(57)【要約】【課題】電動モーターを制御するための、スイッチング素子に電界効果型半導体素子を使用したＨブリッジ回路において、ローサイドスイッチング素子のゲート電圧を高くしてオン抵抗の増加を防ぎ、さらに当該ゲートがオープンにならない回路構成にして、スイッチング時にスイッチング素子の寄生容量が引き起こすノイズに影響されにくいＨブリッジ回路を提供する。【解決手段】ローサイドスイッチング素子のゲートをプルアップしてバッテリ１１と接続することにより、バッテリ１１の電圧をローサイドスイッチング素子のゲート電圧として利用する。またスイッチ制御手段であるＣＰＵ７とローサイドスイッチング素子との間にトランジスタ１４及び１５を接続することにより、ローサイドスイッチング素子のゲートがバッテリ１１又はグラウンドの何れかと常に導通している回路構成にする。【選択図】        図１
2004350451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モーターを制御するように構成された、スイッチング素子に電界効果型の半導体素子を用いたＨブリッジ回路において、
前記Ｈブリッジ回路が電源とグラウンドとに接続され、前記スイッチング素子のオン・オフを切り換えることにより、前記電動モーターが順回転、逆回転及び停止を行うように構成されており、
前記Ｈブリッジ回路と前記グラウンドとの間に、抵抗器が接続されており、
前記スイッチング素子は、当該スイッチング素子のゲートに印加する電圧値を切り換えることにより当該スイッチング素子のオン・オフを切り換えるように構成されたスイッチ制御手段により制御されており、
前記スイッチング素子のうち、前記電源と前記電動モーターとの間にあるスイッチング素子（いわゆるハイサイドスイッチング素子）のゲートは、スイッチ制御手段に接続されており、
前記スイッチング素子のうち、前記電動モーターと前記抵抗器との間にあるスイッチング素子（いわゆるローサイドスイッチング素子）のゲートは、スイッチ制御手段及び前記電源に接続されていて、前記電源の電圧が当該ローサイドスイッチング素子のゲート電圧となるように構成されており、
前記ローサイドスイッチング素子と前記スイッチ制御手段との間に、少なくとも一つのトランジスタが接続されており、当該トランジスタは、ベースがスイッチ制御手段と、コレクタが当該ローサイドスイッチング素子と、エミッタがグラウンドと接続されるよう構成されており、
前記トランジスタがオンのときには、当該トランジスタのコレクタに接続されたローサイドスイッチング素子のゲートが当該トランジスタのエミッタ側にあるグラウンドと導通することにより、当該ローサイドスイッチング素子がオフとなり、
当該トランジスタがオフのときには、当該ローサイドスイッチング素子のゲートに前記電源の電圧が印加されることにより、当該ローサイドスイッチング素子がオンとなること、
を特徴とするＨブリッジ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のＨブリッジ回路において、前記電動モーターに対して電力を供給するにあたり、
第一ステップとして、前記Ｈブリッジ回路を構成する前記スイッチング素子を全てオフにし、
第二ステップとして、上記第一ステップから所定の時間が経過した後に、前記スイッチング素子のうちハイサイドスイッチング素子の何れか一方をオンにし、
第三ステップとして、上記第二ステップから所定の時間が経過した後に、ローサイドスイッチング素子のうち、上記第二ステップでオンとしたハイサイドスイッチング素子に前記電動モーターを介して接続されている方のローサイドスイッチング素子をオンにすることにより、前記電動モーターに電力を供給すること、
を特徴とするＨブリッジ回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モーターを制御するためのＨブリッジ回路及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
