JP4586034B2 - モータ駆動用半導体装置とそれを有する３相モータ及びモータ駆動装置並びにファンモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動用の半導体装置とそれを有する３相モータ及びモータ駆動装置並びにファンモータに関わる。

近年、家庭用電気機器や産業用のモータにはインバータ制御された３相の永久磁石モータが広く採用されている。これらのモータは、低騒音化が望まれるため、インバータの駆動方式として１８０度正弦波駆動方式が用いられることが多い。

図１６を用いて、従来技術の１８０度正弦波駆動方式の例を説明する。

図１６に示すごとく、６入力端子付きモータ駆動用半導体装置１０Ｂ（以下、６入力モータ駆動用ＩＣと呼ぶ）は、６入力端子付きモータ駆動用半導体チップ１０Ｂ′を備えている。Ｔ１〜Ｔ６は３相モータを駆動するための６個のスイッチング素子で、Ｄ１〜Ｄ６はそれぞれのＩＧＢＴに逆並列に接続された還流ダイオードである。Ｐ９はＵ相の出力端子、Ｐ１０はＶ相の出力端子、Ｐ１１はＷ相の出力端子であり、これらの出力端子は、モータのコイル８に接続されている。

また、ＶＵＴ′はＵ相上アーム制御信号であり、Ｕ相上アーム制御信号入力端子Ｐ１から入力され、オールオフ回路ＬＧ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｕ相上アームＩＧＢＴ
Ｔ１へと伝達される。ＶＶＴ′はＶ相上アーム制御信号であり、Ｖ相上アーム制御信号入力端子Ｐ２から入力され、オールオフ回路ＬＧ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｖ相上アームＩＧＢＴ Ｔ２と伝達される。ＶＷＴ′はＷ相上アーム制御信号であり、Ｗ相上アーム制御信号入力端子Ｐ３から入力され、オールオフ回路ＬＧ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｗ相上アームＩＧＢＴ Ｔ３と伝達される。ＶＵＢ′はＵ相下アーム制御信号であり、Ｕ相下アーム制御信号入力端子Ｐ４から入力され、オールオフ回路ＬＧ１→下アーム駆動回路
ＫＢ→Ｕ相下アームＩＧＢＴ Ｔ４と伝達される。ＶＶＢ′はＶ相下アーム制御信号であり、Ｖ相下アーム制御信号入力端子Ｐ５から入力され、オールオフ回路ＬＧ１→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｖ相下アームＩＧＢＴ Ｔ５と伝達される。ＶＷＢ′はＷ相下アーム制御信号であり、Ｗ相下アーム制御信号入力端子Ｐ６から入力され、オールオフ回路ＬＧ１→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｗ相下アームＩＧＢＴ Ｔ６と伝達される。６個の制御信号
ＶＵＴ′，ＶＶＴ′，ＶＷＴ′，ＶＵＢ′，ＶＶＢ′，ＶＷＢ′は、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃが出力する。

更に、チャージポンプ回路ＣＨは、上アームＩＧＢＴ駆動用電源電圧ＶＣＰを生成する回路である。ダイオードＤ７，Ｄ８及びコンデンサＣ３，Ｃ４はチャージポンプ回路用の外付け部品である。チャージポンプ回路ＣＨを動作させるためのクロック信号ＶＣＬは、クロック信号入力端子Ｐ１２よりチャージポンプ回路ＣＨへ入力される。クロック信号
ＶＣＬは、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃが出力する。

内部電源回路１１は駆動回路用電源電圧Ｖｃｃを基にデッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃの電源電圧ＶＢを生成する。

Ｖｃｃ不足電圧検出回路１４Ａは、駆動回路用電源電圧Ｖｃｃをモニタし、駆動回路用電源電圧Ｖｃｃがある閾値電圧以下となると、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃへ低電圧検知信号を出す。過電流検出回路１４Ｂは、シャント抵抗Ｒｓの電圧があるレベル以上となると
Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃへ過電流検知信号を出す。Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃは、Ｖｃｃ不足電圧検出回路１４ＡからのＶｃｃ低電圧検知信号もしくは過電流検出回路１４Ｂからの過電流検知信号を入力すると、オールオフ回路ＬＧ１へオールオフ信号ＶＡを出力するとともに、Ｆａｕｌｔ信号出力端子Ｐ８からデッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７ＣへＦａｕｌｔ信号Ｖｆを出力する。オールオフ回路ＬＧ１は、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃよりオールオフ信号を入力すると、制御信号ＶＵＴ′，ＶＶＴ′，ＶＷＴ′,ＶＵＢ′,ＶＶＢ′，ＶＷＢ′の‘Ｈ’／‘Ｌ’に関わらず全てのＩＧＢＴをオフする。

尚、図１６のＣ１，Ｃ２，Ｃ５は、電源安定化用コンデンサである。

図１６に示す従来の技術では、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃと、６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂは、別の部品であるため、通常プリント基板上の配線で接続されている。例えば、図１６の従来技術を空調機のファンモータに用いた場合、この配線は通常５cm〜１０cm程度の長さとなり、ＩＣ内部の配線と比較するとノイズの影響を受け易くなっている。もしプリント基板上のこの配線の距離を短縮することが出来れば、ノイズの影響を低減することが出来る。６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂは、消費電力が大きいため、周囲が高温となる。また、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃは、６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂと比較すると使用温度範囲が狭く、特に、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃにマイコンを使用した場合は、使用周囲温度の最大値が、例えば８０℃〜１００℃程度と低い。そのため、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃが高温になることを防ぐために、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置
７Ｃと６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂの間は距離を確保しておく必要があるため、この距離を短縮することにより、ノイズの影響を低減するには限界がある。

図１７を用いて、従来技術の１８０度正弦波駆動方式のタイミングチャートを説明する。図１７は、Ｕ相のみの１相分のタイミングチャートを示している。該図において、Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴ′とＵ相下アーム制御信号ＶＵＢ′は、‘Ｈ’がオン信号であり、‘Ｌ’がオフ信号である。一方の制御信号のオン信号と他方の制御信号のオン信号との間には、デッドタイムＴｄ′が設けられている。このデッドタイムは、上下アームが同時にオンし破壊することを防ぐためのものである。

図１８を用いて、従来技術の１８０度正弦波駆動方式で、制御信号にノイズが印加された場合について説明する。図１８は、図１７と比較すると、Ｕ相上アーム制御信号VUT′にノイズが印加されている点のみが異なっている。ノイズは、Ｕ相上アーム制御信号
ＶＵＴ′のオフ期間中に印加されている。ノイズにより電位が持ち上がっているためこのタイミングでＵ相上アームはオンし、Ｔｘの期間、上下アーム短絡が発生する。

特開２００１−３２７１７１号公報（特許文献１）には、３個の制御信号入力端子を持つインバータモジュールについて記載されている。インバータモジュールは、特許文献１に記載されている通り、エポキシ樹脂などを材料とするケース内に複数の部品を配置しているものである。これらの複数の部品は、配線により接続される。この３個の制御信号入力端子を持つインバータモジュールは、３個の制御信号を入力し、入力後直ぐに６個のデッドタイム付きの制御信号を生成する。この６個のデッドタイム付きの制御信号は、インバータモジュール内の配線上を伝わる。インバータモジュールは、概ね直方体状の形状をしており、最長の辺は１０〜２０cm程度の大きさである。そのため、各部品を結ぶ６個のデッドタイム付きの制御信号が伝わる配線は、長いところでは５cm〜１０cm程度にもなり、ノイズの影響の受け易さは、図１６に示す従来技術の１８０度正弦波駆動方式のデッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃと６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂを接続する配線と同程度である。

