JP6374891B2 - Motor drive control device and motor drive control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、モータを駆動するモータ駆動制御装置及びそのモータ駆動制御方法に関する。 The present invention relates to a motor drive control device that drives a motor and a motor drive control method thereof.
従来、モータを駆動するモータ駆動制御装置が知られている。例えば特許文献1には電子整流子付きのブラシレスモータを駆動するモータ駆動制御装置が記載されている。このように直流電源の供給を受けてモータを駆動するモータ駆動制御装置では、MOSFET等の複数個のスイッチング素子からなるインバータ回路を備えており、それらのスイッチング素子をPWM(Pulse Width Modulation)信号によってオン/オフ制御することによりモータをPWM駆動する。
Conventionally, a motor drive control device for driving a motor is known. For example,
ところで、特許文献1に記載のモータ駆動制御装置では、電源とインバータ回路の間に2つのMOSFETで構成された開閉器が設けられている。2つのMOSFETはそれぞれの寄生ダイオードが互いに逆向きとなるように直列接続されており、開閉器はこれらのMOSFETのゲート端子に開閉制御信号が入力されることでオン・オフ制御される。
By the way, in the motor drive control device described in
また、高速回転をしているモータでは、相切り替え時や急激な回転数変動時などに、モータのコイルからキックバックによって過大な逆起電力が発生することがある。このような逆起電力は電源ラインへ回生することで電源電圧を上昇させ、使用部品への過大な電圧の印加につながるおそれがある。このため、特許文献1に記載のモータ駆動制御装置では開閉器の出力側にツェナーダイオードを接続して電源電圧の上昇を抑制している。このようなツェナーダイオードは回生電圧を制限して電源電圧への回り込みを抑制する。キックバックによる回生エネルギーはパルス状または短時間のものであるので、比較的小型のツェナーダイオードを用いてもよい。
In addition, in a motor that rotates at high speed, an excessive back electromotive force may be generated by kickback from the motor coil at the time of phase switching or sudden fluctuations in the rotational speed. Such back electromotive force is regenerated to the power supply line to increase the power supply voltage, which may lead to application of an excessive voltage to the components used. For this reason, in the motor drive control device described in
一方、このようなモータ駆動制御装置を搭載した機器の市場での信頼性を確保するために、モータ駆動制御装置に対して、電源電圧が使用電圧範囲の上限を所定の範囲で超えても壊れないレベルの耐久性が求められている。しかし、モータ駆動制御装置に、回生電圧を制限するツェナーダイオードのツェナー電圧を超える過大な電源電圧が入力されると、そのツェナーダイオードに過大な電流が流れ続けてやがて破損に至る可能性がある。 On the other hand, in order to ensure the reliability in the market of equipment equipped with such a motor drive control device, the motor drive control device is broken even if the power supply voltage exceeds the upper limit of the use voltage range within a predetermined range. There is a need for no level of durability. However, if an excessive power supply voltage that exceeds the Zener voltage of the Zener diode that limits the regenerative voltage is input to the motor drive control device, an excessive current may continue to flow through the Zener diode, eventually leading to damage.
また、キックバックによる回生エネルギーを吸収するために、大容量の電解コンデンサを接続することも考えられるが、このような電解コンデンサは耐久性が十分であるとはいえない。また、大容量のコンデンサを用いると、電源投入時にコンデンサに大きな突入電流が流れることで、全体の突入電流が大幅に増加して開閉器用のMOSFETを破損する懸念がある。このため、例えばインダクタを接続するなど突入電流を緩和する手段を追加することになる。しかし、インダクタを用いるとインダクタの誘起電圧の問題や、コストアップの問題も生じる。したがって、キックバックの回生エネルギーを吸収するために、大容量のコンデンサを用いることは信頼性やコストアップなど観点から望ましいとはいえない。
このような背景から、本発明者はモータ駆動制御装置において回生電圧を制限するためにツェナーダイオードを用いるとともに、そのツェナーダイオードを過大な電源電圧から保護することが課題であると認識した。
Also, it is conceivable to connect a large-capacity electrolytic capacitor to absorb regenerative energy due to kickback, but such an electrolytic capacitor cannot be said to have sufficient durability. In addition, when a large-capacity capacitor is used, there is a concern that a large inrush current flows through the capacitor when the power is turned on, so that the entire inrush current is significantly increased and the MOSFET for the switch is damaged. For this reason, a means for reducing the inrush current, for example, connecting an inductor is added. However, when an inductor is used, a problem of induced voltage of the inductor and a problem of cost increase arise. Therefore, it is not desirable from the viewpoint of reliability and cost increase to use a large-capacitance capacitor in order to absorb the regenerative energy of kickback.
From such a background, the present inventor has recognized that it is a problem to use a Zener diode to limit the regenerative voltage in the motor drive control device and to protect the Zener diode from an excessive power supply voltage.
本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、電源電圧が過度に上昇したときに、回生電圧制限用のツェナーダイオードが保護される信頼性の高いモータ駆動制御装置の技術を提供することにある。 An object of the present invention is made in view of such problems, and a technology for a highly reliable motor drive control device in which a Zener diode for limiting a regenerative voltage is protected when a power supply voltage rises excessively. It is to provide.
上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータ駆動制御装置は、モータに接続されるインバータ回路に電源電圧を供給する電圧供給回路を備える。電圧供給回路は、モータが発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードと、回生電圧が電源電圧に重畳されることによって電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力する電圧識別回路と、停止信号に応じてツェナーダイオードへの通電を停止するように構成された遮断回路と、を含む。 In order to solve the above problems, a motor drive control device according to an aspect of the present invention includes a voltage supply circuit that supplies a power supply voltage to an inverter circuit connected to the motor. The voltage supply circuit includes a Zener diode that limits a regenerative voltage generated by the motor, a voltage identification circuit that outputs a stop signal when the power supply voltage exceeds a predetermined threshold by superimposing the regenerative voltage on the power supply voltage, and a stop And a cutoff circuit configured to stop energization of the Zener diode in response to the signal.
