JP2015136273A - Motor driving device - Google Patents

Motor driving device Download PDF

Info

Publication number
JP2015136273A
JP2015136273A JP2014007496A JP2014007496A JP2015136273A JP 2015136273 A JP2015136273 A JP 2015136273A JP 2014007496 A JP2014007496 A JP 2014007496A JP 2014007496 A JP2014007496 A JP 2014007496A JP 2015136273 A JP2015136273 A JP 2015136273A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
power supply
voltage side
motor
inverter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014007496A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6303128B2 (en
Inventor
田中 秀尚
Hidenao Tanaka
秀尚 田中
義典 竹岡
Yoshinori Takeoka
義典 竹岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2014007496A priority Critical patent/JP6303128B2/en
Priority to CN201590000243.3U priority patent/CN206041860U/en
Priority to PCT/JP2015/000005 priority patent/WO2015107867A1/en
Priority to BR212016016507-7U priority patent/BR212016016507Y1/en
Publication of JP2015136273A publication Critical patent/JP2015136273A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6303128B2 publication Critical patent/JP6303128B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably and reliably start a brushless DC motor.SOLUTION: A motor driving device has a brushless DC motor 1, an inverter 2, a bootstrap power source 6 for driving a high-voltage side switching element of the inverter 2, and a charge pump power source 7 serving a driving power source of a switching element 6a of the bootstrap power source 6. A capacitor of the charge pump power source is charged when a low-voltage side switching element of the inverter is turned off, so that an on-time of the low-voltage side switching element is not longer than a predetermined time. Therefore, a charge pump power source for driving a switch part of the bootstrap power source can secure a stable electric potential, reliably drive the switch part of the bootstrap power source, and reliably control the high-voltage switching element of the inverter 2, so as to stably and reliably drive the brushless DC motor.

Description

本発明は、インバータ制御によるモータ駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor drive device by inverter control.

従来、この種のモータ駆動装置は、インバータ回路の高圧側スイッチング素子駆動部はダイオードと抵抗およびコンデンサにより構成したブートストラップ電源を用い、モータの起動時には、インバータ回路の低圧側スイッチング素子をオン/オフして、ブートストラップ電源のコンデンサを安定した電位に充電するようにしている。(例えば特許文献1参照)
図4は、特許文献1に記載された従来のモータ駆動装置を示すものであり、3相モータを駆動するモータ駆動装置の1相分(U相)であり、インバータと駆動回路およびブートストラップ回路との接続関係を示している。
Conventionally, this type of motor drive device uses a bootstrap power supply composed of a diode, a resistor, and a capacitor for the high voltage side switching element drive part of the inverter circuit, and when the motor is started, the low voltage side switching element of the inverter circuit is turned on / off. The capacitor of the bootstrap power supply is charged to a stable potential. (For example, see Patent Document 1)
FIG. 4 shows a conventional motor drive device described in Patent Document 1, which is one phase (U phase) of a motor drive device that drives a three-phase motor, and includes an inverter, a drive circuit, and a bootstrap circuit. The connection relationship is shown.

図4は、3相モータを駆動するインバータの1相分を示している。3相モータを駆動するインバータ102は、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続した回路を6個用いて3相フルブリッジ構成している。   FIG. 4 shows one phase of an inverter that drives a three-phase motor. The inverter 102 that drives the three-phase motor has a three-phase full bridge configuration using six circuits in which switching elements and diodes are connected in antiparallel.

駆動回路104および105はそれぞれ、高圧側スイッチング素子102a、低圧側スイッチング素子102bを入力信号UpおよびUnの状態に応じてオン/オフ制御を行う。   The drive circuits 104 and 105 respectively perform on / off control of the high-voltage side switching element 102a and the low-voltage side switching element 102b according to the states of the input signals Up and Un.

U相ブートストラップ回路106は15V程度の直流電源106aと、ダイオード106b、抵抗106c、コンデンサ106dの直列接続により構成され、コンデンサ106dの負電位側は駆動回路104の負電位側に接続され、スイッチング素子102aのエミッタ端子に共通接続される。コンデンサ106dの正側端子は、駆動回路104の電源側端子に接続される。   The U-phase bootstrap circuit 106 is constituted by a series connection of a DC power supply 106a of about 15 V, a diode 106b, a resistor 106c, and a capacitor 106d. The negative potential side of the capacitor 106d is connected to the negative potential side of the drive circuit 104, and the switching element Commonly connected to the emitter terminal 102a. The positive terminal of the capacitor 106 d is connected to the power supply terminal of the drive circuit 104.

モータを起動する直前に、スイッチング素子102bをオンオフデューティ50%で断続通電することで、スイッチング素子102bのオン期間中、直流電源106aよりダイオード106b、抵抗106cを介してコンデンサ106dを初期充電する。これにより高圧側駆動回路104の電源が確保され、高圧側スイッチング素子は駆動可能な状態となる。   Immediately before starting the motor, the switching element 102b is intermittently energized with an on / off duty of 50%, whereby the capacitor 106d is initially charged from the DC power source 106a via the diode 106b and the resistor 106c during the ON period of the switching element 102b. As a result, the power supply of the high-voltage side drive circuit 104 is secured, and the high-voltage side switching element is in a drivable state.

