JP2017135852A - モータ駆動制御装置及びそのモータ駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧が過度に上昇したときに、回生電圧制限用のツェナーダイオードが保護される信頼性の高いモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動制御装置１００において、電圧供給回路１１０は、モータ２０に接続されるインバータ回路２に電源電圧Ｖｄｄを供給する。ツェナーダイオードＺＤ３１は、モータ２０が発生する回生電圧を制限する。電圧識別回路８は、電源電圧Ｖｄｄが所定の閾値を超えるときに停止信号ＦＤを出力する。遮断回路９は、停止信号ＦＤに応じてツェナーダイオードＺＤ３１への通電を停止するように構成される。遮断回路９は、ツェナーダイオードＺＤ３１への通電が緩やかに開始されるように構成される。逆接続保護回路５は、電源電圧Ｖｄｄが逆極性であるときにツェナーダイオードＺＤ３１への通電を停止するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動制御装置及びそのモータ駆動制御方法に関する。

従来、モータを駆動するモータ駆動制御装置が知られている。例えば特許文献１には電子整流子付きのブラシレスモータを駆動するモータ駆動制御装置が記載されている。このように直流電源の供給を受けてモータを駆動するモータ駆動制御装置では、ＭＯＳＦＥＴ等の複数個のスイッチング素子からなるインバータ回路を備えており、それらのスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号によってオン／オフ制御することによりモータをＰＷＭ駆動する。

特開２０１０−２５２４７０号公報

ところで、特許文献１に記載のモータ駆動制御装置では、電源とインバータ回路の間に２つのＭＯＳＦＥＴで構成された開閉器が設けられている。２つのＭＯＳＦＥＴはそれぞれの寄生ダイオードが互いに逆向きとなるように直列接続されており、開閉器はこれらのＭＯＳＦＥＴのゲート端子に開閉制御信号が入力されることでオン・オフ制御される。

また、高速回転をしているモータでは、相切り替え時や急激な回転数変動時などに、モータのコイルからキックバックによって過大な逆起電力が発生することがある。このような逆起電力は電源ラインへ回生することで電源電圧を上昇させ、使用部品への過大な電圧の印加につながるおそれがある。このため、特許文献１に記載のモータ駆動制御装置では開閉器の出力側にツェナーダイオードを接続して電源電圧の上昇を抑制している。このようなツェナーダイオードは回生電圧を制限して電源電圧への回り込みを抑制する。キックバックによる回生エネルギーはパルス状または短時間のものであるので、比較的小型のツェナーダイオードを用いてもよい。

一方、このようなモータ駆動制御装置を搭載した機器の市場での信頼性を確保するために、モータ駆動制御装置に対して、電源電圧が使用電圧範囲の上限を所定の範囲で超えても壊れないレベルの耐久性が求められている。しかし、モータ駆動制御装置に、回生電圧を制限するツェナーダイオードのツェナー電圧を超える過大な電源電圧が入力されると、そのツェナーダイオードに過大な電流が流れ続けてやがて破損に至る可能性がある。

また、キックバックによる回生エネルギーを吸収するために、大容量の電解コンデンサを接続することも考えられるが、このような電解コンデンサは耐久性が十分であるとはいえない。また、大容量のコンデンサを用いると、電源投入時にコンデンサに大きな突入電流が流れることで、全体の突入電流が大幅に増加して開閉器用のＭＯＳＦＥＴを破損する懸念がある。このため、例えばインダクタを接続するなど突入電流を緩和する手段を追加することになる。しかし、インダクタを用いるとインダクタの誘起電圧の問題や、コストアップの問題も生じる。したがって、キックバックの回生エネルギーを吸収するために、大容量のコンデンサを用いることは信頼性やコストアップなど観点から望ましいとはいえない。
このような背景から、本発明者はモータ駆動制御装置において回生電圧を制限するためにツェナーダイオードを用いるとともに、そのツェナーダイオードを過大な電源電圧から保護することが課題であると認識した。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、電源電圧が過度に上昇したときに、回生電圧制限用のツェナーダイオードが保護される信頼性の高いモータ駆動制御装置の技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータ駆動制御装置は、モータに接続されるインバータ回路に電源電圧を供給する電圧供給回路を備える。電圧供給回路は、モータが発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードと、電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力する電圧識別回路と、停止信号に応じてツェナーダイオードへの通電を停止するように構成された遮断回路と、を含む。

この態様によると、電圧供給回路がモータで発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードを含むため、電源電圧に回り込む回生電圧が抑制されるとともに、電源電圧が過度に上昇したときにツェナーダイオードを保護することができる。

