JP7465637B2 - 電力供給されていない電気モータの回転速度を低減するための電子回路 - Google Patents
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Description
上記のモータ駆動回路のいくつかの実施形態では、電源は、モータ駆動回路の外部のDC電源を含む。
本発明の別の態様を理解するのに役立つ一例によれば、モータ駆動回路によって電気モータを駆動する方法は、各々がハーフブリッジ構成においてローサイドトランジスタに結合されたハイサイドトランジスタを含む、複数のドライバ回路を提供するステップを含み、ハイサイドトランジスタの各々及びローサイドトランジスタの各々は、それぞれの制御ノード並びにそれぞれの第1及び第2の電流通過ノードを有し、ハイサイドトランジスタの各々の第2の電流通過ノードは、それぞれの接続点ノードにおいてローサイドトランジスタのそれぞれの第1の電流通過ノードに結合され、複数のドライバ回路の各々は、それぞれの接続点ノードからのそれぞれの電流を電気モータのそれぞれの巻線に流すように機能する。本方法は、ハイサイドトランジスタの各々の第1の電流通過ノードに結合されたキャパシタを提供するステップをさらに含む。本方法は、キャパシタ上のキャパシタ電圧を保持するステップをさらに含む。本方法は、ブレーキ動作モードを識別するために、モータ駆動回路に対する電源電圧がしきい値電圧未満であるときを検知するステップをさらに含み、ブレーキ動作モードの場合、本方法は、ハイサイドトランジスタをオフに切り替えるステップと、少なくとも2つの状態遷移を有する少なくとも1つのパルス信号を生成するステップと、ローサイドトランジスタのそれぞれの少なくとも1つの制御ノードのそれぞれの少なくとも1つに少なくとも1つのパルス信号を通信するステップであって、ローサイドトランジスタの少なくとも1つのオン状態及びオフ状態をもたらす、ステップとをさらに含み、ローサイドトランジスタの少なくとも1つのオン状態は、オン状態中にブレーキ動作モードをもたらし、少なくとも2つの状態遷移は、キャパシタ電圧が、少なくとも2つの状態遷移なしに達成される電圧よりも高いブースト電圧となるように昇圧動作をもたらす。
上記の方法のいくつかの実施形態では、電源は、モータ駆動回路の外部のDC電源を含む。
上記の方法のいくつかの実施形態では、少なくとも1つのパルス信号は、パルスを発する場合、電源電圧がしきい値電圧未満で電気モータが回転しているとき、キャパシタにある電圧をもたらすように機能する。
本発明の別の態様を理解するのに役立つ一例によれば、電気モータを駆動するためのモータ駆動回路は、各々がハーフブリッジ構成においてローサイドトランジスタに結合されたハイサイドトランジスタを含む、複数のドライバ回路を含み、ハイサイドトランジスタの各々及びローサイドトランジスタの各々は、それぞれの制御ノード並びにそれぞれの第1及び第2の電流通過ノードを有し、ハイサイドトランジスタの各々の第2の電流通過ノードは、それぞれの接続点ノードにおいてローサイドトランジスタのそれぞれの第1の電流通過ノードに結合され、複数のドライバ回路の各々は、それぞれの接続点ノードからのそれぞれの電流を電気モータのそれぞれの巻線に流すように機能する。モータ駆動回路は、ハイサイドトランジスタの各々の第1の電流通過ノードに結合された、キャパシタ電圧を保持するように機能するキャパシタをさらに含む。モータ駆動回路は、ブレーキ動作モードを識別するために、モータ駆動回路に対する電源電圧がしきい値電圧未満であるときを検知するための手段をさらに含み、ブレーキ動作モードの場合、モータ駆動回路は、ハイサイドトランジスタをオフに切り替えるための手段と、少なくとも2つの状態遷移を有する少なくとも1つのパルス信号を生成するための手段と、ローサイドトランジスタのそれぞれの少なくとも1つの制御ノードのそれぞれの少なくとも1つに少なくとも1つのパルス信号を通信するための手段であって、ローサイドトランジスタの少なくとも1つのオン状態及びオフ状態をもたらす、手段とをさらに含み、ローサイドトランジスタの少なくとも1つのオン状態は、オン状態中にブレーキ動作モードをもたらし、少なくとも2つの状態遷移は、キャパシタ電圧が、少なくとも2つの状態遷移なしに達成される電圧よりも高いブースト電圧となるように昇圧動作をもたらす。
