(57)【要約】      （修正有）【課題】シャント抵抗を使用しないことにより、発熱量が増大せず、部品点数が増加せず、部品の設置スペースが増加せず、部品コストが増加しない過電流検出器の提供。【解決手段】電源電圧が与えられる負荷１０の低圧側に接続され、負荷１０の電源をオン／オフしてＰＷＭ制御するトランジスタ９の両端電圧を増幅する増幅器４を備え、負荷１０及びトランジスタ９に通流する過電流を検出する過電流検出器。増幅器４が増幅した電圧値が所定電圧値より高いか否かを判定する判定手段と、トランジスタ９がオフであるときに、増幅器４が増幅した電圧値の高低を判定不能にする判定不能化手段８とを備え、判定手段が所定電圧値より高いと判定することにより、負荷１０及びトランジスタ９に通流する過電流を検出する構成である。【選択図】図１
2015053809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧が与えられる負荷の低圧側に接続され、該負荷の電源をオン／オフしてＰＷＭ制御するトランジスタの両端電圧を増幅する増幅器を備え、前記負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出する過電流検出器であって、
前記増幅器が増幅した電圧値が所定電圧値より高いか否かを判定する判定手段と、前記トランジスタがオフであるときに、前記電圧値の高低を判定不能にする判定不能化手段とを備え、前記判定手段が所定電圧値より高いと判定することにより、前記負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出するように構成してあることを特徴とする過電流検出器。
【請求項２】
電源電圧が与えられる負荷の低圧側に接続され、該負荷の電源をオン／オフしてＰＷＭ制御するトランジスタの両端電圧を増幅する増幅器を備え、前記負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出する過電流検出器であって、
前記増幅器が増幅した電圧値が第１電圧値より高いか否かを判定する第１判定手段と、前記電圧値をアナログ／ディジタル変換する手段と、該手段がアナログ／ディジタル変換した電圧値が、前記第１電圧値より低い第２電圧値より高いか否かを判定する第２判定手段と、前記トランジスタがオフであるときに、前記第１判定手段及び第２判定手段の判定を不能にする判定不能化手段とを備え、前記第１判定手段が第１電圧値より高いと判定したときに、前記過電流を検出し、前記ＰＷＭ制御及びアナログ／ディジタル変換に優先して、前記トランジスタをオフにして維持し、前記第２判定手段が第２電圧値より高いと判定したときに、前記過電流を検出し、前記ＰＷＭ制御のデューティ比を低減するように構成してあることを特徴とする過電流検出器。
【請求項３】
前記判定不能化手段は、前記トランジスタの両端電圧を前記増幅器へ入力する為の抵抗素子と、前記トランジスタがオフであるときに、前記両端電圧によりオンになり、前記増幅器の入力端子を固定電位に接続する第２トランジスタとを備える請求項１又は２に記載の過電流検出器。
【請求項４】
前記トランジスタ付近の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器が検出した温度に基づき、前記増幅器が増幅した電圧値を補正する手段とを更に備え、該手段が補正した電圧値の高低を判定するように構成してある請求項１から３の何れか１項に記載の過電流検出器。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載された過電流検出器と、前記負荷としてのモータの低圧側に接続され、該モータの電源をオン／オフしてＰＷＭ制御し、前記モータを駆動する前記トランジスタとを備え、前記過電流検出器は、前記モータ及びトランジスタに通流する過電流を検出するように構成してあ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、電源電圧が与えられる負荷の低圧側に接続され、負荷の電源をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するトランジスタの両端電圧を増幅する増幅器を備え、負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出する過電流検出器、及びこの過電流検出器を備えるモータ駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の過電流検出器では、負荷に通流する過電流を検出する場合、負荷に直列に接続したシャント抵抗の両端電圧を増幅し、増幅した両端電圧値が、過電流の閾値に対応する電圧値より高いか否かを判定していた。
