JP2018152973A - Power conversion circuit, motor control device and power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換回路、並びにそれを用いたモータ制御装置及びパワーステアリング装置に関する。詳しくは、平滑コンデンサの残留電荷の放電経路を備えた電力変換回路、並びにそれを用いたモータ制御装置及びパワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a power conversion circuit, and a motor control device and a power steering device using the power conversion circuit. Specifically, the present invention relates to a power conversion circuit having a discharge path for residual charges of a smoothing capacitor, and a motor control device and a power steering device using the power conversion circuit.
インバータを含む電力変換回路は、例えば、モータの制御に用いられる。電力変換回路は、電源からの直流電力を交流に変換してモータへ供給する。インバータと電源との間には、平滑コンデンサが設けられる。修理等の理由により電源が取り外された場合、外部から衝撃を受けたために電源ケーブルが抜けた場合など様々な要因で電源と電力変換回路とが遮断される場合がある。電源と電力変換回路とが遮断された場合には、平滑コンデンサの電荷を速やかに放電することが好ましい。 A power conversion circuit including an inverter is used for controlling a motor, for example. The power conversion circuit converts DC power from the power source into AC and supplies it to the motor. A smoothing capacitor is provided between the inverter and the power source. There are cases where the power supply and the power conversion circuit are interrupted due to various factors, such as when the power supply is removed for reasons of repair or when the power cable is disconnected due to an external impact. When the power source and the power conversion circuit are interrupted, it is preferable to quickly discharge the charge of the smoothing capacitor.
特開2008−094342号公報(特許文献1)においては、電流リップル吸収用のコンデンサに蓄積された電荷を専用の回路を用いずに放電する技術が開示されている。特開2008−094342号公報においては、電源オフ時には、駆動制御部によってモータ駆動回路を制御することにより、コンデンサの電荷をモータの回転に必要な電流経路の一部を通過させることにより放電させる。 Japanese Patent Laying-Open No. 2008-094342 (Patent Document 1) discloses a technique for discharging electric charge accumulated in a capacitor for absorbing current ripple without using a dedicated circuit. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-094342, when the power is turned off, the drive control unit controls the motor drive circuit to discharge the capacitor charge through a part of the current path necessary for the rotation of the motor.
特開2016−152634号公報(特許文献2)においては、平滑コンデンサへの突入電流を低減させるための抵抗が設けられている。特開2016−152634号公報においては、平滑コンデンサの残留電荷を、突入電流低減用の抵抗に流すことによって放電するようにしている。 In Japanese Patent Laying-Open No. 2006-152634 (Patent Document 2), a resistor is provided for reducing the inrush current to the smoothing capacitor. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-152634, the residual charge of the smoothing capacitor is discharged by flowing it through a resistor for reducing inrush current.
特開2011−239608号公報(特許文献3)においては、電力変換装置は、動力源とは別個にバックアップ電源を備えている。動力変換装置は、バックアップ電源によりスイッチング素子を制御することで、平滑コンデンサの電荷を放電するようにしている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-239608 (Patent Document 3), the power conversion device includes a backup power source separately from the power source. The power converter is configured to discharge the electric charge of the smoothing capacitor by controlling the switching element with a backup power source.
上記特開2008−094342号公報に記載の構成では、専用の回路を用いずにコンデンサの電荷を放電することができる。しかし、特開2008−094342号公報に記載の構成では、車載バッテリが取り外されたとき等、電源が遮断された場合には、駆動制御部を制御することができない。駆動制御部を制御できない事態が生じると、モータ駆動回路を制御できないので、MOS−FET素子をオン状態にすることができない。MOS−FET素子をオン状態にすることができなければ、コンデンサの電荷をモータの回転に必要な電流経路に通過させることができない。 With the configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-094342, the capacitor charge can be discharged without using a dedicated circuit. However, in the configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-094342, the drive control unit cannot be controlled when the power source is cut off, such as when the in-vehicle battery is removed. If a situation in which the drive control unit cannot be controlled occurs, the motor drive circuit cannot be controlled, so that the MOS-FET element cannot be turned on. If the MOS-FET element cannot be turned on, the charge of the capacitor cannot be passed through the current path necessary for the rotation of the motor.
特開2016−152634号公報(特許文献2)においても、平滑コンデンサの残留電荷の放電時には、DC−ACコンバータの上アームおよび下アームを制御することにより、残留電荷の放電経路を確保している。しかし、電力供給が停止し、DC−ACコンバータを制御できない状態においては、残留電荷の放電経路を確保することができない。 In JP-A-2006-152634 (Patent Document 2), when the residual charge of the smoothing capacitor is discharged, the discharge path of the residual charge is secured by controlling the upper arm and the lower arm of the DC-AC converter. . However, in a state where the power supply is stopped and the DC-AC converter cannot be controlled, it is not possible to secure a discharge path for residual charges.
特開2011−239608号公報(特許文献3)においては、平滑コンデンサの残留電荷を放電するために別個のバックアップ電源が必要である。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2011-239608 (Patent Document 3), a separate backup power source is required to discharge the residual charge of the smoothing capacitor.
本願は、電源が取り外された場合、外部から衝撃を受けたために電源ケーブルが抜けた場合など電源と電力変換回路とが遮断された場合であっても、コンデンサに残留する電荷を放電することを課題とする。 The present application is intended to discharge the electric charge remaining in the capacitor even when the power supply and the power conversion circuit are interrupted, such as when the power supply cable is disconnected due to an external impact when the power supply is removed. Let it be an issue.
本発明の実施の形態に係る電力変換回路は、電源の電圧が印加される第1の線路と第2の線路の間に並列に接続された複数のブリッジ回路を有するインバータと、前記インバータを駆動するドライバ回路と、前記第1の線路と前記ドライバ回路とを接続する第3の線路と、前記第3の線路上に設けられたノーマリオン型の電源リレーと、前記電源と前記インバータの間において、前記第1の線路と前記第2の線路の間に接続される平滑コンデンサとを備える。前記複数のブリッジ回路の各々は、前記第1の線路に接続される上段スイッチング素子と、前記上段スイッチング素子と直列に接続されるとともに前記第2の線路に接続される下段スイッチング素子とを有する。前記ドライバ回路に対する前記電源からの電力供給が遮断されたとき、前記電源リレーがオンされることによって、前記平滑コンデンサの残留電荷によって前記ドライバ回路が駆動する。前記ドライバ回路は、各々のブリッジ回路の上段のスイッチング素子のうち少なくも一つをオン状態に制御し、且つ、少なくとも一つをオフ状態に制御する。前記ドライバ回路は、オン状態に制御された上段のスイッチング素子と直列に接続された下段のスイッチング素子をオフ状態に制御し、上段がオフ状態に制御されたスイッチング素子と直列に接続された下段のスイッチング素子のうちいずれか一つをオン状態に制御する。 An electric power conversion circuit according to an embodiment of the present invention drives an inverter having a plurality of bridge circuits connected in parallel between a first line to which a power supply voltage is applied and a second line. A driver circuit, a third line connecting the first line and the driver circuit, a normally-on type power relay provided on the third line, and between the power source and the inverter And a smoothing capacitor connected between the first line and the second line. Each of the plurality of bridge circuits includes an upper switching element connected to the first line, and a lower switching element connected in series to the upper switching element and connected to the second line. When the power supply from the power supply to the driver circuit is cut off, the power supply relay is turned on, so that the driver circuit is driven by the residual charge of the smoothing capacitor. The driver circuit controls at least one of the upper switching elements of each bridge circuit to an on state and controls at least one to an off state. The driver circuit controls a lower switching element connected in series with an upper switching element controlled in an on state to an off state, and a lower switching element connected in series with a switching element controlled in an off state. One of the switching elements is controlled to be on.
本発明の実施の形態に係る電力変換回路によれば、電源と電力変換回路とが遮断された場合であっても、インバータのスイッチング素子にダメージを与えることなく、コンデンサに残留する電荷を放電することができる。 According to the power conversion circuit of the embodiment of the present invention, even if the power supply and the power conversion circuit are shut off, the charge remaining in the capacitor is discharged without damaging the switching element of the inverter. be able to.
