WO2014167804A1

WO2014167804A1 - モータ駆動装置およびそれを備えたモータ

Info

Publication number: WO2014167804A1
Application number: PCT/JP2014/001918
Authority: WO
Inventors: 坪内　俊樹
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2014-10-16
Also published as: CN204993283U; JP2016115951A

Abstract

本発明のモータ駆動装置（１００）は、直流電源（７）にハイサイドスイッチ（１９）とロウサイドスイッチ（２１）とを直列に接続してトーテムポール型回路を形成する。モータ駆動装置（１００）は、ハイサイドスイッチ（１９）をオン／オフするハイサイドスイッチ指令信号とロウサイドスイッチ（２１）をオン／オフするロウサイドスイッチ指令信号とを送信する制御部（１０２）を有する。レベルシフト回路（１３）は、第３の端子（１９ｃ）とハイサイドスイッチ指令信号出力端子（１０２ａ）との間に位置する。レベルシフト回路（１３）は、ロウサイドスイッチ指令信号出力端子（１０２ｂ）がロウサイドスイッチ（２１）をオンするロウサイドスイッチ指令信号を送信したとき、ハイサイドスイッチ（１９）をオフする、レベルシフトされたハイサイドスイッチ指令信号を、第３の端子（１９ｃ）に送信する。

Description

モータ駆動装置およびそれを備えたモータ

　本発明は、特に、高耐圧ＩＣ（Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　ＩＣ）として利用されるレベルシフト回路に関する。レベルシフト回路は、可制御半導体が含む制御電極に用いられる。

　可制御半導体は、電力を逆変換する際に用いられる、ブリッジ回路に使用される。可制御半導体は、特に、ブリッジ回路を構成する上側アームの半導体スイッチに用いられる。電力を逆変換することは、例えば、ＰＷＭインバータやモータ駆動装置などで行われる。可制御半導体が含む制御電極は、入力される制御信号について、電位の基準となる電極を有する。電位の基準となる電極とは、エミッタやソースなどである。電位の基準となる電極は、グランドなどの共通電位に対して変動する。可制御半導体が含む制御電極には、可制御半導体をオン／オフする制御信号が伝達される。レベルシフト回路は、可制御半導体が含む制御電極に対して、共通電位に接続された回路から電位を絶縁することなく、制御信号が伝達される。

　従来、ブリッジ回路は、ＰＷＭインバータ等で電力を逆変換する際に用いられる。半導体スイッチは、ブリッジ回路の上側アームを構成する。電力逆変換とは、直流を交流へ変換することである。近年、特許文献１のように、半導体スイッチをオン／オフする回路には、レベルシフト回路が使用される。レベルシフト回路は、トランスやフォトカプラ等による電位絶縁が行われない。レベルシフト回路を用いれば、コストが低減できる。

　図６は、従来のモータ駆動装置の構成図である。従来のモータ駆動装置には、レベルシフト回路が用いられる。図６に示すように、電力逆変換に用いられるブリッジ回路は、上側アームであるＩＧＢＴ１７と、下側アームであるＩＧＢＴ１８と、が直列に接続される。一相分のブリッジ回路は、ＩＧＢＴ１７とＩＧＢＴ１８とで形成される。一相分のブリッジ回路は、主たる直流電源Ｖｄｃと共通電位ＣＯＭとの間に位置する。直流電源Ｖｄｃを正極側、共通電位ＣＯＭを負極側ともいう。直流電源Ｖｄｃは、例えば、４００Ｖの高電圧が印加される。

　出力端子１０４は、ＩＧＢＴ１７のエミッタと、ＩＧＢＴ１８のコレクタとの接続点である。ＩＧＢＴ１７とＩＧＢＴ１８とが交互にオン／オフすれば、交流電力が生成される。出力端子１０４には、生成された出力電圧ＯＵＴとして交流電力が出力される。

　補助となる直流電源Ｅ２は、負極が共通電位ＣＯＭに接続される。直流電源Ｅ２は、ドライバ電源ともいう。直流電源Ｅ２は、例えば、１５Ｖの電圧を供給する。ドライバ２０は、下側アームのＩＧＢＴ１８をオン／オフする。ドライバ２０は、直流電源Ｅ２と共通電位ＣＯＭとの間に位置する。

　その他、図６には、レベルシフト回路が示される。レベルシフト回路は、上側アームのＩＧＢＴ１７をオン／オフする。レベルシフト回路は、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１と高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２とを含む。

　高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１の入力端子２５は、他の回路で生成されたオン信号を受信する。高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１がオン信号を受信すると、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１は、オンになる。高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１がオンになれば、負荷抵抗３には電圧降下が生じる。負荷抵抗３に生じた電圧降下を信号として、ＩＧＢＴ１７がオンになる。

　高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２の入力端子２６は、上記と同様、他の回路で生成されたオフ信号を受信する。高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２がオフ信号を受信すると、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２は、オフになる。高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２がオフになれば、負荷抵抗４には電圧降下が生じる。負荷抵抗４に生じた電圧降下を信号として、ＩＧＢＴ１７がオフになる。