本発明の別の態様は、モータ駆動制御方法である。この方法は、モータに接続されるインバータ回路に電源電圧を供給する電圧供給回路を備え、電圧供給回路がモータの発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードを含むモータ駆動制御装置が実行するモータ駆動制御方法であって、電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力することと、停止信号に応じてツェナーダイオードへの通電を停止することと、を含む。

この態様によると、電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力することと、停止信号に応じてツェナーダイオードへの通電を停止することと、を含むため、電源電圧が過度に上昇したときにツェナーダイオードを保護することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によると、電源電圧が過度に上昇したときに、回生電圧の電源電圧への回り込みを抑制するためのツェナーダイオードが保護される信頼性の高いモータ駆動制御装置及びそのモータ駆動制御方法を提供することができる。

実施形態に係るモータ駆動制御装置のブロック図である。 実施形態に係るモータ駆動制御装置の構成図である。 電源電圧の変動を説明する説明図である。 平滑された監視電圧の変動を説明する説明図である。 過大電圧保護回路のフローチャートである。 過大電圧保護回路のタイミングチャートである。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施形態に係るモータ駆動制御装置１００のブロック図である。モータ駆動制御装置１００は、モータ２０に接続されるインバータ回路２に電源電圧Ｖｄｄを供給する電圧供給回路１１０を備える。電圧供給回路１１０は、モータ２０が発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードＺＤ３１と、電源電圧Ｖｄｄが所定の閾値を超えるときに停止信号ＦＤを出力する電圧識別回路８と、停止信号ＦＤに応じてツェナーダイオードＺＤ３１への通電を停止するように構成された遮断回路９と、逆接続保護回路５と、を含む。逆接続保護回路５については後述する。電圧識別回路８は、駆動制御信号Ｓｄをプリドライブ回路３に出力する。インバータ回路２はプリドライブ回路３によりスイッチング制御される。

（ツェナーダイオード）
モータ２０は負荷変動や回転変動に伴い、コイルのインダクタンスにより逆起電力が発生する。特にモータ２０が高速回転から急激にスピードダウンする際には大きな逆起電力が発生する。このような逆起電力はインバータ回路２の電源ラインに回生されて電源電圧Ｖｄｄを上昇させることがある。電源電圧Ｖｄｄが上昇すると、電源電圧Ｖｄｄに接続されている本体機器にも影響が及ぶため、過大な回生電圧の重畳は本体機器の誤動作の要因になりかねない。

図３は電源電圧Ｖｄｄの変動を説明する説明図である。楕円Ｐは電源電圧Ｖｄｄが定格電圧Ｖｉｎ１である例を示し、楕円Ｓは電源電圧Ｖｄｄが動作範囲の上限電圧Ｖｉｎ２の例を示し、楕円Ｔは電源電圧Ｖｄｄが動作範囲を超えた過大電圧Ｖｉｎ３の例を示している。例えば、楕円Ｓで示す例では、電源電圧Ｖｄｄにはキックバックによる回生電圧ｋ１がパルス状に重畳されている。このように電源電圧Ｖｄｄが上昇すると、使用部品への過大な電圧の印加につながり、機器の信頼性が低下するおそれがある。

そこで、実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、回生電圧ｋ１を制限するツェナーダイオードＺＤ３１が設けられている。ツェナーダイオードＺＤ３１は、例えばインバータ２に電源電圧Ｖｄｄを供給する電源ラインＶｐとグランドラインＧＮＤの間に接続される。特に、ツェナーダイオードＺＤ３１は、そのカソードが正電源側の電源ラインＶｐに接続され、そのアノードがグランドラインＧＮＤに接続される。このように接続することによって、電源電圧ＶｄｄはツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧Ｖｚでクランプされ、ツェナー電圧Ｖｚを超えた上昇が制限される。

一方、市場における信頼性を確保するために、モータ駆動制御装置に対しては電源電圧Ｖｄｄが使用電圧範囲の上限を所定の範囲で超えても壊れない耐久性が求められている。例えば、電源電圧Ｖｄｄが定格電圧の２倍である過大電圧が所定時間継続的に入力されても（例えば、定格が５０Ｖの場合、１００Ｖが２分間）壊れない耐久性を有することで実用的な市場信頼性を実現できると考えられる。しかし、図３の楕円Ｔで示すように、電源電圧Ｖｄｄが動作範囲を超えた過大電圧Ｖｉｎ３では、電源電圧ＶｄｄがツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧Ｖｚを超えており、ツェナーダイオードＺＤ３１に過大な電流が流れ続けて素子の温度が上昇し、やがて破損に至る可能性がある。

