(57)【要約】【課題】  正弦波駆動方式によるモータのトルクリップルの低減および電流位相制御によるモータの高効率運転を同時に実現する。【解決手段】  本発明のモータ駆動用半導体装置は、３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、３相モータのコイルの３端子それぞれへ出力電圧を印加する３個の出力端子と、６個のスイッチング素子の駆動回路と、６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する６個の制御信号の入力端子とを備え、１つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂で封止し、３相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、電流極性信号をモータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備えている。【選択図】図１
2007174888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するスイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備えたモータ駆動装置において、
該モータ駆動装置が、モータの相電流の電流極性を検出する電流極性検出機能を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
モータを駆動するスイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動する駆動回路がモータの相電流の電流極性を検出する電流極性検出機能を備え、前記スイッチング素子と駆動回路とを備えたモータ駆動装置を内蔵していることを特徴とするモータ。
【請求項３】
３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、前記３相モータのコイルの３端子それぞれへ出力電圧を印加する３個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する制御信号を入力する６個の制御信号入力端子とを備えた、１つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂封止したモータ駆動用半導体装置において、
該モータ駆動用半導体装置が、前記３相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、
前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備えたことを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
【請求項４】
３相モータ駆動用の６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記６個のスイッチング素子それぞれを駆動するための６つの信号を前記駆動回路から出力する６個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子をオン／オフ制御する６つの制御信号を入力する６個の制御信号入力端子とを備えた、１つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂封止したプリドライブ半導体装置において、
該プリドライブ半導体装置が、モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、
前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備えたことを特徴とするプリドライブ半導体装置。
【請求項５】
請求項３に記載のモータ駆動用半導体装置において、
前記電流極性検出回路が、モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、
上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えたことを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
【請求項６】
請求項３記載のモータ駆動用半導体装置において、
前記電流極性検出回路が、下アームスイッチング素子とグランド電位との間に接続された抵抗の端子間電圧の正負を判定するコンパレータと、
前記下アームスイッチング素子がオンしているタイミングで、前記コンパレータの出力電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えたことを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
【請求項７】
３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、前記３相モータのコイルの３端子それぞれへ出力電圧を印加する３個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記３相モータの回転子の磁極位置信号を入力する少なくとも１個以上の入力端子とを備えたワンパッケージモータ駆動用半導体装置において、
該ワンパッケージモータ駆動用半導体装置が、
前記３相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、
前記磁極位置信号と前記電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記６個のスイッチング素子をオン／オフ制御する６つの制御信号を出力する制御用半導体チップとを備えたことを特徴とするワンパッケージモータ駆動用半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載のワンパッケージモータ駆動用半導体装置において、
前記ワンパッケージモータ駆動用半導体装置が、
前記６個のスイッチング素子と、前記駆動回路と、前記電流極性検出回路の一部もしくは全体とを、１つの半導体チップに集積したモータ駆動用半導体チップと、
制御用半導体チップとの２チップを備えており、
前記制御用半導体チップが出力する６つの制御信号が、前記モータ駆動用半導体チップに入力されることを特徴とするワンパッケージモータ駆動用半導体装置。
【請求項９】
３相モータ駆動用の６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記６個のスイッチング素子それぞれを駆動する信号を前記駆動回路から出力する６個の出力端子と、モータの回転子の磁極位置信号を入力する少なくとも１個以上の入力端子とを備えたプリドライブ半導体装置において、
該プリドライブ半導体装置が、
前記３相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、
前記磁極位置信号と前記電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記６個のスイッチング素子をオン／オフ制御する６つの制御信号を出力する制御用半導体チップとを備えたことを特徴とするプリドライブ半導体装置。
【請求項１０】
３相モータを駆動するモータ駆動装置において、
該モータ駆動装置が、モータ駆動用半導体装置と、制御用半導体装置と、少なくとも１個の磁極位置検出器とを備えており、
前記モータ駆動用半導体装置が、
前記３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、前記３相モータのコイルの３端子それぞれへ出力電圧を印加する３個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する制御信号を入力する６個の制御信号入力端子とを備えた、１つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂で封止し、
前記３相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、
前記制御用半導体装置は、
前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号と前記モータ駆動用半導体装置が出力する電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する６つの制御信号を出力し、
該制御用半導体装置が出力する６つの制御信号を前記モータ駆動用半導体装置の６個の制御入力端子へ入力することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項１１】
