(57)【要約】【課題】異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができるモータ制御装置を低コストで提供する。【解決手段】モータ制御装置１の各相に電流遮断回路２３、３８を設ける。プリドライバ回路１２〜１４のスイッチ素子２０、２１、３５、３６のいずれかに外乱が印加され、接合破壊のために短絡故障して大電流が流れたときに、電流遮断回路２３、３８によって故障したプリドライバ回路１２、１３または１４に流れる電流を遮断し、電源電圧の低下を防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相モータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記三相モータを駆動するために前記三相モータの各相ごとに設けられた半導体スイッチ素子と、
前記半導体スイッチ素子の動作を制御するために前記三相モータの各相ごとに設けられたプリドライバ回路と、
前記プリドライバ回路へ電流を供給する電源回路と、
モータ制御信号を演算して出力する演算処理装置と、
前記演算処理装置から出力されたモータ制御信号に基づいて、前記三相モータの各相の駆動信号を出力する論理回路と、
前記論理回路から出力された駆動信号に基づいて、前記プリドライバ回路の動作を制御する駆動回路と、
前記電流が所定値以上であるときに、前記電源回路から前記プリドライバ回路への前記電流の供給を遮断する電流遮断回路とを備える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、
前記半導体スイッチ素子は、各相の高電圧側に設けられたハイサイド半導体スイッチ素子と、各相の低電圧側に設けられたロウサイド半導体スイッチ素子とを含み、
前記プリドライバ回路は、各相の前記ハイサイド半導体スイッチ素子に対応して設けられたハイサイドプッシュプル回路と、各相の前記ロウサイド半導体スイッチ素子に対応して設けられたロウサイドプッシュプル回路とを含み、
前記電流遮断回路は、前記ハイサイドプッシュプル回路および前記ロウサイドプッシュプル回路のいずれか少なくとも一方への前記電流の供給を遮断することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記電流遮断回路は、
前記電源回路と前記プリドライバ回路との間に設けられた電圧フォロワ回路と、
前記電流の大きさを検出する電流検出回路とを含み、
前記電流検出回路により検出された前記電流の大きさが前記所定値以上である場合、前記電圧フォロワ回路の出力電圧を変化させることにより、前記電源回路から前記プリドライバ回路への前記電流の供給を遮断することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記電流遮断回路は、
前記電源回路と前記プリドライバ回路との間に設けられた過電流遮断用ヒューズを含み、
前記電流の大きさが前記所定値以上である場合、前記過電流遮断用ヒューズが溶断することにより、前記電源回路から前記プリドライバ回路への前記電流の供給を遮断することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記プリドライバ回路は、前記三相モータの各相ごとに前記電源回路に対して並列に接続された複数のプッシュプル回路を含み、
前記電流遮断回路は、前記電源回路から前記複数のプッシュプル回路のいずれか少なくとも１つへの前記電流の供給を遮断することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記電流遮断回路は、前記電流が所定値以上であるときに、前記演算処理装置または前記論理回路のいずれか少なくとも一方へ故障診断信号を出力することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記プリドライバ回路、前記論理回路、前記駆動回路および前記電流遮断回路を少なくとも含む複数の回路を集積化した半導体装置を有す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、主に車載用の電動パワーステアリング装置、電動ウォーターポンプ装置、電動オイルポンプ装置、インバータ装置等に使用する三相モータを制御するためのモータ制御装置に関する。特に、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができるモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全、エネルギー有効利用及び安全性能向上の観点から、車両の重量軽減による燃費の向上等を目的として、従来の油圧によるパワーアシスト装置の代わりに、モータを用いてトルクアシストを行う電動パワーステアリング装置技術（EPS：Electric Power Steering）が導入されている。電動パワーステアリング装置は、従来の油圧パワーステアリング装置のように常に油圧ポンプを回す必要がなく、必要なときだけモータを回して駆動力をアシストするため、燃費の改善に効果がある。例えば、電動パワーステアリング装置のアシスト用モータには、比較的俊敏で高トルクを発生でき、制御が容易な三相ブラシレスDCモータが用いられている。
【０００３】
上記のようなモータの駆動を制御するためのモータ制御装置では、直流電力からモータの駆動電力を発生させるために半導体スイッチ素子が一般に用いられている。こうしたモータ制御装置において、外部要因により発生する誘導ノイズや過渡サージ等の外乱は、半導体スイッチ素子の故障を招くおそれがある。そこで、半導体スイッチ素子の故障を検出するための様々な技術が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、三相ブラシレスDCモータの駆動回路において、各相の出力電圧を検出し、いずれか一相の電圧が所望の電圧を満たさない場合は半導体スイッチ素子の異常であるとして三相駆動回路の供給電源を遮断させる技術が開示されている。また、特許文献２には、三相交流モータ駆動用のインバータ回路において、駆動対象のモータの各相について電源側（ハイサイド）とグランド側（ロウサイド）に半導体スイッチ素子とヒューズをそれぞれ設け、ヒューズが溶断されたことを故障診断装置により検知することで各相の半導体スイッチ素子の故障を検出すると、二相駆動によりモータを応急運転する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−４６４９１号公報
