JPH0386094A - ３相ｙ結線ｄｃブラシレスモータ駆動用ドライバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、３相Ｙ結線Ｄ（１，ブラシレスモータ駆動用
ドライバに関するものである。

（従来の技術） モータ等の負荷を駆動するように半導体スイッチング素
子としてパワートランジスタをブリッジ接続し、その各
パワートランジスタに通電制御のための駆動信号を供給
して負荷をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御により駆動する
ようにした構成の駆動用ドライバは、例えば特開昭６１
−２２７６２号公報により知られている。

このものでは、上記のようなパワートランジスタと、Ｐ
ＷＭ制御手段とを備えると共に、更に、過電流保護のた
め、動作用の直流電源に直列に接続された電流検出用抵
抗と、該抵抗に並列接続したフォトカブラ発光回路と、
フォトカブラ受光側に直列に接続した出力電流を分流す
る分流回路とサイリスタのゲート回路の並列回路とを使
用し、所定電流値以上の電流の検出時に該サイリスタの
出力によりパワートランジスタをオフするような構成を
採っており、かかる構成により、動作用電源からドライ
バに過電流が流れた場合に生ずるパワートランジスタの
破壊を防ぎ、もって信頼性の向上を図ることができる。

（発明が解決しようとする課題） 上記した構成のものは、大電流に対し、−時的に回路を
遮断しドライバ内のスイッチング素子を保護することに
適するが、この種の負荷駆動用ドライバでは、入力に高
い電圧が加わるおそれもあることから、正常な動作を維
持し、確保する上からは、そのような過電圧に対する保
護も重要である。

更に、駆動用のパワートランジスタとして、絶縁層に酸
化シリコンを用いた金属−酸化シリコン・半導体（ＭＯ
Ｓ）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用するとき
、特にその必要性は大きくなる。

すなわち、ＦＥＴは、極めて高い入力インピーダンスを
有し、雑音が少ない等から各種用途に広く応用し得る回
路素子で、増幅回路、スイッチング回路等はその応用例
の一部であり、従って、上記負荷駆動用ドライバの半導
体スイッチング素子として用いることができるところ、
ゲート（Ｇ）電極は酸化膜によって絶縁されているため
電気絶縁性が良く、その結果、静電気などにより高い電
圧が加わり易く、許容値を超える電圧で破壊し、しかも
、−度の過電圧で回復不能となる。具体的には、ゲート
酸化膜が破壊され、ゲート電極と基板、あるいはソース
（Ｓ）　　ドレイン（Ｄ）領域とが短絡し、ＭＯＳトラ
ンジスタが動作できなくなってしまう。

従って、過電圧に対する入力保護対策は特に重要である
ことになる。

第４図に示す如く、パワーＭＯ８ＦＥＴのゲート入力保
護としては、例えばゲートソース間電圧がＶＯ８Ｍ＾Ｘ
＝±２０Ｖを満足するような、ツェナーダイオードを用
いてこれで吸収するようにすれば、上述のような静電気
やその他の誤って加えられる過電圧からの保護を講じる
ことができる。

すなわち、ＦＥＴは、同図に示すように、そのドレイン
が抵抗Ｒ１を介して動作電源ラインに接続されると共に
、ソースが接地され、また、ゲートには抵抗Ｒ２を通し
て入力信号が供給され、該信号に応じて電流Ｉｔ、が制
御されるようになっているが、かような構成において、
上記ゲート−ソース間に保護用のツェナーダイオードＺ
Ｄが接続されて入力保護回路が付加されている。

図示例の場合には、このようなツェナーダイオードＺＤ
を設けることにより、正常な動作電圧範囲では電流を流
さず、異常電圧に対してはゲートの破壊電圧よりも十分
に低い電圧で電流を流してこれをクランプし、過電圧保
護を図ることができる。

上記のようにして、過電圧保護は、ツェナーダイオード
ＺＤを用いてこれを実現することができるが、通常動作
においてかかる保護用ツェナーダイオードＺＤに順バイ
アスがかかるような動作態様の回路構成のものに用いよ
うとするときには、なお不十分な面もある。すなわち、
上記ゲート入力保護方式のものを、スイッチング素子と
してパワーＭＯＳＦＥＴを用いて前掲公報のような３相
インバ一タ式のブリッジ型の駆動用ドライバ内のため保
護回路として適用した場合、負荷となるモータ如何によ
っては、正常な作動時においてもその保護用ツェナーダ
イオードに順バイアスがかかる状態が生じ、その結果、
保護用ツェナーダイオードに順バイアスが印加されたと
き、入力波形の乱れ、あるいはそのツェナーダイオード
自体の破壊を招くこともある。

