JP2011091886A - Motor driver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動装置、特に、複数相のモータを駆動するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device, and more particularly to a motor drive device that drives a motor having a plurality of phases.
空気調和装置は、圧縮機やファン等の各種機器を備えており、これらの動力源としては、モータが良く用いられる。そして、空気調和装置には、これらのモータを駆動するモータ駆動装置が更に備えられている。 The air conditioner includes various devices such as a compressor and a fan, and a motor is often used as the power source. The air conditioner further includes a motor driving device that drives these motors.
モータ駆動装置には、例えば特許文献1(特開2003―61363号公報)に開示されているように、モータ駆動用の駆動電圧を生成してモータに出力するインバータ部等が備えられている。一般的に、インバータ部は、互いに直列に接続された上側スイッチング素子及び下側スイッチング素子からなるスイッチング素子対を、モータの相の数に対応して有している。各スイッチング素子がオン及びオフすることで、駆動電圧が生成され、モータが回転駆動する。 As disclosed in, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-61363), the motor driving device includes an inverter unit that generates a driving voltage for driving the motor and outputs the driving voltage to the motor. In general, the inverter unit has a pair of switching elements including an upper switching element and a lower switching element connected in series with each other, corresponding to the number of phases of the motor. When each switching element is turned on and off, a drive voltage is generated and the motor is driven to rotate.
上記特許文献1に係るモータ駆動装置は、各上側スイッチング素子に対応するようにして設けられた複数のブートコンデンサを更に備えている。各ブートコンデンサは、一端が上側スイッチング素子と下側スイッチング素子との各間に接続されており、他端が制御用電源回路に接続されている。各ブートコンデンサは、モータ起動前に1つずつ順に充電されていく。各ブートコンデンサに貯められた電荷は、各上側スイッチング素子を制御する上側素子制御部の、モータ起動時の動作電源として機能する。
The motor drive device according to
しかし、既に充電済みのブートコンデンサがある状態において他のブートコンデンサが充電されている間、既に充電済みのブートコンデンサは、上側素子制御部のインピーダンスとブートコンデンサの容量値との時定数で除々に放電してしまい、電圧降下が生じてしまう。すると、モータ起動の際、上側素子制御部は、動作電源の不足により上側スイッチング素子のオン及びオフを正常に行えない場合が生じてしまう。 However, while other boot capacitors are being charged in the state where there are already charged boot capacitors, the already charged boot capacitors are gradually increased by the time constant between the impedance of the upper element control unit and the capacitance value of the boot capacitor. It will discharge and a voltage drop will occur. Then, when the motor is started, the upper element control unit may not be able to normally turn on and off the upper switching element due to insufficient operating power.
そこで、本発明は、ブートコンデンサにおける放電を防止することができるモータ駆動装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a motor drive device that can prevent discharge in a boot capacitor.
発明1に係るモータ駆動装置は、複数相のモータを駆動する。モータ駆動装置は、インバータ部、複数の上側素子制御部、複数のブートコンデンサ、充電部、及び通電制御部を備える。インバータ部は、スイッチング素子対をモータの各相に対応して複数有し、モータに接続されている。スイッチング素子対は、互いに直列に接続された上側スイッチング素子及び下側スイッチング素子からなる。複数の上側素子制御部は、各上側スイッチング素子に対応して設けられ、各上側スイッチング素子の動作を制御する。複数のブートコンデンサは、各上側素子制御部に対し動作電源を供給可能である。充電部は、各ブートコンデンサを充電可能である。通電制御部は、充電制御及び放電防止制御を行う。充電制御は、充電部から各ブートコンデンサに順に電流を流すことで、各ブートコンデンサを充電する制御である。放電防止制御は、複数のブートコンデンサのうち充電が完了した第1ブートコンデンサを除く残りの第2ブートコンデンサの少なくとも1つが充電を行っている間、第1ブートコンデンサに電流を流し続ける制御である。 The motor driving apparatus according to the first aspect drives a multi-phase motor. The motor drive device includes an inverter unit, a plurality of upper element control units, a plurality of boot capacitors, a charging unit, and an energization control unit. The inverter unit has a plurality of switching element pairs corresponding to each phase of the motor, and is connected to the motor. The switching element pair includes an upper switching element and a lower switching element connected in series with each other. The plurality of upper element control units are provided corresponding to the upper switching elements, and control operations of the upper switching elements. The plurality of boot capacitors can supply operating power to each upper element control unit. The charging unit can charge each boot capacitor. The energization control unit performs charge control and discharge prevention control. The charge control is a control for charging each boot capacitor by causing a current to flow sequentially from the charging unit to each boot capacitor. The discharge prevention control is a control in which a current is continuously supplied to the first boot capacitor while at least one of the remaining second boot capacitors other than the first boot capacitor that has been charged among the plurality of boot capacitors is being charged. .
このモータ駆動装置によると、放電防止制御においては、充電済のブートコンデンサ(第1ブートコンデンサ)がある状態で、未だ充電していないブートコンデンサ(第2ブートコンデンサ)の充電が行われている間、第1ブートコンデンサには電流が流し続けられる。これにより、第2ブートコンデンサの充電中、第1ブートコンデンサにおいて除々に放電され電圧降下が起こるのを防ぐことができるため、モータは、問題なく駆動することができる。 According to this motor drive device, in the discharge prevention control, while the charged boot capacitor (first boot capacitor) is present, the uncharged boot capacitor (second boot capacitor) is being charged. The current continues to flow through the first boot capacitor. As a result, it is possible to prevent the first boot capacitor from being gradually discharged and a voltage drop during charging of the second boot capacitor, so that the motor can be driven without any problem.
発明2に係るモータ駆動装置は、発明1に係るモータ駆動装置であって、各ブートコンデンサの一端は、充電部に接続されている。各ブートコンデンサの他端は、対応する上側スイッチング素子と下側スイッチング素子との間に接続されている。通電制御部は、複数の下側素子制御部で構成される。下側素子制御部は、各下側スイッチング素子に対応して設けられ、各下側スイッチング素子の動作を制御する。 A motor drive device according to a second aspect is the motor drive device according to the first aspect, wherein one end of each boot capacitor is connected to a charging unit. The other end of each boot capacitor is connected between the corresponding upper switching element and lower switching element. The energization control unit includes a plurality of lower element control units. The lower element control unit is provided corresponding to each lower switching element, and controls the operation of each lower switching element.
このモータ駆動装置では、通電制御部が下側素子制御部で構成されている。従って、仮に下側素子制御部である通電制御部によって下側スイッチング素子がオンされれば、充電部からの電流が、オンされた下側スイッチング素子に接続されたブートコンデンサを介して該下側スイッチング素子へと流れる電流経路が形成される。このように、各下側スイッチング素子に対応して設けられている下側素子制御部が通電制御部として機能することで、下側素子制御部とは別に通電制御部を設けずに済む。 In this motor drive device, the energization control unit is composed of a lower element control unit. Therefore, if the lower switching element is turned on by the energization control unit which is the lower element control unit, the current from the charging unit is supplied to the lower side via the boot capacitor connected to the turned on lower switching element. A current path that flows to the switching element is formed. As described above, since the lower element control unit provided corresponding to each lower switching element functions as an energization control unit, it is not necessary to provide an energization control unit separately from the lower element control unit.
発明3に係るモータ駆動装置は、発明2に係るモータ駆動装置であって、通電制御部は、放電防止制御においては、第1ブートコンデンサに対応する上側スイッチング素子に接続された下側スイッチング素子をオンし続けることで、充電部から第1ブートコンデンサへと電流を流し続けさせる。 A motor drive device according to a third aspect of the present invention is the motor drive device according to the second aspect of the present invention, wherein the energization control unit includes a lower switching element connected to the upper switching element corresponding to the first boot capacitor in the discharge prevention control. By continuing to turn on, the current continues to flow from the charging unit to the first boot capacitor.
このモータ駆動装置では、放電防止制御時、第1ブートコンデンサに対応する上側スイッチング素子に接続された下側スイッチング素子がオンし続けられる。これにより、充電部からの電流は、第1ブートコンデンサを介して当該下側スイッチング素子へと流れるため、第1ブートコンデンサの放電を防止することができる。 In this motor drive device, during the discharge prevention control, the lower switching element connected to the upper switching element corresponding to the first boot capacitor is kept on. Thereby, since the current from the charging unit flows to the lower switching element via the first boot capacitor, the discharge of the first boot capacitor can be prevented.
発明4に係るモータ駆動装置は、発明2または3に係るモータ駆動装置であって、通電制御部は、充電制御においては、各下側スイッチング素子を所定周波数で複数回オン及びオフさせることで、充電部から各ブートコンデンサに電流を流す。 A motor drive device according to a fourth aspect of the present invention is the motor drive device according to the second or third aspect of the present invention, wherein the energization control unit turns on and off each lower switching element at a predetermined frequency a plurality of times in charge control, A current is passed from the live part to each boot capacitor.
これにより、ブートコンデンサの充電時、ブートコンデンサは除々に充電されるようになる。従って、ブートコンデンサには急激な大電流(即ち、突入電流)が流れないため、いわゆる突入電流による他の機能部への影響を防ぐことができる。 Thus, the boot capacitor is gradually charged when the boot capacitor is charged. Therefore, since a sudden large current (that is, inrush current) does not flow through the boot capacitor, it is possible to prevent the so-called inrush current from affecting other functional units.
