JPH07111796A - 駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルス幅変調方式によって負荷を駆動するに
あたり、簡単な回路構成をもって、駆動信号中の高次周
波数成分を拡散し、ラジオ周波数帯域へのノイズの発生
を抑制することのできる駆動回路を提供する。 【構成】 モータ等、駆動対象とする負荷の制御信号を
ディジタル値に変換し、該変換したディジタル値に基づ
いて、波形メモリから該当するパルス幅変調データを読
み出す。波形メモリには、それら変換されるディジタル
値に対応してパルス幅が正弦波若しくは不規則変調され
たパルス幅変調データが予め格納されており、この読み
出されたデータのパルス幅変調態様は、制御信号の示す
制御量にそれぞれ対応したものとなる。そして、この読
み出されたパルス幅変調データ、すなわちパルス幅が正
弦波若しくは不規則変調されているパルス信号に基づき
パワートランジスタをオン／オフせしめてモータ等の負
荷を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パルス幅変調された
パルス信号に基づきパワートランジスタ等のスイッチ素
子をオン／オフせしめてモータやソレノイド、更にはヒ
ータ等の負荷を駆動する駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、この種の駆動回路は通
常、アナログ若しくはディジタル信号として印加される
制御信号の制御量に対応してパルス幅が変調されるパル
ス信号を一旦形成し、該形成したパルス幅変調信号を適
宜のドライブ回路等を通じて所要のレベルに増幅するな
どした後、これをパワートランジスタ等からなるスイッ
チ素子のゲート電極に印加して同スイッチ素子をオン／
オフせしめる。該スイッチ素子が例えばＮチャンネルの
パワーＦＥＴからなるとする場合、同スイッチ素子は通
常、そのドレイン電極が上記モータやソレノイド、ヒー
タ等の負荷を介して電源に接続されるとともに、そのソ
ース電極が接地される構成となっており、該スイッチ素
子がこうしてゲート電極に印加されるパルス幅変調信号
に基づきオン／オフされることで、それら変調されたパ
ルス幅に対応した量の電流が上記負荷に流れ、これが駆
動されるようになる。

【０００３】図６は、上記印加される制御信号がアナロ
グ信号（アナログ制御電圧）であるとする場合、これに
基づき形成されるパルス幅変調信号が上記負荷を駆動せ
しめる態様を模式的に示したものである。すなわち同図
６に示されるように、該駆動回路では、アナログ制御電
圧が、図６（ａ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔ
１として示される如く大きな電圧値（制御量）に設定さ
れている場合には、これに基づき形成されるパルス信号
もそのパルス幅が比較的大きめに変調され、同アナログ
制御電圧が、図６（ａ）の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの
時間Ｔ２として示される如く小さな電圧値（制御量）に
設定されている場合には、これに基づき形成されるパル
ス信号もそのパルス幅が比較的小さめに変調される。こ
のため、駆動電流として上記負荷に流れる電流は、同図
６（ｂ）に示されるように、それらパルス信号のパルス
幅（変調量）にそれぞれ対応した値となり、それら電流
値をもって、同負荷を駆動するようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
の駆動回路にあっては、負荷の駆動量を制御するのに、
同負荷の両端電圧を直接操作することをせずに、その駆
動量（制御量）に応じてパルス幅変調した信号に基づい
てこれを駆動するようにしていることから、不要な発熱
等を生じることなく、安定して、それら負荷の駆動を制
御することができるようになる。

【０００５】しかし、同従来の駆動回路では上述のよう
に、それらパルス幅変調したパルス信号によって、上記
パワートランジスタ等からなるスイッチ素子が高速にオ
ン／オフされる構成となっていることから、それに基づ
き負荷に流れる駆動電流には高次の周波数成分が含まれ
るようになる。そしてこれは、ラジオ周波数帯域へのノ
イズとなる。

