(57)【要約】【課題】部品点数を減少し、小型化かつ低コスト化し得る昇圧装置を実現する。【解決手段】バッテリ電源によりモータを駆動する電動機駆動回路を三相ブリッジ回路により構成し、そのハイサイド及びローサイドスイッチング素子を相補駆動し、バッテリと両スイッチング素子間との間にコンデンサを接続し、コンデンサの正極に高圧蓄電用コンデンサを接続し、コンデンサの負極に昇圧用スイッチング素子を介してバッテリと接続する。昇圧用スイッチング素子及びコンデンサの負極とハイサイド及びローサイドスイッチング素子間に向けて電流流す向きのダイオードを設け、高圧蓄電用コンデンサの正極はダイオードを介してハイサイドスイッチング素子に接続する。ハイサイドスイッチング素子及びローサイドスイッチング素子のデューティ５０％の相補駆動において非駆動時に蓄電素子の充電を行うことができる。【選択図】図１
2011097670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と電動機との間に設けられかつ当該電動機を駆動制御する電動機駆動回路と、前記電源の電圧より高い電圧を前記電動機に印加するべく前記電源の電圧を昇圧する昇圧回路とを有し、
前記電動機駆動回路は、相補駆動されるハイサイドスイッチング素子及びローサイドスイッチング素子を有し、
前記昇圧回路は、前記ハイサイドスイッチング素子及び前記ローサイドスイッチング素子のいずれか一方のオン時に前記電源の電圧により充電され、かつ前記ハイサイドスイッチング素子及び前記ローサイドスイッチング素子の他方のオン時に、前記充電された電圧を前記電源の電圧により昇圧される蓄電素子を有することを特徴とする電動機駆動用昇圧装置。
【請求項２】
前記電源の電圧により昇圧された前記蓄電素子の高電圧の放電により充電される第２蓄電素子と、前記第２蓄電素子の放電電圧を前記電動機に選択的に印加するための昇圧用スイッチング素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動用昇圧装置。
【請求項３】
前記電動機は三相モータであり、
前記電動機駆動回路は、前記電動機の転流制御において電流を流す相に前記蓄電素子の放電電圧を印加するように前記ハイサイドスイッチング素子及び前記ローサイドスイッチング素子のオン・オフ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動用昇圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機駆動用昇圧装置に関し、特に、電動機に印加する電圧を昇圧するための電動機駆動用昇圧装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車用モータ駆動回路において、電源（バッテリ）の長寿命化と高効率化とを両立するために、負荷としてのモータを高電圧で駆動するための昇圧電源回路を用いたものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、電源にスイッチを介して一端が接続されかつ他端が負荷に接続された蓄電素子と、蓄電素子の一端を電源から切り離して接地する２位置選択スイッチと、蓄電素子の他端を負荷と切り離した場合に接地する２位置選択スイッチと、それら各スイッチの組み合わせで蓄電素子の充放電を制御する充電回路とを設けている。そして、負荷の非動作時には蓄電素子を負荷から切り離しかつ電源に接続することにより充電し、負荷の動作時には蓄電素子を電源から切り離しかつその電源側を接地すると共に負荷側を負荷と接続することにより、負荷に電源電圧と充電電圧とが加算された高電圧を印加するようにしている。
【０００５】
しかしながら、上記したような特許文献１の昇圧回路では、蓄電素子の充放電を制御するためだけに用いられる３つのスイッチと、それらのタイミングを合わせて制御する充電回路とを設ける等、負荷の制御とは別個に制御する必要がある昇圧回路を設けており、部品点数の増加や、それに伴う設置スペースの増大が生じ、高コスト化かつ大型化するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決して、部品点数を減少し、小型化かつ低コスト化し得る昇圧装置を実現するために、本発明に於いては、電源（２）と電動機（１）との間に設けられかつ当該電動機（１）を駆動制御する電動機駆動回路（３）と、前記電源（２）の電圧より高い電圧を前記電動機（１）に印加するべく前記電源（２）の電圧を昇圧する昇圧回路とを有し、前記電動機駆動回路（３）は、相補駆動されるハイサイドスイッチング素子（Ｑ１・Ｑ３・Ｑ５）及びローサイドスイッチング素子（Ｑ２・Ｑ４・Ｑ６）を有し、前記昇圧回路は、前記ハイサイドスイッチング素子（Ｑ１・Ｑ３・Ｑ５）及び前記ローサイドスイッチング素子（Ｑ２・Ｑ４・Ｑ６）のいずれか一方のオン時に前記電源（２）の電圧により充電され、かつ前記ハイサイドスイッチング素子（Ｑ１・Ｑ３・Ｑ５）及び前記ローサイドスイッチング素子（Ｑ２・Ｑ４・Ｑ６）の他方のオン時に、前記充電された電圧を前記電源の電圧により昇圧される蓄電素子（Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３）を有するものとした。
