JP2004007970A

JP2004007970A - 負荷駆動制御装置

Info

Publication number: JP2004007970A
Application number: JP2003106535A
Authority: JP
Inventors: Hideo Watanabe; 渡辺　英男; Makoto Ito; 伊藤　誠
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: JP3941731B2

Abstract

【課題】スタンバイモードへの移行機能と過熱保護機能とを有するものにおいて、保護温度レベルを下げることなく確実な過熱保護を行う。
【解決手段】駆動指令信号のローレベルデューティ比によりモータの回転数を指定する。駆動指令信号のレベルが基準電圧Ｖｒｅｆを下回るとコンデンサ２７が充電され、モード切替信号がハイ（通常モード）となって電源供給回路７から駆動制御回路に駆動用電源ＶＢＬが与えられる。一方、基準電圧Ｖｒｅｆを上回るとモード切替信号がロー（スタンバイモード）となって駆動用電源ＶＢＬが遮断される。検出温度が保護温度を超えると、解除温度以下になるまでの過熱保護動作中過熱信号がハイとなり、ＯＲゲート２２が通常モードからスタンバイモードへの切り替えを禁止する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消費電力低減化機能と過熱保護機能とを備えた負荷駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車に搭載されるエアコンディショナ（エアコン）に用いられるブロワモータやクーリングファンモータを負荷として駆動制御するものにおいては、モータの運転が停止している期間における不要な電力消費をできるだけ抑制したいという要請がある。この要請に対し、下記特許文献１には、大形のリレーおよびイグニッションスイッチのオンオフ信号を用いることなく通常モードとスタンバイモードとの切り替えを行うことができる負荷駆動制御装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１１５９９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この負荷駆動制御装置において、例えばブロアファンの回転部に異物が入り込んでモータトルクが増大したりモータロックが発生したような場合には、負荷駆動制御装置を構成するスイッチング素子やブロアモータに過大な電流が流れ、これらスイッチング素子やブロアモータの温度が急激に上昇する。そこで、例えばスイッチング素子の温度を検出する温度センサを設け、その検出温度に基づいてモータ駆動を制限（以下の説明では断電）する過熱保護制御手段を設けることが好ましい。
【０００５】
図１０は、上記負荷駆動制御装置と過熱保護制御手段とを単に組み合わせた構成における過負荷状態での検出温度の変化を示している。図１０（ａ）は、過熱保護動作に移行してブロアファンが停止した時に使用者がブロアスイッチをオンのままとした場合の温度変化を示し、図１０（ｂ）は、ブロアファンの停止に気付いた使用者が（不審に思って）ブロアスイッチを一旦オフとし再びオンにした場合の温度変化を示している。
【０００６】
これらの図において、駆動指令信号は、ブロアスイッチがオンの時にエアコンＥＣＵから与えられる回転指令信号であって、駆動信号は、駆動制御回路が駆動指令信号に基づく回転数制御と検出温度に基づく過熱保護制御とを実行する場合のスイッチング素子のオンオフ信号である。負荷駆動制御装置は、ブロアスイッチがオフ操作され駆動指令信号が停止指令になると通常モードからスタンバイモードに移行し、スイッチング素子を駆動する駆動制御回路への電源供給を停止する。
【０００７】
図１０（ａ）に示す場合、ブロアスイッチがオンに保持されているため通常モードが継続し、駆動制御回路に対し電源が供給され続ける。このため、駆動制御回路による過熱保護制御が連続して行われ、検出温度は保護温度Ｔ１と解除温度Ｔ２との温度幅を持って変化する。スイッチング素子と温度センサとの間には熱抵抗が存在するため、スイッチング素子内部のチップ温度（ジャンクション温度）は温度センサの検出温度よりも高くなるが、一旦オフされたスイッチング素子は検出温度が解除温度Ｔ２まで低下した後に再びオンされるため、チップ温度は保証温度以下に制限される。
【０００８】
これに対し、図１０（ｂ）に示す場合には、過熱保護制御途中でブロアスイッチがオフ操作されるため、駆動制御回路への電源が一旦遮断され、駆動制御回路はリセットされて遮断前の過熱保護制御状態を失ってしまう。このため、駆動制御回路は、電源が再供給された時の検出温度が保護温度Ｔ１以下であれば、スイッチング素子をオン駆動する。しかし、検出温度が保護温度Ｔ１に達した後にブロアスイッチのオフ操作とオン操作とが続けてなされると、駆動制御回路は検出温度が高く本来オフすべきスイッチング素子をオン駆動するため、過負荷状態（例えばモータロック状態）による電流急増と相俟ってチップ温度が保証温度を超える虞が生じる（図中のＡ部）。
【０００９】