この態様によると、電圧供給回路がモータで発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードを含むため、電源電圧に回り込む回生電圧が抑制されるとともに、電源電圧が過度に上昇したときにツェナーダイオードを保護することができる。 According to this aspect, since the voltage supply circuit includes the Zener diode that limits the regenerative voltage generated by the motor, the regenerative voltage that wraps around the power supply voltage is suppressed, and the Zener diode is protected when the power supply voltage rises excessively. be able to.
本発明の別の態様は、モータ駆動制御方法である。この方法は、モータに接続されるインバータ回路に電源電圧を供給する電圧供給回路を備え、電圧供給回路がモータの発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードを含むモータ駆動制御装置が実行するモータ駆動制御方法であって、回生電圧が電源電圧に重畳されることによって電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力することと、停止信号に応じてツェナーダイオードへの通電を停止することと、を含む。 Another aspect of the present invention is a motor drive control method. This method includes a voltage supply circuit that supplies a power supply voltage to an inverter circuit connected to a motor, and the voltage supply circuit performs motor drive control executed by a motor drive control device that includes a Zener diode that limits a regenerative voltage generated by the motor. A method of outputting a stop signal when the power supply voltage exceeds a predetermined threshold by superimposing the regenerative voltage on the power supply voltage ; and stopping energization to the Zener diode according to the stop signal; including.
この態様によると、電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力することと、停止信号に応じてツェナーダイオードへの通電を停止することと、を含むため、電源電圧が過度に上昇したときにツェナーダイオードを保護することができる。 According to this aspect, the power supply voltage has increased excessively because it includes outputting a stop signal when the power supply voltage exceeds a predetermined threshold and stopping energization to the Zener diode in response to the stop signal. Sometimes a Zener diode can be protected.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and those obtained by replacing the constituent elements and expressions of the present invention with each other among methods, apparatuses, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によると、電源電圧が過度に上昇したときに、回生電圧の電源電圧への回り込みを抑制するためのツェナーダイオードが保護される信頼性の高いモータ駆動制御装置及びそのモータ駆動制御方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a highly reliable motor drive control device and a motor drive control method thereof in which a Zener diode for suppressing the regenerative voltage from entering the power supply voltage is protected when the power supply voltage rises excessively. can do.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components and members shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are appropriately omitted. In addition, the dimensions of the members in each drawing are appropriately enlarged or reduced for easy understanding. Also, in the drawings, some of the members that are not important for describing the embodiment are omitted.
図1は、実施形態に係るモータ駆動制御装置100のブロック図である。モータ駆動制御装置100は、モータ20に接続されるインバータ回路2に電源電圧Vddを供給する電圧供給回路110を備える。電圧供給回路110は、モータ20が発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードZD31と、電源電圧Vddが所定の閾値を超えるときに停止信号FDを出力する電圧識別回路8と、停止信号FDに応じてツェナーダイオードZD31への通電を停止するように構成された遮断回路9と、逆接続保護回路5と、を含む。逆接続保護回路5については後述する。電圧識別回路8は、駆動制御信号Sdをプリドライブ回路3に出力する。インバータ回路2はプリドライブ回路3によりスイッチング制御される。
FIG. 1 is a block diagram of a motor
(ツェナーダイオード)
モータ20は負荷変動や回転変動に伴い、コイルのインダクタンスにより逆起電力が発生する。特にモータ20が高速回転から急激にスピードダウンする際には大きな逆起電力が発生する。このような逆起電力はインバータ回路2の電源ラインに回生されて電源電圧Vddを上昇させることがある。電源電圧Vddが上昇すると、電源電圧Vddに接続されている本体機器にも影響が及ぶため、過大な回生電圧の重畳は本体機器の誤動作の要因になりかねない。
(Zener diode)
The
図3は電源電圧Vddの変動を説明する説明図である。楕円Pは電源電圧Vddが定格電圧Vin1である例を示し、楕円Sは電源電圧Vddが動作範囲の上限電圧Vin2の例を示し、楕円Tは電源電圧Vddが動作範囲を超えた過大電圧Vin3の例を示している。例えば、楕円Sで示す例では、電源電圧Vddにはキックバックによる回生電圧k1がパルス状に重畳されている。このように電源電圧Vddが上昇すると、使用部品への過大な電圧の印加につながり、機器の信頼性が低下するおそれがある。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining fluctuations in the power supply voltage Vdd. An ellipse P shows an example in which the power supply voltage Vdd is the rated voltage Vin1, an ellipse S shows an example in which the power supply voltage Vdd is the upper limit voltage Vin2 in the operating range, and an ellipse T shows the overvoltage Vin3 in which the power supply voltage Vdd exceeds the operating range. An example is shown. For example, in the example indicated by the ellipse S, the regenerative voltage k1 due to kickback is superimposed on the power supply voltage Vdd in a pulse shape. When the power supply voltage Vdd increases in this way, an excessive voltage is applied to the components used, and the reliability of the device may be reduced.
そこで、実施形態に係るモータ駆動制御装置100では、回生電圧k1を制限するツェナーダイオードZD31が設けられている。ツェナーダイオードZD31は、例えばインバータ2に電源電圧Vddを供給する電源ラインVpとグランドラインGNDの間に接続される。特に、ツェナーダイオードZD31は、そのカソードが正電源側の電源ラインVpに接続され、そのアノードがグランドラインGNDに接続される。このように接続することによって、電源電圧VddはツェナーダイオードZD31のツェナー電圧Vzでクランプされ、ツェナー電圧Vzを超えた上昇が制限される。
Thus, in the motor
一方、市場における信頼性を確保するために、モータ駆動制御装置に対しては電源電圧Vddが使用電圧範囲の上限を所定の範囲で超えても壊れない耐久性が求められている。例えば、電源電圧Vddが定格電圧の2倍である過大電圧が所定時間継続的に入力されても(例えば、定格が50Vの場合、100Vが2分間)壊れない耐久性を有することで実用的な市場信頼性を実現できると考えられる。しかし、図3の楕円Tで示すように、電源電圧Vddが動作範囲を超えた過大電圧Vin3では、電源電圧VddがツェナーダイオードZD31のツェナー電圧Vzを超えており、ツェナーダイオードZD31に過大な電流が流れ続けて素子の温度が上昇し、やがて破損に至る可能性がある。 On the other hand, in order to ensure reliability in the market, the motor drive control device is required to have durability that does not break even if the power supply voltage Vdd exceeds the upper limit of the operating voltage range within a predetermined range. For example, even if an excessive voltage whose power supply voltage Vdd is twice the rated voltage is continuously input for a predetermined time (for example, when the rating is 50 V, 100 V is 2 minutes), it is practical because it has durability that does not break. It is thought that market reliability can be realized. However, as indicated by an ellipse T in FIG. 3, when the power supply voltage Vdd exceeds the operating range, the power supply voltage Vdd exceeds the Zener voltage Vz of the Zener diode ZD31, and an excessive current flows in the Zener diode ZD31. There is a possibility that the temperature of the element continues to rise and eventually breaks.