発明5に係るモータ駆動装置は、発明2〜4のいずれかに係るモータ駆動装置であって、モータは、複数の駆動コイルを有する。各駆動コイルは、一端が上側スイッチング素子と下側スイッチング素子との各間に接続されている。そして、モータ駆動装置は、電流検出部を更に備える。電流検出部は、各下側スイッチング素子の下流側に接続され、モータに流れる電流を検知可能である。 A motor drive device according to a fifth aspect of the present invention is the motor drive device according to any one of the second to fourth aspects, wherein the motor has a plurality of drive coils. Each drive coil has one end connected between the upper switching element and the lower switching element. The motor drive device further includes a current detection unit. The current detection unit is connected to the downstream side of each lower switching element and can detect the current flowing through the motor.
このモータ駆動装置では、第2ブートコンデンサが充電を行っている間、充電済の第1ブートコンデンサには、下側スイッチング素子がオンし続けることで電流が流し続けられる。この電流は、第1ブートコンデンサ及び下側スイッチング素子を介して電流検出部に流れ、該電流検出部にて検出される。 In this motor drive device, while the second boot capacitor is charging, a current continues to flow through the charged first boot capacitor as the lower switching element is kept on. This current flows to the current detection unit via the first boot capacitor and the lower switching element, and is detected by the current detection unit.
発明6に係るモータ駆動装置は、発明5に係るモータ駆動装置であって、通電制御部は、放電防止制御をモータ起動前に行う。そして、モータ駆動装置は、第1判断部を更に備える。第1判断部は、放電防止制御時、電流検出部による検出結果が第1所定値以上である場合、モータが地絡していると判断する。 A motor drive device according to a sixth aspect of the present invention is the motor drive device according to the fifth aspect, wherein the energization control unit performs the discharge prevention control before starting the motor. The motor drive device further includes a first determination unit. The first determination unit determines that the motor is grounded when the detection result by the current detection unit is equal to or greater than the first predetermined value during the discharge prevention control.
放電防止制御時、モータが地絡していれば、第1ブートコンデンサを流れる電流及び第2ブートコンデンサを流れる電流に加えてモータ地絡による電流が、オンしている下側スイッチング素子を介して電流検出部に流れる。そこで、第1判断部は、放電防止制御時、電流検出部による検出結果が第1所定値以上である場合には、モータが地絡していると判断する。つまり、このモータ駆動装置によると、充電制御によって所定の下側スイッチング素子がオンオフをするのに加え、放電防止制御によって所定の下側スイッチング素子がオンし続けるので、モータ地絡の判断ができる。従って、モータ起動前に、モータを起動させない等のモータ地絡時対応の制御を行うことができる。 At the time of discharge prevention control, if the motor has a ground fault, in addition to the current flowing through the first boot capacitor and the current flowing through the second boot capacitor, the current due to the motor ground fault passes through the lower switching element that is turned on. It flows to the current detector. Therefore, the first determination unit determines that the motor is grounded when the detection result by the current detection unit is equal to or greater than the first predetermined value during the discharge prevention control. That is, according to this motor drive device, in addition to turning on and off the predetermined lower switching element by the charge control, the predetermined lower switching element continues to be turned on by the discharge prevention control, so that it is possible to determine the motor ground fault. Therefore, before starting the motor, it is possible to perform control corresponding to a motor ground fault such as not starting the motor.
発明7に係るモータ駆動装置は、発明5または6に係るモータ駆動装置であって、第2判断部を更に備える。第2判断部は、放電防止制御時、電流検出部による検出結果が第2所定値以下である場合、電流検出部が短絡していると判断する。 A motor drive device according to a seventh aspect of the present invention is the motor drive device according to the fifth or sixth aspect of the present invention, further comprising a second determination unit. The second determination unit determines that the current detection unit is short-circuited when the detection result by the current detection unit is equal to or less than the second predetermined value during the discharge prevention control.
電流検出部が短絡していると、例えばモータ起動前に行われる放電防止制御時には、電流検出部が第1ブートコンデンサを流れる電流及び第2ブートコンデンサを流れる電流の合計値を検出するはずが、検出できなくなってしまう。そこで、第2判断部は、例えば放電防止制御時に、電流検出部による検出結果が第2所定値以下である場合には、電流検出部が短絡していると判断することができる。これにより、モータ起動前から電流検出部の状態異常を知ることができる。 If the current detection unit is short-circuited, for example, during discharge prevention control performed before starting the motor, the current detection unit should detect the total value of the current flowing through the first boot capacitor and the current flowing through the second boot capacitor. It can no longer be detected. Therefore, the second determination unit can determine that the current detection unit is short-circuited, for example, when the detection result by the current detection unit is equal to or less than the second predetermined value during the discharge prevention control. Thereby, it is possible to know the state abnormality of the current detection unit before starting the motor.
発明8に係るモータ駆動装置は、発明5〜7のいずれかに係るモータ駆動装置であって、通電制御部は、放電防止制御をモータ起動前に行う。そして、モータ駆動装置は、第3判断部を更に備える。第3判断部は、放電防止制御時、電流検出部による検出結果が第3所定値以下である場合、モータが駆動していると判断する。 A motor drive device according to an eighth aspect of the present invention is the motor drive device according to any of the fifth to seventh aspects, wherein the energization control unit performs the discharge prevention control before starting the motor. The motor drive device further includes a third determination unit. The third determination unit determines that the motor is driven when the detection result by the current detection unit is equal to or less than a third predetermined value during the discharge prevention control.
ここで、モータが例えばファンモータであるとする。放電防止制御時にはモータは起動していないため、電流検出部は、第1ブートコンデンサに流れる電流及び第2ブートコンデンサに流れる電流の合計値を検出するはずである。しかし、順風や逆風等によってモータが駆動していると、当該電流はオンしている下側スイッチング素子とモータとの間を還流してしまうため、電流検出部は当該電流を検出できなくなる。そこで、第3判断部は、放電防止制御時、電流検出部による検出結果が第3所定値以下である場合には、起動していないはずのモータが誤って駆動していると判断することができる。これにより、モータの誤動作を知ることができる。 Here, it is assumed that the motor is, for example, a fan motor. Since the motor is not started during the discharge prevention control, the current detection unit should detect the total value of the current flowing through the first boot capacitor and the current flowing through the second boot capacitor. However, when the motor is driven by a normal wind, a reverse wind, or the like, the current flows back between the lower switching element that is turned on and the motor, and thus the current detection unit cannot detect the current. Therefore, the third determination unit may determine that the motor that should not have been started is erroneously driven when the detection result by the current detection unit is equal to or less than the third predetermined value during the discharge prevention control. it can. Thereby, it is possible to know the malfunction of the motor.
発明9に係るモータ駆動装置は、発明1〜8のいずれかに係るモータ駆動装置であって、モータは3相モータである。インバータ部は、スイッチング素子対を3つ有する。 A motor driving device according to a ninth aspect is the motor driving device according to any one of the first to eighth aspects, wherein the motor is a three-phase motor. The inverter unit has three switching element pairs.
このモータ駆動装置では、インバータ部がスイッチング素子対を3つ有することから、ブートコンデンサも3つ備えられている。この場合においても、3つのブートコンデンサそれぞれの放電を防止することができることから、モータは、問題なく駆動することができる。 In this motor drive device, since the inverter unit has three switching element pairs, three boot capacitors are also provided. Even in this case, since the discharge of each of the three boot capacitors can be prevented, the motor can be driven without any problem.
発明1に係るモータ駆動装置によると、第2ブートコンデンサの充電中、第1ブートコンデンサにおいて除々に放電され電圧降下が起こるのを防ぐことができるため、モータは、問題なく駆動することができる。 According to the motor driving device of the first aspect of the present invention, it is possible to prevent the first boot capacitor from being gradually discharged and a voltage drop during charging of the second boot capacitor, so that the motor can be driven without any problem.
発明2に係るモータ駆動装置によると、各下側スイッチング素子に対応して設けられている下側素子制御部が通電制御部として機能するため、下側素子制御部とは別に通電制御部を設けずに済む。 According to the motor drive device of the second aspect, since the lower element control unit provided corresponding to each lower switching element functions as the energization control unit, the energization control unit is provided separately from the lower element control unit. You do n’t have to.
発明3に係るモータ駆動装置によると、充電部からの電流は、第1ブートコンデンサを介して当該下側スイッチング素子へと流れるため、第1ブートコンデンサの放電を防止することができる。 According to the motor drive device of the third aspect of the invention, the current from the charging unit flows to the lower switching element via the first boot capacitor, so that the first boot capacitor can be prevented from discharging.
発明4に係るモータ駆動装置によると、ブートコンデンサには急激な大電流(即ち、突入電流)が流れないため、突入電流による他の機能部への影響を防ぐことができる。 According to the motor drive device of the fourth aspect of the present invention, since a sudden large current (that is, inrush current) does not flow through the boot capacitor, it is possible to prevent the inrush current from affecting other functional units.
発明5に係るモータ駆動装置によると、第2ブートコンデンサが充電を行っている間、充電済の第1ブートコンデンサには、下側スイッチング素子がオンし続けることで電流が流し続けられる。この電流は、第1ブートコンデンサ及び下側スイッチング素子を介して電流検出部に流れ、該電流検出部にて検出される。 According to the motor drive device of the fifth aspect of the present invention, while the second boot capacitor is being charged, a current continues to flow through the charged first boot capacitor as the lower switching element is kept on. This current flows to the current detection unit via the first boot capacitor and the lower switching element, and is detected by the current detection unit.
