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JP2008283782A - Motor driving device - Google Patents

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JP2008283782A
JP2008283782A JP2007125543A JP2007125543A JP2008283782A JP 2008283782 A JP2008283782 A JP 2008283782A JP 2007125543 A JP2007125543 A JP 2007125543A JP 2007125543 A JP2007125543 A JP 2007125543A JP 2008283782 A JP2008283782 A JP 2008283782A
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drive signal
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duty
signal generation
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Inventor
Nobuo Fukazawa
信夫 深沢
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Mitsuba Corp
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Mitsuba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make an effective value zero when an average value of currents flowing in coils wired independently is zero. <P>SOLUTION: A drive signal generation device 4 of a motor driving device comprises three signal generation portions 31, 32, 33 for the coils of a motor. The first signal generation portion 31 has a first drive signal generation circuit 41 and a second drive signal generation circuit 42. The first drive signal generation circuit 41 makes a first drive signal, which drives switching elements of one arm of an H bridge circuit controlling the currents flowing in the coils. The second drive signal generation circuit 42 makes a second drive signal, whose phase is shifted by 120° to the first drive signal as a drive signal, which drives switching elements of the other arm of the H bridge circuit controlling the currents flowing in the coils. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータを駆動させる回路を備えるモータ駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor driving device including a circuit for driving a motor.

モータのコイルの結線には、スター型やデルタ型などが知られているが、これらと異なり、各相のコイルが独立して配線されることもある。このような独立結線は、コイルに流す電流を相ごとに制御できるというメリットを有する。独立結線されたコイルに電流を供給する回路の従来例は、例えば、特許文献1に開示されている。この回路は、トランジスタを使ってHブリッジ回路を形成したあり、Hブリッジ回路の対角に配置された2つのトランジスタを同一のPWM(パルス幅変調)信号でON−OFF制御することで、コイルへの通電、及び電流の向きを制御していた。コイルに流れる電流をゼロにする場合は、コイルにプラス電流とマイナス電流を交互に流すことでコイルに流れる電流の平均値をゼロにしていた。
特開2004−180410号公報
For the connection of the motor coil, the star type and the delta type are known, but unlike these, the coils of each phase may be wired independently. Such an independent connection has an advantage that the current flowing through the coil can be controlled for each phase. A conventional example of a circuit for supplying a current to an independently connected coil is disclosed in Patent Document 1, for example. In this circuit, an H-bridge circuit is formed by using transistors, and two transistors arranged diagonally of the H-bridge circuit are ON / OFF controlled with the same PWM (pulse width modulation) signal, so that the coil is connected. The current flow and current direction were controlled. When the current flowing through the coil is set to zero, the average value of the current flowing through the coil is set to zero by alternately passing a positive current and a negative current through the coil.
JP 2004-180410 A

しかしながら、従来ように極性の異なる電流を交互に流す方法では電流の平均値をゼロにすることはできるが、電流の実効値はゼロにならないのでコイルの抵抗成分によって電力が消費されてしまう。このため、モータの発熱を抑えることが困難であった。なお、特許文献1の図7に示されるようにスイッチの切り換えで駆動信号の出力先を2つのうちの一方に切り換えれば反対向きの電流を流さないようにできるが、電流の変動が大きくなって、実効値を減少させることは困難であった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、独立配線されたコイルに流れる電流の平均値がゼロのときは実効値もゼロにできるようすることを主な目的とする。
However, in the conventional method in which currents having different polarities are alternately flowed, the average value of the current can be made zero, but since the effective value of the current does not become zero, power is consumed by the resistance component of the coil. For this reason, it has been difficult to suppress the heat generation of the motor. Note that, as shown in FIG. 7 of Patent Document 1, if the output destination of the drive signal is switched to one of the two by switching the switch, current in the opposite direction can be prevented from flowing, but the current fluctuation increases. Therefore, it has been difficult to reduce the effective value.
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its main object to make the effective value zero when the average value of the current flowing through the independently wired coils is zero.

