JP2014155412A - Motor Drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、モータ駆動回路に係り、特にゲートドライバ回路が誤動作した場合にゲートドライバ回路の電源を遮断するモータ駆動回路に関する。 The present invention relates to a motor drive circuit, and more particularly to a motor drive circuit that shuts off the power supply of the gate driver circuit when the gate driver circuit malfunctions.
従来、例えば、電動車両に搭載されるモータ駆動回路においては、制御手段(CPU)に過電流、過熱信号を出力して、制御手段(CPU)で出力電流を低下させたり、あるいは、過電流、過熱信号を検出してトランジスタ駆動電圧を遮断させている。
このようなモータ駆動回路には、ゲートドライバ回路(IC)(LSI:集積回路)が備えられている。このゲートドライバ回路は、トランジスタ(FET、IGBT等)をスイッチングしながら電圧変化させるインバータ機能を有し、制御手段(CPU)からのスイッチング指示に対して、トランジスタを駆動できる電圧に増幅をしてスイッチング信号を出力する。
Conventionally, for example, in a motor drive circuit mounted on an electric vehicle, an overcurrent or overheat signal is output to a control means (CPU), and an output current is reduced by the control means (CPU), or an overcurrent, An overheat signal is detected to cut off the transistor drive voltage.
Such a motor drive circuit is provided with a gate driver circuit (IC) (LSI: integrated circuit). This gate driver circuit has an inverter function that changes the voltage while switching transistors (FET, IGBT, etc.), and switches to a voltage that can drive the transistor in response to a switching instruction from the control means (CPU). Output a signal.
従来、図3に示すように、トラクションモータ101を駆動するインバータ回路102としては、電動車両等のDCモータ駆動回路についての技術であって、特に、ゲートドライバ回路(IC)103と制御手段(CPU)104とを用いて、トランジスタ(FET、IGBT等)T1〜T6をスイッチングさせてモータ電圧を変化させる回路であり、スイッチング素子の短絡を防止する構造のものがある。
Conventionally, as shown in FIG. 3, the
また、図4に示すように、ゲートドライバ回路201において、ハイサイドFET(第1のスイッチング素子に相当する)の駆動にあっては、制御手段(CPU)からHIN202にオン、オフ信号が入力される。その応答に応じて、パルス発振器203からパルス信号が発生する。このパルス信号をRSラッチ回路204が受けて出力を固定する。その応答に応じてHO205からハイサイドFET(第1のスイッチング素子に相当する)を駆動する信号が出力される。
一方、ローサイドFET(第2のスイッチング素子に相当する)の駆動にあっては、制御手段(CPU)からLIN206にオン、オフ信号が入力される。遅延回路207を経由して、その応答に応じてLO208からローサイドFET(第2のスイッチング素子に相当する)を駆動する信号が出力される。
ハイサイドFET(第1のスイッチング素子に相当する)の駆動部分において、パルス発振器203の誤動作、若しくは、何らかの電気的ノイズで、RSラッチ回路204の出力が「H」に固定されてしまった場合に、ゲートドライバ回路201の入力の如何に関わらず、ハイサイドFET(第1のスイッチング素子に相当する)をオンし続けてしまう。
このようなRSラッチ回路204による意図しない出力の固定を解除するために、一度、ゲートドライバ回路201への電源を遮断すると言ったことが有効である。
さらに、このようなモータ駆動回路としては、以下のような先行技術文献がある。
As shown in FIG. 4, in the
On the other hand, in driving a low-side FET (corresponding to a second switching element), an ON / OFF signal is input to the
When the output of the
In order to release such unintended output fixing by the
Furthermore, there are the following prior art documents as such a motor drive circuit.