つぎに、モータを回転起動にあたり、高圧側スイッチング素子102aをPWM制御する。ブートストラップ回路106の充電動作は、高圧側スイッチング素子102aがオフしたとき、モータ5のインダクタンスの蓄積エネルギーが、低圧側ダイオード102hを介して回生電流として流れ、そのとき、ブートストラップコンデンサの負側端子はインバータ回路102のGNDレベル近くとなり、充電されることとなる。   Next, PWM control is performed on the high-voltage side switching element 102a when the motor starts rotating. In the charging operation of the bootstrap circuit 106, when the high-voltage side switching element 102a is turned off, the accumulated energy of the inductance of the motor 5 flows as a regenerative current through the low-voltage side diode 102h. Becomes close to the GND level of the inverter circuit 102 and is charged.

よって、低圧側スイッチング素子102bがオンした場合と、高圧側スイッチング素子102aがオ/ンオフした時に充電されるので、ブートストラップ電位は安定した電位を持つ。   Therefore, since the battery is charged when the low voltage side switching element 102b is turned on and when the high voltage side switching element 102a is turned on / off, the bootstrap potential has a stable potential.

特開2000−23484号公報JP 2000-23484 A

しかしながら上記従来の構成では、ブートストラップ回路のダイオードには高速オン/オフが可能、かつ短時間でコンデンサに充電電荷を注入可能な比較的大きな電流定格を有する高速ダイオードと、コンデンサの充電電流をダイオード定格以下に抑えるための電流制限抵抗が必要である。さらにブートストラップ回路は3相分必要であり、異電位となる各相間は安全規制に応じた絶縁距離を保つ必要があり回路面積が大きくなってしまう。そこで近年ではブートストラップ回路ダイオードを高速スイッチング可能なMOSFETに置き換え、MOSFETのゲート駆動を低圧側スイッチング素子駆動信号と同期したチャージポンプ電源の充電により行う構成として、ブートストラップ回路とインバータのスイッチング素子の駆動部とを1チップの集積回路化した素子により、回路部品点数の削減と小型化が提案されている。しかし従来の構成では、起動直後の低速駆動領域では、低圧側スイッチング素子は連続通電となり、MOSFETゲート駆動のチャージポンプ電源の電位が低下し、これによりブートストラップ電源のスイッチ部がオフ、そしてモータの起動不良が発生してしまうという課題があった。   However, in the above-described conventional configuration, the diode of the bootstrap circuit can be turned on / off at high speed, and a high-speed diode having a relatively large current rating that can inject charging charge into the capacitor in a short time, and the charging current of the capacitor as a diode A current limiting resistor is required to keep it below the rated value. Furthermore, a bootstrap circuit is required for three phases, and it is necessary to maintain an insulation distance according to safety regulations between phases having different potentials, resulting in an increase in circuit area. Therefore, in recent years, the bootstrap circuit diode is replaced with a MOSFET capable of high-speed switching, and the gate drive of the MOSFET is performed by charging the charge pump power supply synchronized with the low-voltage side switching element drive signal. It has been proposed to reduce the number of circuit components and reduce the size by using an element in which a part is integrated into a single chip. However, in the conventional configuration, in the low-speed drive region immediately after start-up, the low-voltage side switching element is continuously energized, the potential of the charge pump power supply for driving the MOSFET gate is lowered, thereby turning off the switch part of the bootstrap power supply and the motor There was a problem that start-up failure would occur.

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、固定子と、永久磁石を有する回転子とから成るブラシレスDCモータと、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、インバータの高圧側に接続されたスイッチング素子の駆動電圧であるコンデンサとスイッチ素子で構成されたブートストラップ電源と、前記ブートストラップ電源のスイッチ素子を駆動するチャージポンプ電源を有し、前記チャージポンプ電源のコンデンサは、前記インバータの所定のスイッチング素子のオフ時に充電され、前記当該のスイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならないようにしたものである。   In order to solve the above-described conventional problems, a motor driving device according to the present invention includes a brushless DC motor including a stator and a rotor having a permanent magnet, an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage, and a high voltage of the inverter. A bootstrap power supply composed of a capacitor that is a driving voltage of the switching element connected to the side and a switch element, and a charge pump power supply that drives the switch element of the bootstrap power supply, and the capacitor of the charge pump power supply includes: It is charged when a predetermined switching element of the inverter is turned off so that the ON time of the switching element does not become longer than a predetermined time.

これにより、モータ起動直後等の低速駆動時もブートストラップ電源のスイッチ素子を駆動するチャージポンプ電源は安定して一定以上の電位を確保できるため、ブートストラップ電源のスイッチ素子を確実かつ安定的にオンすることができるようになる。従ってインバータの高圧側スイッチング素子の駆動回路電源を安定して一定以上の電位を確保でき、高圧側スイッチング素子を確実にオン/オフ制御が可能となる。   As a result, the charge pump power supply that drives the bootstrap power supply switch element can stably secure a potential above a certain level even during low-speed drive such as immediately after the motor is started, so that the bootstrap power supply switch element can be turned on reliably and stably. Will be able to. Therefore, the drive circuit power supply of the high-voltage side switching element of the inverter can be stably secured and a potential higher than a certain level can be ensured, and the high-voltage side switching element can be reliably controlled on / off.

本発明のモータ駆動装置は、確実かつ安定したモータの起動を実現できるとともに、回路の小型化と低コスト化、および部品点数を削減することが出来る。   The motor drive device of the present invention can realize a reliable and stable motor start-up, reduce the circuit size and cost, and reduce the number of components.