本発明の目的は、負荷として３相Ｙ結線されたＤＣブラ
シレスモータを対象とし、かつこれをパワーＭＯＳ　Ｆ
　ＥＴをブリッジ型に接続して駆動するドライバにおい
て、保護用ツェナーダイオードにより過電圧に対するゲ
ート入力保護が行えると同時に、更に入力波形の乱れや
その保護用ツェナーダイオードの破壊をも防止し得る改
良された保護回路を有する３相Ｙ結線ＤＣブラシレスモ
ータ駆動用ドライバを提供することにある。

（ｔｌ１題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔの通電制御により３相Ｙ結線されたＤＣブラシレスモ
ータを駆動するように該パワーＭＯ５ＦＥＴをブリッジ
接続したブリッジ回路と、該ブリッジを構成する各パワ
ーＭＯ８ＦＥＴのゲートに駆動信号を印加する駆動信号
供給手段とを備える３相Ｙ結線ＤＣブラシレスモータ駆
動用ドライバであって、前記パワーＭＯＳ　Ｆ　ＥＴに
おけるゲート端子と、通電制御されるソース端子との間
に、入力保護用のツェナーダイオードを設けると共に、
該ツェナーダイオードと直列にかつ該ツェナーダイオー
ドと逆極性にダイオードを接続して成る保護回路を有す
るようにしたものである。

（作用） 保護用ツェナーダイオードによって過電圧からの保護が
図れる一方、駆動信号入力に基づくドライバによる３相
Ｙ結線ＤＣブラシレスモータの通常作動時において、た
とえ保護用ツェナーダイオードに順バイアスが印加され
るようなモードの駆動状態になった時でも、ゲート保護
回路中のツェナーダイオードと直列に押入された逆極性
にダイオードにより、該ツェナーダイオードが順方向に
導通するようなことはなく、ゲート側に影響されず、信
号の乱れや破壊は回避される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、３相Ｙ結線さ
れたブラシレスＤＣモータの駆動に適用した場合の構成
図である。

本実施例回路では、モータ駆動用ドライバは、半導体ス
イッチング素子としてのエンハンスメント型ｎチャンネ
ルパワーＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ　ｐＨ，ＰＩ２゜Ｒ２１，Ｒ
２２，Ｐ：ｕ、Ｒ３２をブリッジ型にて使用している。

ＦＥＴにおいて、エンハンスメントタイプのものは、Ｖ
ｃｓ電圧とドレイン電流の相互特性がゲート電圧の正の
領域にあるＦＥＴであって、前記エンハンスメント型ｎ
チャンネルパワーＭＯＳＦＥＴＰ＋＋〜Ｐ１２のそれぞ
れのゲートには、図示の如く抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２
１，Ｒ２２，Ｒｚｔ、　Ｒ１２が接続され、各抵抗Ｒｕ
〜Ｒ３２を介してゲート波形発生ロジック１０からＦＥ
ＴＰｌ＋−Ｒｚｔの通電制御のための駆動信号が入力さ
れるようになっていると共に、Ｆ　ＥＴ　ｐＨ，Ｒ２１
，Ｐ：１１の各ドレインがそれぞれ直流電源ＶＣＣライ
ン接続され、またＦＥＴＰＩ２．Ｒ２２，Ｒ３２の各ソ
ースがそれぞれ接地されている。

更に、ＦＥＴＰ＋ｔのソースとＦ　ＥＴ　ＰＩ２のドレ
インとの接続点と、ＦＥＴＲ２１のソースとＦＥＴＲ２
２のドレインとの接続点と、ＦＥＴＰ：１１のソースと
ＦＥＴＰ３Ｚのドレインとの接続点とにＤＣブラシレス
モータ４０が接続されている。

ＤＣブラシレスモータは、一般直流モータの刷子と整流
子に代わって半導体スイッチング素子により整流を行う
ことができるものであって、前記ＤＣブラシレスモータ
４０では、３相Ｙ結線のモータ巻線４１，４２．４３を
有すると共に、ロータの回転位置を検出する手段として
のホール素子４４．４５．４６を備え、ホール素子４４
，４．５゜４６の検出出力がゲート波形発生ロジックＩ
Ｏに供給され、モータ駆動用ドライバによりＤＣブラシ
レスモータ４０の駆動が行われる。すなわち、各相ノモ
ータ巻Ｊ＄４１　、４２．４３４；Ｊ：ＦＥＴＰｔ＋〜
Ｐ３２により励磁制御され、これらのＦＥＴＰＩＩ〜Ｐ
３２が順次通電制御されることによって各相のモータ巻
線４１，４２．４３が順次切り換え励磁され、所定回転
力向に駆動される。

