JP2016115951A - Motor driver and electric motor including the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、ＰＷＭインバータ、モータ駆動装置などにおける、電力逆変換用ブリッジ回路の上側アームの半導体スイッチング素子のような、入力する制御駆動信号の電位基準となる電極（エミツタ、ソース等）の電位がグランドなどの共通電位に対して変動する可制御半導体素子の制御電極へ、共通電位に接続された回路から、電位絶縁を行わずにオン／オフ信号を伝達する場合などに使用されるレベルシフト回路、さらに望ましくは、ＨＶＩＣ（高耐圧ＩＣ）の形で利用できるレベルシフト回路に関する。 The present invention relates to, for example, an electrode (emitter, source, etc.) serving as a potential reference for an input control drive signal, such as a semiconductor switching element of an upper arm of a power reverse conversion bridge circuit in a PWM inverter, a motor drive device, or the like. Level used when transmitting an on / off signal from a circuit connected to a common potential to a control electrode of a controllable semiconductor element whose potential fluctuates with respect to a common potential such as ground without performing potential insulation. More particularly, the present invention relates to a level shift circuit that can be used in the form of an HVIC (High Voltage IC).
従来、ＰＷＭインバータ等の電力逆変換（直流→交流変換）用ブリッジ回路の上側アームを構成する半導体スイッチング素子をオン／オフ駆動する回路としては、最近はコスト低減のため、トランスやフォトカプラ等による電位絶縁を行わない、いわゆるレベルシフト回路が使用されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a circuit for driving on / off of a semiconductor switching element constituting an upper arm of a bridge circuit for reverse power conversion (DC to AC conversion) such as a PWM inverter, recently, a transformer, a photocoupler, or the like is used for cost reduction A so-called level shift circuit that does not perform potential insulation is used (see, for example, Patent Document 1).
図５は、この種の従来のレベルシフト回路の構成例を示す。同図において、１７と１８は、例えば４００Ｖの高圧の主直流電源Ｖｄｃ（正極側）と、この電源の負極側である共通電位ＣＯＭとの間に、直列に接続されてＰＷＭインバータの電力逆変換用ブリッジ回路の例えば一相分を形成する出力用ＩＧＢＴである。 FIG. 5 shows a configuration example of this type of conventional level shift circuit. In the figure, 17 and 18 are connected in series between a high-voltage main DC power supply Vdc (positive side) of 400 V, for example, and a common potential COM on the negative side of this power source, and reverse power conversion of the PWM inverter This is an output IGBT that forms, for example, one phase of the bridge circuit.
そしてＯＵＴはブリッジ回路の上側アームのＩＧＢＴ１７のエミツタと、同じく下側アームのＩＧＢＴ１８のコレクタとの接続点であり、ＩＧＢＴ１７と１８の交互のオン／オフによって生成される交流電力の出力端子である。 OUT is a connection point between the emitter of the IGBT 17 of the upper arm of the bridge circuit and the collector of the IGBT 18 of the lower arm, and is an output terminal of AC power generated by alternately turning on and off the IGBTs 17 and 18.
Ｅ２は負極が共通電位ＣＯＭ に接続された、例えば１５Ｖの補助直流電源（ドライバ電源ともいう）、２０は下側アームのＩＧＢＴ１８をオン／オフ駆動するためのドライバで、この補助直流電源Ｅ２のもとで動作する。 E2 is an auxiliary DC power source (for example, 15V) whose negative electrode is connected to the common potential COM, and 20 is a driver for turning on / off the IGBT 18 of the lower arm. The auxiliary DC power source E2 And work with.
その他の回路部分はブリッジ回路の上側アームのＩＧＢＴ１７を駆動するためのレベルシフト回路であり、１は図外の回路で作られたパルスのオン信号２５を入力して導通し、これによる負荷抵抗３の電圧降下を信号としてＩＧＢＴ１７をオンさせる高耐圧ＭＯＳＦＥＴ、２は同じく図外の回路で作られたパルスのオフ信号２６を入力して導通し、これによる負荷抵抗４の電圧降下を信号としてＩＧＢＴ１７をオフさせる高耐圧ＭＯＳＦＥＴである。 The other circuit portion is a level shift circuit for driving the IGBT 17 of the upper arm of the bridge circuit, and 1 is turned on by inputting a pulse ON signal 25 generated by a circuit not shown in the figure, and the load resistance 3 thereby The high breakdown voltage MOSFET for turning on the IGBT 17 using the voltage drop of 2 as a signal, 2 is turned on by inputting a pulse off signal 26 produced by a circuit not shown in the figure, and the IGBT 17 is turned on using the voltage drop of the load resistor 4 as a signal. This is a high breakdown voltage MOSFET to be turned off.
