(57)【要約】【課題】インバータ回路３２を駆動する駆動信号を生成するドライバＩＣ３３への供給電圧が低下すると、インバータ回路３２のスイッチング素子のオン時間が低下し、インバータ回路３２の出力を低下させてしまう。本発明は、インバータ回路３２の出力電圧の変動を抑えつつ、ＥＰＳのハンドルフィーリングを向上できるモータ駆動装置１を提供することを目的とする。【解決手段】バッテリ２３からの直流電力を交流電力に変換してモータ２１に出力するインバータ回路３２と、インバータ回路３２を駆動する駆動信号を送信するドライバＩＣ３３と、ドライバＩＣ３３を制御する制御信号に送信するマイコン３４とを備え、バッテリ２３とモータ２１との間に設けられるモータ駆動装置１において、スイッチング素子を駆動してバッテリ２３からの電圧を所定電圧に昇降圧してドライバＩＣ３３とインバータ回路３２とに昇降圧した電圧を出力する昇降圧回路３１を設けた。【選択図】図１
2010051111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリからの直流電力を交流電力に変換してモータに出力するインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動する駆動信号を送信する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御信号に送信する制御回路と、を備えるモータ駆動装置において、
スイッチング素子を駆動して前記バッテリからの電圧を所定電圧に昇降圧して前記駆動回路と前記インバータ回路とに昇降圧した電圧を出力する昇降圧回路を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記昇降圧回路を介することなく電力が供給されることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記制御回路に電力を供給する制御回路用電源ラインに前記制御回路への電力供給を断続するスイッチを設けたことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記昇降圧回路は、
前記昇降圧回路への入力電圧と前記昇降圧回路からの出力電圧とに基づいて、前記入力電圧を所定の目標電圧に一致するように昇降圧を行う昇降圧動作とインバータ回路からバッテリ方向に電流を流す回生動作とを切り替えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置を制御するモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の電子制御化が進んでいることに伴い、ステアリングのパワーアシストをモータで行う電動パワーステアリング（ＥＰＳ）の需要が高まっている。ＥＰＳは、走行状態に応じて最適な操舵トルクになるようにモータ電流を電子制御し、必要なときだけ駆動力をアシストできるので、常に油圧ポンプを回す油圧式パワーステアリングと比べて、燃費を向上できるというメリットがある。この電子制御はモータ駆動装置の一部であるＥＰＳ用ＥＣＵによって行われ、モータ駆動装置に用いる電力は車載バッテリより直接取り込んでいた。
【０００３】
従来、ＥＰＳの操舵補助力をより安定化し、かつ、ＥＰＳ用のモータを小型化するべく、バッテリが低下した際に、モータを駆動するインバータ回路に入力する電圧を昇圧する電動パワーステアリング装置が提案されていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６０９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、インバータ回路のスイッチング素子に対して駆動信号を生成するドライバＩＣへの供給電圧が低下した場合についての問題点については考慮していなかった。つまり、ドライバＩＣへの供給電圧が低下すると、インバータ回路のスイッチング素子のオン時間が低下し、インバータ回路の出力を低下させてしまう。
【０００５】