順回転（正転）と逆回転（反転）とを行う電動モーター（以下、単にモーターという）を制御する場合、制御用の回路としてＨブリッジ回路が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４に、従来より一般的に用いられているモーター制御用のＨブリッジ回路３３の回路図を示す。ここで、Ｈブリッジ回路３３のスイッチング素子は、電界効果型の半導体素子であるＭＯＳＦＥＴから成るＳＷ１及びＳＷ２（以下、ハイサイドスイッチング素子という）、並びにＳＷ３及びＳＷ４（以下、ローサイドスイッチング素子という）によって構成されている。そして、これらのスイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、モーター６の正転、反転及び停止を制御するよう構成されている。
【０００４】
これらのスイッチング素子は、スイッチ制御装置となるＣＰＵ７に接続されており、ＣＰＵ７が出力するＨｉｇｈ電圧でオンとなり、Ｌｏｗ電圧でオフとなる。尚、ハイサイドスイッチング素子に対しては、ＣＰＵ７から出力されるＨｉｇｈ電圧は、バッファ９により昇圧された後に入力される。そして、Ｈブリッジ回路３３とグラウンドとの間にシャント抵抗として抵抗器Ｒ８が設けられ、この抵抗器Ｒ８に生じる電位差を測定することにより、モーター６のロック電流を検出するように構成されている。尚、小型モーターを制御する場合には、ＣＰＵ７を駆動するためのバッテリ１０の電圧は５Ｖ程度、モーター６を駆動するためのバッテリ１１の電圧は１２Ｖ程度である。
【０００５】
ここで、ローサイドスイッチング素子のゲート・ソース間の電位差は、ＣＰＵ７が出力する電圧値から抵抗器Ｒ８に生じる電位差を差し引いたものとなる。また、モーター６の駆動時に当該モーター６を流れる電流値が大きい場合には、その下流にある抵抗器Ｒ８を流れる電流値も大きいこととなり、これにより抵抗器Ｒ８には大きな電位差が生じる。つまり、この場合には、ローサイドスイッチング素子のゲート・ソース間の電位差は小さくなることになる。
【０００６】
従って、このときＣＰＵ７がローサイドスイッチング素子に対してＨｉｇｈ電圧を出力していても、ゲート・ソース間の電位差が不充分となって当該ローサイドスイッチング素子を充分にオンさせることができず、オン抵抗が大きくなってしまい、結果として当該ローサイドスイッチング素子が破壊されることがある。
【０００７】
そこで、ローサイドスイッチング素子のゲートに対してより高い電圧を印加するために、図５に示すように、ＣＰＵ７とローサイドスイッチング素子との間にトランジスタ２８乃至３１を挿入して、ローサイドスイッチング素子をバッテリ１１の電圧によって駆動することが行われている。これにより、ローサイドスイッチング素子のゲートには、ＣＰＵ７のＨｉｇｈ電圧より高いバッテリ１１の電圧が印加されることとなり、ゲート・ソース間の電位差が大きくなるため、素子の破壊を防止することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１０９８６６号公報（第３図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の図５のように、ＣＰＵ７とローサイドスイッチング素子との間にトランジスタ２８乃至３１を挿入した構成においては、例えば、ＳＷ１とＳＷ４をオンに、ＳＷ２とＳＷ３をオフにしてモーター６を駆動しようとする場合、ＣＰＵ７からトランジスタ２８に対してはＬｏｗ電圧を出力することとなり、これによりトランジスタ２８、トランジスタ２９及びＳＷ３がオフとなっている。このとき、ＳＷ３のゲートは、トランジスタ２９がオフとなっているために、電源にもグラウンドにも導通していないオープンな状態となっている。
【００１０】
このように、ゲートがオープンになっている状態においては、スイッチング素子は、ノイズの影響を受けやすい状態になっており、ノイズによって誤動作する（オフになっているスイッチング素子がノイズによりオンになる）ことがある。
【００１１】
ここで、ＳＷ１とＳＷ４をオンに、ＳＷ２とＳＷ３をオフにした瞬間においては、本来オフとなるべきＳＷ３は、ゲートがオープンになることでノイズの影響を受けやすい状態となり、ＳＷ１の寄生容量が引き起こすノイズによって瞬間的にオンになってしまうことがある。この場合には、バッテリ１１を電源とする電流は、負荷抵抗となるモーター６を経由せずに、ＳＷ１からＳＷ３へと流れる貫通電流となってしまい、この貫通電流によってＳＷ１及びＳＷ３の素子が破壊される恐れがあるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、第一にローサイドスイッチング素子のゲートに充分な電圧を供給しつつも、当該ゲートがオープンにならない回路構成をとることにより、スイッチング素子の寄生容量が引き起こすノイズに影響されにくいＨブリッジ回路を提供することを目的とする。
