルＣを短絡している。これにより、電源１０と負荷３０との間では、コイル２１ｃの第１コイルＢおよびスイッチ用トランジスタ２１ｄを経由する経路が形成される。したがって、ノイズフィルタ部２１では、電源１０の低損失化が図られつつ、三相のスイッチング駆動によるノイズ除去も行われている。

また、負荷３０をＰＷＭ駆動する場合、図７（ｂ）に示されるように、上記フルオン駆動と同様に、ハイサイド側トランジスタ２６ａ、２６ｃ、２６ｅに１２０°の位相ずつずれた電圧が印加される。そして、ハイサイド側トランジスタ２６ａ、２６ｃ、２６ｅに電圧が印加された後、ローサイド側トランジスタ２６ｂ、２６ｄ、２６ｆには、一位相区間においてＰＷＭ駆動に相当するパルス状の電圧が印加される。そして、１２０°ごとにローサイド側トランジスタ２６ｂ、２６ｄ、２６ｆがＰＷＭ駆動される。

この場合、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄは、制御回路部２２で生成されたスイッチ信号によってオフした状態になっている。すなわち、電源１０とインバータ部３０との間で、コイル２１ｃの第１コイルＢおよび第２コイルＣを経由する経路が形成される。したがって、ノイズフィルタ部２１は、スイッチングノイズを除去する役割を果たす。

本実施形態のように、三相ブラシレスモータを採用して負荷３０を三相駆動する場合、以下のような効果が得られることが発明者らの検討により明らかになった。まず、図６に示されるノイズフィルタ部２１において、第１コイルＢの抵抗をＲ_Ｌ１とし、スイッチ用トランジスタ２１ｄのオン抵抗をＲ_ＯＮとすると、Ｒ_Ｌ１≫Ｒ_ＯＮの関係を満たす場合ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄがオンされることによって、コイル２１ｃの発熱が抑えられる。

図８は、スイッチ用トランジスタ２１ｄをオン／オフさせたときのコイル２１ｃのインダクタンスとラジオノイズ（ｄＢｍ）との関係、およびコイル２１ｃのインダクタンスとコイル２１ｃの発熱量（ΔＴ）との関係を示した図である。この図において、コイル２１ｃのうち第１コイルＢのインダクタンスをＬ１とし、第２コイルＣのインダクタンスをＬ２とすると、スイッチ用トランジスタ２１ｄがオンの状態では、第１コイルＢとスイッチ用トランジスタ２１ｄとを経由する経路が形成されるため、コイル２１ｃのインダクタンスはＬ１となる。他方スイッチ用トランジスタ２１ｄがオフの状態では、第１コイルＢと第２コイルＣとを経由する経路が形成されるため、コイル２１ｃのインダクタンスはＬ１＋Ｌ２となる。

このようなコイル２１ｃのインダクタンスに対し、ラジオノイズは、図８に示されるような関係にあり、負荷３０をフルオン駆動からＰＷＭ駆動に切り替えるとラジオノイズが増加する。また、コイル２１ｃの発熱は、コイル２１ｃのインダクタンスに対して比例の関係にあり、負荷３０をＰＷＭ駆動からフルオン駆動に切り替えるとコイル２１ｃの発熱量が増加する。

すなわち、ノイズフィルタ部２１にスイッチ用トランジスタ２１ｄが備えられておらず、負荷３０をＰＷＭ駆動からフルオン駆動に切り替えた場合、スイッチ用トランジスタ２１ｄのオフが継続されると共に負荷３０はスイッチング駆動されなくなるのでスイッチングノイズは減少してラジオノイズレベルは向上するが、負荷３０に流れる電流が大きくなるため、コイル２１ｃの発熱が大きくなってしまう。

しかしながら、本実施形態のようにノイズフィルタ部２１にスイッチ用トランジスタ２１ｄが備えられている場合、負荷３０がＰＷＭ駆動からフルオン駆動に切り替えられるとスイッチ用トランジスタ２１ｄがオンされてコイル２１ｃのうち第１コイルＢおよびスイッチ用トランジスタ２１ｄを経由する経路が形成される。したがって、図８に示されるように、ラジオノイズをスイッチ用トランジスタ２１ｄがオフの場合と同程度に保ちつつ、コイル２１ｃの発熱量を下げることができる。

そして、図８に示されるように、ラジオノイズに対する規定値、コイル２１ｃの発熱に対する規定値を設け、これらの規定値を満たすようにすることもできる。具体的には、負荷３０をフルオン駆動してラジオノイズの規定値を満たすインダクタンス値となるようにコイル２１ｃをスイッチ用トランジスタ２１ｄで短絡することにより、ラジオノイズの規定値を満たしつつコイル２１ｃの発熱を低減することができる。

