JPH06501836A

JPH06501836A - モータコントローラ

Info

Publication number: JPH06501836A
Application number: JP5505395A
Authority: JP
Inventors: ルーフ，リチャード，ウェイン
Original assignee: スクウエアー　ディー　カンパニー
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1994-02-24
Also published as: EP0556379B1; EP0556379A1; ES2094931T3; US5173848A; EP0556379A4; DE69215657T2; WO1993005557A1; DE69215657D1

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】モータコントローラ発明の背景電気的構成要素か過電流状態又は過電圧状態によって破壊されることがあると云うことは電気現象の研究の当初から事実に側して認識されてきており、電気的構成要素の最初の使用以来これらの要素に対する破壊を軽減し又は除去するための種々の予防処置が採られてきた。過電圧状態の１つの原因は、電流の大きさが変化しつつある回路内に誘導作用が現れこの誘導作用による電流の大きさの変化の高速さにある（オーバシュート過電圧）。

本発明のモータコントローラは、モータに供給される電力の量及び周波数を調節するパルス幅変調コントローラである。モータコントローラ及びこのようなパルス幅変調モータコントローラは、また既知である。本発明は、そのコントローラ又はそのモータ内の故障状態を検出し、及びオーバシュート過電圧故障を招くであろうように電流レベルを敏速に変化させようとするのを未然に回避する手段を含む。変動する環境の下で過電圧状態の可能性を減少させることを企図又は実行するいくつかの案か知られている。

このような周知の又は関連した案の態様を記載している発表の中には、次のような特許かある：米国特許第４，５２８，４９４号、ブルーマー（Ｂｌｏｏｍｅｒ）、１９８５年７月９日公布、名称Ｆ逆相制御電カスイツチング回路及び方法（ａＲＥ−ＶＥＲＳＥ−ＰＨＡＳＥ−ＣＯＮＴＲＯＬ　ＰＯ−ＷＥＲＳＷＩＴＣＨＩＮＧ　ＣＩＲＣＵＩＴ　ＡＮＤ　ＭＥＴＨＯＤ）Ｊ・米国特許第４，５４３，５２２号、モｏ　−（Ｍｏ−ｒｅａｕ）、１９８５年９月２４日公布、名称「低ドロップアウト電圧調整器（ａ　ＲＥＧＵＬＡＴＯＲＷＩＴＨＡ　ＬＯＷ　ＤＲＯＰ−ＯＵＴ　ＶＯＬ−ＴＡＧＥ）Ｊ。　米国特許第４，６３９．２１８号、ゴーダ（Ｇａｕ−ｉｉｅ）、１９８７年１月２７日公布、名称［高電圧スイッチングに使用されるパワートランジスタのベース制御用回路（ａ　ＣＩＲＣＵＩＴ　ＦＯＲＣ０ＮＴ−ＲＯＬＬＩＮＧ　ＴＨＥ　ＢＡＳＥ　ＯＦＡ　ＰＯ−ＷＥＲＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＵＳＥＤＩＮ　ＨＩＧＨＴＥＮＳＩＯＮ　５ＷＩＴＣＨＴＮＧ）Ｊ。　米国特許第４．６９７．２１８号、ニコラス（Ｎｉ−ｃｏｌａｓ）、１９８７年９月２９日公布、名称「過電流保護デバイ’ ：Ｚ、（ａｎ　０ＶＥＲＣＵＲＲＥＮＴ　ＰＲＯＴＥＣＴｒＯＮ　ＤＥＶＩＣＥ）Ｊ。

米国特許第４，７７１，３５７号、ローリンチ（Ｌ。

ｒｉｎｃｚ）他、１９８８年９月１３日公布、名称［短絡保護を有する電力ドライバ（ａ　ＰＯＷＥＲＤＲＩＶＥＲＨＡＶＩＮＧ　５ＨＯＲＴ　ＣＩＲ−ＣＵＩＴＰＲＯＴＥＣＴ　ｌ０Ｎ）Ｊ　。

米国特許第４，７９２．７４７号、シュレーダーｊｓｃｈｒｏｅｄｅｒ）、１９８８年１２月２０日公布、５称「低電圧ドロップアウト調整器（ａ　ＬＯＷＥＲＯＬＴＡＧＥ　ＤＲＯＰＯＵＴ　ＲＥＧＵＬＡＴＯＱ）」。