【０００７】
これによれば、ハイサイドスイッチング素子及びローサイドスイッチング素子が相補駆動され、相補駆動では電流を流さない時には概ねデューティ比５０％となることから、その状態で一方のオン状態により蓄電素子を充電し、充電電圧を他方のオン状態時に電源電圧により昇圧させて電源電圧より高い電圧を電動機に印加するというチャージポンプ型の昇圧回路とすることができる。チャージポンプ型の昇圧回路ではデューティ比５０％で効率が良く、速やかに昇圧させることができ、昇圧電圧が必要な状態の前に確実に充電電圧を昇圧させることができる。これにより、電動機駆動回路となるハイサイドスイッチング素子及びローサイドスイッチング素子のオン・オフ制御を兼用して、電源の電圧で充電しかつ昇圧することができ、電動機駆動回路の一部を用いて昇圧回路を構成することができるため、独立した昇圧回路を別個に設ける必要が無い。
【０００８】
特に、前記電源の電圧により昇圧された前記蓄電素子の高電圧の放電により充電される第２蓄電素子（Ｃ４）と、前記第２蓄電素子（Ｃ４）の放電電圧を前記電動機に選択的に印加するための昇圧用スイッチング素子（Ｑ７・Ｑ８・Ｑ９）とを有すると良い。これによれば、蓄電素子の昇圧された高電圧を第２蓄電素子に蓄電することができ、第２蓄電素子の放電を昇圧用スイッチング素子により制御することにより、必要に応じて電動機に高電圧を印加することができる。
【０００９】
また、前記電動機は三相モータであり、前記電動機駆動回路は、前記電動機の転流制御において電流を流す相に前記蓄電素子の放電電圧を印加するように前記ハイサイドスイッチング素子及び前記ローサイドスイッチング素子のオン・オフ制御を行うと良い。これによれば、三相モータの制御において公知の電気角１２０度で転流制御を行う場合にデューティ比に合わせたオン時間が各相に１２０度シフトして制御されることになり、電流を流さない相のスイッチング素子は相補駆動によりデューティ比５０％でオン・オフにするため、例えば小さなデューティ比の場合に短いオン時間となるスイッチング素子があっても、他のスイッチング素子でデューティ比５０％でオン状態になるものがあり、その時に充電・昇圧することができ、効率の良い充電・昇圧を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
このように本発明によれば、ハイサイドスイッチング素子及びローサイドスイッチング素子の相補駆動において、電動機に電流を流さない場合にはデューティ比５０％になり、そのオン状態のスイッチング素子を用いて蓄電素子を充電することができ、非駆動時に蓄電素子の充電を行うことができ、電源の電圧を効率良く充電に用いることができる。また、モータ駆動回路を構成するスイッチング素子を用いて充電・昇圧を行うことができ、別個に独立した昇圧回路を設ける回路に対して部品点数を削減し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用された自動車用電動パワーステアリング装置の電動機駆動回路の要部回路図である。
【図２】図１の第１実施形態における充放電のタイムチャートを示す図である。
【図３】第２実施形態を示す図１と同様の図である。
【図４】第３実施形態を示す図１と同様の図である。
【図５】二相モータに適用した第４実施形態を示す要部回路図である。
【図６】負電圧充電の一例としての第５実施形態を示す要部回路図である。
【図７】第５実施形態における充放電のタイムチャートを示す図である。
【図８】第６実施形態を示す要部回路図である。
【発明を実施するための形態】
【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。図１は、本発明が適用された自動車用電動パワーステアリング装置の電動機駆動回路３の要部回路図である。この駆動対象となるモータ１は、図では三相ブラシレスモータであるが、三相やブラシレスは一例であり、他の形態であっても良い。
【００１３】
電動機駆動回路３には、モータ１のＵ・Ｖ・Ｗ相の各相に対してハイサイド及びローサイドでそれぞれ対となるように設けられたＦＥＴからなる各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６により三相ブリッジ回路が構成されている。各相で接続形態は同じため、以下に、特に断らない限りＵ相を代表して説明する。なお、他の相に対応する符号は適宜（）書きする。
