WO2012102113A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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WO2012102113A1
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circuit
current
phase
motor control
control device
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Ceased
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PCT/JP2012/050731
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮一 大浦
裕史 栗本
修一 宮岡
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Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure

Definitions

  • the present invention mainly relates to a motor control device for controlling a three-phase motor used in an in-vehicle electric power steering device, an electric water pump device, an electric oil pump device, an inverter device and the like.
  • the present invention relates to a motor control device capable of continuing stable motor driving even when an abnormality occurs.
  • an electric motor that performs torque assist using a motor instead of a conventional hydraulic power assist device for the purpose of improving fuel efficiency by reducing vehicle weight.
  • a power steering device (EPS) has been introduced.
  • the electric power steering apparatus does not always need to rotate the hydraulic pump, and assists the driving force by rotating the motor only when necessary. Therefore, it is effective in improving fuel consumption.
  • a three-phase brushless DC motor that is relatively agile and can generate high torque and is easy to control is used as an assist motor for an electric power steering apparatus.
  • a semiconductor switch element is generally used to generate the driving power of the motor from the DC power.
  • disturbances such as inductive noise and transient surges caused by external factors may cause a failure of the semiconductor switch element. Therefore, various techniques for detecting a failure of the semiconductor switch element are known.
  • Patent Document 1 discloses the following technique in a drive circuit of a three-phase brushless DC motor. That is, the output voltage of each phase of the motor is detected, and if any one phase voltage does not satisfy the desired voltage, it is determined that the semiconductor switch element is abnormal. And the power supply of a three-phase drive circuit is interrupted
  • Patent Document 2 discloses the following technique in an inverter circuit for driving a three-phase AC motor. That is, for each phase of the motor to be driven, a semiconductor switch element and a fuse are respectively provided on the power supply side (high side) and the ground side (low side) in the inverter circuit. By detecting that the fuse is blown by the failure diagnosis device, the failure of the semiconductor switch element of each phase is detected. Then, the motor is urgently operated by two-phase driving.
  • the motor control device is for controlling a three-phase motor, and is provided with a semiconductor switch element provided for each phase of the three-phase motor to drive the three-phase motor; A pre-driver circuit provided for each phase of the three-phase motor to control the operation of the semiconductor switch element, a power supply circuit that supplies current to the pre-driver circuit, and an arithmetic processing device that calculates and outputs a motor control signal And a logic circuit that outputs a drive signal for each phase of the three-phase motor based on the motor control signal output from the arithmetic processing unit, and an operation of the pre-driver circuit based on the drive signal output from the logic circuit.
  • the semiconductor switch element is provided on the high voltage side of each phase, and on the low voltage side of each phase.
  • the low-side semiconductor switch element is preferably included.
  • the pre-driver circuit includes a high-side push-pull circuit provided corresponding to the high-side semiconductor switch element of each phase and a low-side push-pull circuit provided corresponding to the low-side semiconductor switch element of each phase. It is preferable to include. Furthermore, it is preferable that the current interrupting circuit interrupts the supply of current to at least one of the high-side push-pull circuit and the low-side push-pull circuit.
  • the current cutoff circuit includes a voltage follower circuit provided between the power supply circuit and the pre-driver circuit, and a current magnitude. And a current detection circuit for detecting. When the magnitude of the current detected by the current detection circuit is greater than or equal to a predetermined value, it is preferable to cut off the supply of current from the power supply circuit to the pre-driver circuit by changing the output voltage of the voltage follower circuit.
  • the current interrupt circuit may include an overcurrent interrupt fuse provided between the power supply circuit and the pre-driver circuit.
  • the magnitude of the current is greater than or equal to a predetermined value, it is preferable to cut off the supply of current from the power supply circuit to the pre-driver circuit by melting the overcurrent cutoff fuse.
  • the pre-driver circuit includes a plurality of push-pulls connected in parallel to the power supply circuit for each phase of the three-phase motor.
  • a circuit may be included.
  • the current interrupt circuit preferably interrupts the supply of current from the power supply circuit to at least one of the plurality of push-pull circuits.
  • the current interrupt circuit is at least one of the arithmetic processing unit and the logic circuit. It is preferable to output a fault diagnosis signal to one side.
  • the motor control device is a semiconductor device in which a plurality of circuits including at least a pre-driver circuit, a logic circuit, a drive circuit, and a current interrupt circuit are integrated. You may have.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional motor control device.
  • a motor control device 1 ′ shown in FIG. 7 is for controlling the driving of the three-phase motor 2, and includes a semiconductor device 3, a power supply circuit 4 and an arithmetic processing unit (MPU) 10, a battery voltage 8 and a ground 9. There are high-side semiconductor switch elements 27 to 29 and low-side semiconductor switch elements 42 to 44 for driving the motor, which are respectively connected therebetween.
  • MPU arithmetic processing unit
  • the semiconductor device 3 includes a booster circuit 5 and a logic circuit 11, and pre-driver circuits 12 to 14 corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase motor 2, respectively. Each of these circuits is integrated in the semiconductor device 3, and constitutes the semiconductor device 3 as an integrated circuit.
  • Each of the pre-driver circuits 12 to 14 includes semiconductor switch elements 20 and 21 constituting a high-side push-pull circuit 19 corresponding to the high-side semiconductor switch elements 27 to 29, and low side corresponding to the low-side semiconductor switch elements 42 to 44.
  • FIG. 7 the configuration of the U-phase pre-driver circuit 12 is shown on behalf of the pre-driver circuits 12 to 14 for each phase, but the same applies to the other V-phase and W-phase pre-driver circuits 13 and 14. It has the composition of. Therefore, in the following, the operation of the U-phase pre-driver circuit 12 will be mainly described, representing the pre-driver circuits 12 to 14 of each phase.
  • the power supply circuit 4 generates a predetermined power supply voltage and outputs it to the semiconductor device 3.
  • the power supply voltage input in the semiconductor device 3 is supplied to the booster circuit 5 and the low side push-pull circuit 34 of the pre-driver circuit 12 through the power supply wiring 6.
  • the booster circuit 5 boosts the power supply voltage supplied from the power supply circuit 4 via the power supply wiring 6, and applies a boost voltage higher than the power supply voltage to the high-side push-pull of the pre-driver circuit 12 via the boosted voltage supply wiring 7.
  • Supply to circuit 19 This is because the gate-source voltage output from the high-side push-pull circuit 19 to the high-side semiconductor switch element 27 to turn on the high-side semiconductor switch element 27 is the voltage of the motor drive output in the U-phase motor output wiring 45.
  • a current flows by the power supply voltage thus supplied from the power supply circuit 4 and the boosted voltage obtained by boosting the power supply voltage. Thereby, current supply from the power supply circuit 4 to the pre-driver circuit 12 is performed.
  • the arithmetic processing unit 10 calculates a motor control signal based on the rotation state of the motor 2 and an external command, and outputs it to the logic circuit 11.
  • the logic circuit 11 generates a drive signal for controlling the operation of the predriver circuit 12 based on the motor control signal output from the arithmetic processing unit 10, and outputs the drive signal to the predriver circuit 12.
  • the operation of the high-side push-pull circuit 19 and the operation of the low-side push-pull circuit 34 are controlled by the drive circuits 22 and 37 based on the drive signal output from the logic circuit 11, respectively.
  • the drive circuit 22 turns on one of the semiconductor switch elements 20 or 21 of the high-side push-pull circuit 19 according to the drive signal.
  • the boosted voltage or the ground voltage is output from the pre-driver circuit 12 to the gate terminal of the high-side semiconductor switch element 27 via the pre-driver output wiring 26, and the operation of the high-side semiconductor switch element 27 is controlled.
  • the drive circuit 37 turns on one of the semiconductor switch elements 35 or 36 of the low-side push-pull circuit 34 according to the drive signal.
  • the power supply voltage or the ground voltage is output from the pre-driver circuit 12 to the gate terminal of the low-side semiconductor switch element 42 via the pre-driver output wiring 41, and the operation of the low-side semiconductor switch element 42 is controlled.
  • the motor control device 1 ′ is used in, for example, an electric power steering device mounted on a vehicle.
  • disturbances such as induction noise and transient surge may occur due to the influence of external factors. These disturbances may cause junction breakdown between the drain and source of the high-side semiconductor switch elements 27 to 29 and the low-side semiconductor switch elements 42 to 44 or between the gate and the source, and may cause a short circuit failure.
  • the semiconductor switch elements 20 and 21 of the high-side push-pull circuit 19 provided corresponding to the switch elements.
