JP6313592B2

JP6313592B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP6313592B2
Application number: JP2013267510A
Authority: JP
Inventors: 浩平高橋
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: JP2015126265A

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

モータ制御装置は、モータに印加する電圧を生成するインバータ回路と、当該インバータ回路を制御する制御ＩＣとを含んでいる。かかるモータ制御装置において、制御ＩＣは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式による所定のデューティ比の電圧を生成するようにインバータ回路のスイッチングを制御する。また、ＰＷＭ方式による制御の状況は、制御ＩＣよりも上位のＥＣＵ（Electronic Control Unit）にフィードバックされる。

図３は、車載のモータを制御するモータ制御装置に含まれる制御ＩＣ１３０と上位のＥＣＵである車両ＥＣＵ１８０とを含む回路の概略図である。図３では、制御ＩＣ１３０は車両ＥＣＵ１８０にＰＷＭの制御の状況を示すＰＷＭ出力信号１４０を出力する。ＰＷＭ出力信号１４０は微弱な場合があるので、以下に述べるエミッタ接地回路によって増幅される。

図３に示したように、当該エミッタ接地回路は、エミッタを接地すると共にコレクタに抵抗１５４を介して電源１５２を接続したＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１５０を有している。ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１５０のベースに入力されたＰＷＭ出力信号１４０は増幅されて、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１５０のコレクタからＰＷＭ出力端子１５６を介して車両ＥＣＵ１８０へ出力される。

しかしながら、ハーネスの絶縁被覆が損傷して車載バッテリが短絡し、制御ＩＣ１３０と車両ＥＣＵ１８０との間の回路に車載バッテリから過電流１５８が流れた場合、オン状態のＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１５０には定格を超える大電流が流れてしまう。かかる過電流対策として、図３に示した回路では、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１５０のコレクタとＰＷＭ出力端子１５６との間に抵抗１６０を設けている。さらに、抵抗１６０とＰＷＭ出力端子１５６との間に一端を接続すると共に他端を接地したコンデンサ１６２及び抵抗１６０とＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１５０のコレクタとの間にカソードを接続すると共にアノードを接地したツェナーダイオード１６４が各々設けられている。

特許文献１には、エミッタ接地回路のコレクタに抵抗を接続した構成を含む過電圧保護回路を備えた制御装置の発明が提案されている。

特開２００１−６９７９８号公報

エミッタ接地回路のコレクタに接続した抵抗１６０の抵抗値を大きくすれば、過電流５８がエミッタ接地回路を構成するＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１５０に流れることを防止できる。しかしながら、抵抗１６０の抵抗値を過大にすると、制御ＩＣ１３０から出力された信号が減衰し、車両ＥＣＵ１８０で当該信号を読み取れないおそれがあるという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、制御回路から上位の制御回路への信号の減衰を抑制すると共に、過電流から回路を保護することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、モータに印加する電圧を生成する駆動回路を制御すると共に、該制御の状況を示す制御信号を上位の制御回路に出力する制御部と、前記制御部と前記上位の制御回路との間に設けられ、前記制御信号により起動されて、前記制御信号を増幅する増幅部と、前記増幅部に過電流が流れた場合に、前記増幅部の増幅動作を停止する電流制限部と、前記増幅部が前記増幅動作を停止した際に前記過電流をアースに流入させる接地部と、を備えている。

このモータ制御装置は、過電流が増幅部に流れた場合に、電流制限部が当該増幅部の増幅動作を停止して、過電流が増幅部に流れることを防止すると共に、接地部によって過電流をアースに流す。

また、このモータ制御装置は、制御回路と上位の制御回路との間に抵抗値が大きな抵抗素子を配置して過電流の流入を阻止していないので、制御回路から上位の制御回路への信号の減衰を抑制すると共に、過電流から回路を保護することができる。

請求項２に記載のモータ制御装置は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記増幅部は、ベースに前記制御信号が入力されるとオンになるＮＰＮ型バイポーラトランジスタを含むエミッタ接地回路で、前記電流制限部は、前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタに流れる前記過電流に対応してオンになり前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースに入力される前記制御信号をアースに流して前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベース電流を減少させることにより前記増幅部の増幅動作を停止すると共に、前記ベース電流が減少した際に前記エミッタに流れる電流によってオン状態を継続するスイッチング素子を含み、前記接地部は、前記増幅動作を停止した際の前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタ及びエミッタ間の電流を除く前記過電流をアースに流入させる。

このモータ制御装置によれば、電流制限部のスイッチング素子が、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタに流れる過電流に対応してオンになり、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースに入力される制御信号を接地領域にバイパスする。その結果、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベース電流が減少することでコレクタ電流が減り電流が制限され、過電流は接地部を介して接地されるので、過電流から回路を保護することができる。

請求項３の発明は、請求項２に記載のモータ制御装置において、前記電流制限部の前記スイッチング素子は、ベースを前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタに、コレクタを前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースに各々接続すると共にエミッタを接地したＮＰＮ型バイポーラトランジスタ又はゲートを前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタに、ドレインを前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースに各々接続すると共にソースを接地したＮ型の電界効果トランジスタである。

