JP2009044914A - Power supply control unit and motor driver equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電源制御装置およびそれを備えたモータ駆動装置に関し、より特定的には、電源投入時の突入電流を抑制するための構成に関する。 The present invention relates to a power supply control device and a motor drive device including the power supply control device, and more particularly to a configuration for suppressing an inrush current when power is turned on.
バッテリ等の電源から負荷への電源供給開始時、すなわち電源起動時における過電流を防止するために、突入電流を制限する構成が種々用いられている。 In order to prevent an overcurrent at the start of power supply from a power source such as a battery to the load, that is, when the power source is activated, various configurations for limiting the inrush current are used.
たとえば、特開2000−253570号公報(特許文献1)には、電気自動車のモータ起電力制御システムにおいて、機械式リレーや充電抵抗からなるプリチャージ回路に代えて、半導体スイッチング素子としてMOS(Metal Oxide Semiconductor)型FET(Field effect transistor)によるデバイスをワンチップ化したインテリジェントパワースイッチ(IPS)を採用する構成が開示されている。特許文献1によれば、バッテリ電源とモータコントローラとの間の電力供給ラインにおいて、メインリレーと並列にIPSすることによって、コスト低減と小型化を可能とするとともに、電源投入時の突入電流によってモータコントローラの損傷を防止することができる。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-253570 (Patent Document 1) discloses a MOS (Metal Oxide) as a semiconductor switching element in a motor electromotive force control system of an electric vehicle, instead of a precharge circuit including a mechanical relay and a charging resistor. A configuration employing an intelligent power switch (IPS) in which a semiconductor (FET) type field effect transistor (FET) device is integrated into a single chip is disclosed. According to Patent Document 1, in the power supply line between the battery power source and the motor controller, the IPS is performed in parallel with the main relay, thereby enabling cost reduction and downsizing, and the motor by the inrush current when the power is turned on. Damage to the controller can be prevented.
また、特開平8−331756号公報(特許文献2)には、電流制限抵抗の接続を切換えるスイッチを不要とするために、電源装置の電源ライン上に半導体スイッチング素子を介挿接続し、電源投入から所定時間が経過するまでに、この半導体スイッチング素子のオン抵抗を略∞Ωすなわちほぼ絶縁状態から略0Ωまで徐々に変化させるように制御する突入電流防止装置が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 8-331756 (Patent Document 2) discloses that a semiconductor switching element is inserted on the power supply line of the power supply device in order to eliminate the need for a switch for switching the connection of the current limiting resistor. An inrush current preventing device is disclosed that controls the on-resistance of the semiconductor switching element to gradually change from approximately ∞Ω, that is, from substantially insulated state to approximately 0Ω, until a predetermined time elapses.
特開2004−242418号公報(特許文献3)には、電源投入時におけるコンデンサへの突入電流防止のために、コンデンサのプリチャージ経路に設けられたスイッチング素子について、オンオフを繰返しながら徐々にオンする時間を長くするように制御してプリチャージを実行するモータ駆動装置が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-242418 (Patent Document 3) discloses that a switching element provided in a precharge path of a capacitor is gradually turned on while being repeatedly turned on and off in order to prevent an inrush current to the capacitor at power-on. A motor driving device that performs precharging by controlling to increase the time is disclosed.
さらに、特開2005−312156号公報(特許文献4)には、MOSトランジスタおよびプリチャージ用の制限抵抗が直列接続されたプリチャージ回路によって、プリチャージ時に制限抵抗の過熱を確実に防止することが可能な電源制御装置の構成が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された電気自動車のモータ起電力制御システムでは、電流制限抵抗の配置は省略できるものの、IPSを構成する半導体スイッチング素子の制御のために、電流検出が必要となるため回路構成が複雑化することになる。 However, in the motor electromotive force control system for an electric vehicle disclosed in Patent Document 1, although the arrangement of the current limiting resistor can be omitted, the current detection is required for controlling the semiconductor switching elements constituting the IPS, so that the circuit is provided. The configuration becomes complicated.
