KR20150087114A

KR20150087114A - 반도체 디바이스 및 구동 장치

Info

Publication number: KR20150087114A
Application number: KR1020150007488A
Authority: KR
Inventors: 유스께 야스다
Original assignee: 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2015-07-29
Also published as: CN104796046A; JP2015136272A; US20150207445A1; EP2896533A1

Abstract

동기 제네레이터와 페어로 되지 않고 1개의 동기 모터를 구동원으로 하는 구동계에 대해 그 동기 모터의 회전 각도 검출을 위한 아날로그 각도 데이터 컨버터가 고장나도 긴급 피난적으로 동기 모터의 구동을 계속 가능하게 한다. 동기 모터의 회전 각도 센서로부터 출력되는 아날로그 감지 신호를 디지털 각도 데이터로 변환하는 아날로그 각도 데이터 컨버터 외에, 아날로그 디지털 컨버터에 의해 생성되는 디지털 데이터를 디지털 각도 데이터로 변환하는 디지털 각도 데이터 컨버터를 설치한다. 아날로그 각도 데이터 컨버터가 고장난 경우에는, 동기 모터의 모터 구동 제어 신호를 생성하는 구동 회로의 제어에 사용하는 디지털 회전 각도 데이터를, 아날로그 각도 데이터 컨버터에 의해 생성된 데이터로부터, 아날로그 디지털 컨버터에 의한 아날로그 감지 신호의 변환 결과 데이터를 디지털 각도 데이터 컨버터에 의해 변환하여 생성된 데이터로 전환한다.

Description

반도체 디바이스 및 구동 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE AND DRIVING APPARATUS}

본 발명은 모터 제어용의 반도체 디바이스 및 이를 사용한 구동 장치, 특히 그 모터 제어 기능의 고장을 복구하는 기술에 관한 것으로, 예를 들어, 브레이크의 유압 모터나 전동 스티어링의 모터 등, 고장시에 긴급 피난적으로 제어를 유지하는 것이 요구되는 차량 탑재 제품 등에 적용하기에 유효한 기술에 관한 것이다.

차량의 전자 제어화에 수반하고, 또한 전기 자동차(EV)나 하이브리드 자동차(HEV)의 등장에 의해, 차량 탑재의 모터 제어에 대한 기능 안전성, 동작 계속성에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히, 모터를 자동차의 구동계에 사용하고 있는 것에서는, 제어 장치에 이상이 발생하기 전에 통지를 행하여, 사고를 미연에 방지하는 것이나, 이상이 발생해도 동작을 계속해서, 수리 공장까지의 이동을 가능하게 한다고 하는, 페일 세이프티(FAIL SAFETY)에 대한 요구가 높아지고 있다. 이와 같이 페일 세이프티에의 대응에 대해 개시하는 것으로서 예를 들어 특허문헌 1이 있다.

특허문헌 1에 기재된 기술은, 주행 구동용의 동기 모터의 고정 권선의 전류 신호와 회전 각도 센서로부터의 감지 출력에 기초하여 동기 모터의 회전 구동 제어와 회생 제어를 행하는 제1 제어부와, 동기 제네레이터의 고정 권선의 전류 신호와 동기 제네레이터의 회전 각도 센서로부터의 감지 출력에 기초하여 동기 제네레이터의 발전 제어를 행하는 제2 제어부의 양쪽을 구비한 구성을 전제로 하고, 어느 한쪽의 고장을 다른 쪽의 구성으로 대체하는 것이다. 동기 모터를 제어하는 제1 제어부와 동기 제네레이터를 제어하는 제2 제어부가 행하는 제어는 본질적으로 동등한 제어이기 때문에, 한쪽에서 다른 쪽의 일부 또는 전부를 대체할 수 있고, 예를 들어, 동기 모터를 제어하는 제어 회로의 이상에 의해 동기 모터의 구동이 불가능해져도, 동기 제네레이터를 제어하는 제어 회로의 일부 또는 전부를 사용해서 당해 동기 모터의 구동 제어를 긴급 피난적으로 유지하는 것이 가능해진다.

일본 특허 공개 제2011-234517호 공보

상기 특허문헌 1의 기술은, 모터의 구동 및 회생 제어와 제네레이터의 발전 제어와 같이 본질적으로 동등한 제어부를 요하게 되는 양쪽의 제어부를 사용하는 것을 전제로 한다. 즉, 모터 제어용의 마이크로 컴퓨터와 발전기 제어용의 마이크로 컴퓨터를 근방에 배치함으로써, 동기 모터를 구동 제어하는 마이크로 컴퓨터의 일부에 사용 불가능한 고장이 검출되었을 때는, 발전기 제어용의 마이크로 컴퓨터가 상기 구동 제어에 있어서의 사용 불가능한 고장에 관한 제어를 대체한다. 따라서, 브레이크의 유압 모터나 전동 스티어링의 구동 모터와 같이 제네레이터와의 페어로 구성되는 일이 없는 구동계에 대해서는 주행 구동계와는 동일한 방법으로 그 제어계의 고장을 복구할 수는 없다. 요컨대, 동기 제네레이터와 페어로 되는 일 없이 1개의 동기 모터를 구동원으로 하는 구동계에 대해 특허문헌 1의 기술은 적용할 수 없다.

상기 및 그 밖의 과제와 신규의 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.

본원에 있어서 개시되는 실시 형태 중 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면 하기와 같다.