このような過熱状態の発生を防止するためには、▲１▼保護温度Ｔ１を下げる、▲２▼温度センサをスイッチング素子に内蔵してチップ温度をより正確に検出する、▲３▼駆動制御回路に不揮発性の制御状態保持手段を設けることなどが有効となる。しかし、▲１▼の手段を用いると、通常の使用状態においても周囲温度が高い場合などに過熱保護動作によるブロアファンの停止が発生し、使用者の快適性が損なわれてしまう。また、▲２▼および▲３▼の手段は、コスト上昇が大きいため採用し辛い。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、駆動用電源を遮断するスタンバイモードへの移行機能と過熱保護機能とを有するものであって、従来のものに対し保護温度レベルを下げることなく確実な過熱保護を行うことができる負荷駆動制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した手段によれば、モード切替手段は、負荷の駆動制御を行うための制御用信号に基づいて、電源供給回路から駆動制御回路への駆動用電源の供給を制御する。すなわち、モード切替手段は、負荷の駆動が必要な場合には駆動用電源を供給する通常モードを設定し、負荷の駆動が不必要な場合には駆動用電源を遮断するスタンバイモードを設定する。これにより、不要な消費電力を低減することができる。
【００１２】
駆動制御回路は、上記通常モードにおいて、制御用信号に基づいて負荷の駆動制御を行うとともに、温度検出手段からの温度検出信号に基づいてヒステリシス特性を持つ過熱保護制御を行う。この時、通常モードからスタンバイモードに移行すると駆動用電源の供給が断たれるため、駆動制御回路はスタンバイモードに移行する前に実行していた過熱保護制御の状態を失い、再び通常モードに移行した時に過熱保護制御についてリセット状態となる。
【００１３】
そこで、上記モード切替手段は、駆動制御回路が過熱状態の発生を検出して負荷の駆動を制限している駆動制限動作期間中にあっては、通常モードからスタンバイモードへの切り替えを禁止する。これにより、制御用信号の内容にかかわらず、駆動制限動作の途中で駆動制限動作がリセットされることがなくなり、構成部品や負荷が過熱した時にその検出温度が予定されたヒステリシス幅を持って変化するようになる。その結果、限界温度に対して余裕のある制御となり、保護温度レベルを下げることなく当該構成部品や負荷の温度上昇を確実に抑制することができる。
【００１４】
請求項２に記載した手段によれば、温度検出信号が第１のしきい値を超えると、駆動制御回路は負荷の駆動を制限する駆動制限動作を開始し、モード切替手段はスタンバイモードへの切り替えを禁止する。負荷の駆動制限により温度検出信号が第２のしきい値にまで低下すると、駆動制御回路は駆動制限動作を解除し、モード切替手段はスタンバイモードへの切り替えを許可する。
【００１５】
請求項３に記載した手段によれば、充放電切替回路は、切替制御信号に応じてコンデンサの充放電を切り替え、電源供給制御回路は、コンデンサの端子電圧が所定の切替レベル以上である場合に通常モードに対応して電源供給回路を電源供給状態に制御し、切替レベル未満である場合にスタンバイモードに対応して電源遮断状態に制御する。この場合、切替信号生成回路は、駆動制限動作の非実行期間中においては制御用信号を切替制御信号とするので、制御用信号に基づいてスタンバイモードへの切り替えが行われ消費電力の低減効果が得られる。これに対し、駆動制限動作の実行期間中においてはコンデンサの充電動作信号を切替制御信号とするので、コンデンサが充電状態とされ、コンデンサの端子電圧が上昇して通常モードが保持される。なお、本手段においてコンデンサは一種のフィルタとして作用するので、外来ノイズが印加されても誤った切り替えが生じにくくなる。
【００１６】
請求項４に記載した手段によれば、充放電切替回路は、制御用信号に応じてコンデンサの充放電を切り替え、電源供給制御回路は、そのコンデンサの端子電圧に基づいて電源供給回路を電源供給状態または電源遮断状態に切り替える。この場合、電源供給制御回路は、過熱保護動作期間中は電源遮断状態への切り替え（スタンバイモードへの移行）を禁止する。本手段によっても、外来ノイズの影響を受けにくくなり安定した切り替え動作が可能となる。
【００１７】
請求項５に記載した手段によれば、請求項１記載の手段と同様に、モード切替手段は、負荷の駆動制御を行うための制御用信号に基づいて、電源供給回路から駆動制御回路への駆動用電源の供給を制御する。また、駆動制御回路は、通常モードにおいて、制御用信号に基づいて負荷の駆動制御を行うとともに、温度検出手段からの温度検出信号に基づいてヒステリシス特性を持った過熱保護制御を行う。
【００１８】
さらに、本手段の駆動制御回路は、過熱保護制御について第１、第２のしきい値に加え第３のしきい値を有しており、スタンバイモードから通常モードに移行した時に、温度検出信号が第３のしきい値未満である場合には直ちに駆動制限動作から復帰するように過熱保護制御を行う。これは、スタンバイモードに移行した時が駆動制限動作期間中であっても、その後通常モードへの移行時に温度検出信号が第３のしきい値以下であれば、直ちに通電を開始しても構成部品または負荷の実温度が保証温度以下に制限される（第３のしきい値としてそのような値が設定されている）からである。
【００１９】
この第３のしきい値は、第２のしきい値以上の値に設定されている。一般に、第２のしきい値は、過負荷などの過熱原因が継続する場合であっても、第１のしきい値との組み合わせによるヒステリシス特性を持った過熱保護制御により、構成部品や負荷を十分に保護できるような余裕のある値に設定する必要がある。これに対し、使用者の操作などに基づいて（制御用信号を介して）スタンバイモードから通常モードに移行する場合、構成部品または負荷の実温度が保証温度以下に制限される限り極力その操作内容に従った動作を実現することが好ましい。そこで、このような使用者の意思に沿った再始動（復帰）を行うために、第２のしきい値以上の値を持つ第３のしきい値を判定基準として設定している。