このように、特許文献１に記載の発明は、上述のノイズに対する対策を可能とするためのものではなく、小型化・低コスト化を目的になされたものである。

インバータモジュールの場合、特許文献１にも記載されているように短絡保護装置を備えることにより、上下アーム短絡によるインバータモジュールの破壊を防いでいる。

図１８では、制御信号がノイズにより異常となり、上下アーム短絡が発生する場合について説明したが、制御信号の異常により上下アーム短絡に至る場合はこれだけではない。図１６の従来技術の１８０度正弦波駆動方式では、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃの電源ＶＢを６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂが供給している。この場合、６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂの電源Ｖｃｃの立上げ時は、Ｖｃｃの立ち上がりから遅れて
ＶＢが立ち上がる。そのため、一時的に、電源Ｖｃｃが立ち上がり６入力モータ駆動用
ＩＣ１０Ｂが動作可能状態となっていて、且つ電源ＶＢが十分に立ち上がっていない又は立ち上がり後十分に時間が経過していないことによりデッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃが制御信号の出力を開始していない区間が発生する場合がある。このような場合、６個の制御信号は不定となり、これにより、６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂの上下貫通を引き起こす可能性がある。

特開２００１−３２７１７１号公報

前述した通り、従来の技術では、６個の制御信号にノイズが印加された場合、６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂが上下アーム短絡するという問題点がある。この対策として、例えばインバータモジュールのように、６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂの各アームの短絡時の耐量を強化し短時間の短絡に耐えることが出来るようにし、且つ短絡発生後に短時間でアームを遮断する短絡保護装置を設けることにより、上下アーム短絡発生時の破壊を防ぐことも出来る。しかし、この対策方法では、システムが大型で高価なものとなるため、例えば空調機のファンモータなど、小型化・低価格化の要求の強い用途では、このような対策方法をとることは出来ない。

また、従来の技術では、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃが制御信号の出力を開始する前に、６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂが上下アーム短絡する場合があるという問題点がある。デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃの電源を６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂが供給するのを止め、別に電源を用意し、その電源の立ち上がりを６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂの電源Ｖｃｃより早くし、立下りを６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂの電源Ｖｃｃより遅くすることにより対策することも可能である。インバータモジュールを用いた大型のインバータ装置では、インバータモジュールを制御するための制御装置の電源は、インバータモジュールが供給せずに、別の電源が供給している。しかし、例えば空調機のファンモータなど、小型化・低価格化の要求の強い用途では、電源を追加することは好ましくないため、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃの電源を６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂが供給して且つ、制御信号出力開始前の上下アーム短絡の問題を対策することが望まれる。

更に、従来の技術では、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃは、６個の制御信号を生成する機能と、デッドタイムを生成する機能を備える必要があり、また、少なくとも６個の制御信号を出力する必要があるため、ピン数が多くなる。そのため、制御用半導体装置には、パッケージサイズが大きく比較的高価なものを用いる必要が生じる。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、６個の制御信号にノイズが印加されたときの６入力モータ駆動用ＩＣの上下アーム短絡を防止するモータ駆動用半導体装置とそれを有する３相モータ及びモータ駆動装置を提供することにある。

本発明のモータ駆動用半導体装置は、上記目的を達成するために、３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、前記３相モータへ電圧を出力する３個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路とを備え、ワンパッケージに樹脂封止したモータ駆動用半導体装置において、
前記モータ駆動用半導体装置が、３個の制御信号入力端子と、該３個の制御信号入力端子から入力された３個の制御信号を基に前記６個のスイッチング素子を制御するための６個の制御信号を生成する機能と、デッドタイム生成機能とを備え、前記デッドタイム生成機能が生成するデッドタイムの期間は、正の温度依存性を持つと共に、前記デッドタイム生成機能が前記６個のスイッチング素子と一緒にワンパッケージに樹脂封止されており、
さらに前記モータ駆動用半導体装置が、１つの半導体チップをワンパッケージに樹脂封止しているか、または前記駆動回路と前記６個の制御信号を生成する機能及び前記デッドタイム生成機能が少なくとも１つの第１の半導体チップ上に構成され、前記６個のスイッチング素子が少なくとも１つの第２の半導体チップ上に構成され、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップが、ワンパッケージに樹脂封止されていることを特徴とする。

また、本発明のモータ駆動装置は、上記目的を達成するために、上記モータ駆動用半導体装置と、モータ駆動用半導体装置へ３個の制御信号を出力する制御用半導体装置とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の３相モータは、上記目的を達成するために、上記モータ駆動装置を内蔵していることを特徴とする。

また、本発明のファンモータは、上記目的を達成するために、上記モータ駆動装置を内蔵しており、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒の熱交換を行う室内熱交換器とを備えた空調機の、室外熱交換器あるいは室内熱交換器に送風するモータであることを特徴とする。

本発明によれば、６個の制御信号へのノイズによる上下アーム貫通を防ぐことができ、また、制御信号が６個から３個に低減されるため、システムの小型化・低コスト化ができる。また、３入力モータ駆動用ＩＣの内部でデッドタイムを生成するため、制御用半導体装置が制御信号の出力を開始する前の上下アーム貫通を防ぐことができる。更に、デッドタイムを小さい値に設定することができ、モータを正弦波駆動するときのモータの電流波形の歪を小さくすることができる。

以下本発明の詳細を、図面を用いながら説明する。

図１は、本実施例の説明図である。

該図において、３入力端子付きモータ駆動用半導体装置１０（以下、３入力モータ駆動用ＩＣと呼ぶ）は、３入力端子付きモータ駆動用半導体チップ１０′を備えている。Ｔ１〜Ｔ６は３相モータを駆動するための６個のスイッチング素子であり、図１の例ではIGBTである。Ｄ１〜Ｄ６はそれぞれのＩＧＢＴに逆並列に接続された還流ダイオードである。Ｐ９はＵ相の出力端子、Ｐ１０はＶ相の出力端子、Ｐ１１はＷ相の出力端子であり、これらの出力端子は、モータのコイル８に接続されている。

また、ＶＵはＵ相制御信号、ＶＶはＶ相制御信号、ＶＷはＷ相制御信号であり、これらはデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６に入力される。

デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６は、Ｕ相制御信号ＶＵを基にＵ相上アーム制御信号ＶＵＴとＵ相下アーム制御信号ＶＵＢを、Ｖ相制御信号ＶＶを基にＶ相上アーム制御信号ＶＶＴとＶ相下アーム制御信号ＶＶＢを、Ｗ相制御信号ＶＷを基にＷ相上アーム制御信号ＶＷＴとＷ相下アーム制御信号ＶＷＢを生成する。

Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴは、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６→オールオフ回路ＬＧ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｕ相上アームＩＧＢＴ（Ｔ１）へと伝達される。Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢは、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６→オールオフ回路ＬＧ１→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｕ相下アームＩＧＢＴ（Ｔ４）へと伝達される。Ｖ相上アーム制御信号ＶＶＴは、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６→オールオフ回路ＬＧ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｖ相上アームＩＧＢＴ（Ｔ２）へと伝達される。Ｖ相下アーム制御信号ＶＶＢは、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６→オールオフ回路ＬＧ１→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｖ相下アームＩＧＢＴ（Ｔ５）へと伝達される。Ｗ相上アーム制御信号ＶＷＴは、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６→オールオフ回路ＬＧ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｗ相上アームＩＧＢＴ（Ｔ３）へと伝達される。Ｗ相下アーム制御信号ＶＷＢは、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６→オールオフ回路ＬＧ１→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｗ相下アームＩＧＢＴ（Ｔ６）へと伝達される。