そこで、実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、電源電圧Ｖｄｄが所定の閾値Ｖｔｈを超えた場合にツェナーダイオードＺＤ３１やインバータ回路２への通電を停止するように構成された過大電圧保護回路６が設けられている。過大電圧保護回路６は電圧識別回路８と遮断回路９とを含んでいる。電圧識別回路８は、電源電圧Ｖｄｄを監視して、電源電圧Ｖｄｄが閾値Ｖｔｈを超えるときに停止信号ＦＤを出力する。遮断回路９は、その前段が電源電圧Ｖｄｄに接続され、その後段がツェナーダイオードＺＤ３１とインバータ回路２に接続されている。遮断回路９は停止信号ＦＤがアクティブ（Ｌレベル）になると後段への通電を停止する。つまり、遮断回路９は停止信号ＦＤに応じてツェナーダイオードＺＤ３１とインバータ回路２への通電を停止する。

次に、モータ駆動制御装置１００の具体的な構成を説明する。図２は、実施形態に係るモータ駆動制御装置１００の回路の一例を示す構成図である。図２に示すように、モータ駆動制御装置１００は、電圧供給回路１１０と、インバータ回路２と、プリドライブ回路３と、位置検出手段３０とを備える。電圧供給回路１１０は、逆接続保護回路５と、回生電圧保護回路７と、電圧識別回路８と、遮断回路９とを備える。

モータ２０は、Ｈブリッジ型のインバータ回路２によって駆動される単相ブラシレスモータである。インバータ回路２は、ハイサイドスイッチング素子であるトランジスタＱ１、Ｑ３とローサイドスイッチング素子であるトランジスタＱ２、Ｑ４とが直列接続されたレグを有し、当該レグが直流電源の正極である電源ラインＶｐと負極であるグランドラインＧＮＤとの間に接続されてモータ２０を駆動する。モータ２０には、ロータの位置を検出する位置検出手段３０が設けられている。位置検出手段３０はロータの回転位置に基づいて位置信号Ｓｐを制御回路部４に出力する。位置検出手段３０は例えばホールセンサを含み、位置信号Ｓｐはホール信号であってもよい。電圧識別回路８の制御回路部４は、位置信号Ｓｐに基づいて矩形波駆動用や正弦波駆動用の駆動制御信号Ｓｄをプリドライブ回路３に出力する。プリドライブ回路３は、駆動制御信号Ｓｄに基づいて、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度のＰＷＭ信号Ｈ１、Ｌ１、Ｈ２、Ｌ２を生成してインバータ回路２のトランジスタＱ１〜Ｑ４の各ゲートに出力する。トランジスタＱ１〜Ｑ４はＰＷＭ信号Ｈ１、Ｌ１、Ｈ２、Ｌ２によってスイッチング動作をして、駆動信号２ａ、２ｂをモータ２０の電機子コイルに出力する。電機子コイルは駆動信号２ａ、２ｂに基づいて、ロータに組み込まれたマグネットとの対向空間に回転磁界を発生させる。ロータには、回転磁界とマグネットの磁極との相互作用により回転駆動力が発生する。

ツェナーダイオードＺＤ３１は、そのカソードがインバータ回路２の正極側の電源ラインＶｐに接続され、そのアノードが負極側のグランドラインＧＮＤに接続される。また、ツェナーダイオードＺＤ３１のカソードは、遮断回路９の後段である後述するトランジスタＱ１４のドレインに接続される。ツェナーダイオードＺＤ３１には、高周波のリップルを吸収するためのコンデンサＣ３１が並列に接続されている。コンデンサＣ３１には例えばセラミックコンデンサを使用してもよい。ツェナーダイオードＺＤ３１としては、電源電圧Ｖｄｄの電圧範囲の上限電圧よりやや高いツェナー電圧Ｖｚのツェナーダイオードが使用されている。つまり、図３の楕円Ｓで示すように、上限電圧Ｖｉｎ２（例えば７５ｖ）では回生電圧ｋ１が重畳されてもツェナー電圧Ｖｚ（例えば８２ｖ）を超えないように設定されている。この結果、ツェナーダイオードＺＤ３１は上限電圧Ｖｉｎ２では動作せず、上限電圧Ｖｉｎ２よりやや高いツェナー電圧Ｖｚを超えると動作してキックバックによる電源電圧Ｖｄｄの上昇を制限する。

しかし、図３の楕円Ｔで示すように、電源電圧Ｖｄｄが動作範囲を超えた過大電圧Ｖｉｎ３（例えば１００ｖ）では、電源電圧ＶｄｄがツェナーダイオードＺＤ３１のツェナー電圧Ｖｚを超えており、ツェナーダイオードＺＤ３１に過大な電流が流れ続ける。このため、図２に示すように、電圧供給回路１１０には、電圧識別回路８と遮断回路９とを含む過大電圧保護回路６が設けられている。