즉, 동기 모터의 회전 각도 센서로부터 출력되는 아날로그 감지 신호를 입력하여 디지털 각도 데이터로 변환하는 아날로그 각도 데이터 컨버터 외에, 아날로그 디지털 컨버터에 의해 생성되는 디지털 데이터를 입력하여 디지털 각도 데이터로 변환하는 디지털 각도 데이터 컨버터를 설치한다. 아날로그 각도 데이터 컨버터가 고장난 경우에는, 동기 모터의 모터 구동 제어 신호를 생성하는 구동 회로의 제어에 사용하는 디지털 회전 각도 데이터를, 아날로그 각도 데이터 컨버터에 의해 생성된 데이터로부터, 아날로그 디지털 컨버터에 의한 아날로그 감지 신호의 변환 결과 데이터를 디지털 각도 데이터 컨버터에 의해 변환하여 생성된 데이터로 전환한다.

본원에 있어서 개시되는 실시 형태 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단하게 설명하면 하기와 같다.

즉, 동기 제네레이터와 페어로 되는 일 없이 1개의 동기 모터를 구동원으로 하는 구동계에 대해 그 동기 모터의 회전 각도 검출을 위한 아날로그 각도 데이터 컨버터가 고장나도 긴급 피난적으로 동기 모터의 구동을 계속할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 구동 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 구동 장치에 있어서의 반도체 디바이스의 구체예를 도시하는 블록도이다.
도 3은 구동 장치에 의한 동기 모터의 구동 제어 내용을 개략적으로 예시하는 흐름도이다.
도 4는 제2 실시 형태에 따른 구동 장치의 블록도이다.
도 5는 제3 실시 형태에 따른 구동 장치의 블록도이다.

1. 실시 형태의 개요

우선, 본원에 있어서 개시되는 실시 형태에 대해 개요를 설명한다. 실시 형태에 대한 개요 설명에서 괄호를 붙여 참조하는 도면 중의 참조 부호는 그것이 붙여진 구성 요소의 개념에 포함되는 것을 예시하는 것에 지나지 않는다.

〔1〕《아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장을 디지털 각도 데이터 컨버터로 대체》

반도체 디바이스(4)는 동기 모터(1)의 모터 구동 제어 신호(U, V, W, UB, VB, WB)를 생성하는 구동 회로(14)와, 상기 동기 모터의 회전 각도 센서(2)로부터 출력되는 아날로그 감지 신호(APFB)를 입력하여 디지털 각도 데이터(RDS1)로 변환하는 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(12)와, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 의해 생성되는 디지털 데이터를 입력하여 디지털 각도 데이터(RDS2)로 변환하는 디지털 각도 데이터 컨버터(11)와, 상기 디지털 각도 데이터에 기초하여 상기 구동 회로에 구동 지령에 따른 모터 구동 제어 신호를 생성시키는 제어 회로(13)를 갖는다. 상기 제어 회로는, 또한, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장에 응답하여, 상기 구동 회로의 제어에 사용하는 디지털 회전 각도 데이터를, 아날로그 각도 데이터 컨버터에 의해 생성된 데이터로부터, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 의한 상기 아날로그 감지 신호의 변환 결과 데이터를 디지털 각도 데이터 컨버터로 변환하여 생성된 데이터로 전환하는 제어를 행한다.

이에 따르면, 동기 제네레이터와 페어로 되는 일 없이 1개의 동기 모터를 구동원으로 하는 구동계에 대해 그 동기 모터의 회전 각도 검출을 위한 아날로그 각도 데이터 컨버터가 고장나도 디지털 각도 데이터 컨버터를 사용해서 긴급 피난적으로 동기 모터의 구동을 계속할 수 있다. 아날로그 각도 데이터 컨버터에 대해서는 전용의 아날로그 전원 단자를 사용해서 전원 노이즈에 의한 변환 정밀도의 열화 대책이 행해지게 된다. 아날로그 각도 데이터 컨버터를 다중화한 경우에는 전원 노이즈에 의한 변환 정밀도를 확보하기 위해 아날로그 전원 단자를 별도로 설치할 필요가 있다. 상기 반도체 디바이스에서는 아날로그 각도 데이터 컨버터를 다중화하고 있지 않으므로, 아날로그 전원 단자를 새롭게 설치할 필요가 없어, 반도체 디바이스로서 사용 가능한 단자수가 감소하지 않는다. 또한, 추가 회로는 디지털 회로이기 때문에 아날로그 회로에 비해 프로세스의 향상에 의한 회로 면적 축소, 저전력화의 덕택으로, 회로의 추가에 의한 회로 규모의 증대를 최소한으로 억제할 수 있다.

〔2〕《아날로그 각도 데이터 컨버터와 아날로그 디지털 컨버터에 개별화된 아날로그 감지 신호의 외부 입력 단자》

항 1에 있어서, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터에 공급하는 상기 아날로그 감지 신호를 상기 반도체 디바이스의 외부로부터 입력하는 외부 단자(P1)와, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 공급하는 상기 아날로그 감지 신호를 상기 반도체 디바이스의 외부로부터 입력하는 외부 단자(P2)를 별도로 갖는다.

이에 따르면, 아날로그 감지 신호를 아날로그 각도 데이터 컨버터에 공급할지, 또는 아날로그 디지털 컨버터를 경유해서 디지털 각도 데이터 컨버터에 공급할지의 조작을 반도체 디바이스의 외부에서 행할 수 있다. 가령, 그 입력 선택을 행하는 회로를 반도체 디바이스에 내장한 경우에 당해 회로가 고장나면 더이상 상기 긴급 피난적인 구동의 방도는 없게 된다.