モータ駆動用半導体装置と、制御用半導体装置と、少なくとも１個の磁極位置検出器とを備えたモータ駆動装置を内蔵した３相モータにおいて、
前記モータ駆動用半導体装置が、
前記３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、前記３相モータのコイルの３端子それぞれへ出力電圧を印加する３個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する制御信号を入力する６個の制御信号入力端子とを備えた、１つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂で封止し、
前記３相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、
前記制御用半導体装置が、
前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号と前記モータ駆動用半導体装置が出力する電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する６つの制御信号を出力し、
該制御用半導体装置が出力する６つの制御信号を前記モータ駆動用半導体装置の６個の制御入力端子へ入力することを特徴とする３相モータ。
【請求項１２】
請求項１１記載の３相モータにおいて、
前記電流極性検出回路が、モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧を低減して出力するレベルシフト回路と、
上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路の出力電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えたことを特徴とする３相モータ。
【請求項１３】
３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、前記６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、制御用半導体装置と、少なくとも１個の磁極位置検出器とを備えたモータ駆動装置を内蔵した３相モータにおいて、
前記モータ駆動装置が、
前記３相モータの相電流の電流極性を検出する電流極性検出機能を備え、
前記制御用半導体装置が、前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号を入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性検出機能とにより検出された電流極性信号との位相差に基づいて、モータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する６つの制御信号を出力することを特徴とする３相モータ。
【請求項１４】
モータ駆動用半導体装置と、少なくとも１個の磁極位置検出器とを内蔵した３相モータにおいて、
前記モータ駆動用半導体装置が、ワンパッケージモータ駆動用半導体装置であって、
前記３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、前記３相モータのコイルの３端子それぞれへ出力電圧を印加する３個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記３相モータの回転子の磁極位置信号を入力する少なくとも１個の入力端子とを備え、
前記３相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、
前記磁極位置信号と前記電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記６個のスイッチング素子をオン／オフ制御する６つの制御信号を出力する制御用半導体チップとを備えたことを特徴とする３相モータ。
【請求項１５】
３相モータを駆動するモータ駆動装置において、
該モータ駆動装置が、プリドライブ半導体装置と、前記３相モータを駆動する６個のスイッチング素子と、制御用半導体装置と、少なくとも１個の磁極位置検出器とを備えており、
前記プリドライブ駆動装置が、
３相モータ駆動用の６個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記６個のスイッチング素子それぞれを駆動するための６つの信号を前記駆動回路から出力する６個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子をオン／オフ制御する６つの制御信号を入力する６個の制御信号入力端子とを備えた、１つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂封止してあり、モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、
前記制御用半導体装置が、
前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号と前記プリドライブ半導体装置が出力する電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する６つの制御信号を出力し、
該制御用半導体装置が出力する前記６つの制御信号が、前記プリドライブ半導体装置の６個の制御入力端子へ入力されることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項１６】
冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒の熱交換を行う室内熱交換器とを備えた空調機の、室外熱交換器あるいは室内熱交換器に送風するファンモータにおいて、
該ファンモータが、請求項１１に記載の３相モータであることを特徴とするファンモータ。
【請求項１７】
冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒の熱交換を行う室内熱交換器とを備えた空調機の、室外熱交換器あるいは室内熱交換器に送風するファンモータにおいて、
該ファンモータが、請求項１２に記載の３相モータであることを特徴とするファンモータ。
【請求項１８】
冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒の熱交換を行う室内熱交換器とを備えた空調機の、室外熱交換器あるいは室内熱交換器に送風するファンモータにおいて、
該ファンモータが、請求項１３に記載の３相モータであることを特徴とするファンモータ。
【請求項１９】
冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒の熱交換を行う室内熱交換器とを備えた空調機の、室外熱交換器あるいは室内熱交換器に送風するファンモータにおいて、
該ファンモータが、請求項１４に記載の３相モータであることを特徴とするファンモータ。
【請求項２０】
６個のスイッチング素子により駆動される３相モータのある１つの相の相電流の極性を検出するための電流極性検出回路において、
モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧を低減するレベルシフト回路と前記レベルシフト回路の出力信号を入力するラッチ回路とを備え、
前記ラッチ回路は、該当相の上アームスイッチング素子の制御信号、または、該当相の下アームスイッチング素子の制御信号の何れかが、オフ信号からオン信号に変化するタイミングにて、
前記レベルシフト回路の出力信号を保持することを特徴とする電流極性検出回路。
【請求項２１】
請求項３に記載のモータ駆動用半導体装置において、
前記電流極性検出回路が、モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を入力するラッチ回路とを備え、該ラッチ回路は、該当する相の上アームスイッチング素子の制御信号、または該当する相の下アームスイッチング素子の制御信号の何れかがオフ信号からオン信号に変化するタイミングで、前記レベルシフト回路の出力信号を保持することを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置とそれを有するモータ及びモータ駆動装置に係り、特に正弦波駆動する半導体装置とそれを有するモータ及びモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用電気機器や産業用のモータにはインバータ制御された３相ブラシレスモータが広く採用されている。特に家庭用電気機器では価格競争が激しく、安価なインバータ装置の提供が望まれている。そのためインバータの方式としては、比較的回路構成が簡単でモータ効率も高くできる、安価な１２０度通電方式が用いられている。
