JP2015035914A

JP2015035914A - 負荷駆動装置

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Publication number: JP2015035914A
Application number: JP2013166425A
Authority: JP
Inventors: 善浩渡邉; Yoshihiro Watanabe
Original assignee: Denso Corp; Advics Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Advics Co Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP6090054B2

Abstract

【課題】高出力かつ高応答と車載電源システムの負荷低減の両立を図ることが可能な負荷駆動装置を提供する。【解決手段】モータ２の駆動開始時に発生した突入電流が電源電流容量を超えているか否かを判定するようにし、突入電流が電源電流容量を超えたときにはスイッチング素子４をオンオフ駆動する。これにより、モータ２への供給電流が電源電流容量までで規制されるようにできる。そして、このような駆動方法によれば、モータ２の起動電流を高くして高応答を図りつつ、突入電流時に電源電流容量を超える場合にそれを規制して車載電源システムの負荷低減を図ることが可能となる。よって、モータ駆動装置１を高出力かつ高応答と車載電源システムの負荷低減の両立を図ることが可能な負荷駆動装置とすることが可能となる。【選択図】図３

Description

本発明は、スイッチング素子を駆動することによってモータ等の負荷への給電を行う負荷駆動装置に関するものである。

従来、特許文献１において、スイッチング素子のオンオフ駆動に基づいて直流電源から負荷となるモータに給電し、モータ駆動を行う装置が提案されている。この装置では、モータ寿命の改善のために、起動時にモータを所定の電圧よりも低い電圧の供給で始動させ、始動後所定の電圧まで徐々に、あるいは任意の時間内に昇圧させるようにデューティ制御している。これにより、突入電流を低減でき、モータ寿命の改善を図ることを可能にしている。

特開平９−３１７６８９号公報

しかしながら、上記のように、起動時に一律にモータに印加する電圧を所定の電圧よりも低い電圧にしたのでは状況に応じた制御ができない。例えば、ブレーキ装置のように、応答性が要求されるシステムに備えられるモータを始動する際に、一律にモータに印加する電圧を所定の電圧よりも低い電圧にしてしまうと、応答性を確保することができない。特に、低温時のように、ブレーキ液の粘性抵抗が大きくなるときには、応答性が悪くなりがちであり、応答性の確保が困難になる。このため、応答性が要求されるシステムには、上記した特許文献１に示すような装置を適用できない。

また、ブレーキ装置においては、安全性を高めるために、より高出力かつ高応答の要求が高まっている。高出力かつ高応答を得るためには、起動時にモータに供給する電流（以下、起動電流という）を高くすれば良いが、その背反として、起動電流が大きくなることで車載電源システムの負荷が高くなる。

本発明は上記点に鑑みて、高出力かつ高応答と車載電源システムの負荷低減の両立を図ることが可能な負荷駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、負荷（２）の駆動開始時にスイッチング素子をオンさせることで起動電流を供給する電流供給手段と、負荷の駆動開始時に起動電流を供給したときに発生する突入電流が負荷への供給電流として供給可能な電流上限値となる電流電源容量を超えたことを判定する判定手段と、突入電流が電流電源容量を超えたと判定されたときに、スイッチング素子（４）をオンオフ制御することで負荷への起動電流の供給をオンオフ制御して、突入電流を電流電源容量に規制する電流規制手段と、を備えていることを特徴としている。

このように、負荷の駆動開始時に発生した突入電流が電源電流容量を超えているか否かを判定するようにし、突入電流が電源電流容量を超えたときにはスイッチング素子をオンオフ駆動する。これにより、負荷への供給電流が電源電流容量までで規制されるようにできる。このようにすれば、負荷の起動電流を高くして高応答を図りつつ、突入電流時に電源電流容量を超える場合にそれを規制して車載電源システムの負荷低減を図ることが可能となる。よって、高出力かつ高応答と車載電源システムの負荷低減の両立を図ることが可能な負荷駆動装置とすることが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるモータ駆動装置１およびモータ駆動装置１によって駆動されるモータ２の駆動回路等の概略構成を示した図である。第１実施形態で説明する起動電流の特性を示したタイムチャートである。第１実施形態で説明するモータ２の駆動方法を適用した場合の起動電流のタイムチャートである。第２実施形態で説明するモータ２の駆動方法を適用した場合の起動電流のタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる負荷駆動装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態では、負荷駆動装置としてモータ駆動装置１を例に挙げ、モータ駆動装置１によってモータ２の駆動を行う際に、高出力かつ高応答と車載電源システムの負荷低減の両立を図る場合について説明する。

