JPH10243658A - Pwm信号の発生方法及びその装置 - Google Patents
Pwm信号の発生方法及びその装置Info
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Abstract
比較的単純化した論理回路により実施できる、PWM信
号の発生方法を提供する。 【解決手段】 不揮発性メモリに記憶された第1交流信
号のデータ数と同じ数で基本メモリ走査周波数を乗算
し、該乗算された周波数をルックアップテーブルからデ
ジタルコマンドデータを介して選択されたデジタル値に
1を加えた数で割算することにより得られると共に、上
記割算を行う割算器は、走査周波数に応じて変化するコ
マンドデータと前記ルックアップテーブルとが線形関係
を保てるようなものとして第1交流信号を発生させ、こ
の第1交流信号を第2交流信号と比較して所望のPWM
信号を発生させる。
Description
ドでパルス幅変調(PWM)信号を発生するために用い
る方法及びその方法に用いる装置に関する。
と同等のシステムから構成される制御システム、DC/
ACコンバータ及び交流モータ駆動に用いるPWMイン
バータ等の様々な電子システムにおいて、PWM信号を
生成する能力が要求されている。
ン−トライアングル方式が広く採用されている。これ
は、正弦波である第1交流信号(慣例的に変調信号ない
し制御信号と呼ばれる)を、実質的に三角波である第2
交流信号(慣例的に搬送信号ないし基準信号と呼ばれ
る)と比較することにより行われる。
的に、例えば正弦波とされた制御信号の周波数を変更す
ることにより行われる。また、発生電圧の変更は、三角
波信号である基準信号の振幅を変更することにより行
う。
システムにおいて、電圧及び周波数の変更は、マイクロ
プロセッサを用い、事前に設定されたルックアップ・テ
ーブルを参照することにより、交流制御信号列であるデ
ジタルデータ・ストリームを発生する専用アルゴリズム
を介して行われる。
択可能な値の数即ちデジタルデータの数は、最終的に、
メモリの有効容量により制限される。また、このような
制御回路は、1以上のマイクロプロセッサを必要とする
ため、そのコストが製品全体のコストに大きく跳ね返
る。
の開発により、多くの分野で非同期モータを使用するこ
とが可能になっている。DC/ACコンバータが開発さ
れる以前の上記エネルギー変換を行えなかった時代に
は、モータは、製造者により規定される周波数や電圧に
関する統一仕様に厳密に従うことにより使用されてい
た。モータ制御を行う場合、その速度及びトルクを変化
させるため、供給電圧と周波数との両方を変更できるよ
うにすることが不可欠である。しかしながら、従来にお
いては、ダイナミック・コンバータを初めとする高価な
機械的伝達装置を使用しない限り、このようなモータ制
御は不可能であった。最近の電子技術の進歩により信頼
性の高い小型切り換え装置が低価格で利用できるように
なってきたおかげで、上記システムは、DC装置よりも
単純で且つ安定しているという優れた固有の特徴により
新たな興味の対象となっている。
び周波数を可変とした信号を含む駆動信号を発生するに
は、変調技術が確かに不可欠であり、この場合には、サ
イン−トライアングルPWM方式が使用される。
するには、その周波数と振幅とが、、互いに120度ず
つ位相が異なるように制御システムによって位相調整さ
れた、3つの正弦波制御信号を発生させることが不可欠
である。
タ列を、それぞれのデータ列が一定のビット数から構成
されるワード形で格納されるようにスタティックメモリ
に記憶するようなデジタル形式のシステムを用いるとき
に遭遇する技術的問題の一つは、生成されるPWMの周
波数制御に用いる関数である正弦波の走査周波数をいか
にして適切に制御するかということである。
ワード即ちデータNを用いて走査周波数を選択し、最小