図１でチャージポンプ回路ＣＨは、上アームＩＧＢＴ駆動用電源電圧ＶＣＰを生成する回路である。ダイオードＤ７，Ｄ８及びコンデンサＣ３，Ｃ４はチャージポンプ回路用の外付け部品である。チャージポンプ回路ＣＨを動作させるためのクロック信号ＶＣＬは、クロック信号入力端子Ｐ１２よりチャージポンプ回路ＣＨへ入力される。クロック信号
ＶＣＬは、制御用半導体装置７が出力する。内部電源回路１１は駆動回路用電源電圧Ｖccを基に制御用半導体装置７の電源電圧ＶＢを生成する。

Ｖｃｃ不足電圧検出回路１４Ａは、駆動回路用電源電圧Ｖｃｃをモニタし、駆動回路用電源電圧Ｖｃｃがある閾値電圧以下となると、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃへ低電圧検知信号を出す。過電流検出回路１４Ｂは、シャント抵抗Ｒｓの電圧があるレベル以上となると
Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃへ過電流検知信号を出す。Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃは、Ｖｃｃ不足電圧検出回路１４ＡからのＶｃｃ低電圧検知信号もしくは過電流検出回路１４Ｂからの過電流検知信号を入力すると、オールオフ回路ＬＧ１へオールオフ信号ＶＡを出力するとともに、Ｆａｕｌｔ信号出力端子Ｐ８から制御用半導体装置７へＦａｕｌｔ信号Ｖｆを出力する。低電圧状態や過電流状態が解除されると、Ｆａｕｌｔ回路は、オールオフ信号ＶＡとＦａｕｌｔ信号Ｖｆの出力を止める。オールオフ回路ＬＧ１は、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃよりオールオフ信号を入力すると、制御信号ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，
ＶＷＢの‘Ｈ’／‘Ｌ’に関わらず全てのＩＧＢＴをオフする。

制御用半導体装置７は、３入力モータ駆動用ＩＣ１０から、電源電圧ＶＢとＦａｕｌｔ信号Ｖｆを入力し、３個の制御信号ＶＵ，ＶＶ，ＶＷと、チャージポンプ回路用のクロック信号ＶＣＬを３入力モータ駆動用ＩＣ１０へ出力する。制御用半導体装置７は、汎用のマイコンでもモータ駆動専用ＩＣであってもよい。

６個の制御信号とデッドタイムは、３入力モータ駆動用ＩＣ１０が生成するため、制御用半導体装置７は、６個の制御信号生成機能やデッドタイム生成機能は備えてなくてもよく、また制御信号出力端子が６個から３個に低減され、ピン数の少ないパッケージを使用すること出来るため、制御用半導体装置７は、従来技術で使用するものより小型化・低コスト化できる。

図１のＣ１，Ｃ２，Ｃ５は、電源安定化用コンデンサである。

図１では、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６にＩＧＢＴを使用しているが、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６はＩＧＢＴでなくとも、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどの他のスイッチング素子でもよい。また、図１では、上アーム駆動方式として、チャージポンプ方式を用いているが、ブートストラップ方式などの他の方式を用いてもよい。

次に、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の詳細について説明する。図２は、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の第１の例である。図２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の内、Ｕ相分の回路のみを示している。本回路は、ＮＯＴ回路ＮＣ１，ＮＣ２，ＮＣ３，ＮＣ４，ＮＣ５と、オン遅延回路ＤＣ１，ＤＣ２により構成されている。また、オン遅延回路ＤＣ１は、抵抗ＲＤ１，コンデンサＣＤ１，ダイオードＤＤ１により構成されており、オン遅延回路ＤＣ２は、抵抗ＲＤ２，コンデンサＣＤ２，ダイオードＤＤ２により構成されている。

次に、図２に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の動作について説明する。図３は、図２に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６のタイミングチャートの例である。該図のＵ相上アーム制御信号ＶＵＴとＵ相下アーム制御信号ＶＵＢにおいて、‘Ｈ’はオン信号で、‘Ｌ’はオフ信号であり、図３のＶＵはＵ相制御信号である。Ｕ相制御信号ＶＵは、ＮＯＴ回路ＮＣ１に入力されると‘Ｈ’と‘Ｌ’が反転されて出力される。図３のＶＵ１が、ＮＯＴ回路ＮＣ１の出力電圧である。

Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がるタイミングでは、ＮＯＴ回路ＮＣ１の出力電圧ＶＵＩは‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がるため、コンデンサＣＤ２は放電され、コンデンサＣＤ２の電圧ＶＣＤ２は減少する。この放電は、主にダイオードＤＤ２を通して行われるため、短時間で放電され、コンデンサＣＤ２の電圧ＶＣＤ２は短時間で、
‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がる。そのため、Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がると、直ぐに、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢは‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がる。

また、Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がるタイミングでは、コンデンサＣＤ１が充電されコンデンサＣＤ１の電圧ＶＣＤ１が上昇する。充電は抵抗ＲＤ１を通して行われるため、コンデンサＣＤ１の電圧ＶＣＤ１は、緩やかな傾きで上昇する。コンデンサＣＤ１の電圧ＶＣＤ１がＮＯＴ回路ＮＣ２の閾値電圧Ｖｔｈを超えると、Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴが‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がる。そのため、Ｕ相制御信号ＶＵが
‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がってから、Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴが‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がるまでには遅延時間が発生する。この遅延時間がデッドタイムＴｄとなる。

Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がるタイミングでは、コンデンサＣＤ１が放電されコンデンサＣＤ１の電圧ＶＣＤ１が減少する。この放電は主にダイオードＤＤ１を通して行われるため、短時間で放電され、コンデンサＣＤ１の電圧ＶＣＤ１は短時間で‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がる。そのため、Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がると、直ぐに、Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴは‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がる。

Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がるタイミングでは、ＮＯＴ回路ＮＣ１の出力電圧ＶＵＩは‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がるため、コンデンサＣＤ２は充電され、コンデンサＣＤ２の電圧ＶＣＤ２は上昇する。この充電は、主に抵抗ＲＤ２を通して行われるため、コンデンサＣＤ２の電圧ＶＣＤ２は、緩やかな傾きで上昇する。コンデンサ
ＣＤ２の電圧ＶＣＤ２がＮＯＴ回路ＮＣ４の閾値電圧Ｖｔｈを超えると、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢが‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がる。そのため、Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がってから、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢが‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がるまでには遅延時間が発生する。この遅延時間がデッドタイムＴｄとなる。

つまり、図２に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の第１の例は、オン遅延回路ＤＣ１，ＤＣ２が、オン時の遅延時間をオフ時の遅延時間より大きくすることによりデッドタイムを生成する。

図２の回路は抵抗を用いているが、抵抗の替わりにＭＯＳのオン抵抗を用いても同様の働きをするため、ＭＯＳのオン抵抗を用いてもよい。

図４は、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の第２の例である。図４はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の内、Ｕ相分の回路のみを示している。本回路は、ＮＯＴ回路ＮＣ６，ＮＣ７，ＮＣ８と、遅延回路ＤＣ３により構成されている。また、遅延回路ＤＣ３は、抵抗ＲＤ３，コンデンサＣＤ３により構成されている。ＮＯＴ回路ＮＣ６の閾値電圧
Ｖｔｈ６と、ＮＯＴ回路ＮＣ７の閾値電圧Ｖｔｈ７は、Ｖｔｈ７＜Ｖｔｈ６となるように設定されている。

次に、図４に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の動作について説明する。図５は、図４に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６のタイミングチャートの例である。図５のＵ相上アーム制御信号ＶＵＴとＵ相下アーム制御信号ＶＵＢにおいて、‘Ｈ’はオン信号であり、‘Ｌ’はオフ信号である。

Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がるタイミングでは、コンデンサＣＤ３は充電されるため、コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３は上昇する。コンデンサＣＤ３の充電は抵抗ＲＤ３を通して行われるため、コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３は緩やかな傾きで上昇する。コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３が、ＮＯＴ回路ＮＣ７の閾値電圧Ｖｔｈ７を超えると、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢは‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がる。その後、コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３が、ＮＯＴ回路ＮＣ６の閾値電圧Ｖｔｈ６を超えると、Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴは‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がる。コンデンサＣＤ３の電圧
ＶＣＤ３が、ＮＯＴ回路ＮＣ７の閾値電圧Ｖｔｈ７を超えてから、ＮＯＴ回路ＮＣ６の閾値電圧Ｖｔｈ６を超えるまでの遅延時間がデッドタイムＴｄとなる。

Ｕ相制御信号ＶＵが‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がるタイミングでは、コンデンサＣＤ３は放電されるため、コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３は減少する。コンデンサＣＤ３の放電は抵抗ＲＤ３を通して行われるため、コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３は緩やかな傾きで減少する。コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３が、ＮＯＴ回路ＮＣ６の閾値電圧Ｖｔｈ６を下回ると、Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴは‘Ｈ’から‘Ｌ’に立ち下がる。その後、コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３が、ＮＯＴ回路ＮＣ７の閾値電圧Ｖｔｈ７を下回ると、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢは‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がる。コンデンサＣＤ３の電圧
ＶＣＤ３が、ＮＯＴ回路ＮＣ６の閾値電圧Ｖｔｈ６を下回ってから、ＮＯＴ回路ＮＣ７の閾値電圧Ｖｔｈ７を下回るまでの遅延時間がデッドタイムＴｄとなる。

つまり、図４に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の第２の例は、遅延回路ＤＣ３による緩やかな立ち上がりおよび緩やかな立下りと、ＮＯＴ回路ＮＣ６の閾値電圧Ｖｔｈ６とＮＯＴ回路ＮＣ７の閾値電圧Ｖｔｈ７との閾値電圧の違いを利用しデッドタイムを生成する。

図４の回路は抵抗を用いているが、抵抗の替わりにＭＯＳのオン抵抗を用いても同様の働きをするため、ＭＯＳのオン抵抗を用いてもよい。

次に、図４に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の高温時の動作について説明する。図６は、図４に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６の高温時のタイミングチャートの例である。図６のＵ相上アーム制御信号ＶＵＴとＵ相下アーム制御信号ＶＵＢにおいて、‘Ｈ’はオン信号であり、‘Ｌ’はオフ信号である。

通常、ＩＣ内の抵抗の抵抗値は、正の温度依存性を持つため、ＩＣの温度上昇により抵抗値は増加する。そのため、図４に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６が高温となると、抵抗ＲＤ３の抵抗値が増加し、コンデンサＣＤ３の電圧ＶＣＤ３の立ち上がりおよび立下りの傾きが低温時より小さくなる。そのため、高温時に生成されるデッドタイムＴｄｈは、低温時に生成されるデッドタイムＴｄより長くなる。つまりデッドタイムが正の温度依存性を持つ。

図２の回路も、図４の回路と同様に、抵抗を用いているため、生成されるデッドタイムは正の温度依存性を持つ。

また、図２および図４の回路を、抵抗の替わりにＭＯＳのオン抵抗を用いた回路とした場合も、ＭＯＳのオン抵抗が通常正の温度依存性を持つため、デッドタイムは正の温度依存性を持つ。

次に、デッドタイムが正の温度依存性を持つ効果について説明する。インバータに用いる出力段のスイッチング素子のスイッチング時間は、通常、低温時より高温時のほうが大きくなる。そのため、デッドタイムを設定するときは、この高温時のスイッチング時間の増加を考慮する必要がある。

図１に示す実施例１の構成では、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６と、出力段のＩＧＢＴ Ｔ１〜Ｔ６が１つのチップ上に配置されているため、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６と出力段のＩＧＢＴ Ｔ１〜Ｔ６は概ね同じ温度となる。

また、デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６に図２や図４で示した例のような回路を用いると、デッドタイムは正の温度依存性を持つ。デッドタイムに正の温度依存性がある場合は、高温時のデッドタイムは室温時のデッドタイムより大きくなる。そのため、室温時のデッドタイムは、高温時のスイッチング時間の増加量を含めた値にする必要はない。これは、高温になった場合、正の温度依存性によりデッドタイムが増加し、スイッチング時間の増加分を補うためである。

もし仮に、デッドタイムに温度依存性がないとすると、高温時のデッドタイムは室温時のデッドタイムと等しいため、室温時のデッドタイムを、高温時のスイッチング時間の増加量を含めた大きな値にする必要が生じる。デッドタイムが大きいと、例えばモータを正弦波駆動する場合では、モータの電流波形の歪が大きくなる弊害が生じる。

つまり、本実施例の構成では、デッドタイムが正の温度依存性を持ち、デッドタイム生成回路と出力段のスイッチング素子の温度が近い温度となる構成であるため、デッドタイムを小さい値に設定できるメリットがある。

次に、３入力モータ駆動用ＩＣ１０の構造について説明する。図８が３入力モータ駆動用ＩＣ１０の構造の例である。３入力モータ駆動用ＩＣ１０は、放熱フィンＨＳ１，リードＬＥ１，３入力端子付きモータ駆動用半導体チップ１０′，樹脂ＲＥ１，金線ＡＧ１で構成されている。リードＬＥ１は、図８では、一部省略し１２本記載しているが、３入力モータ駆動用ＩＣ１０を図１記載の構成とする場合は、端子数が１９個のため、１９本以上となる。３入力端子付きモータ駆動用半導体チップ１０′は、はんだや銀ペーストなどにより、放熱フィンＨＳ１上に配置される。リードＬＥ１と、３入力端子付きモータ駆動用半導体チップ１０′は、金線ＡＧ１により電気的に接続される。３入力端子付きモータ駆動用半導体チップ１０′全体と、金線ＡＧ１全体と、リードＬＥ１の一部と放熱フィンＨＳ１の一部は、例えばシリカなどのフィラを配合したエポキシ系樹脂などにより樹脂封止される。図８では、ＩＣの内部構造が見えるように、上側の左半分が樹脂封止されていないように記載しているが、実際には、上側の左半分も、上側の右半分と同様に樹脂封止される。

本実施例を、例えば空調機の室内機ファンモータや室外機ファンモータに適用した場合、ＩＧＢＴは、電流定格が１Ａ〜５Ａ程度の小さいものでよいため、３入力端子付きモータ駆動用半導体チップ１０′は小面積となり、一辺の長さは、１.５mm〜７mm 程度となる。そのため、樹脂封止後の３入力モータ駆動用ＩＣ１０のサイズも小型となり、樹脂封止された部分のサイズは、例えば横（長さが最大の方向）の長さが１cm〜４cm程度、縦が５mm〜３cm程度、厚みが２mm〜６mm程度となる。６個の制御信号が伝達されるのは、ＩＣチップ上の配線のみである。３入力端子付きモータ駆動用半導体チップ１０′のサイズが一辺１.５mm〜７mm 程度であるため、６個の制御信号が伝達されるＩＣチップ上の配線の長さは、数mm程度と短い。そのため、これらの配線はノイズの影響をほとんど受けず、６個の制御信号へのノイズによる上下貫通の発生を防ぐことが出来る。

従来の技術では、デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置７Ｃが制御信号の出力を開始する前に、６入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｂが上下アーム短絡する場合があるという問題点があったが、実施例１の構成では、３入力モータ駆動用ＩＣ１０の内部でデッドタイムを生成するため、制御用半導体装置７が制御信号の出力を開始する前でも、上下貫通は発生しない。そのため、高い信頼性が要求される場合でも、制御用半導体装置７の電源を別に用意する必要はなく、３入力モータ駆動用半導体装置１０が制御用半導体装置７の電源を供給でき、システムの小型化・低価格化を行うことが出来る。