本発明の実施の形態1におけるモータ駆動装置のブロック図1 is a block diagram of a motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1におけるモータ起動時のタイミングチャートTiming chart at motor start-up in Embodiment 1 of the present invention 本発明の本実施の形態1における位置決め時のタイミングチャートTiming chart at the time of positioning in the first embodiment of the present invention 従来のモータ駆動装置の1相分の回路図Circuit diagram for one phase of a conventional motor drive device

第1の発明は、固定子と、永久磁石を有する回転子とから成るブラシレスDCモータと、2個のスイッチング素子を直列に接続し、さらに直列接続した1対のスイッチング素子を3対並列に接続した両端に直流電圧を入力して交流電圧出力するインバータと、インバータの高圧側に接続された各スイッチング素子を駆動するためのコンデンサとスイッチ素子で構成したブートストラップ電源と、前記ブートストラップ電源のスイッチを駆動するチャージポンプ電源を有し、前記チャージポンプ電源のコンデンサは、前記インバータの低圧側に接続されたスイッチング素子のオフ時に充電され、前記低圧側に接続したスイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならないようにしたものである。これにより
チャージポンプ電源コンデンサには定期的に電荷がチャージされ、チャージポンプ電源電圧は所定の電圧を安定的に保持できる。従ってブートストラップ電源のスイッチング部は確実にオンできるために、インバータの高圧側スイッチング素子を確実に駆動できるようになる。即ち、これによりブラシレスモータを安定して駆動することができる。
In the first invention, a brushless DC motor including a stator and a rotor having a permanent magnet, two switching elements are connected in series, and a pair of switching elements connected in series are connected in parallel to three pairs. An inverter that inputs a DC voltage to both ends and outputs an AC voltage; a bootstrap power supply configured by a capacitor and a switch element for driving each switching element connected to the high-voltage side of the inverter; and a switch of the bootstrap power supply The charge pump power supply capacitor is charged when the switching element connected to the low voltage side of the inverter is turned off, and the on time of the switching element connected to the low voltage side is a predetermined time. It is designed not to be longer. As a result, the charge pump power supply capacitor is periodically charged, and the charge pump power supply voltage can stably hold a predetermined voltage. Therefore, since the switching part of the bootstrap power supply can be turned on reliably, the high-voltage side switching element of the inverter can be reliably driven. In other words, this allows the brushless motor to be driven stably.

第2の発明は、第1の発明にブラシレスDCモータ起動時に、任意の固定子巻線を通電して前記回転子の回転位置を所定の位置に固定する際に、前記インバータのオンしている低圧側スイッチング素子を任意の頻度でオフして、前記チャージポンプ電源コンデンサを充電するようにしている。これにより同一通電巻線を比較的長時間通電する必要がある回転子の位置決め時においても、チャージポンプ電源コンデンサには常に電荷がチャージされ、チャージポンプ電源は所定の電圧を保持できる。従ってブートストラップ電源のスイッチング素子は確実にオンできるために、インバータの高圧側スイッチング素子を確実に駆動できるようになる。即ちブラシレスモータを安定して起動することができる。   In the second invention, when the brushless DC motor is started according to the first invention, the inverter is turned on when an arbitrary stator winding is energized to fix the rotation position of the rotor to a predetermined position. The low-voltage side switching element is turned off at an arbitrary frequency to charge the charge pump power supply capacitor. As a result, even when positioning the rotor that needs to be energized for a relatively long time, the charge pump power supply capacitor is always charged, and the charge pump power supply can maintain a predetermined voltage. Therefore, since the switching element of the bootstrap power supply can be reliably turned on, the high voltage side switching element of the inverter can be reliably driven. That is, the brushless motor can be started stably.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものでは無い。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。
図1において、ブラシレスDCモータ(以降モータと記す)1は、3相巻線を有する固定子と永久磁石を有する回転子により構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a brushless DC motor (hereinafter referred to as a motor) 1 is constituted by a stator having a three-phase winding and a rotor having a permanent magnet.

インバータ2は6個のスイッチング素子を直列接続した回路を3回路並列に接続して3相フルブリッジに構成している。尚、各スイッチング素子には逆並列にダイオード(2hから2l)が接続されている。   The inverter 2 is configured as a three-phase full bridge by connecting three circuits in parallel in which six switching elements are connected in series. A diode (2h to 21) is connected to each switching element in antiparallel.

ブラシレスDCモータ1は、永久磁石を有する回転子1aと3相巻線を有する固定子により構成され、3相巻線の各端はインバータ2のスイッチング素子の直列接続の接続点に結線されている。   The brushless DC motor 1 includes a rotor 1a having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, and each end of the three-phase winding is connected to a connection point of series connection of switching elements of the inverter 2. .

ドライブ回路3は前記インバータ2のスイッチング素子の駆動回路であり、高圧側に接続された高圧側スイッチング素子2aはHin信号に応じて高圧側素子駆動部4により駆動され、グランド側に接続された低圧側ドスイッチング素子2bはLin信号に応じて低圧側素子駆動部5により駆動される。   The drive circuit 3 is a drive circuit for the switching element of the inverter 2, and the high voltage side switching element 2 a connected to the high voltage side is driven by the high voltage side element driving unit 4 in response to the Hin signal and connected to the ground side. The side de-switching element 2b is driven by the low voltage side element driving unit 5 in accordance with the Lin signal.