上記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、複数相のコイルに独立して通電可能に構成されたモータを駆動させるモータ駆動装置において、2つのスイッチング素子を電源に対して直列に接続したアームを前記電源に対して並列に2つ有し、各アームの前記スイッチング素子の間に前記コイルの端子を1つずつ接続したブリッジ回路を前記コイルの相ごとに備える駆動回路と、前記ブリッジ回路の一方の前記アームの前記スイッチング素子の開閉を制御する第1の駆動信号を作成する第1の駆動信号生成回路と、前記ブリッジ回路の他方の前記アームの前記スイッチング素子の開閉を制御する第2の駆動信号であって、前記第1の駆動信号のパルスに対して180°位相をシフトさせたパルス信号を作成する第2の駆動信号生成回路と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置とした。
このモータ駆動装置は、ブリッジ回路の一対のアームの一方のスイッチング素子を第1の駆動信号で開閉させ、他方のスイッチング素子を180°位相が異なる第2の駆動信号で開閉させる。コイルに正の電圧と負の電圧が交互に印加されることがなくなって、電流の平均値がゼロのときは実効値もゼロになる。また、電流を流すときでも電流波形の変化が小さくなる。
The invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-described problems is a motor driving device for driving a motor configured to be able to energize independently to a plurality of phase coils, and two switching elements are connected in series to a power source. A drive circuit including two bridges connected in parallel to the power source and a bridge circuit connected to each of the coil terminals between the switching elements of each arm for each phase of the coil; A first drive signal generation circuit for generating a first drive signal for controlling the opening and closing of the switching element of one arm of the bridge circuit; and the opening and closing of the switching element of the other arm of the bridge circuit A second drive signal generating circuit for generating a pulse signal having a phase shifted by 180 ° with respect to the pulse of the first drive signal. If, and a motor driving apparatus comprising: a.
This motor drive device opens and closes one switching element of a pair of arms of a bridge circuit with a first drive signal, and opens and closes the other switching element with a second drive signal having a phase difference of 180 °. A positive voltage and a negative voltage are not applied alternately to the coil, and when the average value of the current is zero, the effective value is also zero. Further, the change in the current waveform is reduced even when a current is passed.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記第1の駆動信号生成回路は、パルス幅変調信号のデューティの指令値と三角波の信号を比較してパルス信号を生成するコンパレータを有し、前記第の2駆動信号生成回路は、パルス幅変調信号のデューティの指令値を100%から減じた指令値に変換するデューティ変換回路と、変換した指令値と前記三角波の信号を比較してパルス信号を生成するコンパレータを有することを特徴とする。
このモータ駆動装置は、デューティの指令値を100%から減じた値を算出することで180°位相がシフトした信号を作成する。
According to a second aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first aspect, the first drive signal generation circuit generates a pulse signal by comparing a command value of the duty of the pulse width modulation signal with a triangular wave signal. The second drive signal generation circuit is configured to convert a duty command value of the pulse width modulation signal into a command value obtained by subtracting from 100%, a converted command value and the triangular wave signal And a comparator for generating a pulse signal.
This motor drive device creates a signal whose phase is shifted by 180 ° by calculating a value obtained by subtracting the duty command value from 100%.

本発明によれば、第1の駆動信号に対して位相が180°反転した第2の駆動信号を作成し、これら駆動信号を用いてモータの通電制御を行うようにしたので、コイルに流れる電流の平均値がゼロのときは電流の実効値もゼロにすることができる。コイルの抵抗成分による電力消費が発生しなくなり、通電によるモータの発熱が防止される。また、電流の平均値がゼロでない場合も、電流の変化を小さくでき、電力消費を低減できる。   According to the present invention, the second drive signal whose phase is inverted by 180 ° with respect to the first drive signal is created, and the energization control of the motor is performed using these drive signals. When the average value of is zero, the effective value of the current can also be zero. Electricity consumption due to the resistance component of the coil is not generated, and heat generation of the motor due to energization is prevented. Further, even when the average value of the current is not zero, the change in the current can be reduced and the power consumption can be reduced.

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1に示すように、モータ駆動装置1は、サーボモータ2の各コイルU,V,Wへの通電を切り換えるPWM駆動回路3と、PWM駆動回路3に入力する駆動信号Up1,Un1,Up2,Un2,Vp1,Vn1,Vp2,Vn2,Wp1,Wn1,Wp2,Wn2を発生させる駆動信号生成装置4とを備える。
The best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the motor drive device 1 includes a PWM drive circuit 3 that switches energization to the coils U, V, and W of the servo motor 2, and drive signals Up 1, Un 1, Up 2 that are input to the PWM drive circuit 3. And a drive signal generation device 4 that generates Un2, Vp1, Vn1, Vp2, Vn2, Wp1, Wn1, Wp2, and Wn2.

PWM駆動回路3は、サーボモータ2の相ごとに設けられたHブリッジ回路を有する。この実施の形態ではU,V,Wの3相モータの駆動を想定しているので、コイルUの制御を行う第1のブリッジ回路11と、コイルVの制御を行う第2のブリッジ回路12と、コイルWの制御を行う第3のブリッジ回路13からなる。   The PWM drive circuit 3 has an H bridge circuit provided for each phase of the servo motor 2. In this embodiment, since driving of a three-phase motor of U, V, and W is assumed, a first bridge circuit 11 that controls the coil U, a second bridge circuit 12 that controls the coil V, and The third bridge circuit 13 controls the coil W.

第1のブリッジ回路11は、電源14に直列に接続される2つのスイッチング素子Su11,Su12からなるアーム21と、電源14に対してアーム21と並列に接続されたアーム22とを有する。アーム22は、直列に接続される2つのスイッチング素子Su21,Su22からなる。アーム21のスイッチング素子Su11,Su12の間の中点と、アーム22のスイッチング素子Su21,Su22の間の中点のそれぞれにコイルUの端子が1つずつ接続されている。各スイッチング素子Su11〜Su22は、電界効果型のトランジスタと、還流電流を通すためのダイオードを組み合わせた構成になっている。これにより、スイッチング素子Su11とスイッチング素子Su22のみがONになると、コイルUにプラス側からマイナス側に向かう正方向に電流が流れる。スイッチング素子Su21とスイッチング素子Su12のみがONになると、マイナス側からプラス側に向かって逆方向に電流が流れる。
アーム21のスイッチング素子Su11,Su12には、それぞれゲートドライバ23A,23Bを通して駆動信号が入力される。アーム22のスイッチング素子Su21,Su22には、それぞれゲートドライバ24A,24Bを通して駆動信号が入力される。
The first bridge circuit 11 includes an arm 21 composed of two switching elements Su11 and Su12 connected in series to the power supply 14, and an arm 22 connected in parallel to the arm 21 with respect to the power supply 14. The arm 22 includes two switching elements Su21 and Su22 connected in series. One terminal of the coil U is connected to each of a midpoint between the switching elements Su11 and Su12 of the arm 21 and a midpoint between the switching elements Su21 and Su22 of the arm 22. Each of the switching elements Su11 to Su22 has a configuration in which a field effect transistor and a diode for passing a reflux current are combined. Thereby, when only the switching element Su11 and the switching element Su22 are turned ON, a current flows in the coil U in the positive direction from the plus side to the minus side. When only the switching element Su21 and the switching element Su12 are turned on, a current flows in the reverse direction from the minus side to the plus side.
Driving signals are input to the switching elements Su11 and Su12 of the arm 21 through the gate drivers 23A and 23B, respectively. Driving signals are input to the switching elements Su21 and Su22 of the arm 22 through the gate drivers 24A and 24B, respectively.

