(57)【要約】【課題】過電流検出回路を別途設けずに、負荷駆動回路の一部を利用して過電流検出が可能な負荷駆動回路を提供する。【解決手段】モータ１１０に流れる電流Ｉｍをオンオフ制御するブリッジ回路１００と、ブリッジ回路１００を駆動するドライブ回路２００と、モータ１１０の駆動指示を行なう駆動指示信号Ｖｓを発生するマイコン３００と、負荷電流Ｉｍの電流検出信号Ｖｉと目標値信号Ｖrefとの比較により比較出力信号Ｖｃを出力する電流フィードバック回路４００と、駆動指示信号Ｖｓと比較出力信号Ｖｃとに基づいて電流検知結果を保持する保持回路５００と、駆動指示信号Ｖｓと保持回路５００から出力されるラッチ出力信号Ｖｒとに基づいてドライブ回路２００を駆動するゲート回路６００と、を有し、マイコン３００は、駆動指示信号Ｖｓとラッチ出力信号Ｖｒに基づく時間計測により過電流検出を行なうように負荷駆動回路を構成する。【選択図】図１
2015046710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に流れる電流をオンオフ制御するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路を駆動するドライブ回路と、
前記負荷の駆動指示を行なう駆動指示信号を発生する制御部と、
前記負荷に直列接続された電流検出用抵抗と比較器とにより構成され、負荷電流の電流検出信号と目標値信号との比較により比較出力信号を出力する電流フィードバック回路と、
前記駆動指示信号と前記比較出力信号とに基づいて電流検知結果を保持する保持回路と、
前記駆動指示信号と前記保持回路から出力されるラッチ出力信号とに基づいて前記ドライブ回路を駆動するゲート回路と、を有し、
前記制御部は、前記駆動指示信号及び前記ラッチ出力信号に基づく時間計測により過電流検出を行なうことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項２】
前記制御部は、正常電流のときに目標電流に到達する時間と過電流時に目標電流に到達する時間との間に設定した基準時間を基準として、過電流か否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動回路。
【請求項３】
前記制御部は、１チップマイコンであり、前記時間計測は、前記１チップマイコンに内蔵されたタイマーユニット部により行なわれることを特徴とする請求項１又は２に記載の負荷駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷駆動回路に関し、特に、過電流検出部を別途設けずに過電流検出が可能な負荷駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ等の負荷に流れる電流を制御する負荷駆動回路に過電流検出回路を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この負荷駆動回路は、負荷に流れる電流を電圧値として検出するシャント抵抗と、この検出電圧と閾値電圧とを比較するコンパレータを有している。閾値電圧は、閾値生成回路で生成され、平均負荷電流、負荷電流の交流変化分、電源電圧値が大きいほど閾値電圧を増やし、負荷の温度が低いほど閾値電圧を増やすように設定されている。これにより、所望のヒステリシス特性を保つことができ、過電流の検出動作と過電流検出状態からの復帰動作とを安定して行うことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６２７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の負荷駆動回路は、負荷駆動回路の一部を利用して過電流検出を行なうものではなく、過電流検出回路を負荷駆動回路の他に別途設ける必要があった。このため、回路スペースが増大し、部品点数が増加するという問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、過電流検出回路を別途設けずに、負荷駆動回路の一部を利用して過電流検出が可能な負荷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】
【０００７】