ここで、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１と２、及び負荷抵抗３と４は通常、それぞれ互いに等しく構成されている。なお、負荷抵抗３、４にそれぞれ並列接続された定電圧ダイオード５と定電圧ダイオード６は、負荷抵抗３、４の過大な電圧降下を制限し、以下に述べるＮＯＴ回路８、９等を保護する役割を持つ。 Here, the high withstand voltage MOSFETs 1 and 2 and the load resistors 3 and 4 are usually configured to be equal to each other. The constant voltage diode 5 and the constant voltage diode 6 respectively connected in parallel to the load resistors 3 and 4 limit an excessive voltage drop of the load resistors 3 and 4 and protect the NOT circuits 8 and 9 described below. Have a role.
レベルシフト回路のうち、２つのＭＯＳＦＥＴ１と２は静止した共通電位ＣＯＭを基準とした信号を入力する回路部分となる。一方、破線で囲まれた回路部分は出力ＩＧＢＴ１７、１８のオン／オフにより共通電位ＣＯＭと高圧の主直流電源の電位Ｖｄｃとに交互に追従する交流出力端子ＯＵＴの電位を基準として動作する、電位変動する回路部分となる。 Of the level shift circuit, the two MOSFETs 1 and 2 are circuit portions for inputting a signal based on a stationary common potential COM. On the other hand, the circuit portion surrounded by a broken line operates with reference to the potential of the AC output terminal OUT that alternately follows the common potential COM and the potential Vdc of the high-voltage main DC power supply by turning on / off the output IGBTs 17 and 18. It becomes a circuit part which fluctuates.
なお、破線で囲まれた回路内のＥ１は、正極がラインＶｃｃ１に接続され、負極が交流出力端子ＯＵＴに接続された例えば１５Ｖの補助直流電源（ドライバ電源ともいう）であ
り、ＮＯＴ回路８、ＮＯＴ回路９及びその後段の回路〔ローパスフィルタ回路（ＬＰＦとも略記する）３ ０、３１、ＲＳフリップフロップ（ＲＳラッチ、ＲＳ−ＦＦとも略記する）１５、ドライバ１６等からなる〕は補助直流電源Ｅ１を電源として動作する
図６は、従来技術の動作を示すタイムチャートである。図６において、ＨＩＮ、ＬＩＮは、上側アームＩＧＢＴ１７、下側ＩＧＢＴ１８のオン／オフ指令信号で、Ｈレベルをオン指令、Ｌレベルがオフ指令である。２５、２６は、図５に図示しないパルスジェネレータが発生するパルス信号で、それぞれ、ＨＩＮ信号の立ち上がり、立下り時に一定パルス幅の信号を発生して、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１、２に入力される。
E1 in the circuit surrounded by a broken line is, for example, a 15V auxiliary DC power source (also referred to as a driver power source) having a positive electrode connected to the line Vcc1 and a negative electrode connected to the AC output terminal OUT. The NOT circuit 9 and subsequent circuits (comprising a low-pass filter circuit (abbreviated as LPF) 30 and 31, RS flip-flop (abbreviated as RS latch, RS-FF) 15, driver 16 and the like) are connected to an auxiliary DC power supply E1. FIG. 6 is a time chart showing the operation of the prior art. In FIG. 6, HIN and LIN are on / off command signals of the upper arm IGBT 17 and the lower IGBT 18, and the H level is an on command and the L level is an off command. Reference numerals 25 and 26 are pulse signals generated by a pulse generator (not shown in FIG. 5), which generate signals having a constant pulse width at the rising and falling edges of the HIN signal, respectively, and are input to the high breakdown voltage MOSFETs 1 and 2.
Ｓ、Ｒは、レベルシフト回路の構成要素であるＲＳフリップフロップ１５のセットとリセットの入力信号で、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１、２を介して２５、２６のパルス信号が伝達される。Ｑは、１５のＲＳフリップフロップの出力を示し、先のセットパルス信号のよりＨレベル出力、リセットパルス信号によりＬ出力になる。１７、１８がそれぞれ上側、下側のＩＧＢＴのオン、オフ状態を示し、オンがＨレベル、オフがＬレベルである。ＯＵＴは、出力電圧を示す。 S and R are set and reset input signals of the RS flip-flop 15 which is a component of the level shift circuit, and pulse signals 25 and 26 are transmitted via the high voltage MOSFETs 1 and 2. Q indicates the output of the 15 RS flip-flops, and becomes H level output by the previous set pulse signal and L output by the reset pulse signal. Reference numerals 17 and 18 indicate the on and off states of the upper and lower IGBTs, respectively. On is H level and off is L level. OUT indicates an output voltage.
図６において、今、ｔ＝０において、ＨＩＮはＬレベル、ＬＩＮはＨレベルでＩＧＢＴ１７はオフ、ＩＧＢＴ１８はオン状態にあり、ＯＵＴの電位はＧＮＤレベルである。 In FIG. 6, at t = 0, HIN is at L level, LIN is at H level, IGBT 17 is off, IGBT 18 is on, and the potential of OUT is at GND level.