第2のブリッジ回路12及び第3のブリッジ回路13も同様の構成を有する。第2のブリッジ回路12は、アーム21のスイッチング素子Sv11,Sv12の間の中点と、アーム22のスイッチング素子Sv21,Sv22の間の中点のそれぞれにコイルVの端子が1つずつ接続されている。第3のブリッジ回路13は、アーム21のスイッチング素子Sw11,Sw12の間の中点と、アーム22のスイッチング素子Sw21,Sw22の間の中点のそれぞれにコイルWの端子が1つずつ接続されている。   The second bridge circuit 12 and the third bridge circuit 13 have the same configuration. In the second bridge circuit 12, one terminal of the coil V is connected to each of the midpoint between the switching elements Sv11 and Sv12 of the arm 21 and the midpoint between the switching elements Sv21 and Sv22 of the arm 22. Yes. The third bridge circuit 13 has one terminal of the coil W connected to each of the midpoint between the switching elements Sw11 and Sw12 of the arm 21 and the midpoint between the switching elements Sw21 and Sw22 of the arm 22. Yes.

図2に示すように、駆動信号生成装置4は、3つのコイルU,V,Wに合わせて3つの生成装置31,32,33から構成されている。各生成装置31〜33は、同じ構成を有し、それぞれが第1の駆動信号生成回路41と、第2の駆動信号生成回路42を含んで構成されている。
第1の駆動信号生成回路41は、PWMデューティの指令値が入力される比較信号生成回路51と、三角波生成回路52と、コンパレータ53とを有する。比較信号生成回路51は、コンパレータ53の正転入力端子に接続されており、三角波生成回路52はコンパレータ53の反転入力端子に接続されている。三角波生成回路52は、基準となる三角波形の信号(以下、基準三角波の信号という)を作成して出力する回路である。
コンパレータ53の出力は、第1の立ち上がり遅延回路54に接続されると共に、反転回路55を介して第2の立ち上がり遅延回路56に接続されている。第1の立ち上がり遅延回路54は、第1のブリッジ回路11のゲートドライバ23Aに接続されている。第2の立ち上がり遅延回路56は、第1のブリッジ回路11のゲートドライバ23Bに接続されている。
As shown in FIG. 2, the drive signal generation device 4 includes three generation devices 31, 32, and 33 according to the three coils U, V, and W. Each of the generation devices 31 to 33 has the same configuration, and each includes a first drive signal generation circuit 41 and a second drive signal generation circuit 42.
The first drive signal generation circuit 41 includes a comparison signal generation circuit 51 to which a PWM duty command value is input, a triangular wave generation circuit 52, and a comparator 53. The comparison signal generation circuit 51 is connected to the normal input terminal of the comparator 53, and the triangular wave generation circuit 52 is connected to the inverting input terminal of the comparator 53. The triangular wave generation circuit 52 is a circuit that generates and outputs a reference triangular waveform signal (hereinafter referred to as a reference triangular wave signal).
The output of the comparator 53 is connected to the first rising delay circuit 54 and also connected to the second rising delay circuit 56 via the inverting circuit 55. The first rising delay circuit 54 is connected to the gate driver 23 </ b> A of the first bridge circuit 11. The second rising delay circuit 56 is connected to the gate driver 23B of the first bridge circuit 11.

第2の駆動信号生成回路42は、位相を180°シフトさせたPWM駆動信号を生成させる位相シフト信号生成回路43を有する。位相シフト信号生成回路43は、PWMデューティの指令値が入力されるデューティ変換回路61と、デューティ変換回路61の出力が接続される比較信号生成回路62と、コンパレータ63とを有する。コンパレータ63の反転入力端子には、比較信号生成回路62が接続されている。正転入力端子には、三角波生成回路52が接続されている。コンパレータ63の出力は、反転回路64を通して第3の立ち上がり遅延回路65に接続されると共に、第4の立ち上がり遅延回路66にも接続されている。第3の立ち上がり遅延回路65は、第1のブリッジ回路11のゲートドライバ24Aに接続されている。第4の立ち上がり遅延回路66は、第1のブリッジ回路11のゲートドライバ24Bに接続されている。   The second drive signal generation circuit 42 includes a phase shift signal generation circuit 43 that generates a PWM drive signal whose phase is shifted by 180 °. The phase shift signal generation circuit 43 includes a duty conversion circuit 61 to which a PWM duty command value is input, a comparison signal generation circuit 62 to which an output of the duty conversion circuit 61 is connected, and a comparator 63. A comparison signal generation circuit 62 is connected to the inverting input terminal of the comparator 63. A triangular wave generation circuit 52 is connected to the normal rotation input terminal. The output of the comparator 63 is connected to the third rise delay circuit 65 through the inverting circuit 64 and is also connected to the fourth rise delay circuit 66. The third rise delay circuit 65 is connected to the gate driver 24 </ b> A of the first bridge circuit 11. The fourth rise delay circuit 66 is connected to the gate driver 24 </ b> B of the first bridge circuit 11.