［１］本発明は、上記目的を達成するために、負荷に流れる電流をオンオフ制御するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路を駆動するドライブ回路と、前記負荷の駆動指示を行なう駆動指示信号を発生する制御部と、前記負荷に直列接続された電流検出用抵抗と比較器とにより構成され、負荷電流の電流検出信号と目標値信号との比較により比較出力信号を出力する電流フィードバック回路と、前記駆動指示信号と前記比較出力信号とに基づいて電流検知結果を保持する保持回路と、前記駆動指示信号と前記保持回路から出力されるラッチ出力信号とに基づいて前記ドライブ回路を駆動するゲート回路と、を有し、前記制御部は、前記駆動指示信号及び前記ラッチ出力信号に基づく時間計測により過電流検出を行なうことを特徴とする負荷駆動回路を提供する。
【０００８】
［２］前記制御部は、正常電流のときに目標電流に到達する時間と過電流時に目標電流に到達する時間との間に設定した基準時間を基準として、過電流か否かを判断することを特徴とする上記［１］に記載の負荷駆動回路であってもよい。
【０００９】
［３］また、前記制御部は、１チップマイコンであり、前記時間計測は、前記１チップマイコンに内蔵されたタイマーユニット部により行なわれることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の負荷駆動回路であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過電流検出回路を別途設けずに、負荷駆動回路の一部を利用して過電流検出が可能な負荷駆動回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る負荷駆動回路の回路構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る負荷駆動回路の正常動作時における各部の各信号波形を示す図である。
【図３】図３は、正常動作時とショート故障発生時（過電流発生時）のそれぞれの電流検出信号波形を示す図である。
【図４】図４は、負荷駆動回路における過電流検出の動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る負荷駆動回路のショート故障発生時（過電流発生時）における各部の各信号波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（負荷駆動回路１の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る負荷駆動回路の回路構成図である。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る負荷駆動回路１は、負荷であるモータ１１０に流れる電流Ｉｍをオンオフ制御するブリッジ回路１００と、ブリッジ回路１００を駆動するドライブ回路２００と、モータ１１０の駆動指示を行なう駆動指示信号Ｖｓを発生する制御部としてのマイコン３００と、モータ１１０に直列接続された電流検出用抵抗であるシャント抵抗４１０と比較器４２０とにより構成され、負荷電流Ｉｍの電流検出信号Ｖｉと目標値信号Ｖrefとの比較により比較出力信号Ｖｃを出力する電流フィードバック回路４００と、駆動指示信号Ｖｓと比較出力信号Ｖｃとに基づいて電流検知結果を保持する保持回路５００と、駆動指示信号Ｖｓと保持回路５００から出力されるラッチ出力信号Ｖｒとに基づいてドライブ回路２００を駆動するゲート回路６００と、を有し、マイコン３００は、駆動指示信号Ｖｓ及びラッチ出力信号Ｖｒに基づく時間計測により過電流検出を行なうように概略構成されている。
【００１４】
ブリッジ回路１００は、４つのＭＯＳＦＥＴで構成され、ＦＥＴ１とＦＥＴ３の間、及び、ＦＥＴ２とＦＥＴ４の間にモータ１１０が接続されるブリッジ構成とされている。ＦＥＴ１とＦＥＴ４がＯＮ、ＦＥＴ２とＦＥＴ３がＯＦＦとされることにより図１に示すＩｍ方向にモータ電流が流れ、モータ１１０が正回転する。逆に、ＦＥＴ１とＦＥＴ４がＯＦＦ、ＦＥＴ２とＦＥＴ３がＯＮとされることにより逆方向にモータ電流が流れ、モータ１１０が逆回転する。これらのＭＯＳＦＥＴのＯＮ、ＯＦＦの組合せ、タイミングによりモータ１１０の回転制御が行なわれる。なお、上記のＭＯＳＦＥＴのＯＮ、ＯＦＦの組合せ、タイミングは、ドライブ回路２００、及び、ゲート回路６００から所定のオンオフ信号が入力されて制御される。
【００１５】
ドライブ回路２００は、入力側がゲート回路６００に接続され、出力側がブリッジ回路１００にそれぞれ接続されている。ゲート回路６００から出力される駆動信号Ｖｄに基づいて各ＦＥＴがスイッチング制御されることで、電源電圧１２Ｖからブリッジ回路１００、モータ１１０に電流が供給される。