　通常、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１と高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２とは、互いに等しく構成される。同様に、負荷抵抗３と負荷抵抗４も、互いに等しく構成される。負荷抵抗３には、定電圧ダイオード５が並列に接続される。同様に、負荷抵抗４には、定電圧ダイオード６が並列に接続される。負荷抵抗３と負荷抵抗４とは、過大な電圧降下の発生を制限することで、後述するＮＯＴ回路８とＮＯＴ回路９などを保護する。

　図６に示すように、レベルシフト回路は、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１と高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２とを含む回路部分と、破線で囲まれた回路部分とを有する。

　高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１と高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２とを含む回路部分は、共通電位ＣＯＭを基準の電位とする信号が入力される。共通電位ＣＯＭは、静止している。

　破線で囲まれた回路部分は、出力端子１０４に生じる出力電圧ＯＵＴを、基準の電位として動作する。破線で囲まれた回路部分は、基準の電位が変動する。ＩＧＢＴ１７とＩＧＢＴ１８とがオン／オフすれば、出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴは変動する。すなわち、出力電圧ＯＵＴの電位は、共通電位ＣＯＭと主たる直流電源の電位Ｖｄｃとに、交互に追従する。

　破線で囲まれた回路内に、補助となる直流電源Ｅ１が存在する。直流電源Ｅ２と同様、直流電源Ｅ１は、ドライバ電源ともいう。

　直流電源Ｅ１は、正極がラインＶｃｃ１に接続され、負極が出力端子１０４に接続される。直流電源Ｅ１は、例えば、１５Ｖの電圧を供給する。直流電源Ｅ１は、ＮＯＴ回路８、ＮＯＴ回路９、ローパスフィルタ回路（Ｌｏｗ－Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）３０、ローパスフィルタ回路３１、ＲＳフリップフロップ回路（Ｒｅｓｅｔ　Ｓｅｔ　Ｆｌｉｐ-Ｆｌｏｐ　ｃｉｒｃｕｉｔ）１５、ドライバ１６などの電源である。ローパスフィルタ回路３０、３１は、ＬＰＦということもある。ＲＳフリップフロップ回路１５は、ＲＳラッチ回路（Ｒｅｓｅｔ　Ｓｅｔ　Ｌａｔｃｈ　ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＲＳ－ＦＦともいう。

　図７は、従来のモータ駆動装置の動作を示すタイムチャートである。図７に示すように、ＨＩＮで示すタイムチャートには、上側アームであるＩＧＢＴ１７のオン／オフ指令信号が示される。ＬＩＮで示されるタイムチャートには、下側アームであるＩＧＢＴ１８のオン／オフ指令信号が示される。ＨＩＮおよびＬＩＮとも、Ｈレベルがオン、Ｌレベルがオフ、を指示する信号である。

　２５、２６で示すタイムチャートには、入力端子２５、２６が受信するパルス信号が示される。パルス信号は、パルスジェネレータが発生する。入力端子２５、２６が受信するパルス信号は、図６に示されない、他の回路で生成される。タイムチャートの２５で示されるパルス信号は、ＨＩＮ信号の立ち上がり時に、一定の時間幅を有する信号として、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１に伝達される。同様に、タイムチャートの２６で示されるパルス信号は、ＨＩＮ信号の立ち下がり時に、一定の時間幅を有する信号として、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２に伝達される。

　レベルシフト回路を構成する、ＲＳフリップフロップ回路１５は、セット信号Ｓと、リセット信号Ｒとを受信する。Ｓで示すタイムチャートには、セット信号Ｓが示される。Ｒで示すタイムチャートには、リセット信号Ｒが示される。入力端子２５のオン信号が、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１を介して、セット信号Ｓとして、入力端子２５に伝達される。入力端子２６のオフ信号が、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２を介して、リセット信号Ｒとして、入力端子２６に伝達される。ＲＳフリップフロップ回路１５は、出力信号Ｑを送信する。Ｑで示すタイムチャートには、出力信号Ｑが示される。出力信号Ｑは、セット信号ＳによりＨレベルが送信される。出力信号Ｑは、リセット信号ＲによりＬレベルが送信される。出力信号Ｑには、直前の出力状態も反映される。

　図７中、１７で示すタイムチャートには、上側アームであるＩＧＢＴ１７のオン／オフ状態が示される。１８で示すタイムチャートには、下側アームであるＩＧＢＴ１８のオン／オフ状態が示される。Ｈレベルはオン状態を示す。Ｌレベルはオフ状態を示す。

　ＯＵＴで示すタイムチャートには、出力電圧が示される。Ｈレベルは、直流電圧Ｖｄｃが出力される状態を示す。Ｌレベルは、ＧＮＤが出力される状態を示す。

　図７に示すように、時刻ｔ＝０における各部の状態は、以下のとおりである。すなわち、ＨＩＮがＬレベルであるため、ＩＧＢＴ１７はオフとなる。ＬＩＮがＨレベルであるため、ＩＧＢＴ１８はオンとなる。このとき、出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴの電位は、ＧＮＤレベルとなる。

