JP4665738B2

JP4665738B2 - Drive control circuit

Info

Publication number: JP4665738B2
Application number: JP2005346238A
Authority: JP
Inventors: 裕幸小林
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007151370A

Description

この発明は、駆動制御回路に係り、特に外部電源にパワー素子が接続された主回路に対してパワー素子をオン／オフ制御することにより主回路を駆動する駆動制御回路に関するものである。 The present invention relates to a drive control circuit, and more particularly to a drive control circuit that drives a main circuit by performing on / off control of the power element with respect to a main circuit connected to an external power supply.

パワー素子をオン／オフ制御してモータ等の誘導性負荷を駆動する従来の駆動制御回路を図２に示す。バッテリ等からなる外部電源装置１に誘導性負荷２とパワー素子３が直列に接続されると共に誘導性負荷２に並列にダイオード４が接続され、これらにより主回路Ｃが構成されている。この主回路Ｃのパワー素子３のゲート端子ＰＧに駆動制御回路５が接続されている。駆動制御回路５の電源回路６は外部電源装置１からの電源供給により内部電源Ｖｉとドライブ回路用電源Ｖｄとを発生し、内部電源Ｖｉを受けた信号回路７がパワー素子３のオン／オフ動作を指令するための指令信号Ｓｃをドライブ回路８に出力する。ドライブ回路８は、ドライブ回路用電源Ｖｄを受けて作動し、指令信号Ｓｃに基づいてパワー素子３のゲート端子ＰＧに駆動信号Ｓｄを出力する。ドライブ回路８からの駆動信号Ｓｄによりパワー素子３がオンすると、外部電源装置１から主回路Ｃの誘導性負荷２に電力が供給されて誘導性負荷２が駆動される。 FIG. 2 shows a conventional drive control circuit for driving an inductive load such as a motor by controlling on / off of the power element. An inductive load 2 and a power element 3 are connected in series to an external power supply device 1 made of a battery or the like, and a diode 4 is connected in parallel to the inductive load 2, thereby constituting a main circuit C. The drive control circuit 5 is connected to the gate terminal PG of the power element 3 of the main circuit C. The power supply circuit 6 of the drive control circuit 5 generates the internal power supply Vi and the drive circuit power supply Vd by the power supply from the external power supply device 1, and the signal circuit 7 receiving the internal power supply Vi operates to turn on / off the power element 3. Is output to the drive circuit 8. The drive circuit 8 operates upon receiving the drive circuit power supply Vd, and outputs a drive signal Sd to the gate terminal PG of the power element 3 based on the command signal Sc. When the power element 3 is turned on by the drive signal Sd from the drive circuit 8, power is supplied from the external power supply device 1 to the inductive load 2 of the main circuit C to drive the inductive load 2.

このような外部電源装置１、誘導性負荷２、パワー素子３及び駆動制御回路５を車両等に搭載したり、所定の設置場所に設置する際には、図３に示されるように、配線ケーブルＨを引き回してこれらの部品を互いに接続する必要があり、配線インダクタンスの存在を余儀なくされている。特に、主回路Ｃには外部電源装置１から大電流が流れるため、配線インダクタンスの影響を無視することはできない。すなわち、主回路Ｃに配線インダクタンスＬｃが寄生しているため、パワー素子３のスイッチング動作に伴って主回路Ｃを流れる電流Ｉの時間変化率ｄＩ／ｄｔにより各配線部に電位差が発生することとなる。ここで、図２に示した従来の駆動制御回路では、電源回路６と信号回路７とドライブ回路８のグランドラインが互いに接続されて駆動制御回路５のグランドラインＧＮＤ１として引き出され、配線を介して主回路ＣのグランドラインＧＮＤ２と接続している。従って、配線インダクタンスＬｃに起因した電位差が発生すると、パワー素子３のグランド端子ＰＥと駆動制御回路５のグランドラインＧＮＤ１との間、すなわちパワー素子３のグランド端子ＰＥとドライブ回路８のグランドラインＤＥとの間に電位差が生じ、ドライブ回路８からパワー素子３のゲート端子ＰＧに出力された駆動信号Ｓｄに対してパワー素子３が誤動作を生じるおそれがある。 When such an external power supply device 1, inductive load 2, power element 3 and drive control circuit 5 are mounted on a vehicle or the like or installed at a predetermined installation location, as shown in FIG. It is necessary to route H to connect these components to each other, and wiring inductance must be present. In particular, since a large current flows from the external power supply device 1 to the main circuit C, the influence of the wiring inductance cannot be ignored. That is, since the wiring inductance Lc is parasitic in the main circuit C, a potential difference is generated in each wiring portion due to the time change rate dI / dt of the current I flowing through the main circuit C in accordance with the switching operation of the power element 3. Become. Here, in the conventional drive control circuit shown in FIG. 2, the ground lines of the power supply circuit 6, the signal circuit 7, and the drive circuit 8 are connected to each other and are drawn out as the ground line GND1 of the drive control circuit 5, via the wiring. The main circuit C is connected to the ground line GND2. Therefore, when a potential difference caused by the wiring inductance Lc occurs, between the ground terminal PE of the power element 3 and the ground line GND1 of the drive control circuit 5, that is, between the ground terminal PE of the power element 3 and the ground line DE of the drive circuit 8. There is a possibility that the power element 3 may malfunction due to the drive signal Sd output from the drive circuit 8 to the gate terminal PG of the power element 3.