また、特許文献2に開示された突入電流防止装置では、半導体スイッチング素子のオン抵抗を制御することにより電流制限抵抗の配置は省略できるものの、突入電流を確実に制限するためには、半導体スイッチング素子のゲート電圧を所望の電気抵抗が得られるように制御する必要があるため、制御構成が複雑化する。同様に、特許文献3に開示されたモータ制御装置についても、電流制限抵抗を配置することなく、半導体スイッチング素子のデューティ制御により突入電流を制限できるが、半導体スイチング素子のデューティ制御が必要となり、特許文献2と同様に制御構成が複雑化することとなる。 Further, in the inrush current preventing apparatus disclosed in Patent Document 2, although the arrangement of the current limiting resistor can be omitted by controlling the on-resistance of the semiconductor switching element, the semiconductor switching element is surely limited in order to restrict the inrush current. Since it is necessary to control the gate voltage so as to obtain a desired electric resistance, the control configuration is complicated. Similarly, in the motor control device disclosed in Patent Document 3, the inrush current can be limited by the duty control of the semiconductor switching element without arranging the current limiting resistor, but the duty control of the semiconductor switching element is necessary, and the patent As in the case of Document 2, the control configuration becomes complicated.
さらに、特許文献4に開示された電源制御装置では、制限抵抗および半導体スイッチング素子(MOSトランジスタ)によって突入電流の抑制および制限抵抗の過熱防止が実現されるものの、その回路構成および制御構成が複雑化する。 Further, in the power supply control device disclosed in Patent Document 4, although the inrush current is suppressed and the limiting resistor is prevented from being overheated by the limiting resistor and the semiconductor switching element (MOS transistor), the circuit configuration and the control configuration are complicated. To do.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、簡易な回路構成および制御構成によって、電源投入時の突入電流を抑制することが可能な電源制御装置およびそれを備えたモータ駆動装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a power supply capable of suppressing an inrush current at the time of power-on with a simple circuit configuration and control configuration. A control device and a motor driving device including the control device are provided.
この発明による電源制御装置は、第1のリレーと、第2のリレーと、第1の半導体スイッチング素子と、第1および第2のリレーならびに第1の半導体スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備える。第1のリレーは、電源の正極と負荷の第1の電源配線との間に接続される。第2のリレーは、電源の負極と負荷の第2の電源配線との間に接続される。第1の半導体スイッチング素子は、第1および第2のリレーの少なくとも一方と並列に接続される。制御回路は、電源から負荷への電力供給開始後の所定期間において、第1の半導体スイッチング素子をオンさせる一方で、第1の半導体スイッチング素子と並列に接続されたリレーをオフする。そして、第1の半導体スイッチング素子は、制御回路によりオンされたときの電気抵抗が、電源から負荷への電流を制限するための抵抗値を有するように構成される。 A power supply control device according to the present invention includes a first relay, a second relay, a first semiconductor switching element, a control circuit for controlling on / off of the first and second relays, and the first semiconductor switching element, Is provided. The first relay is connected between the positive electrode of the power supply and the first power supply wiring of the load. The second relay is connected between the negative electrode of the power supply and the second power supply wiring of the load. The first semiconductor switching element is connected in parallel with at least one of the first and second relays. The control circuit turns on the first semiconductor switching element and turns off the relay connected in parallel with the first semiconductor switching element in a predetermined period after the start of power supply from the power supply to the load. The first semiconductor switching element is configured such that the electrical resistance when turned on by the control circuit has a resistance value for limiting the current from the power source to the load.
好ましくは、負荷は、第1および第2の電源配線の間に接続されたコンデンサを含む。
また好ましくは、負荷は、第2の半導体スイッチングのオンオフ制御によって第1および第2の電源配線間の電力を変換するように構成された電力変換器を含む。そして、第1の半導体スイチング素子のオン時の電気抵抗は、第2の半導体スイチング素子のオン時の電気抵抗よりも高い。
Preferably, the load includes a capacitor connected between the first and second power supply wirings.
Preferably, the load includes a power converter configured to convert power between the first and second power supply lines by on / off control of the second semiconductor switching. The electrical resistance when the first semiconductor switching element is on is higher than the electrical resistance when the second semiconductor switching element is on.