〔3〕《상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장을 외부에 통지》

항 2에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장을 반도체 장치의 외부에 통지하는(ERrdc) 제어를 행한다.

이에 따르면, 아날로그 각도 데이터 컨버터로부터 디지털 각도 데이터 컨버터에의 사용 대상의 전환을 반도체 디바이스의 외부에서 제어하는 것이 가능해진다.

〔4〕《아날로그 디지털 컨버터는 복수의 아날로그 디지털 변환 채널을 갖는다》

항 1에 있어서, 상기 아날로그 디지털 컨버터는 복수의 아날로그 디지털 변환 채널을 갖는다.

이에 따르면, 아날로그 디지털 컨버터는 아날로그 감지 신호의 아날로그 디지털 변환에 점유되지 않는다.

〔5〕《전류 피드백》

항 4에 있어서, 상기 동기 모터는 회전 자계에 영구 자석을 사용하고 고정 자계에 3상 코일의 고정 권선을 갖는다. 상기 소정의 아날로그 디지털 변환 채널은 상기 동기 모터의 고정 권선에 부여되는 전류 신호(IU, IV, IW)를 입력하여 전류값 데이터를 생성한다. 상기 제어 회로는, 상기 전류값 데이터 및 상기 디지털 각도 데이터에 기초하여 상기 구동 회로에 구동 지령에 따른 모터 구동 제어 신호를 생성시킨다.

이에 따르면, 동기 모터에 대해 높은 정밀도로 토크 제어와 속도 제어를 행하는 것이 가능해진다.

〔6〕《제어 회로는 CPU와 CPU의 동작 프로그램을 포함한다》

항 1에 있어서, 상기 제어 회로는 명령을 실행해서 프로그램 처리를 행하는 중앙 처리 장치(20)를 포함한다.

이에 따르면, 제어 회로에 의한 구동 제어 및 전환 제어를 프로그램 제어에 의해 유연하게 실현할 수 있다.

〔7〕《1칩의 데이터 프로세서》

항 6에 있어서, 반도체 디바이스는 1칩의 데이터 프로세서(4)로서 형성된다.

이에 따르면, 반도체 디바이스의 소형화와 저소비 전력화에 이바지할 수 있다.

〔8〕《아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장을 디지털 각도 데이터 컨버터로 대체》

구동 장치(100, 200, 300)는 동기 모터(1)와, 상기 동기 모터의 회전 각도 센서(2)와, 데이터 프로세서(4)를 갖는다. 상기 데이터 프로세서는, 상기 동기 모터의 모터 구동 제어 신호(U, V, W, UB, VB, WB)를 생성하는 구동 회로(14)와, 상기 동기 모터의 회전 각도 센서로부터 출력되는 아날로그 감지 신호(APFB)를 입력하여 디지털 각도 데이터(RDS1)로 변환하는 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(12)와, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 의해 생성되는 디지털 데이터를 입력하여 디지털 각도 데이터(RDS2)로 변환하는 디지털 각도 데이터 컨버터(11)와, 상기 디지털 각도 데이터에 기초하여 상기 구동 회로에 구동 지령(DRV)에 따른 모터 구동 제어 신호를 생성시키는 제어 회로(13)를 갖는다. 상기 제어 회로는, 또한, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장에 응답하여, 상기 구동 회로의 제어에 사용하는 디지털 회전 각도 데이터를, 아날로그 각도 데이터 컨버터에 의해 생성된 데이터로부터, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 의한 상기 아날로그 감지 신호의 변환 결과 데이터를 디지털 각도 데이터 컨버터에 의해 변환하여 생성된 데이터로 전환하는 제어를 행한다.

이에 따르면, 동기 제네레이터와 페어로 되는 일 없이 1개의 동기 모터를 구동원으로 하는 구동계에 대해 그 동기 모터의 회전 각도 검출을 위한 아날로그 각도 데이터 컨버터가 고장나도 디지털 각도 데이터 컨버터를 사용해서 긴급 피난적으로 동기 모터의 구동을 계속할 수 있다. 아날로그 각도 데이터 컨버터에 대해서는 전용의 아날로그 전원 단자를 사용해서 전원 노이즈에 의한 변환 정밀도의 열화 대책이 행해지게 된다. 가령 아날로그 각도 데이터 컨버터를 다중화한 경우에는 전원 노이즈에 의한 변환 정밀도를 확보하기 위해 아날로그 전원 단자를 별도로 설치할 필요가 있다. 상기 데이터 프로세서에서는 아날로그 각도 데이터 컨버터를 다중화하고 있지 않으므로, 아날로그 전원 단자를 새롭게 설치할 필요가 없어, 데이터 프로세서로서 사용 가능한 단자수가 감소하지 않는다. 또한, 추가 회로는 디지털 회로이기 때문에 아날로그 회로에 비해 프로세스의 향상에 의한 회로 면적 축소, 저전력화의 덕택으로, 회로의 추가에 의한 회로 규모의 증대를 최소한으로 억제할 수 있어, 구동 장치의 소형화에 이바지할 수 있다.