ブートストラップ電源6はダイオード6a、スイッチ部6b、およびコンデンサ6cにより構成された、高圧側素子駆動部4の電源であり、スイッチ部6bの駆動電圧となる。なお、スイッチ部6bは実際には半導体素子スイッチ素子であり、MOSFETを用いている。   The bootstrap power supply 6 is a power supply for the high-voltage side element drive unit 4 and includes a diode 6a, a switch unit 6b, and a capacitor 6c, and serves as a drive voltage for the switch unit 6b. Note that the switch unit 6b is actually a semiconductor element switch element and uses a MOSFET.

スイッチ駆動部は、ダイオード7a、コンデンサ7bと、駆動部7cによりチャージポンプ電源7として構成され、スイッチ部6bに電圧を供給することで、スイッチ部6bをオン/オフする。駆動部7cは、低圧側スイッチング素子2bの駆動信号Linを入力しているため、低圧側スイッチング素子と同期して駆動する。   The switch drive unit is configured as a charge pump power supply 7 by the diode 7a, the capacitor 7b, and the drive unit 7c, and turns on / off the switch unit 6b by supplying a voltage to the switch unit 6b. Since the drive unit 7c receives the drive signal Lin for the low-voltage side switching element 2b, the drive unit 7c is driven in synchronization with the low-voltage side switching element.

またブートストラップ回路には、ダイオード6aとスイッチ部6bの直列回路部に、高速ダイオードを使用するのが一般的であるが、本発明では高速スイッチングが可能なMOSFETを用い、コンデンサの充電電荷のVCC側への逆流を阻止する向きにダイオード6bを直列に挿入している。   In the bootstrap circuit, a high-speed diode is generally used for the series circuit portion of the diode 6a and the switch portion 6b. However, in the present invention, a MOSFET capable of high-speed switching is used, and the charge charge VCC of the capacitor is obtained. A diode 6b is inserted in series so as to prevent backflow to the side.

またスイッチ部6bをMOSFETとすることで、高圧側駆動部4、低圧側駆動部5、ダイオード6a、MOSFET6b、チャージポンプ電源7を1チップの集積回路として構成でき、ドライブ回路3の部品点数の削減、小型化および低コスト化を可能としている。   Further, by using the switch unit 6b as a MOSFET, the high-voltage side drive unit 4, the low-voltage side drive unit 5, the diode 6a, the MOSFET 6b, and the charge pump power supply 7 can be configured as a one-chip integrated circuit, and the number of components of the drive circuit 3 can be reduced. It is possible to reduce the size and cost.

ここで、ブートストラップ電源6の動作について説明する。   Here, the operation of the bootstrap power supply 6 will be described.

図1においてブートストラップ電源のコンデンサ6cは、スイッチ部6bがオンしたときVCCと接続され、VCC電位とコンデンサ6c電位との電位差がダイオード6aの順方向電圧より大きい時、充電される。   In FIG. 1, the capacitor 6c of the bootstrap power supply is connected to VCC when the switch unit 6b is turned on, and is charged when the potential difference between the VCC potential and the capacitor 6c potential is larger than the forward voltage of the diode 6a.

また、コンデンサ6cの充電には2つの経路があり、低圧側スイッチング素子2bの通電時(第1の充電モード)と、高圧側スイッチング素子2aの通電直後(オンからオフへの移行)の低圧側ダイオード2hへの還流時(第2の充電モード)である。   In addition, there are two paths for charging the capacitor 6c. When the low-voltage side switching element 2b is energized (first charging mode), and immediately after the high-voltage side switching element 2a is energized (transition from on to off), the low-voltage side At the time of recirculation to the diode 2h (second charge mode).

まず、第1の充電モードではスイッチング素子2bが導通した時、接続点A(図1に図示)の電位はGND近くまで低下することになり、電源VCCからダイオード6a、スイッチ部6bを介してコンデンサ6cは充電される。   First, in the first charging mode, when the switching element 2b is turned on, the potential at the connection point A (shown in FIG. 1) drops to near GND, and the capacitor from the power supply VCC through the diode 6a and the switch unit 6b. 6c is charged.

次に第2の充電モードでは、高圧側スイッチング素子2aが通電されている状態からオフ状態に変移した際、モータ巻線1bに蓄えられたエネルギーがダイオード2hを介して還流モードで放出される。従って、接続点Aの電位はGNDレベルより低下することになり、コンデンサ6cは電源VCCから充電される。   Next, in the second charging mode, when the high-voltage side switching element 2a is switched from the energized state to the off state, the energy stored in the motor winding 1b is released in the reflux mode via the diode 2h. Accordingly, the potential at the connection point A drops below the GND level, and the capacitor 6c is charged from the power supply VCC.

