JP5879472B2 - モーター駆動用電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、センサレスＤＣブラシレスモーターを搭載してファンを駆動して送風を行う換気装置などの電気機器のセンサレスＤＣブラシレスモーター駆動用電源回路に関するものである。

ＤＣブラシレスモーターの制御方法として、回路構成が簡便であることや、トルクリップルが少ないことなどから定電流制御にてＤＣブラシレスモーターを制御する制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＤＣブラシレスモーターの回転位置検出用の位置センサを用いずに、ＤＣブラシレスモーターを駆動するインバータ回路に流れる電流を高精度に検出し、検出された電流値からＤＣブラシレスモーターの回転位置を検出することにより、ＤＣブラシレスモーターを駆動するセンサレスＤＣブラシレスモーターの駆動方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１１７８１５号公報 特開２００２−１０１６９０号公報

一般的なＤＣセンサレスブラシレスモーターの駆動は、インバータ回路を具備したモーター駆動部によって、所定の相に直流励磁を行いモーターのローター位置を固定した後に、各相に所定の通電切り替えを実施して強制的にモーターを回転させる強制転流を行い、モーターの回転により発生する各相の巻線の誘起電圧に基づいてモーターの位置を推定したのちに、同期運転に切替えることで起動させて、駆動する。また、モーターの起動時若しくは駆動時に、誘起電圧の検出が正常に出来なかった場合、一旦モーター駆動を停止させて、再度起動動作を行い、モーターが正常に駆動するまで複数回起動動作を繰り返してモーターの位置を推定し、同期運転に切り替えて駆動する。

ＤＣセンサレスブラシレスモーターのトルクリップルおよびトルク変化量を小さくし、騒音・振動の発生を抑制するために、定電流制御の電源構成にてモーターを駆動する場合、直流励磁から強制転流までのモーター起動時に、定電流制御のため必要な起動電流を確保できず、ローターの正確な位置固定、若しくは強制転流時に必要トルクを供給できずに、モーターの位置を推定できず、モーターが起動できないという課題がある。また、モーター回転時にモーターの負荷（例えば、ファン）が急変して軽負荷になった場合、定電流制御の電源構成では、出力電圧が低下してモーター駆動部のインバータ回路の最低動作電圧の下限を下回ってしまい、モーターが停止するという課題がある。

本発明は上述の課題を解決するもので、ＤＣセンサレスブラシレスモーターを定電流制御の電源構成にて駆動する場合に、モーターの起動失敗とモーター駆動時のモーター停止を抑制したモーター駆動用電源回路を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のモーター駆動用電源回路は、降圧チョッパー式電源部と、前記降圧チョッパー式電源部の出力電圧を入力してＤＣセンサレスブラシレスモーターを駆動するインバータ回路を具備したモーター駆動部を備えたＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路であって、
前記モーター駆動部に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記負荷電流検出部の検出値に応じた電圧値を第１の信号として出力する出力電流検出部と、前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも高い電圧値に設定した電圧値を第２の信号として出力する出力電圧固定部と、前記降圧チョッパー式電源部に前記第１の信号または前記第２の信号を帰還する出力帰還部と、前記出力電圧から、前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも低く、前記比較器の最低動作電圧以上の電圧値となる基準電圧を生成する基準電圧生成部と、前記出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号と第２の信号のいずれか一つに切替える出力帰還
切替部を備え、前記出力帰還切替部は、前記出力電圧が前記基準電圧より高いときには、前記出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号に切替え、前記出力電圧が前記基準電圧より低いときには、前記出力帰還部の帰還信号を前記第２の信号に切替え、前記降圧チョッパー式電源部は、前記出力帰還部が指示する帰還信号に前記出力電圧を制御するものであり、これにより所望の目的を達成するものである。

本発明によれば、降圧チョッパー式電源部と、降圧チョッパー式電源部と、前記降圧チョッパー式電源部の出力電圧を入力してＤＣセンサレスブラシレスモーターを駆動するインバータ回路を具備したモーター駆動部を備えたＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路であって、
前記モーター駆動部に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記負荷電流検出部の検出値に応じた電圧値を第１の信号として出力する出力電流検出部と、前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも高い電圧値に設定した電圧値を第２の信号として出力する出力電圧固定部と、前記降圧チョッパー式電源部に前記第１の信号または前記第２の信号を帰還する出力帰還部と、前記出力電圧から、前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも低く、前記比較器の最低動作電圧以上の電圧値となる基準電圧を生成する基準電圧生成部と、前記出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号と第２の信号のいずれか一つに切替える出力帰還切替部を備え、前記出力帰還切替部は、前記出力電圧が前記基準電圧より高いときには、前記出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号に切替え、前記出力電圧が前記基準電圧より低いときには、前記出力帰還部の帰還信号を前記第２の信号に切替え、前記降圧チョッパー式電源部は、前記出力帰還部が指示する帰還信号に前記出力電圧を制御するという構成にしたことにより、降圧チョッパー式電源部から出力される出力電圧と、基準電圧生成部で生成された基準電圧との大小によって、出力帰還切替部を動作させて負荷電流検出部の第１の信号と出力電圧固定部の第２の信号とを切り替えて出力帰還部を動作させることにより、降圧チョッパー式電源部の出力状態を定電流制御と定電圧制御とに切り替えて、モーター駆動部に電力を供給するため、出力帰還部は、降圧チョッパー式電源部から出力される出力電圧と、基準電圧生成部で生成された基準電圧との大小によって、ＤＣセンサレスブラシレスモーター起動時の出力電圧が基準電圧よりも低いときに第２の信号を帰還させて定電圧制御を行い直流励磁と強制転流時に必要なトルクを確保することが出来、モーターの起動失敗を抑制するとともに、出力電圧が基準電圧よりも高くなったときに第１の信号を帰還させて定電流制御を行うこととなり、また負荷が軽くなって出力電圧が基準電圧よりも低下した場合には、再び定電圧制御にてモーターを駆動することとなるので、モーターの負荷変動による意図しない停止や再起動を抑制できるモーター駆動用電源回路を提供できる。