特許文献1に係るゲートドライバおよびそのゲートドライバを含むモータ駆動装置は、直列接続されたパワートランジスタの導通・遮断の電流を制御するものであって、スイッチングの際のゲート電圧の上昇を防止し、直列接続されたパワートランジスタの短絡を防止するものである。 The gate driver and the motor driving device including the gate driver according to Patent Document 1 control the conduction / cutoff current of the power transistors connected in series, and prevent an increase in the gate voltage during switching. This prevents a short circuit of the power transistors connected in series.
ところが、従来、モータ駆動回路では、ゲートドライバ回路が誤動作を起こして、ハイサイドFET(第1のスイッチング素子に相当する)とローサイドFET(第2のスイッチング素子に相当する)とを同時にオンさせてしまい、このため、短絡電流(過電流)を流してしまい、トランジスタの破損等の故障を招くおそれがあった。
このような不具合を解消するための対策方法として、トランジスタの出力段で過電流を検出してゲートドライバ回路の出力を遮断する回路構造や、入力段に上下のオン信号が入らないような回路構造のものがある。
しかし、ゲートドライバ回路の入力段及び出力段の信号を遮断するので、ゲートドライバ回路が誤動作している場合に、遮断し続けることになり、スイッチング機能が停止し続けてしまうという問題があった。
However, in the conventional motor drive circuit, the gate driver circuit malfunctions, and the high-side FET (corresponding to the first switching element) and the low-side FET (corresponding to the second switching element) are simultaneously turned on. As a result, a short-circuit current (overcurrent) is caused to flow, leading to a failure such as damage to the transistor.
As countermeasures to solve such problems, a circuit structure that detects an overcurrent at the output stage of the transistor and shuts off the output of the gate driver circuit, or a circuit structure that prevents upper and lower ON signals from entering the input stage. There are things.
However, since the signals at the input stage and the output stage of the gate driver circuit are cut off, the gate driver circuit continues to be cut off when the gate driver circuit malfunctions, and there is a problem that the switching function continues to stop.
そこで、この発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、ゲートドライバ回路が誤動作した場合に、ゲートドライバ回路の電源を遮断し、ゲートドライバ回路の誤動作を停止することができるモータ駆動回路を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and when the gate driver circuit malfunctions, the motor drive capable of shutting down the gate driver circuit power supply and stopping the malfunction of the gate driver circuit. An object is to provide a circuit.
この発明は、上記の目的を達成するための構造として、モータを設け、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子を設け、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するゲートドライバ回路を設けたモータ駆動回路において、前記ゲートドライバ回路から前記第1のスイッチング素子のオン信号が出力されると、自動的に前記第2のスイッチング素子をオフにする機能を有する短絡保護回路を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a motor, a first switching element and a second switching element, and drives the first switching element and the second switching element. In the motor drive circuit provided with the gate driver circuit for generating the drive signal, when the on signal of the first switching element is output from the gate driver circuit, the second switching element is automatically turned off. A short circuit protection circuit having a function is provided.
この発明は、ゲートドライバ回路が誤動作した場合に、ゲートドライバ回路の電源を遮断し、ゲートドライバ回路の誤動作を停止することができる。 According to the present invention, when the gate driver circuit malfunctions, the power supply of the gate driver circuit can be cut off and the malfunction of the gate driver circuit can be stopped.
この発明は、ゲートドライバ回路が誤動作した場合に、ゲートドライバ回路の電源を遮断し、ゲートドライバ回路の誤動作を停止する目的を、2つのスイッチング素子を同時にオンすることをなくして実現するものである。 The present invention realizes the purpose of shutting down the power supply of the gate driver circuit and stopping the malfunction of the gate driver circuit when the gate driver circuit malfunctions, without simultaneously turning on two switching elements. .