電圧識別回路８は、ダイオードＤ１１と、ダイオードＤ１１に接続される分圧回路と、を含み、当該分圧回路は抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を含んでいる。電圧識別回路８は、電源電圧Ｖｄｄを抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値に応じて分圧比で分圧した監視電圧Ｖｃを制御回路部４の入力端子４ｃに出力する。制御回路部４には、閾値Ｖｔｈに抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の分圧比を乗じた値に基づく比較値Ｖｘが設定されている。つまり、閾値Ｖｔｈは、比較値Ｖｘを抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の分圧比で除した値に設定される。制御回路部４は、入力された監視電圧Ｖｃと比較値Ｖｘとを比較して、監視電圧Ｖｃが比較値Ｖｘ以上であるときに出力端子４ａに停止信号ＦＤを出力する。

一方、図３に示すように、電源電圧Ｖｄｄにはパルス状の回生電圧ｋ１が重畳されており、電源電圧Ｖｄｄが閾値Ｖｔｈを短時間ながら超えることが考えられる。使用電圧範囲内の電源電圧Ｖｄｄにおいては、短時間でも閾値Ｖｔｈを超えて通電が停止されることは好ましいとはいえない。このため、ツェナー電圧Ｖｚを高く設定することも考えられるが、この場合は回生電圧ｋ１を制限する効果が低くなるので好ましいとはいえない。このため、短時間の電源電圧Ｖｄｄの上昇に対しては通電を停止せず継続する方が望ましい。

そこで、電圧識別回路８は、監視電圧Ｖｃの高周波成分を減衰させるフィルタ手段を含んでいる。電圧識別回路８は、このようなフィルタ手段として、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とコンデンサＣ１１を含むローパスフィルタを設け、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２で分圧して生成された監視電圧Ｖｃの高周波成分を減衰させるように構成している。コンデンサＣ１１は抵抗Ｒ１２に並列に接続される。パルス状の電圧変動はローパスフィルタによって平滑された状態で制御回路部４の入力端子４ｃに入力されるので、使用電圧範囲の電源電圧Ｖｄｄにおいて通電が停止される可能性を小さくすることができる。ローパスフィルタは、そのカットオフ周波数を調整することで所望の平滑特性を得ることができる。

図４は平滑された監視電圧Ｖｃの変動を説明する説明図である。図４では、理解を容易にするため、縦軸の監視電圧Ｖｃは分圧前の電圧に対応して表示している。特に楕円Ｎは図３の楕円Ｓに対応する。楕円Ｎに示すように、監視電圧Ｖｃに重畳された回生電圧ｋ１が平滑された電圧ｋ２となっており、重畳された部分でも閾値Ｖｔｈより小さくなっている。

次に、遮断回路９について説明する。遮断回路９は、抵抗Ｒ４と、トランジスタＱ１３と、抵抗Ｒ３と、トランジスタＱ１２、１４と、コンデンサＣ１と、を含んでいる。トランジスタＱ１４（第１スイッチング素子の一例）は、ツェナーダイオードＺＤ３１やインバータ回路２への通電をオン／オフ動作する。トランジスタＱ１２（第２スイッチング素子の一例）は、停止信号ＦＤに応じてトランジスタＱ１３に制御されることによって、トランジスタＱ１４のオン／オフ動作を制御する。トランジスタＱ１３は、停止信号ＦＤに応じてトランジスタＱ１２のオン／オフ動作を制御する第３スイッチング素子である。

電圧識別回路８と遮断回路９には定電圧回路４４から定電圧Ｖｇが供給されている。定電圧回路４４は、例えば三端子レギュレータを含み、入力部ＩＮに電源電圧Ｖｄｄが入力され、出力部ＯＵＴに定電圧Ｖｇを出力する。定電圧Ｖｇは例えば５ｖであってもよい。定電圧回路４４の入力部ＩＮと出力部ＯＵＴには、それぞれコンデンサＣ２、３が接続されて、高周波成分の影響を抑制している。

トランジスタＱ１３はＮＰＮトランジスタで、コレクタが抵抗Ｒ３を通じて電源ラインＶｑ（遮断回路９の前段）に接続されている。トランジスタＱ１３のベースには定電圧Ｖｇが入力され、トランジスタＱ１３のエミッタには抵抗Ｒ４を通じて停止信号ＦＤが入力される。したがって、停止信号ＦＤがＨレベルでは、トランジスタＱ１３は導通しないので、コレクタ電位は電源ラインＶｑのレベルになる。一方、停止信号ＦＤがＬレベルになると、トランジスタＱ１３は導通するので、コレクタ電位は定電圧Ｖｇ付近まで低くなる。つまり、トランジスタＱ１３は停止信号ＦＤによってオン／オフ制御され、コレクタ電位は電源ラインＶｑのレベルと定電圧Ｖｇのレベルの間で変化する。

