JP2011083061A

JP2011083061A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2011083061A
Application number: JP2009230865A
Authority: JP
Inventors: Takuichi Takada; 拓一高田; Hiroaki Tanigawa; 宏明谷川; Tamotsu Iwasaki; 保岩崎
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】平滑用のコンデンサを備える構成において、充電電流及び暗電流の低減を図る。
【解決手段】モータ制御装置１は、ブラシレスモータ２に接続されるブリッジ回路２１と、ブリッジ回路２１に流れる電流の変動を抑制させる電流平滑回路６１がバッテリ４に対して並列に接続されている。電流平滑回路６１の低電位側には、プリチャージ回路３２が設けられている。ブリッジ回路２１及び電流平滑回路６１の低電位側とグランド端子との間には、逆接保護回路３３が設けられている。ＣＰＵ２３は、ブラシレスモータ２を回転させないときは逆接保護回路３３のＦＥＴをＯＦＦにする。ブラシレスモータ２の起動時には、プリチャージ回路３２のＦＥＴをパルス駆動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータの回転制御をするモータ制御装置に関する。

ブラシレスモータを回転させるモータ制御装置は、電源に接続されるブリッジ回路を備え、ブリッジ回路のスッチング素子の開閉制御によってブラシレスモータのコイルに流れる電流の切り換え制御を行っている。
ここで、従来のモータ制御装置には、ブリッジ回路のスイッチング動作によるスイッチングサージ電圧が電源に及ぼす悪影響を低減したり、外部に放射される電磁波ノイズを低減したりすることを目的として平滑用コンデンサが設けられているものがある。平滑用コンデンサは、ブリッジ回路の一対の電源端間に接続された大容量コンデンサからなる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２８９６８７号公報

しかしながら、従来のモータ制御装置では、電源接続時に平滑用コンデンサに充電電流が大量に流れることがあった。ブリッジ回路のグランド端子側に逆接保護用のＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を有する場合、充電電流が大量に流れても破壊されないようなＦＥＴを使用しなければならなかった。
また、平滑用コンデンサが大容量化すると、コンデンサの漏れ電流による暗電流が増加するという問題があった。
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、平滑用のコンデンサを備える構成において、充電電流及び暗電流の低減を図ることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、定電源装置からの電流供給を受けて回転するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータに供給する電流を切り替えるスイッチング素子を備えるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の前記スッチング素子の開閉を制御する制御部と、前記定電源装置に対して前記ブリッジ回路と並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの低電位側に接続され、前記制御部によって開閉制御可能なプリチャージ回路と、を備えることを特徴とするモータ制御装置とした。
このモータ制御装置は、制御部でプリチャージ回路の開閉制御を行うことで、電源投入時にコンデンサに大電流が流れなくなる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、電源投入時に前記プリチャージ回路を開閉させるパルス信号を出力するように構成されることを特徴とする。
このモータ制御装置は、電源投入時にパルス信号でプリチャージ回路の開閉を複数回実施することで、一度に大量の電流がコンデンサに流れないようになる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置において、前記ブリッジ回路及び前記プリチャージ回路の低電位側の端子とグランド端子の間に、前記制御部によって開閉制御可能な逆接保護回路を設けたことを特徴とする。
このモータ制御装置は、逆接保護回路を開いた状態では、ブリッジ回路及びプリチャージ回路（コンデンサ）がグランドレベルに接地されなくなり、回路に暗電流が流れなくなる。

本発明によれば、コンデンサを設けることでブリッジ回路の開閉制御時の電流変動を抑制する構成において、プリチャージ回路を設けたので、コンデンサを定電源装置に接続して充電させるときの電流量を抑制できる。充電時の突入電流による回路素子の損傷を防止することができる。

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。始動時の動作を説明するタイミングチャートである。

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、モータ制御装置１は、３相のブラシレスモータ２と、ドライバ回路３とを含んで構成され、定電源装置であるバッテリ４とＥＣＵ（電子制御装置）５に接続されている。
ブラシレスモータ２は、３つのコイルＵ，Ｖ，Ｗがスター結線された構成を有し、ロータの回転位置を検出する回転検出センサ１１が内蔵されている。回転検出センサ１１は、３つのホールＩＣ（Integrated Circuit）１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃからなる。

バッテリ４は、２系統に分岐しつつドライバ回路３に接続されている。分岐した一方のラインは、ヒューズ回路１２Ａを介してドライバ回路３の後述するブリッジ回路２１に接続されている。バッテリ４から延びる他方のラインは、ヒューズ回路１２Ｂ及びリレー回路１３が直列に接続された後に、ドライバ回路３に接続されている。リレー回路１３は、コイル１３Ａの励磁により開閉するスイッチ１３Ｂを有する。コイル１３Ａに流れる電流は、ＥＣＵ５で制御される。