本発明の実施の形態１のモーター駆動用電源回路のブロック図 同回路の比較部の詳細を記載したモーター駆動用電源回路のブロック図 本発明の実施の形態２のモーター駆動用電源回路のブロック図 本発明の実施の形態３のモーター駆動用電源回路のブロック図 本発明の実施の形態４の比較部及び比較放電部の詳細を記載したモーター駆動用電源回路のブロック図

本発明の請求項１記載のモーター駆動用電源回路の発明は、降圧チョッパー式電源部と、前記降圧チョッパー式電源部の出力電圧を入力してＤＣセンサレスブラシレスモーターを駆動するインバータ回路を具備したモーター駆動部を備えたＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路であって、
前記モーター駆動部に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記負荷電流検出部の検
出値に応じた電圧値を第１の信号として出力する出力電流検出部と、前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも高い電圧値に設定した電圧値を第２の信号として出力する出力電圧固定部と、前記降圧チョッパー式電源部に前記第１の信号または前記第２の信号を帰還する出力帰還部と、前記出力電圧から、前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも低く、前記比較器の最低動作電圧以上の電圧値となる基準電圧を生成する基準電圧生成部と、前記出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号と第２の信号のいずれか一つに切替える出力帰還切替部を備え、前記出力帰還切替部は、前記出力電圧が前記基準電圧より高いときには、前記出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号に切替え、前記出力電圧が前記基準電圧より低いときには、前記出力帰還部の帰還信号を前記第２の信号に切替え、前記降圧チョッパー式電源部は、前記出力帰還部が指示する帰還信号に前記出力電圧を制御するものである。

これにより、降圧チョッパー式電源部から出力される出力電圧と、基準電圧生成部で生成された基準電圧との大小によって、出力帰還切替部を動作させて負荷電流検出部の第１の信号と出力電圧固定部の第２の信号とを切り替えて出力帰還部を動作させることにより、降圧チョッパー式電源部の出力状態を定電流制御と定電圧制御とに切り替えて、モーター駆動部に電力を供給するため、出力帰還部は、降圧チョッパー式電源部から出力される出力電圧と、基準電圧生成部で生成された基準電圧との大小によって、ＤＣセンサレスブラシレスモーター起動時の出力電圧が基準電圧よりも低いときに第２の信号を帰還させて定電圧制御を行い直流励磁と強制転流時に必要なトルクを確保することが出来、モーターの起動失敗を抑制するとともに、出力電圧が基準電圧よりも高くなったときに第１の信号を帰還させて定電流制御を行うこととなり、また負荷が軽くなって出力電圧が基準電圧よりも低下した場合には、再び定電圧制御にてモーターを駆動することとなり、モーターの負荷変動による意図しない停止や再起動を抑制できるモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、定電流制御にてＤＣセンサレスブラシレスモーターを駆動すると、負荷電流検出部の電流値が一定となるように、負荷に応じて降圧チョッパー式電源部の出力電圧を増減させるため、基準電圧の電圧を高く設定した場合、出力電圧が設定した基準電圧よりも低くなると出力帰還切替部にて定電流制御から定電圧制御へと切替えるために、定電流制御にてモーターを制御できる出力電圧幅が狭くなり、モーターの制御負荷範囲も狭くなってしまう。一方、基準電圧を低く設定するとモーター駆動部に具備されたインバータ回路の最低動作電圧以下になってしまいモーターが駆動できなくなるとともに、比較部の最低動作電圧以下になると比較部が正常に動作せずに意図通りに出力帰還切替部を制御することが出来なくなる。そのため、モーター駆動部のインバータ回路の最低動作電圧値以下で、比較部の最低動作電圧以上に基準電圧を設定することで、モーターの制御負荷範囲を狭めることなく、モーター駆動部に安定して電力を供給できるモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、比較部の駆動電圧を基準電圧から供給するように構成している。

これにより、モーターの負荷が軽負荷になり降圧チョッパー式電源部の出力電圧が低下した場合、若しくはモーターがロックして、誘起電圧からモーターの位置検出ができなくなり、モーター駆動部が再起動を実施して直流励磁若しくは強制転流時に降圧チョッパー式電源部の出力電圧が低下した場合、出力電圧と基準電圧とを比較する比較部の駆動電圧を出力電圧から生成した基準電圧から供給することにより、出力電圧の変動に左右されずに出力帰還切替部を制御することができ、モーターの負荷変動による意図しない停止や再起動を安定して制御できるモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、出力電圧固定部と並列に初期充電部を備えたものである。