次に時刻ｔ＝ｔ１でＬＩＮがＨからＬレベルに切り替わるとＩＧＢＴ１８がオンからオフになって、ＯＵＴ電位は、ＧＮＤレベルから、ＶＤＣレベルへ急激に増大する。 Next, when LIN is switched from H to L level at time t = t1, the IGBT 18 is turned from ON to OFF, and the OUT potential rapidly increases from the GND level to the VDC level.
次に時刻ｔ＝ｔ２になると、ＨＩＮレベルがＬレベルからＨレベルになる。図示しないパルスジェネレータの信号２５は、幅Δｔのパルス信号が出力されて高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１などを介してＲＳフリップフロップ１５のＳ入力端子へ入力される。ＲＳフリップフロップ１５の出力ＱはＨレベルとなり、ＩＧＢＴ１７はオン状態になる。 Next, at time t = t2, the HIN level changes from the L level to the H level. A pulse generator signal 25 (not shown) is output as a pulse signal having a width Δt and input to the S input terminal of the RS flip-flop 15 via the high voltage MOSFET 1 or the like. The output Q of the RS flip-flop 15 becomes H level, and the IGBT 17 is turned on.
次に時刻ｔ＝ｔ３になると、ＨＩＮがＨレベルからＬレベルに切り替わる。図示しないパルスジェネレータの信号２６は、幅Δｔのパルス信号が出力されて高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２などを介してＲＳフリップフロップ１５のＲ入力端子へ入力される。ＲＳフリップフロップ１５の出力ＱはＬレベルとなり、ＩＧＢＴ１７はオフ状態になる。 Next, at time t = t3, HIN switches from H level to L level. A pulse generator signal 26 (not shown) is output as a pulse signal having a width Δt and input to the R input terminal of the RS flip-flop 15 via the high voltage MOSFET 2 or the like. The output Q of the RS flip-flop 15 becomes L level, and the IGBT 17 is turned off.
以上のような動作を、ＨＩＮ、ＬＩＮ信号のレベル切り替わり毎に行うのであるが、図中の時刻ｔ＝ｔ４のようにＬＩＮ信号がＨレベルからＬレベルに切り替わってＩＧＢＴ１８がオフしてＯＵＴ電位が急増した際に、ＲＳフリップフロップ１５のＳ端子に、ＨＩＮによらない誤パルスが誘起される場合がある。誤パルスにより１５の出力ＱがＨレベル、ＩＧＢＴ１７が誤ＯＮし、次に時刻ｔ＝ｔ５で、ＬＩＮが再びＬレベルがＨレベルになってＩＧＢＴ１８が再びＯＮすると、ＩＧＢＴ１７、１８が上下同時オン状態となって、電源短絡による過大電流で、ＩＧＢＴ１７、１８が破壊もしくは周辺の構成要素も破壊するという課題があった。 The above operation is performed every time the level of the HIN and LIN signals is switched, but the LIN signal is switched from the H level to the L level at time t = t4 in the figure, the IGBT 18 is turned off, and the OUT potential is changed. When the number rapidly increases, an erroneous pulse not induced by HIN may be induced at the S terminal of the RS flip-flop 15. Due to an erroneous pulse, the output Q of 15 is H level and the IGBT 17 is erroneously turned ON. Next, at time t = t5, when the LIN becomes H level again and the IGBT 18 is turned ON again, the IGBTs 17 and 18 are turned on simultaneously. Thus, there is a problem that the IGBTs 17 and 18 are destroyed or peripheral components are also destroyed by an excessive current due to a power supply short circuit.
解決しようとする課題は、下側ＩＧＢＴのオフによる出力の電圧急上昇などで誘起される上側ＩＧＢＴの誤オンと、続く下側ＩＧＢＴのオンによるＩＧＢＴ上下同時オンによる破壊である。 The problem to be solved is the breakdown of the upper IGBT that is erroneously turned on due to a sudden rise in the output voltage due to the lower IGBT being turned off, and the subsequent breakdown of the IGBT that is turned on and off simultaneously when the lower IGBT is turned on.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ＩＧＢＴの上下同時オンによる破壊を防ぐ信頼性の高いモータ駆動装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a highly reliable motor driving device that prevents destruction due to simultaneous on-up of the IGBT.
前記従来の課題を解決するために、直流電源にハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子とでトーテムポール型に直列接続されるスイッチ素子群で構成されたモータ駆動装置において、ハイサイドスイッチ素子は、レベルシフト回路によりオン／オフ制御されるものであって、ロウサイドスイッチ素子オン指令時には、前記レベルシフト回路を介してハイサイドスイッチ素子をオフする構成としたものである。これによって、ロウサイドスイッチ素子オン時には、ハイサイドスイッチは、その状態のいかんにかかわらずオフすることで、ハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子の上下同時オンの発生を防いで上下同時オンによる破壊が起きえないモータ駆動装置とした。 In order to solve the above-described conventional problem, in the motor drive device configured by a switch element group connected in series in a totem pole type with a high-side switch element and a low-side switch element to a DC power supply, the high-side switch element is: The on / off control is performed by the level shift circuit, and when the low side switch element on command is issued, the high side switch element is turned off via the level shift circuit. As a result, when the low-side switch element is on, the high-side switch is turned off regardless of the state of the low-side switch element, thereby preventing the high-side switch element and the low-side switch element from being turned on at the same time. This is a motor drive device that does not cause any problems.