インバータを含む電力変換回路は、例えば、モータの制御に用いられる。インバータと電源との間には、平滑コンデンサが設けられる。平滑コンデンサは、例えば、電解コンデンサで構成される。平滑コンデンサは、電源から供給される直流電圧を平滑する。平滑コンデンサにより、電源からインバータに供給される電圧が安定する。 A power conversion circuit including an inverter is used for controlling a motor, for example. A smoothing capacitor is provided between the inverter and the power source. The smoothing capacitor is composed of, for example, an electrolytic capacitor. The smoothing capacitor smoothes the DC voltage supplied from the power source. The voltage supplied from the power source to the inverter is stabilized by the smoothing capacitor.
ここで、修理等の理由により電源が取り外された場合、外部から衝撃を受けたために電源ケーブルが抜けた場合など様々な要因で電源と電力変換回路とが遮断される場合がある。電源と電力変換回路とが遮断された場合には、平滑コンデンサの電荷を速やかに放電することが好ましい。 Here, there are cases where the power source and the power conversion circuit are interrupted due to various factors, such as when the power source is removed for reasons of repair or when the power cable is disconnected due to an external impact. When the power source and the power conversion circuit are interrupted, it is preferable to quickly discharge the charge of the smoothing capacitor.
本願発明者は、平滑コンデンサの残留電荷を、インバータから電力が供給される負荷において放電させることを検討した。この検討の中で、電源が遮断されている場合には、インバータのドライバ回路を制御できないことが問題となった。 The inventor of the present application studied discharging the residual charge of the smoothing capacitor in a load supplied with power from the inverter. During this study, when the power supply was shut off, the problem was that the driver circuit of the inverter could not be controlled.
そこで、本願発明者は、電源が遮断され、インバータのドライバ回路を制御できない状態であっても、平滑コンデンサの残留電荷をインバータに接続される負荷において放電する構成を検討した。そして、本願発明者は、電源が遮断されている状態で、導通状態がオンとなるノーマリオン型のリレーの利用に思いついた。ノーマリオン型のリレーを利用することで、コンデンサの残留電荷をインバータのドライバ回路に供給し、ドライバ回路を駆動する構成に想到した。また、インバータのスイッチング素子においてもノーマリオン型のスイッチング素子を利用することに想到した。ノーマリオン型の素子は、コスト面でもメリットがある。しかし、直列に接続された上下のアームの両方にノーマリオン型のスイッチング素子を利用すると、当該上下のアームに貫通電流が流れて、スイッチング素子を破壊する恐れがある。そこで、本願発明者は、以下の構成に想到した。 Therefore, the inventor of the present application has studied a configuration in which the residual charge of the smoothing capacitor is discharged at the load connected to the inverter even when the power supply is shut off and the driver circuit of the inverter cannot be controlled. Then, the inventor of the present application has come up with the use of a normally-on type relay in which the conduction state is turned on while the power supply is cut off. By using a normally-on type relay, the remaining charge of the capacitor is supplied to the driver circuit of the inverter, and the driver circuit is driven. Further, the inventors have come up with the idea that a normally-on type switching element is used as an inverter switching element. The normally-on type element has an advantage in terms of cost. However, if normally-on type switching elements are used for both the upper and lower arms connected in series, a through current may flow through the upper and lower arms, possibly destroying the switching elements. Therefore, the inventor of the present application has come up with the following configuration.
本実施の形態の電力変換回路は、電源の電圧が印加される第1の線路と第2の線路の間に並列に接続された複数のブリッジ回路を有するインバータと、前記インバータを駆動するドライバ回路と、前記第1の線路と前記ドライバ回路の電源入力部とを接続する第3の線路と、前記第3の線路上に設けられたノーマリオン型の電源リレーと、前記電源と前記インバータの間において、前記第1の線路と前記第2の線路の間に接続される平滑コンデンサと、を備える。 The power conversion circuit according to the present embodiment includes an inverter having a plurality of bridge circuits connected in parallel between a first line and a second line to which a power supply voltage is applied, and a driver circuit that drives the inverter A third line connecting the first line and the power input unit of the driver circuit, a normally-on type power relay provided on the third line, and between the power source and the inverter And a smoothing capacitor connected between the first line and the second line.
前記複数のブリッジ回路の各々は、前記第1の線路に接続される上段スイッチング素子と、前記上段スイッチング素子と直列に接続されるとともに前記第2の線路に接続される下段スイッチング素子とを有する。 Each of the plurality of bridge circuits includes an upper switching element connected to the first line, and a lower switching element connected in series to the upper switching element and connected to the second line.
前記ドライバ回路に対する前記電源からの電力供給が遮断されたとき、前記電源リレーがオンされることによって、前記平滑コンデンサの残留電荷によって前記ドライバ回路が駆動し、前記ドライバ回路は、各々のブリッジ回路の上段のスイッチング素子のうち少なくとも一つをオン状態に制御し、且つ、少なくとも一つをオフ状態に制御し、オン状態に制御された上段のスイッチング素子と直列に接続された下段のスイッチング素子をオフ状態に制御し、上段がオフ状態に制御されたスイッチング素子と直列に接続された下段のスイッチング素子のうちいずれか一つをオン状態に制御する。 When the power supply from the power supply to the driver circuit is cut off, the power supply relay is turned on, whereby the driver circuit is driven by the residual charge of the smoothing capacitor, and the driver circuit is connected to each bridge circuit. At least one of the upper switching elements is controlled to be on, and at least one of the upper switching elements is controlled to be off. The lower switching element connected in series with the upper switching element that is controlled to be on is turned off. And controlling one of the lower switching elements connected in series with the switching element whose upper stage is controlled to be in the off state.
上記構成の電力変換回路によれば、電源と電力変換回路とが遮断された場合であっても、コンデンサに残留する電荷を利用してインバータのドライバ回路を駆動し、コンデンサの残留電荷を放電することが可能である。 According to the power conversion circuit having the above configuration, even when the power supply and the power conversion circuit are cut off, the driver circuit of the inverter is driven using the charge remaining in the capacitor, and the remaining charge in the capacitor is discharged. It is possible.
また、1つのブリッジ回路内で直列に接続される上下段のスイッチング素子のいずれかはオフ状態に制御される。これにより、1つのブリッジ回路内で上下段のスイッチング素子に貫通電流が流れることはなく、インバータのスイッチング素子にダメージを与えることなく、コンデンサに残留する電荷を放電することができる。 One of the upper and lower switching elements connected in series in one bridge circuit is controlled to be in an off state. As a result, no through current flows through the upper and lower switching elements in one bridge circuit, and the charge remaining in the capacitor can be discharged without damaging the switching elements of the inverter.
本発明の実施形態に係る電力変換回路において、前記インバータは3つのブリッジ回路を有し、前記ドライバ回路は、3つの上段のスイッチング素子のうち二つをオン状態に制御し、且つ、一つをオフ状態に制御する。 In the power conversion circuit according to the embodiment of the present invention, the inverter has three bridge circuits, the driver circuit controls two of the three upper switching elements to an ON state, and one of them Control to off state.
上記構成の電力変換回路によれば、オン状態に制御されたスイッチング素子を経由することで、インバータに接続された負荷においてコンデンサの残留電荷を放電することができる。 According to the power conversion circuit having the above configuration, the residual charge of the capacitor can be discharged in the load connected to the inverter by way of the switching element controlled to be in the ON state.
本発明の実施形態に係る電力変換回路において、前記インバータは3つのブリッジ回路を有し、前記ドライバ回路は、3つの下段のスイッチング素子のうち二つをオン状態に制御し、且つ、一つをオフ状態に制御する。 In the power conversion circuit according to the embodiment of the present invention, the inverter has three bridge circuits, the driver circuit controls two of the three lower switching elements to an on state, and one of them Control to off state.
上記構成の電力変換回路によれば、オン状態に制御されたスイッチング素子を経由することで、インバータに接続された負荷においてコンデンサの残留電荷を放電することができる。 According to the power conversion circuit having the above configuration, the residual charge of the capacitor can be discharged in the load connected to the inverter by way of the switching element controlled to be in the ON state.