そこで、実施形態に係るモータ駆動制御装置100では、電源電圧Vddが所定の閾値Vthを超えた場合にツェナーダイオードZD31やインバータ回路2への通電を停止するように構成された過大電圧保護回路6が設けられている。過大電圧保護回路6は電圧識別回路8と遮断回路9とを含んでいる。電圧識別回路8は、電源電圧Vddを監視して、電源電圧Vddが閾値Vthを超えるときに停止信号FDを出力する。遮断回路9は、その前段が電源電圧Vddに接続され、その後段がツェナーダイオードZD31とインバータ回路2に接続されている。遮断回路9は停止信号FDがアクティブ(Lレベル)になると後段への通電を停止する。つまり、遮断回路9は停止信号FDに応じてツェナーダイオードZD31とインバータ回路2への通電を停止する。
Therefore, in the motor
次に、モータ駆動制御装置100の具体的な構成を説明する。図2は、実施形態に係るモータ駆動制御装置100の回路の一例を示す構成図である。図2に示すように、モータ駆動制御装置100は、電圧供給回路110と、インバータ回路2と、プリドライブ回路3と、位置検出手段30とを備える。電圧供給回路110は、逆接続保護回路5と、回生電圧保護回路7と、電圧識別回路8と、遮断回路9とを備える。
Next, a specific configuration of the motor
モータ20は、Hブリッジ型のインバータ回路2によって駆動される単相ブラシレスモータである。インバータ回路2は、ハイサイドスイッチング素子であるトランジスタQ1、Q3とローサイドスイッチング素子であるトランジスタQ2、Q4とが直列接続されたレグを有し、当該レグが直流電源の正極である電源ラインVpと負極であるグランドラインGNDとの間に接続されてモータ20を駆動する。モータ20には、ロータの位置を検出する位置検出手段30が設けられている。位置検出手段30はロータの回転位置に基づいて位置信号Spを制御回路部4に出力する。位置検出手段30は例えばホールセンサを含み、位置信号Spはホール信号であってもよい。電圧識別回路8の制御回路部4は、位置信号Spに基づいて矩形波駆動用や正弦波駆動用の駆動制御信号Sdをプリドライブ回路3に出力する。プリドライブ回路3は、駆動制御信号Sdに基づいて、20kHzから100kHz程度のPWM信号H1、L1、H2、L2を生成してインバータ回路2のトランジスタQ1〜Q4の各ゲートに出力する。トランジスタQ1〜Q4はPWM信号H1、L1、H2、L2によってスイッチング動作をして、駆動信号2a、2bをモータ20の電機子コイルに出力する。電機子コイルは駆動信号2a、2bに基づいて、ロータに組み込まれたマグネットとの対向空間に回転磁界を発生させる。ロータには、回転磁界とマグネットの磁極との相互作用により回転駆動力が発生する。
The
ツェナーダイオードZD31は、そのカソードがインバータ回路2の正極側の電源ラインVpに接続され、そのアノードが負極側のグランドラインGNDに接続される。また、ツェナーダイオードZD31のカソードは、遮断回路9の後段である後述するトランジスタQ14のドレインに接続される。ツェナーダイオードZD31には、高周波のリップルを吸収するためのコンデンサC31が並列に接続されている。コンデンサC31には例えばセラミックコンデンサを使用してもよい。ツェナーダイオードZD31としては、電源電圧Vddの電圧範囲の上限電圧よりやや高いツェナー電圧Vzのツェナーダイオードが使用されている。つまり、図3の楕円Sで示すように、上限電圧Vin2(例えば75v)では回生電圧k1が重畳されてもツェナー電圧Vz(例えば82v)を超えないように設定されている。この結果、ツェナーダイオードZD31は上限電圧Vin2では動作せず、上限電圧Vin2よりやや高いツェナー電圧Vzを超えると動作してキックバックによる電源電圧Vddの上昇を制限する。
The Zener diode ZD31 has a cathode connected to the positive power line Vp of the inverter circuit 2 and an anode connected to the negative ground line GND. The cathode of the Zener diode ZD31 is connected to the drain of a transistor Q14, which will be described later, which is a subsequent stage of the
しかし、図3の楕円Tで示すように、電源電圧Vddが動作範囲を超えた過大電圧Vin3(例えば100v)では、電源電圧VddがツェナーダイオードZD31のツェナー電圧Vzを超えており、ツェナーダイオードZD31に過大な電流が流れ続ける。このため、図2に示すように、電圧供給回路110には、電圧識別回路8と遮断回路9とを含む過大電圧保護回路6が設けられている。
However, as indicated by an ellipse T in FIG. 3, when the power supply voltage Vdd exceeds the operation range, the power supply voltage Vdd exceeds the Zener voltage Vz of the Zener diode ZD31. Excessive current continues to flow. For this reason, as shown in FIG. 2, the voltage supply circuit 110 is provided with an overvoltage protection circuit 6 including a voltage identification circuit 8 and a
電圧識別回路8は、ダイオードD11と、ダイオードD11に接続される分圧回路と、を含み、当該分圧回路は抵抗R11、R12を含んでいる。電圧識別回路8は、電源電圧Vddを抵抗R11、R12の抵抗値に応じて分圧比で分圧した監視電圧Vcを制御回路部4の入力端子4cに出力する。制御回路部4には、閾値Vthに抵抗R11、R12の分圧比を乗じた値に基づく比較値Vxが設定されている。つまり、閾値Vthは、比較値Vxを抵抗R11、R12の分圧比で除した値に設定される。制御回路部4は、入力された監視電圧Vcと比較値Vxとを比較して、監視電圧Vcが比較値Vx以上であるときに出力端子4aに停止信号FDを出力する。
The voltage identification circuit 8 includes a diode D11 and a voltage dividing circuit connected to the diode D11, and the voltage dividing circuit includes resistors R11 and R12. The voltage identification circuit 8 outputs a monitoring voltage Vc obtained by dividing the power supply voltage Vdd by a voltage dividing ratio according to the resistance values of the resistors R11 and R12 to the