ＥＣＵ５は、モータ制御装置１が搭載される装置全体の制御を司るもので、ブラシレスモータ２の目標出力に応じて出力デューティの指令信号（出力duty指令）を作成する。なお、ＥＣＵ５とドライバ回路３は、アース１４によって接地される。

ドライバ回路３は、リレー回路１３の出力がダイオード及び平滑用のコンデンサなどが通した後に入力される電源回路２２を有する。電源回路２２は、バッテリ電圧を制御部であるＣＰＵ（中央処理装置）２３の動作用の電圧に調整する回路構成を有する。
ＣＰＵ２３には、ＥＣＵ５の出力デューティの指令信号が入力される。ＣＰＵ２３の入力ポートには、この他に回転検出センサ１１と、温度検出回路２６が接続されている。また、ＣＰＵ２３の割り込みポートには、過電流検出用のラッチ回路２７が接続されている。ＣＰＵ２３は、制御プログラムやデータなどが格納されたＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭなどを有し、クロック２８で発生させる周波数に基づいて処理を行うように構成されている。ＣＰＵ２３の出力ポートは、３相のコイルＵ，Ｖ，Ｗに併せて３系統の高電位側の指令電圧線と、３系統の低電位側の指令電圧線を介してドライバＩＣ３１に接続されている。他の出力ポートには、プリチャージ回路３２と、逆接保護回路３３が接続されている。ドライバＩＣ３１に接続される出力ポートには、ダイオード３４を介してラッチ回路２７も接続されている。

ドライバＩＣ３１は、回路３５を通して所定の電源電圧が供給され、ＣＰＵ２３から指令電圧線を通して入力される電圧をブリッジ回路２１の動作に必要な電圧に変換するように構成されている。

ブリッジ回路２１は、バッテリ４に並列に接続される３つのアーム４１，４２，４３を有する。各アーム４１〜４３には、スイッチング素子４５Ａ，４５Ｂ，４６Ａ，４６Ｂ，４７Ａ，４７Ｂが２つずつ直列接続されている。各アーム４１〜４３の２つのスッチング素子４５Ａ〜４７Ｂの間には、ブラシレスモータ２のコイルＵ，Ｖ，Ｗの端子が１つずつ接続されている。スッチング素子４５Ａ〜４７ＢはＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）と整流素子であるダイオードを組み合わせた構成を有し、ＦＥＴのゲートには、ドライバＩＣ３１に接続され、ゲート電圧が印加されるとＦＥＴがＯＮになる。
ブリッジ回路２１の高電位側の端子とバッテリ４の間には、電流検出回路５１が設けられている。電流検出回路５１は、過電流検出回路５２に接続されている。過電流検出回路５２は、例えば、ノイズ除去用のフィルタやコンパレータを有し、ブリッジ回路２１に過電流が流れたときに所定の電圧信号を出力するように構成されている。過電流検出回路５２の出力は、ラッチ回路２７に接続されている。

また、ブリッジ回路２１の低電位側の端子とグランド端子の間には、逆接保護回路３３が設けられている。逆接保護回路３３は、ＦＥＴとダイオードを組み合わせた構成を有し、ＦＥＴのゲート端子はＣＰＵ２３に接続されている。

さらに、ドライバ回路３は、バッテリ４に対してブリッジ回路２１と並列に電流平滑回路６１が接続されている。電流平滑回路６１は、ブリッジ回路２１の高電位側であって電流検出回路５１よりバッテリ４側と、ブリッジ回路２１の低電位側の端子と逆接保護回路３３の間に接続され、コンデンサ６２Ａと抵抗６２Ｂが並列に接続された回路６２と、プリチャージ回路３２が直列接続されると共に、これら回路２３，６２とツェナダイオード６３が並列に接続されている。コンデンサ６２Ａは、例えばアルミ電解コンデンサが用いられる。コンデンサ６２Ａは、複数個のコンデンサを並列接続させることが望ましい。
プリチャージ回路３２は、ＦＥＴとダイオードを組み合わせた構成を有し、ＦＥＴのゲート端子がＣＰＵ２３に接続されている。ＣＰＵ２３からデート電圧が印加されるとＦＥＴがＯＮになる。

次に、モータ制御装置１の動作を説明する。なお、以下においては、モータ制御装置１を車両用電装品の回転制御に用いる場合を例にして説明する。このため、ブラシレスモータ２は、車両用電装品の回転軸に接続される。また、ＥＣＵ５及びドライバ回路３のアースには車体が用いられる。
車両用電装品を駆動させない状態では、バッテリ４側のリレー回路１３がＯＦＦになっており、ＣＰＵ２３に電圧は供給されない。ＣＰＵ２３の各出力ポートには電圧が印加されないので、ブリッジ回路２１の各スイッチング素子４５Ａ〜４７Ｂは閉じたままである。プリチャージ回路３２のＦＥＴのゲート端子にも電圧が供給されないので、プリチャージ回路３２もＯＦＦになっている。さらに、逆接保護回路３３のＦＥＴにも電圧が印加されず、ＯＦＦになっている。このため、ブリッジ回路２１及び電流平滑回路６１を通してグランド端子に暗電流が流れることはない。