【０００３】
図９を用いて、従来技術の１２０度通電方式の例を説明する。図９で、符号１は商用電源、２は電源回路であり商用電源１からの交流電圧を基にＶＤＣとＶｃｃとＶｍを生成する。モータのインバータ駆動用の主電源電圧と、Ｖｃｃは１２０度通電方式モータ駆動用半導体装置１０Ｃの駆動回路用電源電圧、Ｖｍはマイコン３用の電源電圧である。マイコン３は、モータ５Ｃへ速度指令信号Ｖｓｐを出力し、モータ５Ｃから出力される回転数信号ＦＧを入力する。電源回路２とマイコン３は、第１の基板４上に配置されている。
【０００４】
モータ５Ｃは、モータ内蔵基板６Ｃを内蔵している。１２０度通電方式モータ駆動用半導体装置１０ＣとホールＩＣ９Ｃとシャント抵抗Ｒｓはモータ内蔵基板６Ｃ上に配置されている。１２０度通電方式モータ駆動用半導体装置１０Ｃの出力端子にはコイル８が接続されている。
【０００５】
図１０は、１２０度通電方式のタイミングチャートである。図１０のＡ〜Ｃは、磁極位置信号ＶＨＵ′，ＶＨＶ′，ＶＨＷ′を示し、図１０のＤ〜Ｆは、出力電圧ＶＵＭ′，
ＶＶＭ′，ＶＷＭ′の概略波形を示す。１２０度通電方式モータ駆動用半導体装置１０Ｃは、磁極位置信号ＶＨＵ′，ＶＨＶ′，ＶＨＷ′を基に、電気角での１２０度期間のＨ信号とＬ信号を出力する。コイル８には、この１２０度の期間電流が流れ、各１２０度の期間の間には、６０度の無通電期間が存在する。この１２０度通電方式でモータを駆動すると、モータのトルクリップルが大きくなるため、モータ駆動時に騒音が発生し易い。
【０００６】
低騒音化する方法として、モータの相電流を正弦波状にする正弦波駆動方式と呼ばれる方式がある。正弦波駆動方式でモータの高効率運転を行うためには、モータの相電流の位相制御を行う必要がある。しかし、この位相制御には、高価な電流センサを用いるか、または、高価なマイコンを用い高度な演算処理を行う必要があり、１２０度通電方式と比較すると、高価なシステムとなる。
【０００７】
また、特許文献１には、アナログ回路を使用し、低コストでモータの相電流を擬似正弦波状にする方法が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１２０８４１号公報（(００２０)段落から(００２５)段落と、（００４６）段落から（００４９）段落の記載。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記１２０度通電方式でモータを駆動すると、モータのトルクリップルが大きくなる。
そのため、モータ駆動時に騒音が発生し易い。前記従来技術の正弦波駆動方式では、モータの相電流の位相制御を行うために、高価な電流センサを用いるか、または、高価なマイコンを用い高度な演算処理を行う必要がある。
【００１０】
前記、特許文献１に記載の相電流を擬似正弦波状にする方法では、モータのトルクリップルを十分には低減出来ず、電流位相の制御を行っていないために、モータの高効率運転が出来ない。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであり、正弦波駆動方式によるモータのトルクリップルの低減および電流位相制御によるモータの高効率運転を同時に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のモータ駆動装置は、モータを駆動するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路とを備え、モータの相電流の電流極性を検出する電流極性検出機能を備えていることを特徴とする。また、本発明のモータは、このモータ駆動装置を内蔵している。
【００１３】
また、本発明の３相モータは、モータ駆動用半導体装置と、制御用半導体装置と、少なくとも１個の磁極位置検出器とを内蔵し、前記モータ駆動用半導体装置は、３相モータを駆動するための６個のスイッチング素子と、前記３相モータのコイルの３端子それぞれへ出力電圧を印加する３個の出力端子と、前記６個のスイッチング素子を駆動するための駆動回路と、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する６つの制御信号を入力するための６個の制御信号入力端子とを備えた１チップもしくは複数チップで構成されたワンパッケージのモータ駆動用半導体装置であり、前記制御用半導体装置は、前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号を入力し、前記６個のスイッチング素子それぞれをオン／オフ制御する６つの制御信号を出力し、前記６つの制御信号が前記モータ駆動用半導体装置の６個の制御入力端子へ入力している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正弦波駆動方式によるモータのトルクリップルの低減および電流位相制御によるモータの高効率運転を同時に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の詳細を図面を用いながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本実施例の説明図である。図１で符号１は商用電源である。図１の符号２は電源回路であり、商用電源１からの交流電圧を基に、直流のＶＤＣとＶｃｃとＶｍを生成する。ＶＤＣは、例えば約１４１Ｖ〜約４５０Ｖの高圧電圧であり、モータのインバータ駆動用の高圧電源電圧として使用される。Ｖｃｃは例えば約１５Ｖであり、モータ駆動用半導体装置１０で使用される駆動回路用電源電圧である。Ｖｍはマイコン３用の電源電圧であり、例えば３Ｖ〜５.５Ｖ 程度である。電源回路２とマイコン３は、第１の基板４上に配置されている。
【００１７】
マイコン３は、速度指令信号Ｖｓｐを出力し、モータ５より出力される回転数信号ＦＧを入力する。マイコン３は、この速度指令信号Ｖｓｐによりモータ５の回転数を調整する。速度指令信号Ｖｓｐには、アナログ信号を用いる場合と、パルス信号を用いる場合がある。図１では、ＶｓｐラインとＦＧラインはマイコン３と制御用半導体装置７の間を配線にて直接接続しているが、ホトカプラやバッファ回路を経由して接続してもよい。マイコン３がパルス状の速度指令信号を出力し、コンデンサと抵抗からなるＣＲ積分回路にてその信号をアナログ信号に変換し、アナログの速度指令信号を制御用半導体装置７に入力してもよい。
【００１８】
図１で符号６はモータ内蔵基板であり、モータ５に内蔵されている。制御用半導体装置７とモータ駆動用半導体装置１０とホールＩＣ９とシャント抵抗Ｒｓと高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６は、モータ内蔵基板６上に配置されている。
【００１９】
図示していないが、ホールＩＣ９には、Ｖｃｃまたは、ＶＢが電源電圧として用いられる。ホールＩＣ９の替わりに、より低コストであるホール素子を用いる場合もある。ホールＩＣ９やホール素子は、磁極位置検出器の例であり、モータ５の永久磁石回転子の位置を示す磁極位置信号を出力する。ホール素子の場合、各ホール素子の出力電圧は２つの端子間の電圧である。通常ホール素子の出力電圧は、１Ｖ以下の微小電圧であるため、アンプを用いて信号を増幅する必要がある。図１では、磁極位置検出器には、２個のホール
ＩＣを用いているが、磁極位置検出器は３個または１個でもよい。
【００２０】
図１の制御用半導体装置７には、電源電圧ＶＢ，マイコン３からの速度指令信号Ｖｓｐ，モータ駆動用半導体装置１０からの電流極性信号ＶＵＰとフォルト信号Ｖｆ，高圧電源電圧検出回路１５からの高圧電源電圧信号Ｖｈ，温度検出回路１６からの温度信号Ｖｔ，ホールＩＣ９からの磁極位置信号ＶＨＵとＶＨＶが入力される。制御用半導体装置７は、汎用のマイコンでもモータ駆動専用ＩＣであってもよい。
【００２１】
図１でＶＢは制御用半導体装置７の電源電圧であり、例えば３Ｖ〜５.５Ｖ 程度である。図１では、モータ駆動用半導体装置１０の内部で生成されるが、外部のレギュレータやツェナーダイオード等によりＶｃｃから生成してもよい。また、モータ５の内部で制御用半導体装置７用の電源電圧を生成せず、替わりに第１の基板４上のＶｍを制御用半導体装置７へ入力してもよい。
【００２２】
制御用半導体装置７は、モータ駆動用半導体装置１０へ、制御信号ＶＵＴ，ＶＶＴ，
ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢを出力する。制御信号ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢは、モータ駆動用半導体装置１０内のスイッチング素子のオン／オフを制御するための信号である。制御用半導体装置７が行う制御については、後述する。
【００２３】