図１２は、本実施例の説明図である。

本実施例と、図１に示す実施例１との相違点は、３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｍが、複数のチップで構成されている点である。図１２では、チップ１０ＭＴ１がＵ相上アーム
ＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、チップ１０ＭＴ２がＶ相上アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、チップ１０ＭＴ３がＷ相上アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、チップ１０ＭＴ４がＵ相下アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、チップ１０ＭＴ５がＶ相下アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、チップ１０ＭＴ６がＷ相下アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、チップ１０ＭＣが３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｍ内の残りのものにより構成されている。還流ダイオードは、ＭＯＳＦＥＴと別に用意しなくても、ＭＯＳＦＥＴ内部の寄生ダイオードを使用してもよい。

全てのチップは、例えばシリカなどのフィラを配合したエポキシ系樹脂などにより樹脂封止され、１つのＩＣとなる。各チップは、例えば金線やインナーリード（リードの樹脂封止された部分）により電気的に接続される。本実施例を、例えば空調機の室内機ファンモータや室外機ファンモータに適用した場合、ＭＯＳＦＥＴは、定格が１Ａ〜５Ａ程度の小さいものでよいため、チップ１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６は小面積のものでよく、一辺の長さは、０.５mm〜３mm 程度となる。そのため、全てのチップを樹脂封止したＩＣのサイズも小型となり、パッケージの樹脂封止された部分のサイズは、例えば横（長さが最大の方向）の長さが２cm〜５cm程度、縦が８mm〜３cm程度、厚みが２mm〜６mm程度であり、図８に示す実施例１とほぼ同等のサイズとなる。６個の制御信号が伝達されるのは、ＩＣチップ上の配線と各チップを電気的に接続するためのＩＣ内の金線やインナーリードのみである。そのため、６個の制御信号が伝達されるＩＣ内部の配線の長さは、最大でも３cm〜４cm程度に抑えることが出来る。よって、これらの配線が受けるノイズの影響は、制御用半導体装置７と３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｍを接続する配線が受けるノイズの影響より小さい。そのため、本実施例の構成で、６個の制御信号へのノイズの影響による上下貫通の発生を抑制することが出来る。

本実施例の構成では、チップ１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６とデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６が配置されているチップ１０ＭＣは、異なるチップであるが、これらのチップはフィラを配合したエポキシ系樹脂などにより樹脂封止され１つのＩＣとなっている。フィラを配合したエポキシ系樹脂は、インバータモジュールでスイッチング素子の周囲にある空気やゲルなどと比較すると熱伝導率が比較的大きく、０.１ から３Ｗ／ｍＫ程度である。そのため、ＭＯＳＦＥＴとデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６が異なるチップ上に配置されていても、比較的大きな熱伝導率により、ＭＯＳＦＥＴの温度と６信号生成回路ＬＧ６の温度は、近い温度となる。よって、本実施例の構成においても、実施例１の場合と同様にデッドタイムの正の温度依存性により、デッドタイムを小さい値に設定できるメリットがある。

図１２では、スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴを使用しているが、スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴでなくとも、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタなどの他のスイッチング素子でもよい。また、図１２では、上アーム駆動方式として、チャージポンプ方式を用いているが、ブートストラップ方式などの他の方式を用いても良い。

図１２の例では、チップ１０ＭＣに３相分の回路が備えられているが、１相分の回路を備えたチップ３個にしてもよい。

本実施例の他の部分は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。

図１３は、本実施例の説明図である。

本実施例では、３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｒがリセット信号入力端子を備えており、制御用半導体装置７Ｒが３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｒの保護機能動作状態を解除するためのリセット信号ＶＲＥを出力する。３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｒは保護機能として、Ｖｃｃ不足電圧保護機能と過電流保護機能を備えており、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｒは、Ｖcc不足電圧検出回路１４ＡからのＶｃｃ低電圧検知信号もしくは過電流検出回路１４Ｂからの過電流検知信号を入力すると、オールオフ回路ＬＧ１へオールオフ信号ＶＡを出力するとともに、Ｆａｕｌｔ信号出力端子Ｐ８から制御用半導体装置７へＦａｕｌｔ信号Ｖｆを出力する。Ｆａｕｌｔ回路１４Ｒは、低電圧状態もしくは過電流状態が解除されたあとも、オールオフ信号ＶＡとＦａｕｌｔ信号Ｖｆを出力し続ける。つまり、保護機能動作状態はまだ解除されない。制御用半導体装置７Ｒは、３入力モータ駆動装置１０Ｒが保護動作状態であるという情報を、Ｆａｕｌｔ信号Ｖｆにより得ている。制御用半導体装置７Ｒが、この保護機能動作状態を解除するために、リセット信号ＶＲＥをＦａｕｌｔ回路１４Ｒへ出力する。リセット信号としては、例えば、リセット信号を出力しない通常の状態では、電位を‘Ｌ’にしておき、‘Ｈ’のパルスを１つ出力する（以降、リセット信号は、リセット信号を出力しない通常の状態では電位を‘Ｌ’にしておき‘Ｈ’のパルスを１つ出力する例について説明するが、リセット信号を出力しない通常の状態では、電位を‘Ｈ’にしておき、‘Ｌ’のパルスを１つ出力してもよいし、それ以外の方法でリセット信号を出力してもよい。）。

Ｆａｕｌｔ回路は、例えば‘Ｈ’のパルスが立ち下がったタイミングで、保護機能動作状態を解除、つまりＦａｕｌｔ回路がオールオフ信号ＶＡとＦａｕｌｔ信号Ｖｆの出力を終了する。このように、本実施例では、保護動作状態の解除のタイミングを制御用半導体装置７Ｒが決めることが可能である。そのため、例えば、保護が動作したときの温度や、１つ前の保護動作から次の保護動作までの期間などのさまざまな条件に応じ、保護が動作してから解除までの期間を変更することが可能となり、破壊しやすい条件で期間を延ばすなどの方法により、信頼性を向上することが可能となる。

３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｒの保護機能が動作していない状態で、制御用半導体装置７Ｒが電位を‘Ｈ’とした場合、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｒは、オールオフ信号ＶＡとＦault信号Ｖｆを出力する。このようにすることにより、制御用半導体装置７Ｒが、なんらかの異常状態を検知したときに、インバータを停止することが可能となる。制御用半導体装置７Ｒが検知出来る異常状態としては、例えば、過熱状態や、高圧電源電圧ＶＤＣの過電圧状態や低電圧状態がある。これらの異常状態を制御用半導体装置７Ｒが検知し、インバータを停止することにより、高信頼性のシステムを構築することが可能となる。

保護動作状態の解除のみが目的の場合は、３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｒの保護機能が動作していない状態で電位が‘Ｈ’となった場合、保護機能状態に移らずインバータを動作し続けるように、Ｆａｕｌｔ回路を構成してもよい。

また上記では、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｒは、低電圧状態や過電流状態が解除されたあとも、保護動作状態を解除しない例について説明したが、低電圧状態が解除されたあと３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｒが自動的に保護動作状態を解除し、過電流状態が解除された場合のみ制御用半導体装置７Ｒによりリセットされるまで保護動作状態を維持してもよいし、逆に過電流状態が解除されたあと３入力モータ駆動用ＩＣ１０Ｒが自動的に保護動作状態を解除し、低電圧状態が解除した場合のみ制御用半導体装置７Ｒによりリセットされるまで保護動作状態を維持してもよい。

本実施例の他の部分は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。

図１４は、本実施例の説明図である。

実施例３で制御用半導体装置７Ｒが出力していたリセット信号ＶＲＥを、本実施例ではデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６Ｐが出力する。