〔9〕《아날로그 각도 데이터 컨버터와 아날로그 디지털 컨버터에 개별화된 아날로그 감지 신호의 외부 입력 단자》

항 8에 있어서, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터에 공급하는 상기 아날로그 감지 신호를 상기 데이터 프로세서의 외부로부터 입력하는 외부 단자(P1)와, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 공급하는 상기 아날로그 감지 신호를 상기 데이터 프로세서의 외부로부터 입력하는 외부 단자(P2)를 별도로 갖는다.

이에 따르면, 아날로그 감지 신호를 아날로그 각도 데이터 컨버터에 공급할지, 또는 아날로그 디지털 컨버터를 경유해서 디지털 각도 데이터 컨버터에 공급할지의 조작을 데이터 프로세서의 외부에서 행할 수 있다. 가령, 그 입력 선택을 행하는 회로를 데이터 프로세서에 내장한 경우에 당해 회로가 고장나면 더이상 상기 긴급 피난적인 구동의 방도는 없게 된다.

〔10〕《상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장을 외부에 통지》

항 9에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장을 상기 데이터 프로세서의 외부에 통지하는(ERrdc) 제어를 행한다.

이에 따르면, 아날로그 각도 데이터 컨버터로부터 디지털 각도 데이터 컨버터에의 사용 대상의 전환 데이터 프로세서의 외부에서 제어하는 것이 가능해진다.

〔11〕《외장형 아날로그 입력 셀렉터》

항 10에 있어서, 상기 데이터 프로세서의 외부에 아날로그 입력 셀렉터(5)를 갖는다. 상기 아날로그 입력 셀렉터는, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장 통지에 기초하여, 상기 회전 각도 센서로부터의 아날로그 감지 신호의 입력처를 상기 아날로그 디지털 컨버터로 전환한다.

이에 따르면, 아날로그 디지털 컨버터에 의해 원래 변환해야 할 소정의 아날로그 신호와 아날로그 감지 신호를 데이터 프로세서의 외부에서 셀렉터에 의해 선택하면 되므로, 아날로그 디지털 컨버터의 하나의 변환 채널을 아날로그 감지 신호의 변환에 전용화할 필요가 없어, 아날로그 디지털 변환 채널의 증설을 요하지 않는다.

〔12〕《액추에이터의 전용 동력원》

항 9에 있어서, 상기 동기 모터는 차량의 액추에이터를 구동하는 전용의 동력원이다.

이에 따르면, 구동 장치는 자동차에 있어서의 브레이크나 전동 스티어링 등의 액추에이터를 구동하는 구동계에 적합하다.

2. 실시 형태의 상세

실시 형태에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

《제1 실시 형태에 따른 구동 장치》

도 1에는 제1 실시 형태에 따른 구동 장치가 도시된다. 도 1에 도시하는 구동 장치(100)는, 특별히 제한되지 않지만, 자동차에 있어서의 브레이크나 전동 스티어링 등의 액추에이터를 구동하는 구동계의 제어에 적용된다. 구동 장치(100)는, 특별히 제한되지 않지만, 동기 모터(MT)(1), 동기 모터(1)의 회전 각도 센서(RD)(2), 파워 모듈(PMDL)(3), 데이터 프로세서(MCU)(4) 및 셀렉터(SEL)(5)를 갖는다.

동기 모터(1)는, 예를 들어, 회전 자계에 영구 자석을 사용한 3상 교류 구동 타입의 IPM(Internal Permanent Magnet) 모터라고 칭해지는 모터이며, 고정 자계로서 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선으로 이루어지는 3상 코일을 갖는다. 도면 중에서 IU, IV, IW는 U상 권선의 전류 신호, V상 권선의 전류 신호, W상 권선의 전류 신호를 의미한다.

회전 각도 센서(2)는 동기 모터(1)의 모터축의 회전 각도를 검출하기 위한 센서이며, 특별히 제한되지 않지만, 교류 자계를 사용해서 회전각을 검출하는 가변 릴럭턴스(VR)형 리졸버(RD)에 의해 구성되고, 회전자의 회전 각도의 정현파로 변조된 신호와 코사인파로 변조된 신호를 리졸버 출력 신호(아날로그 감지 신호)(APFB)로서 출력한다.

파워 모듈(3)은 동기 모터(1)를 회전 구동할 때 도시를 생략하는 배터리로부터 공급되는 직류 전류 신호를 3상 교류 신호(IU, IV, IW)로 변환하여 동기 모터(1)에 출력하는 인버터로서 기능함과 함께, 동기 모터(1)를 감속할 때 동기 모터(1)에 의해 생성되는 3상 교류 신호(IU, IV, IW)를 직류 전류 신호로 변환하여 상기 배터리에 공급하는 정류기로서 기능하는, 스위치 회로로 구성된다. 파워 모듈(3)의 인버터 동작을 위한 스위치 제어 및 정류 동작을 위한 스위치 제어에는, 특별히 제한되지 않지만, 스위치 제어 신호(U, V, W) 및 그 반전 스위치 제어 신호(UB, VB, WB)가 사용된다.

데이터 프로세서(4)는, 특별히 제한되지 않지만, 단결정 실리콘과 같은 1개의 반도체 기판에 CMOS 집적 회로 제조 기술 등에 의해 형성된 마이크로 컴퓨터에 의해 구성된다. 데이터 프로세서(4)는 동기 모터(1)의 전류 신호(IV, IW) 및 회전 각도 센서(2)로부터의 리졸버 출력 신호(APFB)를 입력하여 동기 모터(1)를 회전 구동하는 구동 제어 등을 행하지만, 특히, 입력한 리졸버 출력 신호(APFB)를 디지털 각도 데이터로 변환하는 변환 기능에 대해서는 고장에 대해 긴급 피난적으로 대체 가능한 후술하는 용장을 구비한다.