モータ駆動装置１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、予め記憶されたプログラムにしたがってモータ２に対する直流電源３からの電力供給を制御することで、モータ２を駆動するものである。そして、モータ駆動装置１は、バッテリ容量やオルタネータ等による発電量および他の車載電装品で使用する電流量を加味したモータ２の駆動に用いることが可能な電流上限値となる電源電流容量を把握しており、その電源電流容量に基づいてモータ２に対する電流供給を制御する。

モータ駆動装置１は、モータ２の電流供給経路に備えられたスイッチング素子４を制御することで、モータ２に対する電流供給を制御する。本実施形態の場合、モータ駆動装置１によって駆動されるモータ２の駆動回路は、モータ２のハイサイド側にスイッチング素子４を接続したハイサイド駆動の駆動回路とされている。このため、モータ２のハイサイド側でスイッチング素子４を制御することにより、モータ２への電流供給を制御する。

具体的には、モータ駆動装置１は、駆動指示端子を通じてスイッチング素子４に対して指令信号を出力することにより、スイッチング素子４のオンオフを制御している。そして、スイッチング素子４のオンオフをデューティ制御もしくはＰＷＭ制御によって制御することで、モータ２への供給電流の電流量を制御できるようになっている。例えば、スイッチング素子４として、ＭＯＳトランジスタ４ａを備えたインテリジェントパワーデバイス（以下、ＩＰＤという）４ｂを用いている。このＩＰＤ４ｂは、ＭＯＳトランジスタ４ａのゲートに対して印加するゲート電圧を制御することにより、ＭＯＳトランジスタ４ａをオンオフさせることでモータ２への電流供給のオンオフを制御する。

また、モータ駆動装置１は、モータ２に供給される電流（以下、供給電流という）をモニタしている。例えば、図１に示すように、ＩＰＤ４ｂに、電流をモニタする電流センス機能を持たせ、出力端子ＣＳＮＳを通じてモータ駆動装置１のＡ／Ｄ入力端子に入力している。なお、出力端子ＣＳＮＳとモータ駆動装置１との間を繋ぐ配線に接続されている抵抗５は、プルダウン抵抗５である。

また、図１に示すように、モータ２に対してシャント抵抗６を直列接続し、モータ２とシャント抵抗６との間の電圧（以下、中間電位という）をモータ駆動装置１に入力するようにしても良い。この中間電位は、シャント抵抗６に印加される電圧であり、シャント抵抗６に流れる電流、つまりモータ２に供給される電流と対応する値となることから、中間電位をモニタすることで、モータ２に供給される電流をモニタすることができる。

モータ２は、例えば、ブレーキ液圧制御用の電動ポンプ（図示せず）の駆動用モータとして適用される。この場合、例えばアンチロックブレーキ（以下、ＡＢＳという）制御、横滑り防止制御、トラクション制御、プリクラッシュ制御、アダプティブクルーズコントロール（以下、ＡＣＣという）制御などのブレーキ制御が実行される際に、モータ２が駆動される。例えば、ＡＢＳ制御が実行される場合には、モータ２の駆動に基づくポンプ動作によって対象車輪のホイールシリンダから排出されたブレーキ液をマスタシリンダ側に返流する。また、横滑り防止制御、トラクション制御、プリクラッシュ制御やＡＣＣ制御などが実行される場合には、モータ２の駆動に基づくポンプ動作によってマスタシリンダ側からブレーキ液を圧送し、対象車輪のホイールシリンダを加圧する。このような動作を行う際に、モータ２が駆動される。

