(57)【要約】【課題】電流センサの代替として、インバータ回路７に使用されるスイッチング素子Ｆ１のオン抵抗を用いて電流検出を行うモータ駆動回路を提供する。【解決手段】マイコンは、ダイオードＤ１に還流電流ＩＤ１が流れる時の順方向電圧Ｖ１、およびスイッチング素子Ｆ１に駆動電流が流れる時のオン抵抗による電圧降下Ｖ２を検出する。その後、Ｖ１からスイッチング素子Ｆ１のジャンクション温度を推定し、その推定温度を基にオン抵抗の温度特性を補正する。続いて、補正後のオン抵抗と、先に取り込んだＶ２とを基に駆動電流を算出する。これにより、スイッチング素子Ｆ１のジャンクション温度による影響を排除できるので、インバータ回路７の駆動電流を正確に検出できる。また、スイッチング素子Ｆ１が持つオン抵抗を用いて駆動電流を検出するので、従来の電流センサ（例えばシャント抵抗）を廃止できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源とブラシレスモータとの間に接続される複数のスイッチング素子と、個々のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された複数のダイオードとを有し、所定の順番で前記スイッチング素子のオンオフ動作を繰り返すことにより、前記直流電源から得られる直流を交流に変換して前記ブラシレスモータに供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路を流れる駆動電流を検出する電流検出手段とを備えたモータ駆動回路において、
前記電流検出手段は、前記スイッチング素子に駆動電流が流れる時に、そのスイッチング素子が持つオン抵抗分の電圧降下を基に前記駆動電流を検出することを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載したモータ駆動回路において、
前記電流検出手段は、前記ダイオードに還流電流が流れる時の順方向電圧によって前記スイッチング素子の温度を推定し、その推定温度を基に、前記スイッチング素子が持つオン抵抗の温度特性を補正することを特徴とするモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のＤＣブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路の一例を図８に示す。
ＤＣブラシレスモータ１００は、Ｙ結線された三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のコイルを有するステータ１１０と、永久磁石が取り付けられたロータ１２０と、このロータ１２０の回転位置（磁極位置）を検出する位置検出手段１３０（例えばホール素子）等を備えている。
モータ駆動回路１４０は、直流電源１５０より得られる直流を交流に変換してモータ１００に供給するインバータ回路１６０と、位置検出手段１３０の検出信号を基に、ＦＥＴドライバ１７０を介してインバータ回路１６０の動作を制御するマイコン１８０とを有している。
【０００３】
上記のモータ駆動回路１４０は、モータ１００が過負荷状態に陥ると、インバータ回路１６０を構成するスイッチング素子（例えばＦＥＴ）に過大電流が流れるため、スイッチング素子が熱破壊する恐れがある。そこで、インバータ回路１６０を流れる電流を検出して、所定値以上の電流が検出された場合は、インバータ回路１６０の動作（スイッチング素子のオンオフ制御）を停止してモータ１００への通電を遮断することにより、スイッチング素子の熱破壊を防いでいる。電流の検出には、コストを考慮して、低抵抗値のシャント抵抗１９０を電流センサとして使用することが一般的である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２４９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、シャント抵抗１９０を用いた電流センサは、発熱が大きいため、信頼性の点で問題がある。また、発熱量に応じた放熱構造を採用するため、機器が大型化する問題もあった。これらの問題に加え、コスト面からも電流センサを廃止したい要望がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、電流センサの代替として、インバータ回路に使用されるスイッチング素子のオン抵抗を用いて電流検出を行うモータ駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（請求項１の発明）
本発明のモータ駆動回路は、直流電源とブラシレスモータとの間に接続される複数のスイッチング素子と、個々のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された複数のダイオードとを有し、所定の順番でスイッチング素子のオンオフ動作を繰り返すことにより、直流電源から得られる直流を交流に変換してブラシレスモータに供給するインバータ回路と、インバータ回路を流れる駆動電流を検出する電流検出手段とを備える。