このモータ制御装置によれば、電流制限部のスイッチング素子に、汎用部品であるＮＰＮ型バイポーラトランジスタ又はＮ型の電界効果トランジスタを用いることにより、製造コストを抑制することができる。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載のモータ制御装置において、前記接地部は、一端を前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタと前記上位の制御回路との間に接続すると共に他端を接地したコンデンサ及びツェナーダイオードの少なくともいずれかを含む。

このモータ制御装置によれば、制御回路と上位の制御回路との間に抵抗値が大きな抵抗素子を配置して過電流の流入を阻止せずに、ツェナーダイオード等の素子を介して過電流を接地領域にバイパスしている。その結果、制御回路から上位の制御回路への信号の減衰を抑制すると共に、過電流から回路を保護することができる。

本発明の実施の形態に係るモータ制御装置を用いたモータユニットの構成を示す概略図である。本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の電流制限回路の動作の態様を示した概略図である。車載のモータを制御するモータ制御装置に含まれる制御ＩＣ３０と上位のＥＣＵである車両ＥＣＵ８０とを含む回路の概略図である。

図１は、本実施の形態に係るモータ制御装置１０の概略を示す図である。図１に示したモータ制御装置１０は、モータ３４が例えばＤＣブラシレスモータの場合を示している。図１のモータ制御装置１０は、電源であるバッテリ２０からイグニッションスイッチ２２及び逆流防止のダイオード２４を介して供給された電力からモータ３４に印加する電圧を生成する駆動回路３２と、駆動回路３２を制御する制御ＩＣ３０とを含む。

制御ＩＣ３０は、マイコン等の集積回路であり、駆動回路３２が、バッテリ２０から供給された直流電流からＰＷＭ方式によって所定のデューティ比の電圧を生成するように駆動回路３２を制御する。駆動回路３２は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）をスイッチング素子とするインバータ回路を有し、当該インバータ回路のスイッチングによって、モータ３４に印加する電圧を生成する。

また、制御ＩＣ３０は、駆動回路３２に対するＰＷＭ方式による制御の状況を、ＰＷＭ出力信号４０として、上位のＥＣＵである車両ＥＣＵ８０にフィードバックする。図１において、ＰＷＭ出力信号４０は抵抗３６を介して車両ＥＣＵ８０側に流れるが、図１では、抵抗３６と一端が接地された抵抗３８とで一種の分圧回路を構成しており、制御ＩＣ３０が出力したＰＷＭ出力信号４０は、抵抗３６，３８の各々の抵抗値に応じて電圧が低下する。なお、ＰＷＭ出力信号４０は、分圧回路によって電圧が低下した場合であっても、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のベースエミッタ間電圧以上であることを要する。かかる電圧以上でないと、後述するエミッタ接地回路が動作しないからである。一般にバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧は略０．６〜０．７Ｖなので、本実施の形態では、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のベースに入力されるＰＷＭ出力信号４０が０．６〜０．７Ｖ以上となるように抵抗３６，３８の抵抗値を設定する。

上述の分圧回路によって電圧が低下したＰＷＭ出力信号４０は、エミッタを接地すると共にコレクタに抵抗５４を介して電源５２を接続したＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０を有するエミッタ接地回路で増幅される。ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のベースにＰＷＭ出力信号４０が入力されると、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０がオンになり、エミッタ接地回路の増幅動作が起動する。増幅されたＰＷＭ出力信号４０は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のコレクタからＰＷＭ出力端子５６を介して車両ＥＣＵ８０へ出力される。

本実施の形態では、図３に示した回路同様に、過電流対策として、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のコレクタとＰＷＭ出力端子５６との間に抵抗６０を設けている。さらに、抵抗６０とＰＷＭ出力端子５６との間に一端を接続すると共に他端を接地したコンデンサ６２及抵抗６０とＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のコレクタとの間にカソードを接続すると共にアノードを接地したツェナーダイオード６４が各々設けられている。

本実施の形態では、上記の過電流対策に加えて、電流制限回路７０が設けられている。図１に示した電流制限回路７０は、コレクタをＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のベースに接続すると共にエミッタを接地したＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである電流制限トランジスタ７２を有している。また、電流制限トランジスタ７２のベースは、抵抗７４を介してＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のエミッタに接続されると共に、コンデンサ７６を介して接地されている。

また、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のエミッタは、上述のように、抵抗７４を介して電流制限トランジスタ７２のベースが接続されると共に、抵抗７８を介して接地されている。

図２は、本実施の形態に係るモータ制御装置１０の電流制限回路７０の動作の態様を示した概略図である。図２（Ａ）に示したように、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０は、ＰＷＭ出力信号４０によりオンとなり、バッテリの短絡等で流れ込んだ過電流５８がＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のコレクタとエミッタとの間を流れる。

しかしながら、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のエミッタには抵抗７８が設けられているので、図２（Ａ）に示したように、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のエミッタから出力された過電流５８の一部は抵抗７４を介して電流制限トランジスタ７２のベースに入力される。