自然数1だけ増分した(ゼロによる除算不能を避けるた
めに)選択データNにより基本走査クロック周波数を分
割するようなブロックを用いることによって、所望の走
査周波数を生成する。
特性に従う。これは、基本周波数の分割は、Nが小さい
場合により難しくなり、その調整がますます重要になる
ことを意味する。また、図9で示されるグラフは、Nが
小さくなった場合に、不連続点が存在することを示して
いる。例えば、範囲(0−25)で予想されるバイナリ
ー分解能を基礎とし、より以上の高速(例えば、50H
z以上の駆動周波数に相当する)設定をすると、所望の
メモリ走査周波数を正しく設定するのが困難となる。
が可能であると共にデジタルDC/AC変換に用いるパ
ワー駆動回路に接続可能とされ、且つ比較的単純化した
論理回路により実施できる、被変調PWM信号となるデ
ジタル・ストリームを発生する方法が、現在明らかに必
要とされている。
に、デジタル選択コマンドNによりルックアップテーブ
ルから一義的に指示され且つ1だけ増分された分割値n
により、基本メモリ走査クロック信号の周波数を事前に
分割するステップを含む。ここで、事前に計算され格納
した分割値nのデジタル値は、Nの値によって決まる走
査周波数の従属性を線形化するため、Nの関数値に対応
させる。
分割されてなるデジタルサンプル列、即ち制御正弦波が
例えばm個のサンプルを含むことを考慮すれば、基本メ
モリ走査クロック信号の周波数は、システム・クロック
周波数Clkと走査されるべき正弦波が更に分割されて
なるデジタルサンプルの数m個との積で求められる。
た正弦波のデジタルサンプルの倍数個のデータをも含
み、従ってこのシステムにより異なる走査モードを支援
することが可能となる。例えば、走査されるサンプル数
mが比較的小さくされた(例えば24個)比較的粗いモ
ードから、サンプル数mが大きくされた(例えば92
個)高分解走査モードまで、本システムは幅広く適用可
能であり、従ってこれによりDC/ACコンバータから
出力されるアナログ出力信号のリプルを非常に低減する
ことができる。
合、メモリを並列にアドレス指定することによって各正
弦波のその瞬間におけるサンプル値を読み取り可能とす
るため、同一のデジタルサンプル列をメモリ内に複数個
格納するようにすればよい。
プルだけをメモリに格納し、事前に定義された連続アド
レス指定を用いて、各瞬間にメモリからそれぞれのレジ
スタに読み込まれた、それぞれの正弦波に関するその瞬
間毎のデジタルサンプルを読み取ることによって、複数
の正弦波信号を表すデジタルデータ・ストリームを再構
成するようにしてもよい。このようにして、それぞれの
レジスタに一旦読み込んだサンプルから、必要とされる
移相をずらした複数の正弦波を得ることができる。
す役割はより大きくなる。一方、第二の手段を選ぶ場合
には、実際に記憶された走査周波数に位相数と対応する
係数を掛けた走査周波数によりメモリ内のデータを読み
取ることが必要となる。尚、制御信号を正確な正弦波と
することは必ずしも必要ではなく、意図的に予め定義し
た任意の交流波を用いることももちろん可能である。
図1から図7を参照して説明する。
的構成を示すものである。この電源部は六個のパワー・
スイッチPSから構成されている。このパワースイッチ
PSとしては、例えばIGBT又はMOSFET素子を
使用できる。
動するシステムを示すシステム図である。
のコンパレータ(COMP1,COMP2,COMP
3)を含む駆動ブロック4と、三角交流信号となる一連
のデジタルデータを発生する第2信号発生ブロック3と
を備えている。第2信号発生ブロック3が発生したデジ
タルデータは、ブロック4に入力される。また、上記3
つのコンパレータ(COMP1,COMP2,COMP
3)には、位相が互いに120度ずつずらされた制御正
弦波信号を表す一連のデジタルデータ列即ち第2のデー