トランジスタＱ１２はＰｃｈＭＯＳＦＥＴで、ソースが電源ラインＶｑに、ドレインがトランジスタＱ１４のゲートに、ゲートがトランジスタＱ１３のコレクタに接続されている。トランジスタＱ１２は、トランジスタＱ１３のコレクタ電位が電源ラインＶｑのレベルであるときはオフ状態で、トランジスタＱ１３のコレクタ電位が定電圧Ｖｇのレベルであるときはオン状態になる。つまり、トランジスタＱ１２は、トランジスタＱ１３のオン／オフ状態に同期してオン／オフ制御される。

トランジスタＱ１４はＰｃｈＭＯＳＦＥＴで、ソースが電源ラインＶｑに、ドレインが電源ラインＶｐに、ゲートがトランジスタＱ１２のドレインに接続されている。また、トランジスタＱ１４のゲートには、電源ラインＶｑから抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧された電圧Ｖｅが入力されている。このため、トランジスタＱ１２がオフの状態ではトランジスタＱ１４はオン状態になり、電源ラインＶｑと電源ラインＶｐとを導通する。一方、トランジスタＱ１２がオン状態になると、トランジスタＱ１４はゲートとソースが略同電位になることでオフになる。つまり、トランジスタＱ１４は、トランジスタＱ１２のオフ／オン状態を反転してオン／オフ制御される。

図５は過大電圧保護回路６の動作を説明するフローチャート、図６は過大電圧保護回路６の動作を説明するタイミングチャートである。図５において、電源がオンになると（Ｓ２０１）、電圧識別回路８は監視電圧Ｖｃの監視を始める（Ｓ２０２）。監視電圧Ｖｃが閾値Ｖｔｈ以下の状態では停止信号ＦＤはＨレベルになっており、図６に示すように、トランジスタＱ１３、Ｑ１２はオフし、トランジスタＱ１４はオンすることで、インバータ回路２の電源ラインＶｐには電源ラインＶｑから通電が開始され、モータ２０は所定の回転動作を開始する。

図４の楕円Ｌに示すように、監視電圧Ｖｃが比較値Ｖｘ以上（＝閾値Ｖｔｈ以上）になると、停止信号ＦＤはＬレベルに変化し、図６に示すように、トランジスタＱ１３、Ｑ１２はオンし、トランジスタＱ１４はオフして、電源ラインＶｐへの通電が停止される（Ｓ２０３）。電圧識別回路８は監視電圧Ｖｃの監視を継続し（Ｓ２０４）、監視電圧Ｖｃが比較値Ｖｘより低くなると、停止信号ＦＤはＨレベルに変化し、トランジスタＱ１３、Ｑ１２はオフし、トランジスタＱ１４はオンして、電源ラインＶｐへの通電が再開される（Ｓ２０５）。

過大電圧保護回路６がこのように動作することによって、図４の楕円Ｌに示すように、電源電圧Ｖｄｄが動作範囲を超えた過大電圧Ｖｉｎ３では、電源ラインＶｐへの通電が停止され、ツェナーダイオードＺＤ３１は過大電流から保護される。なお、閾値Ｖｔｈは過大電圧Ｖｉｎ３より低く設定され、ツェナー電圧Ｖｚは過大電圧Ｖｉｎ３より低く閾値Ｖｔｈより高く、過大電圧Ｖｉｎ３と閾値Ｖｔｈの間に設定することができる。なお、回生電圧ｋ１が重畳されることを考慮して、ツェナー電圧Ｖｚを閾値Ｖｔｈより過大電圧Ｖｉｎ３に近い電圧に設定してもよい。

（突入電流）
電源ラインＶｐの立ち上がりの際に、電源電圧ＶｄｄからコンデンサＣ３１への経路に突入電流（充電電流）が流れ、突入電流が大きい場合、その経路に存在するトランジスタＱ１４などの電子部品を劣化させて装置の信頼性が低下する要因になり得る。そこで、モータ駆動制御装置１００では、突入電流を軽減するために、遮断回路９は、ツェナーダイオードＺＤ３１やインバータ回路２への通電が緩やかに開始されるように構成された遅延回路を含んでいる。遅延回路は、トランジスタＱ１４のゲートとソースの間に接続されるコンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、を含んでいる。コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１、Ｒ２は一次遅れの要素としてトランジスタＱ１４のゲートとソースの間の電圧変化を緩やかにする。この結果、トランジスタＱ１４は徐々にオン状態に移行することで、ツェナーダイオードＺＤ３１やインバータ回路２への通電が緩やかに開始され、トランジスタＱ１４の突入電流を減らすことができる。