スイッチ駆動部であるチャージポンプ電源7の動作について説明する。Lin端子にロー信号が入力されている間、低圧側素子駆動部5はロー信号を出力し、低圧側スイッチング素子2bはオフ状態にある。同時に駆動部の駆動素子7cにもロー信号が入力され、ロー信号を出力する。これによりコンデンサ7bの駆動素子7c接続側端子はGND近くの電位となり、ダイオード7aを介してVCCから充電される。これにより、スイッチ部6bの駆動電圧はVCCからダイオード7aのオン電圧を引いた電圧となる。この電圧とブートストラップコンデンサ6cとの電位差が所定の電位差以上の時スイッチ部6bはオンする。即ち、コンデンサ6cの電圧が一定レベルより低い時スイッチ部6bはオンする。   The operation of the charge pump power supply 7 which is a switch driving unit will be described. While the low signal is input to the Lin terminal, the low-voltage side element driving unit 5 outputs a low signal, and the low-voltage side switching element 2b is in the off state. At the same time, a low signal is input to the drive element 7c of the drive unit, and a low signal is output. As a result, the driving element 7c connection side terminal of the capacitor 7b becomes a potential near GND, and is charged from VCC via the diode 7a. As a result, the drive voltage of the switch unit 6b is a voltage obtained by subtracting the ON voltage of the diode 7a from VCC. When the potential difference between this voltage and the bootstrap capacitor 6c is greater than or equal to a predetermined potential difference, the switch unit 6b is turned on. That is, when the voltage of the capacitor 6c is lower than a certain level, the switch unit 6b is turned on.

次にLin端子がローからハイ信号に変化した時、駆動素子7c出力はVCCとなり、コンデンサ7b電位は、VCC電圧の2倍からダイオード7aの順方向電圧を引いた電位に上昇する。このとき、ブートストラップ電源6のコンデンサ6cの電位がVCC近辺の時、スイッチ部6bはオンする。   Next, when the Lin terminal changes from a low signal to a high signal, the output of the drive element 7c becomes VCC, and the potential of the capacitor 7b rises to a potential obtained by subtracting the forward voltage of the diode 7a from twice the VCC voltage. At this time, when the potential of the capacitor 6c of the bootstrap power supply 6 is near VCC, the switch unit 6b is turned on.

図2はブラシレスDCモータ1の起動時の各スイッチング素子の駆動信号を示している。図2において斜線部がスイッチング素子がオンするタイミングとして示している。   FIG. 2 shows driving signals of the switching elements when the brushless DC motor 1 is started. In FIG. 2, the shaded area indicates the timing when the switching element is turned on.

起動時の制御について図2を用いて説明する。ブラシレスDCモータ1が停止状態にあるとき、Lin(図2においてのUn、Vn、Wn)にはロー信号が入力(区間A)されており、駆動素子7cはGNDレベルに近い出力状態にあり、コンデンサ7bはVCC電圧近くに充電されている。   Control at startup will be described with reference to FIG. When the brushless DC motor 1 is in a stopped state, a low signal is input to Lin (Un, Vn, Wn in FIG. 2) (section A), and the drive element 7c is in an output state close to the GND level. The capacitor 7b is charged near the VCC voltage.

区間Bはブートストラップ回路のコンデンサ6dの初期充電区間であり、ブラシレスDCモータ1の駆動指令が発生した時、3相全ての低圧側スイッチング素子の駆動信号Lin(Un、Vn、Wn)にはハイ信号が入力される。これにより低圧側スイッチング素子2b、2d、2fがオンする。この時、チャージポンプ電源7の駆動素子2cからはハイ
信号が出力されコンデンサ電位はVccの2倍からダイオード7aの電圧降下分低下した電位となり、ブートストラップ電源6のスイッチ素子6bはオンする。このとき低圧側スイッチング素子はオン状態にあるため、ブートストラップ回路のコンデンサ6dのスイッチング素子との結線側端子はGNDレベルに近い電位となっている。従って、ブートストラップ回路のコンデンサには、VCCから電荷が注入され充電されることで、高圧側素子駆動部4の電源電圧が確保され高圧側スイッチング素子の駆動可能な状態となる。
A section B is an initial charging section of the capacitor 6d of the bootstrap circuit. When a driving command for the brushless DC motor 1 is generated, the driving signals Lin (Un, Vn, Wn) of all three-phase low-voltage side switching elements are high. A signal is input. Thereby, the low voltage side switching elements 2b, 2d, and 2f are turned on. At this time, a high signal is output from the drive element 2c of the charge pump power supply 7, and the capacitor potential becomes a potential that is reduced by the voltage drop of the diode 7a from twice Vcc, and the switch element 6b of the bootstrap power supply 6 is turned on. At this time, since the low voltage side switching element is in the ON state, the connection side terminal of the capacitor 6d of the bootstrap circuit with the switching element is at a potential close to the GND level. Accordingly, the capacitor of the bootstrap circuit is charged with the charge injected from VCC, so that the power supply voltage of the high-voltage side element driving unit 4 is secured and the high-voltage side switching element can be driven.

区間Cは区間Dで高圧側スイッチング素子の通電するにあたり、同一相上下のスイッチング素子(図2においてはW相高圧側素子2eとW相低圧側素子2f)が同時通電状態にならない様に設けているデッドタイム区間であるが、ハーフブリッジ構成のゲートドライバ等により上下同時通電を論理的に禁止している素子等を用いる場合は不要である。   In section C, when the high-voltage side switching element is energized in section D, the upper and lower switching elements in the same phase (W-phase high-pressure side element 2e and W-phase low-pressure side element 2f in FIG. 2) are provided so as not to be energized simultaneously. However, this is not necessary when using elements that logically prohibit simultaneous energization of the upper and lower sides by a half-bridge gate driver or the like.