図１５は、本実施例を説明するためのタイミングチャートである。図１５のＶＵは制御用半導体装置７Ｐが出力するＵ相制御信号であり、ＶＶは制御用半導体装置７Ｐが出力するＶ相制御信号であり、ＶＷは制御用半導体装置７Ｐが出力するＷ相制御信号である。図１５のＶＲＥはデッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６Ｐが出力するリセット信号である。

本実施例においても、リセット信号を出力するタイミングは、実施例３の場合と同様に、制御用半導体装置７Ｐが決める。リセット信号のための信号線を備えずにリセットの指令を伝達するために、３個の制御信号ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの中に、リセット情報を加えている。

３個の制御信号は、制御方法にも依るがモータを正弦波駆動する場合、ＰＷＭ周期で
‘Ｈ’／‘Ｌ’を繰り返すことが一般的である。そのため、ＰＷＭ周期以上の期間、電位を固定することにより、リセットの指令を出すことが可能である。ＰＷＭ周波数は、通常数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚである。

図１５の例では、Ｗ相制御信号ＶＷをＰＷＭ周期ＴＰＷＭ以上の期間、‘Ｈ’に固定することにより、制御用半導体装置７Ｐからデッドタイム生成機能付き６信号生成回路LG6Pへ、リセットの指令を出している。デッドタイム生成機能付き６信号生成回路ＬＧ６Ｐは、Ｖ相制御信号ＶＶがＰＷＭ周期で‘Ｈ’／‘Ｌ’を繰り返していることを利用し、Ｗ相制御信号ＶＷが‘Ｈ’となってから、ＶＶが２回以上‘Ｌ’から‘Ｈ’に立ち上がったタイミングで、Ｗ相制御信号ＶＷがＰＷＭ周期ＴＰＷＭ以上の期間‘Ｈ’に固定されていることを認識し、Ｆａｕｌｔ回路へリセット信号を出力する。

図１５の例では、制御用半導体装置７Ｐが出力する３個の制御信号ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの内の１個の電位を固定することにより、リセットの指令を出したが、２個または３個の制御信号の電位を固定してもよい。

また、図１５の例では、ＰＷＭ周期以上の期間電位が固定されていることを判定する手段として、固定されていない制御信号を利用したが、他のものを利用してもよく、例えば、クロック信号ＶＣＬを利用してもよいし、ＣＲ回路などの時間を測定出来る回路を利用してもよい。

本実施例では、リセット信号のための信号線や３入力モータ駆動用ＩＣのリセット信号入力端子を備えずに、制御用半導体装置がリセットの指令を出すことが出来る。また、実施例３と同様に、保護動作状態でないときに、制御用半導体装置からの指令でインバータを停止することも出来る。そのため、実施例３よりも、シンプルな構成で、実施例３と同じ効果が得られる。

本実施例は、上記で説明した内容以外は、実施例３と同様であるため説明を省略する。

図９に、本実施例のモータ５の構造の例を示す。本モータは、実施例１から実施例４のいずれかを適用したモータである。図９に示すモータは３相モータであって、制御用半導体装置７と３入力モータ駆動用ＩＣ１０と高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６とシャント抵抗ＲｓとホールＩＣ９とを、モータ内蔵基板６上に配置している。本実施例のモータ５では、モータの筐体下部５Ｂにコイル８をはめ込む。永久磁石回転子２２を、コイル８に触れないよう適切なギャップを設けて、コイル内部に設置する。永久磁石回転子２２の上部に、モータ内蔵基板６を設置する。モータ内蔵基板６に配置した、ホール
ＩＣ９は、永久磁石回転子２２の磁極位置を検出し易くするために、永久磁石回転子２２側の面（図９では下側の面）に配置する。例えば、制御用半導体装置７と高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６とシャント抵抗Ｒｓは永久磁石回転子２２側の面（図９では下側の面）に配置し、３入力モータ用駆動ＩＣ１０は永久磁石回転子２２と反対側の面（図９では上側の面）に配置する。

温度検出回路１６を制御用半導体装置７の温度検出に用いる場合は、温度検出回路１６内のサーミスタを制御用半導体装置７の近くに配置する。モータ内蔵基板６には、コイル接続端子２１を配置し、半田付けによりコイル８を接続する。モータ内蔵基板６に配線
２０を半田付けにより接続する。引き出し配線２０は、ＶＤＣ用配線，Ｖｃｃ用配線，
Ｖｓｐ用配線，ＦＧ用配線，ＧＮＤ用配線の５本の線からなる。モータの筐体上部５Ａは、蓋のようにモータ内蔵基板６の上部に設置される。そのため、モータを組み立てた状態では、モータ内蔵基板６はモータの筐体上部５Ａとモータの筐体下部５Ｂからなるモータ筐体の内部に配置される。

モータ５は、モータの筐体下部５Ｂを用いず、替わりにコイル８をモールドした構造でもよい。このときの図を図１０に示す。図１８の５Ｃが、モールドされたコイルである。他は図９と同様である。

モータ５は、モータの筐体上部５Ａとモータの筐体下部５Ｂを用いずに、替わりにコイル８とモータ内蔵基板６をモールドした構造でもよい。このときの図を図１１に示す。図１１は、図９や図１０とは異なり、モータの完成状態を図にしたものである。モールド部５Ｄには、コイル８とモータ内蔵基板６がモールドされており、モータ内蔵基板６には、図９と同様に、制御用半導体装置７と３入力モータ駆動用ＩＣ１０と高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６とシャント抵抗ＲｓとホールＩＣ９が配置されている。

本発明の効果により、制御信号へのノイズによる上下アーム貫通が防止されているため、図９〜図１１のように、制御用半導体装置７と３入力モータ駆動用ＩＣ１０を、ノイズを受けやすいモータの内部に配置しても、高い信頼性を確保することが出来る。

図９〜図１１に示すモータが、例えば空調機のファンモータである場合、モータのサイズは直径６cm〜１２cm程度と小さい。本発明の３入力モータ駆動用ＩＣは、インバータモジュールのような大型のものではなく、小型のＩＣであるため、このような小型のモータ内に配置できる。

本実施例では、実施例５に記載のモータをシステムに適用した。

図７がシステムの構成の例であり、３入力モータ駆動用ＩＣの内部や周辺部品など、一部簡略化のために記載していない。

図７で符号１は商用電源である。図７の符号２は電源回路であり、商用電源１からの交流電圧を基に、直流のＶＤＣとＶｃｃとＶｍを生成する。ＶＤＣは、例えば約１４１Ｖ〜約４５０Ｖの高圧電圧であり、モータのインバータ駆動用の高圧電源電圧として使用される。Ｖｃｃは例えば約１５Ｖであり、３入力モータ駆動用ＩＣ１０で使用される駆動回路用電源電圧である。Ｖｍはマイコン３用の電源電圧であり、例えば２Ｖ〜５.５Ｖ 程度である。電源回路２とマイコン３は、第１の基板４上に配置されている。

マイコン３は、速度指令信号Ｖｓｐを出力し、モータ５より出力される回転数信号ＦＧを入力する。マイコン３は、この速度指令信号Ｖｓｐによりモータ５の回転数を調整する。速度指令信号Ｖｓｐには、アナログ信号を用いる場合と、パルス信号を用いる場合がある。図７では、ＶｓｐラインとＦＧラインはマイコン３と制御用半導体装置７の間を配線にて直接接続しているが、ホトカプラやバッファ回路を経由して接続してもよい。マイコン３がパルス状の速度指令信号を出力し、コンデンサと抵抗からなるＣＲ積分回路にてその信号をアナログ信号に変換し、アナログの速度指令信号を制御用半導体装置７に入力してもよい。