図1は、この発明の実施例1を示すものである。
図1に示すように、電動車両には、この電動車両を走行させるためのモータ1と、このモータ1を駆動するためのモータ駆動回路2とが搭載される。
このモータ駆動回路2は、モータ1へ電源を供給するモータ駆動用電源(バッテリ)3と、第1のスイッチング素子4と、第2のスイッチング素子5と、ゲートドライバ回路(IC)6と、短絡保護回路7とを備える。
第1のスイッチング素子4は、トランジスタであって、ハイサイドFETである。
第2のスイッチング素子5は、トランジスタであって、ローサイドFETである。
ゲートドライバ回路(IC)6は、電界効果トランジスタであって、集積回路(LSI)からなる。
FIG. 1 shows Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, a motor 1 for driving the electric vehicle and a
This
The
The
The gate driver circuit (IC) 6 is a field effect transistor, and is composed of an integrated circuit (LSI).
モータ駆動用電源3には、プラス端子から第1接続部8を介してモータ1に接続する第1線9と、マイナス端子から第1接続部8を介してモータ1に接続する第2線10とが接続している。
第1のスイッチング素子4は、第1線9の途中に介設され、ゲート(G)とソース(S)とドレイン(D)とを備える。第1のスイッチング素子4のドレイン(D)は、モータ駆動用電源3のプラス端子側で第1線9に接続している。第1のスイッチング素子4のソース(S)は、第1接続部8側で第1線9に接続している。
第2のスイッチング素子5は、第2線10の途中に介設され、ゲート(G)とソース(S)とドレイン(D)とを備える。第2のスイッチング素子5のソース(S)は、モータ駆動用電源3のマイナス端子側で第2線10に接続している。第2のスイッチング素子5のドレイン(D)は、第1接続部8側で第2線10に接続している。
The motor
The
The
ゲートドライバ回路(IC)6は、第1のスイッチング素子4及び第2のスイッチング素子5を駆動するための駆動信号を生成するものである。
ゲートドライバ回路(IC)6は、短絡保護回路7内を通過する第3線11によって第1接続部8に接続している。
ゲートドライバ回路(IC)6は、短絡保護回路7内を通過する第4線12によって第1のスイッチング素子4のゲート(G)に接続するとともに、短絡保護回路7内を通過する第5線13を介して第2のスイッチング素子5のゲート(G)に接続している。
ゲートドライバ回路(IC)6は、短絡保護回路7内を通過する第6線14によって回路(IC)用電源15に接続している。
ゲートドライバ回路(IC)6は、短絡保護回路7内を通過する第7線16によって第2線10の第2接続部17に接続している。また、この第2接続部17には、グランド(GND)18が接続している。
The gate driver circuit (IC) 6 generates a drive signal for driving the
The gate driver circuit (IC) 6 is connected to the
The gate driver circuit (IC) 6 is connected to the gate (G) of the
The gate driver circuit (IC) 6 is connected to a circuit (IC)
The gate driver circuit (IC) 6 is connected to the
短絡保護回路7内において、第4線12の途中には第1の抵抗(ハイサイドゲート抵抗)19が介設されるとともに、第5線13の途中には第2の抵抗(ローサイドゲート抵抗)20が介設され、さらに、第6線14の途中には第3の抵抗21が介設される。
また、短絡保護回路7内において、第3線11と第4線12との間には、短絡防止用スイッチング素子22が配置される。この短絡防止用スイッチング素子22は、ゲート(G)とソース(S)とドレイン(D)とを備える。この短絡防止用スイッチング素子22のゲート(G)は、第3線11の第3接続部23に接続する。この短絡防止用スイッチング素子22のソース(S)は、第1の抵抗19と第1のスイッチング素子4のゲート(G)との間の第4線12の第4接続部24に接続する。
更に、短絡保護回路7内において、第6線14と第7線16との間には、電源遮断用スイッチング素子25が配置される。この電源遮断用スイッチング素子25は、ゲート(G)とソース(S)とドレイン(D)とを備える。この電源遮断用スイッチング素子25のドレイン(D)は、ゲートドライバ回路(IC)6と第3の抵抗21との間の第6線14の第5接続部26に接続する。この電源遮断用スイッチング素子25のソース(S)は、第8線27によって第7線16の第6接続部28に接続する。