米国特許第４，８２７，３６６号、マクネリー（ＭａＣｎ　ａ　ｌ　ｌ　ｙ　）他、１９８９年５月２日公布、名称「バ・イポーラ電源調整器バイポーラ電源調整器（ａＢＩ−ＰＯＬＡＲＰＯＷＥＲ５ＵＰＰＬＹ　ＲＥ−ＧＵＬＡＴＯＲＢＩ −ＰＯＬＡＲＰＯＷＥＲ５ＵＰＰＬＹ　ＲＥＧＵＬＡＴＯＲ）Ｊ。

米国特許第４．８６４，２１４号、ビリンゲス（Ｂｉｌ　１　ｉｎｇｓ）他、１９８９年９月５日公布、名称「固　。

体パワーコントローラ（ＳＱＬ　ＩＤ　５ＴＡＴＥ　ＰＯＷＥＲＣ０ＮＴＲ０ＬＬＥＲ）Ｊ。

米国特許第４．８９１，７２８号、ブレイス（Ｐｒｅｉｓ）他、１９９０年１月２日公布、名称「スイッチモード電源デバイス内のスイッチオン電流を制限しかつ過電圧保護を施す回路構成（ａ　ＣＩＲＣＵＩＴ　ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴ　ＦＯＲＬＩＭＩＴＩＮＧ　ＴＨＥＳＷＩＴＣＨ−ＯＮ　ＣＵＲＲＥＮＴ　ＡＮＤＦＯＲＰＲＯＶＩＤＩＮＧ　ＡＮ　０ＶＥＲＶＯＬＴＡＣ；Ｅ　ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ　ＩＮ　５ＷＩＴＣＨＭＯＤＥ　ＰＯＷＥＲ５ＵＰＰＬＹ　ＤＥＶＩＣＥＳ）Ｊ。

富士電機製造株式会社は、本願の提出より１年以上前からモデル番号ＥＸＢ−７２１１ＧＢＴの下に保護デバイスを一般市場に投入していると信じられる。

本発明のモータコントローラは、このモータコントローラが経験した潜在的故障状態の全範囲にわたり信頼性を以て機能すると信じられる。

発明の要約本発明のモータコントローラは、電力母線、絶縁ゲートバイポーラパワートランジスタ、及び制御回路を含む。

直流電力母線は、制御されるモータへ及びこれから導通される電流のソース及びシンクを提供する。絶縁ゲートバイポーラパワートランジスタは、このモータへ及びこれからのトランジスタ電流を選択的に導通ずる。この制御回路は、中でも、その絶縁ゲートバイポーラパワートランジスタのパワーゲートタイミング及びこのパワートランジスタか導通する様式を決定し、並びにこのモータへ及びこれからのトランジスタ電流の導通を停止させる。

この制御回路は、このパワートランジスタへターンオン電圧及びターンオフ電圧を選択的に供給するバイアス手段、このパワートランジスタに導通を緩慢に停止させるためにこのパワートランジスタのパワーゲートにそのバイアス手段ターンオフ電圧を接続する緩速分離手段、この緩速分離手段をバイパスする高速モード回路を通してこのパワーゲートにこのバイアス手段ターンオフ電圧を選択的に導通ずるスイッチ可能導通手段、及びこのパワートランジスタが正規レベルでトランジスタ電流を導通しているかどうかセンシングシし、かつもしこのトランジスタ電流が正規レベルであるならばこのスイッチ可能導通手段にこの高速モード回路を通してこのパワーゲートをターンオフさせるセンシン選択手段を備える。図面の簡単な説明第１図は、本モータコントローラ発明のモータコントローラのブロッ線図である。