  • the semiconductor switch elements 35 and 36 of the low-side push-pull circuit 34 may be broken to cause a short circuit failure.
  • the semiconductor switch element 21 is turned on in the U-phase pre-driver circuit 12 in a state where the semiconductor switch element 20 has caused a short circuit failure, a through current flows from the booster circuit 5 to the ground via the boosted voltage supply wiring 7. . Since the through current in this case is a large current, there is a possibility of causing a circuit failure.
  • the motor control device 1 ′ uses two-phase drive using other two phases (here, V phase and W phase) in which no short-circuit failure has occurred.
  • the motor 2 can be driven.
  • the decrease in the boosted voltage as described above adversely affects the driving of the motor 2 by the two-phase driving.
  • the adverse effect on the other two phases due to the junction breakdown of the semiconductor switch elements 20 and 21 or the semiconductor switch elements 35 and 36 in the pre-driver circuits 12 to 14 can be reduced, and stable motor driving can be continued.
  • One of the purposes is to make it possible.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a motor control device according to the present invention.
  • the motor control device 1 in FIG. 1 is different from the motor control device 1 ′ in FIG. 7 in that a current cutoff circuit 23 is provided between the high-side push-pull circuit 19 and the booster circuit 5 of each phase, The difference is that a current cut-off circuit 38 is provided between the low-side push-pull circuit 34 and the power supply circuit 4.
  • the U-phase pre-driver circuit 12 is shown as a representative example.
  • current cutoff circuits 23 and 38 are respectively provided. Is provided.
  • the feature of the present invention resides in that current interrupting circuits 23 and 38 are provided in each phase of the motor control device 1 as shown in FIG.
  • the current interrupting circuits 23 and 38 of each phase are used when the semiconductor switch elements 20, 21, 35, or 36 of the pre-driver circuits 12 to 14 are short-circuited due to junction breakdown and a large current flows.
  • the current flowing through the provided pre-driver circuit 12, 13 or 14 is cut off.
  • the boosted voltage or power supply voltage supplied to the other two phases is not affected, and normal output is possible in the remaining two phases.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the current cutoff circuit 23 according to the first embodiment of the present invention.
  • the current interrupt circuit 23 of this embodiment includes operational amplifiers 46 and 47, a filter circuit 48, a current detection resistor 50, a current limiting resistor 51, a switch element 54, and a current detection circuit 93.
  • the current interrupt circuit 23 is shown here as a representative example, the current interrupt circuit 38 has a similar configuration.
  • the operational amplifier 46 is provided between the boost voltage supply wiring 7 from the boost circuit 5 and the boost voltage output wiring 25 connected to the high side push-pull circuit 19.
  • the operational amplifier 46 constitutes a voltage follower circuit for supplying the boosted voltage output from the booster circuit 5 to the high side push-pull circuit 19.
  • the booster circuit 5 is connected to the power supply circuit 4 as shown in FIG. That is, a voltage follower circuit configured by the operational amplifier 46 is provided between the power supply circuit 4 and the high-side push-pull circuit 19 in the pre-driver circuit 12.
  • an operational amplifier 46 is provided between the power supply wiring 6 from the power supply circuit 4 and the power supply output wiring 40 (see FIG. 1) connected to the low-side push-pull circuit 34. That is, a voltage follower circuit configured by the operational amplifier 46 is provided between the power supply circuit 4 and the low-side push-pull circuit 34 in the pre-driver circuit 12.
  • the current detection circuit 93 detects the magnitude of the current 92 flowing through the current detection resistor 50 by the output voltage from the operational amplifier 46.
  • the current detection circuit 93 outputs a current detection voltage corresponding to the detection value of the current 92 to the operational amplifier 47. This current detection voltage is input to the non-inverting input side of the operational amplifier 47.
  • the operational amplifier 47 compares the current detection voltage from the current detection circuit 93 input to the non-inverting input side with the reference voltage 95 input to the inverting input side, and outputs a comparator output corresponding to the comparison result to the filter circuit 48. Output to. A logical sum of the comparator output that has passed through the filter circuit 48 and the arithmetic processing unit signal output from the arithmetic processing unit 10 is output to the gate terminal of the switch element 54 as a switch element drive signal.
  • the comparator output that has passed through the filter circuit 48 is output to the logic circuit 11 as the failure diagnosis output 24.
  • the occurrence of an abnormality can be detected by outputting the failure diagnosis output 24 from the current interrupt circuit 23.
  • the failure diagnosis output 24 may be output to the arithmetic processing unit 10 instead of the logic circuit 11.
  • the failure diagnosis output 24 may be output to both the logic circuit 11 and the arithmetic processing unit 10.
  • the comparator output from the operational amplifier 47 that has passed through the filter circuit 48 is output to the logic circuit 11 as a failure diagnosis output 39 (see FIG. 1).
  • the failure diagnosis output 39 may be output to the arithmetic processing device 10 instead of the logic circuit 11, or may be output to both the logic circuit 11 and the arithmetic processing device 10.
  • the operation of the current interrupt circuit 23 will be described.
  • the high-side push-pull circuit 19 When the high-side push-pull circuit 19 is normal, the current 92 flowing through the current detection resistor 50 is relatively small, so that the current detection voltage output from the current detection circuit 93 is less than the reference voltage 95. Therefore, the comparator output output from the operational amplifier 47 is at a low level, and the switch element 54 is turned off. As a result, the boosted voltage input from the booster circuit 5 to the voltage follower circuit of the operational amplifier 46 via the boosted voltage supply wiring 7 is output to the high side push-pull circuit 19 via the boosted voltage output wiring 25. Further, since the comparator output output from the operational amplifier 47 is at low level, the failure diagnosis output 24 is also at low level. That is, the high-level failure diagnosis output 24 indicating a failure is not output.
  • the high-side push-pull circuit 19 for example, when the semiconductor switch element 20 is short-circuited, a through current flows from the booster circuit 5 to the ground via the boosted voltage supply wiring 7 as described above. This through current is detected by the current detection circuit 93 as a current 92 flowing through the current detection resistor 50. By detecting a through current of a predetermined value or more as the current 92, when the current detection voltage output from the current detection circuit 93 exceeds the reference voltage 95, the comparator output output from the operational amplifier 47 becomes high level. As a result, the switch element 54 is turned on, and a high-level failure diagnosis output 24 indicating a failure is output.
  • the switch element 54 When the switch element 54 is turned on, the output voltage from the voltage follower circuit of the operational amplifier 46 changes and is fixed at the low level. As a result, the boosted voltage from the booster circuit 5 is blocked by the operational amplifier 46 and is not supplied to the high side push-pull circuit 19. Thereby, the current supply from the power supply circuit 4 to the pre-driver circuit 12 via the booster circuit 5 is cut off.
  • the on / off of the switch element 54 can be controlled by the arithmetic processing unit signal output from the arithmetic processing unit 10. That is, the arithmetic processing unit 10 determines whether or not a predetermined current interruption condition is satisfied. When it is determined that the current interruption condition is satisfied, the arithmetic processing unit 10 outputs an arithmetic processing unit signal to the current interruption circuit 23. Thus, the current supply from the power supply circuit 4 to the pre-driver circuit 12 can be forcibly cut off. The same applies to the current interrupt circuit 38.
  • FIG. 3 is a timing chart at the time of current interruption in the first embodiment of the present invention.
  • the current 92 flowing through the current detection resistor 50 starts to increase, and the current detection output from the current detection circuit 93 increases as indicated by reference numeral 102.
  • the boosted voltage output from the booster circuit 5 to the boosted voltage output wiring 25 of the pre-driver circuit 12 starts to decrease from the normal voltage 58 as indicated by reference numeral 101.
  • the comparator output from the operational amplifier 47 changes from low level to high level as indicated by reference numeral 103.
  • a predetermined filter time indicated by reference numeral 56 elapses from the rising edge of the comparator output, as shown by reference numerals 104 and 105, the failure diagnosis output 24 and the switch element drive signal output to the switch element 54 change from low level to high. Accordingly, the output voltage of the operational amplifier 46 is fixed to the low level.
  • the boosted voltage output from the booster circuit 5 to the boosted voltage output wiring 25 of the predriver circuit 12 decreases to the voltage 59 at the time of abnormality as indicated by reference numeral 101, and the current supply to the predriver circuit 12 is cut off. Is done.
  • the current interrupt circuit 23 can also reduce the adverse effect on the other two phases due to the junction breakdown of the semiconductor switch elements 35 and 36, and can continue to drive the motor stably even when an abnormality occurs.