上記電源制御装置によれば、電源起動時における負荷への突入電流(代表的には、コンデンサのプリチャージ電流)を、ターンオンされた第1の半導体スイッチング素子のオン抵抗によって制限することができる。すなわち、電流制限用の抵抗素子を配置することなく、かつ半導体スイッチング素子のオンオフ制御のみによって、簡易な回路構成かつ制御構成により突入電流を制限することができる。 According to the power supply control device, the inrush current (typically, the capacitor precharge current) to the load at the time of starting the power supply can be limited by the ON resistance of the first semiconductor switching element that is turned on. In other words, the inrush current can be limited with a simple circuit configuration and control configuration without arranging a resistance element for limiting current and only by controlling on / off of the semiconductor switching element.
この発明によるモータ駆動装置は、電源と、モータを駆動する駆動回路と、第1および第2のリレーと、制御回路とを備える。第1のリレーは、電源の正極と駆動回路の第1の電源配線との間に接続される。第2のリレーは、電源の負極と駆動回路の第2の電源配線との間に接続される。第1の半導体スイッチング素子は、第1および第2のリレーの少なくとも一方と並列に接続される。制御回路は、第1および第2のリレーならびに第1の半導体スイッチング素子のオンオフを制御する。そして、第1の半導体スイッチング素子は、制御回路によりオンされたときの電気抵抗が、電源から負荷への電流を制限するための抵抗値を有するように構成される。 A motor drive device according to the present invention includes a power supply, a drive circuit for driving a motor, first and second relays, and a control circuit. The first relay is connected between the positive electrode of the power supply and the first power supply wiring of the drive circuit. The second relay is connected between the negative electrode of the power supply and the second power supply wiring of the drive circuit. The first semiconductor switching element is connected in parallel with at least one of the first and second relays. The control circuit controls on / off of the first and second relays and the first semiconductor switching element. The first semiconductor switching element is configured such that the electrical resistance when turned on by the control circuit has a resistance value for limiting the current from the power source to the load.
好ましくは、駆動回路は、第1および第2の電源配線の間に接続されたコンデンサと、電力変換器とを含む。電力変換器は、少なくとも1個の第2の半導体スイッチング素子を含んで構成され、第2の半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって第1および第2の電源配線間の直流電圧を変換する。 Preferably, the drive circuit includes a capacitor connected between the first and second power supply lines and a power converter. The power converter is configured to include at least one second semiconductor switching element, and converts a DC voltage between the first and second power supply lines by on / off control of the second semiconductor switching element.
また好ましくは、第1の半導体スイチング素子のオン時の電気抵抗は、第2の半導体スイチング素子のオン時の電気抵抗よりも高い。 Preferably, the electrical resistance when the first semiconductor switching element is on is higher than the electrical resistance when the second semiconductor switching element is on.
上記モータ駆動装置によれば、電源起動時における駆動回路への突入電流(代表的には、コンデンサのプリチャージ電流)を、ターンオンされた第1の半導体スイッチング素子のオン抵抗によって制限することができる。すなわち、電流制限用の抵抗素子を配置することなく、かつ半導体スイッチング素子のオンオフ制御のみによって、簡易な回路構成かつ制御構成により突入電流を制限することができる。 According to the above motor drive device, the inrush current (typically the precharge current of the capacitor) to the drive circuit at the time of power activation can be limited by the on-resistance of the first semiconductor switching element that is turned on. . In other words, the inrush current can be limited with a simple circuit configuration and control configuration without arranging a resistance element for limiting current and only by controlling on / off of the semiconductor switching element.
この発明による電源制御装置およびモータ駆動装置によれば、簡易な回路構成および制御構成によって、電源投入時の突入電流を抑制することができる。 According to the power supply control device and the motor drive device of the present invention, the inrush current at the time of power-on can be suppressed with a simple circuit configuration and control configuration.