（逆接続保護）
モータ駆動制御装置１００の電源の入力端子１２、１４には、モータ駆動制御装置１００を本体装置に取付ける際に、誤って電源からのコネクタのプラスとマイナスとが逆に接続されるおそれがある。この場合、回生電圧ｋ１を制限するツェナーダイオードＺＤ３１には順方向の過大電流が流れ、このツェナーダイオードＺＤ３１などの回路部品が破損する可能性がある。そこで、モータ駆動制御装置１００では、電源からのコネクタが逆に接続されて電源電圧Ｖｄｄが逆極性であるときにツェナーダイオードＺＤ３１やインバータ回路２への通電を停止するように構成された逆接続保護回路５を含んでいる。逆接続保護回路５は、トランジスタＱ１１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２とを含む。トランジスタＱ１１は停止信号ＦＤに応じてオフ動作するスイッチング素子である。抵抗Ｒ１はトランジスタＱ１１のゲートとソースの間に接続され、抵抗Ｒ２はトランジスタＱ１１のゲートと電源入力端子１４との間に接続されている。トランジスタＱ１１はＰｃｈＭＯＳＦＥＴである。電源入力端子１２、１４に電源からのコネクタが正しく接続された場合には、トランジスタＱ１１のゲートは抵抗Ｒ２を通じてソースより低電位側に接続されるので、トランジスタＱ１１はオンして、そのソース側への通電を開始する。電源入力端子１２、１４に電源からのコネクタが逆に接続された場合には、トランジスタＱ１１のゲートはソースより高電位側に接続され、トランジスタＱ１１はオフして、そのソース側への通電を遮断する。このことによって、トランジスタＱ１１のソース側に設けられるツェナーダイオードＺＤ３１やインバータ回路２などを保護することができる。

既述したように、モータ駆動制御装置１００は電圧識別回路８と遮断回路９に定電圧Ｖｇを供給する定電圧回路４４を含んでいる。このような定電圧回路４４の入力部ＩＮを遮断回路９の後段に接続すると、遮断回路９がオフした場合に、定電圧回路４４の動作が停止して電圧識別回路８と遮断回路９の動作が不安定になることが考えられる。そこで、モータ駆動制御装置１００では、定電圧回路４４の入力部ＩＮが遮断回路９の前段である電源ラインＶｑに接続されている。この結果、遮断回路９がオフした場合にも定電圧回路４４の動作は維持され、電圧識別回路８と遮断回路９は安定して動作することができる。

トランジスタＱ１４のゲート−ソース間にその耐電圧より高い電圧が入力されるとトランジスタＱ１４が劣化あるいは破損することがある。耐電圧が高いトランジスタを使用することも考えられるが、この場合コストアップや素子の大型化の問題がある。そこで、モータ駆動制御装置１００では、トランジスタＱ１４のゲート−ソース間電圧をクランプするためにゲート−ソース間にツェナーダイオードＺＤ１が接続されている。特に、ツェナーダイオードＺＤ１は、そのカソードがトランジスタＱ１４のソースに、そのアノードがトランジスタＱ１４のゲートに接続される。ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧は、トランジスタＱ１４のゲート−ソース間の耐電圧（例えば２０Ｖ）より低い電圧（例えば１５Ｖ）に設定してもよい。ツェナーダイオードＺＤ１を設けることにより、トランジスタＱ１４のゲート−ソース間の電圧が抑制され、トランジスタＱ１４が保護される。なお、ツェナーダイオードＺＤ１はトランジスタＱ１１のゲート−ソース間の電圧もクランプしている。

制御回路部４には、ソフトウエア処理やデジタル処理をすることができる回路装置であるＭＣＵ（Micro Control Unit）を含んでもよい。制御回路部４は、ソフトウエア処理やデジタル処理によって監視電圧Ｖｃと閾値Ｖｔｈとを比較して停止信号ＦＤを出力するように構成してもよい。また、制御回路部４は、ソフトウエア処理やデジタル処理によって、位置信号Ｓｐから駆動制御信号Ｓｄを生成してプリドライブ回路３に出力してもよい。

次に、このように構成されたモータ駆動制御装置１００の動作を説明する。
電源がオンされることによって、電圧識別回路８は監視電圧Ｖｃの監視を始め、監視電圧Ｖｃが比較値Ｖｘより低い状態では停止信号ＦＤはＨレベルが出力され、トランジスタＱ１４はオンして、電源ラインＶｐに通電が開始さる。
一方、制御回路部４が位置検出手段３０の位置信号Ｓｐに応じた駆動制御信号Ｓｄを出力すると、プリドライブ回路３はＰＷＭ信号をインバータ回路２に出力する。インバータ回路２がＰＷＭ信号に応じて駆動信号２ａ、２ｂを出力すると、モータ２０は公知のブラシレスモータのメカニズムにより回転駆動される。監視電圧Ｖｃが比較値Ｖｘ以上になると、停止信号ＦＤはＬレベルに変化してトランジスタＱ１４がオフして、電源ラインＶｐへの通電が停止される。監視電圧Ｖｃが比較値Ｖｘより低くなると、停止信号ＦＤはＨレベルに変化してトランジスタＱ１４がオンして、電源ラインＶｐへの通電が再開される。このように動作することによって、ツェナーダイオードＺＤ３１は過大電圧から保護される。