  • the motor control device 1 for controlling the three-phase motor 2 includes a high-side semiconductor switching element 27 to 29 and a low-side semiconductor provided for each phase of the three-phase motor 2 to drive the three-phase motor 2.
  • Pre-driver circuits 12 to 14 provided for each phase of the three-phase motor 2 to control the operations of the switch elements 42 to 44, the high-side semiconductor switch elements 27 to 29, and the low-side semiconductor switch elements 42 to 44;
  • the power supply circuit 4 that supplies current to the pre-driver circuits 12 to 14, the arithmetic processing device 10 that calculates and outputs a motor control signal, and the three-phase motor 2 based on the motor control signal output from the arithmetic processing device 10
  • the logic circuit 11 that outputs the drive signal of each phase, and the operations of the pre-driver circuits 12 to 14 are controlled based on the drive signal output from the logic circuit 11.
  • the pre-driver circuits 12 to 14 correspond to the high-side push-pull circuit 19 provided corresponding to the high-side semiconductor switch elements 27 to 29 of each phase and the low-side semiconductor switch elements 42 to 44 of each phase.
  • the current cut-off circuits 23 and 38 are configured to cut off the supply of current to at least one of the high-side push-pull circuit 19 and the low-side push-pull circuit 34. did.
  • the operations of the high-side semiconductor switch elements 27 to 29 and the low-side semiconductor switch elements 42 to 44 are appropriately controlled by the high-side push-pull circuit 19 and the low-side push-pull circuit 34, respectively.
  • stable current driving can be continued by cutting off the current supply to the circuit.
  • the current cut-off circuits 23 and 38 are the magnitude of the current supplied to the voltage follower circuit by the operational amplifier 46 and the predriver circuits 12 to 14 provided between the power supply circuit 4 and the predriver circuits 12 to 14.
  • the output voltage of the voltage follower circuit by the operational amplifier 46 is changed to change from the power supply circuit 4 to the current detection circuit 93.
  • the supply of current to the pre-driver circuits 12 to 14 was cut off. Thus, it is possible to reliably detect an abnormality occurring in the pre-driver circuits 12 to 14 and cut off the current supply.
  • the current interrupting circuits 23 and 38 when the current supplied to the pre-driver circuits 12 to 14 is equal to or greater than a predetermined value, send a fault diagnosis signal 24, to at least one of the arithmetic processing unit 10 and the logic circuit 11, 39 was output.
  • a fault diagnosis signal 24 to at least one of the arithmetic processing unit 10 and the logic circuit 11, 39 was output.
  • the motor control device 1 includes the semiconductor device 3 in which a plurality of circuits including at least the pre-driver circuits 12 to 14, the logic circuit 11, the drive circuits 22 and 37, and the current cutoff circuits 23 and 38 are integrated. . Thereby, size reduction and cost reduction of the motor control apparatus 1 can be achieved.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the current interrupt circuit 23 according to the second embodiment of the present invention.
  • the current cut-off circuit 23 according to the present embodiment is an alternative to the operational amplifier 46, the current detection resistor 50, the current limiting resistor 51, the switch element 54, and the current detection circuit 93, as compared with the one according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that a diode 49 and an overcurrent cutoff fuse 57 are provided.
  • the current interruption circuit 23 is shown here as a representative example, the current interruption circuit 38 has a similar configuration.
  • the overcurrent cutoff fuse 57 is provided between the boosted voltage supply wiring 7 from the booster circuit 5 and the boosted voltage output wiring 25 connected to the high-side push-pull circuit 19 in the same manner as the operational amplifier 46 in FIG. That is, an overcurrent cutoff fuse 57 is provided between the power supply circuit 4 and the high-side push-pull circuit 19 in the pre-driver circuit 12. Similarly, in the current interrupt circuit 38, an overcurrent interrupt fuse 57 is provided between the power supply circuit 4 and the low-side push-pull circuit 34 in the pre-driver circuit 12.
  • the operational amplifier 47 compares the output side voltage of the overcurrent cutoff fuse 57 input to the non-inverting input side with the input side voltage of the overcurrent cutoff fuse 57 input to the inverting input side via the diode 49.
  • the comparator output corresponding to the comparison result is output to the filter circuit 48.
  • This comparator output is inverted and passes through the filter circuit 48 and then output to the logic circuit 11 as a failure diagnosis output 24.
  • the failure diagnosis output 24 may be output to the arithmetic processing unit 10 instead of the logical circuit 11, or the logical circuit 11 and the arithmetic processing unit 10. You may output to both. This also applies to the failure diagnosis output 39 output from the current interrupt circuit 38.
  • the overcurrent breaking fuse 57 When the high-side push-pull circuit 19 is normal, the current flowing through the overcurrent breaking fuse 57 is relatively small, so the overcurrent breaking fuse 57 is not blown. Therefore, the boosted voltage input from the booster circuit 5 through the boosted voltage supply wiring 7 is output to the high side push-pull circuit 19 through the overcurrent cutoff fuse 57 and the boosted voltage output wiring 25. Further, since the voltage on the non-inverting input side of the operational amplifier 47 is higher than the voltage on the inverting input side by the drop voltage of the diode 49, the comparator output from the operational amplifier 47 becomes high level. Therefore, the failure diagnosis output 24 obtained by inverting the comparator output is not output at a low level.
  • the high-side push-pull circuit 19 for example, when the semiconductor switch element 20 is short-circuited, a relatively large through current flows from the booster circuit 5 to the ground via the boosted voltage supply wiring 7.
  • the overcurrent cutoff fuse 57 is blown to cut off the boosted voltage from the booster circuit 5 and is not supplied to the high side push-pull circuit 19. Thereby, the current supply from the power supply circuit 4 to the pre-driver circuit 12 via the booster circuit 5 is cut off.
  • the failure diagnosis output 24 obtained by inverting the comparator output is output at a high level.
  • the current interruption circuits 23 and 38 include an overcurrent interruption fuse 57 provided between the power supply circuit 4 and the predriver circuits 12 to 14, and the magnitude of the current supplied to the predriver circuits 12 to 14
  • the overcurrent cutoff fuse 57 is blown to cut off the supply of current from the power supply circuit 4 to the pre-driver circuits 12-14.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the pre-driver circuit 12 according to the third embodiment of the present invention.
  • the pre-driver circuit 12 according to the present embodiment divides the high-side push-pull circuit 19 and the low-side push-pull circuit 34 into a plurality of push-pull circuits, respectively, as compared with the one according to the first embodiment shown in FIG. The point is mainly different. That is, the high-side push-pull circuit 19 includes a push-pull circuit composed of semiconductor switch elements 62 and 65, a push-pull circuit composed of semiconductor switch elements 63 and 66, and semiconductor switch elements 64 and 67. The push-pull circuit is connected in parallel to the power supply circuit 4 via the boost voltage supply wiring 7 and the boost circuit 5.
  • the low-side push-pull circuit 34 includes a push-pull circuit composed of semiconductor switch elements 77 and 80, a push-pull circuit composed of semiconductor switch elements 78 and 81, and semiconductor switch elements 79 and 82.
  • the push-pull circuit is connected in parallel to the power supply circuit 4 via the power supply wiring 6.
  • an example is shown in which three push-pull circuits are connected in parallel in the high-side push-pull circuit 19 and the low-side push-pull circuit 34, but the columns of push-pull circuits in parallel are not limited to this.
  • the U-phase pre-driver circuit 12 is shown here as a representative example, the other V-phase and W-phase pre-driver circuits 13 and 14 have the same configuration.
  • Each push-pull circuit constituting the high-side push-pull circuit 19 has a current cutoff circuit similar to the current cutoff circuit 23 according to the second embodiment shown in FIG. 4 on the boost voltage supply wiring 7 side and the ground side. Each is connected. That is, the operational amplifier 47, the filter circuit 48, and the overcurrent cutoff fuse 57 are connected to the boosted voltage supply wiring 7 side and the ground side of each push-pull circuit, respectively.
  • each push-pull circuit constituting the low-side push-pull circuit 34 includes an operational amplifier 47, a filter circuit 48, and an overcurrent cutoff fuse 57 on the power supply wiring 6 side and the ground side of each push-pull circuit, respectively. It is connected.
  • the operational amplifiers 47 on the boosted voltage supply wiring 7 side of the high side push-pull circuit 19 and the operational amplifiers 47 on the power supply wiring 6 side of the low side push-pull circuit 34 are for overcurrent blocking input to the non-inverting input side.
  • These comparator outputs are inverted as in the second embodiment, pass through each filter circuit 48, and then output to the logic circuit 11 as fault diagnosis outputs 71 to 73 and 86 to 88, respectively.