第２図は、第１図に図解されたモータコントローラの、単一パワーボールを示す部分の概略回路図である。

第３図は、第２図に示されたパワーボールの部分、及び第１図に示された制御回路を含む概略回路図である。

図面の簡単な説明第１図は、制御されるモータ（１２）に接続された本発明の三相モータコントローラ（１０）のブロック線図である。コントローラ（ｌＯ）は、整流器（１６）へ達する三相交流供給の各脚に対する保護ヒユーズ（１４）を含む。ヒユーズ（１４）と整流器（１６）との間の交゛流リード（１８）は、従来の様式でコントローラ（ｌＯ）の他の部分へ電力を供給する。整流器（１６）は交流供給を直流供給に変換し、後者は正母線（２０）と負母線（２２）を有する電力母線に供給される。補助直流正母線リード（２４）及び補助直流負母線リード（２６）は、モータコントローラ（１０）の補助機能への直流母線電力を提供する。正及び負母線（２０，２２）は、モータコントローラ（１０）内の電力スイッチング回路（２８）に電力を供給する。電力スイッチング回路（２８）は、第２図に概略的に図解された３つのパワーボール（３０）を含む。各パワーボール（３ｏ）は、１対のパワートランジスタ（３２，３４）を含み、これらのトランジスタは、好適には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。パワートランジスタ（３２）は、相り一ド（３６）に接続されたそのパワーコレクタを有する。

絶縁ゲートバイポーラパワートランジスタ（３４）は、相ＩＪ−ド（３６）に接続されたそのパワーコレクタ（３７）、及び負母線（２２）に接続されたそのパワーエミッタ（３９）を有する。残りの２つのにパワーボールは、同様に、母線（２０，２２）及び相リード（３８，４０）に接続されている。１つのパワーポール内の１対のパワートランジスタ（３２，３４）の１つは、母線（２（］）に接続されたそのコレクタ、及び１つの相リード（３８，４０）に接続されたそのエミッタを有する。この１対のパワートランジスタの他の１つは、同じ相り一ドに接続されたそのコレクタ、及び母線（２２）に接続されたそのエミッタを存する。直流母線クランプコンデンサ（４２）は、もしモータ（１２）が再生段に入るならば、その母線電圧をクランプするために整流器（１６）とπカスイツチング回路（２８）との間に挿入されている。制御回路（４４）は、いつパワーボール（３０）か個々のパワートランジスタ（３２，３４）を通してモータ（１２）へ及びこれから電流を導通させるかを決定する信号を提供し、他方、コントローラ（１０）を状態の広い範囲の下にオーバシュート過電圧及び他の過電圧から保護する。パワートランジスタ（３２，３４）のどれのバワーゲ−１〜（４６）に送られるゲート信号のタイミングも、いつ１つのパワートランジスタによって導通されたトランジスタ電流がモータ（１２）のパルス幅変調を成功裡に達成する様式でこのモータへ及び、：れから導通されるかを決定する。モータ制御のパルス幅変調方法は、周知である（例えば、本明細書によって参考試料として組み込まれた電気工学用スタンダードハンドブック、フィンク、ドナルド・６編、マクグロウーヒル社、１９７８　（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｈａｎｄｂｏｏｋｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ。

Ｅｄｉ−ｔｏｒ−Ｆｉｎｋ、Ｄｏｎａｌｄ　Ｇ、、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ−１９７８）ｏ　しかしながら、一般に、従来周知の案は、同じ状態の下でモータコントローラの出力をオーバシュート過電圧から保護する能力に欠ける。

第３図は、本発明のオーバシュート過電圧保護室を図解するために、第１図及び第２図に示された構成要素を組み合わせている。パワーボール（３ｏ）のパワートランジスタ（３４）が示されており、その技術における習熟者にこの保護室を理解させるにはこれで充分である。

制御回路（４４）は、約１５ボルトの正及び負信号母線（４８，５０）を含む。

正信号母線（４８）に接続された正ドライバトランジスタ（５４）及び負信号母線（５０）に接続された負ドライバトランジスタ（５６）を含む光学的に分離されたゲートドライバ（５２）は、パワーゲート（４６）に供給されるパワーゲートターンオン及びターンオフ電圧のソースである。各ドライバトランジスタ（５４，４６）は、種々のアルゴリズム及びセンスされた状態に応してその光学ゲート信号に応答する。

