JP2002037099A - 電動パワーステアリング装置のための電子制御装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置のための電子制御装置

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JP2002037099A
JP2002037099A JP2000221827A JP2000221827A JP2002037099A JP 2002037099 A JP2002037099 A JP 2002037099A JP 2000221827 A JP2000221827 A JP 2000221827A JP 2000221827 A JP2000221827 A JP 2000221827A JP 2002037099 A JP2002037099 A JP 2002037099A
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voltage
power supply
control signal
steering
circuit
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JP2000221827A
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Motoo Nakai
基生 中井
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】PWM制御信号のデューティに関係なく、FE
Tのような駆動素子を確実にオン/オフさせることがで
きる電動パワーステアリング装置用電子制御装置を提供
する。 【解決手段】この電子制御装置は、各FET711,7
12に対応づけて設けられたブースタ回路74と、この
ブースタ回路74に付加されたブートストラップ回路7
5とを備えている。また、ブースタ回路74のトランジ
スタ741のコレクタには、約57Vの高電圧を発生す
る補助電源回路78が接続されている。この補助電源回
路78が発生する高電圧は、たとえば、PWM制御信号
のデューティが90%以上であるという条件、または、
FET711のゲート−ソース間の電圧が9V以上であ
るという条件の少なくとも一方が満たされた場合にトラ
ンジスタ741に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電動パワーステ
アリング装置のための電子制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、車両のステアリング機構に電
動モータが発生するトルクを伝達し、これにより操舵の
補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられてい
る。このような電動パワーステアリング装置には、ステ
アリングホイールに入力された操舵トルクなどに基づい
て、適切な操舵補助が実現されるように電動モータを制
御する電子制御装置が備えられている。
【0003】図3は、従来の電子制御装置の構成を示す
図である。この電子制御装置は、電動モータ90に駆動
電流を供給するためのパワー回路部91を有している。
パワー回路部91には、2個のFET(Field-Effect T
ransistor)911,912の直列回路が電動モータの
相数と同じ数だけ備えられている。各直列回路は、モー
タ電源92とアース93との間で並列に設けられてい
て、2個のFET911,912の接続点で電動モータ
90に接続されている。なお、図3には、1つの直列回
路のみが示されている。
【0004】この電子制御装置はさらに、各FET91
1,912に対応づけて設けられたブースタ回路94
と、CPU、RAMおよびROMを含むマイクロコンピ
ュータ95とを備えている。各ブースタ回路94は、n
pn型のバイポーラトランジスタ941とpnp型のバ
イポーラトランジスタ942を直列に接続して構成され
ており、トランジスタ941,942のエミッタがFE
T911(912)のゲートに接続されている。また、
pnp型のトランジスタ942のコレクタは、2個のF
ET911,912の接続点に接続されている。なお、
図3には、1個のFET911に対応づけて設けられた
ブースタ回路94のみが示されている。
【0005】マイクロコンピュータ95は、操舵トルク
などに基づいてPWM(Pulse Width Modulation:パル
ス幅変調)制御信号を作成し、その作成したPWM制御
信号をブースタ回路94のトランジスタ941,942
にベース電流として入力している。PWM制御信号がハ