【０００３】
特許文献１には、モータ制御器で発生し得る電源端又は信号線の短絡に対する保護機能を、他の素子を追加することなく実現するＰＷＭ制御器が開示されている。複数のＦＥＴ及びＦＥＴドライバと、ＦＥＴに通流する電流値を過電流基準値と比較する比較器と、モータの制御及び回路保護機能を実行し、比較器の比較結果により、ＦＥＴに通流する電流値が過電流基準値より大きい場合、ＦＥＴドライバをオフにするマイクロコンピュータとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２３３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の過電流検出器では、シャント抵抗を使用することにより発熱量が増大し、部品点数が増加し、部品の設置スペースが増加し、部品コストが増加するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、シャント抵抗を使用しないことにより、発熱量が増大せず、部品点数が増加せず、部品の設置スペースが増加せず、部品コストが増加しない過電流検出器を提供することを目的とする。
また、本発明は、シャント抵抗を使用しないことにより、発熱量が増大せず、部品点数が増加せず、部品の設置スペースが増加せず、部品コストが増加しない過電流検出器を備えたモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る過電流検出器は、電源電圧が与えられる負荷の低圧側に接続され、該負荷の電源をオン／オフしてＰＷＭ制御するトランジスタの両端電圧を増幅する増幅器を備え、前記負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出する過電流検出器であって、前記増幅器が増幅した電圧値が所定電圧値より高いか否かを判定する判定手段と、前記トランジスタがオフであるときに、前記電圧値の高低を判定不能にする判定不能化手段とを備え、前記判定手段が所定電圧値より高いと判定することにより、前記負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出するように構成してあることを特徴とする。
【０００８】
この過電流検出器では、電源電圧が与えられる負荷の低圧側に接続され、負荷の電源をオン／オフしてＰＷＭ制御するトランジスタの両端電圧を、増幅器が増幅して、負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出する。判定手段が、増幅器が増幅した電圧値が所定電圧値より高いか否かを判定し、判定不能化手段が、トランジスタがオフであるときに、増幅器が増幅した電圧値の高低を判定不能にする。判定手段が所定電圧値より高いと判定することにより、負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出する。
【０００９】
第２発明に係る過電流検出器は、電源電圧が与えられる負荷の低圧側に接続され、該負荷の電源をオン／オフしてＰＷＭ制御するトランジスタの両端電圧を増幅する増幅器を備え、前記負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出する過電流検出器であって、前記増幅器が増幅した電圧値が第１電圧値より高いか否かを判定する第１判定手段と、前記電圧値をアナログ／ディジタル変換する手段と、該手段がアナログ／ディジタル変換した電圧値が、前記第１電圧値より低い第２電圧値より高いか否かを判定する第２判定手段と、前記トランジスタがオフであるときに、前記第１判定手段及び第２判定手段の判定を不能にする判定不能化手段とを備え、前記第１判定手段が第１電圧値より高いと判定したときに、前記過電流を検出し、前記ＰＷＭ制御及びアナログ／ディジタル変換に優先して、前記トランジスタをオフにして維持し、前記第２判定手段が第２電圧値より高いと判定したときに、前記過電流を検出し、前記ＰＷＭ制御のデューティ比を低減するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