モータ駆動用半導体装置１０は、内部電源回路１１，電流極性検出回路１３，保護回路１４を備えている。また、図１には図示していないが、６個のスイッチング素子とスイッチング素子を駆動するための駆動回路等も備えている。モータ駆動用半導体装置１０は、出力端子から、出力電圧ＶＵＭ，ＶＶＭ，ＶＷＭを出力する。モータ駆動用半導体装置
１０の詳細については、後述する。
【００２４】
モータ５のコイル８は、モータ駆動用半導体装置１０の出力端子に接続されている。シャント抵抗Ｒｓは、モータ駆動用半導体装置１０内の下アームスイッチング素子とグランド電位ＧＮＤとの間に配置されている。シャント抵抗Ｒｓは、例えばスイッチング素子に流れる電流の電流値をモニタするために使用される。
【００２５】
高圧電源電圧検出回路１５は、高圧電源電圧ＶＤＣに接続され、高圧電源電圧ＶＤＣの情報を高圧電源電圧信号Ｖｈとして出力する。図１の例では、直列接続された２つの抵抗を用いて、高圧電源電圧ＶＤＣを低い電圧に変換し出力している。
【００２６】
温度検出回路１６は、温度の情報を含んだ温度信号Ｖｔを制御用半導体へ出力する。図１では温度検出回路１６が、抵抗と温度検出素子であるサーミスタとにより構成されている。制御用半導体装置７は温度信号Ｖｔを基に、異常高温になったときに、例えばモータのコイルに流れる電流を低減する、もしくはモータを停止する等により、過熱保護を行う。この過熱保護機能により、例えばモータ駆動用半導体装置１０や制御用半導体装置７の異常高温時の誤動作や破壊を防ぐことが出来る。
【００２７】
温度検出回路１６を用い制御用半導体装置７の過熱保護を行う場合、サーミスタは、制御用半導体装置７の近くに配置するのがよい。サーミスタには、抵抗値が正の温度依存性を持つもの、抵抗値が負の温度依存性を持つもの、抵抗値がある温度で急激に変化するものなどがあるが、温度検出回路１６にはいずれのサーミスタを用いてもよい。なお、サーミスタだけでなく、ダイオードやＳｉ半導体温度センサを温度検出素子に用いることができる。
【００２８】
図１では、制御用半導体装置７とモータ駆動用半導体装置１０と高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６とシャント抵抗Ｒｓは、モータ内蔵基板６上に配置されている。
しかし、これらは第１の基板４上に配置してもよい。
【００２９】
図１の実施例を、空調機器の室外機の熱交換器に送風するファンモータに適用する場合、例えば第１の基板４は室外機のメインの基板であり、モータ５は室外機のファンモータである。
【００３０】
次に、モータ駆動用半導体装置１０の詳細について説明する。モータ駆動用半導体装置１０の詳細図の例を図２に示す。図２で、Ｔ１〜Ｔ６は３相モータを駆動するための６個のスイッチング素子であり、本実施例では電力半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴを使用しているが、パワーＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタでもよい。図２でＤ１〜Ｄ６はそれぞれのＩＧＢＴに逆並列に接続された還流ダイオードである。
【００３１】
図２のＰ９はＵ相の出力端子、Ｐ１０はＶ相の出力端子、Ｐ１１はＷ相の出力端子である。これらの出力端子は、モータのコイル８に接続されている。
【００３２】
図２でＶＵＴはＵ相上アーム制御信号であり、Ｕ相上アーム制御信号入力端子Ｐ１から入力され、論理回路ＬＧ１→フィルタ回路ＦＬ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｕ相上アームＩＧＢＴ Ｔ１ へと伝達される。図２でＶＶＴはＶ相上アーム制御信号であり、Ｖ相上アーム制御信号入力端子Ｐ２から入力され、論理回路ＬＧ１→フィルタ回路ＦＬ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｖ相上アームＩＧＢＴ Ｔ２ と伝達される。図２でＶＷＴはＷ相上アーム制御信号であり、Ｗ相上アーム制御信号入力端子Ｐ３から入力され、論理回路ＬＧ１→フィルタ回路ＦＬ１→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｗ相上アームＩＧＢＴ Ｔ３ と伝達される。図２でＶＵＢはＵ相下アーム制御信号であり、Ｕ相下アーム制御信号入力端子Ｐ４から入力され、論理回路ＬＧ１→フィルタ回路ＦＬ１→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｕ相下アームＩＧＢＴ Ｔ４ と伝達される。図２でＶＶＢはＶ相下アーム制御信号であり、Ｖ相下アーム制御信号入力端子Ｐ５から入力され、論理回路ＬＧ１→フィルタ回路ＦＬ１→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｖ相下アームＩＧＢＴ Ｔ５ と伝達される。図２でＶＷＢはＷ相下アーム制御信号であり、Ｗ相下アーム制御信号入力端子Ｐ６から入力され、論理回路ＬＧ１→フィルタ回路ＦＬ１→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｗ相下アームＩＧＢＴ Ｔ６ と伝達される。
【００３３】
図２でチャージポンプ回路ＣＨは上アームＩＧＢＴ駆動用電源電圧ＶＣＰを生成する回路である。ダイオードＤ７，Ｄ８及びコンデンサＣ３，Ｃ４はチャージポンプ回路用の外付け部品である。ダイオードＤ７，Ｄ８は、モータ駆動用半導体装置１０に内蔵してもよい。チャージポンプ回路ＣＨを動作させるためのクロック信号ＶＣＬは、クロック信号入力端子Ｐ１２よりチャージポンプ回路ＣＨへ入力される。図１には図示していないが、クロック信号ＶＣＬは例えば、制御用半導体装置７が出力する。
【００３４】
内部電源回路１１は駆動回路用電源電圧Ｖｃｃを基に制御用半導体装置７の電源電圧
ＶＢを生成する。制御用半導体装置７の電源電圧ＶＢは、駆動回路用電源電圧Ｖｃｃより低い電圧である。ＶＢは制御用半導体装置７の電源電圧として使用されると共に、モータ駆動用半導体装置１０内の一部の回路においても電源電圧として使用される。電流極性検出回路１３は、例えばＵ相の電流極性を検出し、電流極性信号出力端子Ｐ７から、Ｕ相電流極性信号ＶＵＰを出力する。電流極性信号は、Ｕ相の電流極性信号でなくとも、Ｖ相またはＷ相の電流極性信号でもよい。
【００３５】
Ｖｃｃ不足電圧検出回路１４Ａは、駆動回路用電源電圧Ｖｃｃをモニタし、駆動回路用電源電圧Ｖｃｃがある閾値電圧以下となると、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃへ低電圧検知信号を出す。過電流検出回路１４Ｂは、シャント抵抗Ｒｓの電圧があるレベル以上となると
Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃへ過電流検知信号を出す。Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃは、Ｖｃｃ不足電圧検出回路１４ＡからのＶｃｃ低電圧検知信号もしくは過電流検出回路１４Ｂからの過電流検知信号を受け取ると、論理回路ＬＧ１へオフ信号を出力するとともに、Ｆａｕｌｔ信号出力端子Ｐ８からＦａｕｌｔ信号Ｖｆを出力する。Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃは、Ｖｃｃ低電圧信号または過電流検知信号を受け取ると、論理回路ＬＧ１へオフ指令信号を出力する。論理回路ＬＧ１は、Ｆａｕｌｔ回路１４Ｃよりオフ指令信号が入力されると、制御信号ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢのＨ／Ｌに関わらず全てのＩＧＢＴをオフする信号を出力する。
【００３６】
上記のように、本実施例の場合モータ駆動用半導体装置１０は、過電流やＶｃｃ低電圧などの異常を検知するとスイッチング素子をオフする。しかし、異常を検知した場合も、スイッチング素子をオフせず、異常が起きたことをＦａｕｌｔ信号Ｖｆとして制御用半導体装置７へ出力し、制御用半導体装置７がスイッチング素子をオフする制御信号を出力してもよい。
【００３７】
図２のＣ１，Ｃ２，Ｃ５は、電源安定化用コンデンサである。モータ駆動用半導体装置１０内が１つの半導体チップにて構成されている場合、その１つの半導体チップ内に高耐圧素子と低圧素子が混在する。この半導体チップ内の各素子の分離手段としては、誘電体分離（ＤＩ分離）やＳＯＩやＰＮ接合分離などが用いられる。
【００３８】
次に、電流極性検出回路１３の詳細について説明する。図３は、電流極性検出回路１３の第１の例である。図３では、電流極性検出回路１３がＵ相の電流極性を検出する例を示している。
【００３９】