また、本発明のモータの駆動装置は、直流電源にハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子とでトーテムポール型に直列接続されるスイッチ素子群で構成されたモータ駆動装置において、ハイサイドスイッチ素子は、オン／オフ指令信号が、オフからオン切り替わり時にセットパルスを発生し、オンからオフに切り替わる時にリセットパルスを発生するパルス発生器のセットパルス発生時にオン、リセットパルス発生時にオフするレベルシフト回路によりオン／オフ制御するものであって、ロウサイドスイッチ素子のオフからオン切り替わり時にもリセットパルスを発生するよう構成としたものである。 Further, the motor drive device of the present invention is a motor drive device configured by a switch element group connected in series in a totem pole type by a high-side switch element and a low-side switch element to a direct current power source. A level shift circuit that turns on when a set pulse is generated and turns off when a reset pulse is generated by a pulse generator that generates a set pulse when the on / off command signal switches from off to on and generates a reset pulse when switched from on to off On / off control is performed, and a reset pulse is generated even when the low-side switch element is switched from OFF to ON.
これによって、ロウサイドスイッチ素子オン時には、ハイサイドスイッチ素子をオフするリセットパルスを発生して、ハイサイドスイッチは、その状態のいかんにかかわらずオフすることで、ハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子の上下同時オンの発生を防いで、上下同時オンによる破壊が起きえないモータ駆動装置とした。 Thus, when the low side switch element is turned on, a reset pulse is generated to turn off the high side switch element, and the high side switch element is turned off regardless of the state of the high side switch element. The motor drive device prevents the occurrence of simultaneous upper and lower ON and prevents destruction due to simultaneous upper and lower ON.
本発明のモータの駆動装置は、ハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子の上下同時オンの発生を防いで、上下同時オンによる破壊が起きえないという信頼性を極めて高める効果がある。 The motor drive device of the present invention has the effect of extremely improving the reliability that the high-side switch element and the low-side switch element are prevented from being turned on at the same time, and the destruction due to the simultaneous turn-on is not allowed.
第１の発明は、直流電源にハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子とをトーテムポール型に直列接続されるスイッチ素子群で構成するモータ駆動装置において、ハイサイドスイッチ素子は、レベルシフト回路によりオン／オフ制御されるものであって、ロウサイドスイッチ素子オン指令時には、前記レベルシフト回路を介してハイサイドスイッチ素子をオフする構成としたものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor drive device including a switch element group in which a high-side switch element and a low-side switch element are connected in series in a totem pole type to a DC power source. The high-side switch element is turned on by a level shift circuit In this case, the high-side switch element is turned off via the level shift circuit when a low-side switch element on command is issued.
これによって、ロウサイドスイッチ素子オン時には、ハイサイドスイッチは、その状態のいかんにかかわらずオフ状態となるよう作用することで、ハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子の上下同時オンの発生を防いで、上下同時オンによる破壊が起きえ
ない効果がある。
This prevents the high-side switch element and the low-side switch element from being turned on at the same time by acting so that the high-side switch is turned off regardless of the state when the low-side switch element is on. , There is an effect that the destruction can not occur due to simultaneous upper and lower ON.
第２の発明は、直流電源にハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子とでトーテムポール型に直列接続されるスイッチ素子群で構成されたモータ駆動装置において、ハイサイドスイッチ素子は、オン／オフ指令信号が、オフからオン切り替わり時にセットパルスを発生し、オンからオフに切り替わる時にリセットパルスを発生するパルス発生器のセットパルス発生時にオン、リセットパルス発生時にオフするレベルシフト回路によりオン／オフ制御するものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a motor drive device including a switch element group in which a high-side switch element and a low-side switch element are connected in series in a totem pole type to a DC power source. ON / OFF control is performed by a level shift circuit that generates a set pulse when the signal is switched from OFF to ON, and generates a reset pulse when the signal is switched from ON to OFF. Is.
ロウサイドスイッチ素子のオフからオン切り替わり時にもリセットパルスを発生するよう構成することにより、ロウサイドスイッチ素子オン時には、ハイサイドスイッチは、その状態のいかんにかかわらずオフ状態となるよう作用することで、ハイサイドスイッチ素子とロウサイドスイッチ素子の上下同時オンの発生を防いで、上下同時オンによる破壊が起きえない効果がある。 By configuring so that the reset pulse is generated even when the low-side switch element is switched from off to on, when the low-side switch element is on, the high-side switch acts to be in the off state regardless of the state. This prevents the high-side switch element and the low-side switch element from being turned on at the same time, and has the effect of preventing destruction due to the simultaneous turn-on.