このような構成により、モータ駆動装置１およびモータ駆動装置１によって駆動されるモータ２の駆動回路等が構成されている。続いて、本実施形態にかかるモータ駆動装置１によるモータ２の駆動方法について説明する。

まず、モータ２の駆動方法の考え方について、図２を参照して説明する。図２に示すように、モータ２の駆動を開始すべく起動電流を流したときに、突入電流が発生したのち、負荷となるモータ２の抵抗値などによって決まる値まで低下して定常電流となる。このとき、モータ２の巻線やモータ２への電流供給経路を構成する銅配線が温特を有しているため、その温特に基づいて、突入電流がモータ２の駆動に用いることが可能な電源電流容量を超えることがある。特に、低温時には、突入電流が大きくなりがちであり、起動電流の値が電源電流容量を超え易い。このような場合には、バッテリ容量やオルタネータの発電量および他の車載電装品で使用する電流量を加味して、モータ２への供給電流を規制する必要がある。このため、本実施形態では、以下のような方法によって、モータ２への供給電流を規制している。

具体的には、まずは、モータ駆動装置１にて、スイッチング素子４をオンさせ、モータ２へ起動電流を流す。このとき、デューティ比を１００％として、もしくは、ＰＷＭ制御におけるパルス幅を常にオンする幅に設定することで、スイッチング素子４をフルオン、つまり連続的にオンさせた状態とする。これにより、起動電流が連続的にモータ２に供給される。

このような起動電流の供給により、図２に示したような突入電流が発生する。このモータ２への供給電流をモニタし、そのモニタ結果から、突入電流が電源電流容量を超えているか否かを判定する。そして、突入電流が電源電流容量を超えていなければ、スイッチング素子４をフルオンさせたままモータ２への電流供給を継続する。また、突入電流が電源電流容量を超えたら、スイッチング素子４をオンオフ制御して、モータ２への供給電流の増加を規制する。例えば、デューティ制御のデューティ比を低下させたり、ＰＷＭ制御におけるオン時のパルス幅を設定し、スイッチング素子４をオンオフ駆動に切り替えて、モータ２への供給電流の増加を規制する。これにより、図３に示したように、仮に、スイッチング素子４をフルオンした場合のモータ２への供給電流が電源電流容量を超えるような場合（図中破線）であっても、スイッチング素子４をオンオフ駆動することで、供給電流が電源電流容量までで規制される（図中実線）。

このように、モータ駆動装置１に、モータ２の駆動開始時に発生した突入電流が電源電流容量を超えているか否かを判定するようにし、突入電流が電源電流容量を超えたときにはスイッチング素子４をオンオフ駆動する。これにより、モータ２への供給電流が電源電流容量までで規制されるようにできる。

そして、このような駆動方法によれば、モータ２の起動電流を高くして高応答を図りつつ、突入電流時に電源電流容量を超える場合にそれを規制して車載電源システムの負荷低減を図ることが可能となる。よって、モータ駆動装置１を高出力かつ高応答と車載電源システムの負荷低減の両立を図ることが可能な負荷駆動装置とすることが可能となる。また、モータ２の起動電流を確保することを目的として、車載電源システムの電源電流容量を確保しなくても済む。さらに、モータ２への供給電流が大きいことによってスイッチング素子４が過熱状態となって破損することも考えられるが、本実施形態のようにすれば、モータ２への供給電流が過大にならないようにできる。このため、温度センサなどを追加しなくても、安価にモータ２の温度状態による起動電流の変化をモニタすることが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してモータ２の駆動方法を変更したものであり、それ以外の部分については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

上記第１実施形態では、モータ２の駆動開始時には、スイッチング素子４をフルオン、つまり連続的にオンさせた状態としてモータ２に起動電流を供給していた。これに対して、本実施形態では、図４に示すように、モータ２の駆動開始時には、スイッチング素子４を１００％より小さい所定のデューティ比、もしくは、所定のパルス幅としたオンオフ駆動によってモータ２に起動電流を供給する。そして、モータ駆動装置１にてモータ２の駆動開始時に発生した突入電流が電源電流容量を超えているか否かを判定し、超えていなければデューティ比を１００％、もしくは、ＰＷＭ制御におけるパルス幅を常にオンする幅に設定することで、スイッチング素子４をフルオンする。例えば、突入電流が発生する期間は予め確認できるため、その期間経過前もしくは期間経過時に突入電流が電源電流容量よりも小さければ、スイッチング素子４をフルオンに切替えるようにすれば良い。