通電制御は、例えば、ゲート波形発生ロジック１０から
所望のパルス幅の信号を出力してパルス幅変調制御、す
なわちＯＮ、ＯＦＦの周波数は一定にしてその時間幅の
比を可変にすることにより行うことができる。相順は、
具体的には、次の順、すなわちＦ　ＥＴ　ｐＨ，Ｒ２２
のゲート端子に高レベルの信号を印加してこれらをＯＮ
させ、直流電源Ｖｃｃからモータ巻線４１．中点○、モ
ータ巻線４２の向きに電流を流すようにし、以下同じよ
うにして、順に、Ｆ　ＥＴ　Ｒ２１，Ｒ３２をＯＮさせ
てモータ巻線４２．４３に電流を流しく図中の矢印参照
）、更にＦ　ＥＴ　Ｒ３１，Ｒ１２をＯＮさせてモータ
巻線４３゜４１に電流を流すことによって、ロータをこ
の相順に相当する向きで回転駆動することができ、上記
構成回路は３相インバータ（直流電力を交流電力に変換
する電力装置）として動作する。

また、供給する電流量は、Ｆ　ＥＴ　Ｐｌ＋〜Ｐａ２の
ゲートに加える信号のＯＮ１０　Ｆ　Ｆデユーティを変
えることによって生ずるソース−ドレイン間通電電流量
の変化を利用してコントロールすることもできる。

上記のような３相Ｙ結線されたブラシレスモータ４０の
駆動方式において、更に、モータ駆動用ドライバ内の保
護回路として、使用ＦＥＴのゲートに印加される信号の
保護のために、ツェナーダイオード及びダイオードを使
用する。第２図にその基本構成を併せて示すように、該
保護回路は、駆動信号が抵抗Ｒを通して入力されるパワ
ーＭＯＳＦＥＴＰのゲート端子と、ソース端子との間に
、既述した保護用ツェナーダイオードＺＤを設けると共
に、該ツェナーダイオードＺＤと直列にかっ該ツェナー
ダイオードＺＤと逆極性にダイオードＤを接続して成る
ものである。第１図中において、保護用ツェナーダイオ
ードを示す参照符号ＺＤ、及びそれに直列に押入された
ダイオードを示す参照符号りのそれぞれについて付した
添字１１，１２゜２１．２２，３１．３２は、それらが
ＦＥＴＰ１ｔ〜Ｐ３２用のものであることを表わしてい
る。

上記構成の保護回路を有する駆動用ドライバは、これを
３相Ｙ結線ＤＣブラシレスモータ４０駆動用のものとし
て使う場合であっても、入力波形の乱れやその保護ｍツ
ェナーダイオードの破壊といった不具合を解消すること
ができる。

以下、これについて、比較例として示す第３図をも参照
して説明するに、今、第１図示構成の回路において、先
にも触れたように、例えば６個のＦ　ＥＴ　Ｐ１＋〜Ｐ
３２のうちＦＥＴＰ２１及びＰ３２がＯＮＬ、ているタ
イミング、すなわちそれらの各ゲートに信号が印加され
てＯＮＬでいる状態にあるとすると、この時、負荷であ
るＤＣブラシレスモータ４０に対し矢印のように電流が
流れることになる。すなわち、直流電源ＶＣＣ３Ｆ　Ｅ
　Ｔ　Ｐ　２ｘ＝＞巻線４２：３中点０づ巻線４３−＞
Ｆ　ＥＴ　Ｐ３２＃接地という経路でモータ電流が流れ
る。このようにして電流が流れると、モータ巻線の中点
ＯがＶｃｃ／２の電位を持ち、ここで例えばＦεＴＰＩ
Ｉに着目すると、そのゲート−ソース間は逆バイアスに
なってしまう。その結果、もし、第３図のように保護用
ツェナーダイオードＺＤＩＩのみでダイオードＤ目が存
在しないと、抵抗Ｒ１１を介すだけの短絡となって上述
したような不具合は避けられないことになる。

すなわち、第３図に示す如く、ツェナーダイオードＺＤ
のみの保護方法の場合にあっては、過電圧に対する保護
は行えるものの、３相Ｙ結線ＤＣブラシレスモータ４０
に適用すると、上述したような通常の駆動制御における
成るモード（状１１ｉｉｌ）ではツェナーダイオードＺ
Ｄ１１に順バイアスがかかり、入力波形の乱れ、あるい
はそのツェナーダイオードＺＤＩ＋の破壊を招くのに対
し、第１図の構成においては、ダイオードＤ１１によっ
てこれを防止することもできる。