イレベルのときには、pnp型のトランジスタ941が
オンになり、npn型のトランジスタ941はオフにな
る。一方、PWM制御信号がローレベルのときには、p
np型のトランジスタ941はオフになり、npn型の
トランジスタ941がオンになる。
【0006】トランジスタ941,942にハイレベル
のPWM制御信号が入力されて、トランジスタ941の
みがオンになると、トランジスタ941のコレクタに供
給されている電圧がFET911のゲートに与えられ
る。そして、FET911のゲート−ソース間の電圧
(ノード)が一定電圧(約10V)よりも高くなれば、
FET911はオンになって、FET911を流れる電
流が駆動電流として電動モータ90に与えられる。ま
た、トランジスタ941,942にローレベルのPWM
制御信号が入力されて、トランジスタ942のみがオン
になると、FET911のゲートの電位が2個のFET
911,912の接続点の電位に落とされる。
【0007】モータ電源92の電圧は、電動パワーステ
アリング装置が搭載される車両によって異なり、たとえ
ば、小型車に搭載される場合は12V、大型車に搭載さ
れる場合は42Vである。モータ電源92の電圧が42
Vの場合、FET911,912の直列回路には42V
の電圧が供給されることになり、このとき、2個のFE
T911,912の接続点の電位が最高42Vになる可
能性があることを考慮すると、モータ電源92側のFE
T911を確実にオンさせるためには、FET911の
ゲートに最低52V程度の電圧を供給しなければならな
い。
【0008】FET911のゲートに52V以上の電圧
を供給するには、ブースタ回路94のトランジスタ94
1のコレクタに、52V以上の電圧を発生する電源を接
続すればよい。しかし、トランジスタ941に接続され
た電源の電圧が大きくなると、FET911のスイッチ
ング時に発生するノイズ(スイッチングノイズ)が大き
くなり、マイクロコンピュータ95などの電子機器に悪
影響を及ぼすおそれがある。
【0009】そのため、電動パワーステアリング装置の
電子制御装置には、いわゆるブートストラップ回路96
が付加されている。このブートストラップ回路96は、
電源97とトランジスタ941のコレクタとの間に順方
向にダイオード961が接続され、トランジスタ941
のコレクタとFET911,912の接続点(FET9
11のソース)にコンデンサ962が接続されることに
より構成されている。トランジスタ941がオフ(FE
T911がオフ)のときには、電源97からダイオード
961を介してコンデンサ962に電流が供給され、コ
ンデンサ962が充電される。そして、その状態からト
ランジスタ941がオンにされると、FET911,9
12の接続点の電圧にコンデンサ962の充電電圧を足
して得られる高電圧がトランジスタ941のコレクタに
供給され、その高電圧がFET911のゲートに供給さ
れる。ゆえに、このブートストラップ回路96が付加さ
れていることにより、電源97の電圧を低く抑えること
ができるから、FET911のスイッチング時に生じる
ノイズを小さく抑えることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、トランジス
タ941に供給されるPWM制御信号のデューティが1
00%に近いと、トランジスタ941がオフにされてい
る時間が短いために、コンデンサ962が十分に充電さ
れず、FET911をオンさせるのに必要な電圧をゲー
トに供給できないおそれがある。そのため、上述のブー
トストラップ回路96を設けた構成では、PWM制御信
号のデューティが100%に近くならないように、PW
M制御信号のデューティには上限を設けて制限をかけな
ければならないが、PWM制御信号のデューティに制限
をかけると、車両の運転状況に応じた適切なトルクを電
動モータから発生させることができず、車両の運転者に
ステアリングホイールが重たいと感じさせてしまうおそ
れがある。
【0011】そこで、この発明の目的は、PWM制御信
号のデューティに関係なく、FETのような駆動素子を
確実にオン/オフさせることができる電動パワーステア
リング装置用電子制御装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項1記載の発明は、電動モー
タ(4)が発生するトルクをステアリング機構(3)に
与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング装置のた
めの電子制御装置(7)であって、上記電動モータに出
力端子が接続され、制御入力端子に入力される電圧によ
りオン/オフする電圧動作型の駆動素子(711,71