【００２０】
一方、スタンバイモードから通常モードに移行した時、温度検出信号が第３のしきい値以上である場合には温度検出信号が第２のしきい値以下に低下した後に駆動制限動作から復帰する。これは、第３のしきい値以上で通電を開始すると、構成部品または負荷の実温度が保証温度を超える虞があるからである。また、スタンバイモードに移行した時が駆動制限動作期間中であった可能性が高いため、余裕をみて第２のしきい値以下に低下するまで駆動制限動作からの復帰を禁止している。なお、請求項６記載に記載した手段のように、余裕は少なくなるが、第３のしきい値以下に低下した時点で駆動制限動作からの復帰を行うように構成してもよい。これらの手段によれば、従来のものに対し保護温度レベルを下げることなく確実な過熱保護を行うことができる。
【００２１】
請求項７に記載した手段によれば、第３のしきい値は、正常な動作状態において負荷に連続通電した場合の温度検出信号の最大値よりも高く設定されている。すなわち、スタンバイモードから通常モードに移行した時に温度検出信号が第３のしきい値以上であることは、スタンバイモードへの移行前に過熱状態が検出されていたことを意味している。本手段によれば、正常動作においてスタンバイモードから通常モードに移行した時に、本来必要のない駆動制限動作が行われることを防止することができる。
【００２２】
請求項８に記載した手段によれば、駆動制御回路はスイッチング素子を介して負荷に電流を出力する。温度検出手段は当該スイッチング素子の温度を検出するので、負荷電流の増加に伴って発熱量が増大するスイッチング素子を過熱から保護することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を自動車に搭載されるエアコンディショナ（カーエアコン）のブロアモータの駆動に適用した第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２４】
図３は、負荷駆動制御装置の全体的な電気的構成を示す機能ブロック図である。この図３において、負荷駆動制御装置１は、バッテリ２（図１参照）から電源線３およびグランドＧＮＤを通してバッテリ電圧ＶＢの供給を受け、図示しないエアコンＥＣＵから与えられる駆動指令信号（制御用信号に相当）に従って負荷であるブラシレスモータ４（以下、モータ４と称す）を回転駆動するようになっている。
【００２５】
モータ４の回転軸には、カーエアコンのブロアファン５（以下、ファン５と称す）が取り付けられている。ファン５は、自動車のインストルメントパネルの奥部に配置されており、例えばエバポレータ（図示せず）により冷却された空気を駆動指令信号で指定された風量で車室内に送風するようになっている。
【００２６】
負荷駆動制御装置１は、スタンバイ回路６（モード切替手段に相当）、電源供給回路７および駆動制御回路８から構成されている。このうちスタンバイ回路６は、バッテリ電圧ＶＢの供給を受けて動作し、駆動指令信号が示すモータ４の回転数指令値と駆動制御回路８から与えられる過熱信号とに基づいてモード切替信号を生成し、それを電源供給回路７に出力するようになっている。
【００２７】
電源供給回路７は、リレーなどのスイッチを介さずに電源線３に直接接続されており、モード切替信号に応じて、駆動制御回路８に駆動用電源ＶＢＬを供給する通常モードとその供給を停止して消費電力を低減するスタンバイモードとの切り替えを行うようになっている。スタンバイモードになると、電源供給回路７および駆動制御回路８での消費電流は通常モードに比べて極めて小さくなる（例えば１ｍＡ以下）。
【００２８】
駆動制御回路８は、通常モード時において電源供給回路７から駆動用電源ＶＢＬの供給を受け、駆動指令信号に従ってモータ４を駆動制御するとともに過熱保護制御を行うようになっている。スタンバイモードにおいては駆動用電源ＶＢＬが遮断されるため、駆動制御回路８は動作を停止する。
【００２９】
図２は、駆動制御回路８のより詳細な電気的構成を示すものである。この図２において、駆動制御回路８は、ハードウェアにより構成される制御回路９、駆動回路１０および制動回路１９から構成されている。駆動回路１０の正側母線１０ａ、負側母線１０ｂは、それぞれ電源線３、グランドＧＮＤに接続されており、制御回路９の電源端子は、電源供給回路７の電源供給端子に接続されている。駆動用電源ＶＢＬの供給が停止すると、制御回路９の動作状態はリセットされる。
【００３０】
駆動回路１０は、ｎチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴ（構成部品、スイッチング素子に相当，以下、単にＦＥＴと称す）１１〜１６を三相ブリッジ接続してなるインバータ回路により構成されている。ＦＥＴ１１〜１６のソース−ドレイン間には、それぞれ図示しないフリーホイールダイオードが接続（若しくは素子として一体に構成）されている。これらＦＥＴ１１〜１６は図示しない共通化された放熱板に取り付けられており、ＦＥＴ１１〜１６の温度を最も正確に検出可能な位置にサーミスタからなる温度センサ１７（温度検出手段に相当）が配設されている。なお、放熱板およびＦＥＴ１１〜１６は、ファン５からの風によって強制空冷されている。
【００３１】
制御回路９には、制御用電源回路（図示せず）が内蔵されており、電源供給回路７より供給される例えば１４Ｖ程度の駆動用電源ＶＢＬから、例えば５Ｖ程度の制御用電源を生成して内部回路に供給するようになっている。また、駆動制御回路８は、温度センサ１７からの信号に基づいてヒステリシスを有する過熱保護制御を実行する過熱保護処理部１８を有しており、ＦＥＴ１１〜１６を全てオフ駆動する過熱保護動作中においてハイレベルの過熱信号を出力するようになっている。
