JP7069405B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、モータを駆動制御するモータ駆動制御装置に関する。
モータを駆動制御するモータ駆動制御装置は、一般的に、モータに過電流が流れるのを防止する保護回路を備えている。
特許文献1には、2つの保護回路を設けることで、1つの保護回路が故障した場合でも他方の保護回路がスイッチング素子のゲート信号を停止させてモータに過電流が流れ続けるのを防止するモータ駆動回路が記載されている。
特許文献1に記載の発明は、一方の保護回路が故障してもモータに過電流が流れる状態を検出してモータを保護することができる。しかしながら、過電流を検出した場合に駆動回路を制御してスイッチング素子の動作を停止させることにより電流が流れないようにしているため、インバータ回路のスイッチング素子を駆動させる駆動回路が故障し、スイッチング素子の駆動を制御できない場合は過電流が流れる状態を解消させることができない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あって、インバータ回路のスイッチング素子を駆動する駆動回路が故障した場合でもモータに過電流が流れる状態を解消させることが可能なモータ駆動制御装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータ駆動制御装置は、モータへの通電を制御するスイッチング素子によって構成されたインバータ回路と、駆動信号に基づいてスイッチング素子を駆動するゲート駆動回路とを備える。また、モータ駆動制御装置は、モータに流れる電流の検出値が閾値以上となった場合にゲート駆動回路への電力供給を遮断してインバータ回路の動作を停止させる第1の保護回路と、検出値が閾値以上となった場合に駆動信号のゲート駆動回路への入力を遮断する第2の保護回路と、を備える。
本発明にかかるモータ駆動制御装置は、スイッチング素子を駆動する駆動回路が故障した場合でもモータに過電流が流れる状態を解消させることができる、という効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態にかかるモータ駆動制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかるモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示す図である。
図1は、実施の形態1にかかるモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示す図である。
図1に示すように、実施の形態1にかかるモータ駆動制御装置100は、モータ1を駆動制御する。
モータ駆動制御装置100は、インバータ回路2と、ゲート駆動用電源8と、ゲート信号生成部14と、ゲート駆動回路15と、第1の保護回路21と、第2の保護回路22とを備える。
インバータ回路2は、モータ1への通電を制御する複数のスイッチング素子によって構成され、モータ1に供給する電力を生成する。スイッチング素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体スイッチである。ゲート駆動用電源8は、ゲート駆動回路15の供給する電力を生成する。ゲート信号生成部14は、インバータ回路2が備えるスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する。ゲート駆動回路15は、ゲート信号生成部14が生成する駆動信号に基づいてインバータ回路2のスイッチング素子を駆動してインバータ回路2の動作を制御する。第1の保護回路21は、モータ1に過電流が流れる状態を検出した場合にゲート駆動回路15への電力供給を遮断してインバータ回路2の動作を停止させる。第2の保護回路22は、モータ1に過電流が流れる状態を検出した場合にゲート駆動回路15への駆動信号の入力を遮断してインバータ回路2の動作を停止させる。