【００１３】
第二に、スイッチング素子の誤動作を招く前記ノイズを、スイッチング素子の制御によってグラウンドに吸収してしまうことにより、当該誤動作を原因とする貫通電流の発生を防ぐことができるＨブリッジ回路制御方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の本発明のＨブリッジ回路では、ローサイドスイッチング素子のゲートをモーター駆動用の電源と接続する（いわゆるプルアップをする）。このため、当該電源の電圧がローサイドスイッチング素子のゲート電圧となり、ローサイドスイッチング素子のゲート・ソース間に充分な電圧を印加できる。
【００１５】
また、スイッチング素子の制御を行うスイッチ制御手段とローサイドスイッチング素子との間には、夫々トランジスタが挿入されており、当該トランジスタのベースがスイッチ制御手段と、コレクタがローサイドスイッチング素子のゲートと、エミッタがグラウンドと夫々接続されている。このため、スイッチ制御手段が当該トランジスタのオン・オフを切り換え、さらに当該トランジスタがローサイドスイッチング素子のオン・オフを切り換えるという構成となる。
【００１６】
ここで、スイッチ制御手段から前記トランジスタに対してＬｏｗ電圧を出力した場合、当該トランジスタはオフとなる。そして、当該トランジスタに接続されているローサイドスイッチング素子のゲートには、プルアップしたモーター駆動用電源からの電圧が印加されている状態となり、当該ローサイドスイッチング素子はオンとなる。
【００１７】
一方、スイッチ制御手段から前記トランジスタに対してＨｉｇｈ電圧を出力した場合には、当該トランジスタはオンとなる。そして、当該トランジスタに接続されているローサイドスイッチング素子のゲートは、当該トランジスタのエミッタ側にあるグラウンドと導通した状態となり、当該ローサイドスイッチング素子はオフとなる。
【００１８】
従って、ローサイドスイッチング素子のゲートは、当該ローサイドスイッチがオンの場合にはプルアップしたモーター駆動用電源と、オフの場合にはグラウンドと導通していることになる。これにより、請求項１に記載の本発明のＨブリッジ回路は、ローサイドスイッチング素子のゲートがオープンにならず、ハイサイドスイッチング素子の寄生容量により発生するノイズに対して影響されにくいＨブリッジ回路となる。
【００１９】
次に、請求項２に記載のＨブリッジ回路の制御方法では、請求項１に記載のＨブリッジ回路において、モーターに電力を供給して当該モーターを駆動するにあたり、まずＨブリッジ回路を構成する全てのスイッチング素子をオフにする。そして、所定の時間が経過した後に、ハイサイドスイッチング素子のうちの何れか一方をオンにする。さらに、所定の時間が経過した後に、当該ハイサイドスイッチング素子にモーターを介して接続されている方のローサイドスイッチング素子をオンにすることによって、モーターに電力を供給する。
【００２０】
ここで、前記ハイサイドスイッチング素子をオンにしたときには、何れのローサイドスイッチング素子もオフとなっているが、このとき、ローサイドスイッチング素子に接続されているトランジスタは、ローサイドスイッチング素子をオフにするために、スイッチ制御手段からのＨｉｇｈ電圧を受けて自らはオンになっている。このため、ローサイドスイッチング素子のゲートは、当該トランジスタを介してグラウンドと導通している状態である。
【００２１】
そして、前記ハイサイドスイッチング素子をオンにした瞬間に発生する寄生容量によるノイズは、ローサイドスイッチング素子のドレイン・ゲート間を通過し、前記トランジスタを経由してグラウンドに吸収される。
【００２２】
従って、請求項２に記載の本発明のＨブリッジ回路制御方法によれば、ハイサイドスイッチング素子が発生させるノイズがグラウンドに吸収されるため、ローサイドスイッチング素子は当該ノイズにより誤動作することはなく、そのためＨブリッジ回路においてモーターを経由しない貫通電流が発生するのを防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１乃至図３を用いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、自動車用電動ドアミラーの開閉装置及びその制御方法を想定したものであるが、それらに何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００２４】