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
[全体構成]
図1は、本発明の実施の形態による電源制御装置によって電源を供給されるモータ駆動装置100の構成を示す概略ブロック図である。
[overall structure]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a
図1を参照して、この発明の実施の形態によるモータ駆動装置100は、バッテリ10と、電源制御装置20と、IPM(Intelligent Power Module)40と、ECU(Electronic Control Unit)60とを備える。モータ駆動装置100は、バッテリ10を電源として、モータジェネレータMGを駆動制御する。
Referring to FIG. 1,
代表的には、モータジェネレータMGは、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのモータである。また、モータジェネレータMGは、ハイブリッド自動車のエンジンに連結され、エンジンの回転力によって発電する発電機またはエンジン始動を行ない得るような電動機として機能するモータであってもよい。 Typically, motor generator MG is a motor for driving drive wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle. Motor generator MG may be a motor that is connected to an engine of a hybrid vehicle and functions as a generator that generates electric power by the rotational force of the engine or an electric motor that can start the engine.
バッテリ10は、代表的には、リチウムイオンまたはニッケル水素等の二次電池から構成され、本発明での「電源」に対応する。あるいは、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を、バッテリ10に代えて「電源」とすることも可能である。
The
電源制御装置20は、システムメインリレーSMR1,SMR2と、励磁回路11,12と、半導体スイッチング素子15と、ダイオード17と、ECU50とを含む。
Power
システムメインリレーSMR1は、バッテリ10の正極とインバータ41との間に接続される。システムメインリレーSMR2は、バッテリ10の負極とインバータ41との間に接続される。システムメインリレーSMR1,SMR2は、それぞれ、ECU50によって励磁回路11,12に通電されることによりオンされ、ECU50によって励磁回路11,12への通電を遮断されることによりオフされる。
System main relay SMR1 is connected between the positive electrode of
そして、システムメインリレーSMR1,SMR2は、ECU50によってオンされると、バッテリ10からの直流電圧をIPM40のコンデンサ42へ供給する。
System main relays SMR1 and SMR2 are turned on by
半導体スイッチング素子15およびダイオード17は、直列に接続されて、電源投入時におけるコンデンサ42のプリチャージ回路を構成する。直列接続された半導体スイッチング素子15およびダイオード17は、システムメインリレーSMR1に対して並列に接続される。以下、本実施の形態では、半導体スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が適用されるものとするが、電力用MOSトランジスタや電力用バイポーラトランジスタ等を適用することも可能である。
The
ECU50は、イグニッションキー(図示せず)から信号IGを受ける。信号IGは、イグニッションキーのオン期間にはHレベルに設定され、イグニッションキーのオフ期間にはLレベルに設定される。ECU50は、上述のように、励磁回路11,12の通電制御によってシステムメインリレーSMR1,SMR2のオンオフを制御するとともに、半導体スイッチング素子15のオンオフを制御する制御信号Spcを生成する。制御信号Spcは、半導体スイッチング素子15の制御電極であるゲートへ出力される。
ECU 50 receives signal IG from an ignition key (not shown). The signal IG is set to H level during the ignition key on-period, and is set to L level during the ignition key off-period. As described above,
なお、制御信号Spcは、半導体スイッチング素子15をオンさせるための信号レベル(以下、Hレベルとする)およびオフさせるための信号レベル(以下、Lレベルとする)のいずれかに2値的に設定される。 The control signal Spc is binary set to either a signal level for turning on the semiconductor switching element 15 (hereinafter referred to as H level) or a signal level for turning off the semiconductor switching element 15 (hereinafter referred to as L level). Is done.