タが入力される。
出力される。このPWM信号は、図1で示した電源部の
ソーシング・パワー・スイッチを直接駆動し、且つタイ
ムブロックTBにより一定時間T_ずつ遅延された後、
3つのシンキング・スイッチをも駆動する。
(COMP1,COMP2,COMP)に入力する互い
に120度だけ位相がずれたデジタル制御正弦波を発生
する回路である。
とされた固有のデジタル・サンプルストリームを記憶さ
せた不揮発性メモリMを内蔵している。
事前に準備した連続アドレスを用いて互いに120度ず
つ位相のずれた3つの正弦波についての各瞬間のデータ
を読み込み、これを一旦格納することにより、互いに1
20度ずつ位相がずれた3つの正弦波信号を表す3つの
デジタルデータ・ストリームに変換・再構成する。この
場合、3つの正弦波に関してメモリMから出力される各
瞬間のデータを読み取るために使用する走査周波数は、
出力ストリームの周波数より少なくとも3倍高く設定し
なければならない。
(COMP1、COMP2、COMP3)に送られる三
角形波とされた第2信号である基準交流信号を表すデジ
タルデータ・ストリームを発生する。
024その他の適切なモジュールとされたアップダウン
カウンタ(up−down counter )を含むものとすること
ができる。また、ブロック3のデルタ入力に基づいて、
使用者が増倍係数として1以下の因数を選択することに
より、三角交流信号の周期を調整するようなものにして
もよい。
することにより、システムが必要とするパワー素子の切
り換え周波数に従って使用者が事前設定した、所定周波
数のクロック信号を発生させることも可能である。この
ようにクロック周波数を事前設定する場合、システムの
クロック周波数を基本周波数として用いる一般的な3ビ
ット・デジタルコマンドをプリスケーリング・クロック
乗算器に入力することにより実施することもできる。
角基準信号のデジタルサンプルとを掛け合わせると、三
角信号の振幅が減少すると同時にレベルシフトが生じ
る。従って、出力される三角信号は、制御正弦波と比較
して対称のままとなる。具体的には、δ = Ac/Amとな
る。、ここで、Ac及びAmは、それぞれ正弦波の振幅
及び三角信号の振幅を表す。
て、本発明の効果を実現させるために特に必要となる部
品を含んでいる。この演算ブロック1は、データ、即ち
デジタル選択コマンドNの関数として、メモリMをスキ
ャンする場合の走査周波数fsmを発生する機能を備え
ている。この演算ブロック1は、例えば図3で示したよ
うな構成としてもよい。
ーラ:Prescaler)乗算器及び(N+1)で周波数分割
を行う割算器を含むと共に、該割算器の上流に設けられ
た(n+1)による分割を行う補助割算器と、デジタル
選択データ即ち上記割算器の除数Nにより決定される数
値nを用いて事前に演算されたルックアップテーブルと
を必ず含んでいる。メモリMに格納された、正弦波を分
割してなるサンプル数mの関数であり、クロック周波数
Clkについての乗算因数であるプリスケーリング比
は、3ビットコマンドにより事前設定することができ
る。
モリMの基本走査クロック信号Clkmとなる。
ド(48バイト)で不揮発性メモリM内に格納されてい
ると仮定すると、プリスケーリング・ブロックで生成さ
れた、Clk×48に等しい基本走査クロック周波数C
lkmは、二個の8ビット割算器で段階的に、つまり最
初に線形化割算器で(n+1)により分割されるのに続
けて選択割算器で(N+1)により分割される。
る。
算する。
<255のフィールド内に含まれるようにされた8ビッ
ト値nは、専用レジスタ即ちルックアップ・テーブル内
に格納される。
内に格納された8ビット値は,同様に8ビットデータで
あり(N+1)で分割を行う第2割算器の除数であるN
の値に従ってアドレス指定(指示)される。
示している。
数(比例係数)がプリスケーラ関数となっている、基本