  • each operational amplifier 47 on the ground side of the high-side push-pull circuit 19 and the low-side push-pull circuit 34 has an input-side voltage (semiconductor switch elements 65 to 67 or semiconductor switch elements 65 to 67 or The source terminal voltages 80 to 82 are compared with a predetermined reference voltage 70 or 85 input to the inverting input side, and a comparator output corresponding to the comparison result is output to the filter circuit 48, respectively. These comparator outputs are inverted and pass through the filter circuits 48, and are output to the logic circuit 11 as fault diagnosis outputs 74 to 76 and 89 to 91, respectively.
  • each failure diagnosis output described above may be output to the arithmetic processing unit 10 instead of the logical circuit 11, or the logical circuit 11 and the arithmetic processing unit. 10 may be output to both.
  • semiconductor switch elements 62 to 64 have variations in individual on-resistance values due to manufacturing variations and wiring parasitic resistance.
  • a large amount of current flows through the semiconductor switch elements 62 to 64 having the smallest on-resistance value a difference occurs in the occurrence state of the short circuit failure in the semiconductor switch elements 62 to 64.
  • the semiconductor switch element 62 is short-circuited first.
  • the operational amplifier 47 connected to the push-pull circuit has a higher voltage than the non-inverting input side voltage.
  • the voltage on the inverting input side becomes higher, and the comparator output becomes low level.
  • the failure diagnosis output 71 is output at a high level.
  • FIG. 6 is a timing chart at the time of current interruption in the third embodiment of the present invention.
  • the drive signal (control signal) input from the logic circuit 11 to the pre-driver circuit 12 changes from the low level to the high level as indicated by reference numeral 106
  • the high-side semiconductor switch from the pre-driver circuit 12 through the pre-driver output wiring 26.
  • the predriver output voltage output to the gate terminal of the element 27 rises to the normal voltage 60 as indicated by reference numeral 107.
  • the comparator output from the operational amplifier 47 changes from the high level to the low level as indicated by reference numeral 109.
  • the failure diagnosis output 71 changes from low level to high level as indicated by reference numeral 110 and is output to the logic circuit 11.
  • the pre-driver circuits 12 to 14 include a plurality of push-pull circuits connected in parallel to the power supply circuit 4 for each phase of the three-phase motor 2, and include an operational amplifier 47, a filter circuit 48, and an overcurrent cutoff circuit.
  • the current cut-off circuit constituted by the fuse 57 cuts off the supply of current from the power supply circuit 4 to at least one of the plurality of push-pull circuits.

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Abstract

　モータ制御装置は、三相モータを駆動するために三相モータの各相ごとに設けられた半導体スイッチ素子と、半導体スイッチ素子の動作を制御するために三相モータの各相ごとに設けられたプリドライバ回路と、プリドライバ回路へ電流を供給する電源回路と、モータ制御信号を演算して出力する演算処理装置と、モータ制御信号に基づいて三相モータの各相の駆動信号を出力する論理回路と、駆動信号に基づいてプリドライバ回路の動作を制御する駆動回路と、電流が所定値以上であるときに、電源回路からプリドライバ回路への電流の供給を遮断する電流遮断回路とを備える。

Description

モータ制御装置
　本発明は、主に車載用の電動パワーステアリング装置、電動ウォーターポンプ装置、電動オイルポンプ装置、インバータ装置等に使用する三相モータを制御するためのモータ制御装置に関する。特に、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができるモータ制御装置に関する。
　近年、地球環境保全、エネルギー有効利用及び安全性能向上の観点から、車両の重量軽減による燃費の向上等を目的として、従来の油圧によるパワーアシスト装置の代わりに、モータを用いてトルクアシストを行う電動パワーステアリング装置（EPS）が導入されている。電動パワーステアリング装置は、従来の油圧パワーステアリング装置のように常に油圧ポンプを回す必要がなく、必要なときだけモータを回して駆動力をアシストする。そのため、燃費の改善に効果がある。例えば、電動パワーステアリング装置のアシスト用モータには、比較的俊敏で高トルクを発生でき、制御が容易な三相ブラシレスDCモータが用いられている。
　上記のようなモータの駆動を制御するためのモータ制御装置では、直流電力からモータの駆動電力を発生させるために半導体スイッチ素子が一般に用いられている。こうしたモータ制御装置において、外部要因により発生する誘導ノイズや過渡サージ等の外乱は、半導体スイッチ素子の故障を招くおそれがある。そこで、半導体スイッチ素子の故障を検出するための様々な技術が知られている。
　例えば、特許文献１には、三相ブラシレスDCモータの駆動回路において、次のような技術が開示されている。すなわち、モータの各相の出力電圧を検出し、いずれか一相の電圧が所望の電圧を満たさない場合は半導体スイッチ素子の異常であると判断する。そして、三相駆動回路の供給電源を遮断させる。また、特許文献２には、三相交流モータ駆動用のインバータ回路において、次のような技術が開示されている。すなわち、駆動対象のモータの各相について、インバータ回路内の電源側（ハイサイド）とグランド側（ロウサイド）に半導体スイッチ素子とヒューズをそれぞれ設ける。ヒューズが溶断されたことを故障診断装置により検知することで各相の半導体スイッチ素子の故障を検出する。そして、二相駆動によりモータを応急運転する。
日本国特開平１１－４６４９１号公報 日本国特開２００４－１２０８８３号公報
　特許文献１に記載された技術では、いずれか一相の半導体スイッチ素子の異常が検出された場合、三相全ての駆動回路の供給電源が遮断される。そのため、それ以上モータ駆動を続けることができない。また、特許文献２に記載された技術では、モータ駆動用の半導体スイッチ素子に対して直列にヒューズが接続される。そのため、許容電流が大きなヒューズを使用する必要があり、コストアップにつながる。