本発明の実施形態に係る電力変換回路において、前記複数のブリッジ回路を構成する全てのスイッチング素子はノーマリオン型のスイッチグ素子である。 In the power conversion circuit according to the embodiment of the present invention, all the switching elements constituting the plurality of bridge circuits are normally-on switching elements.
上記構成の電力変換回路によれば、ブリッジ回路を構成する全てのスイッチング素子がノーマリオン型であるので、回路コストを低減させることができる。 According to the power conversion circuit having the above configuration, since all the switching elements constituting the bridge circuit are normally on, the circuit cost can be reduced.
本発明の実施形態に係る電力変換回路において、前記ドライバ回路は、プルダウン抵抗により、上段あるいは下段のスイッチング素子をオフ状態に制御する。 In the power conversion circuit according to the embodiment of the present invention, the driver circuit controls the upper or lower switching element to an OFF state by a pull-down resistor.
上記構成の電力変換回路によれば、ハード構成により、スイッチング素子のオン/オフ状態を制御することができる。 According to the power conversion circuit having the above configuration, the on / off state of the switching element can be controlled by the hardware configuration.
上記いずれかの構成の電力変換回路を含むモータ制御装置も本発明の対象である。本発明の実施の形態に係るモータ制御装置において、前記複数のブリッジ回路のそれぞれの上段スイッチング素子と下段スイッチング素子の間のノードは、モータに接続される。 A motor control device including the power conversion circuit having any one of the above configurations is also an object of the present invention. In the motor control device according to the embodiment of the present invention, a node between the upper switching element and the lower switching element of each of the plurality of bridge circuits is connected to the motor.
上記構成のモータ制御装置によれば、電源と電力変換回路とが遮断された場合であっても、インバータのスイッチング素子にダメージを与えることなく、コンデンサに残留する電荷をモータを利用して放電することができる。 According to the motor control device having the above configuration, even if the power source and the power conversion circuit are shut off, the electric charge remaining in the capacitor is discharged using the motor without damaging the switching element of the inverter. be able to.
本発明の実施の形態に係るモータ制御装置において、前記インバータと前記モータとで前記平滑コンデンサの残留電荷の放電経路が構成され、前記残留電荷は振動する放電電流として前記放電経路を流れる。 In the motor control apparatus according to the embodiment of the present invention, the inverter and the motor constitute a discharge path for residual charge of the smoothing capacitor, and the residual charge flows through the discharge path as a oscillating discharge current.
車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置も本発明の対象である。本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置は、上記構成のモータ制御装置と、前記モータ制御装置により制御され、前記ステアリング機構に前記操舵補助力を与える前記モータとを備える。 A power steering device that applies a steering assist force to a vehicle steering mechanism is also an object of the present invention. A power steering apparatus according to an embodiment of the present invention includes the motor control apparatus configured as described above and the motor that is controlled by the motor control apparatus and applies the steering assist force to the steering mechanism.
{第1の実施の形態}
以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。説明の便宜上、各図において、構成を簡略化又は模式化して示したり、一部の構成を省略して示したりする場合がある。
{First embodiment}
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and the same description is not repeated. For convenience of explanation, in each drawing, the configuration may be simplified or schematically illustrated, or a part of the configuration may be omitted.
図1は、本実施の形態の電力変換回路60の構成を示すブロック図である。図1に示す電力変換回路60は、一例として、パワーステアリング装置のモータに電力を供給する。図1に示す例では、電力変換回路60は、電源51から供給される直流電力を、3相の交流に変換して、モータ20に供給する。電力変換回路60は、電源51と、モータ20の間に接続される。本実施の形態の電源51はバッテリである。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the
図1の例では、電源51と電力変換回路60の間には、電源リレー部52が設けられる。電源リレー部52は、電源51からの電力供給が停止すると、オフになる。電源リレー部52がオフになると、電源51と電力変換回路60との間が電気的に遮断される。
In the example of FIG. 1, a power
電力変換回路60は、インバータ40と、平滑コンデンサC1と、セラミックコンデンサC2と、抵抗R4、R5、R6と、電源リレーT7を備える。電力変換回路60は、電源51の電圧が印加される2つの線路L1、L2に接続される。図1に示す例では、2つの線路L1、L2は、電源51であるバッテリの正極と負極にそれぞれ接続される。本実施の形態において、2つの線路のうち一方L1は、正極母線であり、他方L2は、負極母線である。また、2つの線路のうち一方L1は、電源線であり、他方L2は、接地線(グランド線)とも言える。
The
(インバータ)
インバータ40は、2つの線路L1、L2の間に並列に接続された3つのブリッジ回路を有する。各ブリッジ回路は、直列に接続された上アームおよび下アームを有する。上アームは、スイッチング素子T1、スイッチング素子T3、およびスイッチング素子T5を含む。下アームは、スイッチング素子T2、スイッチング素子T4、およびスイッチング素子T6を含む。つまり、図1に示すインバータ40の3つの上アームは、正極母線に接続される上段のスイッチング素子T1、T3、T5を含み、3つの下アームは、負極母線に接続される下段のスイッチング素子T2、T4、T6を有する。上段のスイッチング素子T1,T3,T5は、ハイサイドトランジスタ、下段のスイッチング素子T2、T4、T6は、ローサイドトランジスタと称されることもある。
(Inverter)
The
本実施の形態において、スイッチング素子T1〜T6は、全てノーマリオン型のスイッチング素子である。つまり、電源オフ時、電源51が取り外されたとき、あるいは電源51の接続ケーブルが切断されたときなど、電源51から電力変換回路60への電力供給が遮断された場合には、スイッチング素子T1〜T6はオン状態となる。
In the present embodiment, the switching elements T1 to T6 are all normally-on type switching elements. That is, when the power supply from the
直列に接続される2つのスイッチング素子(T1、T2)は、U相に対応するブリッジ回路を構成する。直列に接続される2つのスイッチング素子(T3、T4)は、V相に対応するブリッジ回路を構成する。直列に接続される2つのスイッチング素子(T5、T6)は、W相に対応するブリッジ回路を構成する。すなわち、ブリッジ回路が、相数だけ並列に接続される。 Two switching elements (T1, T2) connected in series constitute a bridge circuit corresponding to the U phase. Two switching elements (T3, T4) connected in series constitute a bridge circuit corresponding to the V phase. Two switching elements (T5, T6) connected in series constitute a bridge circuit corresponding to the W phase. That is, the bridge circuit is connected in parallel by the number of phases.