発明6に係るモータ駆動装置によると、充電制御によって所定の下側スイッチング素子がオンオフをするのに加え、放電防止制御によって所定の下側スイッチング素子がオンし続けるので、モータ地絡の判断ができる。従って、モータ起動前に、モータを起動させない等のモータ地絡時対応の制御を行うことができる。 According to the motor drive device of the sixth aspect of the present invention, the predetermined lower switching element is kept on by the discharge prevention control in addition to the predetermined lower switching element being turned on / off by the charge control, so that it is possible to determine the motor ground fault. . Therefore, before starting the motor, it is possible to perform control corresponding to a motor ground fault such as not starting the motor.
発明7に係るモータ駆動装置は、例えば放電防止制御時に、電流検出部による検出結果が第2所定値以下である場合には、電流検出部が短絡していると判断することができる。従って、モータ起動前から電流検出部の状態異常を知ることができる。 The motor drive device according to the seventh aspect of the invention can determine that the current detection unit is short-circuited, for example, when the detection result by the current detection unit is equal to or less than the second predetermined value during discharge prevention control. Therefore, it is possible to know the state abnormality of the current detection unit before the motor is started.
発明8に係るモータ駆動装置は、放電防止制御時、電流検出部による検出結果が第3所定値以下である場合には、起動していないはずのモータが誤って駆動していると判断することができる。従って、モータの誤動作を知ることができる。 The motor drive device according to the eighth aspect of the present invention determines that the motor that should not have been started is erroneously driven when the detection result by the current detection unit is equal to or less than the third predetermined value during the discharge prevention control. Can do. Therefore, it is possible to know the malfunction of the motor.
発明9に係るモータ駆動装置によると、3つのブートコンデンサそれぞれの放電を防止することができることから、モータは、問題なく駆動することができる。 According to the motor drive device of the ninth aspect of the present invention, since the discharge of each of the three boot capacitors can be prevented, the motor can be driven without any problem.
以下、本発明に係るモータ駆動装置について、図を参照しつつ具体的に説明する。 Hereinafter, a motor drive device according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(1)全体及びモータの構成
図1は、モータ51と、該モータ51を駆動するモータ駆動装置1とを含むモータの駆動システム100の全体構成図である。ここで、モータの種類としては、一般的には直流モータや交流モータ、ステッピングモータ、ブラシレスモータ等が挙げられるが、本実施形態に係るモータ51としては、3相のブラシレスモータが用いられる。
(1) Overall and Motor Configuration FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
モータ51は、空気調和装置の室外機における室外ファン61に用いられるファンモータである。モータ51は、図2に示すように、ステータ52、ロータ53及び3つのホール素子54u,54v,54wを備えている。
The
ステータ52は、スター結線されたU相、V相及びW相の駆動コイル52u,52v,52wを有する。U相、V相及びW相の各駆動コイル52u〜52wは、一方端がそれぞれインバータ部3における上側トランジスタQ1a〜Q3aと下側トランジスタQ1b〜Q3bとの各接続点PU,PV,PWに接続され、他方端が全て端子PNに接続されている。これら3相の駆動コイル52u〜52wは、ロータ53が回転することにより、その回転速度及びロータ53の位置に応じた誘起電圧を発生させる。
The
ロータ53は、複数の磁極で構成される永久磁石を有し、固定された状態にあるステータ52に対し回転軸を中心として回転する。ロータ53は、例えばN極の永久磁石及びS極の永久磁石がそれぞれ4つずつあり、N極の永久磁石とS極の永久磁石とが交互に組み合わせられた構成となっている。ロータ53の回転は、この回転軸と同一軸心上にある出力軸(図示せず)を介して室外ファン61に伝達される。
The
3つのホール素子54u〜54wは、互いに電気角で120度離れた位置に設けられている。具体的に、各ホール素子54u〜54wは、各駆動コイル52u〜52wそれぞれに対応するようにして設けられている。各ホール素子54u〜54wは、ステータ52に対するロータ53の位置を、対応する各駆動コイル52u〜52wに発生した誘起電圧に基づいて検出し、ロータ53の位置を示す位置検出信号を出力する。この位置検出信号は、モータ駆動装置1の有するマイクロコンピュータ(図示せず)等に出力される。
The three
尚、図示しないマイクロコンピュータは、モータ駆動装置1の全体的制御を行う。
A microcomputer (not shown) performs overall control of the
(2)モータ駆動装置の構成
モータ駆動装置1は、図1に示すように、主として、電源部2、インバータ部3、インバータ制御回路4、充電部6、シャント抵抗7(電流検出部に相当)、及び状態判断部9を備える。モータ駆動装置1を構成するこれらの各機能部は、1つのプリント基板P1上に構成されており、インターフェースIF1,IF2,IF3を介してモータ51に接続されている。
(2) Configuration of Motor Drive Device As shown in FIG. 1, the
〔電源部〕
電源部2は、モータ駆動装置1用の電源をインバータ部3に供給する。具体的に、電源部2は、モータ駆動装置1外部の3相の商用電源21に接続された整流部22を有している。整流部22は、図示してはいないが、ダイオード等によって構成されており、商用電源21から出力された交流電圧を整流する。即ち、商用電源21から出力された交流電圧は、電源部2において直流電圧に変換され、その後インバータ部3に供給される。
〔Power supply part〕
The
〔インバータ部〕
インバータ部3は、複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタQ1a,Q2a,Q3a,Q1b,Q2b,Q3b(スイッチング素子に相当。以下、単にトランジスタという)と、複数の還流用ダイオードD1a,D2a,D3a,D1b,D2b,D3bとで構成されている。トランジスタQ1a及びQ1b、Q2a及びQ2b、Q3a及びQ3bは、電源配線L1とGND配線L2との間に互いに直列に接続されている。ここで、トランジスタQ1a,Q2a、Q3aは、トランジスタQ1b,Q2b,Q3bよりも電源配線L1側に位置するため、以下では、上側トランジスタ(上側スイッチング素子に相当)といい、トランジスタQ1b,Q2b、Q3bは、トランジスタQ1a,Q2a,Q3aよりもGND配線L2側に位置するため、以下では、下側トランジスタ(下側スイッチング素子に相当)という。つまり、インバータ部3は、上側トランジスタQ1a〜Q3aと下側トランジスタQ1b〜Q3bとからなるトランジスタ対(スイッチング素子対に相当)SW1,SW2,SW3を、モータ51の相の数に対応して3つ有している。
[Inverter part]
The
そして、トランジスタ対SW1における上側トランジスタQ1a及び下側トランジスタQ1bの接続点PUは、プリント基板P1上のインターフェースIF1を介してモータ51に接続されている。同様に、各トランジスタ対SW2,SW3における上側トランジスタQ2a,Q3a及び下側トランジスタQ2b,Q3bの各接続点PV,PWは、プリント基板P1上のインターフェースIF2,IF3を介してモータ51に接続されている。図1,2に示すように、トランジスタQ1a,Q1bからなるトランジスタ対SW1、トランジスタQ2a,Q2bからなるトランジスタ対SW2、トランジスタQ3a,Q3bからなるトランジスタ対SW3は、順にU相の駆動コイル52u、V相の駆動コイル52v、W相の駆動コイル52wに対応している。
The connection point PU of the upper transistor Q1a and the lower transistor Q1b in the transistor pair SW1 is connected to the
還流用ダイオードD1a〜D3a,D1b〜D3bは、各トランジスタQ1a〜Q3a,Q1b〜Q3bに逆電圧が印加された場合に導通するような特性を有しており、各トランジスタQ1a〜Q3a,Q1b〜Q3bに並列に接続されている。 The free-wheeling diodes D1a to D3a and D1b to D3b have characteristics such that they are turned on when a reverse voltage is applied to the transistors Q1a to Q3a and Q1b to Q3b. Connected in parallel.