【０００６】なお、例えば特開昭６１−６５０４８号公
報に記載の方法にみられるように、ソレノイド駆動パル
スのデューティを変化させてソレノイドに流れる電流の
平均値を制御するソレノイド駆動方法において、該駆動
パルスを周波数変調してその繰り返し周波数を常に変化
させる、すなわちこの周波数の変化によってノイズのス
ペクトルを拡散させる、などによってこうしたノイズの
発生を抑制する方法も講じられてはいるが、この方法を
上述したパルス幅変調方式によって負荷を駆動する駆動
回路に適用した場合には、パルス幅の他に駆動信号の周
波数をも併せて変化させる必要があり、その回路構成が
極度に複雑なものとなる。

【０００７】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、パルス幅変調方式によって負荷を駆動す
るにあたり、簡単な回路構成をもって、上述したラジオ
周波数帯域へのノイズの発生を好適に抑制することので
きる駆動回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】こうした目的を達成する
ため、この発明では、駆動対象とする負荷の制御量に対
応してパルス幅変調されたパルス信号を形成し、該形成
したパルス信号に基づきスイッチ素子をオン／オフせし
めて前記負荷を駆動する駆動回路において、前記形成す
るパルス信号のパルス幅を前記負荷の制御量に対応して
正弦波変調する変調手段を具え、該正弦波変調したパル
ス幅のパルス信号にて前記スイッチ素子をオン／オフせ
しめるようにする。

【０００９】

【作用】このように、スイッチ素子に印加してこれをオ
ン／オフせしめるパルス信号のパルス幅を負荷の制御量
に対応して正弦波変調するようにすれば、その駆動周波
数自体は一定であっても、同スイッチ素子の上記正弦波
変調されたパルス幅に対応した各異なる時間幅でのスイ
ッチングによって、前記高次の周波数成分は好適に拡散
されるようになり、ひいてはラジオ周波数帯域へのノイ
ズの発生も良好に抑制されるようになる。

【００１０】しかもこの場合、上記変調手段としては例
えば、上記各制御量に対応して正弦波変調されたパルス
幅データが予め格納されたメモリを具え、制御信号を通
じてその都度指令される制御量に応じて、その該当する
パルス幅データを読み出す、等の簡単な回路でよく、該
駆動回路全体としての回路構成も非常に簡素なものとな
る。

【００１１】なお、上記変調手段としてはまた、前記形
成するパルス信号のパルス幅を前記負荷の制御量に対応
して不規則変調するものであってもよく、該不規則変調
したパルス幅のパルス信号にて前記スイッチ素子をオン
／オフせしめるようにしても、上記に準じたかたちで駆
動信号中の高次周波数成分を拡散することができ、ひい
てはラジオ周波数帯域へのノイズの発生を抑制すること
ができる。

【００１２】

【実施例】図１に、この発明にかかる駆動回路の一実施
例を示す。この実施例の駆動回路は、その駆動対象とす
る負荷として、例えば空調装置の送風機に用いられるブ
ロワモータ等を想定している。

【００１３】すなわちこの実施例の駆動回路であるモー
タ駆動回路１は、その入力端としてアナログ制御電圧Ｖ
ｍが入力される制御電圧入力端子２を具えるとともに、
その出力端には、駆動対象とするモータ３が図示の如く
接続されている。

【００１４】また、このモータ駆動回路１は、同図１に
示されるように、上記アナログ制御電圧Ｖｍをディジタ
ル値Ｄｍに変換するＡ／Ｄ変換器１１、この変換された
ディジタル値Ｄｍに対応したパルス幅変調データＤｄを
演算出力する演算回路１２、この演算出力されるパルス
幅変調データＤｄを所要とされる信号レベルに増幅する
ドライブ回路１３、そしてこの増幅されたパルス幅変調
データＤｄ’によってオン／オフされて上記モータ３を
駆動するパワートランジスタ１４をそれぞれ具えて構成
されている。パワートランジスタ１４がこの印加される
パルス幅変調データＤｄ’に基づきオン／オフされるこ
とで、それら変調されたパルス幅に対応した量の電流Ｄ
ｉがモータ３に流れ、これが回転駆動されるようにな
る。

【００１５】なおここでは、パワートランジスタ１４と
してＮチャンネルのパワーＦＥＴを想定しており、該ト
ランジスタ１４は、そのドレイン電極が上記モータ３を
介して駆動電源に接続されるとともに、ソース電極が接
地され、ゲート電極に、上記パルス幅変調データＤｄが
印加される構成になっているとする。また、モータ３の
端子間には、フライバックダイオード１５が図示の如く
接続されている。