【００１４】
対となるハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）及びローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）は相補駆動されるようになっている。各スイッチング素子Ｑ１・Ｑ２（Ｑ３・Ｑ４，Ｑ５・Ｑ６）の間が、モータ１の対応するＵ相（Ｖ相・Ｗ相）のコイルに接続されていると共に、蓄電素子としてのコンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）の負極がダイオードＤ１（Ｄ２・Ｄ３）を順方向に介して接続されている。コンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）の正極は、電源としてのバッテリ２の正端子（電源側）にダイオードＤ４（Ｄ５・Ｄ６）を介して接続されている。なお、ダイオードＤ４（Ｄ５・Ｄ６）は、バッテリ２からコンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）に向けて電流を流す向き（順方向）に接続されている。
【００１５】
また、バッテリ２の正端子と、コンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）及びダイオードＤ１（Ｄ２・Ｄ３）との間がＦＥＴからなる昇圧用スイッチング素子Ｑ７（Ｑ８・Ｑ９）を介して接続されている。昇圧用スイッチング素子Ｑ７（Ｑ８・Ｑ９）のゲートはハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）のゲートと接続されており、ゲート信号電圧の入力により、共にオンし、共にオフするようになっている。
【００１６】
そして、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）のモータ１との接続側とは相反する側が、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）側に電流を流す向きに設けられたダイオードＤ７を介して高圧コンデンサ（電気二重層型であっても良い）からなる高圧蓄電用コンデンサＣ４の正極と接続されている。高圧蓄電用コンデンサＣ４の負極は接地されている。その高圧蓄電用コンデンサＣ４の正極（ダイオードＤ７との間）は、高圧蓄電用コンデンサＣ４に電流を流す向きに設けられたダイオードＤ８（Ｄ９・Ｄ１０）を介してコンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）の正極と接続されている。
【００１７】
なお、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）のモータ１との接続側とは相反する側がコンデンサＣ５の正極と接続されており、そのコンデンサＣ５の負極は接地されている。
【００１８】
このようにして本発明に基づく電動機駆動用昇圧装置の第１実施形態が構成されている。次に、その動作要領について、図２を併せて参照して説明する。
【００１９】
図２には、上記したように代表して示すスイッチング素子Ｑ１・Ｑ２・Ｑ７のオン・オフに応じた各コンデンサＣ１・Ｃ４の充放電波形が示されている。なお、他の相に対応する各スイッチング素子Ｑ３・Ｑ４・Ｑ８及びＱ５・Ｑ６・Ｑ９及び対応する各コンデンサＣ２・Ｃ３の各波形は１２０度の位相差で発生する。
【００２０】
デューティ比の増減によりスイッチング素子Ｑ１・Ｑ２のオン／オフの比が変化するが、図２はＵ相に対してデューティ比を５０％にして電流が流れない場合である。コンデンサＣ１・Ｃ４の波形については、本装置の始動時には完全な放電状態の場合もあるが、図２では通常の充放電が行われている場合を示している。
【００２１】
ハイサイドスイッチング素子Ｑ１がオフ、かつ相補駆動によりローサイドスイッチング素子Ｑ２がオンにより、コンデンサＣ１の負極がダイオードＤ１・ローサイドスイッチング素子Ｑ２を介して接地され、また昇圧用スイッチング素子Ｑ７はオフであることから、コンデンサＣ１の負極はバッテリ２の正端子とは切断されている。その状態では、バッテリ２の正電圧がダイオードＤ４を介してコンデンサＣ１に印加されて、コンデンサＣ１の電圧はバッテリ２の電圧Ｖ付近にある。なお、図では、説明簡略化のため損失は無いものとする（以下同様）。
【００２２】