IPM40は、「電力変換器」であるインバータ41と、コンデンサ42とを含む。なお、IPM40およびモータジェネレータMGは、電源制御装置20の負荷30を構成する。
The
コンデンサ42は、インバータ41の入力側に設けられ、正母線LN1と負母線LN2との間にインバータ41に並列に接続される。正母線LN1は、「第1の電源配線」に対応し、負母線LN2は、「第2の電源配線」に対応する。コンデンサ42は、バッテリ10から供給された直流電圧を平滑化してインバータ41へ供給する。
インバータ41は、コンデンサ42から供給された直流電圧を、ECU60からの信号PWMによって交流電圧に変換してモータジェネレータMGを駆動する。
図2は、図1に示すインバータ41の回路図である。
図2を参照して、インバータ41は、U相アーム41U、V相アーム41VおよびW相アーム41Wからなる。U相アーム41U、V相アーム41VおよびW相アーム41Wは、正母線LN1と負母線LN2との間に並列に接続される。
FIG. 2 is a circuit diagram of
Referring to FIG. 2,
U相アーム41Uは、直列に接続された半導体スイッチング素子Q1,Q2から成り、V相アーム41Vは、直列に接続された半導体スイッチング素子Q3,Q4から成り、W相アーム41Wは、直列に接続された半導体スイッチング素子Q5,Q6から成る。各半導体スイッチング素子Q1〜Q6に対しては、逆並列ダイオードD1〜D6がそれぞれ接続されている。
各相アームの中間点は、モータジェネレータMGの各相コイルの各相端に接続されている。たとえば、モータジェネレータMGは、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成され、U相コイルの他端が半導体スイッチング素子Q1,Q2の中間点に、V相コイルの他端が半導体スイッチング素子Q3,Q4の中間点に、W相コイルの他端が半導体スイッチング素子Q5,Q6の中間点にそれぞれ接続されている。なお、各半導体スイッチング素子Q1〜Q6は、本発明での「第2の半導体スイッチング素子」に対応する。 An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of motor generator MG. For example, motor generator MG is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases is commonly connected to a neutral point, and the other end of the U-phase coil is a semiconductor switching element. The other end of the V-phase coil is connected to the intermediate point between the semiconductor switching elements Q3 and Q4, and the other end of the W-phase coil is connected to the intermediate point between the semiconductor switching elements Q5 and Q6. Each of the semiconductor switching elements Q1 to Q6 corresponds to a “second semiconductor switching element” in the present invention.
再び図1を参照して、電圧センサ61は、コンデンサ42の両端電圧、すなわち、正母線LN1および負母線LN2間の直流電圧Vcを検出する。電流センサ62は、U相、V相およびW相のモータ電流MCRTを検出する。なお、各相電流の瞬時値の和は0であるので、U相、V相およびW相のうちの2相に対してのみ電流センサ62を配置する構成として、残りの1相については演算によって電流値を求めてもよい。
Referring to FIG. 1 again,
ECU60は、電圧センサ61によって検出された直流電圧Vc、電流センサ62によって検出されたモータ電流MCRT、モータ駆動装置100の外部に設けられたECUからのトルク指令値TR、および、イグニッションキー(図示せず)から信号IGを受ける。そして、イグニッションキーがオンされる信号IGのHレベル期間において、トルク指令値TRに従ってモータジェネレータMGを駆動するために、インバータ41のスイッチングを制御する信号PWMを生成し、その生成した信号PWMをインバータ41へ出力する。
The
次に電源制御装置20およびモータ駆動装置100の動作を説明する。
イグニッションキーのオフ期間(信号IGのLレベル期間)には、ECU50は、システムメインリレーSMR1,SMR2および半導体スイッチング素子15の各々はオフされている。すなわち、バッテリ10から負荷30への電源供給は遮断されている。
Next, operations of the power
In the ignition key OFF period (L level period of the signal IG), the
イグニッションキーがオフからオンへ操作されることにより、信号IGがLレベルからHレベルへ立ち上がり、これに応答して、モータ駆動装置100において電源が投入されて、バッテリ10から負荷30への電源供給が開始される。
When the ignition key is operated from OFF to ON, the signal IG rises from the L level to the H level, and in response to this, the
ECU50は、信号IGがLレベルからHレベルへ立ち上がると、制御信号SpcをHレベルに設定して半導体スイッチング素子15をオンするとともに、励磁回路12に通電してシステムメインリレーSMR2をオンする。
When the signal IG rises from the L level to the H level, the
これにより、コンデンサ42のプリチャージが開始される。ECU50は、電圧センサ61により検出された直流電圧Vcが所定電圧に到達すると、コンデンサ42のプリチャージが完了したと判定する。
Thereby, the precharge of the
