(57)【要約】【課題】モータ電流を高精度で検出でき、モジュールを小型化できる、信頼性の高い、ベクトル制御あるいはセンサレス制御のモータ駆動装置を実現する。【解決手段】インバータ回路３により直流電力を交流電力に変換してモータ４を駆動し、電流検出手段５によりインバータ回路３の出力電流を検出し、制御手段６によりインバータ回路３を制御してモータ４を駆動し、シャント抵抗５０と電流信号増幅手段５１を一体化した電流検出モジュールにより電流検出手段５を構成して小型で高信頼性のモータ駆動装置を実現する。【選択図】図１
2006271048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路の出力電流を検出するシャント抵抗と前記シャント抵抗の電流信号を増幅する電流信号増幅手段より構成した電流検出手段と、前記電流検出手段の出力信号により前記インバータ回路を制御して前記モータを駆動する制御手段を備え、前記電流検出手段を電流検出モジュールより構成したモータ駆動装置。
【請求項２】
インバータ回路は、６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成し、電流検出手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数の電流検出端子と、前記電流検出端子に接続される複数のシャント抵抗と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの電流信号を検出する複数の電流信号増幅手段と、前記複数のシャント抵抗の負電位側端子を共通接続した共通端子と、前記複数の電流信号増幅手段の出力信号を出力する複数の出力信号端子と、前記複数の電流信号増幅手段の直流電源端子とを備えた請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
インバータ回路は、６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成し、電流検出手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数の電流検出端子と、前記電流検出端子に接続される複数のシャント抵抗と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの電流信号を検出する複数の電流信号増幅手段と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの過電流を検知する複数の過電流検知手段と、前記複数の電流信号増幅手段と前記複数の過電流検知手段の直流電源端子と、前記複数の過電流検知手段の過電流信号出力端子とを備え、前記複数の過電流検知手段の出力信号をオア接続して１つの過電流出力信号を出力するようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路の出力電流を検出するシャント抵抗と前記シャント抵抗の電流信号を増幅する電流信号増幅手段より構成した電流検出手段と、前記電流検出手段の出力信号により前記インバータ回路を制御して前記モータを駆動する制御手段を備え、前記電流検出手段は、非反転増幅器より前記電流信号増幅手段手段を構成し、前記シャント抵抗の電流検出端子と前記非反転増幅器の非反転入力端子間に第１の入力抵抗を接続し、前記非反転入力端子と直流電源端子間に第２の入力抵抗を接続し、前記第１の入力抵抗と前記第２の入力抵抗の分圧比と前記非反転増幅器の増幅率の積がほぼ０．５となるように設定し、前記非反転増幅器の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器の直流電圧と前記第２の入力抵抗を接続する前記直流電源端子の直流電圧とが等しくなるようにしたモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ駆動装置に関するもので、特にその電流検出手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のモータ駆動装置は、インバータ回路の下アームトランジスタのエミッタ端子に接続された複数のシャント抵抗に流れる電流を検出してモータをベクトル制御、あるいはセンサレス制御するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−９５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の方式のモータ電流検出方法は、シャント抵抗に流れる電流信号をレベルシフト回路を介してＡ／Ｄ変換器に加えるものであり、シャント抵抗とＡ／Ｄ変換器との配線が長くなるとスイッチングノイズにより電流検出誤差が大きくなり、さらに、負の過大なスイッチングノイズが入力されるとＣＭＯＳで構成されたマイクロコンピュータに内蔵されたＡ／Ｄ変換器が誤動作し、最悪、ラッチアップしてＡ／Ｄ変換器が破壊する課題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、Ａ／Ｄ変換器とシャント抵抗間に電流増幅手段を接続し、シャント抵抗と電流増幅手段を一体のモジュールとするものであり、Ａ／Ｄ変換器の破壊や誤動作を防止し、かつ、電流増幅手段を用いることによりシャント抵抗の抵抗値を下げることができるのでモジュールを小型化でき、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、直流電力をインバータ回路により交流電力に変換して、モータをインバータ回路により駆動し、インバータ回路の出力電流をシャント抵抗と電流信号増幅手段よりなる電流検出手段により検出し、電流検出手段の信号によりインバータ回路をＰＷＭ制御してモータを駆動し、シャント抵抗と電流信号増幅手段を一体化して電流検出モジュールにしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のモータ駆動装置は、インバータ回路に流れる電流をシャント抵抗と電流信号増幅手段をモジュール化した電流検出手段により検出してインバータ回路の出力に接続されたモータを制御するものであり、シャント抵抗と電流信号増幅手段の配線を短くしてスイッチングノイズの影響を減らし、かつ、スイッチングノイズによるＡ／Ｄ変換器の誤動作、及びＡ／Ｄ変換器を内蔵したマイクロコンピュータの破壊を防ぐことができる小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路の出力電流を検出するシャント抵抗と前記シャント抵抗の電流信号を増幅する電流信号増幅手段より構成した電流検出手段と、前記電流検出手段の出力信号により前記インバータ回路を制御して前記モータを駆動する制御手段を備え、前記電流検出手段を電流検出モジュールより構成したものであり、小型で検出精度が高く信頼性の高い電流検出モジュールを構成することができ、マイクロコンピュータに内蔵したＡ／Ｄ変換器の誤動作や破壊を防ぐことができ、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、インバータ回路は、６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成し、電流検出手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数の電流検出端子と、前記電流検出端子に接続される複数のシャント抵抗と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの電流信号を検出する複数の電流信号増幅手段と、前記複数のシャント抵抗の負電位側端子を共通接続した共通端子と、前記複数の電流信号増幅手段の出力信号を出力する複数の出力信号端子と、前記複数の電流信号増幅手段の直流電源端子とを備えたものであり、複数のシャント抵抗と複数の電流信号増幅手段を１つの電流検出モジュールとすることにより電流検出手段の小型化と信頼性向上が可能となり、小型で信頼性の高い制御手段よりなるモータ駆動装置を実現することができる。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、インバータ回路は、６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成し、電流検出手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数の電流検出端子と、前記電流検出端子に接続される複数のシャント抵抗と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの電流信号を検出する複数の電流信号増幅手段と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの過電流を検知する複数の過電流検知手段と、前記複数の電流信号増幅手段と前記複数の過電流検知手段の直流電源端子と、前記複数の過電流検知手段の過電流信号出力端子とを備え、前記複数の過電流検知手段の出力信号をオア接続して１つの過電流出力信号を出力するようにしたものであり、複数のシャント抵抗と複数の電流信号増幅手段と複数の過電流検知手段を１つの電流検出モジュールとすることにより電流検出手段の電流検出精度向上と、信頼性向上、および小型化が可能となり、複数の過電流検知手段の出力信号をオア接続して１つの過電流出力信号を出力するようにしたので電流検出モジュールの端子数を減らして小型化でき、過電流によるモータの減磁やインバータ回路のトランジスタの破壊を防止することができ、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【００１０】