次に、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１がオンすなわちローサイドスイッチング素子Ｑ２がオフになると、コンデンサＣ１の負極は接地から切り離され、この時には昇圧用スイッチング素子Ｑ７がオンであることから、コンデンサＣ１の負極にバッテリの電圧Ｖが印加される。このようにして、コンデンサを用いたチャージポンプ回路が構成され、コンデンサＣ１の充電電圧は２Ｖ（＝Ｖ＋Ｖ）となる。この昇圧された充電電圧２Ｖは高圧蓄電用コンデンサＣ４に印加され、高圧蓄電用コンデンサＣ４は２Ｖに充電される。
【００２３】
なお、高圧蓄電用コンデンサＣ４が大容量型の場合には、１パルスにおけるコンデンサＣ１の放電だけではフル充電されないことが考えられるが、電動パワーステアリング装置のような制御の場合にはモータ１に電流を流していない時間が十分確保され、それにより高圧蓄電用コンデンサＣ４のフル充電が可能である。また、高圧蓄電圧用コンデンサＣ４は、起動直後は０Ｖから徐々に上がっていくが（図示せず）、満充電（２Ｖ）になった後（安定状態）では、２Ｖ近傍で負荷とバランスし、充放電で電圧が多少変動する程度であるようにその容量などが設定されていると良い。
【００２４】
一方、コンデンサＣ１は、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１のオン時に放電した場合には充電電圧は低下するが、次のハイサイドスイッチング素子Ｑ１がオフすなわちローサイドスイッチング素子Ｑ２がオンの時には、上記したようにバッテリ２の電圧Ｖまで充電される。以後、これを繰り返す。なお、コンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）への充電・昇圧は、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）及びローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）の相補駆動による０％と１００％とを除いたそれらの間のデューティ比の時に行われるが、上記したように電流を流さない状態となる５０％デューティ時には効率良くかつＦＥＴへの負担が少ない状態で行われる。
【００２５】
ここで、本発明の好適な対象である電動パワーステアリング装置の場合には、直進時やステアリング操舵角が小さい場合には小さな操舵トルク（小電流）で良いが、据え切り時、特にストッパに突き当たる限度まで操舵した場合には大きな操舵トルク（大電流）が要求される。このような使用形態では、モータ１に大電流を流す機会はそれ程多くなく、そのような短時間だけ大電流を流す場合に対応可能にすることができ、この短時間定格で、放熱器の小型化が可能となるという利点も有する。
【００２６】
本発明では上記したように、各コンデンサＣ１〜Ｃ３で昇圧し、その昇圧された電圧で高圧蓄電用コンデンサＣ４に充電することで対応可能としており、このように昇圧電圧が常時各コンデンサＣ１〜Ｃ３で充電されるため、高圧蓄電用コンデンサＣ４には通常時の負荷に対応し得る程度の容量のものを用いることができる。なお、各コンデンサＣ１〜Ｃ３の充電を、対応する各スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９と、対応する各ダイオードＤ１〜Ｄ３とを用いて昇圧充電するようにしている。その充電時にはハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）に電流が流れないことから、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）の電流負荷を低減することもできる。また、ダイオードＤ１（Ｄ２・Ｄ３）の接続により、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）を介して高電圧の充電を行うループが発生しないため、効率の良い昇圧回路が構成される。
【００２７】
さらに、モータ１の駆動電圧が高電圧化されるため、モータ１に流す電流を少なくすることができ、モータ１に接続されるワイヤハーネスの細径化により、配線の取り回し性を向上し得る。また、ワイヤハーネスの発熱も抑制される。
【００２８】
次に，図３を参照して第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００２９】
この第２実施形態は、図１に対して、ダイオードＤ７の代わりに高圧用スイッチング素子Ｑ１０が設けられていると共に、バッテリ２の正端子と、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）のモータ１との接続側とは相反する側との間にバッテリ２から電流を流す向きにダイオードＤ１１が設けられている。
【００３０】