데이터 프로세서(4)는, 대표적으로 나타내어진, 구동 회로(14), 아날로그 각도 데이터 컨버터(아날로그 RDC)(10), 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(12), 디지털 각도 데이터 컨버터(디지털 RDC)(11) 및 제어 회로(13)를 갖는다.

구동 회로(14)는 동기 모터(1)의 모터 구동 제어 신호를 생성하는 회로이며, 예를 들어, PWM(pulse width modulation) 회로(15)와 출력 차단 회로(16)를 포함한다. PWM 회로(15)는 제어 회로(13)로부터의 구동 제어 데이터에 따라서 상기 스위치 제어 신호(U, V, W) 및 그 반전 스위치 제어 신호(UB, VB, WB)를 생성한다. 출력 차단 회로(16)는 PMDL(3)에 상기 스위치 제어 신호(U, V, W) 및 그 반전 스위치 제어 신호(UB, VB, WB)를 공급하는 경로에 개재되고, 데이터 프로세서의 외부로부터 부여되는 동기 모터(1)의 구동 지령(DRV)이 정지를 지시할 때 이에 바로 응답하여 상기 스위치 제어 신호(U, V, W) 및 그 반전 스위치 제어 신호(UB, VB, WB)의 공급을 차단하는 회로이다.

아날로그 각도 데이터 컨버터(아날로그 RDC)(10)는 동기 모터(1)의 회전 각도 센서(2)로부터 출력되는 리졸버 출력 신호(APFB)를 입력하여 디지털 각도 데이터(RDS1)로 변환한다. 변환된 디지털 각도 데이터(RDS1)는 제어 회로(13)에 사용된다. 특별히 제한되지 않지만, 아날로그 각도 데이터 컨버터(아날로그 RDC)(10)는 외부 단자(P1)로부터 입력된 리졸버 출력 신호(APFB)를 수취한다.

아날로그 디지털 컨버터(ADC)(12)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 회로이며, 복수개의 아날로그 디지털 변환 채널을 갖는다. 하나의 아날로그 디지털 변환 채널에는 동기 모터(1)의 전류 신호(IV, IW)가 피드백된다. 별도의 아날로그 디지털 변환 채널에는 셀렉터(5)에 의해 선택된 신호가 외부 단자(P2)로부터 공급된다. 셀렉터(5)는 에러 신호(ERrdc)가 활성화(이네이블 레벨)되면 리졸버 출력 신호(APFB)의 출력을 선택하고, 에러 신호(ERrdc)의 비활성 상태(디스에이블 레벨)에서 적당한 아날로그 신호(ADI)의 출력을 선택한다. 아날로그 신호(ADI)의 변환 결과 데이터는 제어 회로(13)에 사용된다.

디지털 각도 데이터 컨버터(디지털 RDC)(11)는 상기 아날로그 디지털 컨버터(12)에 의한 리졸버 출력 신호(APFB)의 변환 결과의 디지털 데이터(DPFB)를 입력하여 디지털 각도 데이터(RDS2)로 변환한다. 변환된 디지털 각도 데이터(RDS2)는 제어 회로(13)에 사용된다.

제어 회로(13)는 데이터 프로세서(4)의 전체적인 제어를 담당하고, 동기 모터(1)의 구동 제어 및 디지털 각도 데이터 컨버터(11)에의 대체 제어 등을 행하고, 데이터 프로세서(4)의 각 부에 대한 제어가 총칭된 제어 신호(CNT) 등에 의해 행해진다.

동기 모터의 구동 제어는, 상기 디지털 각도 데이터(RDS1 또는 RDS2)와 전류 신호(IV, IW)의 피드백 데이터에 기초하여 상기 구동 회로에 PWM 회로(15)에 구동 지령에 따른 스위치 제어 신호(U, V, W) 및 그 반전 스위치 제어 신호(UB, VB, WB)를 생성시키는 제어이다. 이때 제어 회로(13)는 에러 신호(ERrdc)를 비활성화하고, 아날로그 RDC(10)를 사용해서 리졸버 출력 신호(APFB)로부터 변환한 디지털 각도 데이터(RDS1)를 사용한다. ADC(12)에 의한 아날로그 디지털 변환 결과 데이터는 제어 회로(13)가 이용한다. 디지털 RDC(11)는 비활성화되어 있다.

디지털 각도 데이터 컨버터(11)에의 대체 제어는 아날로그 RDC(10)의 변환 불가능한 고장의 검출과, 고장 검출에 응답하는 디지털 각도 데이터(RDS2)에의 전환을 위한 제어이다. 제어 회로(13)에 의한 아날로그 RDC(10)의 변환 불가능한 고장 검출 방법으로서는, 예를 들어, 디지털 각도 데이터(RDS1)를 사용하는 피드백 제어에 있어서 검출값이 목표값으로부터 크게 일탈하는 상태 등에 의해 고장을 검출하면 된다.