第４の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路の出力電流を検出するシャント抵抗と前記シャント抵抗の電流信号を増幅する電流信号増幅手段より構成した電流検出手段と、前記電流検出手段の出力信号により前記インバータ回路を制御して前記モータを駆動する制御手段を備え、前記電流検出手段は、非反転増幅器より前記電流信号増幅手段手段を構成し、前記シャント抵抗の電流検出端子と前記非反転増幅器の非反転入力端子間に第１の入力抵抗を接続し、前記非反転入力端子と直流電源端子間に第２の入力抵抗を接続し、前記第１の入力抵抗と前記第２の入力抵抗の分圧比と前記非反転増幅器の増幅率の積がほぼ０．５となるように設定し、前記非反転増幅器の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器の直流電圧と前記第２の入力抵抗を接続する前記直流電源端子の直流電圧とが等しくなるようにしたものであり、単電源の演算増幅器により非反転増幅器を構成することができるので電流検出手段の直流電源を簡素化、低価格化でき、安価で小型、高信頼性のモータ駆動装置を実現することができる。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図を示すものである。図１において、交流電源１より整流回路２に交流電力を加えて直流電力に変換して直流電源を構成し、インバータ回路３により直流電力を３相交流電力に変換してモータ４を駆動する。整流回路２は、全波整流回路２０の直流出力端子にコンデンサ２１ａ、２１ｂを直列接続し、コンデンサ２１ａ、２１ｂの接続点を交流電源入力の一方の端子に接続して直流倍電圧回路を構成し、インバータ回路３への印加電圧を高くし電流を減らして回路損失を減らす。インバータ回路３の負電圧側に電流検出手段５を接続し、インバータ回路３の３相各下アームに流れる電流を検出することによりインバータ回路３の出力電流、すなわち、モータ４の各相電流を検出し、制御手段６によりモータ４の駆動電流を制御して回転制御する。
【００１２】
電流検出手段５は、いわゆる３シャント方式と呼ばれるもので、インバータ回路３の下アームトランジスタのエミッタ端子に接続されたシャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃ（以下、総称する場合は、シャント抵抗５０と称する）と、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれに流れる電流を検出する電流信号増幅手段５１より構成される。
【００１３】
シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの電流入力端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃはそれぞれインバータ回路３の下アームトランジスタのエミッタ端子に接続され、グランド側の共通端子５３を整流回路２の負電圧側端子Ｌ２に接続する。また、電流信号増幅手段５１の出力端子５４ａ、５４ｂ、５４ｃは制御手段６のＡ／Ｄ変換器の入力端子に接続され、電流信号増幅手段５１の直流電源端子５５は制御手段６のＡ／Ｄ変換器の直流電源電圧端子（Ｖｃｃ）に接続される。
【００１４】
電流検出手段５は３シャント方式電流検出と呼ばれるものであり、インバータ回路出力電流、すなわち、モータ相電流を検出して、ベクトル制御や位置センサレス正弦波駆動を行うもので、下アームトランジスタ、又は下アームの逆並列ダイオードが導通したタイミングにてモータ電流に対応した電流を検出する。３シャント方式は、下アームトランジスタの導通時間と、デッドタイムを確保することによりモータ相電流に対応した電流検出が可能となり、直流電流トランスを省略して低価格の電流検出が可能となる。いわゆる、１シャント方式は、キャリヤ周波数が高い場合や、変調度が大きくなった場合には電流検出不可能領域が出現するので、３シャント方式の方が高速で正確な電流検出が可能となる。
【００１５】
制御手段６は、マイクロコンピュータ、あるいはディジタルシグナルプロセッサ（略してＤＳＰ）等のＡ／Ｄ変換器内蔵の高速プロセッサより構成され、電流検出手段５からの電流出力信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、インバータ回路３をＰＷＭ制御してモータ電流を制御しセンサレス駆動やベクトル制御するものである。
