(57)【要約】【課題】シートベルトモータ駆動用のモータ制御装置に見られるように、スイッチング素子のスイッチング直後に発生する貫通電流による高周波ノイズを低減したい。この際、発熱について問題が出ないようにしたい。【解決手段】スイッチング素子に内蔵されるボディーダイオードの逆回復特性時に流れる電流のピークを抑えるため、小型トランジスタを用いて貫通電流を抑制し、発熱が問題とならないように、貫通電流が流れ終わった後は大型トランジスタを導通させ、駆動回路部の発熱量を抑える。【選択図】図１
2015136266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を有し、該複数のスイッチング素子に流れる電流をモータに供給することにより前記モータの回転を制御するモータ制御装置において、
前記複数のスイッチング素子を二つ以上並列に配置したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記並列に配置させた複数のスイッチング素子を、それぞれのオンタイミングをずらしながらオンさせる手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記並列に配置させた複数のスイッチング素子はそれぞれのオン抵抗が大幅に異なるように設定されていることを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子により駆動されるモータのモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されたモータ制御用ＥＣＵ（Electronic Control Unit）では、スイッチング素子のスイッチングにより発生するスイッチング周波数よりも高い高周波ノイズ（ラジオノイズ）を抑制してラジオ受信機等に影響を与えるのを防止するために、スイッチング素子のスイッチングスピードを調整することによりノイズを低減することが図られてきた（特許文献１）。
【０００３】
このような従来の装置では、スイッチング素子におけるスイッチング中の電圧・電流の急峻な変化を抑えてノイズの低減にはある程度の効果があるが、スイッチング後の極短時間に流れるスイッチング素子の逆特性回復間における貫通電流を起因とする高周波ノイズに対しては効果が無かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-120381
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術では、高周波ノイズの原因となるスイッチング素子に寄生するダイオードの逆特性回復時に瞬時に発生する高電流を低減することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るモータ制御装置は、スイッチング素子に流れる電流をモータに供給することにより前記モータの回転を制御するモータ制御装置において、前記スイッチング素子と並列に高周波ノイズの原因となる高電流を低減するための別のスイッチング素子を備え、これらのスイッチング素子を駆動するプリドライバ手段を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、モータ駆動においてスイッチング素子の制御を行うにあたり、並列に配置されたスイッチング素子のうち、まずは高電流を低減するためのスイッチング素子をオンにし、ボディーダイオードの逆特性回復時間が終わったのちに、モータ電流を流すためのスイッチング素子をオンにする。高電流を低減するためのスイッチング素子のオン抵抗は大きいものを選び、高電流を抑制する。高電流を低減するためのスイッチング素子に過大な熱負荷が発生しないように、並列に配置されたよりオン抵抗の小さいスイッチング素子がモータ電流の大部分を受け持つこととする。このような構成により、高調波ノイズの原因となる高電流を低減すると同時に熱負荷の問題を避けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を適用した実施の形態の基本的な動作原理を示した回路図である。
【図２】本発明を適用した実施の形態の原理の詳細を示した図であり、スイッチング素子のタイミングがずれてオンされる様子を示したものである。
【図３】本発明を適用した実施の形態の原理の詳細を示した図であり、ボディーダイオードの逆回復特性により流れる電源からの貫通電流が流れる様子を示したものである。
【図４】ダイオードの逆回復特性によって高電流が発生する様子を表した図である。
【図５】本実施の形態に係るシートベルトリトラクタ装置を備えた車両の衝突安全機構を示す全体構成図である。