さらに、従来の構成では、バッテリ電圧が過大になった場合、ＰＷＭの分解能が粗くなり、制御特性が劣化するという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、インバータ回路の出力電圧の変動を抑えつつ、ＥＰＳのハンドルフィーリングを向上できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明では、バッテリからの直流電力を交流電力に変換してモータに出力するインバータ回路と、インバータ回路を駆動する駆動信号を送信する駆動回路と、駆動回路を制御する制御信号を送信する制御回路と、を備えるモータ駆動装置において、スイッチング素子を駆動してバッテリからの電圧を所定電圧に昇降圧して駆動回路とインバータ回路とに昇降圧した電圧を出力する昇降圧回路を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、駆動回路とインバータ回路との間に同一の昇降圧回路によって、昇降圧された所定電圧が入力される。これにより、インバータ回路に入力される入力電圧及び駆動回路によりスイッチング素子に印加される印加電圧の変動を抑えることができる。これにより、電圧変動を考慮した煩雑な制御が不要となり、電圧変動によるスイッチング素子のオン期間の変動を抑制し、ＥＰＳにおけるハンドルフィーリングを向上させることができる。
【０００９】
モータの巻線抵抗・巻線インダクタンスの設計は、モータを駆動させる最低電圧を考慮して設計されているため、昇降圧回路によってバッテリ電圧を昇圧することにより、モータの小型化を図ることができる。
【００１０】
更に、バッテリ電圧が過大になったときも降圧しているため、バッテリ電圧が高くなったときに、ＰＷＭの分解能が荒くなることを防止することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、制御回路は、昇降圧回路を介することなく電力が供給されることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、バッテリと制御回路とを接続する電源ラインの間に昇降圧回路を介していないため、昇降圧回路に異常が生じた場合であっても、確実に制御回路の動作を確保することができる。この結果、モータ駆動装置の安全性を向上することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、制御回路に電力を供給する制御回路用電源ラインに制御回路への電力供給を断続するスイッチを設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、制御回路に対する供給電力は、昇降圧回路に対する供給電力よりも小さいため、制御回路用電源ラインに設けるスイッチは、小電流用のスイッチで済み、この結果、簡易かつ低コストのスイッチを用いてモータ駆動回路の動作を停止することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、昇降圧回路は、昇降圧回路への入力電圧と昇降圧回路からの出力電圧とに基づいて、入力電圧を所定の目標電圧に一致するように昇降圧を行う昇降圧動作とインバータ回路からバッテリ方向に電流を流す回生動作とを切り替えることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、昇降圧回路の入出力電圧に基づいて回生電流が流れる通電路を形成するため、バッテリを充電しつつ、昇降圧回路に過度な電圧がかかることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（モータ駆動装置１）
図１はモータ駆動装置１の構成を示す概略図である。モータ駆動装置１は、バッテリ２３とモータ２１との間に設けられ、バッテリ２３の直流電力から三相交流を生成し、モータ２１を制御している。
【００１８】
モータ駆動装置１に設けられたＥＣＵ２２は、昇降圧回路３１と、インバータ回路３２と、駆動回路であるドライバＩＣ３３と、制御回路であるマイコン３４とから構成される。インバータ回路３２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎に直列に接続された一対のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有し、各相のスイッチング素子の中点において、モータ２１の各相の巻き線が接続されている。インバータ回路３２は、ドライバＩＣ３３が送信する駆動信号によって駆動する。さらに、ドライバＩＣ３３は、マイコン３４が送信する制御信号によって制御される。
【００１９】