図７で符号６はモータ内蔵基板であり、モータ５に内蔵されている。制御用半導体装置７と３入力モータ駆動用ＩＣ１０とホールＩＣ９とシャント抵抗Ｒｓと高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６は、モータ内蔵基板６上に配置されている。

図示していないが、ホールＩＣ９には、Ｖｃｃまたは、ＶＢが電源電圧として用いられる。ホールＩＣ９の替わりに、より低コストであるホール素子を用いる場合もある。ホールＩＣ９やホール素子は、磁極位置検出器の例であり、モータ５の永久磁石回転子の位置を示す磁極位置信号を出力する。ホール素子の場合、各ホール素子の出力電圧は２つの端子間の電圧である。通常ホール素子の出力電圧は、１Ｖ以下の微小電圧であるため、アンプを用いて信号を増幅する必要がある。図７では、磁極位置検出器には、２個のホール
ＩＣを用いているが、磁極位置検出器は３個または１個でもよい。

図７の制御用半導体装置７には、電源電圧ＶＢ，マイコン３からの速度指令信号Ｖｓｐ，３入力モータ駆動用ＩＣ１０からのフォルト信号Ｖｆ，高圧電源電圧検出回路１５からの高圧電源電圧信号Ｖｈ，温度検出回路１６からの温度信号Ｖｔ，ホールＩＣ９からの磁極位置信号ＶＨＵとＶＨＶが入力される。

図７でＶＢは制御用半導体装置７の電源電圧であり、例えば２Ｖ〜５.５Ｖ 程度である。図７では、３入力モータ駆動用ＩＣ１０の内部で生成されるが、外部のレギュレータやツェナーダイオード等によりＶｃｃから生成することも可能である。また、モータ５の内部で制御用半導体装置７用の電源電圧を生成せず、替わりに第１の基板４上のＶｍを制御用半導体装置７へ入力することも可能である。

制御用半導体装置７は、モータ駆動用半導体装置１０へ制御信号ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを出力し、マイコン３へ回転数信号ＦＧを出力する。

３入力モータ駆動用ＩＣ１０の内部は、図７では、内部電源回路１１，保護回路１４のみを記載しているが、詳細は実施例１から４で説明した構成である。

モータ５のコイル８は、３入力モータ駆動用ＩＣ１０の出力端子に接続されている。シャント抵抗Ｒｓは、３入力モータ駆動用ＩＣ１０の下アームスイッチング素子とグランド電位ＧＮＤとの間に配置されている。シャント抵抗Ｒｓは、例えばスイッチング素子に流れる電流の電流値をモニタするために使用される。

高圧電源電圧検出回路１５は、高圧電源電圧ＶＤＣに接続され、高圧電源電圧ＶＤＣの情報を高圧電源電圧信号Ｖｈとして出力する。図７の例では、直列接続された２つの抵抗を用いて、高圧電源電圧ＶＤＣを低い電圧に変換し出力している。

温度検出回路１６は、温度の情報を含んだ温度信号Ｖｔを制御用半導体へ出力する。図７では温度検出回路１６が、抵抗と温度検出素子であるサーミスタとにより構成されている。制御用半導体装置７は温度信号Ｖｔを基に、異常高温になったときに、例えばモータのコイルに流れる電流を低減する、もしくはモータを停止する等の動作を行う。この機能により、例えば３入力モータ駆動用ＩＣ１０や制御用半導体装置７の異常高温時の誤動作や破壊を防ぐことが出来る。

温度検出回路１６を用い制御用半導体装置７の過熱保護を行う場合、サーミスタは、制御用半導体装置７の近くに配置するのがよい。サーミスタには、抵抗値が正の温度依存性を持つもの、抵抗値が負の温度依存性を持つもの、抵抗値がある温度で急激に変化するものなどがあるが、温度検出回路１６にはいずれのサーミスタを用いてもよい。なお、サーミスタだけでなく、ダイオードやＳｉ半導体温度センサを温度検出素子に用いることができる。

図７では、制御用半導体装置７と３入力モータ駆動用ＩＣ１０と高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６とシャント抵抗Ｒｓは、モータ内蔵基板６上に配置されている。しかし、これらは第１の基板４上に配置してもよい。

空調機は、冷媒を圧縮する圧縮機と室外熱交換器と、室外熱交換器に送風する室外機ファンモータとを室外機に備え、室内熱交換器と室内熱交換器に送風する室内機ファンモータとを室内機に備え、冷媒の流れる方向をバルブで切替えて冷房あるいは暖房を行う。

図７の実施例を、空調機の室内機に適用する場合、モータ５は室内機のファンモータであり、図７の実施例を、空調機の室外機に適用する場合、モータ５は例えば室外機のファンモータである。

実施例１の説明図である。 実施例１のデッドタイム生成機能付き６信号生成回路の１相分の詳細説明図である。 図２に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路の１相分のタイミングチャートを示す図である。 実施例１の別のデッドタイム生成機能付き６信号生成回路の１相分の詳細説明図である。 図４に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路の１相分のタイミングチャートを示す図である。 図４に示すデッドタイム生成機能付き６信号生成回路の１相分の高温時のタイミングチャートを示す図である。 実施例６の説明図である。 モータ駆動用半導体装置の構造例を示す図である。 実施例５のモータの第１の構造例を示す図である。 実施例５のモータの第２の構造例を示す図である。 実施例５のモータの第３の構造例を示す図である。 実施例２の説明図である。 実施例３の説明図である。 実施例４の説明図である。 実施例４のタイミングチャートの例を示す図である。 従来技術の説明図である。 従来技術の１相分のタイミングチャートの例を示す図である。 従来技術のノイズが印加された時の１相分のタイミングチャートの例を示す図である。