　次に、図７に示すように、時刻ｔ＝ｔ１において、ＬＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられる。この結果、ＩＧＢＴ１８は、オンからオフに変化する。よって、出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴの電位は、ＧＮＤレベルからＶｄｃに、急激に高くなる。

　次に、図７に示すように、時間ｔ＝ｔ２において、ＨＩＮが、ＬレベルからＨレベルに切り替えられる。高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１は、２５のタイムチャートで示される時間幅△ｔのパルス信号を受信する。パルス信号は、ＮＯＴ回路８などを介してＲＳフリップフロップ回路１５が有する入力端子へセット信号Ｓを伝達する。この結果、ＲＳフリップフロップ回路１５の出力として、出力信号Ｑは、Ｈレベルを送信する。よって、ＩＧＢＴ１７はオンとなる。

　次に、図７に示すように、時間ｔ＝ｔ３において、ＨＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられる。高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２は、２６のタイムチャートで示される時間幅△ｔのパルス信号を受信する。パルス信号は、ＮＯＴ回路９などを介してＲＳフリップフロップ回路１５が有する入力端子へリセット信号Ｒを伝達する。この結果、ＲＳフリップフロップ回路１５の出力として、出力信号Ｑは、Ｌレベルを送信する。よって、ＩＧＢＴ１７はオフとなる。

　以上のような動作が、ＨＩＮとＬＩＮで示される信号のレベルが、切り替えられる毎に行われる。

特許第３６３５９７５号公報

　本発明が対象とするモータ駆動装置は、直流電源にハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとを直列に接続してトーテムポール型回路を形成する。また、モータ駆動装置は、ハイサイドスイッチをオン／オフするハイサイドスイッチ指令信号とロウサイドスイッチをオン／オフするロウサイドスイッチ指令信号とを送信する制御部を有する。

　特に、ハイサイドスイッチは、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、を含む。第１の端子は、直流電源の正極側と接続する。第２の端子は、ロウサイドスイッチと接続する。第３の端子は、第１の端子と第２の端子との間をオン／オフするハイサイドスイッチ指令信号を受信する。

　ロウサイドスイッチは、第４の端子と、第５の端子と、第６の端子と、を含む。第４の端子は、第２の端子と接続する。第５の端子は、直流電源の負極側と接続する。第６の端子は、第４の端子と第５の端子との間をオン／オフするロウサイドスイッチ指令信号を受信する。

　制御部は、ハイサイドスイッチ指令信号出力端子と、ロウサイドスイッチ指令信号出力端子と、を含む。ハイサイドスイッチ指令信号出力端子は、第３の端子に向けてハイサイドスイッチ指令信号を送信する。ロウサイドスイッチ指令信号出力端子は、第６の端子に向けてロウサイドスイッチ指令信号を送信する。

　レベルシフト回路は、第３の端子とハイサイドスイッチ指令信号出力端子との間に位置する。レベルシフト回路は、ロウサイドスイッチ指令信号出力端子がロウサイドスイッチをオンするロウサイドスイッチ指令信号を送信したとき、ハイサイドスイッチをオフする、レベルシフトされたハイサイドスイッチ指令信号を、第３の端子に送信する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の構成図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作を説明するタイムチャートである。図３は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置の構成図である。図４は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置の動作を説明するタイムチャートである。図５は、本発明の実施の形態３におけるモータの要部断面図である。図６は、従来のモータ駆動装置の構成図である。図７は、従来のモータ駆動装置の動作を示すタイムチャートである。

　本発明の実施の形態であるモータ駆動装置は、後述する構成により、ロウサイドスイッチがオンするときには、その状態によらず、ハイサイドスイッチをオフする。よって、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが、同時にオンする状態が発生することを防止できる。この結果、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが同時にオンすることで、主たる直流電源と共通電位とが短絡されることで生じていたモータ駆動装置の破壊を防止できる。

　特に、本発明の実施の形態であるモータ駆動装置は、後述するように、レベルシフト回路として、パルス発生器と、ＲＳフリップフロップ回路と、を有する。

　本構成により、パルス発生器において、ロウサイドスイッチがオンするときには、ハイサイドスイッチはオフするリセットパルスが送信される。よって、ハイサイドスイッチは、その状態によらず、オフすることになる。この結果、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが同時にオンすることを防止できる。従って、主たる直流電源と共通電位とが短絡されることで生じていたモータ駆動装置の破壊を防止できる。

　つまり、本発明の実施の形態であるモータ駆動装置は、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが同時にオンすることを防止することにより、信頼性を高めることができる。

　ところで、従来のモータ駆動装置には、つぎの改善すべき点があった。すなわち、図７に示すように、時刻ｔ＝ｔ４において、ＬＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられると、ＩＧＢＴ１８はオフする。ＩＧＢＴ１８がオフすることで出力端子１０４に出力電圧ＯＵＴの電位が急激に高くなると、ＲＳフリップフロップ回路１５のＳ端子には、ＨＩＮによらない誤パルスが誘起されることがある。誘起された誤パルスにより、ＲＳフリップフロップ回路１５の出力として、出力信号Ｑは、Ｈレベルが出力される。出力信号ＱとしてＨレベルが出力されるため、ＩＧＢＴ１７が誤オンする。