また、第1の保護回路21は、電流検出部3、過電流検出回路5、ラッチ回路6、保持回路7およびスイッチ12を備える。第2の保護回路22は、電流検出部4、ラッチ回路9、保持回路10、過電流検出回路11およびバッファ回路13を備える。
電流検出部3および4は、インバータ回路2からモータ1へ流れる電流を検出する。電流検出部3および4は、カレントトランス、シャント抵抗などで構成される。なお、これ以降の説明では、インバータ回路2からモータ1へ流れる電流をモータ電流と称する場合がある。
過電流検出回路5および11は、モータ電流が過大となった状態、すなわち、モータ電流が定められた閾値以上となった状態を検出する。ラッチ回路6および9は、モータ電流が過大となった状態が検出されたことを示す信号が入力された場合に、入力信号の状態をラッチして出力する。なお、これ以降の説明では、インバータ回路2からモータ1へ流れる電流が過大となった状態を過電流状態と称する場合がある。
保持回路7は、ラッチ回路6が入力信号をラッチして出力する状態が一定時間継続するよう、すなわち、過電流状態を検出したことを示す信号を一定時間出力し続けるよう、ラッチ回路6を制御する。保持回路10は、ラッチ回路9が入力信号をラッチして出力する状態が一定時間継続するよう、すなわち、過電流状態を検出したことを示す信号を一定時間出力し続けるよう、ラッチ回路9を制御する。スイッチ12は、ゲート駆動用電源8とゲート駆動回路15との間に設けられ、ラッチ回路6からの入力信号が、過電流状態を検出したことを示す場合、ゲート駆動用電源8からゲート駆動回路15への電源供給路を開放してゲート駆動回路15への電源供給を遮断する。スイッチ12は、電磁リレーなどで構成される。バッファ回路13は、ゲート信号生成部14とゲート駆動回路15との間に設けられ、ラッチ回路9からの入力信号が、過電流状態を検出したことを示す場合、ゲート信号生成部14からゲート駆動回路15に入力する駆動信号を遮断する。バッファ回路13は、ロジックIC(Integrated Circuit)などで構成される。
図2は、実施の形態1にかかるモータ駆動制御装置100が備える第1の保護回路21の要部の構成例を示す図である。具体的には、図2は、第1の保護回路21が備える過電流検出回路5、ラッチ回路6および保持回路7の構成例を示す。また、図3は、実施の形態1にかかるモータ駆動制御装置100が備える第1の保護回路21の要部、すなわち、図2に示す過電流検出回路5、ラッチ回路6および保持回路7の動作例を示す図である。図2および図3を参照しながら過電流検出回路5、ラッチ回路6および保持回路7の構成および動作を説明する。
なお、第2の保護回路22の要部、具体的には、過電流検出回路11、ラッチ回路9および保持回路10は、その構成および動作が第1の保護回路21の過電流検出回路5、ラッチ回路6および保持回路7と同様である。そのため、本実施の形態では過電流検出回路11、ラッチ回路9および保持回路10の説明を省略する。
過電流検出回路5、ラッチ回路6および保持回路7の動作について説明する。
過電流検出回路5は、コンパレータ52を含んで構成される。コンパレータ52の非反転入力端子には、制御電源および分圧回路により生成される過電流閾値51が入力される。コンパレータ52の反転入力端子には電流検出部3からの信号である電流検出値が入力される。コンパレータ52は、入力される電流検出値と過電流閾値51とを比較して比較結果を出力する。具体的には、コンパレータ52は、電流検出値が過電流閾値51未満のときはHighレベルの信号を出力し、電流検出値が過電流閾値51以上のときはLowレベルの信号を出力する。コンパレータ52が出力するLowレベルの信号を過電流検出信号とする。なお、これ以降の説明ではLowレベルの信号を「0」で表し、Highレベルの信号を「1」で表す。コンパレータ52の出力が過電流検出回路5の出力となる。