これにより、電源が降圧チョッパー式電源部に供給されて、降圧チョッパー式電源部が降圧チョッパー式電源部のスイッチング周波数とインダクタンスとによって定まる初期出力電圧値が出力された際に、基準電圧生成部と比較部とが安定動作するまでの時間は、出力帰還切替部の動作が不安定（例えば、初期出力電圧が低く、基準電圧が設定した基準電圧よりも低い場合、比較部の最低動作電圧を保持することが出来ずに、比較部の出力が不安定になる事象。）になることがあるため、出力電圧固定部と並列に初期充電部を設けて、出力帰還切替部の動作によらず出力帰還部を初期充電部によって動作させることにより、降圧チョッパー式電源部に出力状態が正常に帰還されるため、降圧チョッパー式電源部の出力が安定し、モーター駆動部に安定して電力を供給できるモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、降圧チョッパー式電源部の出力電圧と基準電圧とを比較する比較放電部を具備し、出力電圧が基準電圧よりも低下した際に、初期充電部を放電するように構成したものである。

これにより、モーター負荷が軽負荷となり降圧チョッパー式電源部から出力される出力電圧が低下して、比較部によって出力帰還切替部を動作させて、出力電流検出部と出力電圧固定部とを切替えて出力帰還部を動作させる定電流制御から定電圧制御に切替る際に、出力帰還切替部の動作が不安定（例えば、モーターの負荷が軽負荷で出力電圧が基準電圧近傍で保持されており僅かな外乱にて比較部の出力が切り替るような事象が発生して、比較部の出力が不安定になる場合。）になることがあるため、出力帰還切替部の動作によらず出力帰還部を初期充電部によって動作させることにより、降圧チョッパー式電源部に出力状態が正常に帰還されるため、降圧チョッパー式電源部の出力が安定し、モーター駆動部に安定して電力を供給できる。また、モーターがロックして停止した際は、モーター駆動部にて誘起電圧の検出が正常に出来ず、モーター駆動部にて一旦モーター駆動を停止させて、再起動動作を行うため、再起動時の直流励磁時、若しくは強制転流時に負荷電流検出部に多大な電流が流れ、降圧チョッパー式電源部の出力電圧が低下するが、直流励磁や強制転流の際にモーター負荷状態によって、逆起電力が発生して出力電圧が振れる事象が発生する場合があるため、出力電圧と基準電圧とを比較して初期充電部を一旦放電して、出力帰還部を初期充電部によって動作させることにより、降圧チョッパー式電源部に出力状態が正常に帰還され、降圧チョッパー式電源部の出力が安定し、モーターのロック状態が解除された際に、正常にモーターを再起動することが可能なモーター駆動電源回路を提供できる。

また、出力電圧と基準電圧とを比較する比較部の基準電圧入力部に基準電圧によって充電される基準電圧充電部を備えたものである。

これにより、比較器に入力される基準電圧の入力電圧値の上昇を遅延することができるため、モーター起動時には、基準電圧充電部にて設定された時定数による所定の期間だけ出力電圧固定部を動作させた後に、モーター駆動部の最低動作電圧値以上に分圧された出力電圧と基準電圧充電部によって充電された電圧とを比較して、比較器の演算出力値に応じて出力帰還切替部を動作させて、出力電流検出部によって出力帰還部を動作させることにより、定電圧制御から定電流制御に切替ることができ、安定してモーターを起動させること出来る。また、モーター起動時には、モーター駆動部の最低動作電圧よりも僅かに高い電圧設定値による定電圧制御にて低速でモーターを駆動させた後、定電流制御にて所定の電流値によって駆動させることができるため、モーター起動時の所定の期間は低速でモーターを駆動させて、その後所定の電流値でモーターを駆動させることができ、起動時に２段階の速度を持たせることができる。さらに出力電圧固定部にてモーター駆動部の最低動作電圧よりも僅かに高い電圧値になるように設定された電圧でモーターを定電圧駆動す
ることによって、モーター起動時の発生トルクを必要最小限に抑制することが出来るため、モーター起動時にモーターが駆動する際の急峻なトルクの発生によって発生する騒音や振動を抑制することが出来る。

また、降圧チョッパー式電源部の出力電圧と基準電圧とを比較する比較放電部を具備し、出力電圧が基準電圧よりも低下した際に、基準電圧充電部を放電するように構成したものである。