ゲートドライバ（５２）は、東芝ＴＦ１２０６によって提供されるような統合化パッケージでよい。もし正ドライバトランジスタ（５４）かゲーテッドオンならば、ターンオン電圧は高速ダイオード（５８）及び高速抵抗器（６０）を通して敏速に導通させられる。高速抵抗器（６０）の抵抗値は、約１６Ωであり、かつパワートランジスタ（３２，３４）の導通状態と不導通状態との間の高速遷移を起こすように選択されなければならない。

高速ダイオード（５８）及び高速抵抗器（６０）は、−緒に、前記パワートランジスタ（３２，３４）がトランジスタ電流の導通を敏速に開始するように前記バイアス手段ターンオン電圧を前記パワーゲートに接続するための高速導通手段として働く。高速ダイオード（５８）は、スイッチング電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（６２）によってソース（６４）とドレイン（６６）を介して分流される。緩速抵抗器（６８）は、また、スイッチング電界効果トランジスタ（６２）及び高速ダイオード（５８）と分流関係にある。緩速抵抗器（６８）に対する約４７Ωの値は、１５ｋＷ及び３０ｋＷ枠のモータに対する誘導電圧オーバシュートを回避するために、パワートランジスタ（３２，３４）の導通状態からその不導通状態への遷移を充分に緩慢にするのに適当である。緩速抵抗器（６８）は、もしスイッチング電界効果トランジスタ（６２）かその不導通ならばパワートランジスタ（３２，３４）の導通状態から不導通状態への比較的緩慢な遷移を起こさせるようにターンフ電圧をパワーゲート（４６）へ導通ずるための緩速分離手段として働く。緩速抵抗器（６８）は、スイッチング電界効果トランジスタ（６２）か導通しない限り、ターンオフ電圧に対する負ドライバトランジスタ（５６）とパワーゲート（４６）と間の導通路内に常にある。先に説明されたように、パワートランジスタ（３２，３４）がそのターンオン電圧によってゲーテッドオンされるに従い、コレクタ（３７）電圧は、数ボルトに電圧降下する。センシングトランジスタ（７０）は、コレクタ（３７）電圧が数ボルトの範囲に留まっている限りセンシングダイオード（７２）を通してスイッチオンされ、かつスイッチング電界効果トランジスタ（６２）が緩速抵抗器（６８）をバイパスしてターンオフ電圧を導通ずるように、ターンオフ電圧か存在するとき正電圧を１５Ｖツエナーダイオード（７６）を通してスイッチングゲート（７４）に印加する。もしトランジスタ（３２，３４）を通るそのトランジスタ電流か飽和から脱出するならば、コレクタ（３７）ＩＥ圧か上昇する。一連のセンシングダイオード（７２）がコレクタ（３７）！圧の上昇で以て逆バイアスされるようになると、センシングトランジスタ（７０）はスイッチオフされ、かつスイッチング電界効果トランジスタ（６２）はコレクタ（３７）電圧の上昇で以て逆バイアスされ、センシングトランジスタ（７０）がスイッチオフされかつスイッチング電界効果トランジスタ（６２）もまた導通を停止する。スイッチング電界効果トランジスタ（６２）はもはや緩速抵抗器（６８）を分流しないから、ターンオフ電圧は両抵抗器（６８，６０）を通して印加されて、トランジスタ（３２，３４）のその導通状態から不導通状態への比較的緩慢な遷移を起こし、トランジスタ電流の過電流値によるオーバーシュート過電圧を回避する。センシングトランジスタ（７０）は、関連するセンシングダイオード（７２）と共に、パワートランジスタ（３２，３４）が正規レベルでトランジスタ電流を導通しているかどうかセンシングし、かつもしそのトランジスタ電流が正規レベルにあるならばパワートランジスタ（３２，３４）が導通を敏速に停止するようにスイッチング電界効果トランジスタ（６２）にこのトランジスタ（６２）及び高速抵抗器（６０）を含む高速モード回路を通してバイアス手段ターンオフ電圧をパワーゲート（４６）に接続させるセンシングセレクタ手段として働く。他の固定センシングスイッチをセンシングトランジスタ（７０）の代わりに使用することもできる。センシングトランジスタ（７０）がスイッチオフされる前にパワートランジスタ（３２，３４）が飽和から脱出することのできる程度を、センシングダイオード（７２）の数によって変動させることができる。