　その後、時刻ｔ＝ｔ５において、ＬＩＮが、再び、ＬレベルからＨレベルに切り替えられると、再び、ＩＧＢＴ１８はオンする。この結果、ＩＧＢＴ１７とＩＧＢＴ１８とが、上下アームで同時にオンとなる。つまり、直流電源Ｖｄｃと共通電位ＣＯＭとを短絡することになるため、過大な電流が、ＩＧＢＴ１７とＩＧＢＴ１８とに流れる。よって、ＩＧＢＴ１７とＩＧＢＴ１８が破壊される。あるいは、ＩＧＢＴ１７やＩＧＢＴ１８の周辺を構成する要素まで、破壊されることがあった。

　そこで、後述する本発明の実施の形態であるモータ駆動装置により、トーテムポール型回路に直列に接続されたハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが保護される。

　具体的には、ロウサイドスイッチがオフするとき、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとの接点である出力端子において、電位が急激に高くなることがある。出力側の電位が急激に高くなると、ハイサイドスイッチを誤オンさせるような、誤った入力側の信号が誘起されることがある。この誤った入力側の信号により、ハイサイドスイッチが誤オンすることがある。この状態で、その後、ロウサイドスイッチがオンされると、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが同時にオンされる。ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが同時に、オンすれば、直流電源を短絡することになる。このハイサイドスイッチの誤オン状態が発生することを防止する。つまり、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが、同時にオンとなる状態の発生を防止する。

　よって、ハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとを破壊から防ぐ、信頼性の高いモータ駆動装置が提供できる。

　以下、本発明の実施の形態について、図面及び表を用いて説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術範囲を限定するものではない。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の構成図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作を説明するタイムチャートである。

　図１に示すように、モータ駆動装置１００は、直流電源である主電源７にハイサイドスイッチ１９とロウサイドスイッチ２１とを直列に接続してトーテムポール型回路を形成する。また、モータ駆動装置１００は、ハイサイドスイッチ１９をオン／オフするハイサイドスイッチ指令信号とロウサイドスイッチ２１をオン／オフするロウサイドスイッチ指令信号とを送信する制御部１０２を有する。

　特に、ハイサイドスイッチ１９は、第１の端子１９ａと、第２の端子１９ｂと、第３の端子１９ｃと、を含む。第１の端子１９ａは、直流電源である主電源７の正極側と接続される。第２の端子１９ｂは、ロウサイドスイッチ２１と接続される。第３の端子１９ｃは、第１の端子１９ａと第２の端子１９ｂとの間をオン／オフするハイサイドスイッチ指令信号を受信する。

　ロウサイドスイッチ２１は、第４の端子２１ａと、第５の端子２１ｂと、第６の端子２１ｃと、を含む。第４の端子２１ａは、第２の端子１９ｂと接続される。第５の端子２１ｂは、直流電源である主電源７の負極側と接続される。第６の端子２１ｃは、第４の端子２１ａと第５の端子２１ｂとの間をオン／オフするロウサイドスイッチ指令信号を受信する。

　制御部１０２は、ハイサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ａと、ロウサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ｂと、を含む。ハイサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ａは、第３の端子１９ｃに向けてハイサイドスイッチ指令信号を送信する。ロウサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ｂは、第６の端子２１ｃに向けてロウサイドスイッチ指令信号を送信する。

　レベルシフト回路１３は、第３の端子１９ｃとハイサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ａとの間に位置する。レベルシフト回路１３は、ロウサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ｂがロウサイドスイッチ２１をオンするロウサイドスイッチ指令信号を送信したとき、ハイサイドスイッチ１９をオフする、レベルシフトされたハイサイドスイッチ指令信号を、第３の端子１９ｃに送信する。

　さらに、図１を用いて、詳細に説明する。

　主電源７の正極側端子と負極側端子との間に、ハイサイドスイッチ１９とロウサイドスイッチ２１とが、トーテムポール型に直列接続される。ハイサイドスイッチ１９の第２の端子１９ｂとロウサイドスイッチ２１の第４の端子２１ａとが接続される箇所は、出力端子１０４を成す。この出力端子１０４の出力電圧をＯＵＴと示す。出力端子１０４は、モータ巻線１２の一端に接続される。ハイサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ａから送信された、ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮは、第１のヒステリシスコンパレータ１０に受信される。第１のヒステリシスコンパレータ１０は、受信したハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮを、レベルシフト回路１３に向けて送信する。

　レベルシフト回路１３が送信する信号は、ハイサイドスイッチ１９の第３の端子１９ｃであるゲートに受信される。ロウサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ｂから送信された、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮは、第２のヒステリシスコンパレータ１１に受信される。第２のヒステリシスコンパレータ１１は、受信したロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮを、ロウサイドスイッチ２１の第６の端子２１ｃであるゲートに向けて送信する。