区間DはブラシレスDCモータ1の、固定子巻線の任意の相を通電することで、回転子の回転位置を所定の位置に固定する『位置決め制御』区間であり、高圧側スイッチング素子2eと低圧側スイッチング素子Unがオン状態にある。   Section D is a “positioning control” section in which the rotor rotation position is fixed at a predetermined position by energizing an arbitrary phase of the stator winding of the brushless DC motor 1. The side switching element Un is in the on state.

この様にして回転子の磁極位置を所定の位置に決めることにより、区間Eではあらかじめ定めたスイッチング素子の駆動(即ち通電を開始する巻線)パターンを切換えていくことで安定してモータを起動する。   By determining the magnetic pole position of the rotor to a predetermined position in this way, the motor is stably started by switching the driving pattern of the switching element (that is, the winding for starting energization) determined in advance in section E. To do.

ブラシレスDCモータ1の巻線への通電が電気角150度以下の矩形波駆動では、上下どちらか一方のスイッチング素子を任意の周波数で任意のオン/オフ時比率でスイッチングすることで、ブラシレスDCモータ1への印加電圧を調整(PWM制御)する。   When the energization of the winding of the brushless DC motor 1 is a rectangular wave drive with an electrical angle of 150 degrees or less, the brushless DC motor is switched by switching either the upper or lower switching element at an arbitrary frequency at an arbitrary on / off ratio. The voltage applied to 1 is adjusted (PWM control).

高圧側スイッチング素子のオン中は、ブートストラップ電源6のコンデンサ6cの充電電荷の消費でコンデンサ電圧の低下が伴う。従って高圧側スイッチング素子の連続通電時間が長い場合、大容量のコンデンサ容量が必要(部品の大型化、コストアップ)となるため、本発明の実施の形態では高圧側スイッチング素子(2a、2c、2e)をPWM制御によりオン/オフする方式を用いている。   While the high-voltage side switching element is on, the capacitor voltage decreases due to the consumption of the charge of the capacitor 6c of the bootstrap power supply 6. Therefore, when the continuous energization time of the high-voltage side switching element is long, a large capacity capacitor is required (upsizing of parts and cost increase). Therefore, in the embodiment of the present invention, the high-voltage side switching elements (2a, 2c, 2e) ) Is turned on / off by PWM control.

しかし低圧側スイッチング素子のオン時間が長くなれば、チャージポンプ電源7のコンデンサの非充電期間が長くなり、内部漏れ電流等による影響で電圧が低下していく。   However, if the ON time of the low-voltage side switching element becomes longer, the non-charging period of the capacitor of the charge pump power supply 7 becomes longer, and the voltage decreases due to the influence of internal leakage current or the like.

従って、本実施の形態では、特に低圧側スイッチング素子のオン時間(即ちチャージポンプ電源7のコンデンサ7bの非充電期間)が長い、『固定子の位置決め制御区間』および『起動後の低速駆動区間』では、高圧側通電相のスイッチング素子とともに、低圧側通電相のスイッチング素子も所定の間隔でオン/オフするようにして、チャージポンプ電源ンおコンデンサ7bの充電期間を設けている。   Therefore, in the present embodiment, the “on-time control period of the stator” and the “low-speed driving period after startup” in which the on-time of the low-voltage side switching element (that is, the non-charging period of the capacitor 7b of the charge pump power supply 7) is particularly long. In this case, a charging period for the charge pump power supply capacitor 7b is provided so that the switching element for the high-voltage energized phase and the switching element for the low-voltage energized phase are turned on / off at a predetermined interval.

図3は本実施の形態1における位置決め時の通電相(W相巻線からU相巻線に電流を流す)の当該スイッチング素子のタイミングチャートであり、WpがW相高圧側スイッチング素子、UnがU相低圧側スイッチング素子の駆動信号を示している。   FIG. 3 is a timing chart of the switching element in the energized phase (current flows from the W-phase winding to the U-phase winding) during positioning in the first embodiment, where Wp is the W-phase high-voltage side switching element, and Un is The drive signal of a U-phase low voltage | pressure side switching element is shown.

図3において、時間TはPWM周期であり、区間D1はW相高圧側スイッチング素子のオン区間、区間D2はU相低圧側スイッチング素子のオフ区間である。   In FIG. 3, time T is a PWM cycle, section D1 is an ON section of the W-phase high-voltage side switching element, and section D2 is an OFF section of the U-phase low-voltage side switching element.

図3において区間D2は図1におけるLin信号がLとなるため、チャージポンプ電源7の駆動素子7cの出力信号もL信号が出力される。これによりコンデンサ7bはVCCから充電されるため、位置決め制御中でも安定した電圧を確保できる。従ってブートストラップ電源のスイッチ素子の駆動電源は安定した電圧を確保でき、ブートストラップ電源
のスイッチング素子を確実にオン/オフすることができる。よって位置決め制御における高圧側スイッチング素子の確実なオン状態を確保出来ることで、起動時の位置決め制御において確実に固定子を所定の位置に固定することができる。即ち、これによりモータの安定した起動性能を確保できる。
In FIG. 3, since the Lin signal in FIG. 1 becomes L in the section D2, the output signal of the drive element 7c of the charge pump power supply 7 is also output as the L signal. Thereby, since the capacitor 7b is charged from VCC, a stable voltage can be secured even during positioning control. Therefore, a stable voltage can be secured for the drive power supply of the switch element of the bootstrap power supply, and the switching element of the bootstrap power supply can be reliably turned on / off. Therefore, since the reliable ON state of the high voltage side switching element in the positioning control can be ensured, the stator can be reliably fixed at a predetermined position in the positioning control at the time of activation. That is, it is possible to secure a stable starting performance of the motor.