昇降圧回路３１は、内蔵されたスイッチング素子を駆動してバッテリ２３からの電圧を所定電圧に昇降圧してドライバＩＣ３３とインバータ回路３２とに昇降圧した電圧を出力する。マイコン３４は、操舵角・操舵トルク等に基づき、モータ２１に供給すべき電流指令値を算出し、電流指令値に基づきドライバＩＣ３３を制御する。ドライバＩＣ３３はマイコン３４からの制御信号に従って、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に電圧を印加してスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオンオフ駆動する。インバータ回路３２は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオンオフ駆動することにより、昇降圧回路３１を経由したバッテリ２３からの直流電力を三相の交流電力に変換してモータ２１に出力する。
【００２０】
マイコン３４は、昇降圧回路３１を介することなく電力が供給される。更に、マイコン３４に電力を供給するマイコン用電源ライン３５（制御回路用電源ライン）にマイコン３４への電力供給を断続するスイッチ２４が設けられている。
【００２１】
マイコン３４は、昇降圧回路３１を介することなくバッテリ２３から電力供給を受けているため、昇降圧回路３１に異常が生じた場合でも、マイコン３４には影響を与えず安全に制御を行うことができる。
【００２２】
さらに、マイコン３４とバッテリ２３との間にあるスイッチ２４をオフとすることで、マイコン３４への電力供給が遮断され、ドライバＩＣ３３が停止する結果、インバータ回路３２やモータ２１を停止することができる。一般にインバータ回路３２に供給される電流は５０Ａ〜１００Ａといった大きな電流であるため、インバータ回路３２を停止するためにインバータ回路３２上に配置するスイッチ２４は、大電流用の大型で高価なものとなる。一方、マイコン３４に供給される電流は１Ａ程度のものとなるため、マイコン３４を停止するためのスイッチ２４は耐久性に優れ、かつ、安価なもので済むという利点がある。
（昇降圧回路３１）
図２に、モータ駆動装置１が有する昇降圧回路３１の構成例を示す。昇降圧回路３１は、一端が入力端子ＩＮに接続される第一のスイッチング素子Ｑ１と、第一のスイッチング素子Ｑ１の他端とグランドとの間に接続される第二のスイッチング素子Ｑ２と、一端が第一のスイッチング素子Ｑ１の他端と接続されるインダクタＬと、インダクタＬの他端とグランドとの間に接続される第三のスイッチング素子Ｑ３と、出力端子ＯＵＴとインダクタＬの他端との間に接続される第四のスイッチング素子Ｑ４とを備える。加えて、出力端子ＯＵＴとグランドとの間に平滑コンデンサＣを有している。
【００２３】
また、昇降圧回路３１は、第一から第四のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動する駆動信号を生成するＰＷＭ回路４１を有している。
（昇降圧回路の動作）
昇降圧回路３１を昇圧回路として動作させる場合について説明する。この場合は、第三のスイッチング素子Ｑ３と第四のスイッチング素子Ｑ４のオンオフによって、バッテリ２３の電圧を昇圧する。第三のスイッチング素子Ｑ３と第四のスイッチング素子Ｑ４の駆動信号は反転同期の関係にある。
【００２４】
第三のスイッチング素子Ｑ３がオフ・第四のスイッチング素子Ｑ４がオンの場合には、入力端子ＩＮ→スイッチング素子Ｑ１→インダクタＬ→スイッチング素子Ｑ４→出力端子ＯＵＴの順で電流が流れる。
【００２５】
第三のスイッチング素子Ｑ３がオン・第四のスイッチング素子Ｑ４がオフの場合には、インダクタＬに蓄積されたエネルギーが放出され、インダクタＬ→スイッチング素子Ｑ３→グランドと電流が流れる。
【００２６】
この結果、スイッチング素子Ｑ３のデューティ比をＤ３とすると、出力端子ＯＵＴの電圧Ｖｏｕｔは入力端子ＩＮの電圧Ｖｉｎを用いると以下のように表せる。
【００２７】
Ｖｏｕｔ  ＝  Ｖｉｎ  ／  Ｄ３
ここで、Ｄ１は１以下なので、昇圧が行われることとなる。
【００２８】
次に、昇降圧回路３１を降圧回路として動作させる場合について説明する。この場合は、第一のスイッチング素子Ｑ１と第二のスイッチング素子Ｑ２のオンオフによって、バッテリ２３の電圧を降圧する。第一のスイッチング素子Ｑ１と第二のスイッチング素子Ｑ２の駆動信号は反転同期の関係にある。
【００２９】
第一のスイッチング素子Ｑ１がオン・第二のスイッチング素子Ｑ２がオフの場合には、入力端子ＩＮ→スイッチング素子Ｑ１→インダクタＬ→スイッチング素子Ｑ４→出力端子ＯＵＴの順で電流が流れる。
【００３０】