上記のモータ駆動回路のいくつかの実施形態では、電源は、モータ駆動回路の外部のDC電源を含む。
本発明の上記の特徴及び発明自体は、図面の次の詳細な説明からより十分に理解することができる。
本明細書で使用される「プロセッサ」という用語は、機能、動作、又は一連の動作を実行する電子回路について表現するために使用される。機能、動作、又は一連の動作は、電子回路内にコーディングされたハード、又は記憶デバイス内に保持された命令を介してコーディングされたソフトであってもよい。「プロセッサ」は、デジタル値を使用して、又はアナログ信号を使用して、機能、動作、又は一連の動作を実行することができる。
プロセッサは、プロセッサの機能、動作、又は一連の動作の一部を実行する内部プロセッサ又は内部モジュールを含むことができる。同様に、モジュールは、モジュールの機能、動作、又は一連の動作の一部を実行する内部プロセッサ又は内部モジュールを含むことができる。
本明細書で「運転」モードとも呼ばれる第1の動作モードでは、ノード110、112、114において現れる駆動信号は、モータ122を回転させるための比較的高い電力のPWM信号であってもよい。運転動作モードでは、電子回路100は、キャパシタ120上に保持される電圧118をもたらすことができる入力電圧116を受け取る。電圧118は、たとえば、12ボルト、24ボルト、又は6ボルトであってもよい。ノード110、112、114において現れるPWM信号は、電圧118で又はその近くで高状態を有し、0ボルトで又はその近くで低状態を有してもよい。この目的で、ノード110、112、114において現れる信号は、各対が接続点ノードを有する、トランジスタのトーテムポール対(totem pole pair)によって生成されてもよい。ここでは、トランジスタの3つの対が示されているが、接続点ノード109を有するトランジスタ106、108は一例にすぎない。106、108などのトランジスタは、たとえば、NチャネルMOSFET(金属酸化膜シリコン電界効果トランジスタ)であってもよい。他のタイプのトランジスタ、たとえば、PチャネルMOSFET又はp型もしくはn型のバイポーラトランジスタも可能である。
いくつかの実施形態では、パルスコントローラ218は、出力電圧214と、スイッチの制御ノードとの間に結合されてもよい。
本明細書で「運転」モードとも呼ばれる第1の動作モードでは、ノード310、312、314において現れる駆動信号は、モータ322を回転させるための比較的高い電力のPWM信号であってもよい。運転動作モードでは、電子回路300は、キャパシタ320上に保持される電圧318をもたらすことができる入力電圧316を受け取る。電圧318は、たとえば、12ボルト、24ボルト、又は6ボルトであってもよい。ノード310、312、314において現れるPWM信号は、電圧318で又はその近くで高状態を有し、0ボルトで又はその近くで低状態を有してもよい。この目的で、ノード310、312、314において現れる信号は、各対が接続点ノードを有する、トランジスタのトーテムポール対(ハーフブリッジ)によって生成されてもよい。ここでは、トランジスタの3つの対が示されているが、接続点ノード349を有するトランジスタ348、350は一例にすぎない。348、350などのトランジスタは、たとえば、NチャネルMOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)であってもよい。他のタイプのトランジスタ、たとえば、PチャネルMOSFET又はp型もしくはn型のバイポーラトランジスタも可能である。