【００１６】さて、この実施例の駆動回路では、上記制
御電圧のディジタル値Ｄｍに基づいてパワートランジス
タ１４をオン／オフせしめるためのパルス幅変調データ
Ｄｄを生成するにあたり、演算回路１２を通じて、その
パルス幅が正弦波変調されたデータとしてこれを生成す
る。

【００１７】ここで、演算回路１２は、これも同図１に
併せ示されるように、上記制御電圧のディジタル値Ｄｍ
が入力される入力ポート１２１、同ディジタル値Ｄｍに
基づき生成されたパルス幅変調データを上記ドライブ回
路１３に対して出力するための出力ポート１２２、該演
算回路１２内の各部に対して動作クロックを供給するク
ロック発生器１２３、同演算回路１２としての演算処理
を統括的に制御、処理するＣＰＵ（中央演算処理装置）
１２４、パルス幅が正弦波変調されている複数のパルス
幅変調データが上記入力されるディジタル値Ｄｍの各値
にそれぞれ対応したかたちで予め格納されている波形メ
モリ１２５、該波形メモリ１２５に格納されている各パ
ルス幅変調データの先頭アドレスが一時登録されるＩＸ
レジスタ１２６、上記ＣＰＵ１２４による処理データが
一時格納されるデータメモリ１２７、そして同ＣＰＵ１
２４が実行すべき演算処理手続が予め登録されているプ
ログラムメモリ１２８を具えるマイクロコンピュータと
して実現されている。この演算回路１２が実行する処
理、すなわちプログラムメモリ１２８に登録されている
演算処理手続に基づきＣＰＵ１２４が実行する処理につ
いて、図２及び図３を併せ参照して、以下に説明する。

【００１８】演算回路１２（ＣＰＵ１２４）は、当該駆
動回路１への電源の投入に伴って上記ＩＸレジスタ１２
６やデータメモリ１２７の内容をクリアする等のイニシ
ャライズを行った後（図２ステップ１０１）、上記制御
電圧入力端子２に印加されているアナログ制御電圧Ｖｍ
のディジタル変換値Ｄｍを上記ＩＸレジスタ１２６にセ
ットする（図２ステップ１０２）。

【００１９】こうしてＩＸレジスタ１２６へそのときの
制御量に対応したディジタル値Ｄｍをセットした演算回
路１２は次に、該ＩＸレジスタ１２６にセットした値を
先頭アドレスとして、上記波形メモリ１２５から ＯＵＴ←ＭＥＭ（ＩＸ＋ｎ） ただし、ＭＥＭは、波形メモリ１２５の（ＩＸ＋ｎ）番
地に格納されているパルス幅変調データ としてパルス幅変調データの読み出しを開始する（図２
ステップ１０３）とともに、 ｎ←ｎ＋１ としてカウント値ｎのインクリメントを開始する（図２
ステップ１０４）。ここで、カウント値ｎは初期値
「０」に設定されているカウンタ計数値であり、このイ
ンクリメントされたカウント値ｎの保持は、上記データ
メモリ１２７を通じて行われるものとする。

【００２０】こうしたパルス幅変調データの読み出し、
及びカウント値ｎのインクリメントは、同カウント値ｎ
がその最大値ｎmax に達するまで繰り返し実行され（図
２ステップ１０５→１０３→１０４→１０５）、カウン
ト値ｎがその最大値ｎmax を超えたとき、演算回路１２
は、同カウント値ｎを「０」に初期化して（図２ステッ
プ１０６）、上記ＩＸレジスタ１２６へセットする内容
（パルス幅変調データ読み出しのための先頭アドレス）
を、更にそのとき印加されているアナログ制御電圧Ｖｍ
の制御量に対応したディジタル値Ｄｍによって更新する
（図２ステップ１０２）。そして同演算回路１２は、こ
の更新したＩＸレジスタ１２６のセット内容（先頭アド
レス）に基づいて、上述同様のパルス幅変調データ読み
出し処理、並びにカウント値ｎのインクリメント処理を
繰り返す。

