JP5433214B2 - モータ駆動回路 - Google Patents
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Description
以下に、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るDCモータ駆動回路について図面を参照して説明する。図1は、三相ブラシレスDCモータ駆動回路の回路構成を示している。図1に示すように、第1の実施形態のモータ駆動回路2は、直流電源1から直流電力を供給され、永久磁石型同期機からなる三相ブラシレスDCモータを駆動する。
本発明の第1の実施形態に用いた双方向スイッチについて図面を参照して説明する。図2は第1の実施形態に係る双方向スイッチの構成を示している。図2に示すように第1の実施形態の双方向スイッチは、ダブルゲートの半導体素子10であり、制御部20により制御される。
図5は本実施形態に示す双方向スイッチ用のゲート回路である制御部20の回路構成の一例を示している。双方向スイッチ用の制御部20は、第1の電源21と第2の電源22とフォトカプラを内蔵したゲート駆動回路23とを有している。
図1のゲートコントローラ9が実施する120度通電方式のPWM制御動作を図6に示すダイミングチャートを参照して以下に説明する。
第1の実施形態では、上アーム側のスイッチング素子をMOSトランジスタとし、下アーム側のスイッチング素子を双方向スイッチとし、上アーム側のスイッチング素子をPWM制御する場合について述べた。本変形例は、上アーム側のスイッチング素子を双方向スイッチとし、下アーム側のスイッチング素子をMOSトランジスタとし、下アーム側のスイッチング素子をPWM制御する例について説明する。その場合の回路図を図8に、タイミングチャートを図9に示す。
以下に、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るモータ駆動回路における回路を図10を参照して以下に説明する。図10は、三相ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動回路を示す図である。図10に示すように、第2の実施形態のモータ駆動回路2は、直流電源1から直流電力を供給され、永久磁石型同期機からなる三相ブラシレスDCモータを駆動する。
本発明の第2の実施形態に用いた双方向スイッチであるスイッチング素子について図面を参照して説明する。図11(a)及び(b)は本実施形態に係るスイッチング素子の構造であり、図11(a)は平面構造を示しており、(b)は(a)のXIb−XIb線における断面構造を示している。
図10のゲートコントローラ9が実施する120度通電方式のPWM制御動作を図14に示すタイミングチャートを参照して以下に説明する。
2 モータ駆動回路
3 三相ブラシレスDCモータ
4 平滑コンデンサ
5 三相インバータ回路
7 三相インバータ回路
8 三相インバータ回路
9 ゲートコントローラ
10 半導体素子
10A 第1のトランジスタ
10B 第2のトランジスタ
11 基板
12 バッファ層
13 半導体層積層体
14 第1の半導体層
15 第2の半導体層
16A 第1のオーミック電極
16B 第2のオーミック電極
17 保護膜
18A 第1のゲート電極
18B 第2のゲート電極
19A 第1のコントロール層
19B 第2のコントロール層
20 制御部
21 第1の電源
22 第2の電源
23 ゲート駆動回路
24 制御信号源
30 半導体素子
31 基板
32 バッファ層
33 半導体層積層体
34 第1の半導体層
35 第2の半導体層
36A 第1のオーミック電極
36B 第2のオーミック電極
37 保護膜
38 ゲート電極
39 コントロール層
51a スイッチング素子
51b スイッチング素子
51c スイッチング素子
51d スイッチング素子
51e スイッチング素子
51f スイッチング素子
52a ゲート回路
52b ゲート回路
52c ゲート回路
52d ゲート回路
52e ゲート回路
52f ゲート回路
53a ダイオード
53b ダイオード
53c ダイオード
54a スイッチング素子
54b スイッチング素子
54c スイッチング素子
54d スイッチング素子
54e スイッチング素子
54f スイッチング素子
55a ゲート回路
55b ゲート回路
55c ゲート回路
55d ゲート回路
55e ゲート回路
55f ゲート回路
56a スイッチング素子
56b スイッチング素子
56c スイッチング素子
56d スイッチング素子
56e スイッチング素子
56f スイッチング素子
57a ゲート回路
57b ゲート回路
57c ゲート回路
57d ゲート回路
57e ゲート回路
57f ゲート回路
61 第1のオーミック電極配線
62 第2のオーミック電極配線
63 ゲート電極配線
65 活性領域
66 不活性領域
67 第1のオーミック電極パット
68 第2のオーミック電極パット
69 ゲート電極パット
Claims (13)
- 三相モータを駆動するモータ駆動回路であって、
前記三相モータの各相の上アームを駆動する3つの上アーム側スイッチング素子と、各相の下アームを駆動する3つの下アーム側スイッチング素子とを有する三相インバータ回路を備え、