ラッチ回路6はフリップフロップ回路などで構成され、入力端子Sには過電流検出回路5から出力された信号が入力する。ラッチ回路6の出力端子QおよびQNは、入力端子SおよびRのそれぞれに入力する信号の状態に応じたレベルの信号を出力する。出力端子Qはスイッチ12に接続される。出力端子QNは保持回路7に接続される。
ラッチ回路6の入力端子SおよびRのそれぞれに入力する信号の状態をそれぞれ信号Sおよび信号Rとし、出力端子QおよびQNのそれぞれが出力する信号の状態をそれぞれ信号QおよびQNとすると、ラッチ回路6の各入力信号と各出力信号の関係は以下の通りとなる。すなわち、信号S=1かつ信号R=1の場合は信号Qおよび信号QNは状態保持、信号S=1かつ信号R=0の場合は信号Q=0かつ信号QN=1となり、信号S=0かつ信号R=1の場合は信号Q=1かつ信号QN=0となり、信号S=0かつ信号R=0の場合は信号Qおよび信号QNは不定となる。
図3に示すように、モータ1に過電流が流れ、モータ電流が過電流閾値X以上となる過電流状態を過電流検出回路5が検出した場合、ラッチ回路6の入力端子Sの状態(入力信号S)が「0」、入力端子R(入力信号R)の状態が「0」となり、出力端子Q(出力信号Q)の状態は「1」、出力端子QN(出力信号QN)の状態は「0」となる。これにより、ラッチ回路6からスイッチ12に入力する信号の状態が「1」となりスイッチ12が駆動する。この結果、ゲート駆動用電源8からゲート駆動回路15への電力供給がスイッチ12により遮断され、ゲート駆動回路15が動作を停止してインバータ回路2は保護停止状態となる。なお、第2の保護回路22の過電流検出回路11が過電流状態を検出した場合は、バッファ回路13がゲート信号生成部14の出力を遮断し、インバータ回路2を保護停止状態にさせる。
保持回路7は、RC回路71およびトランジスタ回路72を含んで構成される。RC回路71にはラッチ回路6の出力端子QNから出力された信号が入力する。RC回路71が出力する信号はトランジスタ回路72に入力し、トランジスタ回路72が出力する信号はラッチ回路6の入力端子Rに入力する。
過電流検出回路5が過電流状態を検出した場合、上述したように、ラッチ回路6の出力端子QNの状態が「0」となり、保持回路7のRC回路71への入力信号も「0」となる。この結果、RC回路71の出力信号のレベルが徐々に下がり、RC回路71を構成する抵抗RおよびコンデンサCの定数によって決まる時間が経過すると、トランジスタ回路72の出力信号の状態が「0」から「1」に変化する。すなわち、ラッチ回路6の入力端子Rの状態が「0」から「1」に変化してラッチ回路6がリセットされる。これに伴いラッチ回路6の出力端子Qの状態が、過電流状態を検出する前の状態に戻り、モータ1の再駆動が可能となる。
以上のように本実施の形態にかかるモータ駆動制御装置100は、第1の保護回路21および第2の保護回路22を備え、第1の保護回路21は、インバータ回路2からモータ1に流れる電流が過電流閾値X以上の状態である過電流状態を検出した場合にゲート駆動用電源8を遮断するスイッチ12を備える。また、第2の保護回路22は、過電流状態を検出した場合にゲート信号生成部14からゲート駆動回路15への出力信号を遮断するバッファ回路13を備える。これにより、第1の保護回路21および第2の保護回路22の一方が故障した場合でもインバータ回路2を停止できる。また、ゲート駆動回路15への電力供給を停止してインバータ回路2の動作を停止させるため、ゲート駆動回路15が故障してインバータ回路2のスイッチング素子を制御できない状態となった場合にモータ1に過電流が流れ続けるのを防止できる。
また、モータ駆動制御装置100は、第1の保護回路21および第2の保護回路22のそれぞれが電流検出部、過電流検出回路、ラッチ回路および保持回路を備えるため、これらの各部の一方が故障した場合でも残りの一方を備える保護回路が過電流状態を検出してインバータ回路2の動作を停止させることができる。
また、モータ駆動制御装置100は保持回路7および10を備え、過電流状態を検出してから一定時間が経過した時点でラッチ回路6および9をリセットして動作停止状態を解除するため、モータ1の再駆動が可能となる。
実施の形態2.