一方、図3に示すように、電源電圧Vddにはパルス状の回生電圧k1が重畳されており、電源電圧Vddが閾値Vthを短時間ながら超えることが考えられる。使用電圧範囲内の電源電圧Vddにおいては、短時間でも閾値Vthを超えて通電が停止されることは好ましいとはいえない。このため、ツェナー電圧Vzを高く設定することも考えられるが、この場合は回生電圧k1を制限する効果が低くなるので好ましいとはいえない。このため、短時間の電源電圧Vddの上昇に対しては通電を停止せず継続する方が望ましい。 On the other hand, as shown in FIG. 3, a pulsed regenerative voltage k1 is superimposed on the power supply voltage Vdd, and the power supply voltage Vdd may exceed the threshold value Vth in a short time. In the power supply voltage Vdd within the working voltage range, it is not preferable to stop energization exceeding the threshold value Vth even for a short time. For this reason, it is conceivable to set the Zener voltage Vz high, but this case is not preferable because the effect of limiting the regenerative voltage k1 is reduced. For this reason, it is desirable to continue the energization without stopping for a short-time increase in the power supply voltage Vdd.
そこで、電圧識別回路8は、監視電圧Vcの高周波成分を減衰させるフィルタ手段を含んでいる。電圧識別回路8は、このようなフィルタ手段として、抵抗R11、R12とコンデンサC11を含むローパスフィルタを設け、抵抗R11、R12で分圧して生成された監視電圧Vcの高周波成分を減衰させるように構成している。コンデンサC11は抵抗R12に並列に接続される。パルス状の電圧変動はローパスフィルタによって平滑された状態で制御回路部4の入力端子4cに入力されるので、使用電圧範囲の電源電圧Vddにおいて通電が停止される可能性を小さくすることができる。ローパスフィルタは、そのカットオフ周波数を調整することで所望の平滑特性を得ることができる。
Therefore, the voltage identification circuit 8 includes filter means for attenuating the high frequency component of the monitoring voltage Vc. The voltage identification circuit 8 is provided with a low-pass filter including resistors R11 and R12 and a capacitor C11 as such filter means, and is configured to attenuate the high-frequency component of the monitoring voltage Vc generated by dividing by the resistors R11 and R12. doing. Capacitor C11 is connected in parallel with resistor R12. Since the pulsed voltage fluctuation is input to the
図4は平滑された監視電圧Vcの変動を説明する説明図である。図4では、理解を容易にするため、縦軸の監視電圧Vcは分圧前の電圧に対応して表示している。特に楕円Nは図3の楕円Sに対応する。楕円Nに示すように、監視電圧Vcに重畳された回生電圧k1が平滑された電圧k2となっており、重畳された部分でも閾値Vthより小さくなっている。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining fluctuations in the smoothed monitoring voltage Vc. In FIG. 4, for easy understanding, the monitoring voltage Vc on the vertical axis is displayed corresponding to the voltage before voltage division. In particular, the ellipse N corresponds to the ellipse S in FIG. As indicated by an ellipse N, the regenerative voltage k1 superimposed on the monitoring voltage Vc is a smoothed voltage k2, and the superimposed portion is also smaller than the threshold value Vth.
次に、遮断回路9について説明する。遮断回路9は、抵抗R4と、トランジスタQ13と、抵抗R3と、トランジスタQ12、14と、コンデンサC1と、を含んでいる。トランジスタQ14(第1スイッチング素子の一例)は、ツェナーダイオードZD31やインバータ回路2への通電をオン/オフ動作する。トランジスタQ12(第2スイッチング素子の一例)は、停止信号FDに応じてトランジスタQ13に制御されることによって、トランジスタQ14のオン/オフ動作を制御する。トランジスタQ13は、停止信号FDに応じてトランジスタQ12のオン/オフ動作を制御する第3スイッチング素子である。
Next, the
電圧識別回路8と遮断回路9には定電圧回路44から定電圧Vgが供給されている。定電圧回路44は、例えば三端子レギュレータを含み、入力部INに電源電圧Vddが入力され、出力部OUTに定電圧Vgを出力する。定電圧Vgは例えば5vであってもよい。定電圧回路44の入力部INと出力部OUTには、それぞれコンデンサC2、3が接続されて、高周波成分の影響を抑制している。
A constant voltage Vg is supplied from the
トランジスタQ13はNPNトランジスタで、コレクタが抵抗R3を通じて電源ラインVq(遮断回路9の前段)に接続されている。トランジスタQ13のベースには定電圧Vgが入力され、トランジスタQ13のエミッタには抵抗R4を通じて停止信号FDが入力される。したがって、停止信号FDがHレベルでは、トランジスタQ13は導通しないので、コレクタ電位は電源ラインVqのレベルになる。一方、停止信号FDがLレベルになると、トランジスタQ13は導通するので、コレクタ電位は定電圧Vg付近まで低くなる。つまり、トランジスタQ13は停止信号FDによってオン/オフ制御され、コレクタ電位は電源ラインVqのレベルと定電圧Vgのレベルの間で変化する。 The transistor Q13 is an NPN transistor, and the collector is connected to the power supply line Vq (the previous stage of the cutoff circuit 9) through the resistor R3. A constant voltage Vg is input to the base of the transistor Q13, and a stop signal FD is input to the emitter of the transistor Q13 through the resistor R4. Therefore, when the stop signal FD is at the H level, the transistor Q13 does not conduct, so the collector potential is at the level of the power supply line Vq. On the other hand, when the stop signal FD becomes L level, the transistor Q13 becomes conductive, so that the collector potential is lowered to near the constant voltage Vg. That is, the transistor Q13 is ON / OFF controlled by the stop signal FD, and the collector potential changes between the level of the power supply line Vq and the level of the constant voltage Vg.