【００３２】
モータ４は、三相のステータコイル４ｕ、４ｖ、４ｗがΔ結線されており、そのコイル４ｕと４ｖ、４ｖと４ｗ、４ｗと４ｕの各共通接続点には、それぞれ駆動回路１０の出力端子１０ｕ、１０ｖ、１０ｗが接続されている。そして、駆動回路１０の負側アームを構成するＦＥＴ１４〜１６のゲートには、それぞれ制動回路１９（制動手段）の出力端子が接続されている。
【００３３】
制動回路１９には、バッテリ２よりバッテリ電圧ＶＢが直接供給されている。制動回路１９は、モード切替信号がスタンバイモードを示す場合には、制御回路９に内蔵されているゲート駆動回路に代わってＦＥＴ１４〜１６のゲートをオン駆動し、通常モードを示す場合には、ゲートに接続された出力端子をハイインピーダンスとするように構成されている。
【００３４】
図１は、スタンバイ回路６と電源供給回路７の電気的構成をより詳細に示すものである。この図１において、バッテリ２にはスタンバイ回路６のＩＤ／Ｖｒｅｆ発生回路２０が接続されている。ＩＤ／Ｖｒｅｆ発生回路２０は、バッテリ２より供給されるバッテリ電圧ＶＢを用いて定電流ＩＤと基準電圧Ｖｒｅｆとを生成し、それをスタンバイ回路６の各部に適宜供給するようになっている。
【００３５】
ＩＤ／Ｖｒｅｆ発生回路２０が出力する基準電圧Ｖｒｅｆは、コンパレータ２１の非反転入力端子に与えられており、そのコンパレータ２１の反転入力端子には外部より駆動指令信号が与えられるようになっている。コンパレータ２１の出力端子は、ＯＲゲート２２（切替信号生成回路に相当）の一方の入力端子に接続されており、そのＯＲゲート２２の他方の入力端子には上述した過熱信号（充電動作信号に相当）が与えられている。このＯＲゲート２２の出力信号は、切替制御信号として充放電切替回路２３に対して与えられている。
【００３６】
ここで、駆動指令信号は、モータ４の回転数（回転速度）を例えばパルス信号のローレベルデューティ比によって指定する信号であり、駆動制御回路８は、ローレベルデューティ比が２０％（駆動開始条件）以上になるとモータ４の駆動を開始して回転数制御を行うようになっている。
【００３７】
充放電切替回路２３は、充電回路２４、放電回路２５および切替制御回路２６から構成されている。切替スイッチのシンボルで表されている切替制御回路２６は、ＯＲゲート２２から出力される切替制御信号に応じて、コンデンサ２７の非接地側端子（出力端子２６ａ）を、充電回路２４または放電回路２５の一端（入力端子２６ｂまたは２６ｃ）に接続するように切り替えを行うようになっている。切替制御回路２６は、実際にはトランジスタなどにより構成されている。
【００３８】
充電回路２４および放電回路２５は、その他端がバッテリ２およびグランドＧＮＤにそれぞれ接続されており、コンデンサ２７に対する充放電電流の割合が、通常モードとスタンバイモードとの切り替えを行うためのしきい値（モード切替しきい値）に対応する駆動指令信号のローレベルデューティ比にほぼ等しくなるように予め設定されている。
【００３９】
切替制御回路２６の出力端子２６ａは、コンパレータ２８の反転入力端子に接続されており、そのコンパレータ２８の非反転入力端子にはＩＤ／Ｖｒｅｆ発生回路２０が出力する基準電圧Ｖｒｅｆが与えられている。コンパレータ２８の出力端子は、インバータ２９を介してスイッチのシンボルで表されている電源供給回路７の制御信号端子に接続されており、電源供給回路７に対してモード切替信号を与えるようになっている。これらコンパレータ２８とインバータ２９により電源供給制御回路３０が構成されている。
【００４０】
次に、本実施形態の作用について図４も参照しながら説明する。
インストルメントパネルに設けられたブロアスイッチ（図示せず）がオフに設定されている場合、エアコンＥＣＵは負荷駆動制御装置１に対し、風量０すなわちモータ４を停止させるための駆動指令信号を与える。この時の駆動指令信号はハイレベル一定の信号であって、ローレベルデューティ比は０％である。一方、ブロアスイッチがオン（Ｌｏ、Ｍｉｄ、Ｈｉの何れか）に設定されている場合、エアコンＥＣＵは負荷駆動制御装置１に対し、設定風量に応じた回転数を指令する駆動指令信号を与える。この時の駆動指令信号は、回転数指令に応じたローレベルデューティ比を有している。
【００４１】
負荷駆動制御装置１は、以下の▲１▼、▲２▼、▲３▼に示す制御を実行する。
▲１▼回転駆動制御
モータ４の回転数が駆動指令信号により指定された回転数と一致するようにモータ４への印加電圧を制御する。
▲２▼過熱保護制御
ＦＥＴ１１〜１６についての検出温度が保護温度Ｔ１（第１のしきい値に相当）を超えた場合、その検出温度が解除温度Ｔ２（第２のしきい値に相当）に低下するまでの間モータ４の回転駆動を停止して制動のみを行う。
▲３▼消費電力低減化制御
駆動指令信号により指定された回転数が所定値以下である場合に、通常モードからスタンバイモードに移行して消費電力を低減する。
【００４２】
まず、▲１▼の回転駆動制御について説明する。
駆動制御回路８の制御回路９は、通常モードにおいて電源供給回路７から駆動用電源ＶＢＬが供給される。制御回路９は、図示しない位置センサによりモータ４のロータ位置を検出し、そのロータ位置に応じた適当なタイミングを以て、ＦＥＴ１１〜１６のゲートに各相毎に例えば互いに１２０度の位相差を有するゲート信号を与えモータ４（ひいてはファン５）を駆動する。この駆動タイミングは周知の方式に基づくものである。
【００４３】