【特許文献２】特開２００４−１２０８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された技術では、いずれか一相の半導体スイッチ素子の異常が検出された場合、三相全ての駆動回路の供給電源が遮断されるため、それ以上モータ駆動を続けることができない。また、特許文献２に記載された技術では、モータ駆動用の半導体スイッチ素子に対して直列にヒューズが接続されるため、許容電流が大きなヒューズを使用する必要があり、コストアップにつながる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるモータ制御装置は、三相モータを制御するためのものであって、三相モータを駆動するために三相モータの各相ごとに設けられた半導体スイッチ素子と、半導体スイッチ素子の動作を制御するために三相モータの各相ごとに設けられたプリドライバ回路と、プリドライバ回路へ電流を供給する電源回路と、モータ制御信号を演算して出力する演算処理装置と、演算処理装置から出力されたモータ制御信号に基づいて、三相モータの各相の駆動信号を出力する論理回路と、論理回路から出力された駆動信号に基づいて、プリドライバ回路の動作を制御する駆動回路と、電流が所定値以上であるときに、電源回路からプリドライバ回路への電流の供給を遮断する電流遮断回路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができるモータ制御装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるモータ制御装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による電流遮断回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に関するタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態による電流遮断回路の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態によるプリドライバ回路の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に関するタイミングチャートである。
【図７】従来技術によるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（従来技術の説明）
以下に本発明の実施の形態について説明する。最初に、図７を用いて本発明の従来技術についての説明を行う。図７は、従来技術によるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【００１１】
図７に示すモータ制御装置１´は、三相モータ２の駆動を制御するためのものであり、半導体装置３、電源回路４および演算処理装置１０と、バッテリ電圧８とグランド９の間にそれぞれ接続されたモータ駆動用のハイサイド半導体スイッチ素子２７〜２９およびロウサイド半導体スイッチ素子４２〜４４とを有する。
【００１２】
半導体装置３は、昇圧回路５および論理回路１１と、三相モータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相にそれぞれ対応するプリドライバ回路１２〜１４とを有している。これらの各回路は、半導体装置３において集積化されており、一体化された集積回路としての半導体装置３を構成している。
【００１３】
プリドライバ回路１２〜１４の各々は、ハイサイド半導体スイッチ素子２７〜２９に対応するハイサイドプッシュプル回路１９を構成する半導体スイッチ素子２０および２１と、ロウサイド半導体スイッチ素子４２〜４４に対応するロウサイドプッシュプル回路３４を構成する半導体スイッチ素子３５および３６と、これらのプッシュプル回路１９、３４の動作をそれぞれ制御する駆動回路２２、３７とを有する。なお、図７では各相のプリドライバ回路１２〜１４を代表してＵ相のプリドライバ回路１２の構成を図示しているが、他のＶ相、Ｗ相のプリドライバ回路１３、１４も同様の構成を有している。したがって、以下では、各相のプリドライバ回路１２〜１４を代表して、Ｕ相のプリドライバ回路１２の動作を中心に説明を行うこととする。
【００１４】
電源回路４は、所定の電源電圧を生成して半導体装置３へ出力する。半導体装置３において入力された電源電圧は、電源供給配線６を介して昇圧回路５およびプリドライバ回路１２のロウサイドプッシュプル回路３４へ供給される。昇圧回路５は、電源回路４から電源供給配線６を介して供給された電源電圧を昇圧し、電源電圧よりも高い昇圧電圧を昇圧電圧供給配線７を介してプリドライバ回路１２のハイサイドプッシュプル回路１９へ供給する。これは、ハイサイド半導体スイッチ素子２７をオンするためにハイサイドプッシュプル回路１９からハイサイド半導体スイッチ素子２７へ出力するゲート−ソース間電圧は、Ｕ相のモータ出力配線４５におけるモータ駆動出力の電圧レベルよりも高くする必要があるためである。プリドライバ回路１２では、こうして電源回路４から供給された電源電圧およびそれを昇圧した昇圧電圧によって電流が流れる。これにより、電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給が行われる。