고장을 검출함으로써 제어 회로(13)는 데이터 프로세서(4)의 외부를 향해서 에러 신호(ERrdc)를 활성화하여, 셀렉터(5)에 리졸버 출력 신호(APFB)를 선택시킨다. 데이터 프로세서(4)의 내부에 대해서는 ADC(12)의 외부 단자(P2)로부터 입력되는 리졸버 출력 신호(APFB)를 디지털 데이터 DPFB로 변환시키고, 변환된 디지털 데이터 DPFB를 디지털 각도 데이터 컨버터(11)에 의해 디지털 각도 데이터(RDS2)로 변환시킨다. 변환된 디지털 각도 데이터(RDS2)를 디지털 각도 데이터(RDS1) 대신에 사용함으로써, 긴급 피난적으로 동기 모터의 구동 제어를 계속할 수 있다.

데이터 프로세서(4)의 구체예를 도시하는 도 2에 있어서 상기 제어 회로(13)는, 명령을 실행해서 프로그램 처리를 행하는 중앙 처리 장치(CPU)(20), ROM 및 RAM을 포함하는 메모리(MRY)(21), 구동 지령 DRV 등을 받는 외부 인터페이스 회로(EXIF)(24), 에러 제어 회로(22) 및 내부 버스(23)에 의해 구성된다. 내부 버스(23)에 구동 회로(14), 아날로그 RDC(10), 디지털 RDC(11) 및 ADC(12)가 접속된다. 상기 아날로그 RDC(10)의 변환 불가능한 고장의 검출은 에러 제어 회로(22)로 행한다. 에러 신호(ERrdc)는 CPU(20)에 인터럽트 요구(IRQ) 신호로서 부여되고, 그것이 활성화됨으로써, 상기 고장 검출에 응답하는 디지털 각도 데이터(RDS2)로의 전환을 위한 인터럽트 처리가 개시된다. 그 처리 내용은 상술한 바와 같다.

도 3에는 구동 장치(100)에 의한 동기 모터의 구동 제어 플로우가 예시된다. 동기 모터(1)의 모터 제어가 개시되면, 스텝 S1에서 모터 구동의 종료가 지시되어 있지 않다고 판별되면, 에러 제어 회로(22)에 의해 아날로그 RDC(10)의 변환 불가능한 에러가 발생했는지 여부의 판정이 행해진다(S2). 스텝 S2의 판별이 에러없음의 경우에는 아날로그 RDC(10)를 사용해서 리졸버 출력 신호(APFB)를 디지털 각도 데이터(RDS1)로 변환하여 회전 각도를 측정하고(S3), 디지털 각도 데이터(RDS1) 등에 기초하여 CPU(20)가 동기 모터(1)의 구동 제어 데이터를 연산한다(S4). 연산된 구동 제어 데이터가 PWM 회로(15)에 설정됨으로써, 그 설정에 따른 주파수 및 위상의 스위치 제어 신호(U, V, W) 및 그 반전 스위치 제어 신호(UB, VB, WB)가 생성된다(S5). 이 처리가 반복됨으로써 동기 모터(1)가 구동된다.

스텝 S2에서 에러 발생이 판별되면, 에러 신호(ERrdc)가 활성화되고(S6), 그에 의해 셀렉터(5)가 리졸버 출력 신호(APFB)를 선택하여 출력한다(S7). 셀렉터(5)를 경유해서 ADC(12)에 입력된 리졸버 출력 신호(APFB)는 디지털 데이터(DPFB)로 변환되고, 변환된 디지털 데이터(DPFB)가 디지털 각도 데이터 컨버터(11)에 의해 디지털 각도 데이터(RDS2)로 변환된다(S8). CPU(20)는 디지털 각도 데이터(RDS2) 등에 기초하여 동기 모터(1)의 구동 제어 데이터를 연산하고(S9), 연산된 구동 제어 데이터가 PWM 회로(15)에 설정됨으로써, 그 설정에 따른 주파수 및 위상의 스위치 제어 신호(U, V, W) 및 그 반전 스위치 제어 신호(UB, VB, WB)가 생성된다(S10). 스텝 S8 내지 S10의 처리가 반복됨으로써, 디지털 각도 데이터(RDS2)를 디지털 각도 데이터(RDS1) 대신에 사용해서, 긴급 피난적으로 동기 모터(1)의 구동 제어를 계속할 수 있다. 스텝 S1, S11에서 모터 구동의 종료가 지시되어 있을 때는 처리를 종료한다(END).

제1 실시 형태에 따르면 이하의 작용 효과를 얻는다.

(1) 자동차에 있어서의 브레이크나 전동 스티어링 등의 액추에이터를 구동하는 구동 장치와 같이 동기 제네레이터와 페어로 되는 일 없이 1개의 동기 모터(1)를 구동원으로 하는 구동 장치(100)에 대해 그 동기 모터(1)의 회전 각도 검출을 위한 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)가 고장나도 디지털 각도 데이터 컨버터(11)를 사용해서 긴급 피난적으로 동기 모터(1)의 구동을 계속할 수 있다. 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)에 대해서는 전용의 아날로그 전원 단자를 사용해서 전원 노이즈에 의한 변환 정밀도의 열화 대책이 행해지게 되므로, 가령 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)를 다중화한 경우에는 전원 노이즈에 의한 변환 정밀도를 확보하기 위해 아날로그 전원 단자를 별도로 설치할 필요가 있다. 구동 장치(100)의 데이터 프로세서(4)에서는 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)를 다중화하고 있지 않으므로, 아날로그 전원 단자를 새롭게 설치할 필요가 없어, 반도체 디바이스로서 사용 가능한 단자수가 감소하지 않는다. 또한, 추가 회로는 디지털 회로이기 때문에 아날로그 회로에 비해 프로세스의 향상에 의한 회로 면적 축소, 저전력화의 덕택으로, 회로의 추가에 의한 회로 규모의 증대를 최소한으로 억제할 수 있다. 이것은 구동 장치(100)의 소형화에 이바지하게 된다.

