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公開番号2025062640
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-15
出願番号2023171797
出願日2023-10-03
発明の名称PWM制御装置
出願人オークマ株式会社
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類H03K 7/08 20060101AFI20250408BHJP(基本電子回路)
要約【課題】PWM信号のデューティ比決定用の比較値と比較されるカウント値(キャリア)の上限値を、キャリア周期に依存することなく一定にして、比較値の生成回路を簡略化する。
【解決手段】PWM制御装置は、正規化カウンタを備える。正規化カウンタは、0と2^Nの間で、クロック信号の入力毎に平均で2^N/Cmaxずつカウントアップまたはカウントダウンを行う。ここで、Nは自然数であり、Cmaxはキャリア周期に応じて変化する値である。PWM制御装置は、正規化カウンタの正規化カウント値をPWM信号のデューティ比決定用の比較値と比較して、その比較結果をPWM信号として出力するコンパレータをさらに備える。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
ＰＷＭ制御装置であって、
０と２＾Ｎの間で、クロック信号の入力毎に平均で２＾Ｎ／Ｃｍａｘずつカウントアップまたはカウントダウンを行う正規化カウンタを備え、
前記Ｎは自然数であり、
前記Ｃｍａｘは、キャリア周期に応じて変化する値であり、
前記ＰＷＭ制御装置は、前記正規化カウンタの正規化カウント値をＰＷＭ信号のデューティ比決定用の比較値と比較して、その比較結果をＰＷＭ信号として出力するコンパレータをさらに備える、
ことを特徴とするＰＷＭ制御装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載のＰＷＭ制御装置であって、
０と前記Ｃｍａｘの間で、前記クロック信号の入力毎に１ずつカウントアップまたはカウントダウンを行うＰＷＭカウンタと、
前記正規化カウント値と前記Ｃｍａｘの積であるカウント変換値と、前記ＰＷＭカウンタのＰＷＭカウント値とを桁合わせして比較し、カウンタ比較結果として出力するカウンタ比較手段と、
カウンタ増分演算手段と、をさらに備え、
前記２＾Ｎ／Ｃｍａｘは、カウンタ増分基準値ΔＣとして規定され、
前記カウンタ増分演算手段は、
暫定カウンタ増分値として、前記ＰＷＭカウンタがアップカウントする場合にΔＣを、前記ＰＷＭカウンタがダウンカウントする場合に－ΔＣを取得し、
カウンタ補正基準値ΔＣｃとして、ΔＣをｍビットだけ右シフトした値を取得し、
カウンタ補正値として、前記カウンタ比較結果において前記ＰＷＭカウンタ値が前記カウント変換値より大きい場合にΔＣｃを、小さい場合に－ΔＣｃを、それらが等しい場合に０を取得し、
カウンタ増分値として、前記暫定カウンタ増分値に前記カウンタ補正値を加算した値を取得し、
前記正規化カウンタは、
前記クロック信号が入力されるタイミングで、現在の正規化カウント値に前記カウント増分値を加算して、正規化カウント値を更新する、
ことを特徴とするＰＷＭ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＰＷＭ制御装置であって、
前記カウンタ比較手段は、前記カウント変換値が有する固定小数点Ｎ桁のうち小数点第ｎ位までを有効桁数として、前記ＰＷＭカウンタのＰＷＭカウント値と桁合わせして比較を行い、
前記ｎは、前記正規化カウント値が前記カウンタ比較手段と前記カウンタ増分演算手段を介して、前記正規化カウント値の更新に反映されるまでの遅延クロック数Ｃｄに対して、２＾ｎ≧Ｃｄの関係を満たす、
ことを特徴とするＰＷＭ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＰＷＭ制御装置であって、
前記カウンタ補正基準値ΔＣｃのシフト量である前記ｍが、前記カウンタ比較手段の桁合わせにおける前記ｎと、前記遅延クロック数Ｃｄに対して、２＾ｍ０≧Ｃｄ×２＾ｎ、を満たす最小の整数ｍ０に対し、ｍ０－１≦ｍ≦ｍ０＋１の関係を満たす、
ことを特徴とするＰＷＭ制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のＰＷＭ制御装置であって、
前記ΔＣ及び前記ｍに関し、ΔＣ／２＾ｍが０とならないように、前記正規化カウンタの内部カウント値と、前記カウンタ増分演算手段の前記カウンタ増分基準値に、前記ｍビット以下の固定小数点ビットを付加する、
ことを特徴とするＰＷＭ制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータをインバータ制御等するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成するＰＷＭ制御装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
３相モータにより負荷の速度や回転角（位置）を制御するモータ制御装置では、電力変換器として、通常、３相電圧型インバータをＰＷＭ信号により駆動するＰＷＭインバータが採用され、制御用プロセッサとして、周辺機器としてＰＷＭ回路を内蔵したマイクロコントローラなどが使用される。
【０００３】
図９は、いわゆる三角波ＰＷＭ信号を出力する場合の、従来のＰＷＭ回路５ａの構成を示すブロック図である。
【０００４】