なお、ECU50は、タイマー51を内蔵しており、コンデンサ42のプリチャージの開始に連動してタイマー51によりプリチャージ時間を計測する。そして、プリチャージ時間が所定時間に到達しても、直流電圧Vcが所定電圧に到達していない場合には、プリチャージの異常を検出する。
The
ECU50は、プリチャージが完了すると、制御信号SpcをLレベルに設定して半導体スイッチング素子15をオフするとともに、励磁回路11に通電してシステムメインリレーSMR1をオンする。これにより、プリチャージ期間が終了する。
When the precharge is completed, the
プリチャージ期間の終了後には、バッテリ10は、システムメインリレーSMR1,SMR2を介して直流電圧をコンデンサ42に供給する。コンデンサ42は、バッテリ10からの直流電圧を平滑化してインバータ41に供給する。
After the precharge period, the
ECU60は、信号IGのHレベル期間では、トルク指令値TR、直流電圧Vcおよびモータ電流MCRTに基づいて、トルク指令値TRに従ってモータジェネレータMGを駆動するための信号PWMを生成する。より具体的には、ECU60は、インバータ41への入力電圧Vc、モータジェネレータMGの各相に流れるモータ電流MCRTおよび、トルク指令値TRに基づいて、モータジェネレータMGの各相のコイルに印加する電圧の指令値を演算する。そして、ECU60は、インバータ41によって直流電圧Vcが電圧指令値に従った交流電圧に変換されて、モータジェネレータMGの各相コイルに印加されるように、インバータ41の半導体スイッチング素子Q1〜Q6をオンオフする信号PWMを生成する。この結果、モータジェネレータMGが指令されたトルクを出すようにモータジェネレータMGの各相電流が制御される。このようにして、モータジェネレータMGは、トルク指令値TRに応じたトルクを出力するように駆動制御される。
また、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、モータジェネレータMGは、駆動輪(図示せず)の回転力によって交流電圧を発電してインバータ41へ供給する。インバータ41は、モータジェネレータMGからの交流電圧を信号PWMによって直流電圧に変換してコンデンサ42に供給する。
Further, at the time of regenerative braking of a hybrid vehicle or an electric vehicle on which the
コンデンサ42は、インバータ41からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をシステムメインリレーSMR1,SMR2を介してバッテリ10へ供給する。これによって、バッテリ10は充電される。
一方、ECU50は、イグニッションキーがオフされて、信号IGがHレベルからLレベルへ変化すると、励磁回路11,12への通電を停止し、システムメインリレーSMR1,SMR2をオフする。これにより、バッテリ10から負荷30への電源供給が停止されて、モータ駆動装置100における全体動作が終了する。
On the other hand, when the ignition key is turned off and signal IG changes from H level to L level,
[プリチャージ構成]
上述のように、電源起動後の所定期間(プリチャージ期間)では、システムメインリレーSMR1がオフされる一方で、半導体スイッチング素子15がオンされる。すなわち、プリチャージ期間では、ECU50によりオンされた半導体スイッチング素子15およびダイオード17を経由して、バッテリ10から負荷30へ電流が供給される。
[Precharge configuration]
As described above, in the predetermined period (precharge period) after the power is turned on, the system main relay SMR1 is turned off while the
図3は、半導体スイッチング素子15のオン抵抗を説明するための概念図である。
図3を参照して、IGBTである半導体スイッチング素子15は、そのゲート電圧に応じてコレクタ・エミッタ間の電気抵抗が変化する。具体的には、半導体スイッチング素子15(IGBT)の電気抵抗は、ゲート電圧が低いターンオフ時には略∞(Ω)となる一方で、ゲート電圧が所定以上に高められた領域では、ターンオンされて略一定のオン抵抗を示すようになる。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the on-resistance of the
Referring to FIG. 3, in
通常、IGBTを始めとする半導体スイッチング素子のオン抵抗は、なるべく低いことが好ましい。したがって、インバータ41を構成する各半導体スイッチング素子Q1〜Q6では、オン抵抗は、抵抗値Ron(通常レベル)に設計されている。
Usually, it is preferable that the on-resistance of a semiconductor switching element such as an IGBT is as low as possible. Accordingly, in each of the semiconductor switching elements Q1 to Q6 constituting the
これに対して、プリチャージ回路に用いられる半導体スイッチング素子15のオン抵抗は、プリチャージ期間における突入電流を抑制できるような、一般的な電流制限抵抗(たとえば、特許文献4の制限抵抗21)と同等の抵抗値Rpcとなるように設計される。すなわち、半導体スイッチング素子15には、故意にそのオン抵抗を高めるような設計が施される。
On the other hand, the on-resistance of the
図4は、半導体スイッチング素子15(IGBT)において、オン抵抗を高めるための設計例を説明するための素子断面図である。図4には、IGBTの一般的な構造例が示される。 FIG. 4 is an element cross-sectional view for explaining a design example for increasing the on-resistance in the semiconductor switching element 15 (IGBT). FIG. 4 shows a typical structure example of the IGBT.