各ブリッジ回路において、上段のスイッチング素子T1,T3,T5と下段のスイッチング素子T2,T4,T6との間のノード(中点又は接続点と称することもできる)Pu,Pv,Pwは、それぞれ、U相、V相、W相の出力端子として、モータ20の各相コイル20u,20v,20wに接続される。
In each bridge circuit, nodes (also referred to as midpoints or connection points) Pu, Pv, Pw between the upper switching elements T1, T3, T5 and the lower switching elements T2, T4, T6 are respectively The U-phase, V-phase, and W-phase output terminals are connected to the
一対のスイッチング素子T1及びT2において、上段のスイッチング素子T1のドレインは、電源51の正極側の線路L1に接続され、ゲートはドライバ回路D1から出力された制御信号b1に対応する電圧が入力される端子に接続され、ソースは、ノードPuに接続される。ノードPuは、下段のスイッチング素子T2のドレイン及びモータ20のコイル20uに接続される。下段のスイッチング素子T2のゲートはドライバ回路D2から出力された制御信号b2に対応する電圧が入力される端子に接続され、ソースは、電源51の負極側の線路L2(グランド)に接続される。
In the pair of switching elements T1 and T2, the drain of the upper switching element T1 is connected to the line L1 on the positive side of the
一対のスイッチング素子T3及びT4において、上段のスイッチング素子T3のドレインは、電源51の正極側の線路L1に接続され、ゲートはドライバ回路D3から出力された制御信号b3に対応する電圧が入力される端子に接続され、ソースは、ノードPvに接続される。ノードPvは、下段のスイッチング素子T4のドレイン及びモータ20のコイル20vに接続される。下段のスイッチング素子T4のゲートはドライバ回路D4から出力された制御信号b4に対応する電圧が入力される端子に接続され、ソースは、電源51の負極側の線路L2(グランド)に接続される。
In the pair of switching elements T3 and T4, the drain of the upper switching element T3 is connected to the line L1 on the positive side of the
一対のスイッチング素子T5及びT6において、上段のスイッチング素子T5のドレインは、電源51の正極側の線路L1に接続され、ゲートはドライバ回路D5から出力された制御信号b5に対応する電圧が入力される端子に接続され、ソースは、ノードPwに接続される。ノードPwは、下段のスイッチング素子T6のドレイン及びモータ20のコイル20wに接続される。下段のスイッチング素子T6のゲートはドライバ回路D6から出力された制御信号b6に対応する電圧が入力される端子に接続され、ソースは、電源51の負極側の線路L2(グランド)に接続される。
In the pair of switching elements T5 and T6, the drain of the upper switching element T5 is connected to the line L1 on the positive side of the
ドライバ回路Dは、6つのドライバ回路D1〜D6を備えている。ドライバ回路D1〜D6は、それぞれ制御信号b1〜b6に応じた電圧を出力する。ドライバ回路D1〜D6から出力された制御信号b1〜b6に応じた電圧が、それぞれインバータ40のスイッチング素子T1〜T6のゲートに印加される。スイッチング素子T1〜T6のゲートに、例えば、第1電圧又は第2電圧が選択的に印加される。第2電圧は、第1電圧より高い。スイッチング素子T1〜T6のゲートの電圧が、第1電圧と第2電圧の間で切り替わると、スイッチング素子T1〜T6のオン/オフが切り替わる。
The driver circuit D includes six driver circuits D1 to D6. The driver circuits D1 to D6 output voltages corresponding to the control signals b1 to b6, respectively. Voltages corresponding to the control signals b1 to b6 output from the driver circuits D1 to D6 are applied to the gates of the switching elements T1 to T6 of the
スイッチング素子T1〜T6、は、例えば、半導体トランジスタによって形成することができる。例えば、MOSFET等のFET、又は、IGBT等のバイポーラトランジスタによって、スイッチング素子T1〜T6を形成することができる。 The switching elements T1 to T6 can be formed by, for example, semiconductor transistors. For example, the switching elements T1 to T6 can be formed by FETs such as MOSFETs or bipolar transistors such as IGBTs.
(平滑コンデンサ)
平滑コンデンサC1は、電源51とインバータ40の間において、電源51の電圧が印加される2つの線路L1、L2の間に接続される。すなわち、平滑コンデンサC1は、2つの線路L1、L2の間にインバータ40と並列に接続される。平滑コンデンサC1は、例えば、電解コンデンサで形成される。平滑コンデンサC1は、電源51から供給される直流電圧を平滑する。平滑コンデンサC1により、電源51からインバータ40に供給される電圧が安定する。例えば、電源51から供給される電圧が、接続される負荷によって変動する際に、その変動幅を抑えられる。
(Smoothing capacitor)
The smoothing capacitor C1 is connected between the two lines L1 and L2 to which the voltage of the
(セラミックコンデンサ)
平滑コンデンサC1とインバータ40との間において2つの線路L1、L2の間にセラミックコンデンサC2が接続される。セラミックコンデンサC2は、平滑コンデンサC1及び、インバータ40の各ブリッジ回路と並列に接続される。具体的には、セラミックコンデンサC2は、インバータ40の上段のスイッチング素子T1、T3、T5のドレインと、下段のスイッチング素子T2、T4、T6のソースの間に接続される
(Ceramic capacitor)
A ceramic capacitor C2 is connected between the two lines L1 and L2 between the smoothing capacitor C1 and the
セラミックコンデンサC2により、スイッチング素子T1〜T6のサージ電圧が抑制される。スイッチング素子T1〜T6のサージ電圧は、スイッチング素子T1〜T6に流れる電流の経路が変わると発生する。 The surge voltage of the switching elements T1 to T6 is suppressed by the ceramic capacitor C2. The surge voltage of the switching elements T1 to T6 is generated when the path of the current flowing through the switching elements T1 to T6 is changed.
(抵抗)
再び、図1を参照する。平滑コンデンサC1とセラミックスコンデンサC2との間において、2つの線路L1、L2の間に、2つの抵抗R4、R5が直列に接続される。直列に接続された2つの抵抗R4、R5は、平滑コンデンサC1に並列に接続される。抵抗R4、R5は、電源リレー部52がオフになった時に、平滑コンデンサC1の残留電荷を放電するためのものである。なお、抵抗R4、R5は、平滑コンデンサC1と、電源リレー部52の間に配置されてもよい。すなわち、電源51とセラミックスコンデンサC2との間において、平滑コンデンサC1に並列に抵抗を接続することができる。これにより、電源51の電力供給が停止した場合の平滑コンデンサC1の電荷を抵抗に放電することができる。なお、後述するが、本実施の形態においては、平滑コンデンサC1の電荷をモータ20およびドライバ回路Dにおいて放電することが可能であるので、抵抗R4、R5を設けない構成とすることもできる。
(resistance)
Reference is again made to FIG. Two resistors R4 and R5 are connected in series between the two lines L1 and L2 between the smoothing capacitor C1 and the ceramic capacitor C2. Two resistors R4 and R5 connected in series are connected in parallel to the smoothing capacitor C1. The resistors R4 and R5 are for discharging the residual charge of the smoothing capacitor C1 when the
また、図1に示す例では、2つの線路L1、L2のうち負極母線(グランド側)の線路L2に、シャント抵抗R6が直列に接続される。 In the example shown in FIG. 1, a shunt resistor R6 is connected in series to the line L2 on the negative electrode bus (ground side) of the two lines L1 and L2.
(電源リレー)
電源リレー部52は、1つの線路L1、L2のうち一方(正極母線)の線路L1に直列に接続された2つの電源リレーT9、T10と、他方(負極母線)の線路L2に接続された電源リレーT8とを含む。線路L1の2つの電源リレーT9、T10の間において、2つの線路L1、L2の間に、互いに直列に接続された複数の抵抗R1、R2、R3が接続される。複数の抵抗R1、R2、R3のうち2つの抵抗R2、R3の間のノードは、平滑コンデンサC1の負極母線側の電極に接続される。
