(57)【要約】【課題】各種電気機器に適用されるモータ駆動装置において、ゲートの電荷の放電を早めて電圧波形のオーバーシュート（跳ね上がり電圧）を抑制し、酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御の不具合発生の防止を目的とする。【解決手段】ゲートドライバ手段に、第二の放電手段を備え、前記第二の放電手段の作用によりＯＦＦ時には、酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチング素子のゲート−ソース間を低抵抗で短絡して、ＯＦＦ状態を維持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の直流高電圧電源から電力の供給を受けて、モータの複数相の巻線へ電力供給するモータ駆動装置において、前記モータ駆動装置を構成する複数の酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子と、第二の直流低電圧電源から電力供給を受けて前記ゲートスイッチ素子のゲートに駆動信号を発生するゲートドライバ手段と、前記ゲートドライバ手段にＰＷＭ信号を供給するプリドライブＩＣを備え、前記ゲートドライバ手段の出力端子は、前記ゲートスイッチ素子をＯＮするためのゲートへの充電構造として、前記第二の直流低電圧電源からの正側電力線と第一の高抵抗と直列接続される第一のスイッチ素子とで接続される構成とし、ＯＦＦのための放電構造として、前記ゲートドライバ手段の出力端子から第二の高抵抗と直列接続される第二のスイッチ素子と前記ゲートスイッチ素子のソース端子とが接続される構成とするとともに、第三の低抵抗と直列接続された第三のスイッチ素子とが前記ゲートスイッチ素子のソース端子とが接続される構成とし、前記ゲートスイッチ素子のＯＮの際には第一のスイッチ素子をＯＮしてゲートを充電し、前記ゲートスイッチ素子のＯＦＦの際には、第一のスイッチ素子ＯＦＦ後、先に第二のスイッチ素子をＯＮし、続いて第三のスイッチをＯＮしてゲートを放電することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
ゲートドライバ手段をモノリシックＩＣとした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】
複数の酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子とゲートドライバ手段を樹脂で一体成型してモジュール化したことを特徴とする請求項１または２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
プリント配線基板上に複数の酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子とゲートドライバ手段を樹脂で一体成型したモジュールと、プリドライブＩＣとをはんだ付け実装して請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置。を構成し、前記プリント配線板を内蔵したことを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項４記載のモータ駆動装置を内臓したモータ。
【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。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動装置の一従来例として、複数の酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子と、前記ゲートスイッチ素子をドライブするゲートドライバ手段と、前記ゲートドライバ手段へＰＷＭ信号を供給するプリＩＣとで構成されたものが有る。
【０００３】
図４は、電源Ｖｄｃ側にドレイン（Ｄ）が接続されるゲートスイッチ素子Ｑ１、ソース（Ｓ）が接地されるゲートスイッチ素子Ｑ２と、前記Ｑ１，Ｑ２のゲートスイッチ素子をドライブするゲートドライバ手段との詳細構成図である。ゲートドライバ手段の出力端子と前記ゲートスイッチ素子Ｑ２のゲートとは、複数の抵抗とダイオード、コンデンサを介して接続され、Ｑ１のソースとＱ２のドレインとは共通にモータ巻線Ｌ１に接続される。前記コンデンサは、ゲートスイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間に設けられ、電源Ｖｄｃ側ゲートスイッチ素子Ｑ１のＯＮ／ＯＦＦ動作に伴って前記Ｑ２のゲートに発生しうる電圧波形のオーバーシュート（いわゆる、跳ね上がり電圧）の抑制を目的とする。
【０００４】
Ｑ１のゲート−ソース間にも、Ｑ２のＯＮ／ＯＦＦ動作に伴って発生する電圧波形のオーバーシュートの抑制を目的にコンデンサが設けられる。