【００１６】
また、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの共通接続点Ｃ、すなわち、共通端子５３を接地電位とし、共通端子５３を制御手段６のグランド端子（ＧＮＤ）に接続することにより電流検出手段５、制御手段６の各回路の各接地電位を共通にすることにより回路の直流電源を減らし、部品点数を減らすことができる。
【００１７】
シャント抵抗５０と電流信号増幅手段５１を一体化して電流検出モジュールとすることにより、シャント抵抗５０と電流信号増幅手段５１間の配線を短くすることができ、配線インピーダンスによる電流検出誤差をほとんどなくすことができる。さらに、モジュール化による部品点数削減、あるいは、電流信号増幅手段のゲイン微調整が可能となる。
【００１８】
図２はインバータ回路３の詳細な回路図であり、６個のトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成している。ここで、３相アームの１つのＵ相アーム３０Ａについて説明すると、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと略す）よりなる上アームトランジスタ３１ａ１と逆並列ダイオード３２ａ１の並列接続体と、ＩＧＢＴよりなる下アームトランジスタ３１ａ２と逆並列ダイオード３２ａ２の並列接続体を直列関係に接続し、上アームトランジスタ３１ａ１のコレクタ端子は直流電源の正電位端子Ｌ１に接続し、上アームトランジスタ３１ａ１のエミッタ端子はモータ４への出力端子Ｕに接続し、下アームトランジスタ３１ａ２のエミッタ端子Ｎｕは電流検出手段５を構成するシャント抵抗５０ａを介して整流回路２よりなる直流電源の負電位側端子Ｌ２に接続する。
【００１９】
上アームトランジスタ３１ａ１は上アーム駆動信号Ｕｐに応じて上アームゲート駆動回路３３ａ１により駆動され、下アームトランジスタ３１ａ２は下アーム駆動信号Ｕｎに応じて下アームゲート駆動回路３３ａ２によりオンオフスイッチング制御される。上アームゲート駆動回路３３ａ１は、微分信号によりセットリセットされるＲＳフリップフロップ回路を内蔵し、上アーム駆動信号Ｕｐの立ち上がりで上アームトランジスタ３１ａ１をオン動作させ、上アーム駆動信号Ｕｐの立ち下がりで上アームトランジスタ３１ａ１をオフ動作させる。下アームゲート駆動回路３３ａ２にはＲＳフリップフロップ回路は不必要であり、内蔵していない。
【００２０】
ＩＧＢＴのゲート印加電圧は１０〜１５Ｖ必要であり、下アームトランジスタ３１ａ２をオンさせると、１５Ｖの直流電源の＋端子Ｂ１よりブートストラップ抵抗３４ａ、ブートストラップダイオード３５ａを介してブートストラップコンデンサ３６ａが充電されるので、ブートストラップコンデンサ３６ａの蓄積エネルギーにより上アームトランジスタ３１ａ１をオンオフスイッチングできる。また、下アームの逆並列ダイオード３２ａ２が導通した場合にも同様にブートストラップコンデンサ３６ａが充電される。
【００２１】
インバータ回路３の遮断信号端子Ｏｆに過電流信号を加えることによりインバータ回路３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相各下アームトランジスタが瞬時にターンオフする。
【００２２】
Ｖ相アーム３０Ｂ、Ｗ相アーム３０Ｃも同様の接続であり、各アームの下アームトランジスタのエミッタ端子Ｎｖ、Ｎｗは電流検出手段５を構成するシャント抵抗５０ｂ、５０ｃに接続し、シャント抵抗５０ｂ、５０ｃの他方の端子は直流電源負電位端子Ｌ２に接続している。ＩＧＢＴ、あるいはパワーＭＯＳＦＥＴにより下アームトランジスタを構成すると、ゲート電圧を制御することによりスイッチング制御できるので、ＩＧＢＴの場合はエミッタ端子、パワーＭＯＳＦＥＴの場合にはソース端子に接続するシャント抵抗の電圧が１Ｖ以下となるように抵抗値を選定すればスイッチング動作にはほとんど影響することなく電圧制御によりオンオフスイッチング制御でき、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの電圧ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを検出することによりインバータ回路出力電流、すなわちモータ電流を検出できる特徴がある。
【００２３】
図３は、本発明による３シャント式の電流検出手段５の電流信号増幅手段の一実施例を示す詳細な回路図であり、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃにより検出した交流の電流信号を非反転増幅器により変換増幅し、マイクロコンピュータ等のプロセッサに内蔵するＡ／Ｄ変換器が検出できるＤＣ電圧レベルにレベル変換するものである。