【００２１】なお、上記カウント値ｎの最大値ｎmax と
は、波形メモリ１２５に格納されている各パルス幅変調
データのデータ長を示す値として同波形メモリ１２５に
予め登録されている値であり、それらパルス幅変調デー
タの先頭アドレス値をＩＸ、若しくはＩＸ’とすると
き、同カウント値ｎの最大値ｎmax は例えば、それぞれ
図３（ａ）或いは（ｂ）に示される態様で設定されてい
る。

【００２２】また、この図３（ａ）及び（ｂ）は、上記
波形メモリ１２５に格納されているパルス幅変調データ
についてその一例を示したものであり、これらパルス幅
変調データは同図３に示されるように、その先頭アドレ
ス（ＩＸ、ＩＸ’）に応じて正弦波変調態様（デューテ
ィ値）が異なっているとはいえ、その周期Ｔは何れも一
定となっている。そして、上記カウント値ｎがインクリ
メントされる毎に、その１周期分ずつのパルス幅データ
が、同波形メモリ１２５から順次読み出されるようにな
る。このため、演算回路１２から出力される駆動信号の
周波数も一定となる。

【００２３】また因みに、図３（ａ）に示されるパルス
幅変調データに比べ、全体として大きなパルス幅に設定
されている図３（ｂ）のパルス幅変調データは、図３
（ａ）に示されるパルス幅変調データよりも大きな制御
量に対応して、すなわち、より大きなアナログ制御電圧
Ｖｍ（ひいてはそのディジタル変換値Ｄｍ）に対応して
設定されている変調データであることを意味する。

【００２４】図４は、こうした実施例の駆動回路につい
て、その回路全体としての動作例をタイミングチャート
として示したものであり、次に、同図４を併せ参照し
て、該実施例の駆動回路の動作を更に詳述する。

【００２５】すなわちいま、図４（ａ）に示されるよう
に、時刻ｔ１にて例えば電圧値４Ｖに立ち上がり、時間
Ｔ１に亘ってこの電圧値を維持した後、時刻ｔ２にて例
えば電圧値２Ｖとなり、その後、時間Ｔ２に亘って同電
圧値を維持して、時刻ｔ３に電圧値０Ｖに立ち下がるア
ナログ制御電圧Ｖｍが前記制御電圧入力端子２に印加さ
れたとすると、該アナログ制御電圧Ｖｍは、前記Ａ／Ｄ
変換器１１を通じて、例えば同図４（ｂ）に示される態
様で、ディジタル値Ｄｍに変換される。因みにここで
は、アナログ制御電圧Ｖｍの上記各電圧値４Ｖ、２Ｖ、
或いは０Ｖにそれぞれ対応して、制御量「４」、
「２」、或いは「０」といった値のディジタル値に変換
され、該変換された値「４」、「２」、或いは「０」が
ディジタル値Ｄｍとして演算回路１２に与えられるもの
とする。

【００２６】演算回路１２では、こうしてディジタル値
Ｄｍが与えられると、まず時間Ｔ１に対応した値「４」
を前記ＩＸレジスタ１２６にセットして、図２に示した
手順のもとに、上述したパルス幅変調データの読み出し
処理、並びにカウント値ｎのインクリメント処理を繰り
返し、同制御量「４」に対応した図４（ｃ）の前半に示
される態様にて、パルス幅変調データＤｄを出力する。

【００２７】こうしてパルス幅変調データＤｄについて
の１つのデータ（最大値ｎmax までのデータ）を出力し
た後、時刻ｔ２に未だ達していなければ、前記ＩＸレジ
スタ１２６には、その更新値として再度値「４」がセッ
トされ、同処理が繰り返される。しかし、その時点で時
刻ｔ２に達している場合には、演算回路１２は、この更
新値として時間Ｔ２に対応した値「２」をＩＸレジスタ
１２６にセットして同パルス幅変調データの読み出し処
理、並びにカウント値ｎのインクリメント処理を繰り返
し、同制御量「２」に対応した図４（ｃ）の後半に示さ
れる態様にて、パルス幅変調データＤｄを出力するよう
になる。