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の構成図を示すものである。図１において、主電源７の正負出力端子に、ハイサイドスイッチ素子１９、ロウサイドスイッチ素子２１が、トーテムポール型に直列接続され、１９の他端と２０の一端の共通接続箇所は出力端子ＯＵＴを成して、モータ巻線１２の一端に接続される。ＨＩＮは１９のオン／オフ指令信号入力端子で第１のヒステリシスコンパレータ１０に入力され、１０の出力は、レベルシフト回路１３に入力される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor drive device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a high-side switch element 19 and a low-side switch element 21 are connected in series in a totem pole type to the positive and negative output terminals of the main power supply 7, and a common connection point between the other end of 19 and one end of 20 is the output terminal OUT. And is connected to one end of the motor winding 12. HIN is input to the first hysteresis comparator 10 at 19 on / off command signal input terminals, and the output of 10 is input to the level shift circuit 13.
１３の出力は、１９の図示しないゲートに入力される。ＬＩＮは、２１のオン／オフ指令信号入力端子で、第２のヒステリシスコンパレータ１１に入力される。１１の出力は、２１の図示しないゲートに入力される。 The output of 13 is input to a gate (not shown). LIN is an on / off command signal input terminal 21 and is input to the second hysteresis comparator 11. The output of 11 is input to a gate (not shown) of 21.
図１では、複数相の巻線を有するモータ駆動装置の１相分のみ図示している。 FIG. 1 shows only one phase of a motor drive device having a plurality of phases of windings.
以上のように構成されたモータ駆動装置について、図２のタイムチャートを用い以下その動作、作用について説明する。 About the motor drive device comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below using the time chart of FIG.
図２において、ＨＩＮ、ＬＩＮは、ハイサイドスイッチ素子１９、ロウサイドスイッチ素子２１のオン／オフ指令信号で、Ｈレベルをオン指令、Ｌレベルがオフ指令である。 In FIG. 2, HIN and LIN are on / off command signals for the high-side switch element 19 and the low-side switch element 21. The H level is an on command and the L level is an off command.
１９、２１がそれぞれハイサイド、ロウサイドのスイッチ素子のオン、オフ状態を示し、オンがＨレベル、オフがＬレベルである。ＯＵＴは、出力電圧を示す。 Reference numerals 19 and 21 denote ON and OFF states of the high-side and low-side switch elements, respectively, where ON is H level and OFF is L level. OUT indicates an output voltage.
今、時刻ｔ＝０において、ＨＩＮはＬレベル、ＬＩＮはＨレベルでハイサイドスイッチ素子１９はオフ、ロウサイドスイッチ素子２１はオン状態にあり、ＯＵＴの電位はＧＮＤレベルである。 At time t = 0, HIN is at L level, LIN is at H level, the high side switch element 19 is off, the low side switch element 21 is on, and the potential of OUT is at GND level.
次に時刻ｔ＝ｔ１でＬＩＮがＨからＬレベルに切り替わるとロウサイドスイッチ素子２１がオンからオフになって、ＯＵＴ電位は、ＧＮＤレベルから、ＶＤＣレベルへ急激に増大する。 Next, when the LIN is switched from H to L level at time t = t1, the low-side switch element 21 is turned from ON to OFF, and the OUT potential rapidly increases from the GND level to the VDC level.
次に時刻ｔ＝ｔ２になると、ＨＩＮレベルがＬレベルからＨレベルになると、レベルシフト回路１３の作用によりハイサイドスイッチ素子１９はオン状態になる。 Next, at time t = t2, when the HIN level changes from the L level to the H level, the high side switch element 19 is turned on by the action of the level shift circuit 13.
次に時刻ｔ＝ｔ３になると、ＨＩＮがＨレベルからＬレベルに切り替わると、レベルシ
フト回路１３の作用によりハイサイドスイッチ素子１９はオフ状態になる。
Next, at time t = t3, when the HIN is switched from the H level to the L level, the high side switch element 19 is turned off by the action of the level shift circuit 13.