　本発明の第１の態様によるモータ制御装置は、三相モータを制御するためのものであって、三相モータを駆動するために三相モータの各相ごとに設けられた半導体スイッチ素子と、半導体スイッチ素子の動作を制御するために三相モータの各相ごとに設けられたプリドライバ回路と、プリドライバ回路へ電流を供給する電源回路と、モータ制御信号を演算して出力する演算処理装置と、演算処理装置から出力されたモータ制御信号に基づいて、三相モータの各相の駆動信号を出力する論理回路と、論理回路から出力された駆動信号に基づいて、プリドライバ回路の動作を制御する駆動回路と、電流が所定値以上であるときに、電源回路からプリドライバ回路への電流の供給を遮断する電流遮断回路とを備える。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様のモータ制御装置において、半導体スイッチ素子は、各相の高電圧側に設けられたハイサイド半導体スイッチ素子と、各相の低電圧側に設けられたロウサイド半導体スイッチ素子とを含むことが好ましい。また、プリドライバ回路は、各相のハイサイド半導体スイッチ素子に対応して設けられたハイサイドプッシュプル回路と、各相のロウサイド半導体スイッチ素子に対応して設けられたロウサイドプッシュプル回路とを含むことが好ましい。さらに、電流遮断回路は、ハイサイドプッシュプル回路およびロウサイドプッシュプル回路のいずれか少なくとも一方への電流の供給を遮断することが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様のモータ制御装置において、電流遮断回路は、電源回路とプリドライバ回路との間に設けられた電圧フォロワ回路と、電流の大きさを検出する電流検出回路とを含んでもよい。電流検出回路により検出された電流の大きさが所定値以上である場合、電圧フォロワ回路の出力電圧を変化させることにより、電源回路からプリドライバ回路への電流の供給を遮断することが好ましい。
　本発明の第４の態様によると、第１または第２の態様のモータ制御装置において、電流遮断回路は、電源回路とプリドライバ回路との間に設けられた過電流遮断用ヒューズを含んでもよい。電流の大きさが所定値以上である場合、過電流遮断用ヒューズが溶断することにより、電源回路からプリドライバ回路への電流の供給を遮断することが好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第１または第２の態様のモータ制御装置において、プリドライバ回路は、三相モータの各相ごとに電源回路に対して並列に接続された複数のプッシュプル回路を含んでもよい。電流遮断回路は、電源回路から複数のプッシュプル回路のいずれか少なくとも１つへの電流の供給を遮断することが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、第１～第５いずれかの態様のモータ制御装置において、電流遮断回路は、電流が所定値以上であるときに、演算処理装置または論理回路のいずれか少なくとも一方へ故障診断信号を出力することが好ましい。
　本発明の第７の態様によると、第１～第６いずれかの態様のモータ制御装置は、プリドライバ回路、論理回路、駆動回路および電流遮断回路を少なくとも含む複数の回路を集積化した半導体装置を有してもよい。
　本発明によれば、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができるモータ制御装置を低コストで提供することができる。
本発明によるモータ制御装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態による電流遮断回路の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に関するタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態による電流遮断回路の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態によるプリドライバ回路の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に関するタイミングチャートである。 従来技術によるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
（従来技術の説明）
　以下に本発明の実施の形態について説明する。最初に、図７を用いて本発明の従来技術についての説明を行う。図７は、従来技術によるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
　図７に示すモータ制御装置１´は、三相モータ２の駆動を制御するためのものであり、半導体装置３、電源回路４および演算処理装置（ＭＰＵ）１０と、バッテリ電圧８とグランド９の間にそれぞれ接続されたモータ駆動用のハイサイド半導体スイッチ素子２７～２９およびロウサイド半導体スイッチ素子４２～４４とを有する。
　半導体装置３は、昇圧回路５および論理回路１１と、三相モータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相にそれぞれ対応するプリドライバ回路１２～１４とを有している。これらの各回路は、半導体装置３において集積化されており、一体化された集積回路としての半導体装置３を構成している。
　プリドライバ回路１２～１４の各々は、ハイサイド半導体スイッチ素子２７～２９に対応するハイサイドプッシュプル回路１９を構成する半導体スイッチ素子２０および２１と、ロウサイド半導体スイッチ素子４２～４４に対応するロウサイドプッシュプル回路３４を構成する半導体スイッチ素子３５および３６と、これらのプッシュプル回路１９、３４の動作をそれぞれ制御する駆動回路２２、３７とを有する。なお、図７では各相のプリドライバ回路１２～１４を代表してＵ相のプリドライバ回路１２の構成を図示しているが、他のＶ相、Ｗ相のプリドライバ回路１３、１４も同様の構成を有している。したがって、以下では、各相のプリドライバ回路１２～１４を代表して、Ｕ相のプリドライバ回路１２の動作を中心に説明を行うこととする。
　電源回路４は、所定の電源電圧を生成して半導体装置３へ出力する。半導体装置３において入力された電源電圧は、電源供給配線６を介して昇圧回路５およびプリドライバ回路１２のロウサイドプッシュプル回路３４へ供給される。昇圧回路５は、電源回路４から電源供給配線６を介して供給された電源電圧を昇圧し、電源電圧よりも高い昇圧電圧を昇圧電圧供給配線７を介してプリドライバ回路１２のハイサイドプッシュプル回路１９へ供給する。これは、ハイサイド半導体スイッチ素子２７をオンするためにハイサイドプッシュプル回路１９からハイサイド半導体スイッチ素子２７へ出力するゲート－ソース間電圧は、Ｕ相のモータ出力配線４５におけるモータ駆動出力の電圧レベルよりも高くする必要があるためである。プリドライバ回路１２では、こうして電源回路４から供給された電源電圧およびそれを昇圧した昇圧電圧によって電流が流れる。これにより、電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給が行われる。
　演算処理装置１０は、モータ２の回転状態や外部からの指令に基づいてモータ制御信号を演算し、論理回路１１へ出力する。論理回路１１は、演算処理装置１０から出力されたモータ制御信号に基づいて、プリドライバ回路１２の動作を制御するための駆動信号を生成し、プリドライバ回路１２へ出力する。
　プリドライバ回路１２では、論理回路１１から出力された駆動信号に基づいて、駆動回路２２、３７により、ハイサイドプッシュプル回路１９の動作とロウサイドプッシュプル回路３４の動作をそれぞれ制御する。駆動回路２２は、駆動信号に応じてハイサイドプッシュプル回路１９の半導体スイッチ素子２０または２１のいずれか一方をオンさせる。これにより、プリドライバ回路１２からプリドライバ出力配線２６を介して、昇圧電圧またはグランド電圧がハイサイド半導体スイッチ素子２７のゲート端子へ出力され、ハイサイド半導体スイッチ素子２７の動作が制御される。
　駆動回路３７も駆動回路２２と同様に、駆動信号に応じてロウサイドプッシュプル回路３４の半導体スイッチ素子３５または３６のいずれか一方をオンさせる。これにより、プリドライバ回路１２からプリドライバ出力配線４１を介して、電源電圧またはグランド電圧がロウサイド半導体スイッチ素子４２のゲート端子へ出力され、ロウサイド半導体スイッチ素子４２の動作が制御される。
　ここで、モータ制御装置１´の故障発生原因について説明する。モータ制御装置１´は、例えば車両に搭載される電動パワーステアリング装置などにおいて使用される。その場合、操舵補助力をモータ２から出力する際などに、外部要因の影響により誘導ノイズや過渡サージ等の外乱が生じることがある。これらの外乱は、ハイサイド半導体スイッチ素子２７～２９やロウサイド半導体スイッチ素子４２～４４のドレイン－ソース間またはゲート－ソース間における接合破壊を引き起こし、短絡故障の原因となり得る。
　上記のような短絡故障がハイサイド半導体スイッチ素子２７～２９またはロウサイド半導体スイッチ素子４２～４４において発生すると、当該スイッチ素子に対応して設けられたハイサイドプッシュプル回路１９の半導体スイッチ素子２０、２１またはロウサイドプッシュプル回路３４の半導体スイッチ素子３５、３６の接合破壊を誘発し、短絡故障を引き起こすおそれがある。例えば、Ｕ相のプリドライバ回路１２において半導体スイッチ素子２０が短絡故障を起こした状態で半導体スイッチ素子２１がオンされると、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへ貫通電流が流れる。この場合の貫通電流は大電流であるため、回路故障を招くおそれがある。
　また、例えばＵ相のプリドライバ回路１２においてハイサイドプッシュプル回路１９の半導体スイッチ素子２０がある程度の抵抗値を持った状態で短絡故障をした場合、常に半導体スイッチ素子２０において貫通電流が流れることになるため、昇圧回路５から供給される昇圧電圧の低下を引き起こす。近年の車載機器では機能安全に関する規制が厳しくなる傾向にあるため、半導体スイッチ素子２０が短絡故障を起こした場合でも、モータ制御装置１´に対して要求される最低限のシステム性能を成立させなくてはならない。そこで、短絡故障時に最低限のモータ駆動補償を実現するために、モータ制御装置１´では、短絡故障が起きていない他の二相（ここではＶ相およびＷ相）を用いた二相駆動によりモータ２を駆動することができるようにしている。しかし、上記のような昇圧電圧の低下は、二相駆動によるモータ２の駆動に悪影響を及ぼすことになる。これは、ロウサイドプッシュプル回路３４の半導体スイッチ素子３５が短絡故障した場合に電源回路４から供給される電源電圧においても同様である。
　そこで本発明では、上述のプリドライバ回路１２～１４における半導体スイッチ素子２０、２１または半導体スイッチ素子３５、３６の接合破壊による他の二相への悪影響を低減させ、安定したモータ駆動を続けることができるようにすることを目的の一つとする。なお、この目的を実現するための方法の一つとして、各相ごとに電源回路４を設けることも考えられるが、これは装置全体のコストアップを招くために現実的ではない。したがって、上記目的を低コストで実現できることをさらに目的の一つとする。