つづいて、実施の形態2にかかるモータ駆動制御装置について説明する。実施の形態2にかかるモータ駆動制御装置は、実施の形態1にかかるモータ駆動制御装置100の各保護回路(第1の保護回路21および第2の保護回路22)の構成の一部を変更したものである。そのため、本実施の形態では、実施の形態1と異なる部分である各保護回路の構成および動作について説明する。以下、説明の便宜上、実施の形態2にかかるモータ駆動制御装置、第1の保護回路および第2の保護回路を、それぞれモータ駆動制御装置100a、第1の保護回路21aおよび第2の保護回路22aと記載する。
つづいて、実施の形態2にかかるモータ駆動制御装置について説明する。実施の形態2にかかるモータ駆動制御装置は、実施の形態1にかかるモータ駆動制御装置100の各保護回路(第1の保護回路21および第2の保護回路22)の構成の一部を変更したものである。そのため、本実施の形態では、実施の形態1と異なる部分である各保護回路の構成および動作について説明する。以下、説明の便宜上、実施の形態2にかかるモータ駆動制御装置、第1の保護回路および第2の保護回路を、それぞれモータ駆動制御装置100a、第1の保護回路21aおよび第2の保護回路22aと記載する。
図4は、実施の形態2にかかるモータ駆動制御装置100aが備える第1の保護回路21aの要部の構成例を示す図である。なお、第2の保護回路22aの構成も同様である。
図4に示すように、第1の保護回路21aの要部は、過電流検出回路5、ラッチ回路6、保持回路7aおよび制御回路16を含む。これらの構成要素のうち、過電流検出回路5およびラッチ回路6は、実施の形態1で説明した第1の保護回路21の過電流検出回路5およびラッチ回路6と同じものであり、動作も同一である。制御回路16は、マイクロコントローラなどである。
保持回路7aは、実施の形態1で説明した第1の保護回路21の保持回路7に対してスイッチ73を追加した構成である。スイッチ73は制御回路16によって制御される。制御回路16にはラッチ回路6の出力端子QNが出力する信号が入力する。制御回路16は、ラッチ回路6からの入力信号に基づいて、第1の保護回路21aがインバータ回路2を保護停止状態にさせる動作を繰り返す動作不良状態であるかを判別し、動作不良状態を検知した場合は第1の保護回路21aの動作を停止させる。スイッチ73は、通常時、具体的には、保護停止状態ではなく、かつ動作不良状態でもない状態のとき、オフ状態に制御され、ラッチ回路6の出力端子QNから出力された信号のRC回路71への入力を停止させる。
第1の保護回路21aの動作について、図5を用いて説明する。図5は、実施の形態2にかかるモータ駆動制御装置100aが備える第1の保護回路21aの動作の一例を示すフローチャートである。
第1の保護回路21aにおいては、まず、電流検出部3が電流を検出して電流検出値を過電流検出回路5に入力する(ステップS1)。次に、過電流検出回路5が、電流検出値を過電流閾値と比較し(ステップS2)、電流検出値が過電流閾値未満の場合(ステップS2:No)、ステップS1に戻る。
電流検出値が過電流閾値以上の場合(ステップS2:Yes)、ラッチ回路6が動作し、これに伴い保持回路7aが異常状態を保持する(ステップS3)。「保持回路7aが異常状態を保持する」とは、保持回路7aが、ラッチ回路6から入力信号の状態が変化してもラッチ回路6への出力信号の状態を変化させずに、それまでの状態を維持し続けることをいう。
また、ラッチ回路6がスイッチ12(図1参照)を駆動させ、ゲート駆動用電源8を遮断する(ステップS4)。すなわち、第1の保護回路21aは、ゲート駆動用電源8からゲート駆動回路15への電源供給を遮断し、ゲート駆動回路15によるインバータ回路2の制御を停止させる。
次に、制御回路16が、第1の保護回路21aが過電流保護動作を繰り返しているかを確認する(ステップS5)。制御回路16は、過電流保護動作を繰り返しているか否かをラッチ回路6の出力端子QNからの入力信号に基づいて判定する。第1の保護回路21aが過電流保護動作を繰り返している状態か否かを制御回路16が判別する方法については問わない。制御回路16は、例えば、定められた一定の期間において過電流保護動作を実行した回数が閾値に達した場合に過電流保護動作を繰り返していると判定する。なお、ラッチ回路6からの入力信号に基づいて判定を行うこととしたが、制御回路16は過電流検出回路5が出力する信号、電流検出部3が出力する信号などに基づいて上記の判定を行うようにしてもよい。
