(57)【要約】【課題】  電源電圧変動が大きい電源において、特に低電圧時でも負荷を安定して駆動する駆動装置を提供する。【解決手段】  上流スイッチング素子２５を駆動するための上流駆動回路２３と、下流スイッチング素子２６を駆動するための下流駆動回路２４とを有する駆動装置であって、バッテリ電圧４ａに基づいて上流駆動回路２３へ供給される昇圧電源出力電圧２１ａを生成する昇圧電源回路２１と、昇圧電源出力電圧２１ａに基づいて下流駆動回路２４へ供給される降圧電源出力電圧２２ａを生成する降圧電源回路２２とを備える。【選択図】図２
2006333561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
前記バッテリとグランドの間に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子を駆動するための第１駆動回路と、
前記第２スイッチング素子を駆動するための第２駆動回路と、
前記バッテリの電圧に基づいて前記第１駆動回路へ供給される第１電源電圧を生成する昇圧電源回路と、
前記第１電源電圧に基づいて前記第２駆動回路へ供給される第２電源電圧を生成する降圧電源回路とを備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の駆動装置において、
前記第１電源電圧は、前記バッテリの電圧に所定電圧を加えた値になるように制御され、
前記第２電源電圧は、前記バッテリの電圧が変化しても一定の電圧値に固定されるように制御されることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項２記載の駆動装置において、
前記駆動装置は、前記昇圧電源回路により生成された前記第１電源電圧を監視し、前記降圧電源回路により生成された前記第２電源電圧を監視する自己診断回路を備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項２記載の駆動装置において、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子はＮ型ＭＯＳＦＥＴであり、
前記第１スイッチング素子のドレインは前記バッテリに接続されており、
前記第２スイッチング素子のソースは前記グランドに接続されており、
前記第１スイッチング素子のソースは前記第２スイッチング素子のドレインと接続されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項４記載の駆動装置において、
前記昇圧電源回路は、昇圧用コイルを有するステップアップコンバータにより構成されており、
前記降圧電源回路は、リニアレギュレータにより構成されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
バッテリと、
前記バッテリにより電源が供給されるハーフブリッジ型駆動回路と、
前記ハーフブリッジ型駆動回路を駆動するプリドライバ回路と、
前記ハーフブリッジ型駆動回路の上流側のプリドライバ回路の駆動電圧を生成する昇圧電源回路と、
前記昇圧電源回路の出力から定電圧を生成する降圧電源回路と、
前記降圧電源回路の出力を前記ハーフブリッジ型駆動回路の下流側のプリドライバ回路の駆動電圧とする手段とを備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項６記載の駆動装置において、
前記駆動装置は、前記昇圧電源回路の出力電圧を監視する機能を備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
請求項６記載の駆動装置において、
前記駆動装置は、前記降圧電源回路の出力電圧を監視する機能を備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項９】
請求項６記載の駆動装置において、
前記駆動装置は、前記バッテリの電圧を監視する手段と、
前記バッテリの電圧が所定電圧以上である場合に前記昇圧電源電圧の動作を制限し、昇圧電源電圧の最大電圧を制限する機能とを備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項１０】
請求項６記載の駆動装置において、
前記昇圧電源回路は、昇圧用コイルを備えたステップアップコンバータにより構成され、
前記降圧電源回路は、リニアレギュレータにより構成されていることを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関し、特に、電源電圧変動が大きい電源下において負荷を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動回路、特に、ハーフブリッジ型駆動回路を２個、または、３個備えた駆動回路は、モータ駆動回路として、車輌用の電動パワーステアリング制御装置に適用され始めている。従来、電動パワーステアリングは、小型車にのみ適用されていたが、燃費向上，車輌レイアウト性メリットにより、中型車以上への適用が進んでいる。