電流検出手段は、スイッチング素子に駆動電流が流れる時に、そのスイッチング素子が持つオン抵抗分の電圧降下を基に駆動電流を検出することを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、スイッチング素子が持つオン抵抗を用いて駆動電流を検出できるので、従来の電流センサ（例えばシャント抵抗）を廃止できる。この電流センサの廃止により、コストダウンを実現できると共に、電流センサのための放熱構造を省略できるので、機器の小型化を図ることができる。また、電流センサの廃止に伴い、発熱が抑えられるので、モータ駆動回路の信頼性が向上する。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したモータ駆動回路において、電流検出手段は、ダイオードに還流電流が流れる時の順方向電圧によってスイッチング素子の温度を推定し、その推定温度を基に、スイッチング素子が持つオン抵抗の温度特性を補正することを特徴とする。
スイッチング素子が持つオン抵抗は、スイッチング素子のジャンクション温度に相関し、ジャンクション温度が高くなる程、オン抵抗も大きくなる。一方、スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードは、ジャンクション温度が高くなる程、順方向電圧が小さくなる温度特性を有している。従って、ダイオードに還流電流が流れる時の順方向電圧を検出して、その順方向電圧によってスイッチング素子のジャンクション温度を推定し、その推定されたジャンクション温度を基に、スイッチング素子が持つオン抵抗の温度特性を補正することができる。これにより、ジャンクション温度の影響を排除できるので、より正確に駆動電流を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は三相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路の構成図である。
ブラシレスモータ（以下モータ１と呼ぶ）は、Ｙ結線された三相のコイルＬＵ、ＬＶ、ＬＷを有するステータ２と、例えば２極の永久磁石が取り付けられたロータ３と、このロータ３の回転位置（磁極位置）を検出する位置検出手段４（例えばホール素子）等を備えている。
モータ駆動回路５は、直流電源６より得られる直流を交流に変換してモータ１に供給するインバータ回路７と、位置検出手段４の検出信号を基に、ＦＥＴドライバ８を介してインバータ回路７の動作を制御するマイコン９と、５Ｖの定電圧をマイコン９に供給する５Ｖ電源回路１０等が設けられている。
【００１０】
インバータ回路７は、モータ１の各コイルＬＵ、ＬＶ、ＬＷに接続される３つのスイッチ回路（以下に説明する）によって構成され、その３つのスイッチ回路が直流電源６に対し並列に接続されている。
コイルＬＵに接続されるＵ相のスイッチ回路は、バッテリ端子１１を介して直流電源６の正極側に接続されるスイッチング素子Ｆ１と、アース端子１２を介して直流電源６の負極側に接続されるスイッチング素子Ｆ２とを直列に繋いで形成され、両スイッチング素子Ｆ１、Ｆ２の接続点がＵ相端子１３を介してコイルＬＵに接続される。
【００１１】
他のスイッチ回路も同様に構成される。すなわち、コイルＬＶに接続されるＶ相のスイッチ回路は、スイッチング素子Ｆ３とスイッチング素子Ｆ４とを直列に繋いで形成され、両スイッチング素子Ｆ３、Ｆ４の接続点がＶ相端子１４を介してコイルＬＶに接続される。コイルＬＷに接続されるＷ相のスイッチ回路は、スイッチング素子Ｆ５とスイッチング素子Ｆ６とを直列に繋いで形成され、両スイッチング素子Ｆ５、Ｆ６の接続点がＷ相端子１５を介してコイルＬＷに接続される。
また、インバータ回路７を構成する個々のスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６には、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列に接続されている。
【００１２】
マイコン９は、外部の上位コンピュータ１６より速度指令信号を受けると共に、位置検出手段４の検出信号がアンプ１７により増幅されて入力され、これらの信号を基に、インバータ回路７の動作（各スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６のオンオフ動作）を制御するための駆動信号を生成してＦＥＴドライバ８に出力する。
また、マイコン９は、インバータ回路７に流れる駆動電流を検出する電流検出手段（後述する）を有し、検出された駆動電流が所定値以上の時に、インバータ回路７の動作を停止してモータ１への通電を遮断する過電流保護回路（図示せず）を有している。
【００１３】
ＦＥＴドライバ８は、マイコン９より出力される駆動信号に基づいて、インバータ回路７を構成する各スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６を駆動する。具体的には、図２（ａ）に示す様に、各スイッチ回路の正極側に設けられる３個のスイッチング素子Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５および負極側に設けられる３個のスイッチング素子Ｆ２、Ｆ４、Ｆ６が、それぞれ１２０度位相のずれた状態で順番にオン状態となる様に駆動する。但し、同一のスイッチ回路に設けられるスイッチング素子（Ｆ１とＦ２、Ｆ３とＦ４、Ｆ５とＦ６）が同時にオンすることはなく、異なるスイッチ回路に設けられる正極側のスイッチング素子Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５と負極側のスイッチング素子Ｆ２、Ｆ４、Ｆ６とを所定の順序で組み合わせて駆動している。
【００１４】
続いて、上記の電流検出手段について説明する。