以上のように、負荷３０として三相ブラシレスモータを採用した場合では、負荷３０をフルオン駆動したとしても、一位相区間ごとに駆動するトランジスタを切り替えるため、スイッチングノイズが発生する。しかしながら、図６に示されるように、ノイズフィルタ部２１において、スイッチ用トランジスタ２１ｄでコイル２１ｃの第２コイルＣを短絡することで電源１０の低損失化を図ることができ、さらにノイズ除去機能も維持することができる。

また、上記のように三相で負荷３０を駆動する場合、フルオン駆動またはスイッチング駆動いずれも各位相でインバータ部２６の各トランジスタ２６ａ〜２６ｅのオン／オフを切り替える周波数による切り替えノイズが発生することが考えられる。したがって、いずれの駆動方式においても上記のようにノイズフィルタ部２１の第１コイルＢをノイズフィルタとして機能させることで、上記切り替え周波数におけるノイズ除去を行うことができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、上記第３、第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、制御回路部２２をマイクロコンピュータではなくカスタムＩＣで構成することが特徴となっている。

図９は、本発明の第５実施形態に係る三相ブラシレスモータ制御装置のブロック構成図を示したものである。なお、図９で示される三相ブラシレスモータ制御装置Ｓ２では、図５と同様に、図６に示される電源１０や各回路構成を省略してある。

本実施形態では、負荷駆動回路部２０は、ノイズフィルタ部２１と、制御回路部２２と、インバータ部２６と、が備えられている。このうち、ノイズフィルタ部２１は、第４実施形態と同様のものであり、コイル２１ｃの第２コイルＣを短絡するスイッチ用トランジスタ２１ｄが接続されたもので構成されている（図６参照）。

また、本実施形態では、制御回路部２２は、位置検出回路部２２ｃを備えている。この位置検出回路部２２ｃは、負荷３０である三相ブラシレスモータの回転位置を検出するものである。なお、制御回路部２２において、通電信号形成回路部２２ｂでは、入力信号処理部２２ａから負荷３０を三相でスイッチング駆動するための通電信号が入力されると、その通電信号に基づいて負荷３０を三相でスイッチング駆動するための負荷信号を生成してインバータ部２６に出力する。

そして、インバータ部２６では、通電信号形成回路部２２ｂから入力された負荷信号にしたがって負荷３０が三相でフルオン駆動またはＰＷＭ駆動される。このとき、インバータ部２６から負荷３０に出力される電圧信号は、位置検出回路部２２ｃにフィードバックされて負荷３０の回転位置に用いられる。そして、位置検出回路部２２ｃで取得された回転位置情報は入力信号処理部２２ａに入力され、通電信号生成の際の三相駆動の補正に用いられる。

以上のように、負荷３０として三相ブラシレスモータを採用し、制御回路部２２をカスタムＩＣで構成したとしても、負荷３０をフルオン駆動する場合、またはＰＷＭ駆動する場合に応じて、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄによってコイル２１ｃの第２コイルＣを短絡することができ、コイル２１ｃの抵抗による低損失化を図ることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態において、ノイズフィルタ部２１の回路構成は一例を示すものであって、他の回路構成であっても構わない。例えば、ノイズフィルタ部２１として、ＬＣ型のフィルタを採用しても構わない。

上記各実施形態では、ノイズフィルタ部２１のスイッチ用トランジスタ２１ｄ、ＰＷＭ制御用トランジスタ２４、インバータ部２６の各トランジスタ２６ａ〜２６ｆとして、Ｎｃｈ型ＭＯＳＦＥＴを採用しているが、Ｐｃｈ型のものを用いても良い。

また、上記各実施形態において、スイッチング駆動とは、パルスの間隔は一定でパルス幅を変化させるＰＷＭ駆動と、一定周期内でオンの周期を変化するデューティ駆動と、を含んだ概念であり、いずれか一方または両方による駆動方式である。

上記第１、第２実施形態では、スイッチ用トランジスタ２１ｄがコイル２１ｃの両端に接続されているが、このスイッチ用トランジスタ２１ｄはコイル２１ｃの少なくとも一部に並列接続されていれば良い。