第2の生成装置32も同様の構成を有する。第2の生成装置32の第1の立ち上がり遅延回路54は、第2のブリッジ回路12のゲートドライバ23Aに接続されている。第2の立ち上がり遅延回路56は、第2のブリッジ回路12のゲートドライバ23Bに接続されている。第3の立ち上がり遅延回路65は、第2のブリッジ回路12のゲートドライバ24Aに接続されている。第4の立ち上がり遅延回路66は、第2のブリッジ回路12のゲートドライバ24Bに接続されている。
さらに、第3の生成装置33も同様の構成を有する。第3の生成装置33の第1の立ち上がり遅延回路54は、第3のブリッジ回路13のゲートドライバ23Aに接続されている。第2の立ち上がり遅延回路56は、第3のブリッジ回路13のゲートドライバ23Bに接続されている。第3の立ち上がり遅延回路65は、第3のブリッジ回路13のゲートドライバ24Aに接続されている。第4の立ち上がり遅延回路66は、第3のブリッジ回路13のゲートドライバ24Bに接続されている。
The second generation device 32 has a similar configuration. The first rising delay circuit 54 of the second generation device 32 is connected to the gate driver 23 </ b> A of the second bridge circuit 12. The second rising delay circuit 56 is connected to the gate driver 23 </ b> B of the second bridge circuit 12. The third rise delay circuit 65 is connected to the gate driver 24A of the second bridge circuit 12. The fourth rise delay circuit 66 is connected to the gate driver 24B of the second bridge circuit 12.
Further, the third generation device 33 has the same configuration. The first rise delay circuit 54 of the third generation device 33 is connected to the gate driver 23 </ b> A of the third bridge circuit 13. The second rise delay circuit 56 is connected to the gate driver 23B of the third bridge circuit 13. The third rise delay circuit 65 is connected to the gate driver 24A of the third bridge circuit 13. The fourth rise delay circuit 66 is connected to the gate driver 24B of the third bridge circuit 13.

次に、この実施の形態の作用について説明する。
駆動信号生成装置4にPWMデューティの指令値として、例えば、50%を指令する信号が入力されると、第1の生成装置31の比較信号生成回路51が50%デューティに相当する50%基準信号を作成する。コンパレータ53は、50%基準信号と、三角波生成回路52で発生させた基準三角波の信号を比較する。コンパレータ53の比較結果は、デューティ50%信号として第1の立ち上がり遅延回路54に入力される。第1の立ち上がり遅延回路54は、パルスの立ち上がりを予め決められた時間だけ遅延させて第1の駆動信号Up1を作成し、ゲートドライバ23Aを通してスイッチング素子Su11のトランジスタのデートに入力させる。一方、このデューティ50%信号は、反転回路55でパルスを反転させた後に、第2の立ち上がり遅延回路56にも入力される。第2の立ち上がり遅延回路56は、パルスの立ち上がりを予め決められた時間だけ遅延させて第1の駆動信号Un1を作成し、ゲートドライバ23Bを通してスイッチング素子Su12のトランジスタのデートに入力させる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When, for example, a signal for instructing 50% is input to the drive signal generation device 4 as a command value for PWM duty, the comparison signal generation circuit 51 of the first generation device 31 outputs a 50% reference signal corresponding to 50% duty. Create The comparator 53 compares the 50% reference signal with the reference triangular wave signal generated by the triangular wave generation circuit 52. The comparison result of the comparator 53 is input to the first rising delay circuit 54 as a 50% duty signal. The first rise delay circuit 54 delays the rise of the pulse by a predetermined time to generate the first drive signal Up1, and inputs it to the date of the transistor of the switching element Su11 through the gate driver 23A. On the other hand, the 50% duty signal is input to the second rising delay circuit 56 after the pulse is inverted by the inverting circuit 55. The second rise delay circuit 56 creates the first drive signal Un1 by delaying the rise of the pulse by a predetermined time, and inputs it to the date of the transistor of the switching element Su12 through the gate driver 23B.