運転動作モードでは、トランジスタ350、352、354は、信号A、B、Cではなく駆動信号に接続されてもよいが、再接続するための手段は示されていないことを諒解されたい。いくつかの実施形態では、たとえば、ORゲートなどのデジタルゲートが、この目的で使用されてもよい。さらなる詳細は、以下に図6と併せて説明される。
いくつかの実施形態では、3つのローサイドトランジスタ350、352、354は、外部のトランジスタであり、同じ半導体基板上にない。
次に図5を参照すると、グラフは、任意の単位の電圧単位のスケールを有する水平軸と、任意の単位の電流単位のスケールを有する垂直軸とを有する。水平軸は、MOSFETのゲートソース電圧を示し、垂直軸は、MOSFETのドレインソース電圧を示す。伝達特性曲線502は、領域504及び領域506を有する。しきい値ゲートソース電圧Vthを超えると、MOSFETは、導通し始める。強化ゲートソース電圧Veを超えると、MOSFETは、高いコンダクタンス及び低い抵抗RDSeに達する。強化電圧Veを超えると、MOSFETは、基本的に完全にオンになる。
次に図6を参照すると、例示的なモータ駆動回路600は、明らかなように、図3の要素を含むことができる。本明細書では、電力損失ブレーキ制御回路602は、図3の電力損失ブレーキ制御回路362と同じか、又は同様であってもよい。電力損失ブレーキ制御回路602は、図4のグラフ400の信号を生成するために使用されてもよい。他の同様の回路が、図4Aのグラフ420の信号を生成するために使用されてもよい。
第1のORゲート619が、第2の比較器614からの出力信号と、発振器618によって生成されたクロック信号とを受け取るために結合された2つの入力端子を有してもよい。
動作時に、第3の比較器616は、入力電圧642の損失を検出し、運転モード制御回路638に信号を提供して、ローサイドソースドライバを無効にする。第3の比較器616に関する典型的なしきい値は、チャタリングを防止するための多少のヒステリシス(たとえば、200mV)を有する約2ボルトであってもよい。
モータ駆動回路600全体が、共通の半導体基板601上に配置されるように示されているが、他の実施形態では、モータ駆動回路600の任意の部分が、1つ又は複数の他の半導体基板上に配置されてもよい。
本特許の主題である様々な概念、構造、及び技法を説明するのに役立つ、好ましい実施形態について説明してきたが、これらの概念、構造、及び技法を含む他の実施形態が使用される場合があることが次に明らかになるであろう。したがって、特許の範囲は、説明された実施形態に限定されるべきでなく、むしろ、次の特許請求の範囲の思想及び範囲によってのみ限定されるべきであることが提示される。
104 駆動信号
106 トランジスタ
108 トランジスタ
109 接続点ノード
110 ノード
112 ノード
114 ノード
116 入力電圧、電源電圧
118 電圧
120 キャパシタ
122 モータ、3相モータ
124 逆起電力(BEMF)電圧源、BEMF電圧
126 逆起電力(BEMF)電圧源
128 逆起電力(BEMF)電圧源
129 接続点ノード
130 抵抗器
132 抵抗器
134 抵抗器
136 インダクタ
138 インダクタ
140 インダクタ
142 電流
144 MOSFET本体ダイオード
150 電流
152 トランジスタ
154 トランジスタ
200 昇圧スイッチングレギュレータ
202 入力電圧
204 インダクタ
206 信号
208 スイッチ
210 ダイオード
212 キャパシタ
214 出力電圧
216 フィードバック信号
218 パルスコントローラ
300 電子回路
302 基板
304 駆動信号
310 ノード
312 ノード
314 ノード
316 入力電圧、電源電圧
318 電圧
320 キャパシタ
322 モータ、3相モータ
324 逆起電力(BEMF)電圧源、BEMF電圧
326 逆起電力(BEMF)電圧源、BEMF電圧
328 逆起電力(BEMF)電圧源、BEMF電圧