図4を参照して、半導体スイッチング素子15は、制御電極であるゲート(G)に対応する金属電極102a,102bと、エミッタ(E)に対応する金属電極104と、コレクタ(C)に対応する金属電極106とを含む。半導体スイッチング素子15は、p+層150と、p+層150に隣接して設けられたn-層140と、n-層140内に形成されたpウェル130と、pウェル130に形成されたn+領域132,134とを含む半導体基板により形成される。
Referring to FIG. 4, the
金属電極102a,102bは、ポリシリコンゲート110a,110b上にそれぞれ形成される。ポリシリコンゲート110a,110bと半導体基板との間、および、ポリシリコンゲート110a,110bと金属電極104との間は、酸化シリコン層120a,120bにより絶縁されている。p+層150は、金属電極106と電気的に接続されている。
IGBTでは、電極への印加電圧に誘導されて正負キャリアが移動するn-層140はドリフト層と一般に呼ばれるが、半導体スイッチング素子15として用いる場合には、このドリフト層の厚みを通常の設計値よりも厚くしたり、ドリフト層における不純物濃度(P、As等)を低下させて比抵抗を上昇させることによって、オン抵抗を通常よりも高い値(Rpc)とすることができる。
In the IGBT, the n − layer 140 in which positive and negative carriers move by being induced by the voltage applied to the electrode is generally called a drift layer. However, when used as the
これにより、実施の形態に従う電源制御装置およびこれを適用したモータ駆動装置によれば、電源投入直後の所定期間(プリチャージ期間)において、ターンオンされた半導体スイッチング素子15のオン抵抗により突入電流防止のための電流制限を実行できるので、突入電流制限のための抵抗素子の配置を省略できる。さらに、半導体スイッチング素子15についてはオンオフ制御を行なうだけでよく、電気抵抗をオン時およびオフ時の中間値に制御する必要がない。したがって、簡易な回路構成かつ制御構成により突入電流を制限することが可能となる。
Thereby, according to the power supply control device according to the embodiment and the motor drive device to which the power supply control device is applied, the inrush current is prevented by the on-resistance of the
なお、本実施の形態では半導体スイッチング素子15を電圧駆動素子であるIGBTとして例示したが、半導体スイッチング素子15は、バイポーラトランジスタ等のような電流駆動素子によっても構成することができる。この場合にも、半導体スイッチング素子15がターンオンのためのベース電流領域における略一定のオン抵抗が、抵抗Rpcに相当するように素子を設計することにより、同様の構成を実現することができる。
In the present embodiment, the
また、図1の例では、正極側のシステムメインリレーSMR1と並列に、プリチャージ用の半導体スイッチング素子15が接続される構成を示したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、負極側のシステムメインリレーSMR2にと並列に、プリチャージ用の半導体スイッチング素子15が接続する構成とすることも可能である。あるいは、システムメインリレーSMR1およびSMR2の両方に対して、並列に半導体スイッチング素子15を設けることとしてもよい。
Further, in the example of FIG. 1, the configuration in which the
さらに、電源制御装置20の負荷については特に限定されるものではなく、図1の構成は例示に過ぎないことについて確認的に記載する。また、モータ駆動装置100についても、ハイブリッド自動車または電気自動車用の以外の電動機を駆動制御する構成のものであってもよい。
Furthermore, it does not specifically limit about the load of the power
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 バッテリ、11,12 励磁回路、15 半導体スイッチング素子(プリチャージ用)、17 ダイオード(プリチャージ用)、20 電源制御装置、30 負荷、40 IPM、41 インバータ、41U U相アーム、41V V相アーム、41W W相アーム、42 コンデンサ、50 ECU、51 タイマー、61 電圧センサ、62 電流センサ、100 モータ駆動装置、102a,102b 金属電極(ベース)、104 金属電極(エミッタ)、106 金属電極(コレクタ)、110a,110b ポリシリコンゲート、120a,120b 酸化シリコン層、130 pウェル、132,134 n+領域、140 n-層、150 p+層、D1〜D6 逆並列ダイオード、IG 信号(イグニッションキー)、LN1 正母線、LN2 負母線、MCRT モータ電流、MG モータジェネレータ、PWM 信号(インバータ制御)、Q1〜Q6 半導体スイッチング素子(インバータ)、SMR1,SMR2 システムメインリレー
Spc 制御信号(オン/オフ)、TR トルク指令値、Vc 直流電圧(インバータ入力電圧)。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電源の負極と前記負荷の第2の電源配線との間に接続された第2のリレーと、
前記第1および前記第2のリレーの少なくとも一方と並列に接続された第1の半導体スイッチング素子と、
前記第1および前記第2のリレーならびに前記第1の半導体スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記電源から前記負荷への電力供給開始後の所定期間において、前記第1の半導体スイッチング素子をオンさせる一方で、前記第1の半導体スイッチング素子と並列に接続されたリレーをオフし、
前記第1の半導体スイッチング素子は、前記制御回路によりオンされたときの電気抵抗が、前記電源から前記負荷への電流を制限するための抵抗値を有するように構成される、電源制御装置。 A first relay connected between the positive electrode of the power supply and the first power supply wiring of the load;
