[發明專利]電機驅動電壓控制裝置以及電機驅動電壓控制方法

在審

• 申請號: 201380067496.8
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN104981975A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 浦田順一;稻葉雅幸
• 申請（專利權）人: 株式會社沙夫特
• 主分類號: H02P29/00
• 分類號: H02P29/00;H03M3/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 薛侖

技術領域

本發明涉及電機驅動，涉及供應給電機的驅動電壓的量化噪聲的降低。

背景技術

已知通過對施加給電機的電壓的振幅進行PWM控制來進行電機的旋轉速度控制。在PWM控制中，通過將用于控制電機驅動的控制信號的振幅調制為脈沖寬度，將進行了PWM調制的驅動電壓信號施加給電機，從而控制供應給電機的電力，由此控制旋轉速度。

圖4(a)是基于PWM控制的電機控制的概略圖。在圖4(a)所示的電機的PWM控制中，在PWM調制部101中將用于控制旋轉的驅動指令信號的振幅PWM調制為脈沖寬度，將進行了PWM調制的調制信號施加給電機20。

在基于PWM控制的電機控制中，已知旋轉速度根據驅動電壓的波紋量而變動的問題。

若將通過PWM調制而得到的驅動電壓(PWM信號)施加給電機，則在電機中流過平滑化后的驅動電流。此時，電機的驅動電流由于在追隨作為PWM信號的驅動電壓的變化時的變動而產生波紋量。該驅動電流的波紋量伴隨驅動電壓的高電壓化而增大。圖6(a)、(b)是用于說明在PWM調制時產生的波紋量的圖。在驅動電壓的振幅小的情況下，電壓變動量小因此波紋量也小，但在驅動電壓的振幅大的情況下，電壓變動量大因此波紋量增大。圖6(a)、(b)中的虛線示出波紋量的一例。

在電機控制中，已知通過利用ΔΣ調制來降低扭矩波紋(トルクリップル)的技術(專利文獻1)。

在專利文獻1中公開的是，在基于PWM調制的電機驅動中，通過在施加給線圈的電壓的定時對ΔΣ調制的輸出信號進行負反饋，從而降低由于構成PWM電路的比較器或MOSFET的開關延遲導致的偏移所顯現的扭矩波紋的技術。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開平5－344780號公報(段落[0007]，段落[0010])

專利文獻2：特開2003－124812號公報

發明內容

發明要解決的課題

在基于數字處理的驅動指令信號的PWM調制中，驅動指令信號的振幅的分辨率依賴于時鐘周期而被限制為時鐘周期的寬度。由于將時鐘周期的寬度設為最小單位，所以不能使分辨率比時鐘周期小。因此，存在在所調制的PWM調制信號中，在基于PWM調制的量化時包含量化噪聲的問題。量化噪聲是在對信號振幅進行了量化時產生的振幅誤差，是量化步長的1/2。

在基于PWM控制的電機的速度控制中，存在控制精度由于量化噪聲而降低的問題。使用圖4(b)來說明基于量化噪聲的電機的控制精度的降低。

作為量化噪聲增大的要因，例如存在以下的兩個要因。

要因1：第一要因是由于驅動指令信號的電壓變化幅度大引起的。由于在PWM的分辨率為固定的情況下用于表示驅動指令信號的比特數被抑制，所以驅動指令信號的電壓變化幅度越大則量化噪聲變得越大。

要因2：第二要因是由于伴隨PWM的高頻化的PWM的分辨率的降低引起的。

在PWM控制中，即使將脈沖電壓施加給電機，通過電機的線圈的電感而平滑化后的電流流過電機，能夠得到流暢的動作。但是，在由于脈沖電壓的變動幅度大而來不及平滑化從而產生扭矩波紋的情況下，需要使PWM控制的頻率更高頻率化，抑制信號間的脈沖電壓的變動幅度。為了提高PWM控制的頻率，對電子電路的處理速度來說存在限制，所以需要降低PWM的分辨率。PWM的分辨率的降低成為使量化噪聲增大的要因。

在PWM調制中，由于進行調制的周期間隔為以一周期內的時鐘數(分辨率)和時鐘周期之積來表示的關系，所以在時鐘周期為一定的情況下，若通過高頻化來縮短調制的周期間隔，則一周期內的脈沖數(分辨率)減少。由于分辨率與層次(階調)數存在關聯性，在低的分辨率中難以設定高的層次數，因此高頻化成為增大量化噪聲的要因。

圖5是用于說明PWM調制的周期間隔和分辨率之間的關系的圖。圖5(a)～(c)表示PWM調制的調制頻率為低頻率的情況，圖5(d)～(f)表示PWM調制的調制頻率為高頻率的情況。

圖5(a)、(d)表示進行PWM調制的調制的周期間隔，圖5(b)、(e)表示一周期間隔內的一個脈沖，圖5(c)、(f)表示一周期間隔內的時鐘。

周期間隔由于高頻化而縮小(圖5(a)、(d))，所以在時鐘周期為一定的情況下，一周期內的時鐘數減少(圖5(c)、(f))。一周期內的時鐘數與分辨率關聯，所以分辨率由于高頻化而降低。