このようにすれば、モータ２の駆動開始して直ぐのときには起動電流が規制されることになるが、突入電流が電源電流容量を超えていなければ、スイッチング素子４をフルオンさせて、より大きな起動電流がモータ２に供給されることになる。このため、モータ２の起動電流を高くして高応答を図りつつ、突入電流時に電源電流容量を超える場合にそれを規制して車載電源システムの負荷低減を図ることが可能となって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、モータ２の駆動開始して直ぐのときにスイッチング素子４をオンオフ駆動しているため、突入電流の上昇が規制される。このため、突入電流が電源電流容量を超え難くなるようにもできる。

なお、本実施形態の場合にも、スイッチング素子４をフルオンに切り替えてから、突入電流が電源電流容量を超えた場合には、第１実施形態と同様、スイッチング素子４のデューティ比を低下させたり、パルス幅を設定し、スイッチング素子４をオンオフ駆動に切り替えて、モータ２への供給電流の増加を規制する。これにより、さらに第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態では、負荷としてモータ２を例に挙げ、負荷駆動装置としてモータ２の駆動を行うモータ駆動装置１を例に挙げて説明したが、モータ２以外の負荷の駆動を行う負荷駆動装置に対しても本発明を適用することができる。また、スイッチング素子４としてＭＯＳトランジスタ４ａを例に挙げて説明したが、ＭＯＳトランジスタ４ｂに限らず、他の素子（例えばＩＧＢＴやリレーなど）を用いることもできる。

なお、上記各実施形態では、モータ駆動装置１に備えられる各機能部が本発明における各種手段を構成している。具体的には、モータ駆動装置１のうち、モータ２に対して起動電流を供給する部分が電流供給手段、突入電流が電流電源容量を超えたことを判定する部分が判定手段、モータ２への起動電流の供給をオンオフ制御して突入電流を電流電源容量に規制する部分が電流規制手段に相当する。

１…モータ駆動装置、２…モータ、３…直流電源、４…スイッチング素子、４ａ…ＭＯＳトランジスタ、４ｂ…ＩＰＤ、５…プルダウン抵抗、６…シャント抵抗

Claims

負荷（２）に電力を供給する直流電源（３）と、前記直流電源から前記負荷への電流供給をオンオフするスイッチング素子（４）とを備える前記負荷の駆動回路に適用され、前記スイッチング素子のオンオフを制御することにより前記負荷への電流供給を制御する負荷駆動装置において、
前記負荷の駆動開始時に前記スイッチング素子をオンさせることで起動電流を供給する電流供給手段と、
前記負荷の駆動開始時に起動電流を供給したときに発生する突入電流が前記負荷への供給電流として供給可能な電流上限値となる電流電源容量を超えたことを判定する判定手段と、
前記突入電流が前記電流電源容量を超えたと判定されたときに、前記スイッチング素子をオンオフ制御することで前記負荷への前記起動電流の供給をオンオフ制御して、前記突入電流を前記電流電源容量に規制する電流規制手段と、を備えていることを特徴とする負荷駆動装置。
前記電流供給手段は、前記負荷の駆動開始時に前記スイッチング素子を連続的にオンさせることで、前記負荷に前記起動電流を連続的に供給することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
前記電流供給手段は、前記負荷の駆動開始時に前記スイッチング素子をオンオフ制御することで前記負荷への前記起動電流の供給をオンオフ制御し、
前記判定手段は、前記オンオフ制御されている前記起動電流における前記突入電流が前記電流電源容量を超えているか否かを判定し、
さらに、前記判定手段にて前記突入電流が前記電流電源容量を超えていないと判定されたときには、前記スイッチング素子を連続的にオンさせるようにして、前記負荷に前記起動電流を連続的に供給することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。