329 接続点ノード
330 抵抗器
332 抵抗器
334 抵抗器
336 インダクタ
338 インダクタ
340 インダクタ
342 電流
344 電流
346 上段のMOSFET、MOSFET本体ダイオード、上段のトランジスタ、ダイオード、MOSFETトランジスタ、トランジスタ
347 上段のMOSFET、MOSFET本体ダイオード、上段のトランジスタ、ダイオード、MOSFETトランジスタ、トランジスタ
348 トランジスタ、上段のMOSFET、MOSFET本体ダイオード、上段のトランジスタ、ダイオード、MOSFETトランジスタ
349 接続点ノード
350 トランジスタ、下段のMOSFET、下段のトランジスタ、スイッチ、ローサイドトランジスタ、MOSFETトランジスタ
352 下段のMOSFET、下段のトランジスタ、トランジスタ、スイッチ、ローサイドトランジスタ、MOSFETトランジスタ
354 下段のMOSFET、下段のトランジスタ、トランジスタ、スイッチ、ローサイドトランジスタ、MOSFETトランジスタ
362 電力損失ブレーキ制御回路
366 トランジスタ
400 グラフ
402 信号、パルスの組
404 信号、パルスの組
406 信号、パルスの組
420 グラフ
422 信号、パルスの組
424 信号、パルスの組
426 信号、パルスの組
502 伝達特性曲線
504 領域
506 領域
600 モータ駆動回路、主回路
601 共通の半導体基板
602 電力損失ブレーキ制御回路
604 抵抗器
606 抵抗器
607 抵抗器
608 抵抗器
610 抵抗器
612 第1の比較器
614 第2の比較器
616 第3の比較器
618 発振器
619 第1のORゲート、ORゲート
620 基準電圧発生器
622 遅延モジュール
624 3入力ANDゲート、ANDゲート
626 2入力ANDゲート、ANDゲート
628 第2のORゲート
630 第3のORゲート
632 第4のORゲート
634 ローサイドMOSFETゲートドライバ、ローサイドMOSFETゲート駆動回路
638 運転モード制御回路、運転モード回路
640 キャパシタ
642 入力電圧
700 グラフ
702 キャパシタ640上のVBB電圧
704 第2の比較器614からの出力信号
706 第1の比較器612からの出力信号
708 信号
710 信号
712 信号
Claims (18)
- 電気モータを駆動するためのモータ駆動回路であって、
各々がハーフブリッジ構成においてローサイドトランジスタに結合されたハイサイドトランジスタを含む複数のドライバ回路であって、前記ハイサイドトランジスタの各々及び前記ローサイドトランジスタの各々は、それぞれの制御ノード並びにそれぞれの第1及び第2の電流通過ノードを有し、前記ハイサイドトランジスタの各々の前記第2の電流通過ノードは、それぞれの接続点ノードにおいて前記ローサイドトランジスタのそれぞれの前記第1の電流通過ノードに結合され、前記複数のドライバ回路の各々は、それぞれの接続点ノードからのそれぞれの電流を前記電気モータのそれぞれの巻線に流すように機能する、複数のドライバ回路と、
前記ハイサイドトランジスタの各々の前記第1の電流通過ノードに結合された、キャパシタ電圧を保持するように機能する、キャパシタと、
前記キャパシタから前記キャパシタ電圧を受け取るように結合され、前記モータ駆動回路に対する電源電圧がしきい値電圧未満であるときを検知するように機能するブレーキ制御回路と
を含み、
ブレーキ動作モードでは、前記ハイサイドトランジスタがオフ状態になり、さらに、前記ブレーキ動作モードでは、前記電源電圧が前記しきい値電圧未満であるとき、前記ブレーキ制御回路は、前記ローサイドトランジスタをオン状態にする信号状態と前記ローサイドトランジスタをオフ状態にする信号状態との間で少なくとも2つの状態遷移を有する少なくとも1つのパルス信号を生成するように機能し、前記ローサイドトランジスタのうちの少なくとも1つのローサイドトランジスタの前記制御ノードに前記少なくとも1つのパルス信号を供給するように機能し、