これにより、モーターの負荷が軽負荷になり出力電圧が低下してきた場合、若しくは何らかの事象によってモーターがロックして停止した場合、出力電圧と基準電圧とを比較して基準電圧充電部を一旦放電させて再充電させることにより、所定の期間だけ出力固定部を動作させた後に、出力電圧と基準電圧充電部に充電された電圧とを比較して、比較器の演算出力値に応じて出力帰還切替部を動作させ、出力電流検出部によって出力帰還部を動作させて定電流制御に切替ることができるため、安定してモーターを起動させること出来る。また、モーター起動時と同様にモーターの再起動時にも、定電圧制御にて低速でモーターを駆動させた後、定電流制御にて所定の電流値によって駆動させることができるため、所定の電流値に応じて、モーターの起動時の所定の期間は低速でモーターを駆動させて、その後所定の電流値でモーターを駆動させることができ、起動時に２段階の速度を持たせることが可能なモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、前記出力電圧固定部と並列に備えた初期充電部と、前記比較部の基準電圧側の入力部に基準電圧によって充電される基準電圧充電部と、前記降圧チョッパー式電源部の出力電圧と基準電圧とを比較する比較放電部を備え、比較放電部によって出力電圧が基準電圧よりも低下した際に、ひとつの半導体素子を用いて、初期充電部と基準電圧充電部を同一の比較放電部によって放電するように構成したものである。

これにより、構成する回路を簡素化してモーターの再起動時若しくはロック時に、初期充電部と基準電圧充電部をひとつの比較放電部によって放電し、モーターの負荷変動による意図しない停止や再起動を安定して制御できるモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、比較部にヒステリシスを備えて構成したものである。

これにより、出力帰還切替部の切替時に時定数をもたせて出力帰還切替部を切替えることができるため、モーター負荷の軽負荷状態が継続されて、出力電圧が基準電圧に近い電圧で降圧チョッパー式電源部によって定電流制御された場合、僅かな外乱によって、出力電圧が基準電圧を下回り、比較部によって演算されて出力帰還切替部を動作させて、定電流制御から定電圧制御へと切り替わってしまい、その後、定電流制御に移行するも、モーター負荷の軽負荷状態が継続されるために、僅かな外乱によって、再度定電圧制御に切り替わってしまうため、降圧チョッパー式電源部の出力状態が、定電流制御と定電圧制御とを繰り返した場合に生じるモーターの出力トルクの差によって発生するトルクリップルに起因する騒音や振動が発生するのを抑制するモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、比較放電部にヒステリシスを備えて構成したものである。

これにより、出力帰還切替部の切替時に時定数をもたせて出力帰還切替部を切替えることができるため、モーター負荷の軽負荷状態が継続されて、出力電圧が基準電圧に近い電圧で降圧チョッパー式電源部によって定電流制御された場合、僅かな外乱によって、出力電圧が基準電圧を下回り、比較部によって演算されて出力帰還切替部を動作させて、定電流制御から定電圧制御へと切り替わってしまい、その後、定電流制御に移行するも、モーター負荷の軽負荷状態が継続されるために、僅かな外乱によって、再度定電圧制御に切り
替わってしまうため、降圧チョッパー式電源部の出力状態が、定電流制御と定電圧制御とを繰り返した場合に生じるモーターの出力トルクの差によって発生するトルクリップルに起因する騒音や振動が発生するのを抑制するモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、出力帰還切替部は同一の入力信号によって相反する動作をする半導体スイッチを２つ以上用いて構成したものである。

これにより、出力帰還切替部の切替スイッチにコンプリメンタリな半導体スイッチ（例えば、ＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタ）を用いることで、比較部から出力されるひとつの出力信号によって、出力電圧固定部と出力電流検出部とに出力を切替て出力帰還部を動作させることが出来、回路を簡素化したモーター駆動用電源回路を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路のブロック図である。図２は、同回路の比較部の詳細を記載したモーター駆動用電源回路のブロック図である。

本実施の形態のＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路は、図１に示すように、ＤＣセンサレスブラシレスモーター（以降、モーター１と呼ぶ。）を駆動するインバータ回路（図示はしていないが、例えば、ＦＥＴを備え、３つのアームを構成する。）を具備したモーター駆動部２に電力を供給するモーター駆動用電源回路３は、商用電源４に直結した整流平滑部５と、整流平滑部５で平滑された電圧を所定の電圧値に降圧する降圧チョッパー式電源部６（図示はしていないが、例えば、ＦＥＴとＦＥＴのゲートを駆動するゲート駆動回路と、ＦＥＴのソースに接続されたインダクタンスと、フライホイールダイオードと、出力電圧を平滑する電解コンデンサとから構成する。）と、モーター駆動部２に内蔵されたインバータ回路を流れる負荷電流を検出する負荷電流検出部７と、負荷電流の検出値に応じた電圧値を生成する出力電流検出部８と、モーター駆動部２の最低動作電圧よりも高い電圧値に設定した電圧値を生成する出力電圧固定部９と、出力電流検出部８の電圧値を第１の信号として降圧チョッパー式電源部６に前記電圧値を帰還するとともに、出力電圧固定部９の生成した電圧値を第２の信号として帰還する出力帰還部１０（例えば、フォトカプラ）とから構成され、負荷電流検出部に流れる負荷電流値が一定になるように降圧チョッパー式電源部の出力電圧を制御するものである。