このような構成を有するインバータ部3は、インバータ制御回路4から送られてくるゲート制御電圧に基づいて各トランジスタQ1a〜Q3a,Q1b〜Q3bがオン及びオフすることで、モータ51を駆動するための駆動電圧を生成する。この駆動電圧により、モータ51は回転駆動することができる。
The
〔インバータ制御回路〕
インバータ制御回路4は、インバータ部3の各トランジスタQ1a〜Q3a,Q1b〜Q3bにゲート制御電圧を印加し、各トランジスタQ1a〜Q3a,Q1b〜Q3bのオン及びオフを制御する回路である。インバータ制御回路4は、主として、上側トランジスタQ1a〜Q3aそれぞれに対応して設けられている上側素子制御部41a,42a,43a及びブートコンデンサC1,C2,C3と、下側トランジスタQ1b〜Q3bそれぞれに対応して設けられている下側素子制御部41b,42b,43bとを有する。
[Inverter control circuit]
The inverter control circuit 4 is a circuit that applies a gate control voltage to each of the transistors Q1a to Q3a and Q1b to Q3b of the
上側素子制御部41a〜43aは、上側トランジスタQ1a〜Q3aと同じく3つ設けられている。各上側素子制御部41a〜43aの入力端子は、図示しないマイクロコンピュータに接続されており、出力端子は各上側トランジスタQ1a〜Q3aのベース端子に接続されている。上側素子制御部41a〜43aは、図示しないマイクロコンピュータから送られてくる指令に基づいて、接続されている上側トランジスタQ1a〜Q3aをオンまたはオフするゲート制御電圧を生成する。言い換えると、上側素子制御部41a〜43aは、対応する上側トランジスタQ1a〜Q3aの動作を制御する。
Three upper
ブートコンデンサC1〜C3は、上側トランジスタQ1a〜Q3aと同じく、各上側トランジスタQ1a〜Q3aに対応して3つ設けられている。各ブートコンデンサC1〜C3における高圧側となる端子は、上側素子制御部41a〜43aの電源端子となるように接続されていると共に、各ダイオードD1,D2,D3、各抵抗R1,R2,R3を介して充電部6に接続されている(図4参照)。各ブートコンデンサC1〜C3の低圧側となる端子は、各上側素子制御部41a〜43aのGND側端子となるように接続されると共に、上側トランジスタQ1a〜Q3a及び下側トランジスタQ1b〜Q3bの各間(即ち、上側トランジスタQ1a〜Q3aの下流側であって、かつ下側トランジスタQ1b〜Q3bの上流側)に接続されている。このようなブートコンデンサC1〜C3は、充電部6から電流が流されることで電荷を貯めることができ、この電荷を対応する上側素子制御部41a〜43aに対し動作電源として供給することができる。
Similarly to the upper transistors Q1a to Q3a, three boot capacitors C1 to C3 are provided corresponding to the upper transistors Q1a to Q3a. The terminals on the high voltage side of the boot capacitors C1 to C3 are connected so as to be the power supply terminals of the upper
下側素子制御部41b〜43bは、下側トランジスタQ1b〜Q3bと同じく、各下側トランジスタQ1b〜Q3bに対応して3つ設けられている。各下側素子制御部41b〜43bの入力端子は、図示しないマイクロコンピュータに接続されており、出力端子は各下側トランジスタQ1b〜Q3bのベース端子に接続されている。下側素子制御部41b〜43bは、図示しないマイクロコンピュータから送られてくる指令に基づいて、接続されている下側トランジスタQ1b〜Q3bをオンまたはオフするゲート制御電圧を生成する。言い換えると、下側素子制御部41b〜43bは、対応する下側トランジスタQ1b〜Q3bの動作を制御する。
Similar to the lower transistors Q1b to Q3b, three lower
特に、本実施形態に係る下側素子制御部41b〜43bは、ブートコンデンサC1〜C3の充電制御及び放電防止制御を行う通電制御部として機能する。充電制御とは、各上側素子制御部41a〜43aの動作電源として利用される十分な電荷が各ブートコンデンサC1〜C3に溜まるようにするための制御である。放電防止制御とは、各ブートコンデンサC1〜C3に溜まった電荷が各上側素子制御部41a〜43aの動作電源として用いられる前に除々に放電するのを防止するための制御である。充電制御及び放電防止制御は、モータ51の起動前に行われる。
In particular, the lower
−充電制御−
充電制御においては、全ての上側トランジスタQ1a〜Q3aがオフしたまま下側トランジスタQ1b〜Q3bが順に複数回オンオフを行うことで、充電部6からブートコンデンサC1〜C3に順に電流が流され、各ブートコンデンサC1〜C3が充電される。特に、本実施形態では、図3に示すように、図示しないマイクロコンピュータからモータ51の起動指令が送られてくると、先ずはブートコンデンサC1の充電動作を行うべく、下側素子制御部41bは、対応するU相の下側トランジスタQ1bを、所定周波数で複数回オン及びオフさせる。この時、他の下側素子制御部42b,43bは、対応するV相、W相の下側トランジスタQ2b,Q3bそれぞれをオンさせず、オフの状態を維持する。つまり、ブートコンデンサC1の充電時には、他のブートコンデンサC2,C3の充電動作は行われない。これは、複数のブートコンデンサC1〜C3への充電動作が一斉に行われて各ブートコンデンサC1〜C3に流れる突入電流の合計値が大きくなることにより、インバータ部3以外の他の機能部やモータ駆動装置1以外の他の機器への悪影響を軽減させるためである。
-Charge control-
In the charge control, when the lower transistors Q1b to Q3b are turned on and off in order several times while all the upper transistors Q1a to Q3a are turned off, a current flows in order from the charging
ここで、上述した所定周波数、ならびにブートコンデンサC1の充電制御が行われる期間は、例えばブートコンデンサC1の容量値や該コンデンサC1に流れると予測される突入電流の大きさ、貯める電荷量等に応じて、シミュレーションや机上計算、実験などによって適宜決定される。尚、ブートコンデンサC1の充電時に、下側トランジスタQ1bがオンし続けるのではなく複数回オン及びオフを繰り返すのは、ブートコンデンサC1への突入電流を抑制するためである。 Here, the predetermined frequency and the period during which the boot capacitor C1 is charged are controlled according to, for example, the capacitance value of the boot capacitor C1, the magnitude of the inrush current expected to flow through the capacitor C1, the amount of stored charge, and the like. Therefore, it is determined as appropriate by simulation, desktop calculation, experiment, or the like. The reason why the lower transistor Q1b is repeatedly turned on and off a plurality of times when the boot capacitor C1 is charged is to suppress the inrush current to the boot capacitor C1.
上述したように、下側トランジスタQ1bがオン及びオフを繰り返すと、図4の矢印に示すように、充電部6から抵抗R1、ダイオードD1、ブートコンデンサC1、下側トランジスタQ1bへの電流経路が形成される。これにより、ブートコンデンサC1には充電部6からの電流が流れ、充電される。
As described above, when the lower transistor Q1b is repeatedly turned on and off, a current path from the charging
上記充電制御は、他のブートコンデンサC2,C3についても、ブートコンデンサC1と同様に、1つずつ順に行われる。即ち、ブートコンデンサC2の充電の際には、V相の下側トランジスタQ2bがオン及びオフを所定周波数で複数回行い、ブートコンデンサC3の充電の際には、W相の下側トランジスタQ3bがオン及びオフを所定周波数で複数回行う。 The charging control is performed for the other boot capacitors C2 and C3 one by one in the same manner as the boot capacitor C1. That is, when the boot capacitor C2 is charged, the V-phase lower transistor Q2b is turned on and off a plurality of times at a predetermined frequency, and when the boot capacitor C3 is charged, the W-phase lower transistor Q3b is turned on. And turning off a plurality of times at a predetermined frequency.
尚、図3に係るゲート制御電圧では、各トランジスタQ1a〜Q3a,Q1b〜Q3bをオンさせる場合を“H”、オフさせる場合を“L”として表している。また、図3では、各ブートコンデンサC1〜C3の両端電圧の経時的変化を、ゲート制御電圧と共に表している。 In the gate control voltage according to FIG. 3, “H” indicates that the transistors Q1a to Q3a and Q1b to Q3b are turned on, and “L” indicates that the transistors are turned off. Further, in FIG. 3, the change with time of the voltage across the boot capacitors C1 to C3 is shown together with the gate control voltage.
−放電防止制御−
放電防止制御においては、複数のブートコンデンサC1〜C3のうち、充電が完了したブートコンデンサ(以下、第1ブートコンデンサという)を除く残りのブートコンデンサ(以下、第2ブートコンデンサという)の少なくとも1つが充電を行っている間、第1ブートコンデンサには電流が流し続けられる。具体的には、第2ブートコンデンサの少なくとも1つが充電を行っている間、第2ブートコンデンサには当然ながら電流が流れるが、下側素子制御部41b〜43bは、第1ブートコンデンサに対応する上側トランジスタQ1a〜Q3aに接続された下側トランジスタQ1b〜Q3bをオンし続けることで、充電済みの第1ブートコンデンサにも電流を流し続けさせる。尚、放電防止制御が行われている間、充電制御時と同様に、上側トランジスタQ1a〜Q3a全ては、オフの状態を保つ。
−Discharge prevention control−
In the discharge prevention control, at least one of the remaining boot capacitors (hereinafter referred to as the second boot capacitor) excluding the boot capacitor (hereinafter referred to as the first boot capacitor) that has been fully charged among the plurality of boot capacitors C1 to C3. While charging, current continues to flow through the first boot capacitor. Specifically, while at least one of the second boot capacitors is charging, a current flows through the second boot capacitor, but the lower
例えば、ブートコンデンサC1のみが充電完了したとする(この場合、ブートコンデンサC1が“第1ブートコンデンサ”である)。この場合、既に説明したように、続いてV相の下側トランジスタQ2bのオン及びオフが複数回行われ、未充電のブートコンデンサC2の充電が行われる。この充電が行われている間、U相の上側トランジスタQ1aはオフした状態を保ったまま、下側トランジスタQ1bがオンをし続けた状態となり(図3の“C2充電”の期間を参照)、既に充電済みのブートコンデンサC1には電流が流し続けられる。これにより、図5に示すように、充電部6から抵抗R2、ダイオードD2、ブートコンデンサC2及びオンオフを繰り返している下側トランジスタQ2bへと電流が流れると共に、充電部6から抵抗R1、ダイオードD1、ブートコンデンサC1及びオンし続けている下側トランジスタQ1bへと電流が流れる。即ち、抵抗R1からブートコンデンサC1、下側トランジスタQ1bへと流れる電流は(図5のI1)、ブートコンデンサC1の電圧降下を防止し電荷を保つ(つまり、放電防止)ための電流であって、抵抗R2からブートコンデンサC2、下側トランジスタQ2bへと流れる電流は(図5のI2)、ブートコンデンサC2に電荷を貯める(つまり、充電)ための電流であると言える。
For example, it is assumed that only the boot capacitor C1 has been charged (in this case, the boot capacitor C1 is the “first boot capacitor”). In this case, as described above, the V-phase lower transistor Q2b is turned on and off a plurality of times, and the uncharged boot capacitor C2 is charged. While this charging is being performed, the U-phase upper transistor Q1a is kept turned off while the lower transistor Q1b is kept turned on (see the period of “C2 charging” in FIG. 3). The current continues to flow through the already charged boot capacitor C1. As a result, as shown in FIG. 5, current flows from the charging
更に、ブートコンデンサC2の充電完了後には、続いて未充電であるブートコンデンサC3の充電が行われる(図3の“C3充電”の期間を参照)。ブートコンデンサC3の充電期間には、既に充電済みのブートコンデンサC1,C2について、上述した放電防止制御が行われる。具体的には、U相,V相の各上側トランジスタQ1a,Q2aはオフした状態で、各下側トランジスタQ1b,Q2bは、オンし続ける。これにより、充電中のブートコンデンサC3には充電用の電流が流れると共に、充電済みのブートコンデンサC1,C2には、放電防止用の電流が流れる。 Further, after the charging of the boot capacitor C2 is completed, the uncharged boot capacitor C3 is subsequently charged (see the “C3 charging” period in FIG. 3). During the charging period of the boot capacitor C3, the above-described discharge prevention control is performed on the already charged boot capacitors C1 and C2. Specifically, the U-phase and V-phase upper transistors Q1a and Q2a are turned off, and the lower transistors Q1b and Q2b are kept on. As a result, a charging current flows through the boot capacitor C3 being charged, and a discharge preventing current flows through the boot capacitors C1 and C2 that have been charged.