この電源遮断用スイッチング素子25のゲート(G)には、第9線29によってコンパレータ30が接続する。このコンパレータ30のプラス端子は、第10線31によってゲートドライバ回路(IC)6と第2の抵抗20との間の第5線13の第7接続部32に接続する。このコンパレータ30のマイナス端子は、第11線33によって第2の抵抗20と第2のスイッチング素子5のゲート(G)との間の第5線13の第8接続部34に接続する。
In the short-circuit protection circuit 7, a first resistor (high side gate resistor) 19 is interposed in the middle of the
In the short circuit protection circuit 7, a short circuit preventing
Further, in the short-circuit protection circuit 7, a power
A
短絡保護回路7内において、第5線13と第7線16との間には、バイポーラトランジスタ(BPT)35が配置される。このバイポーラトランジスタ35は、ベース(B)とコレクタ(C)とエミッタ(E)とを備える。このバイポーラトランジスタ35のベース(B)は、第12線36によって短絡防止用スイッチング素子22のドレイン(D)に接続する。このバイポーラトランジスタ35のコレクタ(C)は、第5線13の第8接続部34に接続する。このバイポーラトランジスタ35のエミッタ(E)は、第2接続部17と第6接続部28との間の第7線16の第9接続部37に接続する。
In the short circuit protection circuit 7, a bipolar transistor (BPT) 35 is disposed between the
このモータ駆動回路2においては、ゲートドライバ回路(IC)6と第1のスイッチング素子4のゲート(G)との間に短絡防止用スイッチング素子22のソース(S)を接続し、短絡防止用スイッチング素子22のドレイン(D)とバイポーラトランジスタ35のベース(B)とを接続し、短絡防止用スイッチング素子22のゲート(G)を第1のスイッチング素子4のソース(S)に接続する。また、バイポーラトランジスタ35のコレクク(C)を第2のスイッチング素子5のゲート(G)に接続し、バイポーラトランジスタ35のエミッタ(E)をグランド(GND)18に接続している。
このような構造により、ゲートドライバ回路(IC)6から第1のスイッチング素子4をオンさせるための電圧が出力されると、短絡防止用スイッチング素子22がオンされて、短絡防止用スイッチング素子22においてソース(S)とドレイン(D)との間に電流が流れてバイポーラトランジスタ35がオンされる。このとき、第2のスイッチング素子5をオンさせるための電圧が出力されても、第2のスイッチング素子5のゲート(G)がバイポーラトランジスタ35を通してグランド(GND)18に接続されているため、第2のスイッチング素子5がオンされることがなく、第1のスイッチング素子4と第2のスイッチング素子5のゲート(G)とソース(S)とに電圧が同時に印加されるのを防止する上下短絡防止回路としての機能を果たしている。
In this
With this structure, when a voltage for turning on the
また、モータ駆動回路2において、第2の抵抗20の両端は、コンパレータ30に接続している。
このような構造により、ゲートドライバ回路(IC)6から第1のスイッチング素子4、第2のスイッチング素子5をオンさせる短絡信号が出力された場合、第2のスイッチング素子5のゲート(G)がグランド(GND)18と接続されているため、第2の抵抗20の両端に電圧が生じる。それによって、コンパレータ30の出力が「H」になる。つまり、第2の抵抗20の電圧降下の有無により、コンパレータ30の出力が判定される。
In the
With such a structure, when a short circuit signal for turning on the
更に、モータ駆動回路2において、ゲートドライバ回路(IC)6の電源に使用する回路(IC)用電源15とゲートドライバ回路(IC)6との間に第3の抵抗21を配置する。また、第3の抵抗21とゲートドライバ回路(IC)6との間を分岐して、電源遮断用スイッチング素子25のドレイン(D)を接続する。電源遮断用スイッチング素子25のソース(S)をグランド(GND)18に接続し、コンパレータ30の出力を電源遮断用スイッチング素子25のゲート(G)に接続する。
このような構造より、ゲートドライバ回路(IC)6から第1のスイッチング素子4、第2のスイッチング素子5をオンさせる短絡信号が出力された場合に、ゲートドライバ回路(IC)6の電源電圧をグランド(GND)18に落とすことができる。この時、ゲートドライバ回路(IC)6は、動作を停止し、出力も同時に遮断されるため、短絡信号が停止する。このため、短絡防止用スイッチング素子22、バイポーラトランジスタ35もオフし、コンパレータ30からの出力は「L」となる。そして、電源遮断用スイッチング素子25はオフし、ゲートドライバ回路(IC)6への電源は再投入され、ゲートドライバ回路(IC)6が再起動される。