【００２８】そして、時刻ｔ３以後、上記ディジタル値
Ｄｍが「０」となったところで、同演算回路１２はＩＸ
レジスタ１２６に値「０」を新たにセットする。この
「０」といった値は、前記波形メモリ１２５において、
そのアドレスが定義されていないか、若しくは図３に例
示したパルス幅変調データとして、その先頭から最大値
ｎmax までの全てが「０」に設定されたデータが格納さ
れている領域であり、該ＩＸレジスタ１２６に値「０」
がセットされている間は、同演算回路１２から、パルス
幅変調データＤｄとして意味のあるデータは何等出力さ
れない（図４（ｃ）時刻ｔ３以降参照）。

【００２９】前記ドライブ回路１３は、この図４（ｃ）
に示される態様で演算回路１２から出力されるパルス幅
変調データＤｄを所要に増幅し、該増幅した変調データ
Ｄｄ’をパワートランジスタ１４に印加してこれをオン
／オフせしめるものであり、その結果、負荷であるモー
タ３には、同図４（ｄ）に示される態様にて、その駆動
電流Ｄｉが流れるようになる。

【００３０】このように、該実施例の駆動回路によれ
ば、その駆動信号の周波数自体は一定であっても、パワ
ートランジスタ１４の上記正弦波変調されたパルス幅に
対応した各異なる時間幅でのスイッチングにより、前述
した高次の周波数成分は好適に拡散されるようになる。
そしてひいては、ラジオ周波数帯域へのノイズの発生も
良好に抑制されるようになる。因みに、同実施例の駆動
回路についての試作例によれば、従来の通常のパルス幅
変調方式を採用した駆動回路に比べて、約５〜７ｄＢ程
度のノイズ抑制効果が確認されている。

【００３１】また、同実施例の駆動回路によれば、図４
（ｄ）に示されるように、駆動電流Ｄｉの変化も、上記
正弦波変調されたパルス幅の変化に対応して極めて滑ら
かであることから、負荷であるモータ３の回転むらや回
転時の異音発生といった不都合も併せて解消されるよう
になる。

【００３２】ところで、上記実施例の駆動回路において
は、パルス幅変調手段としての演算回路１２が、その形
成出力するパルス信号のパルス幅を、負荷であるモータ
３の制御量に対応して正弦波変調するものとしたが、他
にこれは、同形成出力するパルス信号のパルス幅を、同
負荷の制御量に対応して不規則変調するものであっても
よい。該不規則変調したパルス幅のパルス信号にて、ス
イッチ素子であるパワートランジスタをオン／オフせし
めるようにしても、上記に準じたかたちで駆動信号中の
高次周波数成分を拡散することができ、ひいてはラジオ
周波数帯域へのノイズの発生を抑制することができる。

【００３３】図５は、この発明にかかる駆動回路の他の
実施例として、演算回路（図１に示した演算回路１２に
相当）が、負荷の制御量に対応してこうした不規則変調
されたパルス幅を有するパルス幅変調データＤｄを出力
するとした場合の動作例を先の図４との対比のもとに示
したものである。

【００３４】すなわちこの場合、図５（ａ）に示される
アナログ制御電圧Ｖｍ、或いは図５（ｂ）に示されるデ
ィジタル値Ｄｍに対応して、例えば図５（ｃ）に示され
るような態様で不規則変調されているパルス幅変調デー
タＤｄが出力され、また、同データＤｄに基づくパワー
トランジスタのスイッチングを通じて、図５（ｄ）に示
されるような駆動電流Ｄｉが負荷に対して流れるように
なるが、パワートランジスタがこの不規則変調されたパ
ルス幅に対応した各異なる時間幅にてスイッチングされ
る条件はこの場合も同様であり、これによっても、前述
した高次の周波数成分は好適に拡散されるようになる。

【００３５】なお、このような演算回路（変調手段）の
実現手法は任意であり、例えば、 ・前記波形メモリ１２５に相当する波形メモリを用意
し、これに図５（ｃ）に示される如き不規則変調されて
いるパルス幅変調データを予め格納しておく。 ・負荷の制御量に対応してベースとなるパルス幅のみを
予め設定しておき、そのパルス幅を例えば乱数発生器な
どから発生される乱数に応じて加減する。 等々、種々の態様での実現が可能である。