車両用電装品を駆動させるときは、ＥＣＵ５がリレー回路１３のコイル１３Ａに電流を供給してスイッチ１３Ｂを閉じさせる。これにより、バッテリ４から電源回路２２を通してＣＰＵ２３に電力が供給される。図２に示すように、ＣＰＵ２３は、逆接保護回路３３のＦＥＴのゲート端子に電圧を印加してＯＮにする。これによって、ブリッジ回路２１及び電流平滑回路６１とグランド端子が電気的に接続される。
さらに、ＣＰＵ２３は、逆接保護回路３３をＯＮにした後で、プリチャージ回路３２のＦＥＴのゲート端子にパルス信号を出力する。パルス信号は、予め定められた周波数を有し、パルス信号の電圧がハイレベルのときにＦＥＴがＯＮになり、電圧がローレベルのときのＦＥＴがＯＦＦになる。
既に逆接保護回路３３はＯＮになっているので、プリチャージ回路３２のＦＥＴがＯＮになっている間は、コンデンサ６２Ａの低電位側がグランド端子に電気的に接続される。つまり、コンデンサ６２Ａがバッテリ４に電気的に接続され、充電電流が流れる。パルス信号を用いてプリチャージ回路３２のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるので、従来のようにＯＮ状態を継続させる場合に比べて充電電流のピーク値が下がる。

パルス信号の周波数及び出力時間は、ＣＰＵ２３に電力が供給されてから必要な電気エネルギーがコンデンサ６２Ａに蓄積されるのに要する値に設定されている。図２でパルス信号は１秒間出力されているが、コンデンサ６２Ａの容量などに応じて変化させることができる。そして、所定時間が経過したら、プリチャージ回路３２をＯＮにし、以降はこの状態をリレー回路１３がＯＦＦになるまで継続させる。
その後、回転検出センサ１１で検出するブラシレスモータ２のロータ位置に合わせ、ＣＰＵ２３がブリッジ回路２１内でＯＮにするスイッチング素子４５Ａ〜４７Ｂを決定し、そのスイッチング素子４５Ａ〜４７Ｂに対応した指令電圧線にＰＷＭ信号を出力する。ドライバＩＣ３１で発生させたゲート電圧が印加されたスイッチング素子４５Ａ〜４７ＢがＯＮになって、対応するコイルＵ，Ｖ，Ｗに電流が流れ、ブラシレスモータ２のロータが回転する。これによって、車両用電装品が駆動される。スイッチング素子４５Ａ〜４７ＢをＰＷＭ制御でＯＮ／ＯＦＦさせるときには、ブリッジ回路２１及びコイルＵ，Ｖ，Ｗに流れる電流が変動するが、電流平滑回路６１のコンデンサ６２Ａが充放電することで電流の変動が抑制される。

なお、ブリッジ回路２１を通してブラシレスモータ２に流れる電流は、電流検出回路５１でモニタされる。過電流検出回路５２は、電流値が設定値以上になったら、ラッチ回路２７に信号を出力し、ＣＰＵ２３においてソフトウェア上のリセットをかけさせてドライバＩＣ３１への出力を停止させる。これと共に、ダイオード３４を接地させる。ダイオード３４を通して指令電圧線が接地され、ＣＰＵ２３からドライバＩＣ３１に電圧が印加されなくなる。このようにして、過電流が検出されたときはブラシレスモータ２の回転を停止させる。

この実施の形態によれば、ブリッジ回路２１及び電流平滑回路６１の低電位側と、グランド端子の間に逆接保護回路３３を設け、ブラシレスモータ２を回転させないときは逆接保護回路３３をＯＦＦにするようにしたので、コンデンサ６２Ａの漏れ電流などに起因して発生する暗電流をゼロにすることができる。
また、始動時にプリチャージ回路３２のＦＥＴの開閉をパルス制御することで、電流平滑回路６１に流れる充電電流のピーク値を下げることができる。これによって、逆接保護回路３３のＦＥＴなどの周辺素子の破壊が防止される。

１モータ制御装置
２ブラシレスモータ
３ドライバ回路
４バッテリ
２１ブリッジ回路
２３ＣＰＵ（制御部）
３２プリチャージ回路
３３逆接保護回路
６２Ａコンデンサ

Claims

定電源装置からの電流供給を受けて回転するブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータに供給する電流を切り替えるスイッチング素子を備えるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の前記スッチング素子の開閉を制御する制御部と、
前記定電源装置に対して前記ブリッジ回路と並列に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの低電位側に接続され、前記制御部によって開閉制御可能なプリチャージ回路と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
前記制御部は、電源投入時に前記プリチャージ回路を開閉させるパルス信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記ブリッジ回路及び前記プリチャージ回路の低電位側の端子とグランド端子の間に、前記制御部によって開閉制御可能な逆接保護回路を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。