このように構成された電動機駆動用昇圧装置では、コンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）への充電・昇圧は上記第１実施形態と同じに行われる。そして、高圧用スイッチング素子Ｑ１０のオン・オフ制御により、必要に応じて高圧蓄電用コンデンサＣ４に蓄電されている高電圧をモータ１に供給することができる。その場合、高電圧印加を行わない時（通常時）には、バッテリ２の正電圧（Ｖ）がダイオードＤ１１を介してハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）に印加され、バッテリ電圧Ｖでモータ１を駆動する。
【００３１】
それに対して、上記した据え切り時等には高トルクを発生させるために、高圧用スイッチング素子Ｑ１０をオンし、高圧蓄電用コンデンサＣ４に充電した高電圧２Ｖでモータ１を駆動する。これにより、高電圧駆動時間を必要最小限とすることができ、高圧蓄電用コンデンサＣ４の蓄電容量も無駄に大きくする必要が無く、高圧蓄電用コンデンサＣ４を小型化を促進し得る。なお、高圧用スイッチング素子Ｑ１０を例えばＰＷＭ制御することにより、モータ駆動電圧のＶ〜２Ｖの間の任意の定電圧化が可能になり、状況に応じた効率的なモータ駆動制御を行うことができる。
【００３２】
次に、図４を参照して第３実施形態について説明する。なお、上記第２実施形態と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００３３】
この第３実施形態は、第２実施形態の図３に対して、昇圧用スイッチング素子Ｑ７（Ｑ８・Ｑ９）及びダイオードＤ１（Ｄ２・Ｄ３）を取り除き、バッテリ２の正端子とダイオードＤ１１との間に高圧切り換え用スイッチング素子Ｑ１１を設けたものである。この高圧切り換え用スイッチング素子Ｑ１１は高圧用スイッチング素子Ｑ１０と交互に動作するようにされており、一方がオンの場合には他方がオフする。
【００３４】
このように構成された電動機駆動用昇圧装置においても、コンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）への充電・昇圧は、上記したように、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）及びローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）の相補駆動による０％と１００％とを除いたそれらの間のデューティ比の時に行われ、５０％デューティ時には効率良くかつＦＥＴへの負担が少ない状態で行われる。この場合、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１（Ｑ３・Ｑ５）のオフ及びローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）のオン時にコンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）はバッテリ電圧Ｖで充電され、各スイッチング素子の逆のオン／オフ状態でコンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）はバッテリ電圧Ｖ分昇圧される。昇圧されたことで充電電圧が２Ｖになり、その昇圧された充電電圧２Ｖで高圧蓄電用コンデンサＣ４が充電される。
【００３５】
このようにすることにより、ダイオードＤ１（Ｄ２・Ｄ３）を設けた場合に対してコンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）への充電時における電圧降下が小さくなり、より高い電圧での充電が可能になる。したがって、コンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）の小型化による装置のコンパクト化を促進し得る。また、高圧切り換え用スイッチング素子Ｑ１１と高圧用スイッチング素子Ｑ１０とを排他的にオンして昇圧することから、専用のドライバを必要とすることなく確実に昇圧させることができる。高電圧駆動時には高圧用スイッチング素子Ｑ１０をオンし、高圧切り換え用スイッチング素子Ｑ１１をオフにすることで、モータ１に高電圧を供給することができる。なお、高圧蓄電用コンデンサＣ４には電気二重層型のものを用いると良い。
【００３６】
本発明は，上記した三相モータへの適用に限られるものではなく、二相モータにも適用可能である。その一例としての第４実施形態を図５に図示する。なお、上記第３実施形態と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００３７】