なお、各図中に示したステップは、各種処理を実行する手段に対応するものである。

本発明の第１実施形態に係るＤＣモータ制御装置の回路図である。 駆動信号に応じてＰＷＭ制御用トランジスタを駆動する駆動プログラムの内容を示したフローチャートである。 負荷をＰＷＭ駆動またはフルオン駆動した際に負荷に係る電圧（ＶＭ）および電流（ＩＭ）の各波形を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るＤＣモータ制御装置の回路図である。 本発明の第３実施形態に係るＤＣモータ制御装置のブロック構成図である。 本発明の第４実施形態に係る三相ブラシレスモータ制御装置の回路図である。 第４実施形態において、負荷を三相でスイッチング駆動する際、インバータ部の各トランジスタのゲートに印加する電圧波形を示したものであり、（ａ）は負荷をフルオン駆動する場合にインバータ部に入力する電圧波形を示した図、（ｂ）は負荷をＰＷＭ駆動する場合にインバータ部に入力する電圧波形を示した図である。 スイッチ用トランジスタをオン／オフさせたときのコイルのインダクタンスとラジオノイズ（ｄＢｍ）との関係、およびコイルのインダクタンスとコイルの発熱量（ΔＴ）との関係を示した図である。 本発明の第５実施形態に係る三相ブラシレスモータ制御装置のブロック構成図である。

符号の説明

１０…電源、２１…ノイズフィルタ部、２１ｃ…コイル、２１ｄ…第１のスイッチ手段としてのスイッチ用トランジスタ、２１ｅ…第１のスイッチ手段としてのリレー、２２…制御回路部、２２ａ…入力信号処理部、２２ｂ…通電信号形成回路部、２２ｃ…位置検出回路部、２４…第２のスイッチ手段としてのＰＷＭ制御用トランジスタ、２６…インバータ部、３０…負荷、１２０…通電手段、１３０…スイッチング駆動判定手段、１４０…フルオン駆動手段、１５０…スイッチング駆動手段、Ｂ…第１コイル、Ｃ…第２コイル。

Claims (6)