第一のスイッチング素子Ｑ１がオフ・第二のスイッチング素子Ｑ２がオンの場合には、インダクタＬに蓄積されたエネルギーが放出され、インダクタＬ→スイッチング素子Ｑ４→出力端子ＯＵＴ→グランド→スイッチング素子Ｑ２→インダクタＬの閉回路に電流が流れる。
【００３１】
この結果、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比をＤ１とすると、出力端子ＯＵＴの電圧Ｖｏｕｔは入力端子ＩＮの電圧Ｖｉｎを用いると以下のように表せる。
【００３２】
Ｖｏｕｔ  ＝  Ｖｉｎ  ＊  Ｄ１
ここで、Ｄ１は１以下なので、降圧が行われることとなる。
【００３３】
次に、モータ２１において、逆起電力が発生した場合の昇降圧回路３１の動作について説明する。モータ２１は、操舵状態によっては、逆起電力を発生する状態になることがある。そこで、逆起電力により発電状態となった場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎよりも大きくなった場合には、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ４をオンにして、回生エネルギーとしてバッテリ２３を充電させる。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ４とがオンになると、スイッチング素子Ｑ４→インダクタＬ→スイッチング素子Ｑ１の方向に電流が流れ、この結果、モータ２１において発生した逆起電力によってバッテリ２３が充電される。
（制御フローチャート）
昇降圧回路３１は、昇降圧回路３１への入力電圧と昇降圧回路３１からの出力電圧とに基づいて、入力電圧を所定の目標電圧に一致するように昇降圧を行う昇降圧動作とインバータ回路３２からバッテリ２３方向に電流を流す回生動作とを切り替える。この点について、図３に示す昇降圧回路３１の制御フローチャートを用いて説明する。昇降圧回路３１で降圧を行うステップ０１０において、マイコン３４の初期化、入力電圧Ｖｉｎの検出、出力電圧Ｖｏｕｔの検出といった初期設定を行い、ステップ０２０に移行する。ステップ０２０では、ＰＷＭ回路４１からの出力電圧Ｖｉｎ２が過小電圧か否かの基準ラインである昇圧閾値Ｖｔｈ２１より小さいか否かを判定する。Ｖｉｎ２が昇圧閾値Ｖｔｈ２１よりも小さいと判断した場合には、出力電圧が基準電圧に達していないと判断し、ステップ０３０においてスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４を駆動し、昇圧動作を行う。一方、Ｖｉｎ２が昇圧閾値Ｖｔｈ２１以上と判断した場合には、昇圧は不要と判定し、次の判定条件であるステップ０４０に移行する。ステップ０４０では、ＰＷＭ回路４１からの出力電圧Ｖｉｎ２が過大電圧か否かの基準ラインである降圧判定閾値Ｖｔｈ２２より大きいか否かを判定する。Ｖｉｎ２が降圧判定閾値Ｖｔｈ２２以下の場合、ステップ０８０に移行して、ＰＷＭ回路４１からの出力電圧は適正値であるとして、昇降圧動作を行わず、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチ２４ング動作を停止する。一方、Ｖｉｎ２が降圧判定閾値Ｖｔｈ２２よりも大きい場合、次の判定条件であるステップ０５０に移行する。ステップ０５０では、ＰＷＭ回路４１への入力電圧Ｖｉｎ１が回生判定閾値Ｖｔｈ１２より小さいか否かを判定する。Ｖｉｎ１が回生判定閾値Ｖｔｈ１２より小さいと判断された場合には、ステップ０６０に移行して、スイッチング素子Ｑ１とＱ４をオンにして、モータ２１において発生した逆起電力を用いてバッテリ２３を充電する。一方、Ｖｉｎ１が回生判定閾値Ｖｔｈ１２以上と判断された場合には、ステップ０７０に移行して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動して、入力電圧を降圧する。
【００３４】
なお、入力電圧および出力電圧との比較に用いる各閾値の大小関係は、「降圧判定閾値Ｖｔｈ２２＞昇圧判定閾値Ｖｔｈ２１＞回生判定閾値Ｖｔｈ１２」となる。
【００３５】
回生動作への切り替えは、閾値を用いて判定したが、出力電圧と入力電圧の差である相対値を用いて判定してもよい。
【００３６】
次に、ドライバＩＣ３３への供給電圧の低下がインバータ回路３２に与える影響及び本発明に係る昇降圧回路の効果について以下に説明する。
【００３７】