【０００５】
図５は、前記酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子群とゲートドライバ手段の構成を簡単にする目的で、コンデンサ・ダイオードを省き、抵抗は前記ゲートドライバ手段に内蔵した構成例である。図５のモータ駆動装置では、コンデンサを省くことにより、以下のような現象が発生する。
【０００６】
図６は、図５のモータ駆動装置の動作を示すタイミングチャートである。
【０００７】
図５、図６において、時刻ｔ＝ｔ１以降ｔ２に至る間、ゲートスイッチ素子Ｑ２はＯＦＦ状態である。今時刻ｔ＝ｔ３にて、ゲートスイッチ素子Ｑ１がＯＮするためゲート電圧ＶＧＳＨが増大、時刻ｔ＝ｔ４にてＶＧＳＨの値がＶｔｈに到達するとＱ１がＯＮする。Ｑ１のＯＮにより、Ｑ２のドレイン電圧も急激に増大する。Ｑ２は、半導体素子であり、ドレイン−ゲート間、ゲート−ソース間に寄生容量ｃｄｇ、ｃｇｓが存在する。Ｑ２のドレイン電圧の急激な増大により、ｃｄｇを介してｃｇｓが充電されてＱ２のゲートに電圧波形のオーバーシュート（図中星印）が発生する。この電圧波形のオーバーシュートが、Ｑ２のＶｔｈを超えてしまうと、本来ＯＦＦ状態にあるべきＱ２がＯＮしてしまうという不具合があった。Ｑ１は既にＯＮしているので、Ｑ１，Ｑ２同時ＯＮ、すなわち電源短絡状態となり、モータ駆動装置のゲートスイッチ素子とその周辺部品の耐圧を越す可能性があった。
【０００８】
この改善策として、図５のゲートトライバ手段２に内蔵した抵抗Ｒ２の抵抗値を小さくすることで、ｃｇｓの充電電荷の放電を早めてＱ２のゲートの電圧波形のオーバーシュートを抑制する方法もあるが、Ｒ２を小さくすることにより、Ｑ２のＯＮからＯＦＦに至る時間が早くなりすぎてスイッチングノイズを増大させる可能性があった。 (例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平１１−２６２２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ制御の不具合発生の防止である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第一の直流高電圧電源から電力の供給を受けて、モータの複数相の巻線へ電力供給するモータ駆動装置において、前記モータ駆動装置を構成する複数の酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチング素子と、第二の直流低電圧電源から電力供給を受けて前記スイッチング素子のゲートに駆動信号を発生するゲートドライバ手段と、前記ゲートドライブ手段にＰＷＭ信号を供給するプリドライブＩＣを備え、前記ゲートドライバ手段の出力端子は、前記ゲートスイッチ素子をＯＮするためのゲートへの充電構造として、前記第二の直流低電圧電源からの正側電力線と第一の高抵抗と直列接続される第一のスイッチ素子とで接続される構成とし、ＯＦＦのための放電構造として、前記ゲートドライバ手段の出力端子から第二の高抵抗と直列接続される第二のスイッチ素子と前記ゲートスイッチ素子のソース端子とが接続される構成とするとともに、第三の低抵抗と直列接続された第三のスイッチ素子とが前記ゲートスイッチ素子のソース端子とが接続される構成とし、前記ゲートスイッチ素子のＯＮの際には第一のスイッチ素子をＯＮしてゲートを充電し、前記ゲートスイッチ素子のＯＦＦの際には、第一のスイッチ素子ＯＦＦ後、先に第二のスイッチ素子をＯＮし、続いて第三のスイッチをＯＮしてゲートを放電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータの駆動装置は、上記構成により、ゲート−ソース間にコンデンサを設けることなく、又ゲートスイッチ素子のＯＮからＯＦＦに至る速度を極端に早くすることなく、ゲートの電荷の放電を早めて電圧波形のオーバーシュートを抑制し、ゲートスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御の不具合発生を防止する利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明のモータ駆動装置の全体構成図であり、プリドライブＩＣ１、ゲートドライバ手段２、ゲートスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６、巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３からなるモータ４、第一の直流高圧電源Ｖｄｃ５、第二の直流低電圧電源Ｖｃｃ６から構成されている。
【００１４】
図２は、巻線Ｌ１に接続されるゲートスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２とその周辺及びレベルシフト手段２の一部分の詳細接続図である。
【００１５】