【００１６】
マイコン３００は、モータ１１０の駆動指示を行なう駆動指示信号Ｖｓを発生させる駆動指示信号発生部３１０、モータ駆動方向制御部３２０、ＮｃｈＦＥＴ制御信号発生部３３０、フィードバック入力部３４０、目標値信号発生部３５０、タイマーユニット部３６０等を備えた制御部として機能する１チップマイコンである。
【００１７】
駆動指示信号発生部３１０は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号としてのモータ１１０の駆動指示を行なう駆動指示信号Ｖｓを発生する。例えば、マイコン３００のＰＷＭ機能等を使用して、ＨｉレベルからＬｏレベルの出力を一定間隔で反転出力する駆動指示信号Ｖｓを発生させることができる。この出力である駆動指示信号Ｖｓは、保持回路５００及びゲート回路６００に接続される。
【００１８】
モータ駆動方向制御部３２０は、モータ１１０の回転方向の制御を行なうための信号であるモータ駆動方向制御信号Ｖｍを出力する。このモータ駆動方向制御信号Ｖｍは、ゲート回路６００のＡＮＤ回路６１０に入力される。
【００１９】
ＮｃｈＦＥＴ制御信号発生部３３０は、モータ１１０の回転方向の制御を行なうための信号であるＮｃｈＦＥＴ制御信号ＶＦを出力する。このＮｃｈＦＥＴ制御信号ＶＦは、所定のタイミングでＨｉ、Ｌo信号がＦＥＴ３、ＦＥＴ４に入力されて、ＭＯＳＦＥＴをＯＮ、ＯＦＦ制御する。前述のモータ駆動方向制御信号Ｖｍと併せてブリッジ回路１００を制御することにより、モータ１１０の回転方向の制御を行なう。
【００２０】
フィードバック入力部３４０は、保持回路５００から出力されるラッチ出力信号Ｖｒが入力される。この入力されたラッチ出力信号Ｖｒ（＝電流フィードバック信号）は、マイコン内部で、タイマーユニット部３６０に入力される。
【００２１】
目標値信号発生部３５０は、電流フィードバック回路４００への目標電流値を指示するＤＣ電圧の信号であり、比較器４２０の基準電圧（閾値）となる目標値信号Ｖrefを比較器４２０へ入力する。この目標値信号Ｖrefを調整することにより、モータ電流Ｉｍを制御してモータの定常回転速度を調節することができる。
【００２２】
タイマーユニット部３６０は、マイコン３００に内蔵されるタイマーユニット部である。タイマーユニット部３６０には、駆動指示信号Ｖｓ及びラッチ出力信号Ｖｒ（＝電流フィードバック信号）が入力され、駆動指示信号Ｖｓの立ち上り時からラッチ出力信号Ｖｒの立ち上り時までの時間計測を行なう。
【００２３】
電流フィードバック回路４００は、モータ１１０に直列接続されたシャント抵抗４１０と比較器（コンパレータ）４２０により構成され、モータ電流Ｉｍの電流検出信号Ｖｉと目標値信号Ｖrefとの比較により比較出力信号Ｖｃを出力する。この電流フィードバック回路４００の出力は、比較出力信号Ｖｃとして保持回路５００の入力側に接続される。例えば、ドライブ回路２００のＯＮによりブリッジ回路１００が駆動されて、モータ１１０に電流が流れると、モータ１１０に接続されたシャント抵抗４１０にもモータ１１０に流れる電流と同じ電流（Ｉｍ）が流れる。シャント抵抗４１０の抵抗Ｒａに流れるモータ電流Ｉｍにより、シャント抵抗４１０の両端には、電流検出信号Ｖｉ＝Ｒａ×Ｉｍが発生する。電流検出信号Ｖｉと目標値信号発生部７００により生成する目標値信号Ｖrefとを比較器４２０にて比較し、目標値信号Ｖref＜電流検出信号Ｖｉになった時に比較出力信号ＶｃがＬｏレベルとなり、この比較出力信号Ｖｃが保持回路５００へ入力される。
【００２４】
保持回路５００は、マイコン３００からの駆動指示信号Ｖｓと電流フィードバック回路４００からの比較出力信号Ｖｃとが入力され、この駆動指示信号Ｖｓと比較出力信号Ｖｃとに基づいて、電流検知結果をラッチ（保持）する。ラッチ出力信号Ｖｒは、フィードバック入力部３４０に入力されると共に、駆動停止用Ｔｒ６２０を介してゲート回路６００に入力される。
【００２５】
ゲート回路６００は、駆動指示信号Ｖｓと保持回路５００から出力されるラッチ出力信号Ｖｒとに基づいて駆動信号Ｖｄを出力する。本実施の形態では、モータ回転の方向も制御するので、駆動指示信号Ｖｓと、ラッチ出力信号Ｖｒ又はモータ駆動方向制御信号Ｖｍとの論理積として、ＡＮＤ回路６１０から駆動信号Ｖｄが出力される。この駆動信号Ｖｄによりドライブ回路２００を駆動することで、モータ１１０に通電する。なお、モータ駆動方向制御信号Ｖｍを用いたゲート制御と共に、前述のＮｃｈＦＥＴ制御信号発生部３３０により、モータの回転方向の制御が行なわれる。