トランジスタQ12はPchMOSFETで、ソースが電源ラインVqに、ドレインがトランジスタQ14のゲートに、ゲートがトランジスタQ13のコレクタに接続されている。トランジスタQ12は、トランジスタQ13のコレクタ電位が電源ラインVqのレベルであるときはオフ状態で、トランジスタQ13のコレクタ電位が定電圧Vgのレベルであるときはオン状態になる。つまり、トランジスタQ12は、トランジスタQ13のオン/オフ状態に同期してオン/オフ制御される。 The transistor Q12 is a PchMOSFET, the source is connected to the power supply line Vq, the drain is connected to the gate of the transistor Q14, and the gate is connected to the collector of the transistor Q13. The transistor Q12 is turned off when the collector potential of the transistor Q13 is at the level of the power supply line Vq, and turned on when the collector potential of the transistor Q13 is at the level of the constant voltage Vg. That is, the transistor Q12 is on / off controlled in synchronization with the on / off state of the transistor Q13.
トランジスタQ14はPchMOSFETで、ソースが電源ラインVqに、ドレインが電源ラインVpに、ゲートがトランジスタQ12のドレインに接続されている。また、トランジスタQ14のゲートには、電源ラインVqから抵抗R1、R2で分圧された電圧Veが入力されている。このため、トランジスタQ12がオフの状態ではトランジスタQ14はオン状態になり、電源ラインVqと電源ラインVpとを導通する。一方、トランジスタQ12がオン状態になると、トランジスタQ14はゲートとソースが略同電位になることでオフになる。つまり、トランジスタQ14は、トランジスタQ12のオフ/オン状態を反転してオン/オフ制御される。 The transistor Q14 is a PchMOSFET, the source is connected to the power supply line Vq, the drain is connected to the power supply line Vp, and the gate is connected to the drain of the transistor Q12. The voltage Ve divided by the resistors R1 and R2 from the power supply line Vq is input to the gate of the transistor Q14. Therefore, when the transistor Q12 is off, the transistor Q14 is turned on, and the power supply line Vq and the power supply line Vp are conducted. On the other hand, when the transistor Q12 is turned on, the transistor Q14 is turned off when the gate and the source have substantially the same potential. That is, the transistor Q14 is on / off controlled by inverting the off / on state of the transistor Q12.
図5は過大電圧保護回路6の動作を説明するフローチャート、図6は過大電圧保護回路6の動作を説明するタイミングチャートである。図5において、電源がオンになると(S201)、電圧識別回路8は監視電圧Vcの監視を始める(S202)。監視電圧Vcが閾値Vth以下の状態では停止信号FDはHレベルになっており、図6に示すように、トランジスタQ13、Q12はオフし、トランジスタQ14はオンすることで、インバータ回路2の電源ラインVpには電源ラインVqから通電が開始され、モータ20は所定の回転動作を開始する。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the overvoltage protection circuit 6, and FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the overvoltage protection circuit 6. In FIG. 5, when the power is turned on (S201), the voltage identification circuit 8 starts monitoring the monitoring voltage Vc (S202). When the monitoring voltage Vc is equal to or lower than the threshold value Vth, the stop signal FD is at the H level, and as shown in FIG. 6, the transistors Q13 and Q12 are turned off and the transistor Q14 is turned on. Energization of Vp is started from the power supply line Vq, and the
図4の楕円Lに示すように、監視電圧Vcが比較値Vx以上(=閾値Vth以上)になると、停止信号FDはLレベルに変化し、図6に示すように、トランジスタQ13、Q12はオンし、トランジスタQ14はオフして、電源ラインVpへの通電が停止される(S203)。電圧識別回路8は監視電圧Vcの監視を継続し(S204)、監視電圧Vcが比較値Vxより低くなると、停止信号FDはHレベルに変化し、トランジスタQ13、Q12はオフし、トランジスタQ14はオンして、電源ラインVpへの通電が再開される(S205)。 As shown by an ellipse L in FIG. 4, when the monitoring voltage Vc becomes equal to or higher than the comparison value Vx (= threshold value Vth or higher), the stop signal FD changes to L level, and the transistors Q13 and Q12 are turned on as shown in FIG. Then, the transistor Q14 is turned off, and the power supply to the power supply line Vp is stopped (S203). The voltage identification circuit 8 continues to monitor the monitoring voltage Vc (S204). When the monitoring voltage Vc becomes lower than the comparison value Vx, the stop signal FD changes to H level, the transistors Q13 and Q12 are turned off, and the transistor Q14 is turned on. Then, energization to the power supply line Vp is resumed (S205).
過大電圧保護回路6がこのように動作することによって、図4の楕円Lに示すように、電源電圧Vddが動作範囲を超えた過大電圧Vin3では、電源ラインVpへの通電が停止され、ツェナーダイオードZD31は過大電流から保護される。なお、閾値Vthは過大電圧Vin3より低く設定され、ツェナー電圧Vzは過大電圧Vin3より低く閾値Vthより高く、過大電圧Vin3と閾値Vthの間に設定することができる。なお、回生電圧k1が重畳されることを考慮して、ツェナー電圧Vzを閾値Vthより過大電圧Vin3に近い電圧に設定してもよい。 By operating the overvoltage protection circuit 6 in this way, as shown by an ellipse L in FIG. 4, when the power supply voltage Vdd exceeds the operating range, the energization to the power supply line Vp is stopped and the zener diode ZD31 is protected from excessive current. The threshold Vth is set lower than the overvoltage Vin3, the Zener voltage Vz is lower than the overvoltage Vin3 and higher than the threshold Vth, and can be set between the overvoltage Vin3 and the threshold Vth. Note that the Zener voltage Vz may be set to a voltage closer to the overvoltage Vin3 than the threshold value Vth in consideration of the superimposed regenerative voltage k1.