図１は、本発明の実施例であるＨブリッジ回路５の構成を表す回路図である。このＨブリッジ回路５においては、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４のオン・オフを切り換えることにより、モーター６を制御するように構成されている。これらのスイッチング素子のオン・オフは、スイッチ制御手段であるＣＰＵ７が出力するＨｉｇｈ電圧・Ｌｏｗ電圧の切り換えによって制御されている。
【００２５】
また、Ｈブリッジ回路５においては、ＳＷ１とＳＷ４がオンで、ＳＷ２とＳＷ３がオフの場合はモーター６が正転し、ＳＷ１とＳＷ４がオフで、ＳＷ２とＳＷ３がオンの場合はモーター６が反転する。そして、モーター６の正転・反転によってドアミラー（図示していない）の開閉を行うように構成されている。
【００２６】
また、バッテリ１１は１２Ｖで、モーター６の電源となっており、バッテリ１０は５Ｖで、ＣＰＵ７の電源となっている。尚、ＳＷ３及びＳＷ４は、夫々のゲートがバッテリ１１と導通しており、バッテリ１１の電圧をゲート電圧として利用している。そして、バッテリ１０及びバッテリ１１の夫々には、ダイオード１３及びダイオード１２が接続されている。
【００２７】
また、ＣＰＵ７とハイサイドスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２との間にはバッファ９が接続されている。そして、ＣＰＵ７からＳＷ１及びＳＷ２に送信されるＨｉｇｈ電圧は、バッファ９において昇圧された後にＳＷ１及びＳＷ２のゲートに入力される。
【００２８】
一方、ＣＰＵ７とローサイドスイッチング素子ＳＷ３及びＳＷ４との間には夫々トランジスタ１４及びトランジスタ１５が接続されている。そして、ＣＰＵ７からＳＷ３及びＳＷ４に送信される電圧信号が、一旦トランジスタ１４及びトランジスタ１５を制御し、その結果としてＳＷ３及びＳＷ４が制御されることとなる。
【００２９】
つまり、ＣＰＵ７がトランジスタ１４（又はトランジスタ１５）に対してＬｏｗ電圧を出力した場合には、トランジスタ１４（又はトランジスタ１５）はオフとなるため、ＳＷ３（又はＳＷ４）のゲートにはバッテリ１１の電圧が印加されて、ＳＷ３（又はＳＷ４）はオンとなる。そして、ＣＰＵ７がトランジスタ１４（又はトランジスタ１５）に対してＨｉｇｈ電圧を出力した場合には、トランジスタ１４（又はトランジスタ１５）はオンとなるため、ＳＷ３（又はＳＷ４）のゲートはトランジスタ１４（又はトランジスタ１５）のエミッタ側にあるグラウンドと導通して、ＳＷ３（又はＳＷ４）はオフとなる。
【００３０】
また、ＣＰＵ７が、シャント抵抗である抵抗器Ｒ８に生じる電位差を測定することにより、モーター６のロック電流を検出するように構成されている。
【００３１】
ここでＳＷ３及びＳＷ４は、ゲート電圧としてＣＰＵが出力する電圧信号ではなく、バッテリ１１の電圧を利用しているため、ＳＷ３及びＳＷ４のゲート・ソース間には充分な電圧を印加できる。従って、Ｈブリッジ回路５においては、ローサイドスイッチング素子のゲート・ソース間の電位差が不充分となってオン抵抗が増加し、その結果スイッチング素子が破壊してしまうということを防ぐことができる。
【００３２】
また、ＳＷ３及びＳＷ４のゲートは、夫々のスイッチング素子がオンのときにはバッテリ１１と、オフの時にはグラウンドと導通しており、オープンな状態となることはない。従って、Ｈブリッジ回路５は、ＳＷ１又はＳＷ２の寄生容量により発生したノイズ対して、影響されにくいＨブリッジ回路となる。
【００３３】
尚、本実施例のＨブリッジ回路５においては、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４をＭＯＳＦＥＴとしたが、電界効果型半導体素子であればよく、ＭＯＳＦＥＴの代わりにＩＧＢＴとしてもよい。
【００３４】