この過電流検出器では、電源電圧が与えられる負荷の低圧側に接続され、負荷の電源をオン／オフしてＰＷＭ制御するトランジスタの両端電圧を、増幅器が増幅して、負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出する。第１判定手段が、増幅器が増幅した電圧値が第１電圧値より高いか否かを判定し、アナログ／ディジタル変換する手段が、増幅器が増幅した電圧値をアナログ／ディジタル変換する。第２判定手段が、そのアナログ／ディジタル変換した電圧値が、第１電圧値より低い第２電圧値より高いか否かを判定し、判定不能化手段が、トランジスタがオフであるときに、第１判定手段及び第２判定手段の判定を不能にする。
第１判定手段が第１電圧値より高いと判定したときに、負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出し、ＰＷＭ制御及びアナログ／ディジタル変換に優先して、トランジスタをオフにして維持する。第２判定手段が第２電圧値より高いと判定したときに、負荷及びトランジスタに通流する過電流を検出し、ＰＷＭ制御のデューティ比を低減する。
【００１１】
第３発明に係る過電流検出器は、前記判定不能化手段は、前記トランジスタの両端電圧を前記増幅器へ入力する為の抵抗素子と、前記トランジスタがオフであるときに、前記両端電圧によりオンになり、前記増幅器の入力端子を固定電位に接続する第２トランジスタとを備えることを特徴とする。
【００１２】
この過電流検出器では、判定不能化手段は、トランジスタの両端電圧を抵抗素子を通じて増幅器へ入力し、トランジスタがオフであるときに、第２トランジスタが、トランジスタの両端電圧によりオンになり、増幅器の入力端子を固定電位に接続する。
【００１３】
第４発明に係る過電流検出器は、前記トランジスタ付近の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器が検出した温度に基づき、前記増幅器が増幅した電圧値を補正する手段とを更に備え、該手段が補正した電圧値の高低を判定するように構成してあることを特徴とする。
【００１４】
この過電流検出器では、温度検出器が、トランジスタ付近の温度を検出し、補正する手段が、温度検出器が検出した温度に基づき、増幅器が増幅した電圧値を補正して、補正した電圧値の高低を判定する。
【００１５】
第５発明に係るモータ駆動回路は、請求項１から４の何れか１項に記載された過電流検出器と、前記負荷としてのモータの低圧側に接続され、該モータの電源をオン／オフしてＰＷＭ制御し、前記モータを駆動する前記トランジスタとを備え、前記過電流検出器は、前記モータ及びトランジスタに通流する過電流を検出するように構成してあることを特徴とする。
【００１６】
このモータ駆動回路では、第１発明から第４発明の何れか１つの発明に係る過電流検出器を備えており、トランジスタが、負荷としてのモータの低圧側に接続され、モータの電源をオン／オフしてＰＷＭ制御し、モータを駆動する。過電流検出器は、モータ及びトランジスタに通流する過電流を検出する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る過電流検出器によれば、シャント抵抗を使用しないことにより、発熱量が増大せず、部品点数が増加せず、部品の設置スペースが増加せず、部品コストが増加しない過電流検出器を実現することができる。
【００１８】
本発明に係るモータ駆動回路によれば、シャント抵抗を使用しないことにより、発熱量が増大せず、部品点数が増加せず、部品の設置スペースが増加せず、部品コストが増加しない過電流検出器を備えたモータ駆動回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る過電流検出器及びモータ駆動回路の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る過電流検出器及びモータ駆動回路の実施の形態の動作を説明する為のタイミングチャートである。