【０００３】
この電動パワーステアリングの市場拡大により、電動パワーステアリングのアシスト能力維持に関し、特に低電圧時のアシスト能力が必要要件とされている。特に、車輌用の電動パワーステアリング制御装置の駆動回路において、電源電圧の低電圧から高電圧時下においての安定駆動が必要である。
【０００４】
従来の駆動回路では、ハーフブリッジ型駆動回路上流側のプリドライバ回路の駆動電源は、昇圧電源で生成し、ハーフブリッジ型駆動回路下流側のプリドライバ回路の駆動電源は、バッテリ電源としていた。本回路構成において、バッテリ電圧低電圧時には、ハーフブリッジ型駆動回路下流側のゲート電圧は、６Ｖ程度まで降下する可能性がある。
【０００５】
しかし、ハーフブリッジ型駆動回路で用いるＭＯＳＦＥＴは、ゲート電圧８〜１０ＶでＯＮ抵抗が飽和するため、前記のような６Ｖ程度の電圧では、ＯＮ抵抗が大きく、駆動回路として十分に機能しなくなる可能性がある。
【０００６】
本課題を解決するための従来技術として、特許文献１（特開２００３−２４４９６６号公報）に記載された技術がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２４４９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術は、ハーフブリッジ型駆動回路上流側、及び、下流側のプリドライバ回路の駆動電源用に個別に昇圧電源を設定する手法である。
【０００９】
しかし、本従来技術では、昇圧電源を２種類設定するために、部品点数の増加を招くデメリットがある。また、大電流を流すハーフブリッジ型駆動回路に使用する素子のゲート寄生容量の増加により、昇圧電源の効率が悪化し、発熱量が増加する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る駆動装置の代表的な一つは、バッテリと、バッテリとグランドの間に接続された第１スイッチング素子（上流Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）及び第２スイッチング素子（下流Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）と、第１スイッチング素子を駆動するための第１駆動回路（上流駆動回路）と、第２スイッチング素子を駆動するための第２駆動回路（下流駆動回路）と、バッテリの電圧に基づいて第１駆動回路へ供給される第１電源電圧（昇圧電源出力電圧）を生成する昇圧電源回路と、第１電源電圧に基づいて第２駆動回路へ供給される第２電源電圧（降圧電源出力電圧）を生成する降圧電源回路とを備えたものである。
【００１１】
好ましくは、第１電源電圧は、バッテリの電圧に所定電圧を加えた値になるように制御され、第２電源電圧は、バッテリの電圧が変化しても一定の電圧値に固定されるように制御される。
【００１２】
また、本発明に係る駆動装置の他の代表的な一つは、バッテリと、バッテリにより電源が供給されるハーフブリッジ型駆動回路と、ハーフブリッジ型駆動回路を駆動するプリドライバ回路と、ハーフブリッジ型駆動回路の上流側のプリドライバ回路の駆動電圧を生成する昇圧電源回路と、昇圧電源回路の出力から定電圧を生成する降圧電源回路と、降圧電源回路の出力をハーフブリッジ型駆動回路の下流側のプリドライバ回路の駆動電圧とする手段とを備えたものである。
【００１３】
好ましくは、昇圧電源回路の出力電圧を監視する機能または降圧電源回路の出力電圧を監視する機能を備えている。
【００１４】
また好ましくは、昇圧電源回路は昇圧用コイルを備えたステップアップコンバータにより構成され、降圧電源回路は、リニアレギュレータにより構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の駆動装置によれば、低電圧時にも負荷を安定して駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明が適用された電動パワーステアリング制御装置を含んだ電動パワーステアリングシステムを示した図である。
【００１８】
１は、電動パワーステアリング制御装置である。電動パワーステアリング制御装置１は、バッテリ２を電源として動作する。３は、イグニッションスイッチであり、ユーザによりＯＮ／ＯＦＦされる。イグニッションスイッチ３がＯＮすると、電動パワーステアリング制御装置１内に設定された電源導通遮断素子４がＯＮし、バッテリ２の電圧が電動パワーステアリング制御装置１内に供給される。
【００１９】
バッテリ電圧４ａは、電源回路５により電圧変換され、ＣＰＵ６等に最適な電圧が供給される。また、バッテリ電圧４ａは、モニタ回路７で低電圧変換され、モニタ回路出力