前記下アーム側スイッチング素子及び上アーム側スイッチング素子の少なくとも1つは、
基板の上に形成された窒化物半導体からなる半導体層積層体と、
前記半導体層積層体の上に互いに間隔をおいて形成された第1のオーミック電極及び第2のオーミック電極と、
前記第1のオーミック電極と前記第2のオーミック電極との間に形成された第1のゲート電極とを備えた半導体素子であり、
前記半導体素子は、前記第1のゲート電極の閾値電圧以下の電圧を前記第1のオーミック電極の電位を基準として前記第1のゲート電極に印加することにより、前記第1のオーミック電極から前記第2のオーミック電極への電流を通電し、前記第2のオーミック電極から前記第1のオーミック電極への電流を遮断するダイオード動作をすることを特徴とするモータ駆動回路。 - 前記半導体素子は、前記第1のゲート電極の閾値電圧より高い電圧を前記第1のオーミック電極の電位を基準として前記第1のゲート電極に印加することにより、前記第1のオーミック電極から前記第2のオーミック電極へ電流を通電し、前記第2のオーミック電極から前記第1のオーミック電極への電流を通電する双方向FET動作をすることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動回路。
- 前記半導体素子は前記第1のゲート電極の閾値電圧が、0V以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ駆動回路。
- 前記半導体層積層体と前記第1のゲート電極との間に第1のp型半導体層を備えていることを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動回路。
- 前記半導体素子は、前記第1のp型半導体層と前記半導体層積層体とにより形成されるpn接合のビルトインポテンシャル以上の電圧が、前記第1のゲート電極と前記第1のオーミック電極との間に印加される動作モードを有していることを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動回路。
- 前記半導体素子は、前記第1のゲート電極と前記半導体層積層体との間に第1の絶縁膜を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ駆動回路。
- 前記半導体素子は、第1のゲート電極と第2のオーミック電極との間に形成された第2のゲート電極を備え、
前記第2のゲート電極の閾値電圧以上の電圧を前記第2のオーミック電極の電位を基準として前記第2のゲート電極に印加することによって、前記第2のゲート電極の下側においてチャネル領域がピンチオフされず、
前記第2のゲート電極の閾値電圧より低い電圧を前記第2のオーミック電極の電位を基準として前記第2のゲート電極に印加することによって、前記第2のゲート電極の下側においてチャネル領域がピンチオフされることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ駆動回路。 - 前記半導体素子は、前記第1のゲート電極及び第2のゲート電極の閾値電圧が0V以上であることを特徴とする請求項7記載のモータ駆動回路。
- 前記半導体層積層体と前記第1のゲート電極との間に形成された第1のp型半導体層と、前記半導体層積層体と前記第2のゲート電極との間に形成された第2のp型半導体層とを備えていることを特徴とする請求項8に記載のモータ駆動回路。
- 前記半導体素子は、前記第1のp型半導体層と前記半導体層積層体とにより形成されるpn接合のビルトインポテンシャル以上の電圧が、前記第1のゲート電極と前記第1の電極との間に印加される動作モードと、
前記第2のp型半導体層と前記半導体層積層体とにより形成されるpn接合のビルトインポテンシャル以上の電圧が、前記第2のゲート電極と前記第2のオーミック電極との間に印加される動作モードとを有していることを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動回路。 - 前記半導体装置は、前記第1のゲート電極と前記半導体層積層体との間に形成された第1の絶縁膜と、
前記第2のゲート電極と前記半導体層積層体との間に形成された第2の絶縁膜とを備えていることを特徴とする請求項7に記載のモータ駆動回路。 - 前記半導体層積層体は、前記基板側から順次積層された第1の半導体層及び第2の半導体層を有し、前記第2の半導体層は前記第1の半導体層と比べバンドギャップが大きいことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のモータ駆動回路。
- 前記各上アーム側スイッチング素子は、互いに異なる所定のパルス幅変調制御位相期間が順番に与えられることにより対応する前記パルス幅変調制御位相期間における各パルス幅期間において導通状態となり、
前記各下アーム側スイッチング素子は、対応する相の前記上アーム側スイッチング素子の前記パルス変調制御位相期間における前記各パルス周期内の前記パルス幅期間を除く期間である各パルス間隔期間において導通状態となり、
前記各パルス幅期間を変調することにより前記三相モータをパルス変調制御することを特徴とする請求項3又は8に記載のモータ駆動回路。
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