一方、スタンバイモードにおいては、駆動制御回路８に駆動用電源ＶＢＬは供給されないので、制御回路９はＦＥＴ１４〜１６を駆動することができない。そこで、モード切替信号がスタンバイモードを示している期間、制動回路１９は、制御回路９に代わってＦＥＴ１４〜１６をオン駆動し、モータ４の各相巻線４ｕ、４ｖ、４ｗをグランド電位とする。この場合、制動回路１９は、ＦＥＴ１４〜１６のゲートを連続的にオン駆動しても良いし、また、一定間隔で間欠的にオン駆動しても良い。この制動制御により、例えばファン５が導入外気による回転力を受ける場合であってもモータ４に制動をかけることができる。
【００４４】
続いて、▲２▼の過熱保護制御について説明する。
制御回路９の過熱保護処理部１８は、温度センサ１７から入力した信号に基づいて温度を検出する。この検出温度は、ＦＥＴ１１〜１６のパッケージ温度に近い温度となっている。検出温度が保護温度Ｔ１（図４参照）を超えると、過熱保護処理部１８は、過熱信号をハイレベルにするとともにＦＥＴ１１〜１６をオフ駆動する（過熱保護動作）。そして、検出温度が解除温度Ｔ２（＜Ｔ１）にまで低下すると、過熱保護処理部１８は、過熱信号をローレベルにするとともに駆動指令信号に応じてＦＥＴ１１〜１６を上記通電方式に従ってオン駆動する。その結果、検出温度は保護温度Ｔ１と解除温度Ｔ２とのヒステリシス温度幅を持って変化し、ＦＥＴ１１〜１６を過熱による破壊から保護する。
【００４５】
続いて、▲３▼の消費電力低減化制御について説明する。
駆動指令信号は、設定風量に応じたローレベルデューティ比を持っており、そのローレベルは０Ｖ、ハイレベルは５Ｖである。この駆動指令信号は、コンパレータ２１によって基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば３．７５Ｖ）と比較され、過熱信号がローレベルの場合にあってはその比較信号がそのまま切替制御信号となる。切替制御信号がハイレベルの時（駆動指令信号がローレベルの時）には、コンデンサ２７は充電回路２４から切替制御回路２６を通して１９０μＡの電流により充電され、切替制御信号がローレベルの時（駆動指令信号がハイレベルの時）には、コンデンサ２７は切替制御回路２６、放電回路２５を通して１０μＡの電流により放電される。この充放電電流値により、駆動指令信号のローレベルデューティ比が５％を下回っている場合にコンデンサ２７の端子電圧が低下し、５％を超えている場合にコンデンサ２７の端子電圧が上昇する。
【００４６】
コンデンサ２７の端子電圧は、コンパレータ２８によって基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、その比較信号がインバータ２９で反転されてモード切替信号となる。これにより、ブロアスイッチがオフ操作されて駆動指令信号のローレベルデューティ比が５％を下回ると、モード切替信号がローレベル（０Ｖ）になってスタンバイモードに移行し、電源供給回路７から駆動制御回路８に対する駆動用電源ＶＢＬの供給が停止する。また、ブロアスイッチがオン操作されて駆動指令信号のローレベルデューティ比が５％を上回ると、モード切替信号がハイレベル（５Ｖ）になって通常モードに移行し、電源供給回路７から駆動制御回路８に対し駆動用電源ＶＢＬが供給される。なお、モードの切り替えにヒステリシス特性を持たせるため、一旦スタンバイモードから通常モードに移行すると、ＩＤ／Ｖｒｅｆ発生回路２０により与えられる基準電圧Ｖｒｅｆを若干低下させるようになっている。
【００４７】
次に、過熱保護動作中においてブロアスイッチのオフ操作とオン操作とが続けて行われた場合の動作について説明する。このような操作は、過熱保護動作によりファン５が停止した場合、その停止に気付いた使用者が（不審に思って）ブロアスイッチを一旦オフとし再びオンにしたような場合に起こる。
【００４８】
図４は、この操作状態における（ａ）検出温度、（ｂ）駆動指令信号、（ｃ）駆動用電源ＶＢＬ、（ｄ）モータ通電状態、（ｅ）ブロアスイッチの状態を示している。駆動指令信号は、ブロアスイッチがオン（Ｈｉ切替時）の時にローレベル（１００％ローレベルデューティ比）となり、ブロアスイッチがオフの時にハイレベル（０％ローレベルデューティ）となるものとしている。
【００４９】
この図４において、例えばファン５の回転中に回転部に異物が入り込んでモータトルクが増大した場合、駆動回路１０からモータ４に流れる電流が増加するためＦＥＴ１１〜１６の発熱量が増大し、検出温度が急激に上昇する。時刻ｔ１において検出温度が保護温度Ｔ１を超えると、過熱保護処理部１８は、上記▲２▼で説明したようにＦＥＴ１１〜１６をオフ駆動する。この過熱保護動作によりファン５が停止するため、使用者は時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４においてブロアスイッチをオフ、オン、オフに操作する。
【００５０】
ブロアスイッチをオフにすると駆動指令信号は回転停止を示すハイレベルになるが、過熱保護動作中は過熱信号がハイレベルとなるため、ＯＲゲート２２が出力する切替制御信号は駆動指令信号のレベルにかかわらずハイレベルに保持される。このため、モード切替信号もハイレベルに保持されて、通常モードからスタンバイモードへの切り替えが禁止される。
【００５１】