また、図２は、前記Ｈブリッジ回路５におけるモーター６を正転駆動するとき、及びその後モーター６に対する電力供給を停止させるときの制御方法を示すタイムチャートである。まずモーター６を正転駆動する場合、ＣＰＵ７は点１６において、ＣＰＵ７のＳＷ１及びＳＷ２を制御するための夫々のポート（以下、夫々ＳＷ１用ポート、ＳＷ２用ポートという）からＬｏｗ電圧を出力し、ＳＷ３及びＳＷ４を制御するための夫々のポート（以下、夫々ＳＷ３用ポート、ＳＷ４用ポートという）からＨｉｇｈ電圧を出力する。これにより、一旦ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４の全てのスイッチング素子をオフにする。
【００３５】
尚、このとき、トランジスタ１４及びトランジスタ１５は、ＣＰＵ７からのＨｉｇｈ電圧を受けてオンとなっており、従ってＳＷ３及びＳＷ４のゲートはグラウンドと導通した状態になっている。
【００３６】
そして、ＣＰＵ７は、点１６から５ｍｓ経過後の点１７において、ＳＷ１用ポートの出力をＨｉｇｈ電圧にして、ＳＷ１をオンにする。このとき、ＳＷ１の寄生容量が発生させるスイッチング時のノイズは、主にＳＷ３のドレインからゲートに抜けて、トランジスタ１４を通過してグラウンドに吸収される。このため、ＳＷ３は、当該ノイズを原因とした誤動作によりオンとなることはない。
【００３７】
次に、ＣＰＵ７は、さらに５ｍｓ後の点１８において、ＳＷ４用ポートの出力をＬｏｗ電圧とし、ＳＷ４をオンにする。これにより、モーター６には電力が供給され、モーター６は正転駆動を行うことになる。以上の方法により、Ｈブリッジ５は、ＳＷ１からＳＷ３に流れる貫通電流を発生させることなく、モーター６を正転駆動することができる。
【００３８】
また次に、上記のようにモーター６を正転駆動することによって、閉じていたドアミラーが開かれることになるが、所定の位置までドアミラーが開くとそれ以上は開かない構造となっており、その際にはモーター６はロックすることになる。このモーター６のロックは、抵抗器Ｒ８に生じる電位差が所定の値を超えることで、ＣＰＵ７により検知されることとなる。
【００３９】
ここで、点１９においてモーター６のロックを検知したＣＰＵ７は、まず点２０においてＳＷ１用ポートの出力をＬｏｗ電圧にして、ＳＷ１をオフにする。これにより、バッテリ１１からモーター６への電力供給は停止する。そしてこのとき、モーター６は、逆起電力により電気を流し続けようとする働きを持つ。
【００４０】
その後、ＣＰＵ７は、点２０から１０ｍｓ経過後の点２１において、ＳＷ３用ポートの出力をＬｏｗ電圧とし、ＳＷ３をオンにする。これにより、モーター６、ＳＷ４及びＳＷ３が環状に導通可能となる。従って、モーター６の逆起電力が起こすサージ電流は、モーター６、ＳＷ４及びＳＷ３を環状に流れながら減衰していくこととなり、図１における点３５の経路に流れ込むことはない。
【００４１】
尚、図３は、Ｈブリッジ回路５においてモーター６を反転駆動するとき、及びその後モーター６に対する電力供給を停止させるときの制御方法を示すタイムチャートであるが、この場合のＨブリッジ回路５の制御方法は、上述の正転駆動及びその後電力供給を停止する場合の制御方法におけるＳＷ１とＳＷ２とを入れ替え、さらにＳＷ３とＳＷ４とを入れ替えたものとなる。また、その効果は、上述の場合と同様のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るＨブリッジ回路の構成を示す回路図である。
【図２】モーターの正転駆動時、及びモーターに対する電力供給停止時のタイミングチャートである。
【図３】モーターの反転駆動時、及びモーターに対する電力供給停止時のタイミングチャートである。
【図４】従来の一般的なＨブリッジ回路の第一の例を示す回路図である。
【図５】従来の一般的なＨブリッジ回路の第二の例を示す回路図である。
【符号の説明】
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４    スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
５    Ｈブリッジ回路
６    電動モーター
７    ＣＰＵ
Ｒ８    抵抗器
１１    バッテリ
１４、１５    トランジスタ
【図１】
2004350451.tif 000003
【図２】
2004350451.tif 000004
【図３】
2004350451.tif 000005
【図４】
2004350451.tif 000006
【図５】
2004350451.tif 000007