７ａは、ＣＰＵ６のＡＤポートに入力される。ＣＰＵ６では、バッテリ２の電圧状態を認識し、モータ１６のアシスト量をコントロールするＰＷＭのＤＵＴＹ比を演算し、モータ１６をコントロールする。
【００２０】
９は、プリドライバである。プリドライバ９は、ＣＰＵ６のＰＷＭ出力８に従い、６個のＮ型ＭＯＳＦＥＴ (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) で構成された出力回路１１をドライブする機能と自己診断機能を有している。なお、自己診断結果は、通信線１２でＣＰＵ６に通知される。
【００２１】
モータ１６は、例えば３相モータで構成され、Ｕ相１３，Ｖ相１４，Ｗ相１５の各制御信号により、出力回路１１で駆動制御される。
【００２２】
図２は、プリドライバ９と出力回路１１の内部構成を示した図である。なお、３相のモータ１６において、１相分の回路構成について特に記載する。
【００２３】
プリドライバ９内には、以下の機能が内蔵される。
【００２４】
２１は昇圧電源回路であり、バッテリ電圧４ａから昇圧電圧を生成する。昇圧電源出力電圧２１ａは、上流駆動回路２３及び降圧電源回路２２に供給される。
【００２５】
上流駆動回路２３は、出力回路１１内のハーフブリッジ回路の上流スイッチング素子
２５を駆動する回路であり、本実施例では、上流スイッチング素子２５はＮ型MOSFETで構成される。そのため、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴの駆動電圧２３ａのＨＩＧＨ電圧は、Ｎ型MOSFETのＯＮ抵抗を飽和させるために、バッテリ電圧４ａ＋８Ｖ以上の電圧とする必要がある。
【００２６】
また、通常、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間電圧（Ｖｇｓ）には、２０Ｖの最大定格が設定されている。このため、駆動電圧２３ａのＨＩＧＨ電圧は、バッテリ電圧４ａ＋８Ｖ〜バッテリ電圧４ａ＋２０Ｖで供給する必要がある。したがって、昇圧電源出力電圧２１ａは、バッテリ電圧４ａ＋１３Ｖ程度とするのが一般的である。
【００２７】
２２は、降圧電源回路であり、昇圧電源２１から出力される昇圧電源出力電圧２１ａに基づき、降圧した所定電圧を生成する。降圧電源回路２２の電源を昇圧電源出力電圧21ａとすることで、常に安定した所定電圧が生成できる。
【００２８】
降圧電源出力電圧２２ａは、下流駆動回路２４に供給される。下流駆動回路２４は、出力回路１１内のハーフブリッジ回路の下流スイッチング素子２６を駆動する回路である。本実施例では、下流スイッチング素子２６は、上流スイッチング素子２５と同様に、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成される。このため、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴの駆動電圧２４ａのＨＩＧＨ電圧は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのＯＮ抵抗を飽和させるために、８Ｖ以上の電圧とする必要がある。また、電圧の上限は、同様に２０Ｖ以下とする必要がある。したがって、降圧電源出力電圧２２ａは、１３Ｖ程度とするのが一般的である。
【００２９】
ＣＰＵ６は、上流側駆動信号８ａと下流側駆動信号８ｂにより、モータ１６を制御する。また、ＣＰＵ６は、自己診断部２７からの情報２７ａによりプリドライバ９の診断を実施する。
【００３０】
自己診断部２７は、昇圧電源出力電圧２１ａ及び降圧電源出力電圧２２ａの電圧を監視する。昇圧電源回路２１と降圧電源回路２２のいずれかが異常状態となった場合には、出力回路１１、すなわち、モータ１６の制御ができなくなる。このため、昇圧電源回路２１と降圧電源回路２２の異常状態を検出し、フェールセーフを機能させる必要がある。
【００３１】
図３は、バッテリ電圧４ａの変化による昇圧電源出力電圧２１ａ及び降圧電源出力電圧２２ａの状態を示した図である。
【００３２】
バッテリ電圧４ａが所定電圧４１に達したとき、回路は動作を開始する。このとき、昇圧電源出力電圧２１ａは、バッテリ電圧４ａ＋所定電圧（例えば１３Ｖ）となり、降圧電源出力電圧２２ａは、所定電圧（例えば１３Ｖ）となる。すなわち、バッテリ電圧４ａの上昇とともに、昇圧電源出力電圧２１ａは、バッテリ電圧４ａに所定電圧(例えば１３Ｖ)を加えた電圧値をキープしながら上昇する。一方、降圧電源電圧は、バッテリ電圧４ａが上昇しても、所定電圧（例えば１３Ｖ）のまま一定となる。
【００３３】
本動作により、バッテリ変動に対し、両電源電圧とも所定電圧（例えば１３Ｖ）をキープし、上流駆動回路２３出力ＨＩＧＨ電圧および下流駆動回路２４出力ＨＩＧＨ電圧は、ハーフブリッジ回路２８のゲートを安定ドライブできる。
【００３４】