レベルシフト手段２のゲートスイッチ素子Ｑ２ゲートへの充電回路７として、Ｖｃｃから抵抗値の比較的大きいＲ１を介してスイッチ素子Ｑ７が設けられる。前記ゲートスイッチ素子Ｑ２ゲートへの放電回路８は、ＬＯ−Ｇｎｄ間に抵抗値の比較的大きいＲ２を介してスイッチ素子Ｑ８を設けた第１の放電手段９と、抵抗値の比較的小さいＲ３を介してスイッチ素子Ｑ９を設けた第２の放電手段１０により構成される。
【実施例１】
【００１６】
本発明の具体的な実施の形態について以下に説明する。
【００１７】
図２、図３において、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２間は、Ｑ２のＯＦＦ期間である。
【００１８】
今時刻ｔ１において、Ｑ２がＯＮからＯＦＦに切り替わるためゲートドライバ手段２の充電手段７の構成要素Ｑ７がＯＦＦし、第１の放電手段９の構成要素であるスイッチ素子Ｑ８がＯＮ、Ｑ１のｃｇｓから電荷は、抵抗値が比較的大きいＲ２を介して放電しゲート
電圧ＶＧＳＬを低下させる。Δｔ時間が経過して時刻ｔ５で、ＶＧＳＬの値が、ゲートスイッチ素子のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈに対し、十分小さくなった時、第二の放電手段１０のＱ９をＯＮする。これにより、Ｑ２のゲートは、低抵抗Ｒ３を介してソースと短絡される。
【００１９】
時刻ｔ＝ｔ３で、Ｑ１がＯＮするためにＶＧＳＨが増大し、ｔ＝ｔ４で、ＶＧＳＨがＱ１のＶｔｈより大となり、Ｑ１がＯＮする。Ｑ１のＯＮに際し、Ｑ２のドレイン電圧ＶＤＳＬが急峻の高電圧になる。Ｑ２のドレイン電圧ＶＤＳＬの電圧増大に伴って、Ｑ２の寄生容量ｃｄｓを介してｃｇｓに電荷が充電され、Ｑ２のゲート電圧が跳ね上がろうとするが、Ｑ２のゲートは低抵抗Ｒ２を介して、Ｑ２のソースに短絡されているので、ｃｇｓの電荷がよく放電されて、ゲートの跳ね上がり電圧が、Ｑ２のＶｔｈを超えることは無い。Ｑ８ＯＮからＱ９ＯＮに至る一定時間Δｔは、レベルシフト手段２内部にてあらかじめ設定される。
【００２０】
次に時刻ｔ＝ｔ６でＱ１がＯＦＦし、その後ｔ＝ｔ２ではＱ２がＯＦＦからＯＮになるために、レベルシフト手段２は、Ｑ８，Ｑ９をＯＦＦし、Ｑ７をＯＮ。これによりＱ２のｃｇｓが充電、ゲート電圧ＶＧＳＬが増大しＶｔｈを超えるとＱ２はＯＮに至る。
【００２１】
以降の動作は、上述と同様なので略す。
【００２２】
以上のように、ゲートスイッチ素子は、ＯＦＦ時には、レベルシフト手段内の抵抗値の比較的大きい抵抗を介してｃｇｓの電荷が放電されて比較的緩やかにＯＦＦし、その直後、ゲート−ソース間を低抵抗で短絡してＯＦＦを維持する構成であるため、ＯＦＦ時に発生するノイズが小さく、同時にゲートの電圧波形のオーバーシュートを抑制してゲートスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ制御の不具合発生を防止することができ、信頼性の高いモータ駆動装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子とゲートドライブ手段の接続構成の簡素化およびゲートスイッチ素子とゲートドライブ手段を一体化してモジュール化することにより、モータの駆動装置の小型化、モータ自体の小形化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のモータ駆動装置の全体構成図
【図２】本発明のモータ駆動装置のゲートドライバ手段と酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子間の詳細接続図
【図３】本発明のモータ駆動装置の動作を示す図
【図４】従来のモータ駆動装置のゲートドライバ手段と酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子間の詳細接続図
【図５】図４に示したゲートドライバ手段と酸化膜絶縁構造を有するゲートスイッチ素子間の抵抗をゲートドライバ手段内部に設けた従来のモータ駆動装置詳細接続図
【図６】従来のモータ駆動装置の動作を示す図
【符号の説明】
【００２５】
１  プリドライブＩＣ
２  ゲートドライバ手段
３  モータ駆動装置
４  モータ
５  第１の直流高電圧電源
６  第二の直流低電圧電源
７  充電手回路
８  放電回路
９  第１の放電手段
１０  第２の放電手段
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６  ゲートスイッチ素子
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  巻線
【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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