尚、充電済みのブートコンデンサ(第1ブートコンデンサ)は、既に電荷が溜まった状態にあるため、電荷が溜まっておらず充電中であるブートコンデンサ(第2ブートコンデンサ)に比して少ない電流が流れることになる。従って、ブートコンデンサC1,C2については放電防止制御が行われておりブートコンデンサC3については充電制御が行われているとしても、いわゆる突入電流のような比較的大きい電流が全てのブートコンデンサC1〜C3に一斉に流れるわけではないため、モータ駆動装置1の他の機能部やモータ駆動装置1以外の他の機器に影響が及ぼされるはない。
Since the charged boot capacitor (first boot capacitor) is already in a state where electric charge has been accumulated, the electric charge is not accumulated, and the current is smaller than that of the boot capacitor being charged (second boot capacitor). Will flow. Therefore, even if the boot capacitors C1 and C2 are subjected to discharge prevention control and the boot capacitor C3 is subjected to charge control, a relatively large current such as a so-called inrush current is applied to all the boot capacitors C1 to C3. Therefore, other functions of the
このようにして全てのブートコンデンサC1〜C3の充電が完了すると、所定時間の間全ての下側トランジスタQ1b〜Q3bがオンし続けることで、全ての相について放電防止制御が行われる(図3)。当該所定時間経過後、休止期間(いわゆる0ベクトル)が与えられ、その後インバータ制御回路4は、モータ51が起動するように各トランジスタQ1a〜Q3a,Q1b〜Q3bをオン及びオフさせる。このモータ51の起動時、各ブートコンデンサC1〜C3に貯められた電荷は、対応する上側トランジスタQ1a〜Q3aに接続された上側素子制御部41a〜43aそれぞれの動作電源として利用される。これにより、インバータ部3からは、モータ51を駆動するための駆動電圧が出力され、モータ51が通常回転を行うようになる。
When charging of all the boot capacitors C1 to C3 is completed in this way, all the lower transistors Q1b to Q3b are kept on for a predetermined time, so that discharge prevention control is performed for all phases (FIG. 3). . After the predetermined time has elapsed, a pause period (so-called zero vector) is given, and then the inverter control circuit 4 turns on and off each of the transistors Q1a to Q3a and Q1b to Q3b so that the
〔充電部〕
充電部6は、各ブートコンデンサC1〜C3を充電可能である。充電部6は、電源部2とは別途設けられており、例えばスイッチング電源で構成されている。充電部6の出力側端子は、各相の抵抗R1〜R3等を介して各ブートコンデンサC1〜C3に接続され、GND側端子は、GND端子L2に接続されている。充電部6は、インバータ部3と電源部2の整流部22との間に配されている。
[Charging section]
The charging
〔シャント抵抗〕
シャント抵抗7は、下側トランジスタQ1b〜Q3bそれぞれの下流側、より具体的には、インバータ部3と充電部6との間であってかつGND配線L2上に直列に接続されている。シャント抵抗7は、GND配線L2上に流れる電流を検出する。例えば、モータ51が駆動しており通常回転を行っている際には、GND配線L2上には、モータ51に流れる電流(即ち、モータ電流)が流れるため、シャント抵抗7は、これを検出することができる。シャント抵抗7に電流が流れると、シャント抵抗7の両端には、流れた電流量に基づく電位差が発生する。この電位差は、増幅回路8にて所定ゲイン倍に増幅された後、状態判断部9に入力される。
[Shunt resistance]
The
特に、本実施形態においては、放電防止制御がなされている場合、既に述べたようにモータ51は起動していないが、下側トランジスタQ1b〜Q3bの少なくとも1つがオンし続けている。そのため、充電部6から充電済みの第1ブートコンデンサやオンし続けている下側トランジスタを介して流れてきた放電防止用の電流、ならびに充電中の第2ブートコンデンサやオンオフを繰り返している下側トランジスタを介して流れてきた充電用の電流が、シャント抵抗7上にも流れる。よって、モータ51の地絡や誤動作等が生じておらず、かつシャント抵抗7が短絡してない場合には、シャント抵抗7は、上記電流の合計値を検出することができる。
In particular, in the present embodiment, when the discharge prevention control is performed, the
〔状態判断部〕
状態判断部9は、図示しないマイクロコンピュータとは別途、メモリ及びCPUからなるマイクロコンピュータで構成される。状態判断部9は、増幅回路8にて増幅された電圧が入力されると、当該電圧値に基づいてGND配線L2上を流れる電流、即ちシャント抵抗7による検出結果を算出する。モータ51が通常回転している場合に状態判断部9にて算出された電流値は、図示しないマイクロコンピュータに送られ、モータ51のフィードバック制御用として利用される。
[Status Judgment Unit]
The
特に、本実施形態に係る状態判断部9は、下側素子制御部41b〜43bが放電防止制御を行っている間、算出した電流値に基づいてモータ51の状態ならびにシャント抵抗7の状態を判断する。このような動作を行うため、状態判断部9は、第1判断部91、第2判断部92及び第3判断部93として機能する。ここで、モータ51の状態とは、モータ51が地絡しているか否かの状態、及びモータ51が誤動作を行っているか否かの状態を言う。シャント抵抗7の状態とは、シャント抵抗7が短絡しているか否かの状態を言う。
In particular, the
第1判断部91は、放電防止制御時、シャント抵抗7による検出結果が第1所定値以上である場合、モータ51が地絡していると判断する。逆に、シャント抵抗7による検出結果が第1所定値以下である場合には、第1判断部91は、モータ51は地絡していないと判断する。既に述べているように、放電防止制御は、モータ51の起動前に行われるため、放電防止制御時にモータ51が地絡していなければ、シャント抵抗7は、充電済みの第1ブートコンデンサに流れる放電防止用の電流及び充電中の第2ブートコンデンサに流れる充電用の電流の合計値を検出するはずである。従って、第1判断部91は、シャント抵抗7の検出結果が第1所定値以下であれば、モータ51は地絡していないと判断することができる。しかしながら、モータ51が地絡していると、放電防止制御時、第2ブートコンデンサに流れる充電用の電流及び第1ブートコンデンサに流れる放電防止用の電流のみならず、モータ51の地絡による電流が更にシャント抵抗7に流れる。そこで、第1判断部9は、検出結果が第1所定値以上であれば、モータ51は地絡していると判断することができる。
The
第2判断部92は、放電防止制御時、シャント抵抗7による検出結果が第2所定値以下である場合には、シャント抵抗7が短絡しており異常な状態であると判断する。逆に、シャント抵抗7による検出結果が第2所定値以上である場合には、第2判断部92は、シャント抵抗7は短絡しておらず正常な状態であると判断する。既に述べたように、放電防止制御時であれば、オンし続けている下側トランジスタQ1b〜Q3bがあるため、シャント抵抗7は、正常な状態であれば、第1ブートコンデンサに流れる放電防止用の電流及び第2ブートコンデンサに流れる充電用の電流の合計値を検出するはずである。従って、第2判断部92は、検出結果が第2所定値以上であれば、シャント抵抗7は短絡していないと判断することができる。しかしながら、シャント抵抗7が短絡していると、電流検出を行うことができなくなる。そこで、第2判断部92は、検出結果が第2所定値以下であれば、シャント抵抗7は短絡していると判断することができる。
The
第3判断部93は、放電防止制御時、シャント抵抗7による検出結果が第3所定値以下である場合には、モータ51が誤って駆動していると判断する。逆に、シャント抵抗7による検出結果が第3所定値以上である場合には、第3判断部93は、モータ51は駆動していないと判断する。既に述べたように、放電防止制御は、モータ51の起動前、つまりはモータ51が駆動していない状態時に行われるため、シャント抵抗7は、第1ブートコンデンサに流れる放電防止用の電流及び第2ブートコンデンサに流れる充電用の電流の合計値を検出するはずである。ところが、順風や逆風等の影響を室外ファン61が受けると、室外ファン61には正方向や逆方向に外力が加わることとなり、起動していないモータ51は回転してしまう。すると、シャント抵抗7が検出するはずの電流(つまり、各ブートコンデンサC1〜C3に流れる電流の合計値)は、図6に示すように下側トランジスタQ1b〜Q3bとモータ51の駆動コイル52u〜52wとの間を還流してしまうため、シャント抵抗7は当該電流を検出できなくなってしまう。そこで、第3判断部93は、シャント抵抗7の検出結果が第3所定値以下であれば、起動してないはずのモータ51が駆動している、いわゆる誤動作であると判断することができる。
The
尚、図6は、一例として、ブートコンデンサC1については放電防止制御が行われ、ブートコンデンサC2については充電制御が行われている状態において、モータ51が誤動作をしている場合に、W相の下側トランジスタQ3bの還流用ダイオードD3b、駆動コイル52u〜52w、U相及びV相の下側トランジスタQ1b,Q2bを電流が還流している場合を示している。
In FIG. 6, as an example, when the
ここで、第1所定値、第2所定値及び第3所定値の関係を、図7に示す。図7は、第1所定値、第2所定値及び第3所定値の関係を概念的に示す図である。図7に示すように、モータ51の地絡判断時に用いられる第1所定値は、シャント抵抗7の短絡判断時に用いられる第2所定値、及びモータ51の誤動作判断時に用いられる第3所定値よりも大きい。そして、シャント抵抗7の検出結果(電流値)が第1所定値よりも小さく、かつ第2所定値、第3所定値よりも大きい場合は、モータ51及びシャント抵抗7の各状態が共に正常であると判断できるため、図7では第1所定値と第2所定値との間を“正常領域”と示している。また、図7では、シャント抵抗7の検出結果が第1所定値よりも大きい領域を“モータ地絡領域”、シャント抵抗7の検出結果が第2所定値よりも小さい領域を“シャント抵抗の短絡領域”、シャント抵抗7の検出結果が第3所定値よりも小さい領域を“モータ誤動作領域”と示している。