図３に示すように、インバータ装置は、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４，Ｕ相上アーム駆動回路Ｋ１，Ｕ相下アーム駆動回路Ｋ４を有する。Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４の中点にコイル８が接続されている。Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１には、Ｕ相上アーム還流ダイオードＤ１が逆並列に接続されており、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｔ４には、Ｕ相下アーム還流ダイオードＤ４が逆並列に接続されている。
【００４０】
本実施例の電流極性検出回路１３は、レベルシフト回路Ｌ１及びラッチ回路Ｆ１を有する。レベルシフト回路Ｌ１は、Ｕ相出力電圧ＶＵＭをより低圧に変換して出力する。具体的には、Ｕ相出力電圧ＶＵＭが略高圧電源電圧ＶＤＣに等しいときには、ある電圧レベルの信号を出力する。以下に、これを“Ｈ”信号と称する。Ｕ相出力電圧ＶＵＭが略ゼロのときには、ゼロレベルの電圧信号を出力する。以下に、これを“Ｌ”信号と称する。“Ｈ”信号の電圧レベルは、ラッチ回路Ｆ１が“Ｈ”信号を検知出来るレベルであればよい。
例えば高圧電源電圧ＶＤＣが変化した場合、“Ｈ”信号の電圧レベルは、ラッチ回路Ｆ１が“Ｈ”信号を検知出来る電圧範囲内であれば高圧電源電圧ＶＤＣに依存して変化してもよい。
【００４１】
本実施例では、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４が共にオフのとき、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′の立ち上がりのタイミングにて、レベルシフト回路Ｌ１の出力電圧ＶＵＬをモニタすることにより、Ｕ相の電流極性を検出する。
【００４２】
ラッチ回路Ｆ１は、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′の立ち上がりのタイミングにてレベルシフト回路Ｌ１の出力電圧ＶＵＬを反転し、それをＵ相電流極性信号ＶＵＰとして出力する。ラッチ回路Ｆ１は、次にＵ相下アーム制御信号ＶＵＢ′が立ち上がるタイミングまでは、直前の信号を保持する。
【００４３】
図４は、図３に示す電流極性検出回路１３のタイミングチャートの例である。図４を参照して図３の電流極性検出回路１３の動作を説明する。図４のＡは、Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴ′、図４のＢは、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′を示す。図４のＣは、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１の動作、図４のＤは、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｔ４の動作を示す。Ｈがオン、Ｌがオフである。図４のＥは、ＩＵＭを示す。Ｕ相相電流ＩＵＭはＵ相出力端子からコイル８に流れ込む電流のことであり、コイル８へ向かって電流が流れ込むとき極性は正、コイル８から電流が流れ出すとき極性は負である。図４のＦは、Ｕ相出力電圧ＶＵＭ、図４のＧは、レベルシフト回路Ｌ１の出力電圧ＶＵＬ、図４のＨは、ラッチ回路Ｆ１の出力電圧を示す。図４のＩは、電流をモニタするタイミング、即ち、ラッチ回路Ｆ１がレベルシフト回路Ｌ１の出力電圧ＶＵＬをラッチするタイミングを示す。
【００４４】
図４のＡとＢを比較すると、Ｕ相上アーム制御信号ＶＵＴ′とＵ相下アーム制御信号
ＶＵＢ′が同時にオフとなる区間（デッドタイム）が設けられていることが分かる。これは、上下アームスイッチング素子が同時にオンとなることを防止するために設けたものである。
【００４５】
図４のＩに示すように、電流をモニタするタイミングは、図４のＢのＵ相下アーム制御信号ＶＵＢ′が“Ｌ”から“Ｈ”へ立ち上がる時点ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４である。図４のＢとＤを比較すると分かるように、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′に対してＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４の動作は僅かに遅れている。従って、Ｕ相下アーム制御信号
ＶＵＢ′が“Ｌ”から“Ｈ”へ立ち上がるタイミングｔ１では、図４のＣに示すようにＵ相上アームスイッチング素子Ｔ１はオフであり、図４のＤに示すようにＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４も未だオフである。
【００４６】
図４のＥのＵ相相電流ＩＵＭが負のとき、即ち、時点ｔ１，ｔ２では、電流はコイル８からＵ相上アーム還流ダイオードＤ１を通してモータ駆動用電源へ流れる。そのため、図４のＦに示すように、Ｕ相出力電圧ＶＵＭはほぼ高圧電源電圧ＶＤＣに等しくなる。
【００４７】
図４のＥのＵ相相電流ＩＵＭが正のとき、即ち、時点ｔ３，ｔ４では、電流はグランド電位ＧＮＤからＵ相下アーム還流ダイオードＤ４を通してコイル８へ流れる。そのため、図４Ｆに示すように、Ｕ相出力電圧ＶＵＭはほぼ０となる。
【００４８】
図４のＧのレベルシフト回路Ｌ１の出力電圧ＶＵＬは、図４のＦのＵ相出力電圧ＶＵＭを低減したものである。従って、出力電圧ＶＵＬの振幅は、Ｕ相出力電圧ＶＵＭの振幅より小さいが、波形は同じである。
【００４９】
図４のＨのＵ相電流極性信号ＶＵＰは、図４のＢのＵ相下アーム制御信号ＶＵＢ′の立ち上がりのタイミングにてレベルシフト回路Ｌ１の出力電圧ＶＵＬを反転したものである。
【００５０】
図４のＥとＩを比較すると、Ｕ相相電流ＩＵＭが負から正に変わると、Ｕ相電流極性
信号ＶＵＰは、“Ｌ”から“Ｈ”へ変わっていることが分かる。Ｕ相電流極性信号ＶＵＰが、“Ｌ”から“Ｈ”となるタイミングは、Ｕ相相電流ＩＵＭが正に変わって最初にＵ相下アーム制御信号ＶＵＢ′が立ち上がる時点ｔ３である。
【００５１】
図３では、レベルシフト回路Ｌ１の出力電圧ＶＵＬを直接ラッチ回路Ｆ１に入力している。しかし、間に１段以上のＭＯＳインバータを追加しても、同様の働きをする回路にできる。
【００５２】
図３では、下アーム制御信号ＶＵＢ′を直接ラッチ回路Ｆ１に入力している。しかし、間に１段以上のＭＯＳインバータを追加しても、同様の働きをする回路にできる。
【００５３】
図３および図４は、Ｕ相の電流極性を検出する例を示しているが、もちろん他相の電流を検出する場合も同様である。
【００５４】
図５は、電流極性検出回路１３の第２の例である。図５では、電流極性検出回路１３がＵ相の電流極性を検出する例を示している。図５に示すように、インバータ装置は、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４，Ｕ相上アーム駆動回路Ｋ１，Ｕ相下アーム駆動回路Ｋ４を有する。Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４の中点にコイル８が接続されている。Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１には、Ｕ相上アーム還流ダイオードＤ１が逆並列に接続されており、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｔ４には、Ｕ相下アーム還流ダイオードＤ４が逆並列に接続されている。Ｕ相下アームスイッチング素子Ｔ４とグランド電位ＧＮＤとの間にはシャント抵抗Ｒｓが接続されている。
【００５５】
図５に示す電流極性検出回路１３は、コンパレータＣＭ１及びラッチ回路Ｆ２を有する。コンパレータＣＭ１は、シャント抵抗Ｒｓの電圧ＶＵＲの正負判定を行う。ラッチ回路Ｆ２は、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′の立ち下がりのタイミングにてコンパレータ出力電圧ＶＵＣを反転し、それをＵ相電流極性信号ＶＵＰとして出力する。ラッチ回路Ｆ２は、次にＵ相下アーム制御信号ＶＵＢ′が立ち下がるタイミングまでは、直前の信号を保持する。
【００５６】
図５では、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１がオフ且つＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４がオンのとき、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′の立ち下がりタイミングで、シャント抵抗Ｒｓに流れる電流の向きをモニタすることによりＵ相の電流極性を検出する。
【００５７】