Further, in the
With this structure, when a short circuit signal for turning on the
この結果、このモータ駆動回路2において、短絡保護回路7は、ゲートドライバ回路(IC)6から第1のスイッチング素子4のオン信号が出力されると、自動的に第2のスイッチング素子5をオフにする機能を有する。
これにより、2つのスイッチング素子4、5が同時にオンすることがなくなるため、モータ駆動回路2の短絡防止が可能となる。
また、短絡保護回路7は、ゲートドライバ回路(IC)6から出力される短絡信号を検出する機能と、前記短絡信号の発生に応じてゲートドライバ回路(IC)6の電源を遮断する機能とを備える。
これにより、ゲートドライバ回路(IC)6が短絡信号を出力した際、ゲートドライバ回路(IC)6の電源を強制的に遮断でき、短絡信号の出力を停止させることが可能になる。そして、この短絡信号の出力が停止したら、ゲートドライバ回路(IC)6を一時的に完全に停止させてから、その後、ゲートドライバ回路(IC)6を再起動させることができる。
As a result, in this
As a result, the two
The short circuit protection circuit 7 has a function of detecting a short circuit signal output from the gate driver circuit (IC) 6 and a function of shutting off the power source of the gate driver circuit (IC) 6 in response to the generation of the short circuit signal. Prepare.
Thereby, when the gate driver circuit (IC) 6 outputs a short circuit signal, the power supply of the gate driver circuit (IC) 6 can be forcibly cut off, and the output of the short circuit signal can be stopped. When the output of the short circuit signal is stopped, the gate driver circuit (IC) 6 can be temporarily stopped completely, and then the gate driver circuit (IC) 6 can be restarted.
即ち、この実施例では、モータ駆動回路2の部品であるゲートドライバ回路(IC)6が誤動作した場合に、その誤動作を検出してゲートドライバ回路(IC)6の電源を遮断することにより、誤動作を停止させることができる。また、過電流の原因になるゲードライバ回路6からの短絡信号を事前に遮断(オフ)(バイポーラトランジスタ35をオンし、第2のスイッチング素子5のゲート(G)を0ボルトとする)し、上下短絡を防止することができる。
従って、上記の引用文献に記載の既知の技術のような短絡信号等による過電流が生じてからの遮断ではなく、短絡信号が出ていても短絡が起きない回路構造であって、短絡信号を出しているゲートドライバ回路(IC)6の電源を遮断し、短絡信号を止めることができる。
また、第2の抵抗20の電圧降下から短絡信号を検出する。これにより、一般的に、第2の抵抗20は、モータ駆動回路2に必要な回路であって、新たな回路を追加することなく短絡検出することができ、構造を簡単にできる。
That is, in this embodiment, when the gate driver circuit (IC) 6 which is a component of the
Therefore, it is a circuit structure in which a short circuit does not occur even if a short circuit signal is output, rather than a disconnection after an overcurrent caused by a short circuit signal or the like as in the known technique described in the above cited reference, It is possible to shut off the short circuit signal by shutting off the power supply of the gate driver circuit (IC) 6 that is provided.