(Power relay)
The power
電源51からの電力供給が停止した場合、電源リレーT8、T9、T10がオフになる。これにより、電源51と電力変換回路60とを接続する2つの線路L1、L2が遮断される。すなわち、電源51と電力変換回路60とが電気的に切り離される。抵抗R1、R2は、起動時に電源リレーT9、T10が壊れていないか否かをチェックするために用いられる。抵抗R3は、平滑コンデンサC1を充電するときに制限抵抗として用いられる。
When power supply from the
コンデンサC1とインバータ40との間の線路L1には、線路L3が接続されている。線路L3は、ドライバ回路Dの電源入力部に接続されている。線路L3には、電源リレーT7が設けられている。電源リレーT7は、ノーマリオン型のスイッチング素子で構成されている。また、電源リレーT7とドライバ回路Dとの間の線路L3には、線路L4が接続されている。線路L4は、電源51に接続されている。線路L4にはレギュレータ53が設けられている。
A line L3 is connected to the line L1 between the capacitor C1 and the
このような構成において、電源51と電力変換回路60とが接続されている状態では、電源51の電力が、レギュレータ53を介してドライバ回路Dに供給される。しかし、電源51が取り外される場合など、電源51から電力変換回路60への電力供給が停止される場合には、レギュレータ53の動作も停止し、ドライバ回路Dへの電力供給も停止する。電源51から電力変換回路60への電力供給が停止した場合には、ノーマリオン型の電源リレーT7がオン状態となる。これにより、平滑コンデンサC1の残留電荷が、オン状態となった電源リレーT7を介してドライバ回路Dに供給される。
In such a configuration, in a state where the
図1に示す電力変換回路60は、モータ制御装置4に含まれる。図1は、モータ制御装置4の構成例も示している。モータ制御装置4は、電力変換回路60及び制御部41を含む。
A
(制御部およびドライバ回路)
上記のスイッチング素子T1〜T6が、スイッチングされることにより、電源51から供給される直流電圧が三相(U相、V相、W相)の交流電圧に変換される。この変換された三相交流電圧が、ノードPu,Pv,Pwを介してモータ20の各相コイル20u〜20wに供給されることによりモータ20が回転する。
(Control unit and driver circuit)
When the switching elements T1 to T6 are switched, the DC voltage supplied from the
制御部41は例えばマイクロコンピュータで構成される。制御部41は、PWM駆動信号として、制御信号b1〜b6をドライバ回路Dに出力する。具体的には、制御部41は、PWM駆動信号として、各スイッチング素子T1〜T6に応じた制御信号b1〜b6をドライバ回路D1〜D6に出力する。ドライバ回路D1〜D6は、PWM駆動信号に応じた電圧を各スイッチング素子T1〜T6に出力する。これにより、ドライバ回路D1〜D6から出力されたPWM駆動信号に応じた電圧が、それぞれインバータ40のスイッチング素子T1〜T6のゲートに印加される。
The
ドライバ回路D1〜D6がスイッチング素子T1〜T6に制御信号b1〜b6に応じた電圧を出力することにより、インバータ40をPWM(パルス幅変調)駆動する。U相,V相,W相の各相に対応するスイッチング素子対(T1とT2,T3とT4,T5とT6)のそれぞれのオン/オフ(導通状態)が、各相に対応する一対のPWM駆動信号(b1とb2,b3とb4,b5とb6)によって制御される。各相における一対のPWM駆動信号は、互いに反転関係にある。これにより、各相のノードPu,Pv,Pwに得られる電圧が、それぞれ、U相電圧、V相電圧、及びW相電圧としてモータ20に印加される。これにより、U相電流、V相電流、及びW相電流がモータ20に供給される。
The driver circuits D1 to D6 output voltages corresponding to the control signals b1 to b6 to the switching elements T1 to T6, thereby driving the
ノードPu,Pv,Pwとモータ20との間の給電線における各相電流値Iu〜Iwを検出する電流センサ8がそれぞれ設けられている。検出された各相電流値Iu〜Iwの情報は、制御部41に取り込まれる。また、制御部41は、トルクセンサ5からの操舵トルクτ、車速センサ7からの車速V、及び回転角センサ6からモータ20の回転角である回転角θmaを、それぞれ取り込む。
制御部41は、これらの、相電流値Iu〜Iw、操舵トルクτ、車速V、モータの回転角θmaを受け取り、これらに基づいて、制御信号を生成する。例えば、制御部41は、操舵トルクτ、車速V、回転角θma、および相電流値Iu〜Iwに基づき、モータ20の各相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成する。制御部41は、電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に基づき、制御信号として、PWM駆動信号b1,b3,b5及びそれらの否定信号b2,b4,b6を生成する。
The
具体例として、制御部41は、操舵トルクτ及び車速Vに基づき、モータ20に流すべき電流の目標値Itを決定し、電流の目標値Itのq軸成分と、相電流値Iu〜Iwから求められる電流検出値のq軸成分との差、及び、電流の目標値Itのd軸成分と、相電流値Iu〜Iwから求められる電流検出値のd軸成分との差を計算する。制御部41は、これらの差を打ち消すためにモータ20に印加すべき電圧を上記電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*として計算する。これにより、制御部41は、電流フィードバック制御によってモータ20を駆動する。
As a specific example, the
本実施の形態において、ドライバ回路D1〜D6のうち、ドライバ回路D2、D3、D4およびD5には、プルダウン抵抗Rd2、Rd3、Rd4およびRd5が接続されている。修理等の理由により電源が取り外された場合、外部から衝撃を受けたために電源ケーブルが抜けた場合など様々な要因で電源51と電力変換回路60とが遮断される場合がある。電源51と電力変換回路60とが遮断された場合には、制御部41に対する電力供給も停止する。これにより、制御部41からドライバ回路D1〜D6に対するPWM駆動信号の供給も停止する。このとき、プルダウン抵抗Rd2、Rd3、Rd4およびRd5が設けられていることにより、ドライバ回路D2、D3、D4およびD5には、グラウンドされた信号が入力される。これにより、ドライバ回路D2、D3、D4およびD5により、それぞれスイッチング素子T2、T3、T4およびT5に対して、第1電圧が印加される。上述したように、第1電圧は第2電圧より低い電圧である。
In the present embodiment, pull-down resistors Rd2, Rd3, Rd4 and Rd5 are connected to the driver circuits D2, D3, D4 and D5 among the driver circuits D1 to D6. There are cases where the
本実施の形態のスイッチング素子T1〜T6は、第1電圧が印加されたときは、オフ状態に制御される。これにより、スイッチング素子T2、T3、T4およびT5は、オフ状態に制御される。つまり、電源51から電力変換回路60への電力供給が遮断されることにより、本来であれば、ノーマリオン型のスイッチング素子T1〜T6は、全てオン状態になる。しかし、ドライバ回路D2、D3、D4およびD5にプルダウン抵抗Rd2、Rd3、Rd4およびRd5が設けられていることにより、スイッチング素子T2、T3、T4およびT5は、オフ状態に制御されるのである。
Switching elements T1 to T6 of the present embodiment are controlled to be turned off when the first voltage is applied. Thereby, switching elements T2, T3, T4 and T5 are controlled to be in an off state. In other words, the power supply from the
(電源から電力変換回路への電力供給が遮断されたときの動作)
修理等、メンテナンス作業により電源51が取り外された場合、外部から衝撃を受けたために電源51を接続する電源ケーブルが抜けた場合など、電源51と電力変換回路60とが遮断される場合がある。電源51と電力変換回路60とが遮断された場合には、インバータ40が有するノーマリオン型のスイッチング素子T1〜T6がオン状態(導通状態)となる。
(Operation when power supply from the power supply to the power conversion circuit is cut off)
When the
また、電源51と電力変換回路60とが遮断されることにより、ノーマリオン型の電源リレーT7がオン状態となる。これにより、平滑コンデンサC1の残留電荷がリレーT7を介してドライバ回路Dに供給され、ドライバ回路Dが駆動する。ドライバ回路Dが備えるドライバ回路D2、D3、D4およびD5には、プルダウン抵抗Rd2、Rd3、Rd4およびRd5が設けられているので、スイッチング素子T2、T3、T4およびT5には、第1電圧が供給される。これにより、スイッチング素子T2、T3、T4およびT5がオフ状態に制御される。スイッチング素子T1およびT6に対しては、第1電圧が印加されないので、スイッチング素子T1およびT6は、オン状態を維持する。
Further, when the
図2は、電源51から電力変換回路60への電力供給が遮断されたときの、平滑コンデンサC1の残留電荷の放電経路を示す図である。上述したように、電源51と電力変換回路60が遮断されると、スイッチング素子T1がオン状態となり、スイッチング素子T3およびT5がオフ状態となるので、平滑コンデンサC1の残留電荷は、線路L1を通ってスイッチング素子T1に流れ込む。また、電源51と電力変換回路60が遮断されると、スイッチング素子T6がオン状態となり、スイッチング素子T2およびT4がオフ状態となるので、スイッチング素子T1に流れ込んだ残留電荷は、コイル20uおよびコイル20wを経て、スイッチング素子T6に流れる。そして、残留電荷の多くは、コイル20uおよびコイル20wにおいて放電される。