図６は、図５に示す電流極性検出回路１３のタイミングチャートの例である。図６を参照して図５の電流極性検出回路１３の動作を説明する。図６のＡは、上アーム制御信号
ＶＵＴ′、図６のＢは、下アーム制御信号ＶＵＢ′を示す。図６のＣは、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｔ１の動作、図６のＤは、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｔ４の動作を示す。Ｈがオン、Ｌがオフである。図６のＥは、Ｕ相相電流ＩＵＭを示す。Ｕ相相電流IUMは、Ｕ相出力端子からコイル８に流れ込む電流のことであり、コイル８へ向かって電流が流れ込むとき極性は正、コイル８から電流が流れ出すとき極性は負である。図６のＦは、シャント抵抗Ｒｓの電圧ＶＵＲ、図６のＧは、コンパレータＣＭ１の出力電圧ＶＵＣ、図６のＨは、ラッチ回路Ｆ２の出力電圧を示す。図６のＩは、電流をモニタするタイミング、即ち、ラッチ回路Ｆ２がコンパレータＣＭ１の出力電圧ＶＵＣをラッチするタイミングを示す。
【００５８】
図６のＩに示すように、電流をモニタするタイミングは、Ｕ相下アーム制御信号VUB′が“Ｈ”から“Ｌ”へ立ち下がる時点ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４である。図６のＢとＤを比較すると分かるように、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′に対してＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４の動作は僅かに遅れている。従って、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′が“Ｈ”から“Ｌ”へ立ち下がるタイミングｔ１では、図６のＣに示すようにＵ相上アームスイッチング素子Ｔ１はオフであり、図６のＤに示すようにＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４は未だオンである。
【００５９】
図６のＥのＵ相相電流ＩＵＭが負のとき、即ち、時点ｔ１，ｔ２では、図６のＤに示すようにＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４がオンであり、電流はコイル８からＵ相下アームスイッチング素子Ｔ４，シャント抵抗Ｒｓを介してグランド電位ＧＮＤへ流れる。そのため図６のＦに示すように、シャント抵抗Ｒｓの電圧ＶＵＲは正となる。
【００６０】
図６のＥのＵ相相電流ＩＵＭが正のとき、即ち、時点ｔ３，ｔ４では、図６のＣに示すようにＵ相上アームスイッチング素子Ｔ１がオフであるため、電流はグランド電位ＧＮＤからシャント抵抗Ｒｓ，Ｕ相下アーム還流ダイオードＤ４を介してコイル８へ流れる。そのため、図６のＦに示すように、シャント抵抗Ｒｓの電圧ＶＵＲは負となる。
【００６１】
図６のＧのコンパレータ出力電圧ＶＵＣは、シャント抵抗Ｒｓの電圧ＶＵＲの正負判定結果を示す。シャント抵抗Ｒｓの電圧ＶＵＲが正の場合、コンパレータ出力電圧ＶＵＣは“Ｈ”、シャント抵抗Ｒｓの電圧ＶＵＲが負の場合、コンパレータ出力電圧ＶＵＣは“Ｌ”となる。
【００６２】
図６のＨのＵ相電流極性信号ＶＵＰは、Ｕ相下アーム制御信号ＶＵＢ′の立ち下がりのタイミングにて、コンパレータ出力電圧ＶＵＣを反転したものである。
【００６３】
図６のＥとＨを比較すると、Ｕ相相電流ＩＵＭが負から正に変わると、Ｕ相電流極性信号ＶＵＰは、“Ｌ”から“Ｈ”へ変わっていることが分かる。Ｕ相電流極性信号ＶＵＰが、“Ｌ”から“Ｈ”となるタイミングは、Ｕ相相電流ＩＵＭが正に変わって最初にＵ相下アーム制御信号ＶＵＢ′が立ち下がる時点ｔ３である。
【００６４】
図５では、コンパレータＣＭ１の出力電圧ＶＵＣを直接ラッチ回路Ｆ２に入力している。しかし、間に１段以上のＭＯＳインバータを追加しても、同様の働きをする回路にできる。図５では、下アーム制御信号ＶＵＢ′を直接ラッチ回路Ｆ２に入力している。しかし、間に１段以上のＭＯＳインバータを追加しても、同様の働きをする回路にできる。なお、図５および図６は、Ｕ相の電流極性を検出する例を示しているが、もちろん他相の電流を検出する場合も同様である。
【００６５】
次に、制御用半導体装置７が行う制御について説明する。図７は、本発明での制御法の例を示すタイミングチャートである。図７のＡは、キャリア信号（三角波）Ｖｃａ，Ｕ相変調信号Ｖｕ，Ｖ相変調信号Ｖｖ，Ｗ相変調信号Ｖｗを示す。図７のＢはＵ相上アーム制御信号ＶＵＴ、図７のＣはＵ相下アーム制御信号ＶＵＢ、図７のＤはＶ相上アーム制御信号ＶＶＴ、図７のＥはＶ相下アーム制御信号ＶＶＢ、図７のＦは、Ｗ相上アーム制御信号ＶＷＴ、図７のＧはＷ相下アーム制御信号ＶＷＢを示す。図７のＨは、Ｕ相相電流ＩＵＭ，Ｖ相相電流ＩＶＭ，Ｗ相相電流ＩＷＭを示す。図７のＩはＵ相電流極性信号ＶＵＰ、図７のＪはＵ相誘起電圧Ｖｉ、図７のＫはＵ相磁極位置信号ＶＨＵ、図７のＬはＶ相磁極位置信号ＶＨＶ、図７のＭは回転数信号ＦＧを示す。
【００６６】
モータの正弦波駆動を行うために、まず、正弦波状の変調信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する。その正弦波状の変調信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとキャリア信号（三角波）Ｖｃａとの比較により、制御信号ＶＵＴ，ＶＵＢ，ＶＶＴ，ＶＶＢ，ＶＷＴ，ＶＷＢを生成する。これらの制御信号に基づきスイッチング素子を駆動しコイル８に相電圧を印加することにより、コイル８には正弦波状の相電流ＩＵＭ，ＩＶＭ，ＩＷＭが流れる。コイル８に正弦波状の相電流ＩＵＭ，ＩＶＭ，ＩＷＭを流すためには、変調信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは正弦波状でなくてもよく、変調信号間の電圧Ｖｕ−Ｖｖ，Ｖｖ−Ｖｗ，Ｖｗ−Ｖｕが正弦波状であればよい。変調信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが正弦波状でない正弦波駆動方式の例としては、
ＨＩＰ変調方式と呼ばれるものや、２相変調方式と呼ばれるもの等がある。これらの方式は、変調率を１より大きくすることができるというメリットがあるため、一般的によく使用されている。制御用半導体装置７が行う正弦波駆動方式は、ＨＩＰ変調方式や２相変調方式等の変調信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが正弦波状でない方式でもよい。
【００６７】
次にモータの相電流の位相制御法について述べる。電流極性検出回路１３により、ある１相の電流極性信号を生成する。図７の例ではＵ相の電流極性信号ＶＵＰを生成している。モータの効率を最大とするためには、相電流と誘起電圧の位相差を制御する必要がある。
【００６８】
効率が最大となる相電流の位相は、誘起電圧の位相と一致もしくはほぼ一致する位相である。また、誘起電圧と磁極位置信号の位相差は、ホールＩＣの取り付け位置により決まるある一定の値である。なお、図７では、Ｕ相誘起電圧ＶｉとＵ相磁極位置信号ＶＨＵの位相差をΔθａと示している。
【００６９】
電流極性信号ＶＵＰと磁極位置信号ＶＨＵの位相差を制御することにより、モータの効率を最大にできる。図７では、Ｕ相電流極性信号ＶＵＰとＵ相磁極位置信号との位相差をΔθｂと示している。制御用半導体装置７は、電流極性信号ＶＵＰと磁極位置信号ＶＨＵよりΔθｂを求め、Δθｂがモータの効率が最大となる所定の値からずれていた場合、変調信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの位相を進ませるもしくは遅らせることにより、コイル８に印加する相電圧の位相を制御し、Δθｂを最適な値に近づけていく。このとき各相の変調信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの相対位置は、もちろん電気角１２０度に維持する。このような制御により、１相分の電流極性信号を基に、３相全ての相電流を最適な位相にできる。但し、電流位相制御の精度を上げる等の理由のために、２相または３相の電流極性信号を用い同様の制御を行ってもよい。
【００７０】
電流極性信号を基に上述した方法により、モータの相電圧の位相を制御することによるモータの相電流の位相制御を行うと、高価な電流センサを用いる必要はなく、また高価なマイコンを用い高度な演算処理を行う必要がなくなり、比較的低コストにて、正弦波駆動方式によるモータのトルクリップルの低減および電流位相制御によるモータの高効率運転を実現できる。電流極性信号には、“Ｌ”から“Ｈ”への信号の立ち上がりのタイミングと、“Ｈ”から“Ｌ”への信号の立ち下がりのタイミングがある。制御用半導体装置７は、電流極性信号の立ち上がりのみ、または立ち下がりのみを用いて制御を行ってもよい。そのため、電流極性信号は、立ち上がりもしくは立ち下がりの一方が制御に必要な精度の正確性を持っていれば、他方は大きな誤差を含んでいてもよい。