次に、このように構成されたモータ駆動制御装置１００が実行するモータ駆動制御方法について説明する。このモータ駆動制御方法は、電源電圧Ｖｄｄが所定の閾値Ｖｔｈを超えるときに停止信号ＦＤを出力することと、停止信号ＦＤに応じてツェナーダイオードＺＤ３１への通電を停止することと、を含む。

次に、このように構成されたモータ駆動制御装置１００の特徴を説明する。
モータ駆動制御装置１００は、ツェナーダイオードＺＤ３１を含むため、モータ２０が発生する回生電圧を制限して電源電圧Ｖｄｄへの回り込みを抑制することができる。また、電源電圧Ｖｄｄが所定の閾値を超えるときに停止信号ＦＤを出力する電圧識別回路８と、停止信号ＦＤに応じてツェナーダイオードＺＤ３１への通電を停止するように構成された遮断回路９と、を含むため、電源電圧Ｖｄｄが過大に上昇した場合に、ツェナーダイオードＺＤ３１を保護することができる。この構成により、電源電圧Ｖｄｄより高い過大電圧（例えば、定格電圧の２倍の電圧）が所定の時間継続的に入力されても壊れない耐久性を実現することも可能になる。

また、電源電圧Ｖｄｄが過大に上昇した場合にインバータ回路２や他の回路への通電も停止するので、これらの回路に定格電圧が低い部品を使用することが可能になり、モータ駆動制御装置１００の小型化やコストダウンの観点で有利になる。また、過大な電源電圧が印加される時間が短くなるので、これらの回路の部品の信頼性や寿命の観点で有利になる。

モータ駆動制御装置１００では、ツェナーダイオードＺＤ３１への通電が緩やかに開始されるように遮断回路９が構成されるので、通電が急激に開始される場合と比較して、通電開始時の突入電流を減らすことができる。

モータ駆動制御装置１００は、電圧供給回路１１０が、電源電圧Ｖｄｄが逆極性であるときにツェナーダイオードＺＤ３１への通電を停止するように構成された逆接続保護回路５を含むため、電源が逆に接続された場合にツェナーダイオードＺＤ３１などの回路部品を保護することができる。

モータ駆動制御装置１００は、遮断回路９が、ツェナーダイオードＺＤ３１への通電をオン／オフ動作するトランジスタＱ１４と、停止信号ＦＤに応じてトランジスタＱ１４のオン／オフ動作を制御するトランジスタＱ１２と、を含むため、電源電圧Ｖｄｄが所定の閾値を超える場合にトランジスタＱ１４をオフ状態に制御して、ツェナーダイオードＺＤ３１への通電を停止することができる。

モータ駆動制御装置１００は、電圧識別回路８が、ダイオードＤ１１と、ダイオードＤ１１に接続される分圧回路と、を含むため、電源電圧Ｖｄｄから分圧される監視電圧Ｖｃを、耐電圧の低い電圧識別回路８でも処理可能な低圧に変換することができる。

モータ駆動制御装置１００は、電圧識別回路８が、電源電圧Ｖｄｄから生成された監視電圧Ｖｃの高周波成分を減衰させるフィルタ手段を含むため、電源電圧Ｖｄｄに含まれる高周波成分による電圧識別回路８の動作への影響を抑制することができる。

モータ駆動制御装置１００は、電圧供給回路１１０が、電圧識別回路８に定電圧を供給する定電圧回路４４を含み、定電圧回路４４の入力部ＩＮが遮断回路９の前段に接続されるので、遮断回路９がオフした場合にも定電圧回路４４から電圧識別回路８と遮断回路９に定電圧Ｖｇを供給することができる。

以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。実施の形態を説明する各図は、構成の一例を示すものであって、これに限定されるものではない。また、フローチャートに示したステップやタイミングチャートに示した波形は、一例を示すものであって、これに限定されるものではない。例えば、各ステップ間に他の処理が挿入され、処理が並列化され、処理の順序が変更され、処理の一部が削除されてもよい。

（変形例１）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、モータ２０がＨブリッジ型のインバータ回路２によって駆動される単相ブラシレスモータである例について説明したがこれに限られない。制御駆動対象であるモータは単相以外の例えば３相以上の多相モータであってもよい。