上述のように、電流制限トランジスタ７２のベースには、抵抗７４とコンデンサ７６とが接続されている。抵抗７４とコンデンサ７６とは、一種の分圧回路を構成しており、高電圧な過電流がそのまま電流制限トランジスタ７２のベースに入力されることを防止している。抵抗７４の抵抗値及びコンデンサ７６のインピーダンスは、電流制限トランジスタ７２のベースに入力される過電流の電圧が、バイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧である０．６〜０．７Ｖ以上でかつ、電流制限トランジスタ７２を損傷しない電圧となるように設定する。

抵抗７４とコンデンサ７６とによって電圧を下げられた過電流がベースに入力されることにより、図２（Ｂ）に示したように、電流制限トランジスタ７２はオンとなり、ＰＷＭ出力信号４０をＧＮＤにバイパスする。その結果、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベース電流が減少することでコレクタ電流が減り電流が制限され、図２（Ｃ）に示したように、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０は、その最大コレクタ電流未満の定電流が破線で示したようにコレクタとエミッタの間に流れるのみとなる。そして、過電流５８の大部分はコンデンサ６２又はツェナーダイオード６４を介してＧＮＤにバイパスされる。図２（Ｃ）において破線で示した電流のうち、電流制限トランジスタ７２のベースに入力される電圧がバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧である０．６〜０．７Ｖ以上であれば、ＰＷＭ出力信号４０のＧＮＤへのバイパスは継続される。その結果、過電流５８が回路に流れ込んでいる間は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０はオフとなり、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０に定格を超える電流が流れることを防止できる。

なお、本実施の形態では、電流制限回路のスイッチング素子である電流制限トランジスタ７２にＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを用いたが、Ｎ型のＦＥＴを用いてもよい。Ｎ型のＦＥＴを用いた場合は、ゲートをＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のエミッタに、ドレインをＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のベースに各々接続すると共にソースを接地する。

以上説明したように、本実施の形態では、過電流５８が回路に流れ込んだ場合に、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０のベース電流を減少させる電流制限回路７０を設けることにより、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０の損傷を防止できる。また、本実施の形態では、抵抗６０の抵抗値を必要以上に高くしていないので、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５０が増幅したＰＷＭ出力信号４０は不必要に減衰されない。その結果、本実施の形態によれば、制御回路から上位ＥＣＵへの信号の減衰を抑制すると共に、過電流から回路を保護することが可能となる。

１０・・・モータ制御装置、２０・・・バッテリ、２２・・・イグニッションスイッチ、２４・・・ダイオード、３０・・・制御ＩＣ、３２・・・駆動回路、３４・・・モータ、３６，３８・・・抵抗、４０・・・ＰＷＭ出力信号、５０・・・ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ、５２・・・電源、５４・・・抵抗、５６・・・ＰＷＭ出力端子、５８・・・過電流、６０・・・抵抗、６２・・・コンデンサ、６４・・・ツェナーダイオード、７０・・・電流制限回路、７２・・・電流制限トランジスタ、７４・・・抵抗、７６・・・コンデンサ、７８・・・抵抗、８０・・・車両ＥＣＵ、１３０・・・制御ＩＣ、１４０・・・ＰＷＭ出力信号、１５０・・・ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ、１５２・・・電源、１５４・・・抵抗、１５６・・・ＰＷＭ出力端子、１５８・・・過電流、１６０・・・抵抗、１６２・・・コンデンサ、１６４・・・ツェナーダイオード、、１８０・・・車両ＥＣＵ

Claims

モータに印加する電圧を生成する駆動回路を制御すると共に、該制御の状況を示す制御信号を上位の制御回路に出力する制御部と、
前記制御部と前記上位の制御回路との間に設けられ、前記制御信号により起動されて、前記制御信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部に過電流が流れた場合に、前記増幅部の増幅動作を停止する電流制限部と、
前記増幅部が前記増幅動作を停止した際に前記過電流をアースに流入させる接地部と、
を備えたモータ制御装置。
前記増幅部は、ベースに前記制御信号が入力されるとオンになるＮＰＮ型バイポーラトランジスタを含むエミッタ接地回路で、
前記電流制限部は、前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタに流れる前記過電流に対応してオンになり前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースに入力される前記制御信号をアースに流して前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベース電流を減少させることにより前記増幅部の増幅動作を停止すると共に、前記ベース電流が減少した際に前記エミッタに流れる電流によってオン状態を継続するスイッチング素子を含み、
前記接地部は、前記増幅動作を停止した際の前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタ及びエミッタ間の電流を除く前記過電流をアースに流入させる請求項１に記載のモータ制御装置。
前記電流制限部の前記スイッチング素子は、ベースを前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタに、コレクタを前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースに各々接続すると共にエミッタを接地したＮＰＮ型バイポーラトランジスタ又はゲートを前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタに、ドレインを前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースに各々接続すると共にソースを接地したＮ型の電界効果トランジスタである請求項２に記載のモータ制御装置。
前記接地部は、一端を前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタと前記上位の制御回路との間に接続すると共に他端を接地したコンデンサ及びツェナーダイオードの少なくともいずれかを含む請求項２又は３に記載のモータ制御装置。