また、降圧チョッパー式電源部６の出力電圧からこの出力電圧よりも低い電圧値となる基準電圧を生成する基準電圧生成部１１（例えば、低飽和型のリニアレギュレータ若しくは、降圧チョッパー回路）と、前記出力電圧が前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも高い電圧になったときに前記基準電圧と同じ電圧値になるように前記出力電圧を分圧抵抗１２によって分圧した電圧に生成する分圧電圧生成部１３と、前記出力電圧を分圧抵抗１２によって分圧した電圧と前記基準電圧とを比較する比較部１４（例えば、コンパレータ）と、比較部１４の出力信号によって出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号と第２の信号のいずれか一つに切替える出力帰還切替部１５（例えば、コンプリメンタリな２つのトランジスタで構成したもの）を備えたものである。

また、本実施の形態では図２に示すように、基準電圧生成部１１の生成する基準電圧は、直接比較部１４の入力部に入力せずに、この基準電圧によって充電される基準電圧充電部１６を介して入力されている。

上記構成において、電源が降圧チョッパー式電源部６に印加されて、降圧チョッパー式
電源部６の所定の初期出力電圧（降圧チョッパー回路のスイッチング周波数とインダクタンスによって定まる所定の初期出力電圧）が出力される際に、基準電圧生成部１１によって、出力電圧からモーター駆動部２の最低動作電圧（例えば、インバータ回路に内蔵されるＦＥＴの最低ゲート駆動電圧によって規定される）よりも低く、比較部１４の比較器の最低動作電圧以上の電圧が生成される。比較部１４の比較器の非反転増幅端子には、出力電圧がモーター駆動部２の最低動作電圧よりも高い電圧（例えば、モーター駆動部２の最低動作電圧よりも１０％高い電圧値）になった際に基準電圧と同じ電圧が入力されるように分圧抵抗１２にて分圧した電圧が入力されており（非反転入力端子の保護用にツェナーダイオードを並列に具備して構成）、反転増幅端子には基準電圧によって抵抗を介してコンデンサ（例えば、電解コンデンサ）に充電される基準電圧充電部１６の電圧が入力されている。そのため、初期出力電圧時には、比較部１４からＨｉｇｈが出力され、出力帰還切替部１５の出力電流検出部８の第１半導体スイッチ１７（例えば、ＰＮＰトランジスタ）は非導通状態にあり、出力電圧固定部９の第２半導体スイッチ１８（例えば、ＮＰＮトランジスタ）は導通状態にあるため、出力電圧固定部９が動作して、第２の信号を帰還させて出力帰還部１０を動作させる。そのため、降圧チョッパー式電源部６から出力される出力電圧は出力固定部によってモーター駆動部２の最低動作電圧よりも僅かに高い電圧値に設定された所定の電圧（例えば、モーター駆動部２の最低動作電圧よりも１０％高い電圧）に固定され、定電圧制御にてモーター１を駆動させる。その後、基準電圧充電部１６の電圧が非反転増幅端子に入力された電圧以上になると、比較部１４からはＬｏｗが出力される。その際、出力帰還切替部１５の第１半導体スイッチ１７は導通状態に切り替わり、第２半導体スイッチ１８は非導通状態に切り替わるため、出力電流検出部８が動作して、第１の信号を帰還させて出力帰還部１０を制御することになり、降圧チョッパー式電源部６からは負荷電流検出部７に流れる電流が一定となるように出力電圧を制御する定電流制御へと移行する。

また、通常運転時に、モーター１の負荷が軽負荷になった場合、定電流制御にて降圧チョッパー式電源部６が出力電圧を制御していると、出力電圧は負荷電流検出部７に流れる電流が一定となるように制御されるため、出力電圧は減少する。出力電圧がモーター駆動部２の最低動作電圧よりも僅かに低い電圧になった際、比較部１４の非反転入力端子に入力される電圧は基準電圧よりも低くなるため、出力帰還切替部１５の第１半導体スイッチ１７は導通状態から非導通状態へと切り替り、第２半導体スイッチ１８は非導通状態から導通状態へと切り替わるため、出力電圧固定部９が動作して、第２の信号を帰還させて出力帰還部１０を制御して、降圧チョッパー式電源部６の出力電圧は出力電圧固定部９によって設定された所定の定電圧がモーター１に印加されることになる。その後、モーター１の負荷状態が通常の状態に復帰すると、前述のように定電圧制御から定電流制御へと降圧チョッパー式電源部６の出力状態が切り替えられる。

また、モーター１がロック状態に陥った場合（例えば、異物の接触）、モーター駆動部２によって、モーター１がロックされると誘起電圧が発生しないため、一旦同期運転を停止して、再起動を実施する。その際、モーター１は一旦停止するため、モーター１の負荷は軽負荷となり、出力電圧は急激に低下するが、前述したモーター１の負荷が軽負荷になった場合と同様に定電流制御から定電圧制御へと移行して、モーター１のロックが解除されると正常にモーター１を駆動することができる。