【図６】シートベルトの巻き取りシステムを示す概略構成図である。
【図７】本実施の形態によるモータ制御装置の内部回路を示す図である。
【図８】本実施の形態によるモータ駆動回路を示す図である。
【図９】図８の変形例である、スイッチング素子それぞれのゲートを個別に調整できることを可能としたモータ駆動回路を示す図である。
【図１０】図８の変形例である、スイッチング素子の並列配置を増やした場合のモータ駆動回路を示す図である。
【図１１】図８の変形例である、スイッチング素子の並列配置をハイサイド側に適用した場合のモータ駆動回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態を説明する前提として、基本的な動作原理を説明するための概略回路図である。本図では、モータ１０を駆動するスイッチング素子２Ｈ，２Ｌ，４Ｈ，４Ｌの他に、スイッチング素子２Ｌ，４Ｌとそれぞれに並列なスイッチング素子３L、５Lを備えている。スイッチング素子２L、４Lはモータ駆動が可能となるような駆動能力の大きい（オン抵抗値が低い）スイッチング素子とし、Hブリッジ回路としてモータ駆動電流の大部分を流すことに使用する。これに対して、スイッチング素子３L、５Lはオン抵抗値が高めのものを使用する。オン抵抗の比としては1：10以上とするのが良い。マイコン及びプリドライバを内蔵した回路１からの出力信号６がオンした場合、スイッチング素子２L、及びスイッチング素子３Lがオンすることになる。一般に駆動能力が大きいスイッチング素子２Lはゲートへの充電電荷を多く必要とするため、抵抗２R、及び３Rを同じ抵抗値で選んだ場合、図２に挙げるようにスイッチング素子３Lが先にオンし、その後、スイッチング素子２Lがオンする構成となっている。Hブリッジ回路を構成するもう一本のアーム部を構成する４L、５L、４R、５Rについても同様の構成となっている。
【００１０】
図1に示される駆動回路によってモータ１０を駆動する場合、図３の各部電圧・電流波形が得られる。Hブリッジ回路の下流側スイッチング素子がオンする瞬間には、スイッチング素子２H、４Hに内蔵されるボディーダイオード２D、４Dが順方向バイアス状態から逆方向バイアスに切り替わる際、期間t1に示す瞬間、ショート状態となる（ダイオードの逆回復特性）。この瞬間、電源１１と電源１２が期間t1の間、ショート状態となり、Ipeakに示す貫通電流が発生する。（このようなダイオードの逆回復特性による貫通電流が流れる例として、従来技術のHブリッジ回路である図４に詳細なタイミング図を示す）。図３において、期間t1は下流側スイッチング素子がオンし、スイッチング素子２H、４Hのモータ１０側端子の電圧がGND電位となる期間であり、スイッチング素子３L、５Lがスイッチング素子２L、４Lよりも先にオンするため、このような貫通電流はスイッチング素子３L、５Lに対して流れる。スイッチング素子３L、５Lのオン抵抗をRonとおくと、貫通電流  IpeakはIpeak = V / Ron  ただしVは電源電圧）をピークとするため、Ronをオン抵抗の高いスイッチング素子３L、５Lを選ぶことによって、高調波の原因となるｄI／ｄｔを低く抑えることができる。期間t1が過ぎた後にスイッチング素子２L、４Lがオンすると、モータ電流はスイッチング素子３L、５Lからよりオン抵抗値の低いスイッチング素子２L、４Lへと流れるようになる。これによりスイッチング素子３L、５Lはオン抵抗Ronとして高いものを選んでも、モータ電流による熱負荷の問題が発生しない。しかしながらIpeakによる熱負荷と、スイッチング素子３L、５Lがオンするまでの間に流れてしまうモータ電流による熱負荷の問題は発生するため、これが許容できる範囲でスイッチング素子３Ｌ、５Ｌの素子選定、及びスイッチング素子２L、４Lのオンタイミング遅れを調整する必要がある。スイッチング素子２L、４Lのオンタイミング遅れは抵抗２R、３R、４R、５Rの抵抗値選定によっても調整することができる。以下、図１の原理回路を元に実施例を説明する。
【００１１】
図５は、本実施の形態に係るシートベルトリトラクタ装置を備えた車両の衝突安全機構を示す全体構成図である。車両１１２の前方部には、障害物との距離に応じた信号を出力する障害物センサ１０２が取り付けられている。障害物センサ１０２の出力信号は、障害物センサ１０２と電気的に接続された衝突判断コントローラ１０６に伝達される。また、車両の速度に応じた信号を出力する車輪速度センサ１０４の信号も、車輪速度センサ１０４と電気的に接続された衝突判断コントローラ１０６に伝達される。
【００１２】