従って、３相Ｙ結線ＤＣブラシレスモータ４０の場合で
あっても、保護回路中の保護用ツェナーダイオードＺＤ
によって過電圧からの保護が図れるのみならず、その保
護用ツェナーダイオードＺＤに順バイアスが印加される
ような状態のときも、保護用ツェナーダイオードＺＤと
直列な上記保護回路中のダイオードＤによりゲート側に
影響されず、信号の乱れ及び破壊をなくすことができる
。

上記第１図の保護回路を有する駆動用ドライバによるＤ
Ｃブラシレスモータ４０の具体的な適用用途としては、
例えば特開昭６３−１８０５６６号公報に示されている
ような電動パワーステアリングシステム装置でのステア
リングアシスト力用のものを挙げることができる。この
場合は、上記直流電源Ｖｃｃは、車載バッテリから得る
ことになるので、第１図のドライバはバッテリ駆動され
るモータ駆動用ドライバとして構成できる。

電動パワーステアリングシステムは、特に高い信頼性を
確保することが重要であるが、既述のようにＤＣブラシ
レスモータは、刷子及び整流子に起因する故障を排除で
きるので、しかも、上述のようなエンハンスメント型ｎ
チャンネルパワーＭ０３ＦＥＴをブリッジ型にて使用し
た場合のゲート入力保護回路により更に保護の向上をも
図ることができるので、かかる用途に適する。

なお、本発明は特定の実施例について説明したが、これ
に限定されるものではなく、種々の変形等が可能である
。

（発明の効果） 本発明によれば、パワーＭＯＳ　Ｆ　ＥＴの通電制御に
より３相Ｙ結線されたＤＣブラシレスモータを駆動する
ように該パワーＭＯＳＦＥＴをブリッジ接続したブリッ
ジ回路と、該ブリッジを構成する各パワーＭＯＳ　Ｆ　
ＥＴのゲートに駆動信号を印加する駆動信号供給手段と
を備える３相Ｙ結線ＤＣブラシレスモータ駆動用ドライ
バであって、前記パワーＭＯ８ＦＥＴにおけるゲート端
子と、通電制御されるソース端子との間に、入力保護用
のツェナーダイオードを設けると共に、該ツェナーダイ
オードと直列にかつ該ツェナーダイオードと逆極性にダ
イオードを接続して成る保護回路を有するようにしたも
のであるから、パワーＭＯ３Ｆ４゜ ＥＴをスイッチング素子としてブリッジ型に使用して３
相Ｙ結線されたＤＣブラシレスモータを駆動する場合で
も、保護用ツェナーダイオードにより過電圧に対するゲ
ート入力保護が行えると同時に、３相Ｙ結線ブラシレス
モータの通常作動時において保護用ツェナーダイオード
に順バイアスが印加されるような正常駆動状態でも、上
記逆極性のダイオードによって入力波形の乱れやその保
護用ツェナーダイオードの破壊をも防止し得、信頼性を
高めることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るＤＣブラシレスモータ
駆動用ドライバの構成を示す回路図、第２図はそのドラ
イバ内の保護回路の基本構成の説明の供する図、第３図
は比較例として示すＤＣブラシレスモータ駆動用ドライ
バの構成図、第４図はパワーＭＯＳ　Ｆ　ＥＴのゲート
入力保護の説明の供する図である。 １０・・・ゲート波形発生ロジック、４０・・・ＤＣブ
ラシレスモータ、Ｐ＋Ｐ１１〜Ｐ３２・・・エンハンス
メント型ｎチャンネルパワーＭＯ８ＦＥＴ、ＺＤ。 ＺＤ＋ｔ−−ＺＤ３２・・・ツェナーダイオード、Ｄ、
Ｄ１１〜Ｄ３Ｚ・・・ダイオード、Ｒ，Ｒｔｔ〜Ｒ３Ｚ
・・・抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、パワーＭＯＳＦＥＴの通電制御により３相Ｙ結線さ
   れたＤＣブラシレスモータを駆動するように該パワーＭ
   ＯＳＦＥＴをブリッジ接続したブリッジ回路と、該ブリ
   ッジを構成する各パワーＭＯＳＦＥＴのゲートに駆動信
   号を印加する駆動信号供給手段とを備える３相Ｙ結線Ｄ
   Ｃブラシレスモータ駆動用ドライバであって、前記パワ
   ーＭＯＳＦＥＴにおけるゲート端子と、通電制御される
   ソース端子との間に、入力保護用のツェナーダイオード
   を設けると共に、該ツェナーダイオードと直列にかつ該
   ツェナーダイオードと逆極性にダイオードを接続して成
   る保護回路を有することを特徴とする３相Ｙ結線ＤＣブ
   ラシレスモータ駆動用ドライバ。