このような主回路Ｃの配線インダクタンスＬｃに起因した誤動作を防止するため、例えば特許文献１には、パワー素子に駆動信号を出力するドライブ回路のグランドラインをドライブ回路に指令信号を出力する入力信号処理回路のグランドラインから電気的に絶縁させた駆動制御回路が記載されている。 In order to prevent such a malfunction due to the wiring inductance Lc of the main circuit C, for example, Patent Document 1 discloses an input signal for outputting a command signal to the drive circuit using a ground line of the drive circuit for outputting a drive signal to the power element. A drive control circuit that is electrically isolated from the ground line of the processing circuit is described.

特開２００３−１８９６３２号公報JP 2003-189632 A

しかしながら、ドライブ回路のグランドラインと入力信号処理回路のグランドラインとを電気的に絶縁させるためにフォトカプラやレベルシフト回路を使用する必要があると共に、ドライブ回路と入力信号処理回路とにそれぞれ専用の電源を設けなくてはならず、部品点数が増加して製造コストが高価になるという問題点を生じてしまう。 However, in order to electrically insulate the ground line of the drive circuit and the ground line of the input signal processing circuit, it is necessary to use a photocoupler and a level shift circuit, and the drive circuit and the input signal processing circuit are respectively dedicated to the drive circuit and the input signal processing circuit. A power source must be provided, resulting in an increase in the number of parts and an increase in manufacturing cost.

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、部品点数を増加することなく簡単な構成で配線インダクタンスに起因した誤動作を防止することができる駆動制御回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and provides a drive control circuit capable of preventing malfunction due to wiring inductance with a simple configuration without increasing the number of components. For the purpose.

この発明に係る駆動制御回路は、内部電源を発生する内部電源発生部と内部電源発生部で発生された内部電源を電圧変換してドライブ回路用電源を発生する電圧変換部とを有する電源回路と、内部電源により作動し且つパワー素子のオン／オフ動作を指令する指令信号を形成する信号回路と、ドライブ回路用電源により作動し且つ信号回路から出力された指令信号に基づいてパワー素子に駆動信号を出力するドライブ回路とを備え、電圧変換部のグランドラインを内部電源発生部のグランドラインから切り離してドライブ回路のグランドラインに接続すると共にドライブ回路のグランドラインをパワー素子のグランド端子に接続し、内部電源発生部のグランドラインを主回路のグランドラインに接続するものである。
A drive control circuit according to the present invention includes an internal power generation unit that generates an internal power supply, and a voltage conversion unit that generates a drive circuit power by converting the voltage of the internal power generated by the internal power generation unit ; A signal circuit that operates with an internal power supply and forms a command signal that commands on / off operation of the power element, and a drive signal to the power element based on the command signal that operates with the power supply for the drive circuit and is output from the signal circuit And a drive circuit that outputs a voltage, disconnect the ground line of the voltage conversion unit from the ground line of the internal power generation unit and connect it to the ground line of the drive circuit, and connect the ground line of the drive circuit to the ground terminal of the power element, The ground line of the internal power generation unit is connected to the ground line of the main circuit.

なお、電圧変換部とドライブ回路との間にドライブ回路への電源供給を行うコンデンサを接続することが好ましい。 Note that a capacitor for supplying power to the drive circuit is preferably connected between the voltage converter and the drive circuit.

この発明によれば、部品点数を増加することなく簡単な構成で配線インダクタンスに起因した誤動作を防止することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to prevent malfunction due to wiring inductance with a simple configuration without increasing the number of parts.