2)と、上記駆動素子をオン/オフさせるためのパルス
幅変調制御信号を出力する制御信号出力手段(77)
と、所定の電圧を発生する主電源(76)と、上記主電
源が発生する電圧よりも高い電圧を発生する補助電源
(78)と、上記駆動素子の出力端子と上記主電源との
間に接続されたブートストラップ回路(75)と、上記
制御信号出力手段から出力されるパルス幅変調制御信号
のデューティが予め定める値未満の場合には、上記ブー
トストラップ回路の出力電圧を上記駆動素子の制御入力
端子に動作電圧として与え、上記パルス幅変調制御信号
のデューティが予め定める値以上の場合には、上記補助
電源が発生する電圧を上記駆動素子の制御入力端子に動
作電圧として与える動作電圧制御手段(783,78
4)とを含むことを特徴とする電子制御装置である。
【0013】なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態
における対応構成要素等を表す。以下、この項において
同じである。この発明によれば、パルス幅変調制御信号
のデューティが予め定める値以上であれば、補助電源が
発生する電圧が駆動素子の制御入力端子に動作電圧とし
て与えられる。これにより、パルス幅変調制御信号のデ
ューティが100%に近い値に設定され、コンデンサが
十分に充電されないような状況であっても、駆動素子に
十分な動作電圧を供給することができ、駆動素子を確実
にオン/オフさせることができる。ゆえに、パルス幅変
調制御信号のデューティに制限をかける必要がなく、車
両の運転状況に応じた適切なトルクを電動モータから発
生させることができ、車両の運転者に良好な操舵フィー
リングを与えることができる。
【0014】また、パルス幅変調制御信号のデューティ
が低いときに駆動素子の制御入力端子に与える動作電圧
はブートストラップ回路によって生成され、このブート
ストラップ回路の電源としては比較的低い電圧を発生す
る電源を用いることができるから、駆動素子のスイッチ
ング時に発生するノイズを小さく抑えることができ、こ
の駆動素子のスイッチング時に発生するノイズが周囲の
電子機器に悪影響を与えることを可及的に防止できる。
【0015】請求項2記載の発明は、電動モータ(4)
が発生するトルクをステアリング機構(3)に与えて操
舵補助を行う電動パワーステアリング装置のための電子
制御装置(7)であって、上記電動モータに出力端子が
接続され、制御入力端子に入力される電圧によりオン/
オフする電圧動作型の駆動素子(711,712)と、
上記駆動素子をオン/オフさせるためのパルス幅変調制
御信号を出力する制御信号出力手段(77)と、所定の
電圧を発生する主電源(76)と、上記主電源が発生す
る電圧よりも高い電圧を発生する補助電源(78)と、
上記駆動素子の出力端子と上記主電源との間に接続され
たブートストラップ回路(75)と、上記駆動素子の出
力端子と制御入力端子との間の電圧が予め定める電圧値
以上の場合には、上記ブートストラップ回路の出力電圧
を上記駆動素子の制御入力端子に動作電圧として与え、
上記駆動素子の出力端子と制御入力端子との間の電圧が
上記予め定める電圧値未満の場合には、上記補助電源が
発生する電圧を上記駆動素子の制御入力端子に動作電圧
として与える動作電圧制御手段(783,785)とを
含むことを特徴とする電子制御装置である。
【0016】この発明によれば、請求項1の発明とほぼ
同様な効果を奏することができる。すなわち、パルス幅
変調制御信号のデューティが100%に近い値に設定さ
れているために、コンデンサが十分に充電されない場合
であっても、駆動素子に十分な動作電圧を供給すること
ができ、駆動素子を確実にオン/オフさせることができ
る。ゆえに、パルス幅変調制御信号のデューティに制限
をかける必要がなく、車両の運転状況に応じた適切なト
ルクを電動モータから発生させることができ、車両の運
転者に良好な操舵フィーリングを与えることができる。
【0017】また、駆動素子の出力端子と制御入力端子
との間の電圧が予め定める電圧値以上のときに駆動素子
の制御入力端子に与える動作電圧はブートストラップ回
路によって生成され、このブートストラップ回路の電源
としては比較的低い電圧を発生する電源を用いることが
できるから、駆動素子のスイッチング時に発生するノイ
ズを小さく抑えることができ、この駆動素子のスイッチ
ング時に発生するノイズが周囲の電子機器に悪影響を与
えることを可及的に防止できる。
【0018】なお、この請求項2の特徴は、請求項1の
特徴と組み合わされてもよい。また、請求項3に記載の
ように、上記補助電源は、上記主電源が発生する電圧を
昇圧して出力するチャージポンプ式電源回路を含む回路