（本発明の説明）
　図１は、本発明によるモータ制御装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１のモータ制御装置１は、図７のモータ制御装置１´と比較して、各相のハイサイドプッシュプル回路１９と昇圧回路５の間に電流遮断回路２３を設けた点と、各相のロウサイドプッシュプル回路３４と電源回路４の間に電流遮断回路３８を設けた点とが異なっている。なお、図１ではＵ相のプリドライバ回路１２を代表例として図示しているが、Ｖ相のプリドライバ回路１３およびＷ相のプリドライバ回路１４においても同様に、電流遮断回路２３および３８がそれぞれ設けられている。
　本発明の特徴は、図１に示すように、モータ制御装置１の各相に電流遮断回路２３および３８を設けたことにある。各相の電流遮断回路２３および３８は、プリドライバ回路１２～１４の半導体スイッチ素子２０、２１、３５または３６が接合破壊のために短絡故障して大電流が流れたときに、当該スイッチ素子が設けられたプリドライバ回路１２、１３または１４に流れる電流を遮断する。これにより、大電流による回路故障を防ぐと共に、昇圧回路５から出力される昇圧電圧または電源回路４から供給される電源電圧の低下を防ぐことができる。その結果、他の二相に供給される昇圧電圧または電源電圧には影響がないため、残り二相では正常出力が可能となる。
　以下、図１の電流遮断回路２３、３８の実施形態について、図２～図６を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
　本発明の第１の実施の形態による電流遮断回路２３、３８の構成について、図２と図３を使用して説明する。
　図２は、本発明の第１の実施の形態による電流遮断回路２３の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態の電流遮断回路２３は、オペアンプ４６および４７、フィルタ回路４８、電流検出抵抗５０、電流制限抵抗５１、スイッチ素子５４および電流検出回路９３を有している。なお、ここでは電流遮断回路２３を代表例として示しているが、電流遮断回路３８も同様の構成を有している。
　オペアンプ４６は、昇圧回路５からの昇圧電圧供給配線７とハイサイドプッシュプル回路１９に繋がる昇圧電圧出力配線２５との間に設けられている。このオペアンプ４６により、昇圧回路５から出力された昇圧電圧をハイサイドプッシュプル回路１９へ供給するための電圧フォロワ回路が構成される。なお、昇圧回路５は、図１に示すように電源回路４と接続されている。すなわち、電源回路４とプリドライバ回路１２内のハイサイドプッシュプル回路１９との間に、オペアンプ４６によって構成された電圧フォロワ回路が設けられている。
　なお、電流遮断回路３８でも同様に、電源回路４からの電源供給配線６とロウサイドプッシュプル回路３４に繋がる電源出力配線４０（図１参照）との間にオペアンプ４６が設けられている。すなわち、電源回路４とプリドライバ回路１２内のロウサイドプッシュプル回路３４との間に、オペアンプ４６によって構成された電圧フォロワ回路が設けられている。
　ここで図２に戻って電流遮断回路２３の説明を続ける。図２において、オペアンプ４６からの出力電圧により電流検出抵抗５０を流れる電流９２の大きさは、電流検出回路９３により検出される。電流検出回路９３は、電流９２の検出値に応じた電流検出電圧をオペアンプ４７へ出力する。この電流検出電圧は、オペアンプ４７の非反転入力側に入力される。
　オペアンプ４７は、非反転入力側に入力された電流検出回路９３からの電流検出電圧と、反転入力側に入力される基準電圧９５とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４８へ出力する。フィルタ回路４８を通過したコンパレータ出力と演算処理装置１０から出力された演算処理装置信号との論理和が、スイッチ素子５４のゲート端子へスイッチ素子駆動信号として出力される。
　また、フィルタ回路４８を通過したコンパレータ出力は、故障診断出力２４として論理回路１１へ出力される。論理回路１１では、電流遮断回路２３から故障診断出力２４が出力されることにより、異常の発生を検知することができる。なお、故障診断出力２４を論理回路１１ではなく演算処理装置１０へ出力するようにしてもよい。あるいは、論理回路１１と演算処理装置１０の両方へ故障診断出力２４を出力してもよい。
　なお、電流遮断回路３８では、フィルタ回路４８を通過したオペアンプ４７からのコンパレータ出力は、故障診断出力３９（図１参照）として論理回路１１へ出力される。この故障診断出力３９も故障診断出力２４と同様に、論理回路１１ではなく演算処理装置１０へ出力してもよいし、論理回路１１と演算処理装置１０の両方へ出力してもよい。
　次に電流遮断回路２３の動作を説明する。ハイサイドプッシュプル回路１９が正常である場合、電流検出抵抗５０に流れる電流９２は比較的小さいため、電流検出回路９３から出力される電流検出電圧は基準電圧９５未満となる。そのため、オペアンプ４７から出力されるコンパレータ出力はロウレベルとなり、スイッチ素子５４はオフ状態となる。これにより、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してオペアンプ４６の電圧フォロワ回路へ入力された昇圧電圧が昇圧電圧出力配線２５を介してハイサイドプッシュプル回路１９へ出力される。また、オペアンプ４７から出力されるコンパレータ出力がロウレベルであるため、故障診断出力２４もロウレベルとなる。すなわち、故障を示すハイレベルの故障診断出力２４は出力されない。
　一方、ハイサイドプッシュプル回路１９において、例えば半導体スイッチ素子２０が短絡故障した場合、前述のように昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへ貫通電流が流れる。この貫通電流は、電流検出回路９３において、電流検出抵抗５０に流れる電流９２として検出される。所定値以上の貫通電流を電流９２として検出することにより、電流検出回路９３から出力される電流検出電圧が基準電圧９５を超えると、オペアンプ４７から出力されるコンパレータ出力がハイレベルとなる。これにより、スイッチ素子５４がオン状態になると共に、故障を示すハイレベルの故障診断出力２４が出力される。
　スイッチ素子５４がオンすると、オペアンプ４６の電圧フォロワ回路からの出力電圧が変化し、ロウレベルに固定される。その結果、昇圧回路５からの昇圧電圧はオペアンプ４６において遮断され、ハイサイドプッシュプル回路１９へ供給されなくなる。これにより、昇圧回路５を介した電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給が遮断される。
　なお、電流遮断回路３８でも同様に、所定値以上の貫通電流を検出することにより電流検出回路９３から出力される電流検出電圧が基準電圧９５を超えると、故障を示すハイレベルの故障診断出力３９が出力される。すると、スイッチ素子５４がオン状態となり、オペアンプ４６の電圧フォロワ回路からの出力電圧がロウレベルに固定される。その結果、電源回路４からの電源電圧がオペアンプ４６において遮断されてロウサイドプッシュプル回路３４へ供給されなくなる。これにより、電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給が遮断される。
　また、電流遮断回路２３では、半導体スイッチ素子２０の短絡故障が発生していない場合に、演算処理装置１０から出力される演算処理装置信号によってスイッチ素子５４のオンオフを制御することもできる。すなわち、予め定められた電流遮断条件を満たすか否かを演算処理装置１０において判断し、電流遮断条件を満たすと判断した場合は演算処理装置１０から電流遮断回路２３へ演算処理装置信号を出力することで、電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給を強制的に遮断することができる。これは、電流遮断回路３８においても同様である。
　図３は、本発明の第１の実施の形態における電流遮断時のタイミングチャートである。ハイサイドプッシュプル回路１９において半導体スイッチ素子２０の故障が発生すると、電流検出抵抗５０に流れる電流９２が上昇し始めることにより、電流検出回路９３からの電流検出出力が符号１０２に示すように上昇する。また、これと同時に、昇圧回路５からプリドライバ回路１２の昇圧電圧出力配線２５へ出力される昇圧電圧は、符号１０１に示すように、正常時の電圧５８から低下し始める。
　電流検出回路９３からの電流検出出力が基準電圧９５に達すると、オペアンプ４７からのコンパレータ出力は、符号１０３に示すようにロウレベルからハイレベルへと変化する。このコンパレータ出力の立上りエッジから符号５６に示す所定のフィルタ時間が経過すると、符号１０４および１０５に示すように、故障診断出力２４と、スイッチ素子５４へ出力されるスイッチ素子駆動信号とがロウレベルからハイレベルへと変化し、それに応じて、オペアンプ４６の出力電圧がロウレベルに固定される。その結果、昇圧回路５からプリドライバ回路１２の昇圧電圧出力配線２５へ出力される昇圧電圧が、符号１０１に示すように異常時の電圧５９まで低下し、プリドライバ回路１２への電流供給が遮断される。
　以上説明したようにして、電流遮断回路２３により短絡故障時の貫通電流を遮断することにより、プリドライバ回路１２における半導体スイッチ素子２０、２１の接合破壊による他の二相への悪影響を低減させることができる。その結果、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができる。なお、電流遮断回路３８でも同様に、半導体スイッチ素子３５、３６の接合破壊による他の二相への悪影響を低減させ、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができる。さらに、Ｕ相以外の二相、すなわちＶ相およびＷ相についても同様である。