なお、図3においてU相低圧側スイッチング素子のオン/オフ周期をW相高圧側のPWM周期と一致させているが、チャージポンプ電源のコンデンサ7bの電荷が放電される時間として任意に設定して構わない。   In FIG. 3, the ON / OFF cycle of the U-phase low-voltage side switching element is made to coincide with the PWM cycle of the W-phase high-voltage side, but it can be arbitrarily set as the time when the charge of the capacitor 7b of the charge pump power supply is discharged. I do not care.

以上の様に本発明の実施の形態においては、固定子と、永久磁石を有する回転子とから成るブラシレスDCモータと、2個のスイッチング素子を直列に接続し、前記直列接続した1対のスイッチング素子を3対並列に接続した両端に直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータと、インバータの高圧側に接続された各スイッチング素子を駆動するためのコンデンサとスイッチ素子で構成したブートストラップ電源と、前記ブートストラップ電源のスイッチを駆動するチャージポンプ電源を有し、前記チャージポンプ電源のコンデンサは、前記インバータの低圧側に接続されたスイッチング素子のオフ時に充電され、前記低圧側に接続したスイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならないようにしたものである。   As described above, in the embodiment of the present invention, a brushless DC motor including a stator and a rotor having a permanent magnet, two switching elements are connected in series, and the pair of switching units connected in series are connected. A bootstrap power supply composed of an inverter in which three pairs of elements are connected in parallel and DC voltage is input to both ends to output an AC voltage, and a capacitor and a switch element for driving each switching element connected to the high voltage side of the inverter And a charge pump power source for driving a switch of the bootstrap power source, and the capacitor of the charge pump power source is charged when the switching element connected to the low voltage side of the inverter is turned off, and the switching connected to the low voltage side The on-time of the element is prevented from becoming longer than a predetermined time.

これにより、ブートストラップ電源のスイッチ素子を駆動するチャージポンプ電源は安定して一定以上の電位を確保できるため、ブートストラップ電源のスイッチ素子を確実かつ安定的にオンすることができるようになる。よってインバータの高圧側スイッチング素子の駆動回路電源を安定して一定以上の電位を確保できるため、高圧側スイッチング素子を確実にオン/オフ制御が可能となる。従って、ブートストラップ回路ダイオードとして高速スイッチング可能なMOSFETを用い、MOSFETのゲート駆動を低圧側スイッチング素子駆動信号と同期したチャージポンプ電源の充電により行う構成として、ブートストラップ回路とインバータのスイッチング素子の駆動部とを1チップの集積回路化した素子を使用することが可能となり、回路の部品点数の削減、小型化、低コスト化を図ることができる。   As a result, the charge pump power source that drives the switch element of the bootstrap power supply can stably secure a potential of a certain level or more, so that the switch element of the bootstrap power supply can be turned on reliably and stably. Therefore, since the drive circuit power supply of the high-voltage side switching element of the inverter can be stably secured and a potential higher than a certain level can be secured, the high-voltage side switching element can be reliably controlled on / off. Therefore, a MOSFET capable of high-speed switching is used as the bootstrap circuit diode, and the gate drive of the MOSFET is performed by charging the charge pump power supply synchronized with the low-voltage side switching element drive signal. Can be used as a single-chip integrated circuit, and the number of circuit components can be reduced, the size can be reduced, and the cost can be reduced.

また、ブラシレスDCモータ起動時に、任意の固定子巻線を通電して回転子の回転位置を固定する際に、インバータのオンしている低圧側スイッチング素子を任意の頻度でオフして、チャージポンプ電源コンデンサを充電するようにしている。これにより同一通電巻線を比較的長時間通電する必要がある回転子の位置決め時においても、チャージポンプ電源コンデンサには常に電荷がチャージされ、チャージポンプ電源は所定の電圧を保持できる。従ってブートストラップ電源のスイッチング素子は確実にオンできるために、インバータの高圧側スイッチング素子を確実に駆動できるようになる。即ち、これによりブラシレスモータを安定して起動することができる。   In addition, when the brushless DC motor is activated, when the arbitrary stator winding is energized to fix the rotational position of the rotor, the low-voltage switching element on which the inverter is turned off is turned off at an arbitrary frequency, and the charge pump The power capacitor is charged. As a result, even when positioning the rotor that needs to be energized for a relatively long time, the charge pump power supply capacitor is always charged, and the charge pump power supply can maintain a predetermined voltage. Therefore, since the switching element of the bootstrap power supply can be reliably turned on, the high voltage side switching element of the inverter can be reliably driven. That is, the brushless motor can be stably started by this.

以上の様に本発明によるモータ駆動装置は、回路部品点数の削減、小型・低コスト化を図った上で、モータを安定して起動できるため、3相ブラシレスDCモータをインバータ制御により駆動する機器すべての用途に適用できる。   As described above, the motor driving device according to the present invention can stably start the motor while reducing the number of circuit components, reducing the size and cost, and is therefore a device for driving a three-phase brushless DC motor by inverter control. Applicable to all uses.