　図１には、複数相のモータ巻線を有するモータ駆動装置について、１相分のみ図示している。

　以上のように構成されたモータ駆動装置について、図２に示すタイムチャートを用いて、動作や作用について説明する。なお、モータ駆動装置を構成する要素については、図１で示した符号を付す。

　図２に示すように、ＨＩＮで示すタイムチャートには、ハイサイドスイッチ１９をオン／オフする、ハイサイドスイッチ指令信号が示される。ＬＩＮで示すタイムチャートには、ロウサイドスイッチ２１をオン／オフする、ロウサイドスイッチ指令信号が示される。ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮ、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮとも、Ｈレベルがオン、Ｌレベルがオフ、を指示する信号である。

　１９で示すタイムチャートには、ハイサイドスイッチ１９のオン、オフ状態が示される。２１で示すタイムチャートには、ロウサイドスイッチ２１のオン、オフ状態が示される。ハイサイドスイッチ１９、ロウサイドスイッチ２１のオン／オフ状態は、Ｈレベルがオン、Ｌレベルがオフ、を示す。ＯＵＴで示すタイムチャートには、ハイサイドスイッチ１９の第２の端子１９ｂとロウサイドスイッチ２１の第４の端子２１ａとの接点である出力端子１０４の出力電圧が示される。

　まず、時刻ｔ＝０における各部の状態は、以下のとおりである。ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮはＬレベルである。ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮはＨレベルである。ハイサイドスイッチ１９はオフである。ロウサイドスイッチ２１はオンである。出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴはＧＮＤレベルである。

　次に、時刻ｔ＝ｔ１において、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられる。よって、ロウサイドスイッチ２１が、オンからオフになる。この結果、出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴは、ＧＮＤレベルからＶｄｃレベルへ急激に高くなる。

　次に、時刻ｔ＝ｔ２において、ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮが、ＬレベルからＨレベルに切り替えられる。このとき、レベルシフト回路１３は、ハイサイドスイッチ１９がオンとなるように作用する。

　次に、時刻ｔ＝ｔ３において、ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられる。このとき、レベルシフト回路１３は、ハイサイドスイッチ１９がオフとなるように作用する。

　ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮとロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮのレベルが切り替えられるたびに、以上の動作が繰り返される。

　ところで、図２に示す、時刻ｔ＝ｔ４において、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられると、ロウサイドスイッチ２１はオフする。ロウサイドスイッチ２１がオフするとき、出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴが急激に変化した影響を受け、ハイサイドスイッチ１９がオンしたと仮定する。

　しかし、次の時刻ｔ＝ｔ５において、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが、ＬレベルからＨレベルへ切り替えられると、ロウサイドスイッチ２１がオンする。さらに、レベルシフト回路１３の作用により、同時に、ハイサイドスイッチ１９はオフする。この結果、ハイサイドスイッチ１９とロウサイドスイッチ２１とが、同時にオンする状態は発生しない。よって、ハイサイドスイッチ１９とロウサイドスイッチ２１とが同時にオンしないため、主電源７が短絡されることはない。つまり、モータ駆動装置が破壊されることはない。

　（実施の形態２）
　図３は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置の構成図である。図４は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置の動作を説明するタイムチャートである。各図において、実施の形態１で説明した構成要素と同じものについては、同一の符号を付し、説明を援用する。

　図３に示すように、レベルシフト回路１３は、パルス発生器であるパルスジェネレータ２４と、ＲＳフリップフロップ回路１５とを含む。

　パルス発生器であるパルスジェネレータ２４は、ハイサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ａが送信するハイサイドスイッチ指令信号が、オフからオンに切り替わるときには、セットパルスを送信する。パルスジェネレータ２４は、ハイサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ａが送信するハイサイドスイッチ指令信号が、オンからオフに切り替わるときには、リセットパルスを送信する。

　ＲＳフリップフロップ回路１５は、パルスジェネレータ２４が送信したセットパルスを受信したとき、ハイサイドスイッチ２２をオンする、レベルシフトされたハイサイドスイッチ指令信号を送信する。ＲＳフリップフロップ回路１５は、パルスジェネレータ２４が送信したリセットパルスを受信したとき、ハイサイドスイッチ２２をオフする、レベルシフトされたハイサイドスイッチ指令信号を送信する。

　さらに、ロウサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ｂが、ロウサイドスイッチ２３をオフからオンに切り替えるロウサイドスイッチ指令信号を送信したとき、パルスジェネレータ２４はリセットパルスを送信する。

　さらに、図３を用いて、詳細に説明する。

　主電源７の正極側端子と負極側端子との間に、ハイサイドスイッチ２２と、ロウサイドスイッチ２３と、電流検出抵抗２７とが、トーテムポール型に直列接続される。ハイサイドスイッチ２２の第２の端子２２ｂとロウサイドスイッチ２３の第４の端子２３ａとが接続される箇所は、出力端子１０４を成す。ハイサイドスイッチ２２の第１の端子２２ａは、主電源７の正極側端子と接続される。ロウサイドスイッチ２３の第５の端子２３ｂは、電流検出抵抗２７を介して、主電源７の負極側端子と接続される。この出力端子１０４の出力電圧をＯＵＴと示す。出力端子１０４は、モータ巻線１２の一端に接続される。ハイサイドスイッチ２２とロウサイドスイッチ２３は、ＭＯＳＦＥＴで構成できる。

　ハイサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ａから送信された、ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮは、第１のヒステリシスコンパレータ１０に受信される。第１のヒステリシスコンパレータ１０は、受信したハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮを、レベルシフト回路１３を構成するパルスジェネレータ２４の入力端子１２４に向けて送信する。パルスジェネレータ２４の出力端子１２５は、第１の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１のゲートに接続される。パルスジェネレータ２４の出力端子１２６は、第２の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２のゲートに接続される。

　第１の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１のドレインは、負荷抵抗３に接続される。第１の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１のドレインは、ＲＳフリップフロップ回路１５のセット入力端子１２７に接続される。第２の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２のドレインは、負荷抵抗４に接続される。第２の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２のドレインは、ＲＳフリップフロップ回路１５のリセット入力端子１２８に接続される。

　ＲＳフリップフロップ回路１５の出力端子１２９は、第１の増幅器２８を介して、ハイサイドスイッチ２２の第３の端子２２ｃであるゲートに接続される。

　パルスジェネレータ２４と、第１の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１と、第２の高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２と、負荷抵抗３、４と、ＲＳフリップフロップ回路１５と、第１の増幅器２８とは、レベルシフト回路１３を構成する要素である。

　ロウサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ｂから送信された、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮは、第２のヒステリシスコンパレータ１１に受信される。第２のヒステリシスコンパレータ１１は、受信したロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮを、レベルシフト回路１３を構成するパルスジェネレータ２４のリセット入力端子１３０に向けて送信する。また、第２のヒステリシスコンパレータ１１は、受信したロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮを、第２の増幅器２９を介して、ロウサイドスイッチ２３の第６の端子２３ｃであるゲートに向けて送信する。

　図３には、複数相のモータ巻線１２を有するモータ駆動装置１００について、１相分のみ図示している。

　以上のように構成されたモータ駆動装置について、図４に示すタイムチャートを用いて、動作や作用について説明する。なお、モータ駆動装置を構成する要素については、図３で示した符号を付す。

　図４に示すように、ＨＩＮで示すタイムチャートには、ハイサイドスイッチ２２をオン／オフする、ハイサイドスイッチ指令信号が示される。ＬＩＮで示すタイムチャートには、ロウサイドスイッチ２３をオン／オフする、ロウサイドスイッチ指令信号が示される。ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮ、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮとも、Ｈレベルがオン、Ｌレベルがオフ、を指示する信号である。

　１２５で示すタイムチャートには、パルスジェネレータ２４の出力端子１２５から送信されるパルス信号ＯＵＴ１が示される。１２６で示すタイムチャートには、パルスジェネレータ２４の出力端子１２６から送信されるパルス信号ＯＵＴ２が示される。ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮが立ち上がるとき、出力端子１２５から一定の時間幅を有するパルス信号ＯＵＴ１が送信される。出力端子１２５から送信されたパルス信号ＯＵＴ１は、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１に受信される。ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮが立ち下がるとき、出力端子１２６から一定の時間幅を有するパルス信号ＯＵＴ２が送信される。出力端子１２６から送信されたパルス信号ＯＵＴ２は、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２に受信される。

　Ｓで示すタイムチャートは、ＲＳフリップフロップ回路１５が含むセット入力端子１２７が受信するセットパルスである。セットパルスは、パルスジェネレータ２４から送信されたパルス信号ＯＵＴ１を、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１を介して伝達される。

　Ｒで示すタイムチャートは、ＲＳフリップフロップ回路１５が含むリセット入力端子１２８が受信するリセットパルスである。リセットパルスは、パルスジェネレータ２４から送信されたパルス信号ＯＵＴ２を、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２を介して伝達される。ＲＳフリップフロップ回路１５は、レベルシフト回路１３を構成する要素である。

　Ｑで示すタイムチャートは、ＲＳフリップフロップ回路１５が含む出力端子１２９から送信される出力信号Ｑが示される。セット入力端子１２７がセットパルスを受信すれば、出力信号ＱとしてＨレベルが出力される。リセット入力端子１２８がリセットパルスを受信すれば、出力信号ＱとしてＬレベルが出力される。

　２２で示すタイムチャートには、ハイサイドスイッチ２２のオン、オフ状態が示される。２３で示すタイムチャートには、ロウサイドスイッチ２３のオン、オフ状態が示される。ハイサイドスイッチ２２、ロウサイドスイッチ２３のオン／オフ状態は、Ｈレベルがオン、Ｌレベルがオフ、を示す。

　ＯＵＴで示すタイムチャートには、ハイサイドスイッチ２２の第２の端子２２ｂとロウサイドスイッチ２３の第４の端子２３ａとの接点である出力端子１０４の出力電圧が示される。