また、第1の生成装置31の位相シフト信号生成回路43では、デューティ変換回路61でデューティの指令値を100%から減じた値を位相シフト用のデューティ指令値として算出する。この場合には、100%−50%=50%なので、比較信号生成回路62が50%基準信号を作成することになる。コンパレータ63は、50%基準信号と、三角波生成回路52で発生させた基準三角波の信号を比較する。このデューティ50%信号は、反転回路64でパルスを反転させた後に、第3の立ち上がり遅延回路65に入力される。第3の立ち上がり遅延回路65は、パルスの立ち上がりを予め決められた時間だけ遅延させて第2の駆動信号Up2を作成し、ゲートドライバ24Aを通してスイッチング素子Su21のトランジスタのデートに入力させる。一方、このデューティ50%信号は、第4の立ち上がり遅延回路66にも入力される。第4の立ち上がり遅延回路66は、パルスの立ち上がりを予め決められた時間だけ遅延させて第2の駆動信号Un2を作成し、ゲートドライバ24Bを通してスイッチング素子Su22のトランジスタのデートに入力させる。なお、各遅延回路54,56,65,66において、パルスの立ち上がりを遅延させる時間(デッドタイム)は同じ値が設定されている。   Further, the phase shift signal generation circuit 43 of the first generation device 31 calculates a value obtained by subtracting the duty command value from 100% by the duty conversion circuit 61 as the phase shift duty command value. In this case, since 100% -50% = 50%, the comparison signal generation circuit 62 creates a 50% reference signal. The comparator 63 compares the 50% reference signal with the reference triangular wave signal generated by the triangular wave generation circuit 52. The 50% duty signal is input to the third rise delay circuit 65 after the pulse is inverted by the inverter circuit 64. The third rise delay circuit 65 creates the second drive signal Up2 by delaying the rise of the pulse by a predetermined time, and inputs it to the date of the transistor of the switching element Su21 through the gate driver 24A. On the other hand, this duty 50% signal is also input to the fourth rise delay circuit 66. The fourth rise delay circuit 66 creates the second drive signal Un2 by delaying the rise of the pulse by a predetermined time, and inputs it to the date of the transistor of the switching element Su22 through the gate driver 24B. In each of the delay circuits 54, 56, 65, and 66, the same value is set for the time (dead time) for delaying the rise of the pulse.

他の生成装置32,33について同様にして信号処理が行われ、対応するスイッチング素子Sv11〜Sw22に駆動信号Vp1〜Wn2が入力される。   Signal processing is performed in the same manner for the other generation devices 32 and 33, and the drive signals Vp1 to Wn2 are input to the corresponding switching elements Sv11 to Sw22.

ここで、デューティの指令値が50%のときの信号波形の具体例を図3に示す。図3には、U相の信号のみが示されているが、他の2相も同様の信号が作成される。
基準三角波の信号と50%基準信号の比較がコンパレータ53で行われ、デューティ50%信号Duが作成される。デューティ50%信号Duは、基準三角波の信号で50%基準信号を下回る部分がハイレベルになり、50%基準信号を上回る部分がローレベルになるようなパルス信号になる。一方、位相シフト信号生成回路43では、基準三角波の信号と50%基準信号の比較がコンパレータ63で行われ、180度位相シフト信号としてのデューティ50%信号DSuが作成される。このデューティ50%信号は、基準三角波の信号で50%基準信号を下回る部分がローレベルになり、50%基準信号を上回る部分がハイレベルになるようなパルス信号になる。
Here, FIG. 3 shows a specific example of a signal waveform when the duty command value is 50%. Although only the U-phase signal is shown in FIG. 3, similar signals are created for the other two phases.
A comparison between the reference triangular wave signal and the 50% reference signal is performed by the comparator 53, and a duty 50% signal Du is created. The duty 50% signal Du is a pulse signal in which a portion of the reference triangular wave signal that is below the 50% reference signal is at a high level and a portion that is above the 50% reference signal is at a low level. On the other hand, in the phase shift signal generation circuit 43, the reference triangular wave signal and the 50% reference signal are compared by the comparator 63, and a duty 50% signal DSu as a 180 degree phase shift signal is created. The duty 50% signal is a pulse signal in which a portion of the reference triangular wave signal that is below the 50% reference signal is at a low level and a portion that is above the 50% reference signal is at a high level.

デューティ50%信号Duは、第1の立ち上がり遅延回路54でデッドタイムtdが付加されて第1の駆動信号Up1になると共に、反転後の信号にも第2の立ち上がり遅延回路56でデッドタイムtdが付加されて第1の駆動信号Un1になる。
同様に、位相シフトによるデューティ50%信号DSuは、反転後に第3の立ち上がり遅延回路65でデッドタイムtdが付加されて第2の駆動信号Up2になると共に、第4の立ち上がり遅延回路66でデッドタイムtdが付加されて第2の駆動信号Un2になる。
The duty 50% signal Du is added with the dead time td by the first rising delay circuit 54 to become the first drive signal Up1, and the inverted time is also applied to the inverted signal by the second rising delay circuit 56. The first drive signal Un1 is added.
Similarly, the 50% duty signal DSu due to the phase shift is added with a dead time td by the third rising delay circuit 65 after inversion to become the second drive signal Up2, and at the fourth rising delay circuit 66, the dead time td is added to become the second drive signal Un2.