【００３６】また、先の実施例の如く、負荷の制御量に
応じてパルス幅を正弦波変調する場合であれ、これを実
現するための演算回路（変調手段）の構成は任意であ
り、他に例えば、 ・負荷の制御量に対応してベースとなるパルス幅のみを
予め設定しておき、そのパルス幅を例えば正弦波発振器
などから発生される正弦波信号のレベルに応じて加減す
る。 ・同正弦波発振器などから負荷の制御量に対応して異な
るレベルの正弦波信号が出力されるようにしておき、そ
れら出力される正弦波信号に応じてパルス幅変調を行
う。 等々、これも種々の態様での実現が可能である。

【００３７】また、特に波形メモリを用いる場合、ディ
ジタル値Ｄｍに変換された制御量がそのまま同波形メモ
リ内のデータの先頭アドレスとしてＩＸレジスタにセッ
トされる必要もない。要は、それら制御量を示すディジ
タル値Ｄｍと波形メモリ内のデータの先頭アドレスとの
対応付けさえ、参照テーブル等を通じて適宜に行われて
いればよい。

【００３８】何れにしろ、これら実施例の駆動回路によ
れば、駆動用パルス信号の周波数についてはこれを一定
とし、同パルス信号のパルス幅のみを正弦波若しくは不
規則変調するものであることから、ラジオ周波数帯域へ
のノイズの発生を好適に抑制する駆動回路を、非常に簡
素な回路構成にて実現することができる。

【００３９】また、同駆動回路が駆動対象とする負荷
も、前述したモータに限定されるものではない。この発
明にかかる駆動回路によれば、電磁ソレノイドやヒータ
など、他の多くの負荷を駆動対象として、その駆動の際
に生じるノイズを良好に低減することができるようにな
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
駆動回路よれば、パルス幅変調方式によって負荷を駆動
するにあたり、非常に簡単な回路構成をもって、駆動信
号に含まれる高次の周波数成分を拡散することができ、
ひいてはラジオ周波数帯域へのノイズの発生を好適に抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる駆動回路の一実施例について
その回路構成例を示すブロック図である。

【図２】同実施例の駆動回路の特に演算回路についてそ
の演算手順を示すフローチャートである。

【図３】同演算回路の波形メモリに格納されているパル
ス幅変調データについてその一例を示す波形図である。

【図４】同実施例の駆動回路の動作例を示すタイミング
チャートである。

【図５】この発明にかかる駆動回路の他の実施例による
動作例を示すタイミングチャートである。

【図６】パルス幅変調方式を採用した従来の駆動回路の
動作例を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】 １…モータ駆動回路、２…制御電圧入力端子、３…モー
タ、１１…Ａ／Ｄ変換器、１２…演算回路、１３…ドラ
イブ回路、１４…パワートランジスタ、１５…フライバ
ックダイオード、１２１…入力ポート、１２２…出力ポ
ート、１２３…クロック発生器、１２４…ＣＰＵ、１２
５…波形メモリ、１２６…ＩＸレジスタ、１２７…デー
タメモリ、１２８…プログラムメモリ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動対象とする負荷の制御量に対応してパ
   ルス幅変調されたパルス信号を形成し、該形成したパル
   ス信号に基づきスイッチ素子をオン／オフせしめて前記
   負荷を駆動する駆動回路において、 前記形成するパルス信号のパルス幅を前記負荷の制御量
   に対応して正弦波変調する変調手段を具え、該正弦波変
   調したパルス幅のパルス信号にて前記スイッチ素子をオ
   ン／オフせしめることを特徴とする駆動回路。
2. 【請求項２】駆動対象とする負荷の制御量に対応してパ
   ルス幅変調されたパルス信号を形成し、該形成したパル
   ス信号に基づきスイッチ素子をオン／オフせしめて前記
   負荷を駆動する駆動回路において、 前記形成するパルス信号のパルス幅を前記負荷の制御量
   に対応して不規則変調する変調手段を具え、該不規則変
   調したパルス幅のパルス信号にて前記スイッチ素子をオ
   ン／オフせしめることを特徴とする駆動回路。