この技術における習熟者か容易に理解するように、本発明の素子の成るものは交換可能であり、本発明の性能に悪影響を及ぼすことなく、例えば、統合化して示されているものを離散させることもでき又は離散されているものを統合化することもできる。

上述の説明から、本発明の教示に反することなく本発明のモータコントローラに修正を施すことができることは明白である。また、本発明はいくつかの利点を有し、それらの成るものは上に説明されており、それらの他のものは本発明に固有である。したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によって必要とさる所に従ってのみ限定される。

Claims

【特許請求の範囲】

１．モータコントローラであって、ａ）前記モータヘ導通される電流のソースを提供する直流電力母線と、ｂ）トランジスタ電流を前記モータヘ導通させるか又は前記モータから導通させるかいずれかするために、トランジスタ電流を選択的に導通する絶縁ゲートバイポーラバワートランジスタであって、前記トランジスタはパワーゲートと、パワーエミッタ端子と、前記母線と前記モータとに動作的に接続されたパワーコレクタ端子とを有する前記パワートランジスタと、ｃ）制御回路であって、１）前記パワートランジスタヘターンオン電圧とターンオフ電圧とを選択的に供給するバイアス手段と、２）前記パワートランジスタに導通を緩慢に停止させるために前記パワートランジスタに前記バイアス手段ターンオフ電圧を接続する緩速分離手段と、３）前記緩速分離手段をバイパスするスイッチ可能高速モード回路と、４）前記緩速分離手段をバイパスして前記高速モード回路を通して前記バイアス手段ターンオフ電圧を前記パワーゲートに選択的に接続するスイッチ可能導通手段と、５）前記パワートランジスタが正規レベルでトランジスタ電流を導通しているかどうかセンシングし、かつもし前記トランジスタ電流が正規レベルにあるならば前記パワートランジスタが導通を敏速に停止するように前記スイッチ可能導通手段に前記高速モード回路を通して前記パワーゲートに前記バイアス手段ターンオフ電圧を接続させるセンシング選択手段と、を備える前記制御回路と、を含むモータコントローラ。
２．請求項１記載のモータコントローラにおいて、前記制御回路は前記パワートランジスタがトランジスタ電流を敏速に開始するように前記パワーゲートに前記バイアス手段ターンオン電圧を接続する高速導通手段をさらに備えるモータコントローラ。
３．請求項１記載のモータコントローラにおいて、前記緩速分離手段は、前記スイッチ可能導通手段が前記バイアス手段を前記高速モード回路を通して前記パワーゲートに接続させるときに起こる前記パワートランジスタの導通の停止の速度から約１５の率だけ前記パワートランジスタの導通の停止を緩慢にするに充分な値の緩速抵抗器である、モータコントローラ。
４．請求項２記載のモータコントローラにおいて、前記スイッチ可能導通手段は前記緩速分離手段と実質的に並列な電界効果トランジスタであり、かつ前記スイッチ可能導通手段は高速導通手段を備える、モータコントローラ。
５．請求項４記載のモータコントローラにおいて、前記高速導通手段は前記ターンオフ電圧によって順バイアスされたダイオードである、モータコントローラ。
６．請求項１記載のモータコントローラにおいて、前記センシング選択手段は前記パワートランジスタの１つの端子と、前記スイッチ可能導通手段を活性化することのできるソースとに動作的に接続された固体センシングスイッチを備え、前記センシング選択手段は、前記パワートランジスタが導通状態にありかつトランジスタ電流の故障レベルによって飽和状態から追い出されないならば、活性化される、モータコントローラ。
７．請求項６項記載のモータコントローラにおいて、前記固体センシングスイッチは複数のセンシングダイオードを通して前記パワートランジスタに接続されたセンシングトランジスタであり、前記センシングダイオードの数は前記スイッチ可能導通手段が不活性化される前に前記パワートランジスタが飽和状態から脱出することのできる程度を決定する、モータコントローラ。
８．請求項１記載のモータコントローラにおいて、前記バイアス手段は、互いに反対極性の信号レベル母線間にプシュプル配置において動作的に接続された１対の互いに反対極性のトランジスタを備える、モータコントローラ。