第1の駆動信号Up1はスイッチング素子Su11のゲート信号になり、第2の駆動信号Un2はスイッチング素子Su22のゲート信号となって各スイッチング素子Su11,Su22を開閉させる。この場合は、スイッチング素子Su11とスイッチング素子Su22が共に開くことがないので、コイルUに正方向の電流は流れない。
また、第1の駆動信号Un1はスイッチング素子Su12のゲート信号になり、第2の駆動信号Up2はスイッチング素子Su21のゲート信号となって各スイッチング素子Su12,Su21を開閉させる。この場合は、スイッチング素子Su21とスイッチング素子Su12が共に開くことがないので、コイルUに逆方向の電流は流れない。
つまり、コイルUには電圧が印加されずに、電流も流れない。したがって、電流の平均値及び実効値もゼロになって、コイルUが発熱することもない。
The first drive signal Up1 becomes a gate signal of the switching element Su11, and the second drive signal Un2 becomes a gate signal of the switching element Su22, and opens and closes the switching elements Su11 and Su22. In this case, since both the switching element Su11 and the switching element Su22 are not opened, no current in the positive direction flows through the coil U.
The first drive signal Un1 becomes a gate signal of the switching element Su12, and the second drive signal Up2 becomes a gate signal of the switching element Su21, and opens and closes the switching elements Su12 and Su21. In this case, since the switching element Su21 and the switching element Su12 do not both open, current in the reverse direction does not flow through the coil U.
That is, no voltage is applied to the coil U, and no current flows. Therefore, the average value and effective value of the current are also zero, and the coil U does not generate heat.

比較として、従来の制御で指令値をデューティ50%にした場合を図4に示す。従来の制御は、位相シフト信号生成回路43を有しないので、デューティ50%信号にデットタイムtdを付加した駆動信号Upと、同じデューティ50%信号を反転してからデットタイムtdを付加した駆動信号Unの2種類の信号のみが生成される。駆動信号Upは、一方のアーム21のハイ側のスイッチング素子Su11と、他方のアーム22のロー側のスイッチング素子Su22に入力される。このため、駆動信号Upのパルスがハイレベルのときに、2つのスイッチング素子Su11,Su22が共にONになってコイルUの両端に正の電源電圧に印加され、電流が流れる。一方、駆動信号Unは、一方のアーム21のロー側のスイッチング素子Su12と、他方のアーム22のハイ側のスイッチング素子Su21に入力される。このため、駆動信号Unのパルスがハイレベルのときに、2つのスイッチング素子Su12,Su21が共にONになってコイルUの両端に負の電源電圧に印加され、逆向きの電流が流れる。この場合、コイルUの正の電源電圧と負の電源電圧を同じ時間ずつ交互に印加されるので、コイルUに流れる電流が三角波形になり、その平均値がゼロになる。しかしながら、電流そのものがゼロではないので、実効値はゼロにならずにコイルUに発熱が生じていた。   As a comparison, FIG. 4 shows a case where the command value is set to 50% duty in the conventional control. Since the conventional control does not include the phase shift signal generation circuit 43, the drive signal Up obtained by adding the dead time td to the duty 50% signal and the drive signal obtained by inverting the same duty 50% signal and then adding the dead time td. Only two types of signals Un are generated. The drive signal Up is input to the high-side switching element Su11 of one arm 21 and the low-side switching element Su22 of the other arm 22. For this reason, when the pulse of the drive signal Up is at a high level, the two switching elements Su11 and Su22 are both turned on and applied to the positive power supply voltage across the coil U, and a current flows. On the other hand, the drive signal Un is input to the low-side switching element Su12 of one arm 21 and the high-side switching element Su21 of the other arm 22. For this reason, when the pulse of the drive signal Un is at a high level, the two switching elements Su12 and Su21 are both turned on and applied to the negative power supply voltage at both ends of the coil U, and a reverse current flows. In this case, since the positive power supply voltage and the negative power supply voltage of the coil U are alternately applied for the same time, the current flowing through the coil U has a triangular waveform, and its average value becomes zero. However, since the current itself is not zero, the effective value does not become zero and the coil U generates heat.

また、この実施の形態における制御として、PWMデューティの指令値が75%のときを図5に示し、25%のときを図6に示す。
図5に示す75%デューティの場合は、コンパレータ53が75%基準信号と三角波信号からデューティ75%信号Duを生成し、デットタイムtdを付加した第1の駆動信号Up1と、反転後にデットタイムtdを付加した第1の駆動信号Un1を作成する。位相シフト信号生成回路43では、デューティ変換回路61でデューティが25%(=100%−75%)の指令信号が作成される。コンパレータ63が25%基準信号と三角波信号からデューティ25%信号DSuを生成し、デットタイムtdを付加した第2の駆動信号Un2と、反転後にデットタイムtdを付加した第2の駆動信号Up2を作成する。
これら駆動信号Up1〜Un2によってスイッチング素子Su11〜Su22が開閉され、スイッチング素子Su11とスイッチング素子Su22が共に開いたときにコイルUの端子間に正の電圧が周期的に印加され、コイルUに電流が流れる。それ以外の場合は、コイルUの端子間に電圧は印加されず、自然放電で電流値が下がっていく。スイッチング素子Su12とスイッチング素子Su21が同時に開くことがないからである。そして、再び正の電圧が印加されると電流値が増加する。したがって、コイルUに流れる電流は、三角波形になる。
As control in this embodiment, FIG. 5 shows a case where the command value of the PWM duty is 75%, and FIG. 6 shows a case where it is 25%.
In the case of 75% duty shown in FIG. 5, the comparator 53 generates the duty 75% signal Du from the 75% reference signal and the triangular wave signal, and adds the dead time td, and the dead time td after inversion. The first drive signal Un1 to which is added is created. In the phase shift signal generation circuit 43, the duty conversion circuit 61 generates a command signal with a duty of 25% (= 100% −75%). The comparator 63 generates the duty 25% signal DSu from the 25% reference signal and the triangular wave signal, and generates the second drive signal Un2 to which the dead time td is added and the second drive signal Up2 to which the dead time td is added after inversion. To do.
The switching elements Su11 to Su22 are opened and closed by these drive signals Up1 to Un2, and when the switching elements Su11 and Su22 are both opened, a positive voltage is periodically applied between the terminals of the coil U, and current is supplied to the coil U. Flowing. In other cases, no voltage is applied between the terminals of the coil U, and the current value decreases due to natural discharge. This is because the switching element Su12 and the switching element Su21 do not open simultaneously. Then, when a positive voltage is applied again, the current value increases. Therefore, the current flowing through the coil U has a triangular waveform.