前記少なくとも2つの状態遷移を有する前記少なくとも1つのパルス信号は、前記キャパシタ電圧が、前記少なくとも2つの状態遷移なしに達成される電圧よりも高いブースト電圧に昇圧するような昇圧動作をもたらす、
モータ駆動回路。 - 前記電源電圧は、前記モータ駆動回路の外部のDC電源電圧を含む、請求項1に記載のモータ駆動回路。
- 前記ハイサイドトランジスタの各々及び前記ローサイドトランジスタの各々は、Nチャネル電界効果トランジスタ(NFET)である、請求項1に記載のモータ駆動回路。
- 前記少なくとも1つのパルス信号は、前記少なくとも1つのローサイドトランジスタをオン及びオフに切り替えるように機能する複数のパルスを有する、請求項1に記載のモータ駆動回路。
- 前記電気モータが回転中で前記電源電圧が前記しきい値電圧未満であるときに前記電気モータによって生成される逆起電力、前記電気モータのインダクタンス、スイッチとして機能する前記少なくとも1つのローサイドトランジスタ、前記ハイサイドトランジスタのそれぞれの少なくとも1つの寄生ダイオード、及び前記キャパシタは、まとめて、前記電気モータが回転しているときに前記キャパシタ上に昇圧電圧をもたらす昇圧スイッチングレギュレータ構造を形成する、請求項1から4のうちのいずれか1項に記載のモータ駆動回路。
- 前記電源電圧が前記しきい値電圧を超えるとき、前記少なくとも1つのパルス信号は、パルスを有しない、請求項4に記載のモータ駆動回路。
- モータ駆動回路によって電気モータを駆動する方法であって、
各々がハーフブリッジ構成においてローサイドトランジスタに結合されたハイサイドトランジスタを含む複数のドライバ回路を提供するステップであって、前記ハイサイドトランジスタの各々及び前記ローサイドトランジスタの各々は、それぞれの制御ノード並びにそれぞれの第1及び第2の電流通過ノードを有し、前記ハイサイドトランジスタの各々の前記第2の電流通過ノードは、それぞれの接続点ノードにおいて前記ローサイドトランジスタのそれぞれの前記第1の電流通過ノードに結合され、前記複数のドライバ回路の各々は、それぞれの接続点ノードからのそれぞれの電流を前記電気モータのそれぞれの巻線に流すように機能する、ステップと、
前記ハイサイドトランジスタの各々の前記第1の電流通過ノードに結合されたキャパシタを提供するステップと、
前記キャパシタ上のキャパシタ電圧を保持するステップと、
ブレーキ動作モードを識別するために、前記モータ駆動回路に対する電源電圧がしきい値電圧未満であるときを検知するステップと
を含み、前記ブレーキ動作モードの場合、前記方法は、
前記ハイサイドトランジスタをオフ状態に切り替えるステップと、
前記ローサイドトランジスタをオン状態にする信号状態と前記ローサイドトランジスタをオフ状態にする信号状態との間で少なくとも2つの状態遷移を有する少なくとも1つのパルス信号を生成するステップと、
前記ローサイドトランジスタのうちの少なくとも1つのローサイドトランジスタの前記制御ノードに前記少なくとも1つのパルス信号を供給するステップであって、前記少なくとも2つの状態遷移を有する当該少なくとも1つのパルス信号は、前記キャパシタ電圧が、前記少なくとも2つの状態遷移なしに達成される電圧よりも高いブースト電圧に昇圧するような昇圧動作をもたらす、ステップと
をさらに含む、方法。 - 前記電源電圧は、前記モータ駆動回路の外部のDC電源電圧を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ハイサイドトランジスタの各々及び前記ローサイドトランジスタの各々は、Nチャネル電界効果トランジスタ(NFET)である、請求項7に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのパルス信号は、前記少なくとも1つのローサイドトランジスタをオン及びオフに切り替えるように機能する複数のパルスを有する、請求項7に記載の方法。