【００２４】
電流信号増幅手段５１ａ、５１ｂ、５１ｃは同一の回路なので、Ｕ相電流信号増幅手段５１ａについて説明する。シャント抵抗５０ａに発生する電圧ｖｅｕのピーク値はインバータ回路３のＵ相出力電流に対応しており、シャント抵抗電圧ｖｅｕは電流信号増幅手段の接地電位に対して正と負に変化する。マイクロコンピュータ等に内蔵のＡ／Ｄ変換器は所定のＤＣ電圧で動作するので、ＤＣ電圧のセンター値を電流零としセンター値に対して変化するように増幅レベルシフトさせる必要がある。言い換えれば、Ａ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジ内で、モータ電流信号が変化するように設定する。
【００２５】
シャント抵抗５０ａと並列関係にコンデンサ５００ａを接続し、シャント抵抗５０ａより第１の入力抵抗５０１ａと第２の入力抵抗５０２ａを直列関係に接続し、電流信号増幅手段５１ａの直流電源端子５５に第２の入力抵抗５０２ａをプルアップ接続する。第１の入力抵抗５０１ａ（抵抗値Ｒ２）と第２の入力抵抗５０２ａ（抵抗値Ｒ１）の接続点を演算増幅器５０３ａの非反転入力端子に接続し、演算増幅器５０３ａの出力端子と反転入力端子間に帰還抵抗５０４ａ（抵抗値Ｒ４）を接続し、反転入力端子と接地電位間に抵抗５０５ａ（抵抗値Ｒ３）を接続し非反転増幅器を構成する。シャント抵抗５０ａの抵抗値をＲｏとすると、シャント抵抗５０ａの電圧ｖｅｕは抵抗値Ｒｏと電流Ｉｕの積（ｖｅｕ＝Ｒｏ×Ｉｕ）となり、第１の入力抵抗５０１ａと第２の入力抵抗５０２ａの分圧比ｋをｋ＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）、帰還増幅率ＫをＫ＝Ｒ４／Ｒ３とすると、電流信号増幅手段５１ａの出力電圧ｖａｕは式１で表される。
【００２６】
【数１】
2006271048.tif 000003
【００２７】
ここで、分圧比ｋと帰還増幅率Ｋの積、すなわち、ｋ×Ｋ＝０．５となるようにすれば、Ａ／Ｄ変換器の直流電源電圧Ｖｃｃの１／２を中心にして電流Ｉｕに対応した電圧信号に変換される。
【００２８】
例えば、分圧比ｋ＝０．１、帰還増幅率Ｋ＝５、シャント抵抗値Ｒｏ＝０．２Ω、直流電源端子に加える電圧Ｖｃｃ＝５Ｖとすると、電流信号増幅手段５１ａの出力電圧はｖａｕ＝０．９×Ｉｕ＋２．５で表される。すなわち、Ａ／Ｄ変換器のＤＣ電圧が５Ｖの場合、センター値２．５Ｖが０Ａに相当し、ダイナミックレンジは±２．５Ｖに対してほぼ±２．５Ａまでの電流を検出することができる。
【００２９】
抵抗５０６ａとダイオード５０７ａ、５０８ａはＡ／Ｄ変換回路の過電圧保護のために接続している。
【００３０】
図４は、本発明による電流信号増幅手段の他の実施例を示す回路図であり、反転増幅器により電流信号を増幅して電圧レベル変換するもので、Ｕ相電流信号増幅手段５１ａ１の部分のみ示している。
【００３１】
回路接続は、図３に示す実施例から一部変更したもので、第１の入力抵抗５０１ａはシャント抵抗５０ａに接続し、第２の入力抵抗５０２ａを負電源Ｖｅにプルダウン接続し、演算増幅器５０３ａを反転増幅器として使用したものである。図３に示す接地抵抗５０５ａは省略できる。この時、帰還増幅率Ｋは帰還抵抗５０４ａ（Ｒ４）を第１の入力抵抗５０１ａ（Ｒ２）で除したもので、シャント抵抗電圧降下ｖｅｕと出力電圧ｖａｕの関係式は式２で表される。
【００３２】
【数２】
2006271048.tif 000004
【００３３】
ここで、帰還抵抗５０４ａと第２の入力抵抗５０２ａの比を、Ｒ４／Ｒ１＝０．５に設定し、負電源ＶｅのＤＣ電圧絶対値をＡ／Ｄ変換器の電源電圧（ダイナミックレンジ）と等しくすると、Ａ／Ｄ変換器の直流電源電圧Ｖｃｃのセンター値に対して上下に変化するようにシャント抵抗電圧が増幅されてレベル変換される。例えば、Ｖｅ＝−５Ｖ、Ｒ４＝１０ｋΩ、Ｒ１＝２０ｋΩ、Ｒ２＝２ｋΩとすると、出力信号ｖａｕは、ｖａｕ＝２．５−５×ｖｅｕで表される。シャント抵抗抵抗値を０．２Ω、電流をＩｕとすれば、ｖａｕ＝２．５−Ｉｕとなる。
【００３４】
図３に説明した非反転増幅器を使用した電流信号増幅手段５１ａは、前述したように、プルアップ接続する直流電源電圧とＡ／Ｄ変換器の直流電源電圧（Ｖｃｃ）と等しくし、第１の入力抵抗とプルアップ接続する第２の入力抵抗の分圧比ｋと帰還増幅率Ｋの積（ｋ×Ｋ）をほぼ０．５となるようにすれば、Ａ／Ｄ変換回路の直流電源電圧（Ｖｃｃ）のセンター値にレベル変換できる。
【００３５】
図４に説明した反転増幅器を使用した電流信号増幅手段５１ａ１は、負電源電圧絶対値をＡ／Ｄ変換器のＤＣ電圧と等しくし、帰還抵抗と負電源（Ｖｅ）へプルダウン接続する抵抗の比をほぼ０．５に設定すればよい。