(2) 리졸버 출력 신호(APFB)를 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)에 공급할지, 또는 아날로그 디지털 컨버터(12)를 경유해서 디지털 각도 데이터 컨버터(11)에 공급할지의 조작을 데이터 프로세서(4)의 외부에서 행한다. 데이터 프로세서(4) 내부의 셀렉터에 의해 그 선택을 행하는 경우에는 아날로그 RDC(12)와 함께 그 내부 셀렉터도 고장나면 더이상 상기 긴급 피난적인 구동을 행할 수 없게 되지만, 구동 장치(100)의 경우에는 그 우려는 없다.

(3) 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)의 고장을 에러 신호(ERrdc)로 데이터 프로세서(4)의 외부에 통지하기 때문에, 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)로부터 디지털 각도 데이터 컨버터(11)에의 사용 대상의 전환을 데이터 프로세서의 외부에서 용이하게 제어할 수 있다.

(4) 하나의 아날로그 디지털 변환 채널의 입력에 출력이 접속된 셀렉터(5)는, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터(10)의 고장 통지에 기초하여, 리졸버 출력 신호(APFB)의 입력처를 아날로그 디지털 컨버터(12)로 전환한다. 따라서, 아날로그 디지털 컨버터(12)에 의해 원래 변환해야 할 소정의 아날로그 신호(ADI)와 리졸버 출력 신호(APFB)를 데이터 프로세서의 외부에서 셀렉터(5)에 의해 선택하면 되기 때문에, 아날로그 디지털 컨버터(12)의 하나의 변환 채널을 리졸버 출력 신호(APFB)의 변환에 전용화할 필요가 없어, 아날로그 디지털 변환 채널의 증설을 필요로 하지 않는다.

《제2 실시 형태에 따른 구동 장치》

도 4에는 제2 실시 형태에 따른 구동 장치가 도시된다. 도 4에 도시하는 구동 장치(200)는 셀렉터(5)의 한쪽의 입력을 아날로그 신호(ADI) 대신에 동기 모터(1)로부터 피드백되는 전류 신호(IV, IW)로 한 점이 제1 실시 형태와 상이하다. 이에 따르면, 아날로그 RDC(10)에 변환 불가능한 에러가 발생한 경우에는 피드백된 전류 신호(IV, IW) 대신에 리졸버 출력 신호(APFB)가 셀렉터(5)에 의해 선택된다. 따라서, 디지털 RDC(11)를 사용한 긴급 피난적인 모터(1)의 구동 제어에서는 피드백된 전류 신호(IV, IW)를 사용하지 않게 된다. 피드백된 전류 신호(IV, IW)의 전류값 데이터 및 리졸버 출력 신호(APFB)에 의한 디지털 각도 데이터의 양쪽에 기초하여 PWM 회로(15)의 설정을 행하면, 동기 모터(1)에 대해 높은 정밀도로 토크 제어와 속도 제어를 행하는 것이 가능하지만, 긴급 피난적인 구동이면, 피드백된 전류 신호(IV, IW)의 전류값 데이터를 사용하지 않는 것에 의한 구동 정밀도의 저하를 허용해도 문제는 없다. 이렇게 하면, 긴급 피난적인 구동이어도, 아날로그 신호(ADI)의 입력을 계속 사용할 수 있다. 이 의미에서, 제2 실시 형태는, 피드백된 전류 신호(IV, IW)에 비해 아날로그 신호(ADI)의 쪽이 제어상 중요한 경우에 의의를 갖게 된다. 그 밖의 점은 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 그 상세한 설명은 생략한다.

《제3 실시 형태에 따른 구동 장치》

도 5에는 제3 실시 형태에 따른 구동 장치가 도시된다. 도 5에 도시되는 구동 장치(300)는, 애당초 동기 모터(1)로부터 전류 신호(IV, IW)를 피드백할 필요가 없는 구성을 전제로 하는 경우의 예이다. 그 밖의 점은 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다.

예를 들어, 구동 장치는 차량 탑재의 구동 장치에 한정되지 않고 산업용 기기의 구동 장치에도 적용 가능하다. 제어 회로(13)는 CPU에 의한 프로그램 제어를 주체로 하는 구성으로 한정되지 않고, 하드 와이어드 로직도 사용해서 구성하는 것도 가능하다.

데이터 프로세서는 1칩의 마이크로 컴퓨터로 한정되지 않고, 멀티 칩이어도 좋다. 메모리는 외장형이어도 좋다.

아날로그 RDC(10)의 변환 불가능한 에러란, 동기 모터(1)의 구동 제어에 허용된 제도를 실현할 수 없게 된다고 하는 의미에서의 에러를 상정한다. 전혀 변환할 수 없는 것만을 의미하는 것은 아니다.