この第４実施形態は、第３実施形態の図４に対して１相分の各スイッチング素子Ｑ５・Ｑ６及び対応するコンデンサＣ３を除いたものと同様の回路となっている。なお、図示例ではコンデンサＣ５も除いている。また、高電圧駆動時には高圧用スイッチング素子Ｑ１０をオンし、高圧切り換え用スイッチング素子Ｑ１１をオフにすることは上記実施形態と同じであり、充電・昇圧に対する各スイッチング素子のオン／オフ制御も同様に行うことができ、二相モータ１１に対しても上記三相モータと同様の作用効果を奏し得る。なお、本実施形態においても、高圧蓄電用コンデンサＣ４には電気二重層型を用いることにより、更に安定した高電圧を供給することができる。
【００３８】
なお、図４は第３実施形態に対応したものとしたが、第１実施形態に対応したダイオードＤ１１を除いて常時高電圧（２Ｖ）を供給する回路構成としても良く、また第２実施形態に対応した昇圧用スイッチング素子Ｑ７（Ｑ８）及び対応するダイオードＤ１（Ｄ２）を配した回路構成としても良い。それらの場合の高圧蓄電用コンデンサＣ４は負荷の要求電流に応じて大電流を流す必要が無ければ電気二重層型にする必要は無く、それぞれ、各実施形態と同様の作用効果を奏し得る。
【００３９】
本発明によれば、負電圧（−Ｖ）で駆動する回路にも適用可能であり、その一例としての第５実施形態を図６を参照して以下に説明する。なお、上記第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００４０】
この第５実施形態では、ローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）のゲートが昇圧用スイッチング素子Ｑ７（Ｑ８・Ｑ９）のゲートと接続されておりゲート信号電圧の入力により、共にオンし、共にオフするようになっている。
【００４１】
そして、ハイ・ローの各スイッチング素子Ｑ１・Ｑ２（Ｑ３・Ｑ４，Ｑ５・Ｑ６）の間が、ダイオードＤ２１（Ｄ２２・Ｄ２３）を順方向に介してコンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）の正極（＋側）と接続されている。それらダイオードＤ２１（Ｄ２２・Ｄ２３）とコンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）との間は昇圧用スイッチング素子Ｑ７（Ｑ８・Ｑ９）を介してバッテリ２の負端子と接続されている。また、コンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）の負極（−側）はダイオードＤ２４（Ｄ２５・Ｄ２６）を順方向に介してバッテリ２の負端子と接続されている。
【００４２】
高圧蓄電用コンデンサＣ４は、その負極（−側）がローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）と接続され、正極（＋側）がバッテリ２の負端子と接続されている。また、高圧蓄電用コンデンサＣ４の負極は、ダイオードＤ２８（Ｄ２９・Ｄ３０）を順方向に介して、コンデンサＣ１（Ｃ２・Ｃ３）の負極とダイオードＤ２４（Ｄ２５・Ｄ２６）との間に接続されている。
【００４３】
このようにして構成された負電圧駆動回路では、図７を併せて参照してＵ相を代表して説明すると、ハイサイドスイッチング素子Ｑ１のオンにより、バッテリ２の正電圧Ｖがハイサイドスイッチング素子Ｑ１からダイオードＤ２１を介してコンデンサＣ１に印加される。また、ローサイドスイッチング素子Ｑ２及び昇圧用スイッチング素子Ｑ７のオフにより、コンデンサＣ１の負極はダイオードＤ２４を介して接地されて、コンデンサＣ１はバッテリ２の電圧Ｖで充電される。
【００４４】
次に、ローサイドスイッチング素子Ｑ２のオン時における昇圧用スイッチング素子Ｑ７のオンにより、コンデンサＣ１の放電による電流は、ダイオードＤ２１の逆流防止作用により、昇圧用スイッチング素子Ｑ７を介して高圧蓄電用コンデンサＣ４を負電圧で充電するように流れる。このようにして、高圧蓄電用コンデンサＣ４の負極（−側）の電圧は−Ｖとなる負のチャージポンプ回路が形成されている。
【００４５】
この高圧蓄電用コンデンサＣ４による負電源の使用時の電流経路は、図６の破線の矢印のようになり、モータ１の電源側が＋Ｖとなり、接地側が−Ｖとなる。したがって、モータ１には２Ｖの高電圧が印加され、モータ１に対する高電圧駆動が可能となる。
【００４６】
一方、このような負電圧駆動回路によれば、出力段のコンデンサＣ１〜Ｃ３は正の耐圧性に対しては上記正電圧駆動回路と同じで違いは無く、従って形状等も同じであって良く、レイアウト性や設置スペースの増大は生じない。それに加えて、負電圧充電用となる高圧蓄電用コンデンサＣ４では、負電圧（−Ｖ）に対応し得る耐圧性があれば良いため、２Ｖの耐圧性を有するコンデンサに対して、低コストかつ小型のコンデンサを使用することができる。更に、負電圧を使用したパワードライバは電流の経路を特定し易いため、ノイズ対策を容易に行うことができる。また、電気二重層型のコンデンサを用いた場合には、電気二重層型は耐圧が低いが、充電電圧が低いことにより耐圧のための直列数が少なくて済むため、特に小型化や低コスト化に有効である。