【００３６】
以上述べたように、本発明の電流検出手段は少ない部品点数と単電源の演算増幅器により電流検出が容易、かつ安価に行うことができる。また、演算増幅器によりシャント抵抗の電流信号を増幅するので低抵抗のシャント抵抗でも電流検出可能となり、シャント抵抗の損失を減らすことができ、シャント抵抗を小型化にして電流検出モジュールを小型化することができる。また、シャント抵抗と演算増幅器の配線を短くすることができるので、配線による電流検出誤差をほとんど無くすことができる。さらに、電流信号増幅手段がバッファとなって高速スイッチングノイズはＡ／Ｄ変換器に直接入力されないのでＡ／Ｄ変換器が誤動作したりラッチアップする恐れがない。また、図３に示した非反転増幅器によると、単一電源で動作するので直流電源を簡素化することができる。
【００３７】
（実施の形態２）
以下、本発明の第２の実施の形態について図５を用いて説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図を示すもので、電流検出手段５Ａに過電流検知手段５６を追加してシャント抵抗５０に流れる電流を検出することにより、インバータ回路３Ａあるいはモータ４の電流の検出と過電流の検知を行い、電流信号をレベルシフトし、かつ、過電流信号Ｆｏを出力するものである。他の構成は上記実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００３８】
電流検出手段５Ａは、上記実施の形態１における図１で説明したシャント抵抗５０、電流信号増幅手段５１および各種端子に追加して、過電流検知手段５６と、過電流出力信号端子５７および過電流設定端子５８を設け、制御手段６Ａにより過電流設定値に対応した信号Ｖｒｅｆを過電流設定端子５８に印加し、過電流設定値以上の電流がシャント抵抗に流れると、過電流検知手段５６が過電流を検知して過電流出力信号端子５７より過電流信号Ｆｏが制御手段６Ａの異常信号割り込み端子ＩＲＱに加えられ、制御手段６Ａは異常割り込み信号によりインバータ回路３Ａの制御信号ＧＣをオフする。
【００３９】
また、過電流信号Ｆｏは、図２で説明したと同様のインバータ回路３Ａの遮断信号端子Ｏｆにも加えられ、瞬時にインバータ回路３Ａの出力を停止させるので、インバータ回路３Ａの遮断機能と制御手段６Ａの異常割り込み信号による遮断機能よりなる２重の保護機能により過電流から保護される。モータ４の過負荷による過電流、あるいは、脱調による過電流に対しては、制御手段６Ａの異常割り込み信号からの遮断応答速度で問題ないが、インバータ回路３Ａの上下アーム短絡の場合には数マイクロ秒以内の遮断応答速度が必要であり、過電流信号Ｆｏにより直接インバータ回路３Ａを遮断させる。
【００４０】
図６は、本発明の第２の実施の形態における電流検出手段５Ａの詳細な回路図である。電流信号増幅手段５１ａは、実施の形態１において図３にて説明したものと同様であるので説明は省略する。過電流検知手段５６は、シャント抵抗５０の端子電圧を検出することにより過電流を検知するもので、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃそれぞれの電流を電圧比較器より構成される過電流検知手段５６ａ、５６ｂ、５６ｃにより検出し、過電流検知手段５６ａ、５６ｂ、５６ｃそれぞれの出力端子をオア接続し、いずれかの過電流信号が過電流出力信号端子５７に出力される。
【００４１】
過電流検知手段５６ａは、電圧比較器５６０ａの反転入力端子に、シャント抵抗５０ａに接続された抵抗５６１ａとコンデンサ５６２ａよりなる積分回路を介して電圧信号ｖｅｕを加え、電圧比較器５６０ａの非反転入力端子に加えられた設定電圧信号Ｖｒｅｆと比較し、電圧信号ｖｅｕが設定電圧信号Ｖｒｅｆよりも高くなると出力端子電圧はＬｏに低下する。電圧比較器５６０ａの出力段は、通常オープンコレクタトランジスタより構成されており、出力抵抗５６３ａはプルアップ接続されて容易に論理ＯＲ回路を構成できる。過電流検知手段５６ｂ、５６ｃも同様の接続であり、出力端子を直接接続してオア回路が構成できる。また、それぞれの非反転入力端子には設定電圧信号Ｖｒｅｆが加えられるので、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃのいずれか電圧が設定電圧信号Ｖｒｅｆ以上となると過電流出力信号端子５７にアクティブＬｏの過電流信号Ｆｏが出力される。
【００４２】
以上述べたように、電流検出手段５Ａは、複数のシャント抵抗と、複数の電流信号増幅のための演算増幅器と、複数の過電流検知のための電圧比較器を一体化した電流検出モジュールを構成することにより、シャント抵抗と演算増幅器間の配線、および、シャント抵抗と電圧比較器間の配線が短くなりパターン配線インピーダンスを減らすだけではなく、配線パターンに誘起するノイズも減らすことができるので、ノイズによる誤動作を減らし、正確な電流検出、および過電流検知が可能となる。