　また、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮは、第２の増幅器２９を介して、ロウサイドスイッチ２３が含む第６の端子２３ｃであるゲートへ伝達される。ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮは、パルスジェネレータ２４が含むリセット入力端子１３０にも入力される。ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが、ＬレベルからＨレベルへ立ち上がるとき、パルスジェネレータ２４の出力端子１２６からパルス信号ＯＵＴ２としてリセットパルスが送信される。

　図４に示すように、時刻ｔ＝０における各部の状態は、以下のとおりである。ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮはＬレベルである。ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮはＨレベルである。ハイサイドスイッチ２２はオフである。ロウサイドスイッチ２３はオンである。出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴはＧＮＤレベルである。

　次に、時刻ｔ＝ｔ１において、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられる。よって、ロウサイドスイッチ２３が、オンからオフになる。この結果、出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴは、ＧＮＤレベルからＶｄｃレベルへ急激に高くなる。

　次に、時刻ｔ＝ｔ２において、ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮが、ＬレベルからＨレベルに切り替えられる。このとき、パルスジェネレータ２４の出力端子１２５から、時間幅Δｔを有するセットパルスが送信される。セットパルスは、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ１などを介して、ＲＳフリップフロップ回路１５のセット入力端子１２７へ伝達される。セット入力端子１２７がセットパルスを受信すると、ＲＳフリップフロップ回路１５の出力端子１２９は、Ｈレベルに切り替えられる。この結果、ハイサイドスイッチ２２はオンとなるように作用する。

　次に、時刻ｔ＝ｔ３において、ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられる。このとき、パルスジェネレータ２４の出力端子１２６から、時間幅Δｔを有するリセットパルスが送信される。リセットパルスは、高耐圧ＭＯＳＦＥＴ２などを介して、ＲＳフリップフロップ回路１５のリセット入力端子１２８へ伝達される。リセット入力端子１２８がリセットパルスを受信すると、ＲＳフリップフロップ回路１５の出力端子１２９は、Ｌレベルに切り替えられる。この結果、ハイサイドスイッチ２２はオフとなるように作用する。

　続いて、時刻ｔ＝ｔ３ａにおいて、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが、ＬレベルからＨレベルに切り替えられる。ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮは、第２の増幅器２９を介して、ロウサイドスイッチ２３の第６の端子２３ｃに伝達される。ロウサイドスイッチ２３は、オフからオンに切り替えられる。併せて、ロウサイドスイッチ指令信号出力端子１０２ｂから送信されたロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮは、第２のヒステリシスコンパレータ１１を介して、パルスジェネレータ２４のリセット入力端子１３０に伝達される。リセット入力端子１３０がロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮを受信すれば、パルスジェネレータ２４の出力端子１２６からリセットパルスが送信される。

　ところで、図４に示す、時刻ｔ＝ｔ４において、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが、ＨレベルからＬレベルに切り替えられると、ロウサイドスイッチ２３はオフする。ロウサイドスイッチ２３がオフするとき、出力端子１０４の出力電圧ＯＵＴが急激に変化した影響を受け、ＲＳフリップフロップ回路１５のセット入力端子１２７に誤パルスが誘起されることがある。誤パルスは、ハイサイドスイッチ指令信号ＨＩＮに起因するものではない。誤パルスの影響により、ＲＳフリップフロップ回路１５の出力端子１２９は、Ｈレベルに切り替えられる。よって、ハイサイドスイッチ２２が誤オンしたと仮定する。

　次に、時刻ｔ＝ｔ５において、再び、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが、ＬレベルからＨレベルへ切り替えられると、ロウサイドスイッチ２３がオンする。

　ところで、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮが立ち上がるとき、ロウサイドスイッチ指令信号ＬＩＮは、パルスジェネレータ２４のリセット入力端子にも伝達される。よって、パルスジェネレータ２４の出力端子１２６からリセットパルスが送信される。送信されたリセットパルスは、ＲＳフリップフロップ回路１５をリセットする。ＲＳフリップフロップ回路１５がリセットされると、ＲＳフリップフロップ回路１５の出力端子１２９は、ＨレベルからＬレベルに切り替えられる。つまり、誤オンしていたハイサイドスイッチ２２がオフする。

　この結果、ハイサイドスイッチ２２とロウサイドスイッチ２３が、同時にオンする状態は発生しない。よって、ハイサイドスイッチ２２とロウサイドスイッチ２３とが同時にオンしないため、主電源７が短絡されることはない。つまり、モータ駆動装置が破壊されることはない。