Further, the short circuit signal is detected from the voltage drop of the
図2は、この発明の実施例2を示すものである。
この実施例2においては、上述の実施例1と同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。
この実施例2の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、図2に示すように、図1のモータ駆動回路2の構造において、短絡保護回路7を第1の短絡保護回路41として用いるとともに、第2の短絡保護回路42と制御手段(CPU)43とを新たに追加した。
第2の短絡保護回路42は、ゲートドライバ回路(IC)6と制御手段(CPU)43との間に配置される。
ゲートドライバ回路(IC)6と制御手段(CPU)43とは、第2の短絡保護回路42内を通過する第13線44と第14線45とによって接続している。
制御手段(CPU)43は、第2の短絡保護回路42内を通過する第15線46によって回路(IC)用電源15の手前の第6線14の第10接続部47に接続する。
制御手段(CPU)43は、第2の短絡保護回路42内を通過する第16線48によって第7線16の第11接続部49に接続する。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
In the second embodiment, portions that perform the same functions as those of the first embodiment will be described with the same reference numerals.
The features of the second embodiment are as follows. That is, as shown in FIG. 2, in the structure of the
The second short
The gate driver circuit (IC) 6 and the control means (CPU) 43 are connected by a
The control means (CPU) 43 is connected to the
The control means (CPU) 43 is connected to the
制御手段(CPU)43は、ゲートドライバ回路(IC)6に第1のスイッチング素子4及び第2のスイッチング素子5の駆動制御実施の指令を与える。
第2の短絡保護回路42は、制御手段(CPU)43から出力される短絡信号を検出する機能と、この短絡信号の発生に応じて制御手段(CPU)43の電源を遮断する機能とを有する。
これにより、制御手段(CPU)43からの誤動作を検出して、制御手段(CPU)43の電源を遮断することにより、制御手段(CPU)43が誤動作を起こして、ゲートドライバ回路(IC)6に短絡信号を送ってしまうことも防ぐことができる。
この結果、この実施例2に係る構造では、制御手段(CPU)43の誤動作を検出した際に制御手段(CPU)43の電源を強制的に遮断することにより、ゲートドライバ回路(IC)6の短絡信号を停止でき、モータ駆動回路2の短絡防止が可能となる。
The control means (CPU) 43 gives an instruction to drive control of the
The second short
As a result, a malfunction from the control means (CPU) 43 is detected and the power supply to the control means (CPU) 43 is shut off, causing the control means (CPU) 43 to malfunction and the gate driver circuit (IC) 6. It is also possible to prevent a short circuit signal from being sent to the terminal.
As a result, in the structure according to the second embodiment, when the malfunction of the control means (CPU) 43 is detected, the power of the control means (CPU) 43 is forcibly cut off, so that the gate driver circuit (IC) 6 The short circuit signal can be stopped and the
この発明に係るモータ駆動回路を、各種の電動車両に適用可能である。 The motor drive circuit according to the present invention can be applied to various electric vehicles.
1 モータ
2 モータ駆動回路
3 モータ駆動用電源(バッテリ)
4 第1のスイッチング素子(ハイサイドFET)
5 第2のスイッチング素子(ローサイドFET)
6 ゲートドライバ回路(IC)
7 短絡保護回路
15 回路(IC)用電源
18 グランド(GND)
19 第1の抵抗(ハイサイドゲート抵抗)
20 第2の抵抗(ローサイドゲート抵抗)
21 第3の抵抗
22 短絡防止用スイッチング素子(FET)
25 電源遮断用スイッチング素子(FET)
30 コンパレータ
35 バイポーラトランジスタ(BPT)
41 第1の短絡保護回路
42 第2の短絡保護回路
43 制御手段(CPU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
4 First switching element (high-side FET)
5 Second switching element (low-side FET)
6 Gate driver circuit (IC)
7 Short-
19 First resistor (high-side gate resistor)
20 Second resistor (low-side gate resistor)
21
25 Switching element for power shutdown (FET)
30
41 1st short
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