1 : 동기 모터(MT)
2 : 동기 모터(1)의 회전 각도 센서(RD)
3 : 파워 모듈(PMDL)
4 : 데이터 프로세서(MCU)
5 : 셀렉터(SEL)
IU, IV, IW : U상 권선의 전류 신호, V상 권선의 전류 신호, W상 권선의 전류 신호
APFB : 리졸버 출력 신호(아날로그 감지 신호)
10 : 아날로그 각도 데이터 컨버터(아날로그 RDC)
11 : 디지털 각도 데이터 컨버터(디지털 RDC)
12 : 아날로그 디지털 컨버터(ADC)
13 : 제어 회로
14 : 구동 회로
15 : PWM 회로
16 : 출력 차단 회로
DS1, DS2 : 디지털 각도 데이터
P1, P2 : 외부 단자
ERrdc : 에러 신호
ADI : 아날로그 신호
20 : 중앙 처리 장치(CPU)
21 : 메모리(MRY)
22 : 에러 제어 회로
23 : 내부 버스
24 : 외부 인터페이스 회로(EXIF)
100, 200, 300 : 구동 장치

Claims

동기 모터의 모터 구동 제어 신호를 생성하는 구동 회로와,
상기 동기 모터의 회전 각도 센서로부터 출력되는 아날로그 감지 신호를 입력하여 디지털 각도 데이터로 변환하는 아날로그 각도 데이터 컨버터와,
아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터와,
상기 아날로그 디지털 컨버터에 의해 생성되는 디지털 데이터를 입력하여 디지털 각도 데이터로 변환하는 디지털 각도 데이터 컨버터와,
상기 디지털 각도 데이터에 기초하여 상기 구동 회로에 구동 지령에 따른 모터 구동 제어 신호를 생성시키는 제어 회로를 갖고,
상기 제어 회로는, 또한, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장에 응답하여, 상기 구동 회로의 제어에 사용하는 디지털 회전 각도 데이터를, 아날로그 각도 데이터 컨버터에 의해 생성된 데이터로부터, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 의한 상기 아날로그 감지 신호의 변환 결과 데이터를 디지털 각도 데이터 컨버터에 의해 변환하여 생성된 데이터로 전환하는 제어를 행하는 반도체 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 아날로그 각도 데이터 컨버터에 공급하는 상기 아날로그 감지 신호를 상기 반도체 디바이스의 외부로부터 입력하는 외부 단자와, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 공급하는 상기 아날로그 감지 신호를 상기 반도체 디바이스의 외부로부터 입력하는 외부 단자를 별도로 갖는 반도체 디바이스.
제2항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장을 반도체 장치의 외부에 통지하는 제어를 행하는 반도체 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 아날로그 디지털 컨버터는 복수의 아날로그 디지털 변환 채널을 갖는 반도체 디바이스.
제4항에 있어서,
상기 동기 모터는 회전 자계에 영구 자석을 사용하고 고정 자계에 3상 코일의 고정 권선을 갖고,
상기 소정의 아날로그 디지털 변환 채널은 상기 동기 모터의 고정 권선에 부여되는 전류 신호를 입력하여 전류값 데이터를 생성하고,
상기 제어 회로는, 상기 전류값 데이터 및 상기 디지털 각도 데이터에 기초하여 상기 구동 회로에 구동 지령에 따른 모터 구동 제어 신호를 생성시키는 반도체 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제어 회로는 명령을 실행해서 프로그램 처리를 행하는 중앙 처리 장치를 포함하는 반도체 디바이스.
제6항에 있어서,
1칩의 데이터 프로세서로서 형성된 반도체 디바이스.
동기 모터와, 상기 동기 모터의 회전 각도 센서와, 데이터 프로세서를 갖는 구동 장치로서,
상기 데이터 프로세서는, 상기 동기 모터의 모터 구동 제어 신호를 생성하는 구동 회로와,
상기 동기 모터의 회전 각도 센서로부터 출력되는 아날로그 감지 신호를 입력하여 디지털 각도 데이터로 변환하는 아날로그 각도 데이터 컨버터와,
아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터와,
상기 아날로그 디지털 컨버터에 의해 생성되는 디지털 데이터를 입력하여 디지털 각도 데이터로 변환하는 디지털 각도 데이터 컨버터와,
상기 디지털 각도 데이터에 기초하여 상기 구동 회로에 구동 지령에 따른 모터 구동 제어 신호를 생성시키는 제어 회로를 갖고,
상기 제어 회로는, 또한, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장에 응답하여, 상기 구동 회로의 제어에 사용하는 디지털 회전 각도 데이터를, 아날로그 각도 데이터 컨버터에 의해 생성된 데이터로부터, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 의한 상기 아날로그 감지 신호의 변환 결과 데이터를 디지털 각도 데이터 컨버터에 의해 변환하여 생성된 데이터로 전환하는 제어를 행하는 구동 장치.
제8항에 있어서,
상기 아날로그 각도 데이터 컨버터에 공급하는 상기 아날로그 감지 신호를 상기 데이터 프로세서의 외부로부터 입력하는 외부 단자와, 상기 아날로그 디지털 컨버터에 공급하는 상기 아날로그 감지 신호를 상기 데이터 프로세서의 외부로부터 입력하는 외부 단자를 별도로 갖는 구동 장치.
제9항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장을 상기 데이터 프로세서의 외부에 통지하는 제어를 행하는 구동 장치.
제10항에 있어서,
상기 데이터 프로세서의 외부에 아날로그 입력 셀렉터를 갖고,
상기 아날로그 입력 셀렉터는, 상기 아날로그 각도 데이터 컨버터의 고장 통지에 기초하여, 상기 회전 각도 센서로부터의 아날로그 감지 신호의 입력처를 상기 아날로그 디지털 컨버터로 전환하는 구동 장치.
제9항에 있어서,
상기 동기 모터는 차량의 액추에이터를 구동하는 전용의 동력원인 구동 장치.