このＰＷＭ回路５ａは、ＰＷＭカウンタ５１と、カウンタ上限値格納部５２と、比較値格納部５３ａ，５３ｂ，５３ｃと、コンパレータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃと、相補化・デッドタイム生成部５５ａ，５５ｂ，５５ｃを備えている。ＰＷＭカウンタ５１は、図示しないクロック信号をアップダウンカウントする。カウンタ上限値格納部５２は、ＰＷＭのキャリア周期決定用のカウント上限値を格納する。比較値格納部５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号のデューティ比を決めるための比較値を格納する。コンパレータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、ＰＷＭカウンタ５１の値と比較値格納部５３ａ，５３ｂ，５３ｃの値とをそれぞれ比較して、ＰＷＭカウンタ５１の値が比較値格納部５３ａ，５３ｂ，５３ｃの値を下回るときにアクティブのＰＷＭ信号を生成する。相補化・デッドタイム生成部５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、コンパレータ５４ａ，５４ｂ，５４ｃの生成したＰＷＭ信号からデッドタイムを考慮して相補関係にある正相ＰＷＭ信号、逆相ＰＷＭ信号を出力する。相補化・デッドタイム生成部５５ａ，５５ｂ，５５ｃとしては、例えば、特許文献１に開示された構成など様々な実現手段が知られている。
【０００５】
図１２は、図９に示す構成のＰＷＭ回路５ａのＵ相のＰＷＭ出力を示すタイミングチャートである。なお、図１２では、簡単のため、デッドタイムが０の場合の例を示している。
【０００６】
ＰＷＭカウンタ５１は図示しないクロック信号をカウントする。ＰＷＭカウンタ５１に対しては、カウンタ上限値格納部５２からカウンタ上限値が入力されている。ＰＷＭカウンタ５１は、０とカウンタ上限値との間をアップダウンカウントするＰＷＭカウント値と、現在のカウント方向を示すアップダウン識別信号を出力する。ＰＷＭカウント値は、コンパレータ５４ａの反転入力端子に入力される。コンパレータ５４ａの非反転入力端子には比較値格納部５３ａから比較値が入力される。コンパレータ５４ａは、ＰＷＭカウント値を比較値と比較し、ＰＷＭカウント値が比較値以下の時はＯＮを出力し、ＰＷＭカウント値が比較値を超えた時にＯＦＦを出力し、またＰＷＭカウント値が比較値を下回ったときにＯＮを出力する。コンパレータ５４ａが出力するＰＷＭ信号は相補化・デッドタイム生成部５５ａに入力される。相補化・デッドタイム生成部５５ａは、コンパレータ５４ａが出力するＰＷＭ信号を正相ＰＷＭ信号として出力するとともに、反転した信号を逆相ＰＷＭ信号として出力する。なお、実際には、インバータ部のスイッチング時間による同時ＯＮを防止するために正相ＯＮと逆相ＯＮの間に、両方がＯＦＦするデッドタイムが挿入されるが、図１２ではそれが省略されている。カウンタ上限値格納部５２には、ＰＷＭカウンタ５１から入力されるアップダウン識別信号に基づき、ダウンカウントからアップカウントに変化するタイミングで、ＰＷＭ回路外部から入力されるカウンタ上限更新値を、カウンタ上限値として格納し出力する。比較値格納部５３ａには、ＰＷＭカウンタ５１から入力されるアップダウン識別信号に基づき、カウント方向が変化するタイミングで、ＰＷＭ回路外部から入力されるＵ相比較値更新値を、Ｕ相比較値として格納し出力する。Ｖ相、Ｗ相についても、Ｕ相と同じであり、Ｖ，Ｗ相の比較値格納部５３ｂ，５３ｃ、コンパレータ５４ｂ，５４ｃ、相補化・デッドタイム生成部５５ｂ，５５ｃのそれぞれが、Ｕ相の比較値格納部５３ａ、コンパレータ５４ａ、相補化・デッドタイム生成部５５ａと同様の機能を有している。
【０００７】
ＰＷＭ信号のキャリア周期は、ＰＷＭ回路に入力されるクロック信号の周期とカウンタ上限値格納部５２に格納されるカウンタ上限値により、以下の式（１）で表すことができる。
【０００８】
キャリア周期＝クロック周期×カウンタ上限値×２・・・（１）
【０００９】
また、デューティ比が５０％となる比較値は、カウンタ上限値の１／２である。そのため、同じデューティ比であっても、キャリア周期とクロック周期から決定されるカウンタ上限値により比較値が異なる。図１２には、１回目キャリア周期（Ｔ１）に比べて、２回目キャリア周期（Ｔ２）を大きくしたケースが示されている。この場合、Ｔ１のカウンタ上限値に比べて、Ｔ２のカウンタ上限値が大きくなる。図１２には、１回目キャリア周期（Ｔ１）の後半（ダウンカウント区間）と２回目キャリア周期（Ｔ２）の前半（アップカウント区間）において５０％デューティの比較値の違いが示されている。
【００１０】
図１０は、図９及び図１２を用いて説明した従来のＰＷＭ回路５ａを内蔵するマイクロコントローラ１を用いたモータシステムの構成を示すブロック図である。マイクロコントローラ１は、モータ制御装置として機能する。以下、図１０のモータシステムについて説明する。上位制御装置（図示しない）より、マイクロコントローラ１に対して、指令値Ｘが出力される。指令値Ｘは負荷の速度や回転角である。モータシステムは、モータ７の回転角を検出する検出器９を備える。このモータ７の回転角は、モータ７に接続されて駆動される負荷８の位置検出値であり、検出器インターフェース１３を介して、位置検出値θｍとして出力される。また、モータシステムは、マイクロコントローラ１が出力するＰＷＭ信号によって駆動される３相電圧型インバータ６を備える。３相電圧型インバータ６は、モータ７に電力を供給する。モータ７に流れる３相電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の少なくとも２相（例えばＩｕとＩｖ）の電流は、電流検出器１０，１１によって検出され、Ａ／Ｄ変換器１２を介して、電流検出値Ｉｕｄ，Ｉｖｄとして出力される。
（【００１１】以降は省略されています）

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