衝突判断コントローラ１０６は、障害物センサ１０２と車輪速度センサ１０４の信号に基づき、車両１１２が障害物と衝突するか否かを判断する。例えば、障害物センサ１０２の出力信号から得られた障害物との距離が所定の値より短く、かつ、車輪速度センサ１０４の出力信号から得られた車両速度が所定の値より速い場合には、衝突判断コントローラ１０６は車両１１２が障害物と衝突すると判断する。衝突判断コントローラ１０６が障害物と衝突すると判断すると、車両１１２が障害物と衝突する前に、ブレーキアシスト装置１０８と機電一体型シートベルトリトラクタ１００に指令信号を出力する。
【００１３】
ブレーキアシスト装置１０８と機電一体型シートベルトリトラクタ１００は、衝突判断コントローラ１０６と電気的に接続されている。ブレーキアシスト装置１０８は、衝突判断コントローラ１０６の指令信号に基づき、例えば、ブレーキを掛ける。また、機電一体型シートベルトリトラクタ１００は、衝突判断コントローラ１０６の指令信号に基づき、例えば、シートベルト２０を巻き取る。
【００１４】
図６は、シートベルトの巻き取りシステムを示す概略構成図である。本システムにおいてモータ制御装置２２はモータ２１を駆動制御し、シートベルト２０の巻き取りを行う。シートベルトの巻き取り動作には、（ａ）乗員２３の安全を図るために緊急時における拘束力増大を目的とした巻き取り（これをエマージェンシーモードと呼ぶ）と、（ｂ）乗員２３の快適性向上を目的としたバックル２５への装着時自動フィッティングやバックル２５からの脱着時シートベルト２０のリトラクタ２４への自動格納を目的とした巻き取り（これをコンフォートモードと呼ぶ）と、がある。
【００１５】
図７は、モータ制御装置２２の内部回路構成を示す図である。モータ制御装置２２は、バックルスイッチ３４１やブレーキストロークセンサ３４２などの各種アクチュエータまたはＣＡＮＢＵＳ通信３５１から送信されるデータなどに基づいて、必要に応じてモータ２１を駆動してシートベルト２０の巻き取り動作を行う。
【００１６】
モータ駆動回路３４４は、ハイサイド側トランジスタ３０５，３０６およびローサイド側トランジスタ３０７，３０８の４つのトランジスタで構成されるＨブリッジ回路であり、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する），周辺ロジックおよびＨブリッジ駆動用プリドライバを一体化したモータ制御用システムＬＳＩ３４９によって制御される。モータ駆動回路３４４に電源が供給されたあと、モータ制御用システムＬＳＩ３４９はＨブリッジ駆動信号３５３，３５４，３５５，３５６によってモータ２１の回転を制御する。
【００１７】
図８は、モータ駆動回路３４４の内部を示したものである。この回路の動作の様子は原理回路である図１の動作と同じである。Ｈブリッジを構成するトランジスタのうちのローサイド側トランジスタ３０７，３０８と並列に小型トランジスタ６００、６０１が具備される。Ｈブリッジ駆動信号３５５がＯＮとなったとき（ローレベルからハイレベル）、まず小型トランジスタ６００がトランジスタ３０７に先駆けてＯＮされる。これによりハイサイドトランジスタ３０５のボディーダイオード６０６が順方向から逆方向に切り替わるタイミングで流れる逆回復電流がトランジスタ６００に流れる。モータ２１の電流の大部分はトランジスタ３０７の方に流れるよう、トランジスタ６００から遅れてトランジスタ３０７がＯＮされる。トランジスタ３０７がＯＮされて以降は小型トランジスタ６００よりもオン抵抗の低いトランジスタ３０７の方に大部分の電流が流れるため、トランジスタ６００にはほとんど電流が流れない。トランジスタ３０７のＯＮタイミングが遅くなるほど、小型トランジスタ６００に対する熱負荷が高くなるため、この熱負荷を許容できるようなタイミングでトランジスタ３０７がＯＮするよう、それぞれのゲート抵抗６０２，６０３の抵抗値が選定されている。逆サイド側のトランジスタ３０８、及び小型トランジスタ６０１に関しても同様に構成される。
【００１８】
−実施の形態における変形例−
（１）  図９は、図８の変形例であり、ローサイド側トランジスタ６００及び６０１のゲート駆動信号９０２，９０１をマイコンまたはプリドライバから直接駆動できるよう構成したものである。その他の回路構成は図８と同じである。この変形例において、ローサイド側の小型トランジスタとモータ電流駆動用のトランジスタは各々オンタイミングを独立に調整可能であり、より熱負荷とノイズ低減のトレードオフを調整しやすくなる。その他の構成・動作原理については実施例と同じである。