符号の説明

１ 商用電源
２ 電源回路
３ マイコン
４ 第１の基板
５ モータ
５Ａ モータの筐体上部
５Ｂ モータの筐体下部
５Ｃ モールドされたコイル
５Ｄ モールド部
６ モータ内蔵基板
７，７Ｒ，７Ｐ，７Ｂ 制御用半導体装置
７Ｃ デッドタイム生成機能付き制御用半導体装置
８ コイル
９ ホールＩＣ
１０，１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｐ ３入力端子付きモータ駆動用半導体装置
１０Ｂ ６入力端子付きモータ駆動用半導体装置
１０′，１０Ｒ′，１０Ｐ′ ３入力端子付きモータ駆動用半導体チップ
１０Ｂ′ ６入力端子付きモータ駆動用半導体チップ
１０ＭＣ 回路チップ
１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６ ＭＯＳＦＥＴと還流ダイオードのチップ
１１ 内部電源回路
１４ 保護回路
１４Ａ Ｖｃｃ不足電圧検出回路
１４Ｂ 過電流検出回路
１４Ｃ，１４Ｒ Ｆａｕｌｔ回路
１５ 高圧電源電圧検出回路
１６ 温度検出回路
２０ 引き出し配線
２１ コイル接続端子
２２ 永久磁石回転子
Ｔ１ Ｕ相上アームスイッチング素子
Ｔ２ Ｖ相上アームスイッチング素子
Ｔ３ Ｗ相上アームスイッチング素子
Ｔ４ Ｕ相下アームスイッチング素子
Ｔ５ Ｖ相下アームスイッチング素子
Ｔ６ Ｗ相下アームスイッチング素子
Ｄ１ Ｕ相上アーム還流ダイオード
Ｄ２ Ｖ相上アーム還流ダイオード
Ｄ３ Ｗ相上アーム還流ダイオード
Ｄ４ Ｕ相下アーム還流ダイオード
Ｄ５ Ｖ相下アーム還流ダイオード
Ｄ６ Ｗ相下アーム還流ダイオード
ＫＴ 上アーム駆動回路
ＫＢ 下アーム駆動回路
ＬＧ１ オールオフ回路
ＬＧ６，ＬＧ６Ｐ デッドタイム生成機能付き６信号生成回路
ＣＨ チャージポンプ回路
Ｒｓ シャント抵抗
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５ 電源安定化用コンデンサ
Ｃ３，Ｃ４ チャージポンプ回路用コンデンサ
Ｄ７，Ｄ８ チャージポンプ回路用ダイオード
Ｐ１ Ｕ相上アーム制御信号入力端子
Ｐ２ Ｖ相上アーム制御信号入力端子
Ｐ３ Ｗ相上アーム制御信号入力端子
Ｐ４ Ｕ相下アーム制御信号入力端子
Ｐ５ Ｖ相下アーム制御信号入力端子
Ｐ６ Ｗ相下アーム制御信号入力端子
Ｐ８ Ｆａｕｌｔ信号出力端子
Ｐ９ Ｕ相出力端子
Ｐ１０ Ｖ相出力端子
Ｐ１１ Ｗ相出力端子
Ｐ１２ クロック信号入力端子
Ｐ２１ Ｕ相制御信号入力端子
Ｐ２２ Ｖ相制御信号入力端子
Ｐ２３ Ｗ相制御信号入力端子
Ｐ２４ リセット信号入力端子
ＶＤＣ 高圧電源電圧
Ｖｃｃ 駆動回路用電源電圧
Ｖｓｐ 速度指令信号
ＦＧ 回転数信号
ＧＮＤ グランド電位
ＶＨＵ Ｕ相磁極位置信号
ＶＨＶ Ｖ相磁極位置信号
Ｖｍ マイコン用電源電圧
ＶＢ 制御用半導体装置の電源電圧
ＶＵＭ Ｕ相出力電圧
ＶＶＭ Ｖ相出力電圧
ＶＷＭ Ｗ相出力電圧
ＶＵ Ｕ相制御信号
ＶＶ Ｖ相制御信号
ＶＷ Ｗ相制御信号
ＶＵＴ，ＶＵＴ′ Ｕ相上アーム制御信号
ＶＶＴ，ＶＶＴ′ Ｖ相上アーム制御信号
ＶＷＴ，ＶＷＴ′ Ｗ相上アーム制御信号
ＶＵＢ，ＶＵＢ′ Ｕ相下アーム制御信号
ＶＶＢ，ＶＶＢ′ Ｖ相下アーム制御信号
ＶＷＢ，ＶＷＢ′ Ｗ相下アーム制御信号
Ｖｆ フォルト信号
Ｖｈ 高圧電源電圧信号
Ｖｔ 温度信号
ＶＣＬ クロック信号
ＶＲＥ リセット信号
ＶＣＰ 上アームＩＧＢＴ駆動用電源電圧
ＴＰＷＭ ＰＷＭ周期
ＤＣ１，ＤＣ２ オン遅延回路
ＤＣ３ 遅延回路
ＲＤ１，ＲＤ２，ＲＤ３ 抵抗
ＣＤ１，ＣＤ２，ＣＤ３ コンデンサ
ＤＤ１，ＤＤ２ ダイオード
ＮＣ１，ＮＣ２，ＮＣ３，ＮＣ４，ＮＣ５，ＮＣ６，ＮＣ７，ＮＣ８ ＮＯＴ回路
ＶＵＩ ＮＯＴ回路ＮＣ１の出力電圧
ＶＣＤ１ コンデンサＣＤ１の電圧
ＶＣＤ２ コンデンサＣＤ２の電圧
ＶＣＤ３ コンデンサＣＤ３の電圧
Ｔｄ，Ｔｄ′ デッドタイム
Ｔｘ 上下アーム短絡発生期間
Ｔｄｈ 高温時のデッドタイム
Ｖｔｈ ＮＯＴ回路ＮＣ２とＮＣ４の閾値電圧
Ｖｔｈ６ ＮＯＴ回路ＮＣ６の閾値電圧
Ｖｔｈ７ ＮＯＴ回路ＮＣ７の閾値電圧
ＨＳ１ 放熱フィン
ＡＧ１ 金線
ＬＥ１ リード
ＲＥ１ 樹脂

Claims (12)

1. ３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、前記３相モータへ電圧を出力する３個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路とを備え、ワンパッケージに樹脂封止したモータ駆動用半導体装置において、
   前記モータ駆動用半導体装置が、３個の制御信号入力端子と、該３個の制御信号入力端子から入力された３個の制御信号を基に前記６個のスイッチング素子を制御するための６個の制御信号を生成する機能と、デッドタイム生成機能とを備え、前記デッドタイム生成機能が生成するデッドタイムの期間は、正の温度依存性を持つと共に、前記デッドタイム生成機能が前記６個のスイッチング素子と一緒にワンパッケージに樹脂封止されており、
   さらに前記モータ駆動用半導体装置が、１つの半導体チップをワンパッケージに樹脂封止しているか、または前記駆動回路と前記６個の制御信号を生成する機能及び前記デッドタイム生成機能が少なくとも１つの第１の半導体チップ上に構成され、前記６個のスイッチング素子が少なくとも１つの第２の半導体チップ上に構成され、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップが、ワンパッケージに樹脂封止されていることを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動用半導体装置において、
   前記デッドタイム生成機能が抵抗、又はＭＯＳのオン抵抗による遅延を利用した回路であることを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
3. 請求項１に記載のモータ駆動用半導体装置において、
   前記デッドタイム生成機能が、前記６個の制御信号それぞれのオン時の遅延時間をオフ時の遅延時間より大きくすることにより、デッドタイムを生成することを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
4. 請求項１に記載のモータ駆動用半導体装置において、
   前記デッドタイム生成機能が、前記３個の制御信号それぞれの立ち上がり時間および立下り時間を増加させる遅延回路と、該遅延回路の出力信号を入力する２個の回路とを備え、前記遅延回路の出力信号を入力する２個の回路それぞれの閾値電圧が異なることを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
5. 請求項１に記載のモータ駆動用半導体装置において、
   前記モータ駆動用半導体装置が、保護機能動作状態を解除するためのリセット信号を入力するリセット信号入力端子を備えていることを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ駆動用半導体装置と、該モータ駆動用半導体装置へ３個の制御信号を出力する制御用半導体装置とを備えていることを特徴とするモータ駆動装置。
7. 請求項６に記載のモータ駆動装置において、
   前記モータ駆動用半導体装置が、前記制御用半導体装置の電源を供給することを特徴とするモータ駆動装置。
8. 請求項６に記載のモータ駆動装置において、
   前記制御用半導体装置が、前記モータ駆動用半導体装置の保護機能動作状態を解除するためのリセット信号を前記モータ駆動用半導体装置へ出力することを特徴とするモータ駆動装置。
9. 請求項６に記載のモータ駆動装置において、
   前記３個の制御信号のうち少なくとも１個の制御信号を‘Ｈ’又は‘Ｌ’に固定することにより、前記モータ駆動用半導体装置の保護機能動作状態を解除することを特徴とするモータ駆動装置。
10. 請求項９に記載のモータ駆動装置において、
    前記３個の制御信号のうち少なくとも１個の制御信号を‘Ｈ’又は‘Ｌ’に固定してから、前記モータ駆動用半導体装置の保護機能動作状態を解除するまでの時間が、ＰＷＭ周期以上であることを特徴とするモータ駆動装置。
11. ３相モータにおいて、
    前記３相モータが、請求項６乃至１０のいずれかに記載のモータ駆動装置を内蔵していることを特徴とする３相モータ。
12. 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒の熱交換を行う室内熱交換器とを備えた空調機の室外熱交換器あるいは室内熱交換器に送風するファンモータにおいて、
    前記ファンモータが、請求項１１に記載の３相モータであることを特徴とするファンモータ。

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