【００２６】
（負荷駆動回路１の正常動作）
図２は、本発明の実施の形態に係る負荷駆動回路の正常動作時における各部の信号波形を示す図である。この図２に示す正常動作時の主要ポイントの波形図に沿って、以下の番号（１）〜（９）順に負荷駆動回路１の正常動作（定電流制御動作）を説明する。
【００２７】
（１）駆動指示信号ＶｓがＨｉレベル出力（オン信号Ｖon）となる。
（２）ゲート回路６００から駆動信号Ｖｄがオン出力され、ＦＥＴ１、４がＯＮ、ＦＥＴ２、３がＯＦＦとなる。
（３）モータ１１０に電流Ｉｍが流れてシャント抵抗４１０により電流検出信号Ｖｉが発生する。
（４）電流検出信号Ｖｉが目標値信号Ｖrefを上回った時に、ラッチ出力信号ＶｒがＨｉレベルとなる。
（５）これにより、ＦＥＴ１、４がＯＦＦとなり、モータ１１０が停止して電流検出信号Ｖｉが０になる。
（６）所定期間経過後、駆動指示信号ＶｓはＬｏレベルに切り替る。（オン信号Ｖonからラッチクリア信号Ｖclrとなる。）
（７）駆動指示信号ＶｓのＨｉレベルからＬｏレベルの切替りエッジ（ラッチクリア信号Ｖclr）で保持回路５００の保持状態が解除される。
（８）駆動指示信号ＶｓのＬｏレベル期間中（ラッチクリア信号Ｖclr期間）は、駆動信号ＶｄのＬｏレベルが継続される。
（９）所定期間経過後、駆動指示信号ＶｓがＨｉレベルに切り替る（オン信号Ｖonとなる）。
以降（１）〜（９）の動作が繰り返され、上記の（３）と（５）のそれぞれの期間で図２で示すように、実際のモータ電流は増加、減少しながら、電流フィードバック回路４００で指定した目標値信号Ｖrefに対応した電流値にてモータ１１０が定電流駆動される。
【００２８】
（負荷駆動回路１のショート故障発生時（過電流発生時）の動作）
図３は、正常動作時とショート故障発生時（過電流発生時）のそれぞれの電流検出信号波形を示す図である。
【００２９】
図３における正常動作時の電流検出信号Ｖｉは、図２における電流検出信号と同じである。正常動作時は、モータ１１０に電流が流れるため、抵抗及びコイル成分により電流は徐々に増加する。τeをインダクタンスと電機子抵抗の比とすると、モータ電流Ｉｍは、次のような式で表される。
モータ電流Ｉｍ＝（電源電圧１２Ｖ/電機子抵抗）×（１−ｅ-ｔ/τe）
上式より、正常動作時に目標値信号Ｖrefで設定される目標電流に達するまでの時間Ｔ１が求まる。
【００３０】
一方、ショート故障発生時は、モータ１１０には電流が流れないため、コイル成分の影響がなく、電流が急峻に流れる。電流検出信号Ｖｉは、図３に示すように、Ｔ２＜Ｔ１の時間で目標値信号Ｖrefに達する。
【００３１】
以上のことから、図３に示すように、過電流検出判定時間として、Ｔ２＜Ｔａ＜Ｔ１となる基準時間Ｔａを設定する。
【００３２】
電流検出信号Ｖｉが０（ゼロ）から目標値信号Ｖrefに達するまでの時間は、図２に示されたように、駆動指示信号Ｖｓの立ち上り時からラッチ出力信号Ｖｒ（＝電流フィードバック信号）の立ち上り時までの時間に等しい。したがって、マイコン３００により、駆動指示信号Ｖｓの立ち上り時からラッチ出力信号Ｖｒ（＝電流フィードバック信号）の立ち上り時までの時間をカウントすることにより、モータ１１０に正常電流が流れているのか、ショート故障が発生して過電流が流れているのかを判断することができる。
【００３３】
図４は、負荷駆動回路における過電流検出の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて、マイコン３００による過電流検出の方法を説明する。
【００３４】
まず、マイコン３００は、駆動指示信号Ｖｓの立ち上がりを検出したかどうかを判断する（Ｓｔｅｐ１）。駆動指示信号Ｖｓの立ち上がりを検出した場合はＳｔｅｐ２へ進み、検出しない場合は、Ｓｔｅｐ１を繰り返して実行する。
【００３５】
Ｓｔｅｐ２では、タイマーユニット部３６０によるカウントを開始する。内部カウンタ値ＴＣＮＴをリセットした状態からカウントを開始する。
【００３６】
マイコン３００は、ラッチ出力信号Ｖｒの立ち上がりを検出したかどうかを判断する。ラッチ出力信号Ｖｒの立ち上がりを検出した場合はＳｔｅｐ４へ進み、検出しない場合は、カウンタ値ＴＣＮＴに１を加えてＳｔｅｐ３を繰り返して実行する（Ｓｔｅｐ３）。
【００３７】
Ｓｔｅｐ４では、タイマーユニット部３６０によるカウントを停止する。
【００３８】