以上のような動作を、ＨＩＮ、ＬＩＮ信号のレベル切り替わり毎に行うのであるが、図中の時刻ｔ＝ｔ４のようにＬＩＮ信号がＨレベルからＬレベルに切り替わってロウサイドスイッチ素子２１がオフしてＯＵＴ電位が急増した際の影響によりハイサイドＭＯＳＦＥＴがオンしたとする。しかしながら、次の時刻ｔ＝ｔ５で、ＬＩＮ信号がＬレベルからＨレベルへ切り替わると、ロウサイドスイッチ素子２１にオンするだけでなく、レベルシフト回路１３に作用してハイサイドスイッチ素子１９のオフが同時に行われ、１９、２１の同時オンは発生しないので、電源短絡による破壊が無い。
（実施の形態２）
図３は、本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の構成図を示すものである。図３において、主電源７の正負出力端子に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２２、ロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３、電流検出抵抗２７が、トーテムポール型に直列接続され、２２の他端と２３の一端の共通接続箇所は出力端子ＯＵＴを成して、モータ巻線１２の一端に接続される。
The above operation is performed every time the level of the HIN and LIN signals is switched, but the LIN signal is switched from the H level to the L level and the low side switch element 21 is turned off at time t = t4 in the figure. Assume that the high-side MOSFET is turned on due to the effect of the sudden increase in the OUT potential. However, when the LIN signal is switched from the L level to the H level at the next time t = t5, not only the low-side switch element 21 is turned on but also the level shift circuit 13 is operated to turn off the high-side switch element 19. Since the simultaneous ON of 19 and 21 does not occur, there is no destruction due to a power supply short circuit.
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a configuration diagram of the motor drive device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, a high-side MOSFET 22, a low-side MOSFET 23, and a current detection resistor 27 are connected in series in a totem pole type to the positive and negative output terminals of the main power supply 7, and a common connection point between the other end of 22 and one end of 23 is the output terminal OUT. And is connected to one end of the motor winding 12.
ＨＩＮは２２のオン／オフ指令信号入力端子で第１のヒステリシスコンパレータ１０に入力され、１０の出力は、パルスジェネレータ２４の入力端子ＩＮに入力される。パルスジェネレータ２４のＯＵＴ１端子（２５）は、第１の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１のゲートに接続され、ＯＵＴ２端子（２６）は、第２の高耐圧ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続される。 HIN is input to the first hysteresis comparator 10 at 22 on / off command signal input terminals, and the output of 10 is input to the input terminal IN of the pulse generator 24. The OUT1 terminal (25) of the pulse generator 24 is connected to the gate of the first high voltage MOSFET 1, and the OUT2 terminal (26) is connected to the gate of the second high voltage MOSFET.
第１の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１のドレインは負荷抵抗３に接続されるとともに、ＲＳフリップフロップ１５のセット入力端子Ｓに、第２の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２のドレインは第２の抵抗に接続されるとともに、ＲＳフリップフロップ１５のリセット入力端子Ｒに接続される。 The drain of the first high voltage MOSFET 1 is connected to the load resistor 3, the drain of the second high voltage MOSFET 2 is connected to the set resistor S of the RS flip-flop 15, and the RS flip-flop. Connected to the reset input terminal R of the group 15.
ＲＳフリップフロップ１５の出力Ｑは第１の増幅器２８を介してハイサイドＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに接続される。パルスジェネレータ２４、第１の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１、第２の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２と、負荷抵抗３、４、ＲＳフリップフロップ１５、第１の増幅器２８は、レベルシフト回路１３の構成要素である。 The output Q of the RS flip-flop 15 is connected to the gate of the high-side MOSFET 22 via the first amplifier 28. The pulse generator 24, the first high voltage MOSFET 1, the second high voltage MOSFET 2, the load resistors 3 and 4, the RS flip-flop 15, and the first amplifier 28 are components of the level shift circuit 13.
ＬＩＮは、２３のオン／オフ指令信号入力端子で、第２のヒステリシスコンパレータ１１に入力される。レベルシフト回路１３のパルスジェネレータ２４のリセット入力に接続されるとともに、第２の増幅器を介してロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３のゲートに入力される。 LIN is an on / off command signal input terminal 23 and is input to the second hysteresis comparator 11. The level shift circuit 13 is connected to the reset input of the pulse generator 24 and input to the gate of the low-side MOSFET 23 via the second amplifier.
図３では、複数相の巻線を有するモータ駆動装置の１相分のみ図示している。 FIG. 3 shows only one phase of a motor driving device having a plurality of phases of windings.
図４は、本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置の動作を示すタイムチャートである。図４において、ＨＩＮ、ＬＩＮは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２２、ロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３のオン／オフ指令信号で、Ｈレベルをオン指令、Ｌレベルがオフ指令である。２５、２６は、パルスジェネレータ２４のＯＵＴ１端子、ＯＵＴ２端子が発生するパルス信号で、それぞれ、ＨＩＮ信号の立ち上がり、立下り時に一定パルス幅の信号を発生して、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１、２に入力される。 FIG. 4 is a time chart showing the operation of the motor drive device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, HIN and LIN are on / off command signals for the high-side MOSFET 22 and the low-side MOSFET 23. The H level is an on command and the L level is an off command. Reference numerals 25 and 26 denote pulse signals generated at the OUT1 terminal and OUT2 terminal of the pulse generator 24, which generate signals having a constant pulse width when the HIN signal rises and falls, respectively, and are input to the high voltage MOSFETs 1 and 2. .