A second relay connected between a negative electrode of the power supply and a second power supply wiring of the load;
A first semiconductor switching element connected in parallel with at least one of the first and second relays;
A control circuit for controlling on / off of the first and second relays and the first semiconductor switching element;
The control circuit turns on the first semiconductor switching element and turns off a relay connected in parallel with the first semiconductor switching element in a predetermined period after the start of power supply from the power source to the load. And
The power supply control device, wherein the first semiconductor switching element is configured such that an electrical resistance when turned on by the control circuit has a resistance value for limiting a current from the power supply to the load.
前記第1の半導体スイチング素子のオン時の電気抵抗は、前記第2の半導体スイチング素子のオン時の電気抵抗よりも高い、請求項1記載の電源制御装置。 The load includes a power converter configured to convert power between the first and second power supply lines by on / off control of second semiconductor switching,
The power supply control device according to claim 1, wherein an electrical resistance when the first semiconductor switching element is on is higher than an electrical resistance when the second semiconductor switching element is on.
モータを駆動する駆動回路と、
前記電源の正極と前記駆動回路の第1の電源配線との間に接続された第1のリレーと、
前記電源の負極と前記駆動回路の第2の電源配線との間に接続された第2のリレーと、
前記第1および前記第2のリレーの少なくとも一方と並列に接続された第1の半導体スイッチング素子と、
前記第1および前記第2のリレーならびに前記第1の半導体スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、
前記第1の半導体スイッチング素子は、前記制御回路によりオンされたときの電気抵抗が、前記電源から前記負荷への電流を制限するための抵抗値を有するように構成される、モータ駆動装置。 Power supply,
A drive circuit for driving the motor;
A first relay connected between a positive electrode of the power supply and a first power supply wiring of the drive circuit;
A second relay connected between the negative electrode of the power supply and a second power supply wiring of the drive circuit;
A first semiconductor switching element connected in parallel with at least one of the first and second relays;
A control circuit for controlling on / off of the first and second relays and the first semiconductor switching element;
The motor driving device, wherein the first semiconductor switching element is configured such that an electrical resistance when turned on by the control circuit has a resistance value for limiting a current from the power source to the load.
前記第1および前記第2の電源配線の間に接続されたコンデンサと、
少なくとも1個の第2の半導体スイッチング素子を含んで構成され、前記第2の半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって前記第1および前記第2の電源配線間の直流電圧を変換する電力変換器とを含む、請求項4記載のモータ駆動装置。 The drive circuit is
A capacitor connected between the first and second power supply wirings;
A power converter configured to include at least one second semiconductor switching element and converting a DC voltage between the first and second power supply lines by on / off control of the second semiconductor switching element. The motor driving device according to claim 4.
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