所定電圧４２は、通常バッテリ電圧範囲６Ｖ〜１６Ｖ以上の電圧、例えば、２４Ｖとする。そして、バッテリ電圧４ａが所定電圧４２以上に達した際に、昇圧電源２１の動作を制限する機能を有する。本機能により、素子耐圧の低いプロセスを利用可能となり、プリドライバ素子のシュリンク化を図ることができる。
【００３５】
図４は、昇圧電源出力電圧２１ａ及び降圧電源出力電圧２２ａの自己診断を示す図である。
【００３６】
昇圧電源出力電圧２１ａは、バッテリ電圧４ａに従い、所定電圧差をキープしながら変化するが、自己診断部２７は、この所定電圧差がキープされているかを判断する。すなわち、自己診断部２７は、昇圧電源出力電圧２１ａが、所定電圧差下限５２〜所定電圧差上限５１の間に収まっている場合は正常であると判断する。逆に、所定電圧差上限５１より大きいか、または、所定電圧差下限５２より小さい場合には、異常であると判定する。
【００３７】
一方、降圧電源出力電圧２２ａは、バッテリ電圧４ａに依存せずに所定電圧をキープする。このため、自己診断部２７は、降圧電源出力電圧２２ａが所定電圧下限５４〜所定電圧上限５３の間に収まっている場合は正常であると判断する。逆に、所定電圧上限５３より大きいか、または、所定電圧下限５４より小さい場合には、異常であると判定する。
【００３８】
自己診断部２７で実施された診断結果は、２７ａを介してＣＰＵ６へ送信される。
【００３９】
図５は、昇圧電源２１、及び、降圧電源２２の内部構成の一実施例を示した図である。
【００４０】
昇圧電源２１は、バッテリ電圧４ａをインダクタ６１，ＭＯＳＦＥＴ６２，ダイオード６３，コンデンサ６４、及び、コントローラ６５から構成されるステップアップコンバータである。
【００４１】
ＭＯＳＦＥＴ６２をコントローラ６５によりＰＷＭ制御することにより、インダクタ
６１に蓄えられたエネルギーを、ダイオード６３を介してコンデンサ６４に蓄える。これにより、バッテリ電圧４ａを昇圧し、昇圧した電圧を昇圧電源出力電圧２１ａとして出力する。昇圧電源出力電圧２１ａは、コントローラ６５により監視されており、MOSFET62のＰＷＭ値を変化させることにより最適電圧に制御される。
【００４２】
バッテリ電圧４ａが変化した場合は、昇圧電源出力電圧２１ａをバッテリ電圧４ａと所定電圧（例えば１３Ｖ）の間隔に保って変化させる。これにより、上流スイッチング素子２５のゲート−ソース間電圧（Ｖｇｓ）には常に一定電圧（例えば１３Ｖ）を供給し、上流スイッチング素子２５のＯＮ抵抗を一定にコントロールすることができる。
【００４３】
降圧電源２２は、ＭＯＳＦＥＴ６６，コンデンサ６７，コントローラ６８で構成されたリニアレギュレータである。
【００４４】
コントローラ６８は、ＭＯＳＦＥＴ６６のゲート電圧をリニア制御することにより
ＭＯＳＦＥＴ６６をリニア制御し、降圧電源出力電圧２２ａを所定電圧に制御する。
【００４５】
バッテリ電圧４ａが変化した場合は、前述の通り、昇圧電源出力電圧２１ａはバッテリ電圧４ａと所定電圧（例えば１３Ｖ）の間隔に保って変化する。しかし、昇圧電源出力電圧２１ａが変化しても、降圧電源出力電圧２２ａは、所定電圧（例えば１３Ｖ）一定に制御する。これにより、下流スイッチング素子２６のゲート−ソース間電圧（Ｖｇｓ）には常に一定電圧（例えば１３Ｖ）を供給し、下流スイッチング素子２６のＯＮ抵抗を一定にコントロールすることができる。
【００４６】
以上のとおり、本実施例によれば、電源電圧変動が大きい電源において、特に低電圧時でも負荷を安定して駆動する駆動装置を提供することができる。
【００４７】
以上、本発明の一実施例について具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本実施例では、出力回路１１内のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合を説明したが、特にこれに限られるものではなく、ＩＧＢＴ等の他の素子でも代替可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明が適用された電動パワーステアリング制御装置を含んだ電動パワーステアリングシステムを示した図。
【図２】プリドライバ９と出力回路１１の内部構成を示した図。
【図３】バッテリ電圧４ａの変化による昇圧電源出力電圧２１ａ及び降圧電源出力電圧２２ａの状態を示した図。
【図４】昇圧電源出力電圧２１ａ及び降圧電源出力電圧２２ａの自己診断を示した図。
【図５】昇圧電源２１及び降圧電源２２の内部構成を示した図。
【符号の説明】
【００４９】
１…電動パワーステアリング制御装置、２…バッテリ、６…ＣＰＵ、９…プリドライバ、１１…出力回路、１６…モータ、２１…昇圧電源回路、２２…降圧電源回路、２３…上流駆動回路、２４…下流駆動回路、２７…自己診断部、２８…ハーフブリッジ回路。
【図１】
2006333561.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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