（変形例２）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、位置検出手段３０はホールセンサを含む例について説明したがこれに限られない。位置検出手段はホールセンサ以外の例えばコイルの逆起電力に応じてロータの位置を検出する手段であってもよい。また、位置検出手段３０はロータリーエンコーダを含んでもよい。

（変形例３）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、電圧識別回路８にコンデンサＣ１１を含むローパスフィルタを設ける例について説明したがこれに限られない。監視電圧Ｖｃの高周波成分を減衰させるフィルタ手段としては、デジタルフィルタやソフトウエア処理によるフィルタであってもよい。例えば、制御回路部４にＭＣＵ（Micro Control Unit）を含み、ＭＣＵに内蔵されるタイマー手段によって監視電圧Ｖｃの高周波成分の影響を抑制するようにしてもよい。この場合、コンデンサＣ１１を省くことができる。

（変形例４）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、逆接続保護回路５を設ける例について説明したがこれに限られず、逆接続保護回路５は必須構成ではない。逆接続保護回路５を設けない場合は、トランジスタＱ１１を省くことができる。逆接続保護回路としてはトランジスタを省いてダイオードで構成してもよい。この場合、回生電圧ｋ１はダイオードでカットされ、電源電圧Ｖｄｄには重畳されないので、コンデンサＣ１１を含むローパスフィルタを省くことも可能になる。

（変形例５）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、電圧識別回路８はソフトウエア処理またはデジタル処理によって電圧が識別される例について説明したがこれに限られない。電圧識別回路は電圧比較器（コンパレータ）によりアナログ処理されてもよい。

（変形例６）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、定電圧回路４４に三端子レギュレータを用いる例について説明したがこれに限られない。定電圧回路には三端子レギュレータ以外の定電圧供給手段が用いられてもよい。

（変形例７）
モータ駆動制御装置１００の各構成要素は必要に応じて少なくとも一部を集積回路化してもよい。

（変形例８）
電圧識別回路８に入力する電圧は、電源の入力端子１２から供給される電源電圧Ｖｄｄではなく、遮断回路９の前段の電源ラインＶｑの電圧としてもよい。その場合、ダイオードＤ１１に相当するダイオードは必須ではない。

１００ モータ駆動制御装置、 ２ インバータ回路、 ３ プリドライブ回路、 ４ 制御回路部、 ５ 逆接続保護回路、 ６ 過大電圧保護回路、 ８ 電圧識別回路、 ９ 遮断回路、 ２０ モータ、 ３０ 位置検出手段、 ４４ 定電圧回路、 １１０ 電圧供給回路、 Ｑ１１ トランジスタ、 Ｑ１２ トランジスタ（第２スイッチング素子の一例）、 Ｑ１３ トランジスタ、 Ｑ１４ トランジスタ（第１スイッチング素子の一例）、 ＺＤ３１ ツェナーダイオード、 Ｄ１１ ダイオード、 Ｒ１１、Ｒ１２ 抵抗（分圧回路の一例、フィルタ手段の一部）、 Ｃ１１ コンデンサ（フィルタ手段の一部）、 Ｖｄｄ 電源電圧、 ｋ１ 回生電圧、 ＦＤ 停止信号。

Claims (8)

1. モータに接続されるインバータ回路に電源電圧を供給する電圧供給回路を備え、
   前記電圧供給回路は、
   前記モータが発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードと、
   前記電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力する電圧識別回路と、
   前記停止信号に応じて前記ツェナーダイオードへの通電を停止するように構成された遮断回路と、
   を含むことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記遮断回路は、前記ツェナーダイオードへの通電が緩やかに開始されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記電圧供給回路は、前記電源電圧が逆極性であるときに前記ツェナーダイオードへの通電を停止するように構成された逆接続保護回路を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記遮断回路は、前記ツェナーダイオードへの通電をオン／オフ動作する第１スイッチング素子と、前記停止信号に応じて前記第１スイッチング素子のオン／オフ動作を制御する第２スイッチング素子と、を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記電圧識別回路は、分圧回路を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記電圧識別回路は、前記電源電圧から生成された監視電圧の高周波成分を減衰させるフィルタ手段を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記電圧供給回路は、前記電圧識別回路に定電圧を供給する定電圧回路を含み、
   前記定電圧回路の入力部は前記遮断回路の前段に接続されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
8. モータに接続されるインバータ回路に電源電圧を供給する電圧供給回路を備え、前記電圧供給回路が前記モータの発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードを含むモータ駆動制御装置が実行するモータ駆動制御方法であって、
   前記電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力することと、
   前記停止信号に応じて前記ツェナーダイオードへの通電を停止することと、
   を含むことを特徴とするモータ駆動制御方法。

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