電流検出手段は、例えば、図３に示す様に、Ｕ相のスイッチ回路に設けられるスイッチング素子Ｆ１のオン抵抗を利用して駆動電流を検出する。すなわち、スイッチング素子Ｆ１とスイッチング素子Ｆ４とがオンすると、図中矢印で示す様に、Ｆ１→ＬＵ→ＬＶ→Ｆ４に駆動電流が流れる。このとき、スイッチング素子Ｆ１の両端には、スイッチング素子Ｆ１が持つオン抵抗によって電圧降下Ｖ２を生じるため、その電圧降下Ｖ２と、予め指定されたスイッチング素子Ｆ１のオン抵抗とによって駆動電流を算出することができる。
但し、スイッチング素子Ｆ１が持つオン抵抗は、図４に示す様に、スイッチング素子Ｆ１のジャンクション温度に相関し、ジャンクション温度が高くなる程、オン抵抗も大きくなる。従って、ジャンクション温度に応じてスイッチング素子Ｆ１のオン抵抗が変化すると、駆動電流を正確に算出できなくなる。
【００１５】
このため、スイッチング素子Ｆ１のオン抵抗を利用して駆動電流を検出する場合は、オン抵抗の温度特性を補正する必要が生じる。これには、スイッチング素子Ｆ１のジャンクション温度を推定し、その推定温度を基に、オン抵抗の温度特性を補正する方法が考えられる。
スイッチング素子Ｆ１のジャンクション温度は、スイッチング素子Ｆ１に接続されたダイオードＤ１の温度特性を基に推定することが可能である。つまり、図５に示す様に、負極側のスイッチング素子をＦ２からＦ４に切り換えた時に、図中破線矢印で示す様にダイオードＤ１に還流電流ＩＤ１が流れるため、ダイオードＤ１の両端に順方向電圧Ｖ１が発生する。この順方向電圧Ｖ１は、図６に示す様に、スイッチング素子Ｆ１のジャンクション温度に相関するため、ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖ１によってスイッチング素子Ｆ１のジャンクション温度を推定できる。
【００１６】
次に、電流検出手段による駆動電流の検出方法を説明する。
まず、ダイオードＤ１に還流電流ＩＤ１が流れる時の順方向電圧Ｖ１、およびスイッチング素子Ｆ１のオン抵抗による電圧降下Ｖ２を検出する。
この時、マイコン９は、図２に示す様に、Ｖ１、Ｖ２が発生するタイミングで、それぞれサンプルホールド回路１８、１９にサンプル信号を出力して、アンプ２０、２１により増幅されたＶ１、Ｖ２の値を保持させると共に、サンプル信号を出力している間に、保持されたＶ１、Ｖ２の値をＡ／Ｄ変換して取り込むことができる。
【００１７】
その後、取り込まれたＶ１からスイッチング素子Ｆ１のジャンクション温度を推定し、その推定温度を基に、オン抵抗の温度特性を補正する。
続いて、補正後のオン抵抗と、先に取り込んだＶ２とを基に駆動電流を算出する。
以上の処理は、図７に示す様に、一定周期で繰り返し実行される。
【００１８】
（実施例１の効果）
実施例１に記載した電流検出手段によれば、スイッチング素子Ｆ１が持つオン抵抗の温度特性を補正することにより、ジャンクション温度の影響を排除できるので、ジャンクション温度の変化に係わらず、インバータ回路７の駆動電流を正確に検出できる。
また、スイッチング素子Ｆ１が持つオン抵抗を用いて駆動電流を検出するので、従来の電流センサ（例えばシャント抵抗）を廃止できる。この電流センサの廃止により、コストダウンを実現できると共に、電流センサのための放熱構造を省略できるので、機器の小型化を図ることができる。更に、電流センサの廃止に伴い、発熱が抑えられるので、モータ駆動回路５の信頼性が向上する。
【００１９】
（変形例）
実施例１では、ブラシレスモータ１を３相２極式として説明しているが、これに限定されるものではなく、その他の相数および極数を有するブラシレスモータでも良い。
また、インバータ回路７を構成するスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６としては、トランジスタやＦＥＴ等の様に、駆動信号によりオンオフ制御が可能な半導体素子を用いることができる。
実施例１に記載した電流検出手段では、Ｕ相のスイッチ回路に設けられるスイッチング素子Ｆ１のオン抵抗を利用して駆動電流を検出する例を記載したが、正極側および負極側に係わらず、その他のスイッチング素子Ｆ２〜Ｆ６のオン抵抗を利用して駆動電流を検出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係るモータ駆動回路の構成図である。
【図２】（ａ）インバータ回路の通電切換タイミングを示すタイムチャート、（ｂ）スイッチング素子の電圧波形図、（ｃ）マイコンの電圧検出方法に係る構成図である。
【図３】駆動電流の検出方法に係るインバータ回路図である。
【図４】スイッチング素子のオン抵抗に係る温度特性図である。
【図５】ジャンクション温度の検出方法に係るインバータ回路図である。
【図６】ダイオードの順方向電圧に係る温度特性図である。
【図７】マイコンの処理内容を示すフローチャートである。
【図８】公知技術に係るモータ駆動回路の構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    ブラシレスモータ
５    モータ駆動回路
６    直流電源
７    インバータ回路
９    マイコン（電流検出手段）
Ｆ１〜Ｆ６  スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード
【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】
2006050711.tif 000008
【図７】
2006050711.tif 000009
【図８】
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