Ｓ、Ｒは、レベルシフト回路１３の構成要素であるＲＳフリップフロップ１５のセットとリセットの入力信号で、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１、２を介して２５、２６のパルス信号が伝達される。Ｑは、１５のＲＳフリップフロップの出力を示し、先のセットパルス信号のよりＨレベル出力、リセットパルス信号によりＬ出力になる。２２、２３がそれぞれハイサイド、ロウサイドのＭＯＳＦＥＴ２２、２３のオン、オフ状態を示し、オンがＨレベル
、オフがＬレベルである。ＯＵＴは、出力電圧を示す。
S and R are set and reset input signals of the RS flip-flop 15 which is a component of the level shift circuit 13, and pulse signals 25 and 26 are transmitted through the high voltage MOSFETs 1 and 2. Q indicates the output of the 15 RS flip-flops, and becomes H level output by the previous set pulse signal and L output by the reset pulse signal. Reference numerals 22 and 23 denote ON and OFF states of the high-side and low-side MOSFETs 22 and 23, respectively. OUT indicates an output voltage.
一方、ＬＩＮ信号は、第２の増幅器２９を介して、ロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３のゲートへ入力されるだけでなく、パルスジェネレータ２４のリセット入力端子にも入力されて、ＬＩＮ信号がＬレベルからＨレベルへの立ち上がる時に、パルスジェネレータ２４のＯＵＴ２端子からリセットパルス信号（２６）が出力するよう構成されている。 On the other hand, the LIN signal is input not only to the gate of the low-side MOSFET 23 via the second amplifier 29 but also to the reset input terminal of the pulse generator 24, so that the LIN signal is changed from the L level to the H level. When rising, a reset pulse signal (26) is output from the OUT2 terminal of the pulse generator 24.
図４において、今、ｔ＝０において、ＨＩＮはＬレベル、ＬＩＮはＨレベルでハイサイドＭＯＳＦＥＴ２２はオフ、ロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３はオン状態にあり、ＯＵＴの電位はＧＮＤレベルである。 In FIG. 4, at t = 0, HIN is L level, LIN is H level, the high-side MOSFET 22 is off, the low-side MOSFET 23 is on, and the potential of OUT is at the GND level.
次に時刻ｔ＝ｔ１でＬＩＮがＨからＬレベルに切り替わるとロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３がオンからオフになって、ＯＵＴ電位は、ＧＮＤレベルから、ＶＤＣレベルへ急激に増大する。 Next, when the LIN is switched from the H level to the L level at time t = t1, the low-side MOSFET 23 is turned from on to off, and the OUT potential rapidly increases from the GND level to the VDC level.
次に時刻ｔ＝ｔ２になると、ＨＩＮレベルがＬレベルからＨレベルになる。パルスジェネレータ２４のセットパルス信号２５は、幅Δｔのパルス信号が出力されて高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１などを介してＲＳフリップフロップ１５のＳ入力端子へ入力される。ＲＳフリップフロップ１５の出力ＱはＨレベルとなり、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２２はオン状態になる。 Next, at time t = t2, the HIN level changes from the L level to the H level. As the set pulse signal 25 of the pulse generator 24, a pulse signal having a width Δt is output and input to the S input terminal of the RS flip-flop 15 via the high voltage MOSFET 1 or the like. The output Q of the RS flip-flop 15 becomes H level, and the high side MOSFET 22 is turned on.
次に時刻ｔ＝ｔ３になると、ＨＩＮがＨレベルからＬレベルに切り替わる。パルスジェネレータ２４のリセットパルス信号２６は、幅Δｔのパルス信号が出力されて高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２などを介してＲＳフリップフロップ１５のＲ入力端子へ入力される。ＲＳフリップフロップ１５の出力ＱはＬレベルとなり、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２２はオフ状態になる。 Next, at time t = t3, HIN switches from H level to L level. As the reset pulse signal 26 of the pulse generator 24, a pulse signal having a width Δt is output and input to the R input terminal of the RS flip-flop 15 via the high voltage MOSFET 2 or the like. The output Q of the RS flip-flop 15 becomes L level, and the high side MOSFET 22 is turned off.
続いて、時刻ｔ＝ｔ３ａになると、ＬＩＮがＬレベルからＨレベルに切り替わる。ＬＩＮ信号は第２の増幅器２９を介してロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３をオフからオンにする一方で、パルスジェネレータ２４に作用して２６のリセットパルス信号を出力する。 Subsequently, at time t = t3a, LIN switches from the L level to the H level. The LIN signal acts on the pulse generator 24 to output 26 reset pulse signals while turning the low-side MOSFET 23 from OFF to ON via the second amplifier 29.