(突入電流)
電源ラインVpの立ち上がりの際に、電源電圧VddからコンデンサC31への経路に突入電流(充電電流)が流れ、突入電流が大きい場合、その経路に存在するトランジスタQ14などの電子部品を劣化させて装置の信頼性が低下する要因になり得る。そこで、モータ駆動制御装置100では、突入電流を軽減するために、遮断回路9は、ツェナーダイオードZD31やインバータ回路2への通電が緩やかに開始されるように構成された遅延回路を含んでいる。遅延回路は、トランジスタQ14のゲートとソースの間に接続されるコンデンサC1と、抵抗R1、R2と、を含んでいる。コンデンサC1および抵抗R1、R2は一次遅れの要素としてトランジスタQ14のゲートとソースの間の電圧変化を緩やかにする。この結果、トランジスタQ14は徐々にオン状態に移行することで、ツェナーダイオードZD31やインバータ回路2への通電が緩やかに開始され、トランジスタQ14の突入電流を減らすことができる。
(Inrush current)
When the power supply line Vp rises, an inrush current (charging current) flows through the path from the power supply voltage Vdd to the capacitor C31. This may be a factor that reduces the reliability of the system. Therefore, in the motor
(逆接続保護)
モータ駆動制御装置100の電源の入力端子12、14には、モータ駆動制御装置100を本体装置に取付ける際に、誤って電源からのコネクタのプラスとマイナスとが逆に接続されるおそれがある。この場合、回生電圧k1を制限するツェナーダイオードZD31には順方向の過大電流が流れ、このツェナーダイオードZD31などの回路部品が破損する可能性がある。そこで、モータ駆動制御装置100では、電源からのコネクタが逆に接続されて電源電圧Vddが逆極性であるときにツェナーダイオードZD31やインバータ回路2への通電を停止するように構成された逆接続保護回路5を含んでいる。逆接続保護回路5は、トランジスタQ11と、抵抗R1、R2とを含む。トランジスタQ11は停止信号FDに応じてオフ動作するスイッチング素子である。抵抗R1はトランジスタQ11のゲートとソースの間に接続され、抵抗R2はトランジスタQ11のゲートと電源入力端子14との間に接続されている。トランジスタQ11はPchMOSFETである。電源入力端子12、14に電源からのコネクタが正しく接続された場合には、トランジスタQ11のゲートは抵抗R2を通じてソースより低電位側に接続されるので、トランジスタQ11はオンして、そのソース側への通電を開始する。電源入力端子12、14に電源からのコネクタが逆に接続された場合には、トランジスタQ11のゲートはソースより高電位側に接続され、トランジスタQ11はオフして、そのソース側への通電を遮断する。このことによって、トランジスタQ11のソース側に設けられるツェナーダイオードZD31やインバータ回路2などを保護することができる。
(Reverse connection protection)
When the motor
既述したように、モータ駆動制御装置100は電圧識別回路8と遮断回路9に定電圧Vgを供給する定電圧回路44を含んでいる。このような定電圧回路44の入力部INを遮断回路9の後段に接続すると、遮断回路9がオフした場合に、定電圧回路44の動作が停止して電圧識別回路8と遮断回路9の動作が不安定になることが考えられる。そこで、モータ駆動制御装置100では、定電圧回路44の入力部INが遮断回路9の前段である電源ラインVqに接続されている。この結果、遮断回路9がオフした場合にも定電圧回路44の動作は維持され、電圧識別回路8と遮断回路9は安定して動作することができる。
As described above, the motor
トランジスタQ14のゲート−ソース間にその耐電圧より高い電圧が入力されるとトランジスタQ14が劣化あるいは破損することがある。耐電圧が高いトランジスタを使用することも考えられるが、この場合コストアップや素子の大型化の問題がある。そこで、モータ駆動制御装置100では、トランジスタQ14のゲート−ソース間電圧をクランプするためにゲート−ソース間にツェナーダイオードZD1が接続されている。特に、ツェナーダイオードZD1は、そのカソードがトランジスタQ14のソースに、そのアノードがトランジスタQ14のゲートに接続される。ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧は、トランジスタQ14のゲート−ソース間の耐電圧(例えば20V)より低い電圧(例えば15V)に設定してもよい。ツェナーダイオードZD1を設けることにより、トランジスタQ14のゲート−ソース間の電圧が抑制され、トランジスタQ14が保護される。なお、ツェナーダイオードZD1はトランジスタQ11のゲート−ソース間の電圧もクランプしている。
When a voltage higher than the withstand voltage is input between the gate and source of the transistor Q14, the transistor Q14 may be deteriorated or damaged. Although it is conceivable to use a transistor having a high withstand voltage, in this case, there are problems of cost increase and element enlargement. Therefore, in the motor
制御回路部4には、ソフトウエア処理やデジタル処理をすることができる回路装置であるMCU(Micro Control Unit)を含んでもよい。制御回路部4は、ソフトウエア処理やデジタル処理によって監視電圧Vcと閾値Vthとを比較して停止信号FDを出力するように構成してもよい。また、制御回路部4は、ソフトウエア処理やデジタル処理によって、位置信号Spから駆動制御信号Sdを生成してプリドライブ回路3に出力してもよい。
The control circuit unit 4 may include an MCU (Micro Control Unit) that is a circuit device capable of performing software processing and digital processing. The control circuit unit 4 may be configured to compare the monitoring voltage Vc and the threshold value Vth by software processing or digital processing and output the stop signal FD. Further, the control circuit unit 4 may generate the drive control signal Sd from the position signal Sp by software processing or digital processing and output it to the
次に、このように構成されたモータ駆動制御装置100の動作を説明する。
電源がオンされることによって、電圧識別回路8は監視電圧Vcの監視を始め、監視電圧Vcが比較値Vxより低い状態では停止信号FDはHレベルが出力され、トランジスタQ14はオンして、電源ラインVpに通電が開始さる。
一方、制御回路部4が位置検出手段30の位置信号Spに応じた駆動制御信号Sdを出力すると、プリドライブ回路3はPWM信号をインバータ回路2に出力する。インバータ回路2がPWM信号に応じて駆動信号2a、2bを出力すると、モータ20は公知のブラシレスモータのメカニズムにより回転駆動される。監視電圧Vcが比較値Vx以上になると、停止信号FDはLレベルに変化してトランジスタQ14がオフして、電源ラインVpへの通電が停止される。監視電圧Vcが比較値Vxより低くなると、停止信号FDはHレベルに変化してトランジスタQ14がオンして、電源ラインVpへの通電が再開される。このように動作することによって、ツェナーダイオードZD31は過大電圧から保護される。
Next, the operation of the motor
When the power supply is turned on, the voltage identification circuit 8 starts monitoring the monitoring voltage Vc. When the monitoring voltage Vc is lower than the comparison value Vx, the stop signal FD is output at H level, the transistor Q14 is turned on, and the power supply Energization of the line Vp is started.