図6に示す25%デューティの場合は、コンパレータ53が25%基準信号と三角波信号からデューティ25%信号Duを生成し、デットタイムtdを付加した第1の駆動信号Up1と、反転後にデットタイムtdを付加した第1の駆動信号Un1が作成される。位相シフト信号生成回路43では、デューティ変換回路61でデューティが75%(=100%−25%)の指令信号が作成される。コンパレータ63が75%基準信号と三角波信号からデューティ75%信号DSuを生成し、デットタイムtdを付加した第2の駆動信号Un2と、反転後にデットタイムtdを付加した第2の駆動信号Up2が作成される。
この場合には、スイッチング素子Su11とスイッチング素子Su22が同時に開くことがなく、コイルUの端子間には負の電圧が周期的に印加される。したがって、コイルUに流れる電流は、三角波形になる。
In the case of the 25% duty shown in FIG. 6, the comparator 53 generates the duty 25% signal Du from the 25% reference signal and the triangular wave signal and adds the dead time td, and the dead time td after inversion. A first drive signal Un1 to which is added is created. In the phase shift signal generation circuit 43, the duty conversion circuit 61 generates a command signal having a duty of 75% (= 100% −25%). The comparator 63 generates a 75% duty signal DSu from the 75% reference signal and the triangular wave signal, and generates a second drive signal Un2 to which a dead time td is added and a second drive signal Up2 to which a dead time td is added after inversion. Is done.
In this case, the switching element Su11 and the switching element Su22 are not simultaneously opened, and a negative voltage is periodically applied between the terminals of the coil U. Therefore, the current flowing through the coil U has a triangular waveform.

なお、比較として、従来における75%デューティと25%デューティにおけるコイルの印加電圧及び電流を図7及び図8にそれぞれ示す。前記した50%デューティの従来例と同様に、駆動信号Upのパルスがハイレベルで駆動信号Unがローレベルのときは、コイルUの端子に正の電圧が印加され、電流が流れる。駆動信号Upのパルスがローレベルで駆動信号Unがハイレベルのときは、コイルUの端子に負の電圧が印加され、コイルUに逆向きに電流が流れる。
図7に示す従来の75%デューティでは、交互に正の電圧と負の電圧が印加され、コイルUに流れる電流の変化が大きい。これに対して、図5に示す本実施の形態の駆動装置1の75%デューティでは、正の電圧のみが印加される。さらに、従来では正の電圧が1回印加される区間で、2回に分けて正の電圧が印加されており、従来の方法でPWMの周波数を2倍にしたときと同等になっている。したがって、電流の平均値が同じでも変動(平均値に対する分散)が小さい。図8に示す従来の25%デューティ制御と図6に示す本実施の形態の駆動装置1の25%デューティにおいても同様である。
For comparison, the applied voltage and current of the coil at the conventional 75% duty and 25% duty are shown in FIGS. 7 and 8, respectively. As in the conventional example of 50% duty described above, when the pulse of the drive signal Up is at a high level and the drive signal Un is at a low level, a positive voltage is applied to the terminal of the coil U and a current flows. When the pulse of the drive signal Up is at a low level and the drive signal Un is at a high level, a negative voltage is applied to the terminal of the coil U, and a current flows through the coil U in the opposite direction.
With the conventional 75% duty shown in FIG. 7, a positive voltage and a negative voltage are alternately applied, and the change in the current flowing through the coil U is large. On the other hand, only the positive voltage is applied at the 75% duty of the driving device 1 of the present embodiment shown in FIG. Furthermore, in the prior art, the positive voltage is applied twice in a section where the positive voltage is applied once, which is equivalent to the case where the PWM frequency is doubled by the conventional method. Therefore, even if the average value of the current is the same, the fluctuation (dispersion with respect to the average value) is small. The same applies to the conventional 25% duty control shown in FIG. 8 and the 25% duty of the driving apparatus 1 of the present embodiment shown in FIG.