であることが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、この
発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の
電気的構成を示すブロック図である。ステアリングホイ
ール1に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフ
ト2を介してステアリング機構3に機械的に伝達され、
このとき、ステアリング機構3に電動モータ4からトル
ク(操舵補助力)が与えられることによって操舵補助が
達成されるようになっている。
【0020】ステアリングシャフト2は、ステアリング
ホイール1側に結合された入力軸2Aと、ステアリング
機構3側に結合された出力軸2Bとに分割されていて、
これらの入力軸2Aおよび出力軸2Bは、トーションバ
ー5によって互いに連結されている。トーションバー5
は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、こ
のねじれの方向および量は、トルクセンサ6によって検
出されるようになっている。トルクセンサ6の検出信号
は、電子制御ユニット(ECU)7に入力されている。
【0021】電子制御ユニット7は、トルクセンサ6に
よって検出される操舵トルクに応じた駆動電流を電動モ
ータ4に与え、操舵トルクに応じた操舵補助力がステア
リング機構3に与えられるように電動モータ4を駆動制
御する。図2は、電子制御ユニット7の構成を示す図で
ある。電子制御ユニット7は、電動モータ4に駆動電流
を供給するためのパワー回路部71を有している。パワ
ー回路部71には、2個のFET(Field-Effect Trans
istor)711,712の直列回路が電動モータの相数
と同じ数だけ備えられている。各直列回路は、約42V
の電源電圧を発生するモータ電源72とアース73との
間で並列に設けられていて、2個のFET711,71
2の接続点で電動モータ4に接続されている。なお、こ
の図2には、1つの直列回路のみが示されている。
【0022】また、この電子制御装置は、各FET71
1,712に対応づけて設けられたブースタ回路74
と、このブースタ回路74に付加されたブートストラッ
プ回路75とを備えている。各ブースタ回路74は、n
pn型のバイポーラトランジスタ741とpnp型のバ
イポーラトランジスタ742を直列に接続して構成され
ており、トランジスタ741,742のエミッタがFE
T711(712)のゲートに接続されている。また、
pnp型のトランジスタ742のコレクタは、2個のF
ET711,712の接続点に接続されている。なお、
この図2には、1個のFET711に対応づけて設けら
れたブースタ回路74のみが示されている。
【0023】ブートストラップ回路75は、トランジス
タ741のコレクタに接続されたダイオード751と、
トランジスタ741のコレクタとFET711,712
の接続点(FET711のソース)との間に接続された
コンデンサ752とを含む。ダイオード751には、約
12Vの電源電圧を発生する低電圧電源76が接続され
ており、ダイオード751は、低電圧電源76からトラ
ンジスタ741のコレクタに向けて流れる電流を許容
し、逆方向に流れる電流を阻止する向きに接続されてい
る。
【0024】この電子制御ユニット7はさらに、CP
U、RAMおよびROMを含むマイクロコンピュータ7
7を備えている。トルクセンサ6(図1参照)の検出信
号はマイクロコンピュータ77に与えられるようになっ
ており、マイクロコンピュータ77は、トルクセンサ6
の検出信号などに基づいて、PWM(Pulse Width Modu
lation:パルス幅変調)制御信号を作成し、その作成し
たPWM制御信号をブースタ回路74のトランジスタ7
41,742にベース電流として入力している。PWM
制御信号がハイレベルのときには、pnp型のトランジ
スタ741がオンになり、npn型のトランジスタ74
1はオフになる。一方、PWM制御信号がローレベルの
ときには、pnp型のトランジスタ741はオフにな
り、npn型のトランジスタ741がオンになる。
【0025】トランジスタ741,742にローレベル
のPWM制御信号が入力され、トランジスタ741がオ
フ(FET711がオフ)のときには、低電圧電源76
からダイオード751を介してコンデンサ752に電流
が供給され、トランジスタ741がオフになっている時
間が十分に長ければ、コンデンサ752が十分に充電さ
れる。この後、トランジスタ741,742に入力され
るPWM制御信号がハイレベルに切り替えられて、トラ
ンジスタ741がオンにされると、FET711,71
2の接続点(FET711のソース)の電圧にコンデン