メモリ走査クロック周波数(Clkm)の値に比例する
直線群を示している。この直線の傾きは、モータの動作
領域に応じて、使用者が変更するものとしてもよい。
よるデジタル制御システムにおいては、制御回路として
最終的に使用するマイクロプロセッサにスリップの補正
演算を高速で実行させる。そしてこのスリップsは、固
定子の回転速度wsと回転子の回転速度wrとの間の差
であたえられる。具体的には、スリップsは以下の式に
より求められる。
れらの値はたいてい8ビットワードで表わされ、0から
255の数のいずれかとなる。
無負荷の場合であってもゼロとなっているのが理想であ
る。しかしながら、実際のシステムでは、負荷がある場
合であっても、スリップがゼロにならない。従って、こ
のシステムにおいては、上記スリップをゼロに近いもの
として保ち続けられるようにすることが重要になる。こ
れは、固定子に割り当てられる電流の周波数が、所定の
センサやその他の等価手段によってマイクロプロッセッ
サに入力される電流周波数とほぼ等しいものとされなけ
ればならないことを意味する。
モータの回転により発電を行う発電機をこのシステムが
備える場合には、回転速度に比例して変化する起電力に
したがって発生するデータがA/D変換されることによ
り得られるデジタルデータをマイクロプロセッサに入力
することにより、スリップの調整が可能となる。この場
合、入力されるデジタルデータは、モータの回転速度に
したがって発生する起電力に比例することになる。
おいてはこの値により直接上記スリップを制御できる。
この点で、本発明は、上記制御を行うために、正確な演
算を行う演算器が必要であり、マイクロプロセッサにお
いて処理を行うための時間が必要とされた従来技術より
も優れている。
2からの出力は、後に互いに120度ずつ位相がずれた
3つのサイン波として再構成される3つの連続デジタル
データとされる。
下に示す式によりそれぞれ決定することができる。
る点を示す。この実施例においては、120度の位相シ
フトを可能とするために、hは3の倍数とされている。
トを行われるサイン波が記憶されているメモリMは、モ
ードhによってアドレス指定される。そして、この信号
を、120度ずつサイン波の位相をずらすために予め定
めたアドレスを指定することにより、異なるタイミング
で異なる3つのレジスタR1、R2及びR3に格納する
ことによって、3つのデジタル制御信号を再構成する。
トとされた3つのメモリそれぞれを同時に並列で読み取
ることによって、3つのデジタル正弦波の再構成を行っ
てもよい。
波を示す。
波数分割を行う補助割算器で構成された線形化ブロック
を用いることにより、周波数の柔軟な変更を可能として
分解能を大きくすることができる。例えば、もし0〜2
00Hzの範囲でモータに駆動電流を供給する必要があ
るのであれば、その分解能は0.78Hzに相当する2
00/256とすることができる。一方、もし0〜50
Hzの範囲でモータに駆動電流を供給する必要があるの
であれば、その分解能は0.19Hzに相当するものが
選ばれる。この柔軟性により、低速のモータ制御を最適
状態で管理することが可能となる。
ードないしデータNの制御関数となるモータ駆動周波数
を正確に知ることが可能となり、この点でも有利であ
る。これは負荷ゼロの状態でモータが駆動される場合に
最も有利にはたらく。更に、本発明のシステムで用いら
れる線形化処理は速度制御アルゴリズムの実行を単純化
する。
実施態様により実現されたシステムから発生するモータ
巻き線に付与される駆動信号F.F.T.と、10Kh
zの切り換え周波数から始動する従来のアナログシステ
ムから発生する駆動信号との間で比較を行った。
Khz、モータの供給周波数50Hzの条件下で、本発
明のデジタル方式により得られる、40ポイントでデジ
タル化された50Hzの正弦波から始動するF.F.