【００４３】
図７は、本発明における電流検出モジュールの外装コートを除いた外形図で、モジュール基板５ａに、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、電流信号増幅手段５１を構成し１パッケージに演算増幅器５０３ａ等の複数の回路を内蔵する演算増幅器モジュール５０３Ａ、過電流検知手段５６を構成し１パッケージに電圧比較器５６０ａ等の複数の回路を内蔵する電圧比較器モジュール５６０Ａ、およびその他抵抗、コンデンサ等を実装し、電流入力端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃと共通端子５３、出力端子５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、直流電源端子５５、過電流信号出力端子５７、および、過電流設定端子５８を設ける。
【００４４】
シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃを、印刷抵抗などの金属板抵抗以外の薄膜抵抗で構成すると低価格の電流検出手段が構成できるが、過電流が流れて燃焼する恐れがある。しかし、難燃性樹脂等で外装コートしたり、あるいは、不燃性の板で印刷抵抗をカバーすることにより薄膜抵抗が燃える恐れを無くすことができる。
【００４５】
電流入力端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃと共通端子５３はできるだけ近づけ、かつ、共通端子５３を演算増幅器モジュール５０３Ａ、電圧比較器モジュール５６０Ａに近づけると配線を短くして誤動作を防ぎ、電流検出精度を向上させることができる。また、図７に示したように、縦方向に実装するように電流検出モジュールを構成することにより、実装密度を高くでき、インバータ回路とその制御基板面積を小型化できる。
【００４６】
以上述べたように、本発明は、シャント抵抗と電流信号増幅手段と過電流検知手段により電流検出手段を一体構成して電流検出モジュールとしたものであり、配線インピーダンスを減らすことができるので高精度の電流検出が可能となり、部品実装密度の向上により制御基板を小型化でき、低価格、高信頼性のモータ駆動装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明のモータ駆動装置は、直流電力をインバータ回路により交流電力に変換して、モータをインバータ回路により駆動し、インバータ回路の出力電流をシャント抵抗と電流信号増幅手段よりなる電流検出手段により検出し、電流検出手段の信号によりインバータ回路をＰＷＭ制御してモータを駆動し、シャント抵抗と電流信号増幅手段を一体化して電流検出モジュールにしたものであり、配線インピーダンスを減らして高精度の電流検出が可能となり、演算増幅器によりシャント抵抗を小型化できるだけではなく、Ａ／Ｄ変換器の誤動作やラッチアップを防ぎ、小型、高精度、高信頼性の電流検出手段を構成できるから、ベクトル制御、あるいは、センサレス制御するほとんどのモータ駆動装置に応用することができ、ファンモータ駆動装置、ポンプモータ駆動装置、洗濯機のモータ駆動装置、空気調和機や冷蔵庫のヒートポンプモータ駆動装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図
【図２】本発明によるモータ駆動装置のインバータ回路を示す回路図
【図３】本発明によるモータ駆動装置の非反転増幅器による電流信号増幅手段の回路図
【図４】本発明によるモータ駆動装置の反転増幅器による電流信号増幅手段の回路図
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置の電流検出手段の回路図
【図７】本発明の第２の実施の形態における電流検出モジュールの外形図
【符号の説明】
【００４９】
３  インバータ回路
４  モータ
５  電流検出手段
６  制御手段
５０  シャント抵抗
５１  電流信号増幅手段
５６  過電流検知手段
【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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【図６】
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【図７】
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