　以上説明した本発明の第１の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）三相モータ２を制御するためのモータ制御装置１は、三相モータ２を駆動するために三相モータ２の各相ごとに設けられたハイサイド半導体スイッチ素子２７～２９およびロウサイド半導体スイッチ素子４２～４４と、ハイサイド半導体スイッチ素子２７～２９およびロウサイド半導体スイッチ素子４２～４４の動作を制御するために三相モータ２の各相ごとに設けられたプリドライバ回路１２～１４と、プリドライバ回路１２～１４へ電流を供給する電源回路４と、モータ制御信号を演算して出力する演算処理装置１０と、演算処理装置１０から出力されたモータ制御信号に基づいて三相モータ２の各相の駆動信号を出力する論理回路１１と、論理回路１１から出力された駆動信号に基づいてプリドライバ回路１２～１４の動作を制御する駆動回路２２、３７と、上記電流が所定値以上であるときに電源回路４からプリドライバ回路１２～１４への電流の供給を遮断する電流遮断回路２３、３８とを備える。このようにしたので、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができるモータ制御装置１を低コストで提供することができる。
（２）プリドライバ回路１２～１４は、各相のハイサイド半導体スイッチ素子２７～２９に対応して設けられたハイサイドプッシュプル回路１９と、各相のロウサイド半導体スイッチ素子４２～４４に対応して設けられたロウサイドプッシュプル回路３４とを含み、電流遮断回路２３、３８は、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４のいずれか少なくとも一方への電流の供給を遮断するようにした。これにより、ハイサイド半導体スイッチ素子２７～２９およびロウサイド半導体スイッチ素子４２～４４の動作をハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４によりそれぞれ適切に制御しつつ、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４のいずれか少なくとも一方に異常が発生した場合は、その回路への電流供給を遮断して安定したモータ駆動を続けることができる。
（３）電流遮断回路２３、３８は、電源回路４とプリドライバ回路１２～１４との間に設けられたオペアンプ４６による電圧フォロワ回路と、プリドライバ回路１２～１４へ供給される電流の大きさを検出する電流検出回路９３とを含み、電流検出回路９３により検出された電流の大きさが所定値以上である場合、オペアンプ４６による電圧フォロワ回路の出力電圧を変化させることにより、電源回路４からプリドライバ回路１２～１４への電流の供給を遮断するようにした。これにより、プリドライバ回路１２～１４において発生した異常を確実に検知して電流供給を遮断することができる。
（４）電流遮断回路２３、３８は、プリドライバ回路１２～１４へ供給される電流が所定値以上であるときに、演算処理装置１０または論理回路１１のいずれか少なくとも一方へ故障診断信号２４、３９をそれぞれ出力するようにした。これにより、プリドライバ回路１２～１４において異常が発生したことをモータ制御装置１のシステム全体で把握し、必要に応じてユーザへの警告等の措置を講じることができる。
（５）モータ制御装置１は、プリドライバ回路１２～１４、論理回路１１、駆動回路２２、３７および電流遮断回路２３、３８を少なくとも含む複数の回路を集積化した半導体装置３を有することとした。これにより、モータ制御装置１の小型化および低コスト化を図ることができる。
（第２の実施の形態）
　本発明の第２の実施の形態による電流遮断回路２３、３８の構成について、図４を使用して説明する。
　図４は、本発明の第２の実施の形態による電流遮断回路２３の構成例を示すブロック図である。本実施形態による電流遮断回路２３は、図２に示した第１の実施の形態によるものと比べて、オペアンプ４６、電流検出抵抗５０、電流制限抵抗５１、スイッチ素子５４および電流検出回路９３の代わりに、ダイオード４９および過電流遮断用ヒューズ５７を有する点が異なっている。なお、ここでは電流遮断回路２３を代表例として示しているが、電流遮断回路３８も同様の構成を有している。
　過電流遮断用ヒューズ５７は、図２のオペアンプ４６と同様に、昇圧回路５からの昇圧電圧供給配線７とハイサイドプッシュプル回路１９に繋がる昇圧電圧出力配線２５との間に設けられている。すなわち、電源回路４とプリドライバ回路１２内のハイサイドプッシュプル回路１９との間に過電流遮断用ヒューズ５７が設けられている。なお、電流遮断回路３８でも同様に、電源回路４とプリドライバ回路１２内のロウサイドプッシュプル回路３４との間に過電流遮断用ヒューズ５７が設けられている。
　オペアンプ４７は、非反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の出力側電圧と、ダイオード４９を介して反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の入力側電圧とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４８へ出力する。このコンパレータ出力は、反転されてフィルタ回路４８を通過した後、故障診断出力２４として論理回路１１へ出力される。なお、先に説明した第１の実施の形態の場合と同様に、故障診断出力２４を論理回路１１ではなく演算処理装置１０へ出力するようにしてもよいし、論理回路１１と演算処理装置１０の両方へ出力してもよい。この点は、電流遮断回路３８から出力される故障診断出力３９についても同様である。
　ハイサイドプッシュプル回路１９が正常である場合、過電流遮断用ヒューズ５７に流れる電流は比較的小さいため、過電流遮断用ヒューズ５７は溶断しない。そのため、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介して入力された昇圧電圧が過電流遮断用ヒューズ５７および昇圧電圧出力配線２５を介してハイサイドプッシュプル回路１９へ出力される。また、オペアンプ４７の非反転入力側の電圧は、反転入力側の電圧よりもダイオード４９のドロップ電圧分だけ高いため、オペアンプ４７からのコンパレータ出力はハイレベルとなる。そのため、コンパレータ出力を反転した故障診断出力２４はロウレベルとなって出力されない。
　一方、ハイサイドプッシュプル回路１９において、例えば半導体スイッチ素子２０が短絡故障した場合、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへ比較的大きな貫通電流が流れる。所定値以上の貫通電流が流れると、過電流遮断用ヒューズ５７が溶断されることにより昇圧回路５からの昇圧電圧が遮断され、ハイサイドプッシュプル回路１９へ供給されなくなる。これにより、昇圧回路５を介した電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給が遮断される。また、昇圧回路５からの昇圧電圧が遮断されることにより、オペアンプ４７の非反転入力側の電圧よりも反転入力側の電圧の方が高くなり、オペアンプ４７からのコンパレータ出力がロウレベルとなる。そのため、コンパレータ出力を反転した故障診断出力２４がハイレベルとなって出力される。
　以上説明した本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）、（２）、（４）および（５）の各作用効果に加えて、さらに次の（６）のような作用効果を奏する。
（６）電流遮断回路２３、３８は、電源回路４とプリドライバ回路１２～１４との間に設けられた過電流遮断用ヒューズ５７を含み、プリドライバ回路１２～１４へ供給される電流の大きさが所定値以上である場合、過電流遮断用ヒューズ５７が溶断することにより、電源回路４からプリドライバ回路１２～１４への電流の供給を遮断するようにした。これにより、プリドライバ回路１２～１４において発生した異常を確実に検知して電流供給を遮断することができる。
（第３の実施の形態）
　本発明の第３の実施の形態による電流遮断回路２３、３８の構成について、図５と図６を使用して説明する。
　図５は、本発明の第３の実施の形態によるプリドライバ回路１２の構成例を示すブロック図である。本実施形態によるプリドライバ回路１２は、図１に示した第１の実施の形態によるものと比べて、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４をそれぞれ複数のプッシュプル回路に分割した点が主に異なっている。すなわち、ハイサイドプッシュプル回路１９には、半導体スイッチ素子６２および６５により構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子６３および６６により構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子６４および６７により構成されるプッシュプル回路とが、昇圧電圧供給配線７および昇圧回路５を介して、電源回路４に対して並列に接続されている。また、ロウサイドプッシュプル回路３４には、半導体スイッチ素子７７および８０により構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子７８および８１により構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子７９および８２により構成されるプッシュプル回路とが、電源供給配線６を介して、電源回路４に対して並列に接続されている。なお、ここではハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４において３つのプッシュプル回路をそれぞれ並列に接続した例を示したが、並列するプッシュプル回路の列はこれに限定されない。また、ここではＵ相のプリドライバ回路１２を代表例として示しているが、他のＶ相、Ｗ相のプリドライバ回路１３、１４も同様の構成を有している。
　ハイサイドプッシュプル回路１９を構成する各プッシュプル回路には、図４に示した第２の実施の形態による電流遮断回路２３と同様の電流遮断回路が、昇圧電圧供給配線７側とグランド側にそれぞれ接続されている。すなわち、オペアンプ４７、フィルタ回路４８および過電流遮断用ヒューズ５７が、各プッシュプル回路の昇圧電圧供給配線７側とグランド側にそれぞれ接続されている。また、ロウサイドプッシュプル回路３４を構成する各プッシュプル回路にも同様に、オペアンプ４７、フィルタ回路４８および過電流遮断用ヒューズ５７が、各プッシュプル回路の電源供給配線６側とグランド側にそれぞれ接続されている。