1 ブラシレスDCモータ
2 インバータ
6 ブートストラップ電源
7 チャージポンプ電源
1 Brushless DC motor 2 Inverter 6 Bootstrap power supply 7 Charge pump power supply

Claims (2)

固定子と、永久磁石を有する回転子とから成るブラシレスDCモータと、2個のスイッチング素子を直列に接続し、前記直列接続した1対のスイッチング素子を3対並列に接続した両端に直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータと、インバータの高圧側に接続された各スイッチング素子を駆動するためのコンデンサとスイッチ素子で構成したブートストラップ電源と、前記ブートストラップ電源のスイッチを駆動するチャージポンプ電源を有し、前記チャージポンプ電源のコンデンサは、前記インバータの低圧側に接続されたスイッチング素子のオフ時に充電され、前記低圧側に接続したスイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならないようにしたモータ駆動装置。 A brushless DC motor comprising a stator and a rotor having a permanent magnet, two switching elements are connected in series, and a DC voltage is applied to both ends of the three pairs of switching elements connected in parallel. An inverter that inputs and outputs an AC voltage, a bootstrap power supply configured by a capacitor and a switch element for driving each switching element connected to the high-voltage side of the inverter, and a charge pump that drives a switch of the bootstrap power supply And a capacitor of the charge pump power supply is charged when the switching element connected to the low voltage side of the inverter is turned off so that the ON time of the switching element connected to the low voltage side is not longer than a predetermined time. Motor drive. ブラシレスDCモータの起動時に任意の固定子巻線を通電して、回転子磁極位置を所定の位置に固定する際に、前記インバータのオンしている低圧側のスイッチング素子を任意の頻度でオフして、前記チャージポンプ電源コンデンサを充電する請求項1に記載のモータ駆動装置。 When the brushless DC motor is started, an arbitrary stator winding is energized to fix the rotor magnetic pole position to a predetermined position, and the switching element on the low voltage side where the inverter is turned on is turned off at an arbitrary frequency. The motor driving device according to claim 1, wherein the charge pump power supply capacitor is charged.
JP2014007496A 2014-01-20 2014-01-20 Motor drive device Active JP6303128B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014007496A JP6303128B2 (en) 2014-01-20 2014-01-20 Motor drive device
CN201590000243.3U CN206041860U (en) 2014-01-20 2015-01-05 Motor drive device
PCT/JP2015/000005 WO2015107867A1 (en) 2014-01-20 2015-01-05 Motor drive device
BR212016016507-7U BR212016016507Y1 (en) 2014-01-20 2015-01-05 motor drive device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014007496A JP6303128B2 (en) 2014-01-20 2014-01-20 Motor drive device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015136273A true JP2015136273A (en) 2015-07-27
JP6303128B2 JP6303128B2 (en) 2018-04-04

Family

ID=53767748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014007496A Active JP6303128B2 (en) 2014-01-20 2014-01-20 Motor drive device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6303128B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017117031A1 (en) * 2017-07-27 2019-01-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Recharging circuit for modular multilevel converters

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011078305A (en) * 2009-09-29 2011-04-14 Stmicroelectronics Srl Detecting device for the midpoint voltage of transistor half bridge circuit
JP2011234594A (en) * 2010-04-30 2011-11-17 Daikin Ind Ltd Polyphase motor driving method, polyphase motor driving system and heat pump device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011078305A (en) * 2009-09-29 2011-04-14 Stmicroelectronics Srl Detecting device for the midpoint voltage of transistor half bridge circuit
JP2011234594A (en) * 2010-04-30 2011-11-17 Daikin Ind Ltd Polyphase motor driving method, polyphase motor driving system and heat pump device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017117031A1 (en) * 2017-07-27 2019-01-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Recharging circuit for modular multilevel converters

Also Published As

Publication number Publication date
JP6303128B2 (en) 2018-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9431931B2 (en) Controller for a brushless motor
CN106104998A (en) Control device for inverter
US8053915B2 (en) On-vehicle rotary electric machine operating on two modes of rectification
KR101853600B1 (en) Charger common inverter
JP2014236556A (en) Pam drive unit of switched reluctance motor
WO2015107867A1 (en) Motor drive device
TW201535929A (en) Switch circuit and motor power recycle system
JP2010220287A (en) Motor control device and vehicle system
JP6303129B2 (en) Motor drive device
US6987375B2 (en) Dual-stage drive for switched reluctance electric machines
JP6303128B2 (en) Motor drive device
JP4300209B2 (en) Inverter device
US9407180B2 (en) Power converting circuit
KR102246884B1 (en) Power conversion circuit
JP6305495B1 (en) Inverter control device and inverter control method
JP2011010380A (en) Dc power converter
JP7449805B2 (en) Motor drive control device and motor unit
JP5017529B2 (en) Power converter for magnet synchronous motor
JP6086429B2 (en) SR motor drive circuit and control method thereof
JP2003324986A (en) Control method for three-phase brushless dc motor
CN109600081A (en) A kind of step motor control strategy
JP2013236431A (en) Control method and control apparatus for brushless motor
JP2000299996A (en) Reluctance motor drive controller
JP2014107999A (en) Motor starting device
JP2016046995A (en) Power supply device

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20160519

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160822

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170613

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170808

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180123

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180205

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6303128

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151