FIG. 2 is a diagram illustrating a discharge path of residual charges of the smoothing capacitor C1 when power supply from the
このように本実施の形態の電力変換回路60においては、電源51からの電力供給が遮断されたときに、インバータ40から電力供給を受ける負荷であるモータ20において、平滑コンデンサC1の残留電荷が放電される。また、ドライバ回路Dにおいて、平滑コンデンサC1の残留電荷が放電される。これにより、特別な専用回路を設けることなく、平滑コンデンサC1の残留電荷を放電することができる。また、電源51からの電力供給が遮断されることにより、制御部41(インバータの駆動制御部)を制御できない場合であっても、平滑コンデンサC1の残留電荷をモータ20において放電させることができる。
As described above, in the
そして、上述したように、平滑コンデンサC1の残留電荷は、スイッチング素子T1とスイッチング素子T6を通る経路で放電される。1つのブリッジ回路を構成する上限段のスイッチング素子((T1、T2)、(T3、T4)あるいは(T5、T6))に貫通電流が流れると、スイッチング素子を破壊する恐れがある。しかし、本実施の形態のインバータ40においては、異なるブリッジ回路に含まれるスイッチング素子T1とスイッチング素子T6がオン状態となるので、いずれのブリッジ回路にも貫通電流が流れることがない。これにより、インバータ40のスイッチング素子にダメージを与えることなく、平滑コンデンサC1の残留電荷を放電することができる。
As described above, the residual charge of the smoothing capacitor C1 is discharged through a path that passes through the switching element T1 and the switching element T6. If a through current flows through the upper-limit switching element ((T1, T2), (T3, T4) or (T5, T6)) constituting one bridge circuit, the switching element may be destroyed. However, in the
(第1の実施の形態の変形例)
上記第1の実施の形態においては、電源51と電力変換回路60が遮断されたとき、スイッチング素子T1およびT6がオン状態に制御されるよう構成し、スイッチング素子T2、T3、T4およびT5がオフ状態に制御されるよう構成した。しかし、上記構成は一例である。平滑コンデンサC1の残留電荷をモータ20に放電可能な経路を確保し、且つ、いずれのブリッジ回路にも貫通電流が流れない構成であれば、いずれの構成を採用してもよい。
(Modification of the first embodiment)
In the first embodiment, the switching elements T1 and T6 are controlled to be turned on when the
たとえば、電源51と電力変換回路60が遮断されたときにスイッチング素子T1およびT4がオン状態に制御されるよう構成し、スイッチング素子T2、T3、T5およびT6がオフ状態に制御されるよう構成してもよい。あるいは、電源51と電力変換回路60が遮断されたときにスイッチング素子T3およびT2がオン状態に制御されるよう構成し、スイッチング素子T1、T4、T5およびT6がオフ状態に制御されるよう構成してもよい。あるいは、電源51と電力変換回路60が遮断されたときにスイッチング素子T3およびT6がオン状態に制御されるよう構成し、スイッチング素子T1、T2、T4およびT5がオフ状態に制御されるよう構成してもよい。あるいは、電源51と電力変換回路60が遮断されたときにスイッチング素子T5およびT2がオン状態に制御されるよう構成し、スイッチング素子T1、T3、T4およびT6がオフ状態に制御されるよう構成してもよい。あるいは、電源51と電力変換回路60が遮断されたときにスイッチング素子T5およびT4がオン状態に制御されるよう構成し、スイッチング素子T1、T2、T3およびT6がオフ状態に制御されるよう構成してもよい。これらいずれの構成においても、全てのスイッチング素子T1〜T6をノーマリオン型のスイッチング素子で構成し、電源51と電力変換回路60が遮断されたときにオフ状態に制御するスイッチング素子に対応するドライバ回路にプルダウン抵抗を接続すればよい。
For example, the switching elements T1 and T4 are controlled to be turned on when the
{第2の実施の形態}
図3は、本発明の第2の実施の形態の電力変換回路60Aを示す図である。第2の実施の形態の電力変換回路60Aにおいて、ドライバ回路DAの構成は、第1の実施の形態のドライバ回路Dの構成と異なる。それ以外の構成は第1の実施の形態と同様である。つまり、第1の実施の形態と同様、スイッチング素子T1〜T6はノーマリオン型のスイッチング素子である。
{Second Embodiment}
FIG. 3 is a diagram illustrating a
ドライバ回路D2、D4およびD5には、プルダウン抵抗Rd2、Rd4およびRd5が接続されている。ドライバ回路D1、D3およびD6には、プルダウン抵抗は接続されていない。この構成において、電源51と電力変換回路60Aが遮断されたときには、スイッチング素子T2、T4およびT5がオフ状態に制御される。スイッチング素子T1、T3およびT6は、オン状態を維持する。つまり、第2の実施の形態においては、上段の2つのスイッチング素子T1およびT3がオン状態に制御される。平滑コンデンサC1の残留電荷は、スイッチング素子T1およびT3を経由してコイル20uおよびコイル20vで放電される。さらに、残留電荷は、スイッチング素子T6に向かって流れる過程で、コイル20wで放電される。
Pull-down resistors Rd2, Rd4, and Rd5 are connected to the driver circuits D2, D4, and D5. No pull-down resistor is connected to the driver circuits D1, D3, and D6. In this configuration, when the
このように第2の実施の形態の電力変換回路60Aにおいても、電源51からの電力供給が遮断されたときに、インバータ40から電力供給を受ける負荷であるモータ20において、平滑コンデンサC1の残留電荷が放電される。また、ドライバ回路DAにおいて平滑コンデンサC1の残留電荷が放電される。これにより、特別な専用回路を設けることなく、平滑コンデンサC1の残留電荷を放電することができる。た、電源51からの電力供給が遮断されることにより、制御部41(インバータの駆動制御部)を制御できない場合であっても、平滑コンデンサC1の残留電荷をモータ20およびドライバ回路DAにおいて放電させることができる。
As described above, also in the
インバータ40においては、異なるブリッジ回路に含まれるスイッチング素子T1、T3およびT6がオン状態に制御されるので、いずれのブリッジ回路にも貫通電流が流れることがない。これにより、インバータ40のスイッチング素子にダメージを与えることなく、平滑コンデンサC1の残留電荷を放電することができる。
In
(第2の実施の形態の変形例)
第2の実施の形態においては、電源51と電力変換回路60Aが遮断されたとき、スイッチング素子T1、T3およびT6をオン状態に制御し、スイッチング素子T2、T4およびT5をオフ状態に制御した。しかし、上記構成は一例である。平滑コンデンサC1の残留電荷をモータ20に放電可能な経路を確保し、且つ、いずれのブリッジ回路に貫通電流が流れない構成であれば、いずれの構成を採用してもよい。
(Modification of the second embodiment)
In the second embodiment, when the
たとえば、電源51と電力変換回路60Aが遮断されたときにスイッチング素子T1、T5およびT4がオン状態となるよう構成し、スイッチング素子T2、T3およびT6がオフ状態となるよう構成してもよい。あるいは、電源51と電力変換回路60Aが遮断されたときにスイッチング素子T3、T5およびT2がオン状態となるよう構成し、スイッチング素子T1、T4およびT6がオフ状態となるよう構成してもよい。これらいずれの構成においても、全てのスイッチング素子T1〜T6をノーマリオン型のスイッチング素子で構成し、電源51と電力変換回路60Aが遮断されたときにオフ状態に制御するスイッチング素子に対応するドライバ回路にプルダウン抵抗を接続すればよい。
For example, the switching elements T1, T5, and T4 may be turned on when the
{第3の実施の形態}
図4は、本発明の第3の実施の形態の電力変換回路60Bを示す図である。第3の実施の形態の電力変換回路60Bにおいて、ドライバ回路DBの構成は、第1の実施の形態のドライバ回路Dの構成と異なる。それ以外の構成は第1の実施の形態と同様である。つまり、第1の実施の形態と同様、スイッチング素子T1〜T6はノーマリオン型のスイッチング素子である。
{Third embodiment}
FIG. 4 is a diagram illustrating a
ドライバ回路D2、D3およびD5には、プルダウン抵抗Rd2、Rd3およびRd5が接続されている。ドライバ回路D1、D4およびD6には、プルダウン抵抗は接続されていない。この構成において、電源51と電力変換回路60Bが遮断されたときには、スイッチング素子T2、T3およびT5がオフ状態に制御される。スイッチング素子T1、T4およびT6は、オン状態を維持する。つまり、第3の実施の形態においては、下段の2つのスイッチング素子T4およびT6がオン状態に制御される。平滑コンデンサC1の残留電荷は、スイッチング素子T1を経由してコイル20uで放電される。さらに、残留電荷は、スイッチング素子T4およびT6に向かって流れる過程で、コイル20vおよびコイル20wで放電される。