On the other hand, when the control circuit unit 4 outputs the drive control signal Sd corresponding to the position signal Sp of the position detection means 30, the
次に、このように構成されたモータ駆動制御装置100が実行するモータ駆動制御方法について説明する。このモータ駆動制御方法は、電源電圧Vddが所定の閾値Vthを超えるときに停止信号FDを出力することと、停止信号FDに応じてツェナーダイオードZD31への通電を停止することと、を含む。
Next, a motor drive control method executed by the motor
次に、このように構成されたモータ駆動制御装置100の特徴を説明する。
モータ駆動制御装置100は、ツェナーダイオードZD31を含むため、モータ20が発生する回生電圧を制限して電源電圧Vddへの回り込みを抑制することができる。また、電源電圧Vddが所定の閾値を超えるときに停止信号FDを出力する電圧識別回路8と、停止信号FDに応じてツェナーダイオードZD31への通電を停止するように構成された遮断回路9と、を含むため、電源電圧Vddが過大に上昇した場合に、ツェナーダイオードZD31を保護することができる。この構成により、電源電圧Vddより高い過大電圧(例えば、定格電圧の2倍の電圧)が所定の時間継続的に入力されても壊れない耐久性を実現することも可能になる。
Next, features of the motor
Since the motor
また、電源電圧Vddが過大に上昇した場合にインバータ回路2や他の回路への通電も停止するので、これらの回路に定格電圧が低い部品を使用することが可能になり、モータ駆動制御装置100の小型化やコストダウンの観点で有利になる。また、過大な電源電圧が印加される時間が短くなるので、これらの回路の部品の信頼性や寿命の観点で有利になる。
In addition, when the power supply voltage Vdd increases excessively, the energization to the inverter circuit 2 and other circuits is also stopped. Therefore, it is possible to use parts having a low rated voltage for these circuits, and the motor
モータ駆動制御装置100では、ツェナーダイオードZD31への通電が緩やかに開始されるように遮断回路9が構成されるので、通電が急激に開始される場合と比較して、通電開始時の突入電流を減らすことができる。
In the motor
モータ駆動制御装置100は、電圧供給回路110が、電源電圧Vddが逆極性であるときにツェナーダイオードZD31への通電を停止するように構成された逆接続保護回路5を含むため、電源が逆に接続された場合にツェナーダイオードZD31などの回路部品を保護することができる。
The motor
モータ駆動制御装置100は、遮断回路9が、ツェナーダイオードZD31への通電をオン/オフ動作するトランジスタQ14と、停止信号FDに応じてトランジスタQ14のオン/オフ動作を制御するトランジスタQ12と、を含むため、電源電圧Vddが所定の閾値を超える場合にトランジスタQ14をオフ状態に制御して、ツェナーダイオードZD31への通電を停止することができる。
In motor
モータ駆動制御装置100は、電圧識別回路8が、ダイオードD11と、ダイオードD11に接続される分圧回路と、を含むため、電源電圧Vddから分圧される監視電圧Vcを、耐電圧の低い電圧識別回路8でも処理可能な低圧に変換することができる。
In the motor
モータ駆動制御装置100は、電圧識別回路8が、電源電圧Vddから生成された監視電圧Vcの高周波成分を減衰させるフィルタ手段を含むため、電源電圧Vddに含まれる高周波成分による電圧識別回路8の動作への影響を抑制することができる。
In the motor
モータ駆動制御装置100は、電圧供給回路110が、電圧識別回路8に定電圧を供給する定電圧回路44を含み、定電圧回路44の入力部INが遮断回路9の前段に接続されるので、遮断回路9がオフした場合にも定電圧回路44から電圧識別回路8と遮断回路9に定電圧Vgを供給することができる。
In the motor
以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。実施の形態を説明する各図は、構成の一例を示すものであって、これに限定されるものではない。また、フローチャートに示したステップやタイミングチャートに示した波形は、一例を示すものであって、これに限定されるものではない。例えば、各ステップ間に他の処理が挿入され、処理が並列化され、処理の順序が変更され、処理の一部が削除されてもよい。 In the above, it demonstrated based on embodiment of this invention. Those skilled in the art will understand that these embodiments are examples, and that various modifications and changes are possible within the scope of the claims of the present invention, and that such modifications and changes are also within the scope of the claims of the present invention. It is where it is done. Accordingly, the description and drawings herein are to be regarded as illustrative rather than restrictive. Each drawing explaining the embodiment shows an example of the configuration, and the present invention is not limited to this. Further, the steps shown in the flowcharts and the waveforms shown in the timing chart are examples, and the present invention is not limited to these. For example, another process may be inserted between the steps, the processes may be parallelized, the order of the processes may be changed, and a part of the processes may be deleted.