第1の保護回路21aが過電流保護動作を繰り返している場合(ステップS5:Yes)、制御回路16は、第1の保護回路21aを異常停止させる(ステップS6)。具体的には、制御回路16は、スイッチ73がオフの状態を維持するよう制御して第1の保護回路21aの動作を停止させる。
第1の保護回路21aが過電流保護動作を繰り返していない場合(ステップS5:No)、制御回路16は、保持回路7aのスイッチ73を駆動させてラッチ回路6の状態を解除する(ステップS7)。具体的には、制御回路16は、スイッチ73をオンさせ、RC回路71の作用により実施の形態1と同様にラッチ回路6がリセットされるようにする。この結果、ラッチ回路6の出力端子Qの状態が、過電流状態を検出する前の状態に戻り、モータ1の再駆動が可能となる。
第1の保護回路21aの動作を説明したが、第2の保護回路22aの動作の場合、上記のステップS4では、バッファ回路13(図1参照)が、ゲート信号生成部14からゲート駆動回路15に入力する駆動信号を遮断する。
なお、第1の保護回路21aおよび第2の保護回路22aのそれぞれが保持回路内のスイッチを制御する制御回路を備えるのではなく、第1の保護回路21aおよび第2の保護回路22aのそれぞれの保持回路内のスイッチを制御する単一の制御回路を備える構成としてもよい。
このように、本実施の形態にかかるモータ駆動制御装置100aは、第1の保護回路21aおよび第2の保護回路22aのそれぞれが過電流保護動作を繰り返す動作不良状態であるかを判別し、動作不良状態の場合はモータ1を再駆動しないようにする。これにより、過電流保護を繰り返すことによるモータ1およびスイッチング素子への損傷を減らすことが可能となる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 モータ、2 インバータ回路、3,4 電流検出部、5,11 過電流検出回路、6,9 ラッチ回路、7,7a,10 保持回路、8 ゲート駆動用電源、12,73 スイッチ、13 バッファ回路、14 ゲート信号生成部、15 ゲート駆動回路、16 制御回路、21 第1の保護回路、22 第2の保護回路、52 コンパレータ、71 RC回路、72 トランジスタ回路、100 モータ駆動制御装置。
Claims (3)
- モータへの通電を制御するスイッチング素子によって構成されたインバータ回路と、
駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路と、
前記モータに流れる電流の検出値が閾値以上となった場合に前記ゲート駆動回路への電力供給を遮断して前記インバータ回路の動作を停止させる第1の保護回路と、
前記検出値が閾値以上となった場合に前記駆動信号の前記ゲート駆動回路への入力を遮断する第2の保護回路と、
を備えるモータ駆動制御装置。 - 前記第1の保護回路および前記第2の保護回路は、
前記モータに流れる電流を検出して前記検出値を出力する電流検出部と、
前記検出値と前記閾値を比較して比較結果を出力する過電流検出回路と、
前記検出値が前記閾値以上であることを示す過電流検出信号を前記過電流検出回路が出力した場合に当該過電流検出信号をラッチして出力するラッチ回路と、
前記ラッチ回路が前記過電流検出信号を一定時間出力し続けた後、前記過電流検出信号の出力を停止させる保持回路と、
を備える請求項1に記載のモータ駆動制御装置。 - 前記第1の保護回路および前記第2の保護回路は、
前記ラッチ回路の動作を監視し、前記インバータ回路の動作を停止させる動作が繰り返される場合、前記ラッチ回路による前記過電流検出信号の出力を停止させないよう前記保持回路を制御する制御回路、
を備える請求項2に記載のモータ駆動制御装置。
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