ここで、基準電圧生成部１１によって生成される基準電圧はモーター駆動部２の最低動作電圧値以下で比較部１４の最低動作電圧以上に設定している。定電流制御にてモーター１を駆動すると、負荷電流検出部７の電流値が一定となるように、負荷に応じて降圧チョッパー式電源部６の出力電圧を増減させるため、基準電圧の電圧を高く設定した場合、出力電圧が設定した基準電圧よりも低くなると出力帰還切替部１５にて定電流制御から定電圧制御へと切替えるために、定電流制御にてモーター１を制御できる出力電圧幅が狭くな
り、モーター１の制御負荷範囲も狭くなってしまう。一方、基準電圧を低く設定するとモーター駆動部２に具備されたインバータ回路の最低動作電圧以下になってしまいモーター１が駆動できなくなるとともに、比較部１４の最低動作電圧以下になると比較部１４が正常に動作せずに意図通りに出力帰還切替部１５を制御することができなくなる。そのため、モーター駆動部２の最低動作電圧値以下で、比較部１４の最低動作電圧以上に基準電圧を設定することで、モーター１の制御負荷範囲を狭めることなく、モーター駆動部２に安定して電力が供給できる。

なお、比較部１４に供給される比較部１４の動作電圧は、基準電圧から供給するように構成しており、モーターの負荷が軽負荷になり降圧チョッパー式電源部６の出力電圧が低下した場合、若しくはモーター１がロックして、モーターの誘起電圧からモーター１の位置検出ができなくなり、モーター駆動部２が再起動を実施して、直流励磁若しくは強制転流時に降圧チョッパー式電源部６の出力電圧が低下した場合にでも、出力電圧と基準電圧とを比較する比較部１４の駆動電圧を出力電圧から生成した基準電圧から供給することにより、出力電圧の変動に左右されずに出力帰還切替部１５を制御することができ、モーター１の負荷変動による意図しない停止や再起動を安定して制御できるモーター駆動用電源回路を提供できる。

また、基準電圧充電部１６が非反転増幅端子に入力された電圧以上になる時間は、モーター負荷状態によって、誘起電圧からモーターの位置推定が正常にできずに再起動を複数回繰り返す時間を考慮して、モーター駆動部２にて設定される直流励磁から強制転流までの時間よりも十分長い時間を設定しており（例えば、２秒）、定電圧制御から定電流制御へと降圧チョッパー式電源部６の出力を可変することが出来る。

また、基準電圧充電部１６が非反転増幅端子に入力された電圧以上になる時間は、定電圧制御にて低速でモーターを駆動させた後、定電流制御にて所定の電流値によって駆動させることができるため、モーターの起動時の所定の期間は低速でモーターを駆動させて、その後定電流制御にてモーターを駆動させることができる。そのため、モーター起動時に初期出力電圧でモーターを駆動させるとモーターが駆動する瞬間に急なトルクの発生によって騒音や振動が発生するが、定電圧駆動によって発生トルクを最小限に抑制することが出来るため、起動時の騒音と振動を抑制することが出来る。

上述のように、降圧チョッパー式電源部６の出力状態を定電流制御と定電圧制御とに切り替えて、モーター駆動部２に電力を供給するため、モーター起動時の直流励磁と強制転流時に必要なトルクを確保することが出来、モーターの起動失敗を抑制するとともに、定電流制御時に負荷変動によって出力電圧が低下した場合には、定電圧制御にてモーターを駆動することにより、モーターの負荷変動による意図しない停止や再起動を抑制できるＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路を提供できる。

なお、本実施の形態では、基準電圧生成部１１の生成する基準電圧は、直接比較部１４の入力部に入力することなしに、この基準電圧によって充電される基準電圧充電部１６を介して入力される構成とすることにより、比較部１４に入力される基準電圧の入力電圧値の上昇を遅延することができるため、比較部１４は、モーター１の起動時には、基準電圧充電部１６にて設定された時定数による所定の期間だけ出力電圧固定部９を動作させた後に、出力電流検出部によって出力帰還部１０を動作させることになり、モーター１の起動が十分安定した後に定電圧制御から定電流制御に切替ることができるため、より安定したモーター１の駆動ができる。

つまり、この基準電圧充電部１６を備えない場合には、降圧チョッパー式電源部６の立ち上がりに対して基準電圧生成部１１の基準電圧の立ち上がりを遅くすることでモーター
１の起動が十分安定した後に定電圧制御から定電流制御に切替ることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図３を参照しながら説明する。実施の形態１から２と同一部分は同一番号を附し、詳細な説明を省略する。

本実施の形態のＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路は、図３に示すように出力電圧固定部９と並列に初期充電部１９を備えている。

初期充電部１９は、出力帰還部１０に抵抗と第３半導体スイッチ２０（例えば、ダイオード）と介して接続されたコンデンサ（例えば、電解コンデンサ）から構成されており、電源が降圧チョッパー式電源部６に供給されて、降圧チョッパー式電源部６が降圧チョッパー式電源部６のスイッチング周波数とインダクタンスとによって定まる初期出力電圧値を出力した際に、出力帰還切替部１５の動作によらず出力帰還部１０を初期充電部１９によって動作させることにより、降圧チョッパー式電源部６に出力状態が正常に帰還される。

上述のように、このように構成することにより降圧チョッパー式電源部６の出力が安定し、モーター駆動部２に安定して電力を供給できるモーター駆動用電源回路を提供できる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図４を参照しながら説明する。実施の形態１から２と同一部分は同一番号を附し、詳細な説明を省略する。