【００４７】
また、負電圧駆動回路の上記第３実施形態（図４）に対応する例としての第６実施形態を図８を参照して以下に説明する。なお、図６及び上記第３実施形態と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００４８】
この第６実施形態は、第５実施形態（図６）における昇圧用スイッチング素子Ｑ７（Ｑ８・Ｑ９）及び対応するダイオードＤ１（Ｄ２・Ｄ３）を取り除き、また、ローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）の−側がダイオードＤ３１を介してバッテリ２の負端子に接続されている。また、ローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）の−側と高圧蓄電用コンデンサＣ４の負極とが高圧用スイッチング素子Ｑ１０を介して接続されている。
【００４９】
このようにして構成された負電圧駆動回路では、高圧用スイッチング素子Ｑ１０のオン／オフの制御に合わせて、各コンデンサＣ１〜Ｃ３・Ｃ４の充放電及び必要に応じた高電圧駆動を行うことができる。
【００５０】
上記と同様にＵ相を代表して説明すると、充電制御では高圧用スイッチング素子Ｑ１０をオフにしておき、スイッチング素子Ｑ１のオンかつスイッチング素子Ｑ２のオフによりコンデンサＣ１に電圧Ｖの充電を行い、スイッチング素子Ｑ２のオンかつスイッチング素子Ｑ１のオフによりコンデンサＣ１を放電させて、高圧蓄電用コンデンサＣ４に負電圧充電を行う。このようにして高圧蓄電用コンデンサＣ４に上記実施形態と同様に負電圧充電を行うことができる。
【００５１】
次に、モータ１の駆動制御おいて、負荷の対象や状態により高電圧駆動する必要の無い場合がある。そのような通常電源（バッテリ）使用時には高圧用スイッチング素子Ｑ１０はオフにしておくことにより、ローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）を介して流れる電流は図８の二点鎖線に示されるように流れる。これにより、モータ１をバッテリ２の電圧Ｖで駆動することができる。
【００５２】
それに対して、高電圧駆動する場合（負電源使用時）には高圧用スイッチング素子Ｑ１０をオンする。この場合には、ローサイドスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４・Ｑ６）を介して流れる電流は図８の破線で示されるように流れる。これにより、上記実施形態と同様にモータ１には２Ｖの高電圧が印加され、その作用効果は上記実施形態と同様であるが、高電圧駆動を一時的に使用する時のみに高圧用スイッチング素子Ｑ１０を使用すれば良いため、小型のものを用いることにより、高圧用スイッチング素子Ｑ１０の放熱器の容量や設置面積を小さくすることができ、この回路構成における装置全体のコンパクト化を促進し得る。なお、この第５実施形態における高圧蓄電用コンデンサＣ４には電気二重層型を用いると良い。この場合も上記と同様に、負電圧分の耐圧性を有すれば良く、高圧蓄電用コンデンサＣ４を小型化し得る。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明にかかる電動機駆動用昇圧装置は、相補駆動におけるハイサイドスイッチング素子及びローサイドスイッチング素子の５０％デューティの非駆動時に蓄電素子の充電を効率良く行うことができ、昇圧した電源を用いる種々のモータ駆動装置として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１  モータ（電動機）
２  バッテリ（電源）
３  電動機駆動回路
１１  モータ（電動機）
Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３  コンデンサ（蓄電素子）
Ｃ４  高圧蓄電用コンデンサ（第２蓄電素子）
Ｑ１・Ｑ２・Ｑ３  ハイサイドスイッチング素子
Ｑ４・Ｑ５・Ｑ６  ローサイドスイッチング素子
Ｑ７・Ｑ８・Ｑ９  昇圧用スイッチング素子
【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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【図８】
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