- 前記電気モータが回転中で前記電源電圧が前記しきい値電圧未満であるときに前記電気モータによって生成される逆起電力、前記電気モータのインダクタンス、スイッチとして機能する前記少なくとも1つのローサイドトランジスタ、前記ハイサイドトランジスタのそれぞれの少なくとも1つの寄生ダイオード、及び前記キャパシタは、まとめて、前記電気モータが回転しているときに前記キャパシタ上に昇圧電圧をもたらす昇圧スイッチングレギュレータ構造を形成する、請求項7から10のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 前記電源電圧が前記しきい値電圧を超えるとき、前記少なくとも1つのパルス信号は、パルスを有しない、請求項10に記載の方法。
- 電気モータを駆動するためのモータ駆動回路であって、
各々がハーフブリッジ構成においてローサイドトランジスタに結合されたハイサイドトランジスタを含む複数のドライバ回路であって、前記ハイサイドトランジスタの各々及び前記ローサイドトランジスタの各々は、それぞれの制御ノード並びにそれぞれの第1及び第2の電流通過ノードを有し、前記ハイサイドトランジスタの各々の前記第2の電流通過ノードは、それぞれの接続点ノードにおいて前記ローサイドトランジスタのそれぞれの前記第1の電流通過ノードに結合され、前記複数のドライバ回路の各々は、それぞれの接続点ノードからのそれぞれの電流を前記電気モータのそれぞれの巻線に流すように機能する、複数のドライバ回路と、
前記ハイサイドトランジスタの各々の前記第1の電流通過ノードに結合された、キャパシタ電圧を保持するように機能する、キャパシタと、
ブレーキ動作モードを識別するために、前記モータ駆動回路に対する電源電圧がしきい値電圧未満であるときを検知するための手段と
を含み、前記ブレーキ動作モードの場合、前記モータ駆動回路は、
前記ハイサイドトランジスタをオフ状態に切り替えるための手段と、
前記ローサイドトランジスタをオン状態にする信号状態と前記ローサイドトランジスタをオフ状態にする信号状態との間で少なくとも2つの状態遷移を有する少なくとも1つのパルス信号を生成するための手段と、
前記ローサイドトランジスタのうちの少なくとも1つのローサイドトランジスタの前記制御ノードに前記少なくとも1つのパルス信号を供給するための手段であって、前記少なくとも2つの状態遷移を有する当該少なくとも1つのパルス信号は、前記キャパシタ電圧が、前記少なくとも2つの状態遷移なしに達成される電圧よりも高いブースト電圧に昇圧するような昇圧動作をもたらす、手段と
をさらに含む、モータ駆動回路。 - 前記電源電圧は、前記モータ駆動回路の外部のDC電源電圧を含む、請求項13に記載のモータ駆動回路。
- 前記ハイサイドトランジスタの各々及び前記ローサイドトランジスタの各々は、Nチャネル電界効果トランジスタ(NFET)である、請求項13に記載のモータ駆動回路。
- 前記少なくとも1つのパルス信号は、前記少なくとも1つのローサイドトランジスタをオン及びオフに切り替えるように機能する複数のパルスを有する、請求項13に記載のモータ駆動回路。
- 前記電気モータが回転中で前記電源電圧が前記しきい値電圧未満であるときに前記電気モータによって生成される逆起電力、前記電気モータのインダクタンス、スイッチとして機能する前記少なくとも1つのローサイドトランジスタ、前記ハイサイドトランジスタのそれぞれの少なくとも1つの寄生ダイオード、及び前記キャパシタは、まとめて、前記電気モータが回転しているときに前記キャパシタ上に昇圧電圧をもたらす昇圧スイッチングレギュレータ構造を形成する、請求項13から16のうちのいずれか1項に記載のモータ駆動回路。
- 前記電源電圧が前記しきい値電圧を超えるとき、前記少なくとも1つのパルス信号は、パルスを有しない、請求項16に記載のモータ駆動回路。
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