本実施の形態のＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路は、図４に示すように降圧チョッパー式電源部６の出力電圧と基準電圧とを比較する比較放電部２１を具備して構成している。

ここで、比較放電部２１の比較器（例えば、コンパレーター）の非反転入力端子には、第２分圧抵抗２２によって基準電圧を抵抗分圧して、最大入力端子電圧以下の第２分圧電圧生成部２３が接続されており、反転入力端子には、出力電圧がモーター駆動部２の最低動作電圧よりも僅かに高い電圧（例えば、１０％高い電圧）になったときに、非反転入力端子に入力された抵抗分圧された基準電圧と同じ電圧になるように第３分圧抵抗２４によって出力電圧を抵抗分圧する第３分圧電圧生成部２５が接続されており、比較器の出力は抵抗を介して基準電圧に接続され、初期充電部１９を放電する第４半導体スイッチ２６（例えば、ＮＰＮトランジスタ）と、基準電圧充電部１６を放電する第５半導体スイッチ２７（例えば、ＮＰＮトランジスタ）とが接続されている。

電源が降圧チョッパー式電源部６に印加されて、降圧チョッパー回路の所定の初期出力電圧が出力されて、基準電圧生成部１１によって生成された基準電圧が、比較放電部２１の比較器の最低動作電圧以下の場合、比較放電部２１の出力は基準電圧に抵抗を介して接続されているため、第４半導体スイッチ２６及び第５半導体スイッチ２７は導通し、初期充電部１９及び基準電圧充電部１６は放電継続するため、出力帰還部１０は初期充電部１９及び出力電圧固定部９によって動作し、基準電圧が安定するまでの期間も、出力帰還を安定して行うことが出来、降圧チョッパー式電源部６の出力を安定させることが出来る。その後、初期出力電圧が上昇し、基準電圧が比較放電部２１の比較器の最低動作電圧を超えて、比較器が正常に動作するようになった後に、モーター駆動部２の最低動作電圧を超えてモーター駆動部２によって、直流励磁から強制転流を経て、同期運転に切り替ると、反転入力端子に入力される出力電圧の抵抗分圧値は、基準電圧の抵抗分圧値よりも大きく
なり、比較放電部２１の比較器からはＬｏｗが出力され、第４半導体スイッチ２６及び第５半導体スイッチ２７は非導通状態なり、初期充電部１９及び基準電圧充電部１６の放電は停止され、充電が開始され、基準電圧充電部１６の電圧が比較部１４に設定された閾値を越えると、出力帰還切替部１５によって定電圧制御から定電流制御へと切り替える。

モーター負荷が軽負荷の場合、若しくはロック状態となりモーター駆動部２によって一旦モーターを停止させる場合、降圧チョッパー式電源部６から出力される出力電圧が低下すると、非反転入力端子に入力された基準電圧の抵抗分圧値よりも、反転入力端子に接続された出力電圧の抵抗分圧値の方が小さくなり、比較放電部２１からはＨｉｇｈが出力されて第４半導体スイッチ２６および第５半導体スイッチ２７は導通状態となり、初期充電部１９及び基準電圧充電部１６のコンデンサは一旦放電されて、比較部１４からはＨｉｇｈが出力されるため、初期充電部１９若しくは出力電圧固定部９によって出力帰還部１０が動作されるため、定電圧制御にて降圧チョッパー式電源部６から出力電圧が出力される。

なお、本実施の形態では半導体スイッチを２素子使用して、初期充電部１９と基準電圧充電部１６を放電するように構成したが、半導体スイッチを１素子使用して構成してもよく、このように構成することで、回路構成を簡便にすることができる。

上述のように、このように構成することにより比較放電部２１によって初期充電部１９と基準電圧充電部１６を出力電圧の抵抗分圧値と基準電圧の抵抗分圧値とを比較して放電することにより、降圧チョッパー式電源部６の出力を安定させて、モーター駆動部２に安定して電力を供給することができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について図５を参照しながら説明する。説明する。実施の形態１から３と同一部分は同一番号を附し、詳細な説明を省略する。

本実施の形態のＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路は、比較部１４及び比較放電部２１にヒステリシス部２８を備えて構成している。

モーター負荷の軽負荷状態が継続されて、出力電圧が基準電圧に近い電圧で降圧チョッパー式電源部６によって定電流制御されると、僅かな外乱によって、出力電圧が基準電圧を下回り、比較部１４及び比較放電部２１によって演算されて出力帰還切替部１５を動作させて、定電流制御から定電圧制御へと切り替わってしまう。その後、定電流制御に移行するも、モーター負荷の軽負荷状態が継続されるために、僅かな外乱によって、再度定電圧制御に切り替わってしまう。そのため、比較部１４と比較放電部２１とにそれぞれにヒステリシス部２８を備えて、出力帰還切替部１５を切替えるように構成していしる。降圧チョッパー式電源部６の出力状態が基準電圧に近い電圧になった場合に、僅かな外乱によって定電流制御と定電圧制御とを繰り返すことがなく、定電流制御と定電圧制御とを繰り返すことによって生じる、モーターの出力トルク差に起因したトルク変動による騒音や振動の発生を抑制するモーター駆動用電源回路を提供できる。