(変形例1)
実施形態に係るモータ駆動制御装置100では、モータ20がHブリッジ型のインバータ回路2によって駆動される単相ブラシレスモータである例について説明したがこれに限られない。制御駆動対象であるモータは単相以外の例えば3相以上の多相モータであってもよい。
(Modification 1)
In the motor
(変形例2)
実施形態に係るモータ駆動制御装置100では、位置検出手段30はホールセンサを含む例について説明したがこれに限られない。位置検出手段はホールセンサ以外の例えばコイルの逆起電力に応じてロータの位置を検出する手段であってもよい。また、位置検出手段30はロータリーエンコーダを含んでもよい。
(Modification 2)
In the motor
(変形例3)
実施形態に係るモータ駆動制御装置100では、電圧識別回路8にコンデンサC11を含むローパスフィルタを設ける例について説明したがこれに限られない。監視電圧Vcの高周波成分を減衰させるフィルタ手段としては、デジタルフィルタやソフトウエア処理によるフィルタであってもよい。例えば、制御回路部4にMCU(Micro Control Unit)を含み、MCUに内蔵されるタイマー手段によって監視電圧Vcの高周波成分の影響を抑制するようにしてもよい。この場合、コンデンサC11を省くことができる。
(Modification 3)
In the motor
(変形例4)
実施形態に係るモータ駆動制御装置100では、逆接続保護回路5を設ける例について説明したがこれに限られず、逆接続保護回路5は必須構成ではない。逆接続保護回路5を設けない場合は、トランジスタQ11を省くことができる。逆接続保護回路としてはトランジスタを省いてダイオードで構成してもよい。この場合、回生電圧k1はダイオードでカットされ、電源電圧Vddには重畳されないので、コンデンサC11を含むローパスフィルタを省くことも可能になる。
(Modification 4)
In the motor
(変形例5)
実施形態に係るモータ駆動制御装置100では、電圧識別回路8はソフトウエア処理またはデジタル処理によって電圧が識別される例について説明したがこれに限られない。電圧識別回路は電圧比較器(コンパレータ)によりアナログ処理されてもよい。
(Modification 5)
In the motor
(変形例6)
実施形態に係るモータ駆動制御装置100では、定電圧回路44に三端子レギュレータを用いる例について説明したがこれに限られない。定電圧回路には三端子レギュレータ以外の定電圧供給手段が用いられてもよい。
(Modification 6)
In the motor
(変形例7)
モータ駆動制御装置100の各構成要素は必要に応じて少なくとも一部を集積回路化してもよい。
(Modification 7)
Each component of the motor
(変形例8)
電圧識別回路8に入力する電圧は、電源の入力端子12から供給される電源電圧Vddではなく、遮断回路9の前段の電源ラインVqの電圧としてもよい。その場合、ダイオードD11に相当するダイオードは必須ではない。
(Modification 8)
The voltage input to the voltage identification circuit 8 may be not the power supply voltage Vdd supplied from the power
100 モータ駆動制御装置、 2 インバータ回路、 3 プリドライブ回路、 4 制御回路部、 5 逆接続保護回路、 6 過大電圧保護回路、 8 電圧識別回路、 9 遮断回路、 20 モータ、 30 位置検出手段、 44 定電圧回路、 110 電圧供給回路、 Q11 トランジスタ、 Q12 トランジスタ(第2スイッチング素子の一例)、 Q13 トランジスタ、 Q14 トランジスタ(第1スイッチング素子の一例)、 ZD31 ツェナーダイオード、 D11 ダイオード、 R11、R12 抵抗(分圧回路の一例、フィルタ手段の一部)、 C11 コンデンサ(フィルタ手段の一部)、 Vdd 電源電圧、 k1 回生電圧、 FD 停止信号。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記電圧供給回路は、
前記モータが発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードと、
前記回生電圧が前記電源電圧に重畳されることによって前記電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力する電圧識別回路と、
前記停止信号に応じて前記ツェナーダイオードへの通電を停止するように構成された遮断回路と、
を含むことを特徴とするモータ駆動制御装置。 A voltage supply circuit for supplying a power supply voltage to an inverter circuit connected to the motor;
The voltage supply circuit includes:
A Zener diode for limiting the regenerative voltage generated by the motor;
A voltage identification circuit that outputs a stop signal when the power supply voltage exceeds a predetermined threshold by superimposing the regenerative voltage on the power supply voltage ;
A cutoff circuit configured to stop energization of the Zener diode in response to the stop signal;
The motor drive control apparatus characterized by including.
前記定電圧回路の入力部は前記遮断回路の前段に接続されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。 The voltage supply circuit includes a constant voltage circuit for supplying a constant voltage to the voltage identification circuit,
The motor drive control device according to claim 1, wherein an input unit of the constant voltage circuit is connected to a preceding stage of the cutoff circuit.
前記電圧供給回路は、 The voltage supply circuit includes:
前記モータが発生する回生電圧を制限するツェナーダイオードと、 A Zener diode for limiting the regenerative voltage generated by the motor;
前記電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力する電圧識別回路と、 A voltage identification circuit that outputs a stop signal when the power supply voltage exceeds a predetermined threshold;
前記停止信号に応じて前記ツェナーダイオードへの通電を停止するように構成された遮断回路と、 A cutoff circuit configured to stop energization of the Zener diode in response to the stop signal;
を含み、 Including
前記遮断回路は、前記ツェナーダイオードへの通電をオン/オフ動作する第1スイッチング素子と、前記停止信号に応じて前記第1スイッチング素子のオン/オフ動作を制御する第2スイッチング素子と、を含むことを特徴とするモータ駆動制御装置。 The cutoff circuit includes a first switching element that performs on / off operation of energization to the Zener diode, and a second switching element that controls on / off operation of the first switching element according to the stop signal. The motor drive control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記回生電圧が前記電源電圧に重畳されることによって前記電源電圧が所定の閾値を超えるときに停止信号を出力することと、
前記停止信号に応じて前記ツェナーダイオードへの通電を停止することと、
を含むことを特徴とするモータ駆動制御方法。 A motor drive control method executed by a motor drive control device including a voltage supply circuit that supplies a power supply voltage to an inverter circuit connected to a motor, and the voltage supply circuit includes a Zener diode that limits a regenerative voltage generated by the motor. There,
Outputting a stop signal when the power supply voltage exceeds a predetermined threshold by superimposing the regenerative voltage on the power supply voltage ;
Stopping energization of the Zener diode in response to the stop signal;
The motor drive control method characterized by including.
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