図４にドライバＩＣ３３とその周辺機器の構成図を示す。ドライバＩＣ３３は入力端子ＩＮＤ１とＩＮＤ２とを介してマイコン３４の出力と接続され、電源電圧端子ＶＤＤ１を介してバッテリ２３と接続され、出力端子ＯＵＴＤ１とＯＵＴＤ２とを介してインバータ回路３２のスイッチング素子Ｓｉとスイッチング素子Ｓｊと接続される。ここで、入力端子ＩＮＤ１と出力信号ＯＵＴＤ１には、上アームのスイッチング素子Ｓｉの駆動に用いる制御信号が伝達され、入力端子ＩＮＤ２と出力端子ＯＵＴＤ２には、下アームのスイッチング素子Ｓｊの駆動に用いる制御信号が伝達される。ドライバＩＣ３３はマイコン３４からの制御信号を受け取って、駆動信号を生成しする。そして、駆動信号をスイッチング素子Ｓｉ，Ｓｊに送信し、スイッチング素子Ｓｉ，Ｓｊを駆動する。
【００３８】
図５にマイコン３４からの制御信号とドライバＩＣ３３から出力される駆動信号の対応関係を示す。図５に示される一番上の波形は、ＩＮＤ１端子に入力される制御信号、上から２番目の波形は、ＯＵＴＤ１から出力される駆動信号、上から３番目の波形は、ＩＮＤ２端子に入力される制御信号、一番下の波形は、ＯＵＴＤ２から出力される駆動信号を示す。
【００３９】
ＩＮＤ１端子に入力される制御信号の立ち上がりをトリガーに、ドライバＩＣ３３の出力端子ＯＵＴＤ１の電圧が立ち上がる。一方、ＩＮＤ２端子に入力される制御信号の立ち下がりをトリガーに、ドライバＩＣ３３の出力電圧ＯＵＴＤ２の電圧が立ち下がる。ここで、立ち上がった後の電圧値ＶＤＤ１はバッテリ２３からの電圧となる。そのため、バッテリ２３の電圧が低下すると、出力端子ＶＤＤ１の立ち上がり後の電圧も低下する。ここで、図６に示すＶＤＤ（１）はバッテリ２３電圧が通常時の電圧値、ＶＤＤ（２）はバッテリ２３の電圧が低下した時の電圧値を示す。
【００４０】
ＯＵＴＤ１及びＯＵＴＤ２から出力される駆動信号の電圧が閾値電圧ＴＨｖｄｄ以上となったときに、スイッチング素子Ｓｉ、ＳｊがＯＮとなる。そのため、バッテリ２３の電圧ＶＤＤが低下すると、ターンオン時の電圧がＯＶからＴＨｖｄｄになるまでの立ち上がりの時間が長くなり、また、ターンオフ時の電圧がＶＤＤからＴＨｖｄｄになるまでの立ち下がりの時間は短くなる。この結果、バッテリ２３電圧低下時の下アームのスイッチング素子Ｓｊのオン時間（２）はバッテリ２３電圧通常時の下アームのスイッチング素子Ｓｊのオン時間（１）よりも短くなり、バッテリ２３電圧低下時の上アームのスイッチング素子Ｓｉのオン時間（２）もバッテリ２３電圧通常時の上アームのスイッチング素子Ｓｉのオン時間（１）よりも短くなる。
【００４１】
このように、ドライバＩＣ３３への供給電圧が変動すると、スイッチング素子Ｓｉ，Ｓｊのオン時間も変動してしまい、インバータ回路３２からの出力電圧も変動する。このため、ドライバＩＣ３３への入力電圧が変動する場合には、インバータ回路３２は、供給電圧の変動を考慮した制御を行わなければならず、制御が複雑になり、かつ、ハンドルフィーリングを劣化させてしまう。この点、本発明では、昇降圧回路３１をドライバＩＣ３３とバッテリ２３との間に設けているため、ドライバＩＣ３３への入力電圧の変動による制御性の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例に係るモータ駆動装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る昇降圧回路の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例に係る昇降圧回路の制御フローチャートである。
【図４】ドライバＩＣとその周辺機器の概略図である。
【図５】ドライバＩＣに入力される制御信号とドライバＩＣから出力される駆動信号の波形を示す対比図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    モータ駆動装置
２１  モータ
２２  ＥＣＵ
２３  バッテリ
２４  スイッチ
３１  昇降圧回路
３２  インバータ回路
３３  ドライバＩＣ（駆動回路）
３４  マイコン（制御回路）
３５  マイコン用電源ライン（制御回路用電源ライン）
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチング素子
Ｌ    インダクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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