Pull-down resistors Rd2, Rd3, and Rd5 are connected to the driver circuits D2, D3, and D5. No pull-down resistor is connected to the driver circuits D1, D4, and D6. In this configuration, when the
このように第3の実施の形態の電力変換回路60Bにおいても、電源51からの電力供給が遮断されたときに、インバータ40から電力供給を受ける負荷であるモータ20において、平滑コンデンサC1の残留電荷が放電される。また、ドライバ回路DBにおいて平滑コンデンサC1の残留電荷が放電される。これにより、特別な専用回路を設けることなく、平滑コンデンサC1の残留電荷を放電することができる。また、電源51からの電力供給が遮断されることにより、制御部41(インバータの駆動制御部)を制御できない場合であっても、平滑コンデンサC1の残留電荷をモータ20およびドライバ回路DBにおいて放電させることができる。
As described above, also in the
インバータ40においては、異なるブリッジ回路に含まれるスイッチング素子T1、T4およびT6がオン状態に制御されるので、いずれのブリッジ回路にも貫通電流が流れることがない。これにより、インバータ40のスイッチング素子にダメージを与えることなく、平滑コンデンサC1の残留電荷を放電することができる。
In
(第3の実施の形態の変形例)
第3の実施の形態においては、電源51と電力変換回路60Bが遮断されたとき、スイッチング素子T1、T4およびT6をオン状態に制御し、スイッチング素子T2、T3およびT5をオフ状態に制御した。しかし、上記構成は一例である。平滑コンデンサC1の残留電荷をモータ20に放電可能な経路を確保し、且つ、いずれのブリッジ回路に貫通電流が流れない構成であれば、いずれの構成を採用してもよい。
(Modification of the third embodiment)
In the third embodiment, when the
たとえば、電源51と電力変換回路60Bが遮断されたときにスイッチング素子T3、T2およびT6がオン状態となるよう構成し、スイッチング素子T1、T4およびT5がオフ状態となるよう構成してもよい。あるいは、電源51と電力変換回路60Bが遮断されたときにスイッチング素子T5、T2およびT4がオン状態となるよう構成し、スイッチング素子T1、T3およびT6がオフ状態となるよう構成してもよい。これらいずれの構成においても、全てのスイッチング素子T1〜T6をノーマリオン型のスイッチング素子で構成し、電源51と電力変換回路60Bが遮断されたときにオフ状態に制御するスイッチング素子に対応するドライバ回路にプルダウン抵抗を接続すればよい。
For example, the switching elements T3, T2, and T6 may be turned on when the
{等価回路による効果の検証}
図5〜図8を参照して、上述した実施の形態の電力変換回路60、60A、60Bの効果について説明する。図5は、電解コンデンサ、パターンL、2つのノーマリオン型のスイッチング素子、シャント抵抗が直列に接続された回路を示す図である。つまり、図5の回路においては、上述の本実施の形態の電力変換回路60、60A、60Bと異なり、ノーマリオン型のスイッチング素子が、その間にモータを介在させることなく直列に接続されている。パターンLは、基板上で電解コンデンサとスイッチング素子(FET)とを電気的に接続している銅箔のインダクタンスである。
{Verification of effect by equivalent circuit}
With reference to FIGS. 5 to 8, effects of the
図6は、図5の回路において電解コンデンサの残留電荷が放電されたときに、ノーマリオン型のスイッチング素子に流れる電流を示す図である。図から分かるように、スイッチング素子には、最大で900Aを超える大きな電流が流れている。 FIG. 6 is a diagram illustrating a current flowing through a normally-on type switching element when the residual charge of the electrolytic capacitor is discharged in the circuit of FIG. As can be seen from the figure, a large current exceeding 900 A at the maximum flows through the switching element.
図7は、図5の回路において、さらに、2つのモータリラクタンス(モータL)と2つのモータ抵抗(モータR)が接続されている。2つのモータリラクタンス(モータL)と2つのモータ抵抗(モータR)は、2つのノーマリオン型のスイッチング素子の間に直列に接続されている。つまり、図7の回路においては、上述の本実施の形態の電力変換回路60、60A、60Bと同様、ノーマリオン型のスイッチング素子の間にモータ負荷が介在している。
FIG. 7 is a circuit of FIG. 5 in which two motor reluctances (motor L) and two motor resistors (motor R) are further connected. Two motor reluctances (motor L) and two motor resistors (motor R) are connected in series between two normally-on switching elements. That is, in the circuit of FIG. 7, a motor load is interposed between normally-on type switching elements as in the
図8は、図7の回路において電解コンデンサの残留電荷が放電されたときに、ノーマリオン型のスイッチング素子に流れる電流を示す図である。図から分かるように、スイッチング素子には、最大でも30A程度の電流が流れている。図7では、図5に比べて放電経路に2つのモータL、モータRが追加された放電回路となっている。図7の放電経路の抵抗値をr、電解コンデンサ容量をc、インダクタンスをlとすると、図7は公知のlcr放電回路を形成している。ここで、r=(電解C ESR)+(シャント抵抗)+2×(モータR)、l=(パターンL)+2×(モータL)と見なせる。いま、r、c、lをr2<<(4l/c)を満たすように選定することで、放電電流は振動しながら減衰して流れ、コンデンサの初期電圧値をV0として放電電流の最大値はV0・√(c/l)となる。ここで、cがlよりも大きすぎない容量を選定すると、図5の場合に比べて放電電流の最大値を小さくすることができる。r、c、lのうち、r、lは回路を実装する基板や、モータによって決まるので、cの値を調整することが好ましい。ノーマリオン型スイッチング素子として、例えばGaN素子やSiC素子を使用した場合は、インバータとして動作させる場合のPWM周波数を高く設定できるため、cの値を小さくすることができ(lに対する相対的なcの値を小さくすることができ)放電電流の最大値を効果的に抑制することができる。 FIG. 8 is a diagram showing a current flowing through a normally-on type switching element when the residual charge of the electrolytic capacitor is discharged in the circuit of FIG. As can be seen from the drawing, a maximum current of about 30 A flows through the switching element. 7 is a discharge circuit in which two motors L and R are added to the discharge path as compared with FIG. If a resistance value of the discharge path in FIG. 7 is r, an electrolytic capacitor capacity is c, and an inductance is l, FIG. 7 forms a known lcr discharge circuit. Here, it can be considered that r = (electrolytic C ESR) + (shunt resistance) + 2 × (motor R), l = (pattern L) + 2 × (motor L). Now, by selecting r, c, and l so as to satisfy r 2 << (4l / c), the discharge current flows while oscillating, and the initial voltage value of the capacitor is V0 and the maximum value of the discharge current Becomes V0 · √ (c / l). Here, if a capacity in which c is not too larger than l is selected, the maximum value of the discharge current can be made smaller than in the case of FIG. Of r, c, and l, r and l are determined by the substrate on which the circuit is mounted and the motor, so it is preferable to adjust the value of c. For example, when a GaN element or SiC element is used as a normally-on type switching element, the PWM frequency when operating as an inverter can be set high, so that the value of c can be reduced (relative to c relative to l). The maximum value of the discharge current can be effectively suppressed.