　（実施の形態３）
　図５は、本発明の実施の形態３におけるモータの要部断面図である。

　図５に示すように、モータ５０は、筐体５２の内部に、回転子６０と、固定子７０とを有する。

　回転子６０は、回転子コア６２を貫通するようにシャフト６４が取り付けられる。シャフト６４は、一対の軸受６６により、回転自在となる。

　固定子７０は、固定子コア７２に巻線７４が巻き回される。巻線７４に制御電流が流されると、固定子コア７２に磁界が発生する。この磁界により、回転子６０が回転する。

　筐体５２の内部には、制御基板５４が取り付けられる。制御基板５４には、実施の形態１、２で説明したモータ駆動装置を実現する回路が実装される。

　本構成によれば、実施の形態１、２で説明した作用効果を奏するモータを実現できる。

　本発明のモータの駆動装置は、レベルシフト回路を有することにより、トーテムポール型回路を形成するハイサイドスイッチとロウサイドスイッチを、各スイッチの動作に起因する誤動作から保護する。つまり、直列に接続されたハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとが、同時にオンすることを回避できる。よって、極めて信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。本発明は、モータ駆動装置以外にも、レベルシフト回路が使用できる様々なインバータ機器の駆動装置にも適用できる。

　１　　高耐圧ＭＯＳＦＥＴ
　２　　高耐圧ＭＯＳＦＥＴ
　３，４　　負荷抵抗
　５，６　　定電圧ダイオード
　７　　主電源（直流電源）
　８，９　　ＮＯＴ回路
　１０　　第１のヒステリシスコンパレータ
　１１　　第２のヒステリシスコンパレータ
　１２　　モータ巻線
　１３　　レベルシフト回路
　１５　　ＲＳフリップフロップ回路
　１６，２０　　ドライバ
　１７，１８　　ＩＧＢＴ
　１９，２２　　ハイサイドスイッチ
　１９ａ，２２ａ　　第１の端子
　１９ｂ，２２ｂ　　第２の端子
　１９ｃ，２２ｃ　　第３の端子
　２１，２３　　ロウサイドスイッチ
　２１ａ，２３ａ　　第４の端子
　２１ｂ，２３ｂ　　第５の端子
　２１ｃ，２３ｃ　　第６の端子
　２４　　パルスジェネレータ（パルス発生器）
　２５，２６，１２４　　入力端子
　２７　　電流検出抵抗
　２８　　第１の増幅器
　２９　　第２の増幅器
　３０，３１　　ローパスフィルタ回路
　５０　　モータ
　５２　　筐体
　５４　　制御基板
　６０　　回転子
　６２　　回転子コア
　６４　　シャフト
　６６　　軸受
　７０　　固定子
　７２　　固定子コア
　７４　　巻線
　１００　　モータ駆動装置
　１０２　　制御部
　１０２ａ　　ハイサイドスイッチ指令信号出力端子
　１０２ｂ　　ロウサイドスイッチ指令信号出力端子
　１０４，１２５，１２６，１２９　　出力端子
　１２７　　セット入力端子
　１２８，１３０　　リセット入力端子

Claims

直流電源にハイサイドスイッチとロウサイドスイッチとを直列に接続してトーテムポール型回路を形成し、前記ハイサイドスイッチをオン／オフするハイサイドスイッチ指令信号と前記ロウサイドスイッチをオン／オフするロウサイドスイッチ指令信号とを送信する制御部を有するモータ駆動装置であって、
前記ハイサイドスイッチは、前記直流電源の正極側と接続する第１の端子と、前記ロウサイドスイッチと接続する第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間をオン／オフする前記ハイサイドスイッチ指令信号を受信する第３の端子と、を含み、
前記ロウサイドスイッチは、前記第２の端子と接続する第４の端子と、前記直流電源の負極側と接続する第５の端子と、前記第４の端子と前記第５の端子との間をオン／オフする前記ロウサイドスイッチ指令信号を受信する第６の端子と、を含み、
前記制御部は、前記第３の端子に向けて前記ハイサイドスイッチ指令信号を送信するハイサイドスイッチ指令信号出力端子と、前記第６の端子に向けて前記ロウサイドスイッチ指令信号を送信するロウサイドスイッチ指令信号出力端子と、を含み、
前記第３の端子と前記ハイサイドスイッチ指令信号出力端子との間に位置し、前記ロウサイドスイッチ指令信号出力端子が前記ロウサイドスイッチをオンする前記ロウサイドスイッチ指令信号を送信したとき、前記ハイサイドスイッチをオフする、レベルシフトされたハイサイドスイッチ指令信号を、前記第３の端子に送信するレベルシフト回路を有するモータ駆動装置。
前記レベルシフト回路は、
前記ハイサイドスイッチ指令信号出力端子が送信する前記ハイサイドスイッチ指令信号が、オフからオンに切り替わるときにはセットパルスを送信するとともに、オンからオフに切り替わるときにはリセットパルスを送信する、パルス発生器と、
前記パルス発生器が送信した前記セットパルスを受信したとき前記ハイサイドスイッチをオンし、前記パルス発生器が送信した前記リセットパルスを受信したとき前記ハイサイドスイッチをオフする、前記レベルシフトされたハイサイドスイッチ指令信号を送信するＲＳフリップフロップ回路と、
を含み、
前記ロウサイドスイッチ指令信号出力端子が、前記ロウサイドスイッチをオフからオンに切り替える前記ロウサイドスイッチ指令信号を送信したとき、前記パルス発生器は前記リセットパルスを送信する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
請求項１または２に記載のモータ駆動装置を備えたモータ。