オフされたＦＥＴ１１〜１６の温度が低下して時刻ｔ５において検出温度が解除温度Ｔ２以下になると、過熱保護動作が終了して過熱信号がローレベルとなる。これにより、ＯＲゲート２２は駆動指令信号のレベルに対応したローレベルの切替制御信号を出力し、モード切替信号がローレベルに変化して通常モードからスタンバイモードへの切り替えが行われる。その結果、駆動制御回路８に対する駆動用電源ＶＢＬの供給が停止して駆動制御回路８は電源リセットされるが、その後ブロアスイッチがオンされた時（時刻ｔ６）には既に検出温度が解除温度Ｔ２以下にまで低下しているので、過熱保護制御がリセット状態から開始されても、ＦＥＴ１１〜１６が破壊するような過熱状態に至ることはない。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の負荷駆動制御装置１は、駆動指令信号に基づいてスタンバイモードに移行し駆動制御回路８に対する駆動用電源ＶＢＬの供給を停止するので、リレーを用いたりイグニッションスイッチの信号を利用することなく消費電力を低減することができる。
【００５３】
負荷駆動制御装置１は、ＦＥＴ１１〜１６の近傍温度を検出してヒステリシス特性を有する過熱保護制御を行うとともに、過熱保護動作中は通常モードからスタンバイモードへの切り替えを禁止するので、過熱保護動作の途中でその制御状態がリセットされることがなくなる。これにより、検出温度が一旦保護温度Ｔ１を超えた場合には、使用者がブロアスイッチをいかに操作しようとも、検出温度が解除温度Ｔ２に低下するまでの間ＦＥＴ１１〜１６はモータ４の回転駆動を停止し、検出温度が予定されたヒステリシス幅を持って変化するようになる。その結果、限界温度に対して余裕のある制御となり、保護温度レベルを下げることなくＦＥＴ１１〜１６のチップ温度を保証温度以下に制限できる。
【００５４】
また、コンデンサ２７の端子電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較することによりモード切り替えを行う構成としたので、スタンバイ回路６に外来ノイズが印加されても、そのレベルをコンデンサ２７により平滑化して影響を排除することができ、モード切り替え動作を確実に行うことができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図５ないし図９を参照しながら説明する。
図５ないし図７は、それぞれ第１の実施形態における図１ないし図３に相当し、同一構成部分には同一符号を付して示している。図５に示すように、負荷駆動制御装置３１のスタンバイ回路３２（モード切替手段に相当）は、図１に示したスタンバイ回路６に対しＯＲゲート２２が除かれた構成となっており、コンパレータ２１の出力端子から充放電切替回路２３に切替制御信号が与えられるようになっている。従って、図７に示すように駆動制御回路３３からスタンバイ回路３２に過熱信号は送られない。
【００５６】
図６に示す制御回路３４は、温度センサ１７からの信号に基づいてヒステリシスを有する過熱保護制御を実行する過熱保護処理部３５を有している。この過熱保護処理部３５は、第１の実施形態で説明したＦＥＴ１１〜１６についての保護温度（第１のしきい値に相当）と解除温度（第２のしきい値に相当）とに基づく過熱保護制御に加え、新たに設定された判定温度（第３のしきい値に相当）を用いた過熱保護制御を行うようになっている。この他の構成とその作用は、負荷駆動制御装置１と同様であるため説明を省略する。
【００５７】
次に、過熱保護処理部３５による過熱保護制御について図８および図９を参照しながら説明する。
図８と図９は、図４と同様に過熱保護動作によりファン５が停止した場合、その停止に気付いた使用者が（不審に思って）ブロアスイッチを一旦オフとし再びオンにした場合における（ａ）検出温度、（ｂ）駆動指令信号、（ｃ）駆動用電源ＶＢＬ、（ｄ）モータ通電状態、（ｅ）ブロアスイッチの状態を示している。図８と図９とでは、ブロアスイッチをオフからオンにするタイミングが異なっている。
【００５８】
例えばファン５の回転中に回転部に異物が入り込んでモータトルクが増大した場合、駆動回路１０からモータ４に流れる電流が増加するためＦＥＴ１１〜１６の発熱量が増大し、検出温度が急激に上昇する。図８、図９に示す時刻ｔ１１、ｔ２１において検出温度が保護温度Ｔ１を超えると、過熱保護処理部３５は、ＦＥＴ１１〜１６をオフ駆動（駆動制限動作）する。この場合、ブロアスイッチがオン状態に保持され続けると、保護温度Ｔ１と解除温度Ｔ２に従ったヒステリシス特性を持つ過熱保護制御が行われる。しかし、この過熱保護動作によりファン５が停止するため、使用者は不審に思ってブロアスイッチを一旦オフにし（時刻ｔ１２、ｔ２２）その後再びオンに操作する（時刻ｔ１４、ｔ２３）場合がある。
【００５９】
ブロアスイッチがオフにされると、駆動指令信号は回転停止を示すハイレベルになり、切替制御信号およびモード切替信号がローレベルになる。その結果、第１の実施形態と異なり過熱保護動作中であってもスタンバイモードに移行し、電源供給回路７から駆動制御回路３３に対する駆動用電源ＶＢＬの供給が停止して、駆動制御回路３３は電源リセットされる。そして、ブロアスイッチがオンにされると、駆動指令信号は回転数指令に応じたローレベル幅を持つようになり、モード切替信号がハイレベルとなる。その結果、スタンバイモードから通常モードに移行し、電源供給回路７から駆動制御回路３３に対して駆動用電源ＶＢＬが供給されるようになる。
【００６０】
駆動制御回路３３に駆動用電源ＶＢＬが供給されると、過熱保護処理部３５は、温度センサ１７により検出された温度が判定温度Ｔ３以上であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて以下のように動作する。
【００６１】
▲１▼検出温度が判定温度Ｔ３未満である場合（図８参照）