【００７１】
図１１は、本実施例を示す図１を簡略表現した図である。図１１では、制御用半導体装置７，コイル８，ホールＩＣ９，モータ駆動用半導体装置１０，電流極性検出回路１３と配線以外は省略し図示していない。図１１に示すように、本実施例では、モータ駆動用半導体装置１０が電流極性検出回路１３を備える場合を示している。
【００７２】
なお、本実施例で、モータ駆動用半導体装置１０が、電流極性検出回路１３の一部分を備え、他の部分がモータ駆動用半導体装置１０の外に配置されていてもよい。このような例としては、電流極性検出回路１３に図５の回路を用い、モータ駆動用半導体装置１０がコンパレータＣＭ１とラッチ回路Ｆ２を備え、シャント抵抗Ｒｓにはディスクリートの抵抗を使用する場合などがある。
【００７３】
電流極性検出回路１３に、例えば図３の回路方式を用いた場合、電流極性検出回路１３はレベルシフト回路Ｌ１を含む。レベルシフト回路Ｌ１には高圧電源電圧ＶＤＣ程度の高い電圧が印加されるため、レベルシフト回路Ｌ１は高耐圧の回路である必要がある。そのため、このような場合、電流極性検出回路１３を、モータ駆動用半導体装置１０内に備えると、最も低コストでかつコンパクトにできる。
【実施例２】
【００７４】
本実施例を図１２に示す。図１２は実施例１の図１１に相当する簡略表現した図である。本実施例では、実施例１に示した電流極性検出回路１３が図３や図５に示すように、回路の部品数は少ないことから、電流極性検出回路１３をモータ駆動用半導体装置１０や制御用半導体装置７の外に配置した。これ以外は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００７５】
本実施例を図１３に示す。図１３は実施例１の図１１に相当する簡略表現した図である。図１３でのＶＵＰＡは、電流極性情報を含んだ電圧のことである。本実施例で図３の回路の動作原理を用いて電流極性を検出する場合、例えば、レベルシフト回路Ｌ１の出力電圧ＶＵＬを電流極性情報を含んだ電圧ＶＵＰＡとして、制御用半導体装置７に入力し、ラッチ回路Ｆ１の働きを制御用半導体装置７内で行う。本実施例で図５の回路の動作原理を用いて電流極性を検出する場合、例えば、シャント抵抗Ｒｓの電圧ＶＵＲを電流極性情報を含んだ電圧ＶＵＰＡとして、制御用半導体装置７に入力し、コンパレータＣＭ１とラッチ回路Ｆ２の働きを制御用半導体装置７内で行う。制御用半導体７内での処理は、制御用半導体装置７内の回路、またはソフト、または回路とソフトの両方にて行う。他は実施例１と同様である。
【実施例４】
【００７６】
図１４に本実施例を示す。図１４は、実施例１の図１１相当の簡略表現した図である。
本実施例では、モータ駆動用半導体装置１０を、電流極性検出回路１３を備えたプリドライブ半導体装置１０Ａと、モータ駆動用スイッチング素子１０Ｂに分けている。本実施例の構成では、モータ駆動用スイッチング素子１０Ｂを大電流用のスイッチング素子とすることにより、より大容量のモータの駆動が可能となる。
【００７７】
図１５は、プリドライブ半導体装置１０Ａとモータ駆動用スイッチング素子１０Ｂの詳細を示す図である。スイッチング素子Ｔ１′〜Ｔ６′は、本実施例ではＮＭＯＳＦＥＴを使用しているが、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタでもよい。また、パワーMOSFETを使用する場合は、上アームスイッチング素子Ｔ１′〜Ｔ３′にはＰＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。スイッチング素子Ｔ１′〜Ｔ６′にパワーＭＯＳＦＥＴを使用する場合は、還流ダイオードＤ１′〜Ｄ６′として、ＭＯＳＦＥＴ内部の寄生ダイオードを使用してもよい。
【００７８】
図１５は、図２のモータ駆動用半導体装置１０をプリドライブ半導体装置１０Ａとモータ駆動用スイッチング素子１０Ｂに分けたものであり、他は図２と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７９】
図１５では、プリドライブ部がワンパッケージに樹脂、例えばシリカなどのフィラを配合したエポキシ系樹脂で封止したプリドライブ半導体装置１０Ａ１個にて構成されているが、プリドライブ部が複数のＩＣにて構成される場合もある。この様な例としては、１相分のプリドライブ半導体装置３個にて構成するものがある。また、上アームスイッチング素子として、ＰＭＯＳＦＥＴやＰＮＰトランジスタを用いる場合は、プリドライブ部が非常に簡単な回路構成で実現可能なため、プリドライブ部にＩＣを用いずにバイポーラトランジスタや抵抗等を用いたディスクリート回路にて構成することも可能である。
【００８０】
図１５の例では、モータ駆動用スイッチング素子１０Ｂをワンパッケージに樹脂で封止しているが、複数のパッケージにて構成する場合もある。例えば、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を別々のパッケージに樹脂で封止して、２個のパッケージで構成する場合や、６個のスイッチング素子を全て別々のパッケージとする場合や、１相分の上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を１つのパッケージ内に収め、計３個のパッケージで構成する場合などがある。
【実施例５】
【００８１】
図１６に本実施例を示す。図１６は、実施例１の図１１に相当する簡略表現した図である。本実施例は、制御用半導体チップ７′とモータ駆動用半導体チップ１０′を１つのパッケージ内に配置した。図１６の符号１７が、制御用半導体チップを内蔵したワンパッケージモータ駆動用半導体装置である。制御用半導体チップ７′とモータ駆動用半導体チップ１０′との間の配線は、例えばパッケージ内部のワイヤーボンディングにて接続する。
制御用半導体チップ７′の機能は、実施例１の制御用半導体装置７と同様であり、モータ駆動用半導体チップ１０′の機能は、実施例１のモータ駆動用半導体装置１０と同様である。
【００８２】
モータ駆動用半導体チップ１０′は、モータ駆動時は発熱して温度が上昇する。制御用半導体チップ７′の温度上昇を抑えるために、制御用半導体チップ７′とモータ駆動用半導体チップ１０′とは、別々のステージ上に配置する。図１６では、電流極性検出回路
１３は、モータ駆動用半導体チップ１０′内に含まれているが、電流極性の検出を、制御用半導体チップ７′内で行ってもよい。また、図１６では、モータ駆動部は、モータ駆動用半導体チップ１０′のワンチップ構成となっているが、モータ駆動部を複数のチップで構成してもよい。いずれの場合も、モータ駆動部とマイコンをワンパッケージにて構成しているため、２パッケージ以上の場合と比べ、小型化を図ることが出来る。制御用半導体チップ７′は、汎用のマイコンのチップでもモータ駆動専用ＩＣのチップでもよい。
【実施例６】
【００８３】
図１７に本実施例を示す。図１７は、実施例１の図１１に相当する簡略表現した図である。本実施例では、制御用半導体チップ７′とプリドライブ半導体チップ１０Ａ′を１つのパッケージ内に配置した。図１７の符号１８が、制御用半導体チップ内蔵ワンパッケージプリドライブ半導体装置である。制御用半導体チップ７′とプリドライブ半導体チップ１０Ａ′間の配線は、例えばパッケージ内部のワイヤーボンディングにて接続する。本実施例では、モータ駆動用スイッチング素子１０Ｂを大電流用のスイッチング素子とすることにより、大容量のモータの駆動が可能となる。制御用半導体チップ７′の機能は実施例１の制御用半導体装置７と同様であり、プリドライブ半導体チップ１０Ａ′の機能は、実施例４のプリドライブ半導体装置１０Ａと同様である。図１７では、電流極性検出回路
１３は、プリドライブ半導体チップ１０Ａ′内に含まれているが、電流極性の検出を、制御用半導体チップ７′内で行ってもよい。プリドライブ半導体チップ１０Ａ′はスイッチング素子を含まないため、プリドライブ半導体チップ１０Ａ′の温度上昇は、図１６のモータ駆動用半導体チップ１０′より小さい。そのため、制御用半導体チップ７′とプリドライブ半導体チップ１０Ａ′は、同じステージ上に配置してもよい。
【実施例７】
【００８４】