この実施の形態によれば、位相シフト信号生成回路43を設けて、位相を180°反転させた駆動信号を他方のアーム22のスイッチング素子に入力するようにしたので、コイルU,V,Wに流れる電流の平均値がゼロのときは電流の実効値もゼロにすることができる。コイルU,V,Wの抵抗成分による電力消費が発生しなくなり、通電によるサーボモータ2の発熱が防止される。
電流の平均値がゼロでない場合も、コイルU,V,Wに電流を流したい極性方向の電圧しか印加されないので、電流の変化を小さくできる。このため、電流の実効値を小さくでき、コイルU,V,Wの抵抗成分での電力消費を低減できる。これは、2つの標本の平均が同じ場合に、分散の大小関係と2乗平均の大小関係が同じなることによる。つまり、この駆動装置1は電流の分散を従来よりも小さくできるので、2乗平均である電流の実効値を従来より小さくできる。
According to this embodiment, the phase shift signal generation circuit 43 is provided so that the drive signal whose phase is inverted by 180 ° is input to the switching element of the other arm 22. When the average value of the flowing current is zero, the effective value of the current can be zero. Power consumption due to the resistance components of the coils U, V, and W is not generated, and heat generation of the servo motor 2 due to energization is prevented.
Even when the average value of the current is not zero, only the voltage in the polarity direction in which the current is to flow is applied to the coils U, V, and W, so that the change in current can be reduced. For this reason, the effective value of an electric current can be made small and the power consumption by the resistance component of the coils U, V, and W can be reduced. This is because when the average of the two samples is the same, the magnitude relation of the variance and the magnitude relation of the square mean are the same. In other words, since the driving device 1 can reduce the current dispersion as compared with the conventional one, the effective value of the current that is the mean square can be reduced as compared with the conventional one.

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
位相シフト信号生成回路43は、信号を遅延させることで180°位相をシフトさせる回路でも良い。
Note that the present invention can be widely applied without being limited to the above-described embodiment.
The phase shift signal generation circuit 43 may be a circuit that shifts the phase by 180 ° by delaying the signal.

本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。It is a block diagram of the motor drive device concerning an embodiment of the invention. 駆動信号生成装置のブロック図である。It is a block diagram of a drive signal generation device. 50%デューティにおける信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform in 50% duty. 従来の50%デューティにおける信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform in the conventional 50% duty. 75%デューティにおける信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform in 75% duty. 25%デューティにおける信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform in 25% duty. 従来の75%デューティにおける信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform in the conventional 75% duty. 従来の25%デューティにおける信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform in the conventional 25% duty.

符号の説明Explanation of symbols

1 駆動装置
2 サーボモータ
3 駆動回路
4 駆動信号生成装置
U コイル
V コイル
W コイル
11 第1のブリッジ回路
12 第2のブリッジ回路
13 第3のブリッジ回路
21,22 アーム
41 第1の駆動信号生成回路
42 第2の駆動信号生成回路
43 位相シフト信号生成回路
53,63 コンパレータ
Up1,Un1,Up2,Un2,Vp1,Vn1,Vp2,Vn2,Wp1,Wn1,Wp2,Wn2 駆動信号
Su11、Su12,Su21,Su22,Sv11、Sv12,Sv21,Sv22,Sw11、Sw12,Sw21,Sw22 スイッチング素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive apparatus 2 Servo motor 3 Drive circuit 4 Drive signal generation apparatus U Coil V Coil W Coil 11 1st bridge circuit 12 2nd bridge circuit 13 3rd bridge circuit 21 and 22 Arm 41 1st drive signal generation circuit 42 Second drive signal generation circuit 43 Phase shift signal generation circuit 53, 63 Comparator Up1, Un1, Up2, Un2, Vp1, Vn1, Vp2, Vn2, Wp1, Wn1, Wp2, Wn2 Drive signals Su11, Su12, Su21, Su22 , Sv11, Sv12, Sv21, Sv22, Sw11, Sw12, Sw21, Sw22 switching elements

Claims (2)

複数相のコイルに独立して通電可能に構成されたモータを駆動させるモータ駆動装置において、
2つのスイッチング素子を電源に対して直列に接続したアームを前記電源に対して並列に2つ有し、各アームの前記スイッチング素子の間に前記コイルの端子を1つずつ接続したブリッジ回路を前記コイルの相ごとに備える駆動回路と、
前記ブリッジ回路の一方の前記アームの前記スイッチング素子の開閉を制御する第1の駆動信号を作成する第1の駆動信号生成回路と、
前記ブリッジ回路の他方の前記アームの前記スイッチング素子の開閉を制御する第2の駆動信号であって、前記第1の駆動信号のパルスに対して180°位相をシフトさせたパルス信号を作成する第2の駆動信号生成回路と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
In a motor drive device that drives a motor configured to be able to energize a plurality of phase coils independently,
A bridge circuit having two arms connected in series to a power supply in parallel to the power supply and having one terminal of the coil connected between the switching elements of each arm; A drive circuit for each phase of the coil;
A first drive signal generation circuit for generating a first drive signal for controlling opening and closing of the switching element of one of the arms of the bridge circuit;
A second drive signal for controlling opening and closing of the switching element of the other arm of the bridge circuit, the pulse signal having a phase shifted by 180 ° with respect to the pulse of the first drive signal. Two drive signal generation circuits;
A motor drive device comprising:
前記第1の駆動信号生成回路は、パルス幅変調信号のデューティの指令値と三角波の信号を比較してパルス信号を生成するコンパレータを有し、
前記第の2駆動信号生成回路は、パルス幅変調信号のデューティの指令値を100%から減じた指令値に変換するデューティ変換回路と、変換した指令値と前記三角波の信号を比較してパルス信号を生成するコンパレータを有することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
The first drive signal generation circuit includes a comparator that generates a pulse signal by comparing a duty value command value of a pulse width modulation signal with a triangular wave signal,
The second drive signal generation circuit compares a duty conversion circuit that converts a duty command value of a pulse width modulation signal into a command value obtained by subtracting from 100%, and compares the converted command value with the triangular wave signal to generate a pulse signal. The motor drive device according to claim 1, further comprising a comparator that generates
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