過熱保護処理部３５は直ちに駆動制限動作を停止（解除）し、制御回路３４は、駆動指令信号に従った回転数でモータ４の駆動を開始する。ここで、判定温度Ｔ３は、ＦＥＴ１１〜１６についての検出温度が該判定温度であるときにモータ４が通電状態となっても、ＦＥＴ１１〜１６が破壊するような過熱状態に至ることがない温度（ＦＥＴ１１〜１６の実温度が保証温度以下に制限されるような温度）であって、且つ解除温度Ｔ２よりも高い温度に設定されている。
【００６２】
一般に、ヒステリシス制御の下限温度である解除温度Ｔ２は、過負荷などの過熱原因が継続する場合であっても、上限温度である保護温度Ｔ１との組み合わせによる過熱保護制御により、ＦＥＴ１１〜１６を十分に保護できるような余裕のある値に設定する必要がある。これは、過負荷などの過熱原因が除かれないままブロアスイッチがオン状態に保持された場合、過熱保護制御の下でファン５の運転が継続されるからである。従って、正常な動作状態においても、検出温度が解除温度Ｔ２を超える場合がある。
【００６３】
これに対し、使用者がブロアスイッチをオフ状態からオン状態に操作した場合には、ＦＥＴ１１〜１６の実温度が保証温度以下に制限される限り極力その操作内容に従って（一時的であるにせよ）ファン５を回転させることが、使用者の快適性を保つ上で好ましい動作となる。また、ブロアスイッチのオンオフ操作回数には自ずと限りがあるため、判定温度Ｔ３から再通電される頻度はさほど多くないと考えられる。そこで、使用者の意思に沿った再駆動（復帰）を行うために、解除温度Ｔ２よりも高く且つ数度の判定温度Ｔ３からの再通電によってはＦＥＴ１１〜１６の実温度が保証温度を超えないような判定温度Ｔ３を判定基準として設定している。
【００６４】
▲２▼検出温度が判定温度Ｔ３以上である場合（図９参照）
過熱保護処理部３５は、検出温度が解除温度Ｔ２に低下するまで駆動制限動作を持続する。そして、解除温度Ｔ２に達すると、制御回路３４は、ブロアスイッチの操作状態（図９ではオン状態）に従って駆動を開始する。判定温度Ｔ３は、▲１▼で説明した設定条件に加え、正常な動作状態においてモータ４を連続駆動した場合の検出温度の最大値よりも高く設定されている。従って、スタンバイモードから通常モードに移行した時に検出温度が判定温度Ｔ３以上であることは、スタンバイモードへの移行前に過熱状態が検出されていたことを意味している。
【００６５】
判定温度Ｔ３についてこのような設定条件を付加することにより、正常動作している時に一時的にブロアスイッチをオフし再びオンにした場合に、ファン５が回転しない事態を防ぐことができる。なお、余裕は少なくなるが、過熱保護処理部３５は、検出温度が判定温度Ｔ３まで低下した時点で駆動制限動作を停止（解除）しモータ４を駆動してもよい。
【００６６】
以上説明した本実施形態によれば、ブロアスイッチがオフされている期間は必ずスタンバイモードとなるため、リレーを用いたりイグニッションスイッチの信号を利用することなく消費電力を低減することができる。また、過熱保護処理部３５は、ブロアスイッチがオフからオンにされた時に、検出温度が判定温度Ｔ３以上である場合に検出温度が解除温度Ｔ２（または判定温度Ｔ３）に低下するまで駆動制限動作を継続するので、保護温度レベルを下げることなくＦＥＴ１１〜１６のチップ温度を保証温度以下に制限できる。
【００６７】
この判定温度Ｔ３は、検出温度が当該判定温度であるときにモータ４が通電状態となってもＦＥＴ１１〜１６の実温度が保証温度以下に制限される温度であって且つ解除温度Ｔ２よりも高く、さらに正常な動作状態における検出温度の最大値よりも高い温度に設定されている。このような設定により、ＦＥＴ１１〜１６を確実に保護しつつ、使用者の操作内容に従ってファン５を極力回転させることができ、使用者の快適性の低下を極力防止することができる。
【００６８】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
第１の実施形態に係る発明は、過熱保護動作中に通常モードからスタンバイモードへの切り替えを禁止する構成であれば良く、コンパレータ２１と切替制御回路２６との間に設けたＯＲゲート２２に替えて、インバータ２９と電源供給回路７との間にＯＲゲートを設けても良い。この場合、インバータ２９と電源供給回路７とＯＲゲートとにより電源供給制御回路が構成される。
第２の実施形態において、判定温度Ｔ３を解除温度Ｔ２に等しく設定してもよい。
【００６９】
検出する温度はＦＥＴ１１〜１６についての温度に限られず、例えば負荷であるモータ４の温度を検出しそれに基づいてモータ４の過熱を防止するように構成しても良い。また、ＦＥＴ１１〜１６とモータ４など複数箇所の温度を検出し、何れかの温度が保護温度を超えた時に過熱保護動作を開始する構成としても良い。
【００７０】
パルス信号である駆動指令信号の周波数に応じてモータ４の回転数を指定する構成としても良い。また、駆動指令信号の信号レベルに応じてモータ４の回転数を指定する構成としても良い。さらに、駆動指令信号を所定ビット数のシリアル信号とし、そのシリアル信号によりモータ４の回転数を指定する構成としても良い。
駆動回路１０を構成するスイッチング素子は、ＦＥＴ１１〜１６に限ることなく、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴであっても良い。
モータはブラシ付直流モータ、同期電動機、誘導電動機など他の種類のモータでも良く、それに合わせて駆動回路の構成を変えれば良い。また、負荷はモータに限られない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるスタンバイ回路および電源供給回路の電気的構成を示す図