図８に、本実施例のモータ５の構造の例を示す。図８に示すモータは３相モータであって、実施例１の図１に示した、制御用半導体装置７とモータ駆動用半導体装置１０と高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６とシャント抵抗ＲｓとホールＩＣ９とを、モータ内蔵基板６上に配置している。本実施例のモータ５では、モータの筐体下部５Ｂにコイル８をはめ込む。永久磁石回転子２２を、コイル８に触れないよう適切なギャップを設けて、コイル内部に設置する。永久磁石回転子２２の上部に、モータ内蔵基板６を設置する。モータ内蔵基板６に配置した、ホールＩＣ９は、永久磁石回転子２２の磁極位置を検出し易くするために、永久磁石回転子２２側の面（図８では下側の面）に配置する。例えば、制御用半導体装置７と高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６とシャント抵抗
Ｒｓは永久磁石回転子２２側の面（図８では下側の面）に配置し、モータ駆動用半導体装置１０は永久磁石回転子２２と反対側の面（図８では上側の面）に配置する。
【００８５】
温度検出回路１６を制御用半導体装置７の温度検出に用いる場合は、温度検出回路１６内のサーミスタを制御用半導体装置７の近くに配置する。モータ内蔵基板６には、コイル接続端子２１を配置し、半田付けによりコイル８を接続する。モータ内蔵基板６に配線
２０を半田付けにより接続する。引き出し配線２０は、ＶＤＣ用配線，Ｖｃｃ用配線，
Ｖｓｐ用配線，ＦＧ用配線，ＧＮＤ用配線の５本の線からなる。モータの筐体上部５Ａは、蓋のようにモータ内蔵基板６の上部に設置される。そのため、モータを組み立てた状態では、モータ内蔵基板６はモータの筐体上部５Ａとモータの筐体下部５Ｂからなるモータ筐体の内部に配置される。
【００８６】
モータ５は、モータの筐体下部５Ｂを用いず、替わりにコイル８をモールドした構造でもよい。このときの図を図１８に示す。図１８の５Ｃが、モールドされたコイルである。他は図８と同様である。
【００８７】
モータ５は、モータの筐体上部５Ａとモータの筐体下部５Ｂを用いずに、替わりにコイル８とモータ内蔵基板６をモールドした構造でもよい。このときの図を図１９に示す。図１９は、図８や図１８とは異なり、モータの完成状態を図にしたものである。モールド部５Ｄには、コイル８とモータ内蔵基板６がモールドされており、モータ内蔵基板６には、図８と同様に、制御用半導体装置７とモータ駆動用半導体装置１０と高圧電源電圧検出回路１５と温度検出回路１６とシャント抵抗ＲｓとホールＩＣ９が配置されている。
【実施例８】
【００８８】
本実施例は、実施例７に記載のモータを空調機に適用した。本実施例の空調機は、冷媒を圧縮する圧縮機と室外熱交換器と、圧縮機を駆動する圧縮機駆動モータと、室外熱交換器に送風する室外機ファンモータとを室外機に備え、室内熱交換器と室内熱交換器に送風する室内機ファンモータとを室内機に備え、冷媒の流れる方向をバルブで切替えて冷房あるいは暖房を行う。
【００８９】
空調機器の室外機ファンモータに従来技術の１２０度通電方式のモータを用いると、モータの振動による騒音が発生する。この騒音を低減するために、１２０度通電方式のモータでは、防振用のゴムを使用している。防振用のゴムは、例えば、ファンモータを室外機本体に固定する固定部と、永久磁石回転子の永久磁石とシャフトの間もしくはシャフトとファンの間とに使用している。本実施例では、正弦波駆動方式によりモータのトルクリップルを低減しモータの振動を低減しているため、防振用のゴムは使用しなくても騒音を低減できる。なお、さらに騒音を下げるために、本発明によるモータに防振用のゴムを使用しても勿論良い。
【００９０】
また、空調機の室内機ファンモータに実施例７に記載のモータを用いても良く、その場合もモータの振動が少ないので、室外機の場合と同様に騒音が少ない運転を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】実施例１の説明図。
【図２】実施例１のモータ駆動用半導体装置の詳細説明図。
【図３】実施例１の電流極性検出回路の説明図。
【図４】図３に示す電流極性検出回路のタイミングチャート。
【図５】実施例１の別の電流極性検出回路の説明図。
【図６】図５に示す別の電流極性検出回路のタイミングチャート。
【図７】実施例１の制御法の例を示すタイミングチャート。
【図８】実施例７のモータの第１の構造例の説明図。
【図９】従来技術の説明図。
【図１０】従来技術のタイミングチャート。
【図１１】図１を簡略表現した説明図。
【図１２】実施例２の説明図。
【図１３】実施例３の説明図。
【図１４】実施例４の説明図。
【図１５】実施例４のプリドライブ半導体装置とモータ駆動用スイッチング素子の詳細説明図。
【図１６】実施例５の説明図。
【図１７】実施例６の説明図。
【図１８】実施例７のモータの第２の構造例の説明図。
【図１９】実施例７のモータの第３の構造例の説明図。
【符号の説明】
【００９２】
１  商用電源
２  電源回路
３  マイコン
４  第１の基板
５，５Ｃ  モータ
５Ａ  モータの筐体上部
５Ｂ  モータの筐体下部
５Ｃ  モールドされたコイル
５Ｄ  モールド部
６，６Ｃ  モータ内蔵基板
７  制御用半導体装置
７′  制御用半導体チップ
８  コイル
９，９Ｃ  ホールＩＣ
１０  モータ駆動用半導体装置
１０′  モータ駆動用半導体チップ
１０Ａ  プリドライブ半導体装置
１０Ｂ  モータ駆動用スイッチング素子
１０Ｃ  １２０度通電方式モータ駆動用半導体装置
１１  内部電源回路
１３  電流極性検出回路
１３Ａ  電流極性検出機能
１４  保護回路
１４Ａ  Ｖｃｃ不足電圧検出回路
１４Ｂ  過電流検出回路
１４Ｃ  Ｆａｕｌｔ回路
１５  高圧電源電圧検出回路
１６  温度検出回路
１７  制御用半導体チップ内蔵ワンパッケージモータ駆動用半導体装置
１８  制御用半導体チップ内蔵ワンパッケージプリドライブ半導体装置
２０  引き出し配線
２１  コイル接続端子
２２  永久磁石回転子
Ｔ１，Ｔ１′  Ｕ相上アームスイッチング素子
Ｔ２，Ｔ２′  Ｖ相上アームスイッチング素子
Ｔ３，Ｔ３′  Ｗ相上アームスイッチング素子
Ｔ４，Ｔ４′  Ｕ相下アームスイッチング素子
Ｔ５，Ｔ５′  Ｖ相下アームスイッチング素子
Ｔ６，Ｔ６′  Ｗ相下アームスイッチング素子
Ｄ１，Ｄ１′  Ｕ相上アーム還流ダイオード
Ｄ２，Ｄ２′  Ｖ相上アーム還流ダイオード
Ｄ３，Ｄ３′  Ｗ相上アーム還流ダイオード
Ｄ４，Ｄ４′  Ｕ相下アーム還流ダイオード
Ｄ５，Ｄ５′  Ｖ相下アーム還流ダイオード
Ｄ６，Ｄ６′  Ｗ相下アーム還流ダイオード
ＫＴ  上アーム駆動回路
ＫＢ  下アーム駆動回路
ＦＬ１  フィルタ回路
Ｋ１  Ｕ相上アーム駆動回路
Ｋ４  Ｕ相下アーム駆動回路
ＬＧ１  論理回路
ＣＨ  チャージポンプ回路
Ｒｓ  シャント抵抗
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５  電源安定化用コンデンサ
Ｃ３，Ｃ４  チャージポンプ回路用コンデンサ
Ｄ７，Ｄ８  チャージポンプ回路用ダイオード
Ｐ１  Ｕ相上アーム制御信号入力端子
Ｐ２  Ｖ相上アーム制御信号入力端子
Ｐ３  Ｗ相上アーム制御信号入力端子
Ｐ４  Ｕ相下アーム制御信号入力端子
Ｐ５  Ｖ相下アーム制御信号入力端子
Ｐ６  Ｗ相下アーム制御信号入力端子
Ｐ７  電流極性信号出力端子
Ｐ８  Ｆａｕｌｔ信号出力端子
Ｐ９  Ｕ相出力端子
Ｐ１０  Ｖ相出力端子
Ｐ１１  Ｗ相出力端子
Ｐ１２  クロック信号入力端子
Ｌ１  レベルシフト回路
Ｆ１，Ｆ２  ラッチ回路
ＣＭ１  コンパレータ
ＶＤＣ  高圧電源電圧
Ｖｃｃ  駆動回路用電源電圧
Ｖｓｐ  速度指令信号
ＦＧ  回転数信号
ＧＮＤ  グランド電位
ＶＨＵ，ＶＨＵ′  Ｕ相磁極位置信号
ＶＨＶ，ＶＨＶ′  Ｖ相磁極位置信号
ＶＨＷ′  Ｗ相磁極位置信号
Ｖｍ  マイコン用電源電圧
ＶＢ  制御用半導体の電源電圧
ＶＵＭ，ＶＵＭ′  Ｕ相出力電圧
ＶＶＭ，ＶＶＭ′  Ｖ相出力電圧
ＶＷＭ，ＶＷＭ′  Ｗ相出力電圧
ＶＵＴ，ＶＵＴ′  Ｕ相上アーム制御信号
ＶＶＴ  Ｖ相上アーム制御信号
ＶＷＴ  Ｗ相上アーム制御信号
ＶＵＢ，ＶＵＢ′  Ｕ相下アーム制御信号
ＶＶＢ  Ｖ相下アーム制御信号
ＶＷＢ  Ｗ相下アーム制御信号
ＶＵＰ  Ｕ相電流極性信号
ＶＵＰＡ  電流極性情報を含んだ電圧
Ｖｆ  フォルト信号
Ｖｈ  高圧電源電圧信号
Ｖｔ  温度信号
ＶＣＬ  クロック信号
ＶＣＰ  上アームＩＧＢＴ駆動用電源電圧
ＶＵＬ  レベルシフト回路の出力電圧
ＩＵＭ  Ｕ相相電流
ＩＶＭ  Ｖ相相電流
ＩＷＭ  Ｗ相相電流
ＶＵＲ  シャント抵抗の電圧
ＶＵＣ  コンパレータ出力電圧
ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４  電流をモニタするタイミング
Ｖｃａ  キャリア信号
Ｖｕ  Ｕ相変調信号
Ｖｖ  Ｖ相変調信号
Ｖｗ  Ｗ相変調信号
Ｖｉ  Ｕ相誘起電圧
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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