【図３】本発明に係る過電流検出器及びモータ駆動回路の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る過電流検出器及びモータ駆動回路の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この過電流検出器及びモータ駆動回路は、電源電圧（例えば１２Ｖ）が与えられる負荷１０のローサイド（低圧側）に、ＮチャネルＭＯＳ型ＦＥＴ９のドレインが接続され、ＦＥＴ９のソースは接地されている。負荷１０は、本実施の形態１ではモータである。
【００２１】
ＦＥＴ９のドレインは、抵抗素子７を通じて、増幅器（アンプ）４の入力端子に接続され、増幅器４の出力端子は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと記載）１の、Ａ／Ｄ変換する為のＡＤポート２及び割り込み端子３に接続されている。
マイコン１の入力端子１４には、負荷１０を操作する為の入力信号が与えられる。
【００２２】
マイコン１の出力端子１２がゲート駆動回路５の入力端子に接続され、ゲート駆動回路５の出力端子は、ＦＥＴ９のゲートに接続されている。
増幅器４の入力端子には、ＮチャネルＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレインが接続され、ＦＥＴ６のソースは接地され、ＦＥＴ６のゲートは、ＦＥＴ９のドレインに接続されている。
ＦＥＴ６及び抵抗素子７は、マスク回路（判定不能化手段）８を構成している。
上述した負荷１０を除くモータ駆動回路は、回路基板１５上に配設されている
【００２３】
ここで、ＦＥＴ９のオン抵抗が３ｍΩ、マイコン１の割り込み端子３のＨレベル判定電圧値が３．２５Ｖ（第１電圧値）、Ｌレベル判定電圧値が１．７５Ｖであるとすると、負荷１０を、正常時に１０Ａ、ロック時に３０Ａ、ショート時に６０Ａ以上流れるようなモータとした場合、モータロック時のＦＥＴ９の両端電圧値（ドレイン−ソース間電圧値）は９０ｍＶとなる。
モータロック時のＦＥＴ９の両端電圧値９０ｍＶが、増幅器４で増幅された後の電圧値は、割り込み端子３のＬレベル判定電圧値１．７５Ｖより低くする必要があるので、増幅器４の増幅率は１９．４倍より小さく設定する。
【００２４】
負荷１０であるモータがショートしたときは、即座にＦＥＴ９をオフにする為に、増幅器４で増幅された後の電圧値を、割り込み端子３のＨレベル判定電圧値３．２５Ｖより高くする必要があり、ＦＥＴ９の両端電圧値が１８０ｍＶ以上であるので、増幅器４の増幅率は１８．１倍より大きく設定する。
よって、上述した場合は、１８．１＜増幅器４の増幅率＜１９．４で、本実施の形態１に係る過電流検出器及びモータ駆動回路が実現する。
【００２５】
ここでは、増幅器４の増幅率を１９．０とする。この場合、モータロック時のＦＥＴ９の両端電圧値９０ｍＶが、増幅器４で増幅された後の電圧値１．７１Ｖは、正常時の３０ｍＶが、増幅器４で増幅された後の電圧値０．５７Ｖと区別する必要がある。その為、ＡＤポート２に入力されＡ／Ｄ変換された電圧値の高低を判定する為の判定電圧値は、０．５７Ｖより高く、１．７１Ｖより低くする必要がある。ここでは、この判定電圧値を１．３０Ｖ（第２電圧値）とする。
【００２６】
以下に、このような構成の過電流検出器及びモータ駆動回路の動作を説明する。
マイコン１の入力端子１４に負荷１０を操作する為の入力信号が与えられると、マイコン１は、与えられた入力信号に応じたデューティ比で、ゲート駆動回路５にＦＥＴ９をＰＷＭ制御させる。これにより、負荷１０であるモータに、ＰＷＭ制御された電流が通流し、負荷１０が駆動する。
【００２７】
ゲート駆動回路５がＦＥＴ９をＰＷＭ制御する場合、ＦＥＴ９のドレイン電圧（ＦＥＴ９の両端電圧）は、図２に示すように、ＦＥＴ９がオンであるときは略グランド電位（接地電位、固定電位）（オン抵抗により３０ｍＶ程度）であり、ＦＥＴ９がオフであるときは、電流が通流しないので略電源電圧値となる。
ＦＥＴ９がオフであるときは、上述したように、ＦＥＴ９のドレイン電圧が略電源電圧値になるので、ＦＥＴ６がオンになり、増幅器４の入力端子が略グランド電位となる。その結果、ＦＥＴ９のドレイン電圧である略電源電圧値が、増幅器４に対してマスクされ、マイコン１にとっては、ＦＥＴ９の両端電圧の高低が判定不能となって、過電流は検出されない。
【００２８】