T.グラフを示す。
アナログ正弦波を用いてPWM信号を変調することによ
り得られたF.F.T.のグラフを示す。
源部の標準的機構を示す図。
ロック図。
ング特性を示すグラフ。
分する方法を示す図。
C/ACコンバータにより生成された正弦波信号と及び
従来のアナログシステムのDC/ACコンバータにより
生成された正弦波信号との各F.F.T.(s)を比較
するグラフ。
ンバータにより生成された正弦波信号とアナログDC/
ACコンバータにより生成された正弦波信号のそれぞれ
のF.F.T.(s)を比較するグラフ。
た走査周波数との間の関係を示すグラフ。
Claims (10)
- 【請求項1】 制御信号である第1交流信号を表すデー
タ列と基準信号である第2交流信号を表すデータ列とを
比較することによりPWM信号を発生させる方法であっ
て、 第1交流信号は、不揮発性メモリに記憶された第
1交流信号のデータ数と同じ数で基本メモリ走査周波数
を乗算し、該乗算された周波数をルックアップテーブル
からデジタルコマンドデータを介して選択されたデジタ
ル値に1を加えた数で割算することにより得られるもの
とされると共に、上記割算を行う割算器は、走査周波数
に応じて変化するコマンドデータと前記ルックアップテ
ーブルとが線形関係を保てるようなものとされたPWM
信号の発生方法。 - 【請求項2】 ルックアップ・テーブルに格納されるデ
ジタル値は、n=(Clk×m)/{fsm(N+
1)}−1の式により決定されるものである請求項1記
載のPWM信号の発生方法(ここで、nはルックアップ
・テーブルに格納されるデジタル値であり、Clkは基
本メモリ走査周波数であり、mはメモリに記憶する第1
交流信号の分割数であり、fsmは走査周波数であり及
びNはデジタルコマンドデータの値である。)。 - 【請求項3】 ルックアップ・テーブルに格納されるデ
ジタル値は、1から255の範囲内にある請求項2記載
のPWM信号の発生方法。 - 【請求項4】 少なくとも1つの第1交流信号のデジタ
ルサンプル列を含む不揮発性メモリと、 周波数及び振幅を変更可能とした第2交流信号列、であ
る形状交流信号を発生する第2回路と、 第1交流信号列及び第2交流信号列とが入力される少な
くとも1つのコンパレータと、 メモリから走査周波数を設定できると共に基本走査クロ
ック信号の周波数を、1だけ加えたデジタル値で割る少
なくとも一つ以上の回路と、 デジタルコマンドデータに1を加えた数で基本走査クロ
ック信号の周波数を分割できる第1分割器を含む回路
と、 及び、ルックアップテーブルに格納されており、デジタ
ルコマンドデータに従って選択されるデジタル値に1を
加えた値で基本走査クロック信号を事前に分割できる第
2割算器を含む回路とを備えるものであるPWM信号の
発生装置。 - 【請求項5】 ルックアップテーブルに格納されるデジ
タルデータは、1から255の間の値にされると共にデ
ジタルコマンドデータの関数として決定され、デジタル
コマンドデータにより選択されたデジタルデータは第2
割算器で除数として用いられるようにされた請求項4記
載のPWM信号の発生装置。 - 【請求項6】 クロック信号が入力される第1入力部
と、デジタルサンプル列の数を表すデジタルデータが入
力される第2入力部と、及び第2割算器の入力部に接続
された出力部とを備えたプリスケーリング周波数乗算回
路を含むものである請求項4記載のPWM信号の発生装
置。 - 【請求項7】 メモリに記憶された第1交流信号のデジ
タルサンプルは、位相をずらされた複数の交流信号とさ
れており、且つ該第1交流信号と同数のコンパレータを
備えることにより、位相のずれた複数の第1交流信号を
発生させることができるようにされた請求項4〜6のい
ずれかに記載のPWM信号の発生装置。 - 【請求項8】 第1交流信号は正弦波である請求項7記
載のPWM信号の発生装置。 - 【請求項9】 第1 交流信号は、互いに位相がずらされ
た3つの交流信号とされ、これにより三相ACモータを
駆動するようにした請求項8 記載のPWM信号の発生装
置。 - 【請求項10】 スタティックDC/AC多相コンバー
タである請求項7記載のPWM信号の発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT96830410:5 | 1996-07-24 | ||
| EP96830410A EP0821304B1 (en) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | Method and device of PWM control |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10243658A true JPH10243658A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=8225968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9199008A Pending JPH10243658A (ja) | 1996-07-24 | 1997-07-24 | Pwm信号の発生方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5914984A (ja) |
| EP (1) | EP0821304B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10243658A (ja) |
| DE (1) | DE69619509D1 (ja) |
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