以上のような動作を、ＨＩＮ、ＬＩＮ信号のレベル切り替わり毎に行うのであるが、図中の時刻ｔ＝ｔ４のようにＬＩＮ信号がＨレベルからＬレベルに切り替わってロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３がオフしてＯＵＴ電位が急増した際に、ＲＳフリップフロップ１５のＳ端子に、ＨＩＮによらない誤パルスが誘起される場合がある。誤パルスにより１５の出力ＱがＨレベル、ＩＧＢＴ１７が誤オン状態になる。 The above operation is performed every time the levels of the HIN and LIN signals are switched. However, as shown in time t = t4 in the figure, the LIN signal is switched from the H level to the L level, and the low-side MOSFET 23 is turned off to output the OUT potential. In some cases, an erroneous pulse that does not depend on HIN may be induced at the S terminal of the RS flip-flop 15. Due to the erroneous pulse, the output Q of 15 becomes H level and the IGBT 17 is erroneously turned on.
次に時刻ｔ＝ｔ５で、ＬＩＮが再びＬレベルがＨレベルになってロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３が再びＯＮするが、一方、ＬＩＮ信号が立ち上がる際に、２４のパルスジェネレータに作用して、２６のリセットパルス信号が出力されて、ＲＳフリップフロップ１５をリセットして、誤オンしていたハイサイドＭＯＳＦＥＴ２２をＯＦＦ状態にするのでハイサイドＭＯＳＦＥＴ２２、ロウサイドＭＯＳＦＥＴ２３が上下同時オン状態となることが必ず回避される効果がある。 Next, at time t = t5, LIN again becomes L level and the low side MOSFET 23 is turned on again. On the other hand, when the LIN signal rises, it acts on 24 pulse generators and 26 reset pulse signals. Is output, the RS flip-flop 15 is reset, and the high-side MOSFET 22 that has been erroneously turned on is turned off, so that the high-side MOSFET 22 and the low-side MOSFET 23 are always prevented from being turned on simultaneously. .
以上のように本発明のモータの駆動装置は、レベルシフト回路の誤動作によるトーテムポール型に２個上下直列接続されたＭＯＳＦＥＴの上下同時オンを必ず回避する効果があるので、極めて信頼性の高いモータ駆動装置を提供することが可能となるので、モータ駆動装置だけでなく、レベルシフト回路を用いた様々なインバータ機器へも適用できる。 As described above, the motor driving apparatus of the present invention has an effect of avoiding the simultaneous on-up and down-up of two MOSFETs connected in series in a top-to-bottom manner due to a malfunction of the level shift circuit. Since it becomes possible to provide a drive device, it is applicable not only to a motor drive device but also to various inverter devices using a level shift circuit.
１ 第１の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ
２ 第２の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ
３、４ 負荷抵抗
５、６ 定電圧ダイオード
７ 主電源
８、９ ＮＯＴ回路
１０ 第１のヒステリシスコンパレータ
１１ 第２のヒステリシスコンパレータ
１２ モータ巻線
１３ レベルシフト回路
１７ 上側アームのＩＧＢＴ
１８ 下側アームのＩＧＢＴ
１９ ハイサイドスイッチ素子
２１ ロウサイドスイッチ素子
２２ ハイサイドＭＯＳＦＥＴ
２３ ロウサイドＭＯＳＦＥＴ
２４ パルスジェネレータ
２７ 電流検出抵抗
２８ 第１の増幅器
２９ 第２の増幅器
1 First high voltage MOSFET
2 Second high voltage MOSFET
3, 4 Load resistance 5, 6 Constant voltage diode 7 Main power supply 8, 9 NOT circuit 10 First hysteresis comparator 11 Second hysteresis comparator 12 Motor winding 13 Level shift circuit 17 IGBT of upper arm
18 Lower arm IGBT
19 High-side switch element 21 Low-side switch element 22 High-side MOSFET
23 Low-side MOSFET
24 pulse generator 27 current detection resistor 28 first amplifier 29 second amplifier
Claims (3)
ハイサイドスイッチ素子は、レベルシフト回路によりオン／オフ制御されるものであって、ロウサイドスイッチ素子オン指令時には、前記レベルシフト回路を介してハイサイドスイッチ素子をオフする構成としたモータ駆動装置。 In a motor drive device composed of a switch element group connected in series in a totem pole type with a high-side switch element and a low-side switch element to a DC power supply,
The high-side switch element is on / off controlled by a level shift circuit, and is configured to turn off the high-side switch element via the level shift circuit when a low-side switch element on command is issued.
ハイサイドスイッチ素子は、オン／オフ指令信号が、オフからオン切り替わり時にセットパルスを発生し、オンからオフに切り替わる時にリセットパルスを発生するパルス発生器のセットパルス発生時にオン、リセットパルス発生時にオフするレベルシフト回路によりオン／オフ制御するものであって、ロウサイドスイッチ素子のオフからオン切り替わり時にもリセットパルスを発生するよう構成したモータ駆動装置。 In a motor drive device composed of a switch element group connected in series in a totem pole type with a high-side switch element and a low-side switch element to a DC power supply,
The high-side switch element generates a set pulse when the on / off command signal is switched from off to on, and generates a reset pulse when the switch is switched from on to off. A motor drive device that is on / off controlled by a level shift circuit that generates a reset pulse even when the low-side switch element is switched from off to on.
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