　ハイサイドプッシュプル回路１９の昇圧電圧供給配線７側の各オペアンプ４７と、ロウサイドプッシュプル回路３４の電源供給配線６側の各オペアンプ４７とは、非反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の出力側電圧（半導体スイッチ素子６２～６４または７７～７９のソース端子電圧）と、共通のダイオード４９を介して反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の入力側電圧（昇圧電圧または電源電圧）とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４８へそれぞれ出力する。これらのコンパレータ出力は、第２の実施の形態と同様に反転されて各フィルタ回路４８を通過した後、故障診断出力７１～７３および８６～８８として論理回路１１へそれぞれ出力される。
　一方、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４のグランド側の各オペアンプ４７は、非反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の入力側電圧（半導体スイッチ素子６５～６７または８０～８２のソース端子電圧）と、反転入力側に入力される所定の基準電圧７０または８５とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４８へそれぞれ出力する。これらのコンパレータ出力は反転されて各フィルタ回路４８を通過し、故障診断出力７４～７６および８９～９１として論理回路１１へそれぞれ出力される。
　なお、第１および第２の実施の形態で説明したように、上記の各故障診断出力を論理回路１１ではなく演算処理装置１０へ出力するようにしてもよいし、論理回路１１と演算処理装置１０の両方へ出力してもよい。
　例えば、プリドライバ出力配線２６を介して半導体スイッチ素子６２～６４と接続されたハイサイド半導体スイッチ素子２７が短絡故障すると、半導体スイッチ素子６２～６４に誘電ノイズや過渡サージが印加される。ここで、一般的に半導体スイッチ素子は、製造バラツキや配線の寄生抵抗の影響により、オン抵抗値において個体ごとにバラツキを有する。これにより、半導体スイッチ素子６２～６４のうちオン抵抗値が最も小さいものに多くの電流が流れるため、半導体スイッチ素子６２～６４において短絡故障の発生状態に差が生じる。例えば、半導体スイッチ素子６２のオン抵抗が最も小さい場合、半導体スイッチ素子６２が最初に短絡故障することになる。
　上記のようにして半導体スイッチ素子６２が短絡故障した場合、第２の実施の形態で説明したのと同様に、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへ比較的大きな貫通電流が流れる。この貫通電流が所定値以上になると、半導体スイッチ素子６２および６５によって構成されるプッシュプル回路と接続されている過電流遮断用ヒューズ５７が溶断されることにより、昇圧回路５からの昇圧電圧が遮断され、当該プッシュプル回路へ供給されなくなる。これにより、昇圧回路５を介した電源回路４から当該プリドライバ回路への電流供給が遮断される。
　この場合、半導体スイッチ素子６２および６５によって構成されるプッシュプル回路への電流供給のみが遮断されるため、その他の半導体スイッチ素子６３および６６によって構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子６４および６７によって構成されるプッシュプル回路とは、正常に動作することが可能となる。これにより、プリドライバ回路１２によるハイサイド半導体スイッチ素子２７の動作制御性能は低下するものの、三相全てを用いたモータ２の駆動を継続することができる。
　また、半導体スイッチ素子６２および６５によって構成されるプッシュプル回路について昇圧回路５からの昇圧電圧が遮断されると、当該プッシュプル回路に接続されているオペアンプ４７において、非反転入力側の電圧よりも反転入力側の電圧の方が高くなり、コンパレータ出力がロウレベルとなる。その結果、故障診断出力７１がハイレベルとなって出力される。
　図６は、本発明の第３の実施の形態における電流遮断時のタイミングチャートである。論理回路１１からプリドライバ回路１２へ入力される駆動信号（制御信号）が符号１０６に示すようにロウレベルからハイレベルに変化すると、プリドライバ回路１２からプリドライバ出力配線２６を介してハイサイド半導体スイッチ素子２７のゲート端子へ出力されるプリドライバ出力電圧が符号１０７に示すように正常時の電圧６０まで上昇する。
　ハイサイドプッシュプル回路１９において半導体スイッチ素子６２の短絡故障が発生し、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７および半導体スイッチ素子６２、６５を介してグランドへ流れる貫通電流が所定値以上になると、過電流遮断用ヒューズ５７が溶断し、昇圧回路５から半導体スイッチ素子６２への昇圧電圧が遮断される。すると、プリドライバ出力電圧が符号１０７に示すように、残りの半導体スイッチ素子６３および６４のオン抵抗値に応じたドロップ電圧分だけ変化し、異常時の電圧６１まで低下していく。また、オペアンプ４７の非反転入力側に入力されるコンパレータ入力、すなわち半導体スイッチ素子６２のソース端子電圧も、符号１０８に示すように低下する。
　コンパレータ入力の低下分がダイオード４９のドロップ電圧に応じた基準電圧５２を超えると、オペアンプ４７からのコンパレータ出力が符号１０９に示すようにハイレベルからロウレベルに変化する。このコンパレータ出力の立下りエッジから符号５６に示す所定のフィルタ時間が経過すると、符号１１０に示すように故障診断出力７１がロウレベルからハイレベルへと変化し、論理回路１１に出力される。
　以上説明した本発明の第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態で説明した（１）、（２）、（４）および（５）の各作用効果に加えて、さらに次の（７）のような作用効果を奏する。
（７）プリドライバ回路１２～１４は、三相モータ２の各相ごとに電源回路４に対して並列に接続された複数のプッシュプル回路を含み、オペアンプ４７、フィルタ回路４８および過電流遮断用ヒューズ５７によって構成される電流遮断回路は、電源回路４から複数のプッシュプル回路のいずれか少なくとも１つへの電流の供給を遮断するようにした。これにより、プリドライバ回路１２～１４においていずれかのプッシュプル回路に異常が発生した場合であっても、三相全てを用いたモータ２の駆動を継続することができる。
　なお、以上説明した各実施の形態では、車両に搭載される電動パワーステアリング装置などに使用されるモータ制御装置を例として説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、様々な用途のモータ制御装置において適用することができる。以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。
　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１１年第１３８４０号（２０１１年１月２６日出願）

Claims (7)

  1. 　三相モータを制御するためのモータ制御装置であって、
    　前記三相モータを駆動するために前記三相モータの各相ごとに設けられた半導体スイッチ素子と、
    　前記半導体スイッチ素子の動作を制御するために前記三相モータの各相ごとに設けられたプリドライバ回路と、
    　前記プリドライバ回路へ電流を供給する電源回路と、
    　モータ制御信号を演算して出力する演算処理装置と、
    　前記演算処理装置から出力されたモータ制御信号に基づいて、前記三相モータの各相の駆動信号を出力する論理回路と、
    　前記論理回路から出力された駆動信号に基づいて、前記プリドライバ回路の動作を制御する駆動回路と、
    　前記電流が所定値以上であるときに、前記電源回路から前記プリドライバ回路への前記電流の供給を遮断する電流遮断回路とを備えるモータ制御装置。
  2. 　請求項１に記載のモータ制御装置において、
    　前記半導体スイッチ素子は、各相の高電圧側に設けられたハイサイド半導体スイッチ素子と、各相の低電圧側に設けられたロウサイド半導体スイッチ素子とを含み、
    　前記プリドライバ回路は、各相の前記ハイサイド半導体スイッチ素子に対応して設けられたハイサイドプッシュプル回路と、各相の前記ロウサイド半導体スイッチ素子に対応して設けられたロウサイドプッシュプル回路とを含み、
    　前記電流遮断回路は、前記ハイサイドプッシュプル回路および前記ロウサイドプッシュプル回路のいずれか少なくとも一方への前記電流の供給を遮断するモータ制御装置。
  3. 　請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
    　前記電流遮断回路は、
    　前記電源回路と前記プリドライバ回路との間に設けられた電圧フォロワ回路と、
    　前記電流の大きさを検出する電流検出回路とを含み、
    　前記電流検出回路により検出された前記電流の大きさが前記所定値以上である場合、前記電圧フォロワ回路の出力電圧を変化させることにより、前記電源回路から前記プリドライバ回路への前記電流の供給を遮断するモータ制御装置。
  4. 　請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
    　前記電流遮断回路は、
    　前記電源回路と前記プリドライバ回路との間に設けられた過電流遮断用ヒューズを含み、
    　前記電流の大きさが前記所定値以上である場合、前記過電流遮断用ヒューズが溶断することにより、前記電源回路から前記プリドライバ回路への前記電流の供給を遮断するモータ制御装置。
  5. 　請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
    　前記プリドライバ回路は、前記三相モータの各相ごとに前記電源回路に対して並列に接続された複数のプッシュプル回路を含み、
    　前記電流遮断回路は、前記電源回路から前記複数のプッシュプル回路のいずれか少なくとも１つへの前記電流の供給を遮断するモータ制御装置。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
    　前記電流遮断回路は、前記電流が所定値以上であるときに、前記演算処理装置または前記論理回路のいずれか少なくとも一方へ故障診断信号を出力するモータ制御装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
    　前記プリドライバ回路、前記論理回路、前記駆動回路および前記電流遮断回路を少なくとも含む複数の回路を集積化した半導体装置を有するモータ制御装置。
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