Here, the relationship between the first predetermined value, the second predetermined value, and the third predetermined value is shown in FIG. FIG. 7 is a diagram conceptually showing the relationship between the first predetermined value, the second predetermined value, and the third predetermined value. As shown in FIG. 7, the first predetermined value used when determining the ground fault of the
第1所定値は、例えば机上計算やシミュレーション等によって、第1ブートコンデンサに流れる放電防止用の電流及び第2ブートコンデンサに流れる充電用の電流の合計値の最大値に所定値を加えた値に決定される。具体例としては、2つのブートコンデンサC1,C2については放電防止制御が行われ、残りのブートコンデンサC3については充電制御が行われているとして、ブートコンデンサC1,C2に流れる放電防止用の電流及びブートコンデンサC3に流れる充電用の電流の合計値に、該合計値のマージンを加えた数値に決定される。また、第1所定値は、モータ51が地絡していればシャント抵抗7に流れると予測される電流値の最小値に決定されてもよい。
The first predetermined value is a value obtained by adding a predetermined value to the maximum value of the total value of the discharge preventing current flowing through the first boot capacitor and the charging current flowing through the second boot capacitor by, for example, desktop calculation or simulation. It is determined. As a specific example, it is assumed that discharge prevention control is performed for the two boot capacitors C1 and C2, and charge control is performed for the remaining boot capacitors C3. It is determined to be a numerical value obtained by adding a margin of the total value to the total value of the charging current flowing through the boot capacitor C3. Further, the first predetermined value may be determined to be the minimum value of the current value predicted to flow through the
第2所定値及び第3所定値は、例えば机上計算やシミュレーション等によって、第1ブートコンデンサに流れる放電防止用の電流及び第2ブートコンデンサに流れる充電用の電流の合計値の最小値から所定値を引いた値に決定される。具体例としては、1つのブートコンデンサC1については放電制御が行われ、ブートコンデンサC2については充電制御が行われており、残りのブートコンデンサC3については何ら制御が行われていないとして、ブートコンデンサC1に流れる放電防止用の電流及びブートコンデンサC2に流れる充電用の電流の合計値からマージン分を差し引いた数値に決定される。また、第2所定値及び第3所定値それぞれは、放電防止制御時にシャント抵抗7が短絡している場合及びモータ51が誤って駆動している場合に、シャント抵抗7が検出するかもしれないと予測される各電流値の最小値に決定されてもよい。
The second predetermined value and the third predetermined value are determined from a minimum value of a total value of a discharge preventing current flowing through the first boot capacitor and a charging current flowing through the second boot capacitor by, for example, a desktop calculation or a simulation. Is determined by subtracting. As a specific example, it is assumed that discharge control is performed for one boot capacitor C1, charge control is performed for the boot capacitor C2, and no control is performed for the remaining boot capacitor C3. The value is determined by subtracting the margin from the total value of the discharge preventing current flowing through and the charging current flowing through the boot capacitor C2. In addition, the second predetermined value and the third predetermined value may be detected by the
尚、図7では、第3所定値が第2所定値よりも小さいと表されているが、第2所定値及び第3所定値は、共に第1所定値よりも小さい値であればよく、第2所定値及び第3所定値の大小は図7に限定されない。第2所定値は第3所定値と同じ値でもよいし(例えば、共に10mA等)、第2所定値は第3所定値よりも大きくても良い。 In FIG. 7, the third predetermined value is expressed as being smaller than the second predetermined value. However, both the second predetermined value and the third predetermined value may be values smaller than the first predetermined value. The magnitudes of the second predetermined value and the third predetermined value are not limited to those shown in FIG. The second predetermined value may be the same value as the third predetermined value (for example, 10 mA for both), or the second predetermined value may be larger than the third predetermined value.
尚、上述したモータ51やシャント抵抗7の状態判断は、放電防止制御が行われている間、所定時間毎に行われる。つまり、状態判断部9は、所定時間毎にシャント抵抗7の検出結果を取り込み、当該検出結果を用いてモータ51やシャント抵抗7の状態判断を行う。所定時間が小さい程、状態判断部9がモータ51やシャント抵抗7の状態判断を行う回数が増えるため、状態判断部9は、モータ51やシャント抵抗7の状態判断をよりリアルタイムで行うことができる。
The state determination of the
(3)動作
次に、モータ駆動装置1の動作について、図8〜9を用いて説明する。
(3) Operation Next, the operation of the
ステップS1〜2:モータ駆動装置1は、図示しないマイクロコンピュータからモータ51の起動指令を取得すると(S1のYes)、U相のブートコンデンサC1から順に各相のブートコンデンサC1〜C3の充電制御を開始する(S2)。つまり、インバータ制御回路4は、はじめに下側トランジスタQ1bのみを複数回オン及びオフさせることで、ブートコンデンサC1の充電を開始する。
Steps S1 and 2: When the
ステップS3:ブートコンデンサC1の充電が完了すると、インバータ制御回路4は、次いでV相のブートコンデンサC2を充電させるため、V相の上側トランジスタQ2aはオフしたまま下側スイッチング素子Q2bを複数回オン及びオフさせる。また、インバータ制御回路4は、既に充電済みのブートコンデンサC1について、放電防止制御を開始する(S3)。つまり、インバータ制御回路4は、U相の上側トランジスタQ1aをオフしたまま、かつ下側トランジスタQ1bをオンしたままにする。ブートコンデンサC2の充電が完了すると、インバータ制御回路4は、次いでW相のブートコンデンサC3について充電制御を行うと共に、U相及びV相の充電済みのブートコンデンサC1,C2について、放電防止制御を行う。 Step S3: When the charging of the boot capacitor C1 is completed, the inverter control circuit 4 then charges the V-phase boot capacitor C2, so that the lower switching element Q2b is turned on a plurality of times while the V-phase upper transistor Q2a remains off. Turn off. Further, the inverter control circuit 4 starts discharge prevention control for the already charged boot capacitor C1 (S3). That is, the inverter control circuit 4 keeps the U-phase upper transistor Q1a off and the lower transistor Q1b on. When charging of the boot capacitor C2 is completed, the inverter control circuit 4 then performs charge control for the W-phase boot capacitor C3 and performs discharge prevention control for the U-phase and V-phase charged boot capacitors C1 and C2. .