1. 電源（１０）と負荷（３０）との間に直列接続されたコイル（２１ｃ）と、このコイルの両端に並列接続された第１のスイッチ手段（２１ｄ、２１ｅ）と、を有するノイズフィルタ部（２１）と、
   前記電源から前記負荷への通電のオンオフを制御する第２のスイッチ手段（２４）と、
   外部から入力される前記負荷を常時駆動するフルオン駆動またはスイッチング駆動の旨を示す駆動信号に基づいて、前記負荷をフルオン駆動する場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオンして前記コイルの両端を短絡することで、前記電源と前記負荷との間で前記第１のスイッチ手段を経由する経路を形成すると共に、前記第２のスイッチ手段をフルオン駆動し、前記負荷をスイッチング駆動する場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオフすることで、前記電源と前記負荷との間で前記コイルを経由する経路を形成すると共に、前記第２のスイッチ手段をスイッチング駆動する制御回路部（２２）と、を備えたことを特徴とする負荷駆動回路。
2. 前記制御回路部は、
   前記駆動信号に基づいて、前記負荷をフルオン駆動またはスイッチング駆動する負荷信号を生成し、その負荷信号を前記第２のスイッチ手段に出力することで、前記負荷を駆動する通電手段（１２０）と、
   前記通電手段にて生成された負荷信号に基づいて、前記負荷がスイッチング駆動されているか否かを判定するスイッチング駆動判定手段（１３０）と、
   前記スイッチング駆動判定手段にて、前記負荷がスイッチング駆動されていないと判定された場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオンするスイッチ信号を出力することで、前記第１のスイッチ手段をオンして前記コイルの両端を短絡し、前記電源と前記負荷との間で前記第１のスイッチ手段を経由する経路を形成すると共に、前記負荷をフルオン駆動するための負荷信号を前記第２のスイッチ手段に出力するフルオン駆動手段（１４０）と、
   前記スイッチング駆動判定手段にて、前記負荷がスイッチング駆動されていると判定された場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオフするスイッチ信号を出力することで、前記第１のスイッチ手段をオフし、前記電源と前記負荷との間で前記コイルを経由する経路を形成すると共に、前記負荷をスイッチング駆動するための負荷信号を前記第２のスイッチ手段に出力するスイッチング駆動手段（１５０）と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動回路。
3. 前記制御回路部は、
   前記駆動信号に基づいて、前記負荷をフルオン駆動する場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオンするためのスイッチ信号を出力することで、前記ノイズフィルタ部の前記コイルの両端を短絡した経路を形成すると共に、前記負荷をフルオン駆動するための通電信号を生成し、前記負荷をスイッチング駆動する場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオフするためのスイッチ信号を出力することで、前記電源と前記負荷との間で前記コイルを経由する経路を形成すると共に、前記負荷をスイッチング駆動するための通電信号を生成する入力信号処理部（２２ａ）と、
   前記入力信号処理部から入力される前記通電信号に応じて、前記負荷をフルオン駆動またはスイッチング駆動するための負荷信号を生成して前記第２のスイッチ手段に入力することにより、前記負荷をフルオン駆動またはスイッチング駆動する通電信号形成回路部（２２ｂ）と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動回路。
4. 負荷（３０）を駆動する負荷駆動回路であって、
   電源（１０）と前記負荷との間に直列接続されると共に、第１コイル（Ｂ）と第２コイル（Ｃ）とが直列接続されることで構成されたコイル（２１ｃ）と、このコイルの前記第２コイルに並列接続された第１のスイッチ手段（２１ｄ、２１ｅ）と、を有するノイズフィルタ部（２１）と、
   前記電源から前記負荷への通電のオンオフを制御するインバータ部（２６）と、
   外部から入力される前記負荷を常時駆動するフルオン駆動またはスイッチング駆動の旨を示す駆動信号に基づいて、前記負荷をフルオン駆動する場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオンして前記第２コイルを短絡することで、前記電源と前記インバータ部との間で前記コイルの前記第１コイルおよび前記第１のスイッチ手段を経由する経路を形成すると共に、前記インバータ部によって前記負荷をフルオン駆動し、前記負荷を前記インバータ部でスイッチング駆動する場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオフすることで、前記電源と前記インバータ部との間で前記コイルの前記第１コイルおよび前記第２コイルを経由する経路を形成すると共に、前記インバータ部によって前記負荷をスイッチング駆動する制御回路部（２２）と、を備えたことを特徴とする負荷駆動回路。
5. 前記制御回路部は、
   前記駆動信号に基づいて、前記負荷を前記インバータ部でフルオン駆動またはスイッチング駆動する負荷信号を生成し、その負荷信号を前記インバータ部に出力することで、前記負荷を駆動する通電手段（１２０）と、
   前記通電手段にて生成された負荷信号に基づいて、前記負荷がスイッチング駆動されているか否かを判定するスイッチング駆動判定手段（１３０）と、
   前記スイッチング駆動判定手段にて、前記負荷がスイッチング駆動されていないと判定された場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオンするスイッチ信号を出力することで、前記第２コイルを短絡し、前記電源と前記インバータ部との間で前記コイルの前記第１コイルおよび前記第１のスイッチ手段を経由する経路を形成すると共に、前記負荷をフルオン駆動するための負荷信号を前記インバータ部に出力するフルオン駆動手段（１４０）と、
   前記スイッチング駆動判定手段にて、前記負荷がスイッチング駆動されていると判定された場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオフするスイッチ信号を出力することで、前記電源と前記インバータ部との間で前記コイルの前記第１コイルおよび前記第２コイルを経由する経路を形成すると共に、前記負荷をスイッチング駆動するための負荷信号を前記インバータ部に出力するスイッチング駆動手段（１５０）と、を有していることを特徴とする請求項４に記載の負荷駆動回路。
6. 前記制御回路部は、
   前記負荷の回転位置を検出する位置検出回路部（２２ｃ）と、
   前記位置検出回路部で検出された前記負荷の回転位置と、前記駆動信号と、に基づいて、前記負荷を前記インバータ部でフルオン駆動する場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオンするスイッチ信号を出力することで、前記コイルを構成する前記第２コイルを短絡し、前記電源と前記インバータ部との間で前記コイルの前記第１コイルおよび前記第１のスイッチ手段を経由する経路を形成すると共に、前記負荷をフルオン駆動するための通電信号を生成し、前記負荷をスイッチング駆動する場合、前記ノイズフィルタ部の前記第１のスイッチ手段をオフするスイッチ信号を出力することで、前記第１のスイッチ手段をオフし、前記電源と前記インバータ部との間で前記コイルの前記第１コイルおよび前記第２コイルを経由する経路を形成すると共に、前記負荷をスイッチング駆動するための通電信号を生成する入力信号処理部（２２ａ）と、
   前記入力信号処理部から入力される前記通電信号に応じて、前記負荷を前記インバータ部でフルオン駆動またはスイッチング駆動するための負荷信号を生成して前記インバータ部に入力することにより、前記負荷を前記インバータ部でフルオン駆動またはスイッチング駆動する通電信号形成回路部（２２ｂ）と、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の負荷駆動回路。

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