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係る駆動制御回路の構成を示す。外部電源装置１に誘導性負荷２とパワー素子３が直列に接続されると共に誘導性負荷２に並列にダイオード４が接続され、これらにより主回路Ｃが構成されている。この主回路Ｃのパワー素子３のゲート端子ＰＧに駆動制御回路１１が接続されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a drive control circuit according to the embodiment. An inductive load 2 and a power element 3 are connected in series to the external power supply device 1 and a diode 4 is connected in parallel to the inductive load 2, thereby constituting a main circuit C. The drive control circuit 11 is connected to the gate terminal PG of the power element 3 of the main circuit C.

駆動制御回路１１は、外部電源装置１に接続された電源回路１２と、電源回路１２に接続された信号回路１３及びドライブ回路１４を備えている。電源回路１２は、外部電源装置１の正極端子と負極端子との間に接続されて内部電源Ｖｉを発生する内部電源発生部１５と、内部電源発生部１５で発生された内部電源Ｖｉを電圧変換してドライブ回路用電源Ｖｄを発生する電圧変換部１６とを有している。信号回路１３は、内部電源Ｖｉを受けて作動し、パワー素子３のオン／オフ動作を指令するための指令信号Ｓｃを出力するものである。ドライブ回路１４は、ドライブ回路用電源Ｖｄを受けて作動し、信号回路１３から出力された指令信号Ｓｃに基づいてパワー素子３のゲート端子ＰＧに駆動信号Ｓｄを出力することによりパワー素子３をオン／オフ制御する。 The drive control circuit 11 includes a power supply circuit 12 connected to the external power supply device 1, and a signal circuit 13 and a drive circuit 14 connected to the power supply circuit 12. The power supply circuit 12 is connected between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the external power supply device 1 and generates an internal power supply Vi. The internal power supply Vi generated by the internal power supply generator 15 is converted into a voltage. And a voltage converter 16 for generating a drive circuit power supply Vd. The signal circuit 13 operates by receiving the internal power source Vi and outputs a command signal Sc for commanding the on / off operation of the power element 3. The drive circuit 14 operates upon receiving the drive circuit power supply Vd, and turns on the power element 3 by outputting the drive signal Sd to the gate terminal PG of the power element 3 based on the command signal Sc output from the signal circuit 13. Control off / on.

ここで、電源回路１２の電圧変換部１６のグランドラインＲＥがドライブ回路１４のグランドラインＤＥに接続されると共にドライブ回路１４のグランドラインＤＥがパワー素子３のグランド端子ＰＥに接続されている。さらに、電源回路１２の内部電源発生部１５のグランドラインＧＮＤ１が主回路ＣのグランドラインＧＮＤ２に接続されている。このように、この実施の形態に係る駆動制御回路１１においては、電源回路１２の内部電源発生部１５のグランドラインＧＮＤ１と電圧変換部１６のグランドラインＲＥとが互いに電気的に切り離され、電圧変換部１６のグランドラインＲＥがドライブ回路１４のグランドラインＤＥを介してパワー素子３のグランド端子ＰＥに接続されている。 Here, the ground line RE of the voltage converter 16 of the power supply circuit 12 is connected to the ground line DE of the drive circuit 14, and the ground line DE of the drive circuit 14 is connected to the ground terminal PE of the power element 3. Further, the ground line GND1 of the internal power generation unit 15 of the power supply circuit 12 is connected to the ground line GND2 of the main circuit C. As described above, in the drive control circuit 11 according to this embodiment, the ground line GND1 of the internal power generation unit 15 of the power supply circuit 12 and the ground line RE of the voltage conversion unit 16 are electrically disconnected from each other, and voltage conversion is performed. The ground line RE of the unit 16 is connected to the ground terminal PE of the power element 3 through the ground line DE of the drive circuit 14.

次に、この実施の形態に係る駆動制御回路の動作について説明する。まず、外部電源装置１からの電源供給を受けた電源回路１２の内部電源発生部１５により内部電源Ｖｉが形成されて信号回路１３に供給されると共に、電圧変換部１６により内部電源Ｖｉからドライブ回路用電源Ｖｄが形成されてドライブ回路１４に供給される。信号回路１３がパワー素子３のオン／オフ動作を指令するための指令信号Ｓｃをドライブ回路１４に出力すると、ドライブ回路１４は、信号回路１３からの指令信号Ｓｃに基づいてパワー素子３のゲート端子ＰＧに駆動信号Ｓｄを出力する。この駆動信号Ｓｄによりパワー素子３がオンすると、外部電源装置１から主回路Ｃに電流Ｉが流れ、誘導性負荷２が駆動される。 Next, the operation of the drive control circuit according to this embodiment will be described. First, an internal power supply Vi is formed by the internal power generation unit 15 of the power supply circuit 12 that has been supplied with power from the external power supply device 1 and supplied to the signal circuit 13, and a drive circuit from the internal power supply Vi by the voltage conversion unit 16. A power supply Vd is formed and supplied to the drive circuit 14. When the signal circuit 13 outputs a command signal Sc for instructing the on / off operation of the power element 3 to the drive circuit 14, the drive circuit 14 receives the command signal Sc from the signal circuit 13 and the gate terminal of the power element 3. The drive signal Sd is output to PG. When the power element 3 is turned on by the drive signal Sd, a current I flows from the external power supply device 1 to the main circuit C, and the inductive load 2 is driven.