ステップS4〜5:ステップS3の放電防止制御が行われている間、状態判断部9は、所定時間毎にシャント抵抗7の検出結果を取り込み、該検出結果を第1所定値、第2所定値、第3所定値それぞれと比較する(S4,S6,S8)。当該検出結果が第1所定値以上である場合には(S4のYes)、第1判断部91として機能する状態判断部9は、モータ51が地絡していると判断する(S5)。
Steps S4 to 5: While the discharge prevention control of Step S3 is being performed, the
ステップS6〜7:シャント抵抗7の検出結果が第2所定値以下である場合(S6のYes)、第2判断部92として機能する状態判断部9は、シャント抵抗7が短絡していると判断する(S7)。
Steps S6-7: When the detection result of the
ステップS8〜9:シャント抵抗7の検出結果が第3所定値以下である場合(S8のYes)、第3判断部93として機能する状態判断部9は、モータ51が誤って駆動していると判断する(S9)。
Steps S8 to 9: When the detection result of the
尚、ステップS4、S6,S8において、シャント抵抗7の検出結果が第1所定値以下であって、かつ第2所定値及び第3所定値以上である場合には、状態判断部9は、モータ51の地絡及び誤動作、シャント抵抗7の短絡は生じておらず、モータ51及びシャント抵抗7は正常な状態であると判断する。
In steps S4, S6, and S8, if the detection result of the
ステップS10〜12:ステップS4〜9は、全てのブートコンデンサC1〜C3の充電が完了するまで行われる(S10のNo)。全てのブートコンデンサC1〜C3の充電が完了すると(S10のYes)、インバータ制御回路4は、全てのブートコンデンサC1〜C3について放電防止制御を所定期間行った後、全ての下側トランジスタQ1a〜Q3a,Q1b〜Q3bをオフにし(S11)、その後モータ51を起動させる(S12)。
Steps S10 to 12: Steps S4 to S9 are performed until charging of all the boot capacitors C1 to C3 is completed (No in S10). When charging of all the boot capacitors C1 to C3 is completed (Yes in S10), the inverter control circuit 4 performs the discharge prevention control for all the boot capacitors C1 to C3 for a predetermined period, and then all the lower transistors Q1a to Q3a. , Q1b to Q3b are turned off (S11), and then the
尚、状態判断部9が、モータ51が地絡していると判断した場合(S5)、シャント抵抗7が短絡していると判断した場合(S7)、モータ51が誤って駆動していると判断した場合(S9)には、モータ駆動装置1は、モータ51の起動を行わずに、一連の動作を終了する。
When the
(4)効果
(A)
本実施形態に係るモータ駆動装置1は、充電済のブートコンデンサがある状態で(第1ブートコンデンサ)、未だ充電していないブートコンデンサ(第2ブートコンデンサ)の充電が行われている間、第1ブートコンデンサに電流を流し続ける放電防止制御を行う。これにより、第2ブートコンデンサの充電中、第1ブートコンデンサにおいて除々に放電され電圧降下が起こるのを防ぐことができるため、上側素子制御部41a〜43aは、モータ51の起動時、ブートコンデンサC1〜C3に貯められた十分な電荷を動作電源として用いることができる。従って、モータ51は、問題なく駆動することができる。
(4) Effect (A)
The
(B)
特に、本実施形態では、下側素子制御部41b〜43bが、上記放電防止制御や充電制御を行う通電制御部として機能する。従って、放電防止制御時、下側素子制御部41b〜43bである通電制御部によって下側トランジスタQ1b〜Q3bがオンされれば、充電部6からの電流が、オンされた下側トランジスタQ1b〜Q3bに接続されたブートコンデンサC1〜C3を介して該下側トランジスタQ1b〜Q3bへと流れる電流経路が形成される。このように、各下側トランジスタQ1b〜Q3bに対応して設けられている下側素子制御部41b〜43bが通電制御部として機能することで、下側素子制御部41b〜43bとは別に通電制御部を設けずに済む。
(B)
In particular, in the present embodiment, the lower
(C)
また、本実施形態では、放電防止制御時、第1ブートコンデンサに対応する上側トランジスタQ1a〜Q3aに接続された下側トランジスタQ1b〜Q3bがオンし続けられる。これにより、充電部6からの電流は、第1ブートコンデンサを介して当該下側トランジスタQ1b〜Q3bへと流れるため、第1ブートコンデンサの放電を防止することができる。
(C)
In the present embodiment, during the discharge prevention control, the lower transistors Q1b to Q3b connected to the upper transistors Q1a to Q3a corresponding to the first boot capacitor are kept on. Thereby, since the current from the charging
(D)
また、本実施形態では、充電制御時、充電されるブートコンデンサC1〜C3に対応する相の下側トランジスタQ1b〜Q3bが所定周波数で複数回オン及びオフすることにより、充電部6から当該ブートコンデンサC1〜C3に電流が流される。これにより、ブートコンデンサC1〜C3の充電時、ブートコンデンサC1〜C3は除々に充電されるようになる。従って、ブートコンデンサC1〜C3には急激な大電流(即ち、突入電流)が流れないため、突入電流による他の機能部への影響を防ぐことができる。
(D)
Further, in the present embodiment, when charging control is performed, the lower transistors Q1b to Q3b corresponding to the boot capacitors C1 to C3 to be charged are turned on and off at a predetermined frequency a plurality of times, so that the charging
(E)
また、本実施形態では、放電防止制御時、充電済の第1ブートコンデンサには、該第1ブートデンサに対応する相の下側トランジスタQ1b〜Q3bがオンし続けることで電流が流し続けられるが、この電流は、該第1ブートコンデンサ及び下側トランジスタQ1b〜Q3bを介してシャント抵抗7に流れる。
(E)
Further, in the present embodiment, during the discharge prevention control, a current continues to flow through the charged first boot capacitor by continuing to turn on the lower transistors Q1b to Q3b of the phase corresponding to the first boot capacitor. This current flows to the
(F)
放電防止制御時、モータ51が地絡していれば、第1ブートコンデンサを流れる放電防止用の電流及び第2ブートコンデンサに流れる充電用の電流に加えてモータ51地絡による電流が、オンしている下側トランジスタQ1b〜Q3bを介してシャント抵抗7に流れる。そこで、第1判断部91は、放電防止制御時、シャント抵抗7による検出結果が第1所定値以上である場合には、モータ51が地絡していると判断する。つまり、本実施形態に係るモータ駆動装置1によると、充電制御によって所定の下側トランジスタQ1b〜Q3bはオンオフするのに加え、放電防止制御によって所定の下側トランジスタQ1b〜Q3bがオンし続けるので、モータ51地絡の判断ができる。従って、モータ起動前に、モータ51を起動させない等のモータ51地絡時対応の制御を行うことができる。
(F)
If the
(G)
シャント抵抗7が短絡していると、モータ51起動前に行われる放電防止制御時には、シャント抵抗7が第1ブートコンデンサを流れる放電防止用の電流及び第2ブートコンデンサを流れる充電用の電流の合計値を検出するはずが、検出できなくなってしまう。そこで、第2判断部92は、放電防止制御時、シャント抵抗7による検出結果が第2所定値以下である場合には、シャント抵抗7が短絡していると判断することができる。これにより、モータ51起動前からシャント抵抗7の状態異常を知ることができる。
(G)
If the
(H)
本実施形態に係るモータ51は、ファンモータである。放電防止制御時にはモータ51は起動していないため、シャント抵抗7は第1ブートコンデンサに流れる放電防止用の電流及び第2ブートコンデンサに流れる充電用の電流の合計値を検出するはずである。しかし、順風や逆風等によってモータ51が駆動していると、当該電流はオンしている下側トランジスタQ1b〜Q3bとモータ51との間を還流してしまうため、シャント抵抗7は当該電流を検出できなくなる。そこで、第3判断部93は、放電防止制御時、シャント抵抗7による検出結果が第3所定値以下である場合には、起動していないはずのモータ51が誤って駆動していると判断することができる。これにより、モータ51の誤動作を知ることができる。
(H)
The
(I)
また、本実施形態では、モータ51が3相モータであって、インバータ部3がトランジスタ対SW1〜SW3を3つ有することから、ブートコンデンサC1〜C3も3つ備えられている。この場合においても、3つのブートコンデンサC1〜〜C3それぞれの放電を防止することができることから、モータ51は、問題なく駆動することができる。
(I)
In the present embodiment, since the
<その他の実施形態>
(a)
上記実施形態では、モータ51が3相モータである場合について説明した。しかし、モータは、3相に限定されず、複数相であれば何相であってもよい。また、モータ51の駆動コイル52u〜52wはスター結線ではなく、デルタ結線されていてもよい。
<Other embodiments>
(A)
In the above embodiment, the case where the
(b)
上記実施形態では、充電部6が1つである場合について説明した。しかし、充電部は、ブートコンデンサC1〜C3や抵抗R1〜R3、ダイオードD1〜D3と同様に、各相に対応して複数設けられていても良い。
(B)
In the above embodiment, the case where there is one
(c)
上記実施形態では、通電制御部として下側素子制御部41b〜43bが用いられる場合について説明した。しかし、通電制御部として、下側素子制御部41b〜43bとは別途、別の制御用回路が設けられてもよい。
(C)
In the above embodiment, the case where the lower
(d)
上記実施形態では、第2判断部92は、放電防止制御時に、シャント抵抗7が短絡しているか否かを判断すると説明した。しかし、第2判断部92は、放電防止制御時のみならず、充電制御のみがなされている場合や、モータ51が駆動している場合においても、シャント抵抗7が短絡しているか否かを判断してもよい。
(D)
In the above embodiment, it has been described that the
(e)
上記実施形態では、図3に示すように、いずれか1つのブートコンデンサC1〜C3が充電動作を行うように充電制御がなされる場合について説明した。しかし、充電制御は、全てのブートコンデンサC1〜C3について一斉に行われなければよく、例えばブートコンデンサC1及びC2のように、2つのブートコンデンサに対し同時に行われてもよい。但し、この場合、ブートコンデンサC3の充電時には、ブートコンデンサC1,C2に対し放電防止制御が行われる。
(E)
In the above embodiment, as illustrated in FIG. 3, the case where the charging control is performed so that any one of the boot capacitors C1 to C3 performs the charging operation has been described. However, the charge control may not be performed for all the boot capacitors C1 to C3 all at once, and may be performed simultaneously for two boot capacitors such as the boot capacitors C1 and C2. However, in this case, when the boot capacitor C3 is charged, discharge prevention control is performed on the boot capacitors C1 and C2.