サ752の充電電圧を足して得られる高電圧がトランジ
スタ741のコレクタに供給され、その高電圧がFET
711のゲートに供給される。その結果、FET711
のゲート−ソース間の電圧(ノード)が一定電圧(約1
0V)よりも高くなって、FET711はオンになり、
FET711を流れる電流が駆動電流として電動モータ
4に与えられる。
【0026】一方、トランジスタ741がオフになって
いる時間が短い場合、つまりマイクロコンピュータ77
からトランジスタ741,742に入力されるPWM制
御信号のデューティが100%に近く、トランジスタ7
41,742にローレベルのPWM制御信号が入力され
ている時間が短い場合には、コンデンサ752が十分に
充電されず、コンデンサ752の充電電圧は低くなる。
この場合、その後にトランジスタ741がオンにされて
も、FET711のノードが上記一定電圧に達しないお
それがある。
【0027】そこで、この実施形態では、トランジスタ
741のコレクタ(ダイオード751とコンデンサ75
2との接続点)に補助電源回路78が接続されている。
補助電源回路78は、低電圧電源76の電圧を約57V
に昇圧して出力するチャージポンプ式電源回路781
と、このチャージポンプ式電源回路781とトランジス
タ741のコレクタとの間に接続されたダイオード78
2とを備えている。チャージポンプ式電源回路781に
は、OR回路783が接続されており、このOR回路7
83の入力端子には、PWMデューティ(Duty)判断部
784およびノード判断部785が接続されている。そ
して、PWMデューティ判断部784には、マイクロコ
ンピュータ77からトランジスタ741に入力されるP
WM制御信号が与えられており、PWMデューティ判断
部784は、たとえば、そのPWM制御信号のデューテ
ィが90%以上であればハイレベル信号を出力し、90
%未満であればローレベル信号を出力する。また、ノー
ド判断部785には、FET711のノード(FET7
11のゲート−ソース間の電圧)を検出するノード検出
回路786の出力信号が与えられていて、たとえば、ト
ランジスタ741がオンになっている状態で、FET7
11のノードが9V以下であればハイレベル信号を出力
し、ノードが9Vよりも高ければローレベル信号を出力
する。OR回路783は、PWMデューティ判断部78
4またはノード判断部785の少なくとも一方からハイ
レベル信号が入力されると、チャージポンプ式電源回路
781に電圧出力指令信号を与える。この電圧出力指令
信号を受けたチャージポンプ式電源回路781は、低電
圧電源76の電圧を基に生成した約57Vの電圧をトラ
ンジスタ741に向けて出力する。なお、ダイオード7
82は、チャージポンプ式電源回路781からトランジ
スタ741に向けて流れる電流を許容し、逆方向に流れ
る電流を阻止する向きに接続されている。
【0028】これにより、マイクロコンピュータ77か
らトランジスタ741に入力されるPWM制御信号のデ
ューティが100%に近い場合であっても、トランジス
タ741のコレクタに十分な電圧を供給することがで
き、FET711のゲートにFET711をオンさせる
のに必要な電圧を供給することができる。ゆえに、PW
M制御信号のデューティに制限をかける必要がなく、P
WM制御信号のデューティに関係なく、PWM制御信号
のハイレベル/ローレベルに応じて、FET711を確
実にオン/オフさせることができる。
【0029】以上のようにこの実施形態によれば、PW
M制御信号のデューティに制限がないから、車両の運転
状況に応じた適切なトルクを電動モータ4から発生させ
ることができ、車両の運転者に良好な操舵フィーリング
を与えることができる。また、補助電源回路78から電
圧が出力されないときには、ブートストラップ回路75
の出力電圧が動作電圧としてFET711のゲートに入
力され、ブートストラップ回路75の電源としては比較
的低い電圧を発生する低電圧電源76が用いられている
から、このときFET711から発生するスイッチング
ノイズは小さく抑えられる。ゆえに、FET711のス
イッチング時に発生するノイズが、周囲に設けられたマ
イクロコンピュータ77などの電子機器に悪影響を与え
ることを可及的に防止できる。
【0030】この発明の一実施形態の説明は以上のとお
りであるが、この発明は、上述の実施形態以外の形態で
実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態
では、PWM制御信号のデューティが90%以上である
という条件、または、FET711のゲート−ソース間
の電圧が9V以上であるという条件の少なくとも一方が
満たされた場合に、補助電源回路78からFET711