このように、本実施の形態の電力変換回路60、60A、60Bには、コンデンサの残留電荷が流れるときにも大きな電流が流れることがなく、スイッチング素子を保護することができる。
Thus, a large current does not flow through the
{パワーステアリング装置の構成例}
図1に示すモータ制御装置4は、パワーステアリング装置におけるモータに制御に用いることができる。図9は、パワーステアリング装置の構成例を示すブロック図である。図9に示すパワーステアリング装置は、運転者のステアリングホイール10の操作に基づき転舵輪3を転舵させる操舵機構1、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構2を備えている。
{Configuration example of power steering device}
The
操舵機構1は、ステアリングホイール10の回転軸となるステアリングシャフト11、及びその下端部にラックアンドピニオン機構12を介して連結されたラックシャフト13を備えている。ラックシャフト13の両端には、タイロッド14が連結される。タイロッド14には、転舵輪3が連結される。操舵機構1では、運転者のステアリングホイール10の操作に伴いステアリングシャフト11が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構12を介してラックシャフト13の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト13の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド14を介して転舵輪3に伝達される。これにより、転舵輪3の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
The
アシスト機構2は、ステアリングシャフト11にアシストトルクを付与するモータ20を備えている。モータ20は、三相ブラシレスモータである。モータ20の回転がギア機構21を介してステアリングシャフト11に伝達されることでステアリングシャフト11にモータトルクが付与され、ステアリング操作が補助される。
The
このパワーステアリング装置には、ステアリングホイール10の操作量や車両の状態量を検出する各種センサが設けられている。例えばステアリングシャフト11には、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト11に付与されるトルク(操舵トルク)τを検出するトルクセンサ(トルク検出部)5が設けられている。モータ20には、その回転角(電気角)θmaを検出する回転角センサ6が設けられている。車両には、その車速(走行速度)Vを検出する車速センサ7が設けられている。これらセンサ5〜7の出力はモータ制御装置4に取り込まれている。モータ制御装置4は各センサ5〜7の出力に基づいてモータ20の駆動を制御する。
This power steering apparatus is provided with various sensors for detecting the operation amount of the
(変形例)
電力変換回路の構成は、図1に示す例に限られない。例えば、セラミックコンデンサC2は省略してもよい。また、平滑コンデンサC1の残留電荷をモータ20において放電させることができるので、抵抗R4、R5を省略してもよい。図1に示す電力変換回路60に他の素子が追加されてもよい。
(Modification)
The configuration of the power conversion circuit is not limited to the example shown in FIG. For example, the ceramic capacitor C2 may be omitted. Further, since the residual charge of the smoothing capacitor C1 can be discharged by the
電源51は、バッテリに限られない。例えば、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して電力変換回路に供給する形態であってもよい。
The
本発明の電力変換回路は、モータの制御に用いられるものに限られない。例えば、バッテリに接続して、バッテリの直流電力を交流に変換して出力する変換器のインバータ等に、本発明の電力変換回路を適用することができる。また、本発明のモータ制御装置は、パワーステアリング装置に用いられるものに限られない。例えば、家電製品のモータのような民生用モータ、産業用モータ、及び、その他のあらゆるモータの制御装置に本発明を適用することができる。 The power conversion circuit of the present invention is not limited to that used for motor control. For example, the power conversion circuit of the present invention can be applied to an inverter of a converter that is connected to a battery and converts the direct current power of the battery into alternating current and outputs the alternating current. Further, the motor control device of the present invention is not limited to that used in the power steering device. For example, the present invention can be applied to consumer motors such as motors for home appliances, industrial motors, and any other motor control devices.
本発明のモータ制御装置の対象とするモータは、上記例の3相ブラシレスモータに限定されない。本発明は、例えば、3相以外の相数のブラシレスモータや、ブラシ付きモータ等、他の種類の電動モータを駆動するためのモータ制御装置にも適用可能である。 The motor targeted by the motor control device of the present invention is not limited to the three-phase brushless motor of the above example. The present invention is also applicable to a motor control device for driving other types of electric motors such as a brushless motor having a number of phases other than three phases and a motor with brushes.
本発明は、上述したコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に限らず、ピニオンアシスト型、又は、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置等他のタイプの電動パワーステアリング装置にも適用できる。 The present invention is not limited to the above-described column assist type electric power steering device, but can also be applied to other types of electric power steering devices such as a pinion assist type or rack assist type electric power steering device.
1 操舵機構
4 モータ制御装置
20 モータ
40 インバータ
41 制御部
51 電源
T1,T2,T3,T4,T5,T6 スイッチング素子
C1 平滑コンデンサ
D,DA,DB ドライバ回路
60 電力変換回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記インバータを駆動するドライバ回路と、
前記第1の線路と前記ドライバ回路の電源入力部とを接続する第3の線路と、
前記第3の線路上に設けられたノーマリオン型の電源リレーと、
前記電源と前記インバータの間において、前記第1の線路と前記第2の線路の間に接続される平滑コンデンサと、
を備え、
前記複数のブリッジ回路の各々は、
前記第1の線路に接続される上段スイッチング素子と、
前記上段スイッチング素子と直列に接続されるとともに前記第2の線路に接続される下段スイッチング素子と、
を有し、
前記ドライバ回路に対する前記電源からの電力供給が遮断されたとき、前記電源リレーがオンされることによって、前記平滑コンデンサの残留電荷によって前記ドライバ回路が駆動し、前記ドライバ回路は、各々のブリッジ回路の上段のスイッチング素子のうち少なくとも一つをオン状態に制御し、且つ、少なくとも一つをオフ状態に制御し、オン状態に制御された上段のスイッチング素子と直列に接続された下段のスイッチング素子をオフ状態に制御し、上段がオフ状態に制御されたスイッチング素子と直列に接続された下段のスイッチング素子のうちいずれか一つをオン状態に制御する電力変換回路。 An inverter having a plurality of bridge circuits connected in parallel between a first line to which a voltage of a power supply is applied and a second line;
A driver circuit for driving the inverter;
A third line connecting the first line and the power input part of the driver circuit;
A normally-on type power relay provided on the third line;
A smoothing capacitor connected between the first line and the second line between the power source and the inverter;
With
Each of the plurality of bridge circuits is
An upper switching element connected to the first line;
A lower switching element connected in series with the upper switching element and connected to the second line;
Have
When the power supply from the power supply to the driver circuit is cut off, the power supply relay is turned on, whereby the driver circuit is driven by the residual charge of the smoothing capacitor, and the driver circuit is connected to each bridge circuit. At least one of the upper switching elements is controlled to be on, and at least one of the upper switching elements is controlled to be off. The lower switching element connected in series with the upper switching element that is controlled to be on is turned off. A power conversion circuit that controls one of the lower switching elements connected in series with the switching element that is controlled in a state and whose upper stage is controlled in the off state.
前記インバータは3つのブリッジ回路を有し、
前記ドライバ回路は、3つの上段のスイッチング素子のうち二つをオン状態に制御し、且つ、一つをオフ状態に制御する電力変換回路。 The power conversion circuit according to claim 1,
The inverter has three bridge circuits,
The driver circuit is a power conversion circuit that controls two of the three upper-stage switching elements to an on state and controls one to an off state.
前記インバータは3つのブリッジ回路を有し、
前記ドライバ回路は、3つの下段のスイッチング素子のうち二つをオン状態に制御し、且つ、一つをオフ状態に制御する電力変換回路。 The power conversion circuit according to claim 1,
The inverter has three bridge circuits,
The driver circuit is a power conversion circuit that controls two of the three lower-stage switching elements to an on state and controls one to an off state.
前記複数のブリッジ回路を構成する全てのスイッチング素子はノーマリオン型のスイッチング素子である電力変換回路。 The power conversion circuit according to any one of claims 1 to 3,
All the switching elements that constitute the plurality of bridge circuits are normally-on type switching elements.
前記ドライバ回路は、プルダウン抵抗により、上段あるいは下段のスイッチング素子をオフ状態に制御する電力変換回路。 The power conversion circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein
The driver circuit is a power conversion circuit that controls an upper or lower switching element to an OFF state by a pull-down resistor.
前記複数のブリッジ回路のそれぞれの上段スイッチング素子と下段スイッチング素子の間のノードは、モータに接続される、モータ制御装置。 A motor control device including the power conversion circuit according to any one of claims 1 to 5,
A node between the upper switching element and the lower switching element of each of the plurality of bridge circuits is connected to a motor.
前記インバータと前記モータとで前記平滑コンデンサの残留電荷の放電経路が構成され、前記残留電荷は振動する放電電流として前記放電経路を流れる、モータ制御装置。 The motor control device according to claim 6,
The motor control device, wherein the inverter and the motor constitute a discharge path of residual charge of the smoothing capacitor, and the residual charge flows through the discharge path as a oscillating discharge current.
請求項6に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置により制御され、前記ステアリング機構に前記操舵補助力を与える前記モータと、
を備えるパワーステアリング装置。 A power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle,
A motor control device according to claim 6;
The motor controlled by the motor control device and providing the steering assist force to the steering mechanism;
A power steering apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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JP2017047018A JP2018152973A (en) | 2017-03-13 | 2017-03-13 | Power conversion circuit, motor control device and power steering device |
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-
2017
- 2017-03-13 JP JP2017047018A patent/JP2018152973A/en active Pending
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JP2020195236A (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | 株式会社デンソー | Electric steering device |
JP7167857B2 (en) | 2019-05-29 | 2022-11-09 | 株式会社デンソー | electric steering device |
CN112009562B (en) * | 2019-05-29 | 2024-04-16 | 株式会社电装 | Electric power steering apparatus |
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