(f)
上記実施形態では、図3に示すように、全てのブートコンデンサC1〜C3の充電が完了してからモータ51が起動するまでに休止期間が設けられている場合について説明した。しかし、休止期間は設けられずともよい。
(F)
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 3, a case has been described in which a pause period is provided from the completion of charging of all the boot capacitors C <b> 1 to C <b> 3 until the
(g)
上記実施形態では、「(3)動作」にて、モータ51の地絡(S5)、シャント抵抗7の短絡(S7)、ならびにモータ51の誤動作(S9)のいずれか1つでも生じていると判断された場合には、モータ51の起動を行わないと説明した。しかし、モータ駆動装置1は、上記のように判断された場合であっても、モータ51やシャント抵抗7の各状態の程度に応じてモータ51の起動を行っても良いし、各状態に対応する制御を別途行ってから、モータ51を起動してもよい。
(G)
In the above embodiment, in “(3) operation”, any one of the ground fault (S5) of the
(h)
上記実施形態では、電流検出部がシャント抵抗7で構成される場合について説明した。しかし、GND配線L2上を流れる電流を検出できるのであれば、電流検出部はシャント抵抗以外で構成されていてもよい。
(H)
In the above embodiment, the case where the current detection unit is configured by the
本発明に係るモータ駆動装置は、第2ブートコンデンサの充電中、第1ブートコンデンサにおいて除々に放電され電圧降下が起こるのを防ぐことができるため、モータを問題なく駆動させられるという効果を有する。本発明に係るモータ駆動装置は、例えば空気調和装置内のファン等の回転駆動源として用いられるモータの駆動用装置として適用できる。 The motor drive device according to the present invention can prevent the first boot capacitor from being gradually discharged and a voltage drop during charging of the second boot capacitor, and thus has an effect that the motor can be driven without any problem. The motor drive device according to the present invention can be applied as a motor drive device used as a rotational drive source such as a fan in an air conditioner.
1 モータ駆動装置
2 電源部
3 インバータ部
Q1a〜Q3a 上側トランジスタ
Q1b〜Q3b 下側トランジスタ
4 インバータ制御回路
41a〜43a 上側素子制御部
41b〜43b 下側素子制御部
C1〜C3 ブートコンデンサ
6 充電部
7 シャント抵抗
9 状態判断部
91 第1判断部
92 第2判断部
93 第3判断部
100 モータ駆動システム
51 モータ
52u〜52w 駆動コイル
DESCRIPTION OF
Claims (9)
互いに直列に接続された上側スイッチング素子(Q1a〜Q3a)及び下側スイッチング素子(Q1b〜Q3b)からなるスイッチング素子対(SW1〜SW3)を前記モータの各相に対応して複数有し、前記モータに接続されているインバータ部(3)と、
各前記上側スイッチング素子(Q1a〜Q3a)に対応して設けられ、各前記上側スイッチング素子の動作を制御する複数の上側素子制御部(41a〜43a)と、
各前記上側素子制御部(41a〜43a)に対し動作電源を供給可能な複数のブートコンデンサ(C1〜C3)と、
各前記ブートコンデンサ(C1〜C3)を充電可能な充電部(6)と、
前記充電部(6)から各前記ブートコンデンサ(C1〜C3)に順に電流を流すことで各前記ブートコンデンサ(C1〜C3)を充電する充電制御、及び複数の前記ブートコンデンサ(C1〜C3)のうち充電が完了した第1ブートコンデンサを除く残りの第2ブートコンデンサの少なくとも1つが充電を行っている間、前記第1ブートコンデンサに電流を流し続ける放電防止制御、を行う通電制御部(41b〜43b)と、
を備える、モータ駆動装置(1)。 A motor driving device for driving a motor (51) of a plurality of phases,
A plurality of switching element pairs (SW1 to SW3) each composed of an upper switching element (Q1a to Q3a) and a lower switching element (Q1b to Q3b) connected in series with each other of the motor, and the motor An inverter unit (3) connected to
A plurality of upper element control units (41a to 43a) that are provided corresponding to the upper switching elements (Q1a to Q3a) and control the operation of the upper switching elements;
A plurality of boot capacitors (C1 to C3) capable of supplying operating power to each of the upper element control units (41a to 43a);
A charging unit (6) capable of charging each of the boot capacitors (C1 to C3);
Charge control for charging each of the boot capacitors (C1 to C3) by flowing current from the charging unit (6) to each of the boot capacitors (C1 to C3) in order, and a plurality of the boot capacitors (C1 to C3) An energization control unit (41b to 41b) that performs discharge prevention control that keeps current flowing through the first boot capacitor while at least one of the remaining second boot capacitors other than the first boot capacitor that has been charged is charging. 43b)
A motor drive device (1) comprising:
前記通電制御部(41b〜43b)は、各前記下側スイッチング素子(Q1b〜Q3b)に対応して設けられ、各前記下側スイッチング素子(Q1b〜Q3b)の動作を制御する複数の下側素子制御部で構成される、
請求項1に記載のモータ駆動装置(1)。 Each of the boot capacitors (C1 to C3) has one end connected to the charging unit (6) and the other end corresponding to the upper switching element (Q1a to Q3a) and the lower switching element (Q1b to Q3b). Connected between and
The energization control units (41b to 43b) are provided corresponding to the lower switching elements (Q1b to Q3b), and control a plurality of lower elements that control the operations of the lower switching elements (Q1b to Q3b). Consists of a control unit,
The motor drive device (1) according to claim 1.
請求項2に記載のモータ駆動装置(1)。 In the discharge prevention control, the energization control units (41b to 43b) connect the lower switching elements (Q1b to Q3b) connected to the upper switching elements (Q1a to Q3a) corresponding to the first boot capacitor. By continuing to turn on, the current continues to flow from the charging unit (6) to the first boot capacitor.
The motor drive device (1) according to claim 2.
請求項2または3に記載のモータ駆動装置(1)。 In the charging control, the energization control units (41b to 43b) turn on and off each of the lower switching elements (Q1b to Q3b) at a predetermined frequency a plurality of times from the charging unit (6). Current is passed through the boot capacitors (C1 to C3).
The motor drive device (1) according to claim 2 or 3.
各前記下側スイッチング素子(Q1b〜Q3b)の下流側に接続され、前記モータ(51)に流れる電流を検知可能な電流検出部(7)、
を更に備える、請求項2〜4のいずれかに記載のモータ駆動装置(1)。 The motor (51) has a plurality of drive coils (52u to 52w) having one end connected between each of the upper switching elements (Q1a to Q3a) and the lower switching elements (Q1b to Q3b),
A current detector (7) connected to the downstream side of each of the lower switching elements (Q1b to Q3b) and capable of detecting a current flowing through the motor (51);
The motor drive device (1) according to any one of claims 2 to 4, further comprising:
前記放電防止制御時、前記電流検出部(7)による検出結果が第1所定値以上である場合、前記モータ(51)が地絡していると判断する第1判断部(91)、
を更に備える、請求項5に記載のモータ駆動装置(1)。 The energization control unit (41b to 43b) performs the discharge prevention control before starting the motor,
A first determination unit (91) that determines that the motor (51) is grounded when the detection result by the current detection unit (7) is equal to or greater than a first predetermined value during the discharge prevention control;
The motor drive device (1) according to claim 5, further comprising:
を更に備える、請求項5または6に記載のモータ駆動装置(1)。 A second determination unit (92) for determining that the current detection unit (7) is short-circuited when the detection result by the current detection unit (7) is less than or equal to a second predetermined value during the discharge prevention control;
The motor drive device (1) according to claim 5 or 6, further comprising:
前記放電防止制御時、前記電流検出部(7)による検出結果が第3所定値以下である場合、前記モータ(51)が駆動していると判断する第3判断部(93)、
を更に備える、請求項5〜7のいずれかに記載のモータ駆動装置(1)。 The energization control unit (41b to 43b) performs the discharge prevention control before starting the motor,
A third determination unit (93) for determining that the motor (51) is driven when the detection result by the current detection unit (7) is equal to or less than a third predetermined value during the discharge prevention control;
The motor drive device (1) according to any one of claims 5 to 7, further comprising:
前記インバータ部(3)は、前記スイッチング素子対(SW1〜SW3)を3つ有する、
請求項1〜8のいずれかに記載のモータ駆動装置(1)。 The motor (51) is a three-phase motor,
The inverter unit (3) includes three switching element pairs (SW1 to SW3).
The motor drive device (1) according to any one of claims 1 to 8.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109944783A (en) * | 2019-03-25 | 2019-06-28 | 江苏超力电器有限公司 | The control device and control method of automobile secondary air pump based on brushless motor driving |
-
2009
- 2009-10-20 JP JP2009241282A patent/JP2011091886A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109944783A (en) * | 2019-03-25 | 2019-06-28 | 江苏超力电器有限公司 | The control device and control method of automobile secondary air pump based on brushless motor driving |
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