このとき、主回路Ｃに配線インダクタンスＬｃが寄生しているため、パワー素子３のスイッチング動作に伴って主回路Ｃを流れる電流Ｉの時間変化率ｄＩ／ｄｔによりパワー素子３のグランド端子ＰＥと電源回路１２の内部電源発生部１５のグランドラインＧＮＤ１との間に電位差ΔＶが発生する。ところが、電圧変換部１６のグランドラインＲＥとドライブ回路１４のグランドラインＤＥは、内部電源発生部１５のグランドラインＧＮＤ１から電気的に切り離されているので、パワー素子３のグランド端子ＰＥと電源回路１２の内部電源発生部１５のグランドラインＧＮＤ１との間に発生した電位差ΔＶの影響を直接受けることはなく、ドライブ回路１４のグランドラインＤＥとパワー素子３のグランド端子ＰＥとの間に電位差が発生することが抑制される。このため、ドライブ回路１４から出力された駆動信号Ｓｄに対し、パワー素子３は誤動作を生じることなく、正常に駆動制御される。 At this time, since the wiring inductance Lc is parasitic in the main circuit C, the ground terminal PE and the power source of the power element 3 are controlled by the time change rate dI / dt of the current I flowing through the main circuit C along with the switching operation of the power element 3. A potential difference ΔV is generated between the internal power generation unit 15 of the circuit 12 and the ground line GND1. However, since the ground line RE of the voltage conversion unit 16 and the ground line DE of the drive circuit 14 are electrically disconnected from the ground line GND1 of the internal power generation unit 15, the ground terminal PE of the power element 3 and the power circuit 12 Is not directly affected by the potential difference ΔV generated between the internal power supply generator 15 and the ground line GND 1, and a potential difference is generated between the ground line DE of the drive circuit 14 and the ground terminal PE of the power element 3. It is suppressed. For this reason, the power element 3 is normally driven and controlled without malfunctioning with respect to the drive signal Sd output from the drive circuit 14.

このように、この実施の形態では、部品点数を増加することなく簡単な構成でありながら配線インダクタンスＬｃに起因したパワー素子３の誤動作を防止することが可能となる。 Thus, in this embodiment, it is possible to prevent malfunction of the power element 3 due to the wiring inductance Lc while having a simple configuration without increasing the number of parts.

ここで、上述したように、パワー素子３のグランド端子ＰＥと電源回路１２の内部電源発生部１５のグランドラインＧＮＤ１との間に電位差ΔＶが発生しているため、この電位差ΔＶを電源回路１２の内部電源発生部１５と電圧変換部１６との間で負担することとなる。すなわち、内部電源発生部１５から電圧変換部１６へ入力される電圧は、内部電源発生部１５内で形成された電圧（内部電源Ｖｉ）に上記の電位差ΔＶを加えたものとなる。従って、この電位差ΔＶの加算分を考慮した上で電圧変換部１６の耐圧設計を行う必要がある。 Here, as described above, since the potential difference ΔV is generated between the ground terminal PE of the power element 3 and the ground line GND 1 of the internal power generation unit 15 of the power supply circuit 12, the potential difference ΔV is This is a burden between the internal power generation unit 15 and the voltage conversion unit 16. That is, the voltage input from the internal power generation unit 15 to the voltage conversion unit 16 is obtained by adding the above-described potential difference ΔV to the voltage (internal power supply Vi) formed in the internal power generation unit 15. Therefore, it is necessary to design the withstand voltage of the voltage conversion unit 16 in consideration of the addition of the potential difference ΔV.