本発明にかかるモーター駆動用電源回路は、ＤＣセンサレスブラシレスモーターを定電流制御にて駆動させる場合に、モーターの負荷変動によって生じるモーター駆動の不具合を改善するものであり、一般住宅などに用いられる低消費電力を目的としたＤＣモーター搭載の換気装置に有用である。

１ モーター
２ モーター駆動部
３ モーター駆動用電源回路
４ 商用電源
５ 整流平滑部
６ 降圧チョッパー式電源部
７ 負荷電流検出部
８ 出力電流検出部
９ 出力電圧固定部
１０ 出力帰還部
１１ 基準電圧生成部
１２ 分圧抵抗
１３ 分圧電圧生成部
１４ 比較部
１５ 出力帰還切替部
１６ 基準電圧充電部
１７ 第１半導体スイッチ
１８ 第２半導体スイッチ
１９ 初期充電部
２０ 第３半導体スイッチ
２１ 比較放電部
２２ 第２分圧抵抗
２３ 第２分圧電圧生成部
２４ 第３分圧抵抗
２５ 第３分圧電圧生成部
２６ 第４半導体スイッチ
２７ 第５半導体スイッチ

Claims (11)

1. 降圧チョッパー式電源部と、
   前記降圧チョッパー式電源部の出力電圧を入力してＤＣセンサレスブラシレスモーターを駆動するインバータ回路を具備したモーター駆動部を備えたＤＣセンサレスブラシレスモーター駆動用電源回路であって、
   前記モーター駆動部に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、
   前記負荷電流検出部の検出値に応じた電圧値を第１の信号として出力する出力電流検出部と、
   前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも高い電圧値に設定した電圧値を第２の信号として出力する出力電圧固定部と、
   前記降圧チョッパー式電源部に前記第１の信号または前記第２の信号を帰還する出力帰還部と、
   前記出力電圧から、前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも低く、前記比較器の最低動作電圧以上の電圧値となる基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
   前記出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号と第２の信号のいずれか一つに切替える出力帰還切替部を備え、
   前記出力帰還切替部は、
   前記出力電圧が前記基準電圧より高いときには、前記出力帰還部の帰還信号を前記第１の信号に切替え、
   前記出力電圧が前記基準電圧より低いときには、前記出力帰還部の帰還信号を前記第２の信号に切替え、
   前記降圧チョッパー式電源部は、前記出力帰還部が指示する帰還信号に前記出力電圧を制御するモーター駆動用電源回路。
2. ２つの電圧値を比較する比較器を備えた比較部と、
   前記出力電圧を分圧抵抗によって分圧し、接地側の分圧抵抗に並列にツェナーダイオードを備えて、前記出力電圧が前記モーター駆動部の最低動作電圧よりも高い電圧になったときに前記基準電圧と同じ電圧値（以降、分圧電圧）を生成する分圧電圧生成部をさらに備え、
   前記比較部は、前記分圧電圧と前記基準電圧とを比較し、
   前記出力帰還切替部は、前記比較部の比較結果に応じて前記出力帰還部の帰還信号を前記切替える請求項１記載のモーター駆動用電源回路。
3. 前記比較部の駆動電圧を基準電圧から供給することを特徴とする請求項２記載のモーター駆動用電源回路。
4. 前記出力電圧固定部と並列に初期充電部を具備したことを特徴とする請求項２または３に記載のモーター駆動用電源回路。
5. 前記降圧チョッパー式電源部の出力電圧と基準電圧とを比較する比較放電部を具備し、出力電圧が基準電圧よりも低下した際に、前記初期充電部を放電するように構成したことを特徴とする請求項４記載のモーター駆動用電源回路。
6. 前記比較部の基準電圧側の入力部に基準電圧によって充電される基準電圧充電部を備えたことを特徴とする請求項２または３記載のモーター駆動用電源回路。
7. 前記降圧チョッパー式電源部の出力電圧と基準電圧とを比較する比較放電部を具備し、出力電圧が基準電圧よりも低下した際に、前記基準電圧充電部を放電するように構成したことを特徴とする請求項６に記載のモーター駆動用電源回路。
8. 前記出力電圧固定部と並列に備えた初期充電部と、
   前記比較部の基準電圧側の入力部に基準電圧によって充電される基準電圧充電部と、
   前記降圧チョッパー式電源部の出力電圧と基準電圧とを比較する比較放電部を備え、
   前記比較放電部によって出力電圧が基準電圧よりも低下した際に、ひとつの半導体素子を用いて、前記初期充電部と前記基準電圧充電部を前記比較放電部によって放電するように構成したことを特徴とする請求項２または３記載のモーター駆動用電源回路。
9. 前記比較部にヒステリシスを備えて構成したことを特徴とする請求項２記載のモーター駆動用電源回路。
10. 前記比較放電部にヒステリシスを具備して構成したことを特徴とする請求項７または８記載のモーター駆動用電源回路。
11. 前記出力帰還切替部は同一の入力信号によって相反する動作をする半導体スイッチを２つ以上用いて構成したことを特徴とする請求項１から１０いずれかひとつに記載のモーター駆動用電源回路。
    

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