マイコン３００は、カウンタ値ＴＣＮＴに対応する時間Ｔが基準時間Ｔａ以下かどうかを判断する。時間Ｔが基準時間Ｔａ以下の場合は、Ｓｔｅｐ６へ進み、時間Ｔが基準時間Ｔａを超えている場合は、判断動作を終了する（Ｓｔｅｐ５）。
【００３９】
マイコン３００は、駆動指示信号ＶｓをＬｏｗに制御してモータ１１０を停止させる。すなわち、マイコン３００は過電流発生と判断し、所定周期のＰＷＭ信号である駆動指示信号Ｖｓを停止させ、Ｌｏｗレベルに変更する（Ｓｔｅｐ６）。これにより、モータ１１０が停止して、ショート故障発生時の安全性が確保される。
【００４０】
図５は、本発明の実施の形態に係る負荷駆動回路のショート故障発生時（過電流発生時）における各部の信号波形を示す図である。この図５に示すショート故障発生時の主要ポイントの波形図に沿って、以下の番号（１）〜（６）順に負荷駆動回路１の動作を説明する。
【００４１】
（１）駆動指示信号ＶｓがＨｉレベル出力（オン信号Ｖon）となる。
（２）ゲート回路６００から駆動信号Ｖｄがオン出力され、ＦＥＴ１、４がＯＮ、ＦＥＴ２、３がＯＦＦとなる。
（３）ショート故障が発生する。モータ１１０には電流が流れないので、実際のモータ電流はゼロである。
（４）しかし、シャント抵抗４１０にショート電流が流れると電流検出信号Ｖｉが急激に上昇する。
（５）マイコン３００により、電流検出信号Ｖｉが目標値信号Ｖrefに達した時間Ｔが基準時間Ｔａ以下であると判断される。
（６）マイコン３００は、駆動指示信号ＶｓをＬｏｗに制御してモータ１１０を停止させる。これにより、ＦＥＴ１、４がＯＦＦとなり、モータ１１０が停止する。
上記（１）〜（６）の動作により、ショート故障発生時（過電流発生時）にモータ１１０の駆動が停止される。
【００４２】
（本発明の実施の形態の効果）
上記のように構成された負荷駆動回路１によると、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係る負荷駆動回路１は、マイコン３００により、電流検出信号Ｖｉが目標値信号Ｖrefに達する時間をカウントして検出しているので、ショート故障発生時の過電流を検出することが可能となる。これにより、過電流検出回路を別途設けずに、負荷駆動回路の一部を利用して過電流検出が可能な負荷駆動回路を提供することができる。
（２）マイコン３００による電流検出信号Ｖｉが目標値信号Ｖrefに達する時間のカウントは、駆動指示信号Ｖｓの立ち上り時からラッチ出力信号Ｖｒ（電流フィードバック信号）の立ち上り時までの時間計測により行なう。すなわち、負荷駆動回路１の一部を利用してマイコンにより過電流検出を行なうので、別途、過電流検出回路を設ける必要がない。
（３）過電流検出判定時間として、Ｔ２＜Ｔａ＜Ｔ１となる基準時間Ｔａを設定するので、確実に過電流検出を行なうことができる。
（４）別途、過電流検出回路を設ける必要がないので、回路スペースを縮小することができ、基板の小型化及び基板スペースの有効利用が可能となる。
（５）上記した回路スペース縮小、基板の小型化及び基板スペースの有効利用により、製品コストの改善にも効果を有する。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態およびその変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、上記実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、上記実施の形態およびその変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１…負荷駆動回路
１００…ブリッジ回路
１１０…モータ
２００…ドライブ回路
３００…マイコン
３１０…駆動指示信号発生部
３２０…モータ駆動方向制御部
３３０…ＮｃｈＦＥＴ制御信号発生部
３４０…フィードバック入力部
３５０…目標値信号発生部
３６０…タイマーユニット部
４００…電流フィードバック回路
４１０…シャント抵抗
４２０…比較器
５００…保持回路
６００…ゲート回路
６１０…ＡＮＤ回路
６２０…駆動停止用Ｔｒ
Ｉｍ…モータ電流
Ｖｓ…駆動指示信号
Ｖref…目標値信号
Ｖｃ…比較出力信号
Ｖｄ…駆動信号
Ｖｒ…ラッチ出力信号
Ｖｉ…電流検出信号
Ｖｍ…モータ駆動方向制御信号
Ｖon…オン信号
Ｖclr…ラッチクリア信号
【図１】
2015046710.tif 000003
【図２】
2015046710.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015046710.tif 000007