なお、図１に示されるように、電源回路１２の電圧変換部１６とドライブ回路１４との間にコンデンサ１７を接続すれば、パワー素子３のグランド端子ＰＥと電源回路１２の内部電源発生部１５のグランドラインＧＮＤ１との間に電位差ΔＶが発生して内部電源発生部１５と電圧変換部１６との間で負担するときに、コンデンサ１７からドライブ回路１４へ電源供給を行うことができる。従って、ドライブ回路１４への電源供給が安定し、さらに信頼性に優れたパワー素子３の駆動制御が可能となる。ただし、電位差ΔＶが発生する間のドライブ回路１４への電源供給を行うために、コンデンサ１７の容量を十分に確保する必要がある。 As shown in FIG. 1, if a capacitor 17 is connected between the voltage converter 16 of the power circuit 12 and the drive circuit 14, the ground terminal PE of the power element 3 and the internal power generator 15 of the power circuit 12 are used. When the potential difference ΔV is generated between the internal power supply generation unit 15 and the voltage conversion unit 16, the power supply can be performed from the capacitor 17 to the drive circuit 14. Therefore, the power supply to the drive circuit 14 is stabilized, and the drive control of the power element 3 with excellent reliability is possible. However, it is necessary to secure a sufficient capacity of the capacitor 17 in order to supply power to the drive circuit 14 while the potential difference ΔV is generated.

なお、パワー素子３としては、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等を用いることができる。特に、電圧駆動型のパワー素子は、グランド電位の変動によって誤動作を引き起こしやすいため、この発明の適用が有効となる。
電源回路１２の電圧変換部１６としては、レギュレータ、ステップダウン回路等を使用することができる。
この発明は、ＤＣ制御、ＡＣ制御に関わらずに適用することができる。また、誘導性負荷２が単相であっても、三相であってもこの発明を適用することができ、誘導性の負荷でなくても駆動制御回路と主回路のグランドライン間に電位差が発生するような場合に広く適用することが可能である。 As the power element 3, MOSFET, IGBT, or the like can be used. In particular, the voltage-driven power element is liable to cause a malfunction due to a change in the ground potential, so that the application of the present invention is effective.
As the voltage conversion unit 16 of the power supply circuit 12, a regulator, a step-down circuit, or the like can be used.
The present invention can be applied regardless of DC control or AC control. Further, the present invention can be applied regardless of whether the inductive load 2 is a single phase or a three-phase, and even if the inductive load 2 is not an inductive load, there is a potential difference between the ground line of the drive control circuit and the main circuit. It is possible to apply widely when it occurs.

この発明の実施の形態に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the drive control circuit which concerns on embodiment of this invention. 従来の駆動制御回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional drive control circuit. 駆動制御回路を設置する際の配線ケーブルの取り回しの状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state of the management of the wiring cable at the time of installing a drive control circuit.

Explanation of symbols

１外部電源装置、２誘導性負荷、３パワー素子、４ダイオード、１１駆動制御回路、１２電源回路、１３信号回路、１４ドライブ回路、１５内部電源発生部、１６電圧変換部、１７コンデンサ、Ｃ主回路、Ｖｉ内部電源、Ｖｄドライブ回路用電源、ＰＥパワー素子のグランド端子、ＤＥドライブ回路のグランドライン、ＲＥ電圧変換部のグランドライン、ＧＮＤ１内部電源発生部のグランドライン、ＧＮＤ２主回路のグランドライン。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 External power supply device, 2 Inductive load, 3 Power element, 4 Diode, 11 Drive control circuit, 12 Power supply circuit, 13 Signal circuit, 14 Drive circuit, 15 Internal power generation part, 16 Voltage conversion part, 17 Capacitor, C main Circuit, Vi internal power supply, Vd drive circuit power supply, PE power element ground terminal, DE drive circuit ground line, RE voltage converter ground line, GND1 internal power generator ground line, GND2 main circuit ground line.

Claims

In the drive control circuit that drives the main circuit by controlling the power element on / off with respect to the main circuit in which the power element is connected to the external power supply,
A power supply circuit having an internal power generation unit that generates an internal power supply and a voltage conversion unit that converts the internal power generated by the internal power generation unit to generate a power for a drive circuit;
A signal circuit that is operated by an internal power source and that forms a command signal that commands on / off operation of the power element;
A drive circuit that operates with a power supply for a drive circuit and outputs a drive signal to a power element based on a command signal output from the signal circuit, and a ground line of the voltage converter is connected to a ground line of the internal power generator And connected to the ground line of the drive circuit and connected to the ground terminal of the power element, and connected to the ground line of the drive circuit,
A drive control circuit, wherein the ground line of the internal power generation unit is connected to the ground line of the main circuit.

The drive control circuit according to claim 1, wherein a capacitor for supplying power to the drive circuit is connected between the voltage conversion unit and the drive circuit.