【図２】駆動制御回路の電気的構成を示す図
【図３】負荷駆動制御装置の全体的な電気的構成を示す機能ブロック図
【図４】ブロアスイッチのオフ操作とオン操作が続けて行われた場合の動作説明図
【図５】本発明の第２の実施形態における図１相当図
【図６】図２相当図
【図７】図３相当図
【図８】図４相当図
【図９】図４相当図
【図１０】負荷駆動制御装置と過熱保護制御手段とを単に組み合わせた従来構成における過負荷状態での動作説明図
【符号の説明】
１、３１は負荷駆動制御装置、１１〜１６はパワーＭＯＳＦＥＴ（構成部品、スイッチング素子）、４はブラシレスモータ（負荷）、６、３２はスタンバイ回路（モード切替手段）、７は電源供給回路、８、３３は駆動制御回路、９、３４は制御回路、１０は駆動回路、１７は温度センサ（温度検出手段）、２２はＯＲゲート（切替信号生成回路）、２３は充放電切替回路、２７はコンデンサ、３０は電源供給制御回路である。

Claims

制御用信号に基づいて負荷の駆動制御を行うとともに、自らの構成部品の温度または前記負荷の温度を検出する温度検出手段の温度検出信号に基づいてヒステリシス特性を持つ過熱保護制御を行う駆動制御回路と、
この駆動制御回路に対して駆動用電源を供給するための電源供給回路と、
前記制御用信号に基づいて前記電源供給回路を制御することにより前記駆動用電源を供給する通常モードと前記駆動用電源を遮断するスタンバイモードとの切り替え制御を行うとともに、前記駆動制御回路が過熱状態の発生を検出して前記負荷の駆動を制限している駆動制限動作期間中は前記通常モードから前記スタンバイモードへの切り替えを禁止するように制御するモード切替手段とを備えていることを特徴とする負荷駆動制御装置。
前記駆動制御回路は、前記温度検出信号が第１のしきい値を超えたことを条件として前記駆動制限動作を開始し、その後前記温度検出信号が前記第１のしきい値よりも低く設定された第２のしきい値以下となったことを条件として前記駆動制限動作を停止するように前記過熱保護制御を実行することを特徴とする請求項１記載の負荷駆動制御装置。
前記モード切替手段は、
切替制御信号に応じてコンデンサの充放電を切り替える充放電切替回路と、
前記駆動制限動作の非実行期間中においては前記制御用信号を前記切替制御信号とし、前記過熱保護動作の実行期間中においては前記コンデンサの充電を指令する充電動作信号を前記切替制御信号とする切替信号生成回路と、
前記コンデンサの端子電圧が所定の切替レベル以上である場合には前記電源供給回路を電源供給状態に制御し、前記コンデンサの端子電圧が前記切替レベル未満である場合には前記電源供給回路を電源遮断状態に制御する電源供給制御回路とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の負荷駆動制御装置。
前記モード切替手段は、
前記制御用信号に応じてコンデンサの充放電を切り替える充放電切替回路と、
前記コンデンサの端子電圧に基づいて前記電源供給回路を電源供給状態または電源遮断状態に切り替えるとともに、前記過熱保護動作期間中は電源遮断状態への切り替えを禁止する電源供給制御回路とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の負荷駆動制御装置。
制御用信号に基づいて負荷の駆動制御を行うとともに、自らの構成部品の温度または前記負荷の温度を検出する温度検出手段からの温度検出信号が第１のしきい値を超えた場合に前記負荷の駆動を制限する駆動制限動作に移行し、その後前記温度検出信号が前記第１のしきい値よりも低く設定された第２のしきい値以下に低下した場合に前記駆動制限動作から復帰するように過熱保護制御を行う駆動制御回路と、
この駆動制御回路に対して駆動用電源を供給するための電源供給回路と、
前記制御用信号に基づいて前記電源供給回路を制御することにより前記駆動用電源を供給する通常モードと前記駆動用電源を遮断するスタンバイモードとの切り替え制御を行うモード切替手段とを備え、
前記駆動制御回路は、前記負荷の駆動を開始した場合に前記構成部品または前記負荷の実温度が保証温度以下に制限されるような当該駆動開始時の温度検出信号の値で且つ前記第２のしきい値以上の値に設定された第３のしきい値を有し、前記スタンバイモードから前記通常モードに移行した時に、前記温度検出信号が前記第３のしきい値以上である場合には前記温度検出信号が前記第２のしきい値以下に低下した後に前記駆動制限動作から復帰し、前記温度検出信号が前記第３のしきい値未満である場合には直ちに前記駆動制限動作から復帰するように過熱保護制御を行うことを特徴とする負荷駆動制御装置。
前記駆動制御回路は、前記スタンバイモードから前記通常モードに移行した時に、前記温度検出信号が前記第３のしきい値以上である場合には前記温度検出信号が前記第３のしきい値以下に低下した時点で前記駆動制限動作から復帰するように過熱保護制御を行うことを特徴とする請求項５記載の負荷駆動制御装置。
前記第３のしきい値は、正常な動作状態において前記負荷に連続通電した場合の前記温度検出信号の最大値よりも高く設定されていることを特徴とする請求項５または６記載の負荷駆動制御装置。
前記駆動制御回路は、前記負荷に対し電流を出力するスイッチング素子から構成される駆動回路と、この駆動回路の通断電制御および前記過熱保護制御を行う制御回路とを備え、
前記温度検出手段は、前記スイッチング素子の温度を検出するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の負荷駆動制御装置。