ＦＥＴ９がオンであるときは、上述したように、ＦＥＴ９のドレイン電圧が略グランド電位（最高でも１８０ｍＶ程度）になるので、ＦＥＴ６がオフになり、また、増幅器４の入力端子は入力抵抗が無限大であると考えて良く、電流が流入しないので、増幅器４の入力端子電圧がＦＥＴ９のドレイン電圧と等しくなる。その結果、ＦＥＴ９のオン抵抗と通流電流とによる電圧であるドレイン電圧が、増幅器４に入力され、マイコン１は、増幅器４が増幅した電圧値により、ＦＥＴ９の両端電圧の高低を判定でき、過電流を検出できる。
【００２９】
負荷１０が正常に駆動している場合、ＡＤポート２に入力されＡ／Ｄ変換される電圧値は、約０．５７Ｖ（＝３０ｍＶ×１９．０）であり、判定電圧値１．３０Ｖ（第２電圧値）より低いので、マイコン１は過電流を検出しない。
例えば、駆動中の負荷１０がロックした場合、ＡＤポート２に入力されＡ／Ｄ変換される電圧値は、約１．７１Ｖ（＝９０ｍＶ×１９．０）となり、ロック時の過電流を判定する為の判定電圧値１．３０Ｖ（第２電圧値）より高いので、マイコン１はロック時の過電流を検出する。
マイコン１は、ロック時の過電流を検出すると、ゲート駆動回路５がＦＥＴ９をＰＷＭ制御しているデューティ比を、例えば所定％低減する。
【００３０】
例えば、負荷１０が駆動中に負荷１０内部でショートした場合、割り込み端子３に入力される電圧値は、約３．４２Ｖ（＝１８０ｍＶ×１９．０）となり、ショート時の過電流を判定する為の判定電圧値３．２５Ｖ（第１電圧値）より高いので、マイコン１はショート時の過電流を検出する。
マイコン１は、ショート時の過電流を検出すると、他のＡ／Ｄ変換及びＰＷＭ制御等の処理に優先して割り込み処理を実行し、ゲート駆動回路５にＦＥＴ９をオフにさせて負荷１０への電源電圧を遮断する。
【００３１】
（実施の形態２）
図３は、本発明に係る過電流検出器及びモータ駆動回路の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
この過電流検出器及びモータ駆動回路は、ＮチャネルＭＯＳ型ＦＥＴ９付近の温度を検出し、検出した温度値をマイコン１の入力端子１３に入力する温度センサ（温度検出器）１１を備えている。また、マイコン１に入力された温度値に基づき、ＡＤポート２及び割り込み端子３に入力された電圧値を補正する為の参照テーブルを記憶しているメモリ１６と、メモリ１６の参照テーブルを参照した結果に基づき、入力された電圧値の補正を実行する手段とをマイコン１が備えている。
【００３２】
ＮチャネルＭＯＳ型ＦＥＴ９は、正の温度特性を有しており、温度が高い程、オン抵抗が大きくなる。従って、温度が高いときは、通流する電流値が同じでも、入出力端子間電圧値は高めになるので、ＡＤポート２及び割り込み端子３に入力された電圧値を補正する必要である。
尚、上記では、ＡＤポート２及び割り込み端子３に入力された電圧値を補正するとしているが、相対的な関係であるから、負荷１０のロック時の過電流を判定する為の判定電圧値１．３０Ｖ（第２電圧値）、及びショート時の過電流を判定する為の判定電圧値３．２５Ｖ（第１電圧値）の方を補正しても良い。また、増幅器４の増幅率を補正しても、同様の効果を得ることができる。
その他の構成及び動作は、上述した本発明に係る過電流検出器及びモータ駆動回路の実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。
【００３３】
尚、上述した実施の形態１，２では、負荷１０のロック時の過電流を判定する為の判定電圧値１．３０Ｖ（第２電圧値）、及びショート時の過電流を判定する為の判定電圧値３．２５Ｖ（第１電圧値）により過電流を判定しているが、例えば、ショート時の判定電圧値３．２５Ｖ（第１電圧値）のみにより、過電流を判定するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１  マイクロコンピュータ（マイコン、判定手段、第１判定手段、第２判定手段、補正する手段）
２  ＡＤポート
３  割り込み端子
４  増幅器
５  ゲート駆動回路
６  ＦＥＴ（第２トランジスタ）
７  抵抗素子
８  マスク回路（判定不能化手段）
９  ＦＥＴ（トランジスタ）
１０  負荷（モータ）
１１  温度センサ（温度検出器）
１６  メモリ
【図１】
2015053809.tif 000003
【図２】
2015053809.tif 000004
【図３】
2015053809.tif 000005