(トランジスタ741)に電圧を供給するとしたが、上
記2つの条件の両方が満たされた場合に、補助電源回路
78からトランジスタ741に電圧を供給するようにし
てもよい。また、上記各条件のしきい値である「90
%」「9V」といった数値は一例であり、これらのしき
い値は、必要に応じて適当に変更してもよい。たとえ
ば、PWM制御信号のデューティが95%以上のとき
に、補助電源回路78の出力電圧がFET711に供給
されるようにしてもよいし、PWM制御信号のデューテ
ィが100%のときにのみ、補助電源回路78の出力電
圧がFET711に供給されるようにしてもよい。
【0031】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係る電動パワーステア
リング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示す電子制御ユニットの構成を示す図で
ある。
【図3】従来の電子制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
3 ステアリング機構 4 電動モータ 7 電子制御ユニット(電子制御装置) 71 パワー回路部 711,712 FET(駆動素子) 72 モータ電源 73 アース 74 ブースタ回路 741,742 トランジスタ 75 ブートストラップ回路 752 コンデンサ 76 低電圧電源(主電源) 77 マイクロコンピュータ(制御信号出力手段) 78 補助電源回路(補助電源) 781 チャージポンプ式電源回路 783 OR回路(動作電圧制御手段) 784 デューティ判断部(動作電圧制御手段) 785 ノード判断部(動作電圧制御手段) 786 ノード検出回路(動作電圧制御手段)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動モータが発生するトルクをステアリン
    グ機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング
    装置のための電子制御装置であって、 上記電動モータに出力端子が接続され、制御入力端子に
    入力される電圧によりオン/オフする電圧動作型の駆動
    素子と、 上記駆動素子をオン/オフさせるためのパルス幅変調制
    御信号を出力する制御信号出力手段と、 所定の電圧を発生する主電源と、 上記主電源が発生する電圧よりも高い電圧を発生する補
    助電源と、 上記駆動素子の出力端子と上記主電源との間に接続され
    たブートストラップ回路と、 上記制御信号出力手段から出力されるパルス幅変調制御
    信号のデューティが予め定める値未満の場合には、上記
    ブートストラップ回路の出力電圧を上記駆動素子の制御
    入力端子に動作電圧として与え、上記パルス幅変調制御
    信号のデューティが予め定める値以上の場合には、上記
    補助電源が発生する電圧を上記駆動素子の制御入力端子
    に動作電圧として与える動作電圧制御手段とを含むこと
    を特徴とする電子制御装置。
  2. 【請求項2】電動モータが発生するトルクをステアリン
    グ機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング
    装置のための電子制御装置であって、 上記電動モータに出力端子が接続され、制御入力端子に
    入力される電圧によりオン/オフする電圧動作型の駆動
    素子と、 上記駆動素子をオン/オフさせるためのパルス幅変調制
    御信号を出力する制御信号出力手段と、 所定の電圧を発生する主電源と、 上記主電源が発生する電圧よりも高い電圧を発生する補
    助電源と、 上記駆動素子の出力端子と上記主電源との間に接続され
    たブートストラップ回路と、 上記駆動素子の出力端子と制御入力端子との間の電圧が
    予め定める電圧値以上の場合には、上記ブートストラッ
    プ回路の出力電圧を上記駆動素子の制御入力端子に動作
    電圧として与え、上記駆動素子の出力端子と制御入力端
    子との間の電圧が上記予め定める電圧値未満の場合に
    は、上記補助電源が発生する電圧を上記駆動素子の制御
    入力端子に動作電圧として与える動作電圧制御手段とを
    含むことを特徴とする電子制御装置。
  3. 【請求項3】上記補助電源は、上記主電源が発生する電
    圧を昇圧して出力するチャージポンプ式電源回路を含む
    回路であることを特徴とする請求項1または2記載の電
    子制御装置。
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