（２）  図１０は、図８の変形例であり、ローサイド側トランジスタ３０８、６０１に並列に小型トランジスタ１００１を具備したものである。この変形例ではトランジスタ１００１は６０１よりさらに小型のトランジスタであり、６０１よりさらに早いタイミングでオンさせるようにする。トランジスタ１００１はトランジスタ６０１よりもオン抵抗が高いため、ノイズ低減効果が高くなるが、その分熱負荷に対しても弱くなるため、トランジスタ３０８がオンになるのを待たず、それよりも早いタイミングでトランジスタ６０１をオンさせて熱負荷の低減を図る。このような変形例において、トランジスタ６０１とトランジスタと１００１で熱負荷を分散させることができ、より熱負荷とノイズ低減のトレードオフを調整しやすくなる。 またこの例のように、モータの逆転側だけにノイズ対策を施したい場合、逆転側のスイッチング素子３０８，６０１，１００１のみに本発明の原理を用いるようにしても良い。その他の構成・動作原理については実施例と同じである。
（３）  図１１は、図８の変形例であり、ハイサイド側トランジスタ３０６に並列に小型トランジスタ１１０１を具備したものである。この変形例はモータ２１に流れる電流をＧＮＤ側へ環流するスイッチングを使用している場合に主に適用される。ローサイド側トランジスタ３０８のボディーダイオード１１０２の逆回復時に発生する貫通電流を小型トランジスタ１１０１に流すことによってピークを抑制する。この例のように、モータの逆転側だけにノイズ対策を施したい場合、逆転側のスイッチング素子３０６，１１０１のみに本発明の原理を用いるようにしても良い。その他の構成・動作原理については実施例と同じである。 
【００１９】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００２０】
１，マイクロコントローラ及びプリドライバ回路
２H，４H  Hブリッジ回路ハイサイド側トランジスタ
２Ｌ，４Ｌ  Hブリッジ回路ローサイド側トランジスタ
２D，４D  Hブリッジ回路ハイサイド側トランジスタボディーダイオード
３Ｌ，５Ｌ  貫通電流のピークを低減するための小型トランジスタ
２Ｒ，４Ｒ  Ｈブリッジ回路ローサイドトランジスタのゲート抵抗
３Ｒ，５Ｒ  小型トランジスタのゲート抵抗
６、７  Hブリッジ回路ローサイド側トランジスタ駆動用信号
８、９  Hブリッジ回路ハイサイド側トランジスタ駆動用信号
１１  電源
１２  ＧＮＤ
３０  モータ電流
３１  電源電流
ＦＥＴ４  従来技術におけるHブリッジ回路ハイサイド側トランジスタ
ＦＥＴ７  従来技術におけるHブリッジ回路ローサイド側トランジスタ
Ｉ６  Hブリッジ回路ハイサイド側トランジスタのボディーダイオードに流れる電流
Ｖ７  従来技術におけるHブリッジ回路ローサイド側トランジスタのゲート・ソース間電圧
Ｖ８  従来技術におけるHブリッジ回路ローサイド側トランジスタのドレイン・ソース間電圧
２１  モータ
２２  モータ制御装置
２３  乗員
２４  リトラクタ
２５  バックル
１００  機電一体型シートベルトリトラクタ
１０２  障害物センサ
１０４  車輪速度センサ
１０６  衝突判断コントローラ
１０８  ブレーキアシスト装置
１１２  車両
３０５，３０６  ハイサイド側トランジスタ
３０７，３０８  ローサイド側トランジスタ
３４１  バックルスイッチ
３４２  ブレーキストロークセンサ
３４４  Hブリッジモータ駆動回路
３４９  モータ制御用システムLSI
３５１  CANバス
３５３  Hブリッジモータ駆動回路ハイサイドトランジスタ制御用信号
３５４  Hブリッジモータ駆動回路ハイサイドトランジスタ制御用信号
３５５  Hブリッジモータ駆動回路ローサイドトランジスタ制御用信号
３５６  Hブリッジモータ駆動回路ローサイドトランジスタ制御用信号
６００，６０１  貫通電流のピークを低減するための小型トランジスタ
６０２、６０４  Hブリッジ回路ハイサイド側トランジスタゲート抵抗
６０３、６０５  小型トランジスタのゲート抵抗
６０６，６０７  Hブリッジ回路ハイサイド側トランジスタボディーダイオード
９０１、９０２  小型トランジスタの制御信号
１００１  貫通電流のピークを低減するための小型トランジスタ（６０１のものよりも小型）
１００２  小型トランジスタ１００１のゲート抵抗
１１０１  貫通電流のピークを低減するための小型トランジスタ
１１０２  Hブリッジ回路ローサイド側トランジスタボディーダイオード
【図１】
2015136266.tif 000003
【図２】
2015136266.tif 000004
【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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【図９】
2015136266.tif 000011
【図１０】
2015136266.tif 000012
【図１１】
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