【００１５】
演算処理装置１０は、モータ２の回転状態や外部からの指令に基づいてモータ制御信号を演算し、論理回路１１へ出力する。論理回路１１は、演算処理装置１０から出力されたモータ制御信号に基づいて、プリドライバ回路１２の動作を制御するための駆動信号を生成し、プリドライバ回路１２へ出力する。
【００１６】
プリドライバ回路１２では、論理回路１１から出力された駆動信号に基づいて、駆動回路２２、３７により、ハイサイドプッシュプル回路１９の動作とロウサイドプッシュプル回路３４の動作をそれぞれ制御する。駆動回路２２は、駆動信号に応じてハイサイドプッシュプル回路１９の半導体スイッチ素子２０または２１のいずれか一方をオンさせる。これにより、プリドライバ回路１２からプリドライバ出力配線２６を介して、昇圧電圧またはグランド電圧がハイサイド半導体スイッチ素子２７のゲート端子へ出力され、ハイサイド半導体スイッチ素子２７の動作が制御される。
【００１７】
駆動回路３７も駆動回路２２と同様に、駆動信号に応じてロウサイドプッシュプル回路３４の半導体スイッチ素子３５または３６のいずれか一方をオンさせる。これにより、プリドライバ回路１２からプリドライバ出力配線４１を介して、電源電圧またはグランド電圧がロウサイド半導体スイッチ素子４２のゲート端子へ出力され、ロウサイド半導体スイッチ素子４２の動作が制御される。
【００１８】
ここで、モータ制御装置１´の故障発生原因について説明する。モータ制御装置１´は、例えば車両に搭載される電動パワーステアリング装置などにおいて使用される。その場合、操舵補助力をモータ２から出力する際などに、外部要因の影響により誘導ノイズや過渡サージ等の外乱が生じることがある。これらの外乱は、ハイサイド半導体スイッチ素子２７〜２９やロウサイド半導体スイッチ素子４２〜４４のドレイン−ソース間またはゲート−ソース間における接合破壊を引き起こし、短絡故障の原因となり得る。
【００１９】
上記のような短絡故障がハイサイド半導体スイッチ素子２７〜２９またはロウサイド半導体スイッチ素子４２〜４４において発生すると、当該スイッチ素子に対応して設けられたハイサイドプッシュプル回路１９の半導体スイッチ素子２０、２１またはロウサイドプッシュプル回路３４の半導体スイッチ素子３５、３６の接合破壊を誘発し、短絡故障を引き起こすおそれがある。例えば、Ｕ相のプリドライバ回路１２において半導体スイッチ素子２０が短絡故障を起こした状態で半導体スイッチ素子２１がオンされると、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへ貫通電流が流れる。この場合の貫通電流は大電流であるため、回路故障を招くおそれがある。
【００２０】
また、例えばＵ相のプリドライバ回路１２においてハイサイドプッシュプル回路１９の半導体スイッチ素子２０がある程度の抵抗値を持った状態で短絡故障をした場合、常に半導体スイッチ素子２０において貫通電流が流れることになるため、昇圧回路５から供給される昇圧電圧の低下を引き起こす。近年の車載機器では機能安全に関する規制が厳しくなる傾向にあるため、半導体スイッチ素子２０が短絡故障を起こした場合でも、モータ制御装置１´に対して要求される最低限のシステム性能を成立させなくてはならない。そこで、短絡故障時に最低限のモータ駆動補償を実現するために、モータ制御装置１´では、短絡故障が起きていない他の二相（ここではＶ相およびＷ相）を用いた二相駆動によりモータ２を駆動することができるようにしている。しかし、上記のような昇圧電圧の低下は、二相駆動によるモータ２の駆動に悪影響を及ぼすことになる。これは、ロウサイドプッシュプル回路３４の半導体スイッチ素子３５が短絡故障した場合に電源回路４から供給される電源電圧においても同様である。
【００２１】
そこで本発明では、上述のプリドライバ回路１２〜１４における半導体スイッチ素子２０、２１または半導体スイッチ素子３５、３６の接合破壊による他の二相への悪影響を低減させ、安定したモータ駆動を続けることができるようにすることを目的の一つとする。なお、この目的を実現するための方法の一つとして、各相ごとに電源回路４を設けることも考えられるが、これは装置全体のコストアップを招くために現実的ではない。したがって、上記目的を低コストで実現できることをさらに目的の一つとする。
【００２２】
（本発明の説明）
図１は、本発明によるモータ制御装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１のモータ制御装置１は、図７のモータ制御装置１´と比較して、各相のハイサイドプッシュプル回路１９と昇圧回路５の間に電流遮断回路２３を設けた点と、各相のロウサイドプッシュプル回路３４と電源回路４の間に電流遮断回路３８を設けた点とが異なっている。なお、図１ではＵ相のプリドライバ回路１２を代表例として図示しているが、Ｖ相のプリドライバ回路１３およびＷ相のプリドライバ回路１４においても同様に、電流遮断回路２３および３８がそれぞれ設けられている。
【００２３】
本発明の特徴は、図１に示すように、モータ制御装置１の各相に電流遮断回路２３および３８を設けたことにある。各相の電流遮断回路２３および３８は、プリドライバ回路１２〜１４の半導体スイッチ素子２０、２１、３５または３６が接合破壊のために短絡故障して大電流が流れたときに、当該スイッチ素子が設けられたプリドライバ回路１２、１３または１４に流れる電流を遮断する。これにより、大電流による回路故障を防ぐと共に、昇圧回路５から出力される昇圧電圧または電源回路４から供給される電源電圧の低下を防ぐことができる。その結果、他の二相に供給される昇圧電圧または電源電圧には影響がないため、残り二相では正常出力が可能となる。
【００２４】
以下、図１の電流遮断回路２３、３８の実施形態について、図２〜図６を参照して詳細に説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態による電流遮断回路２３、３８の構成について、図２と図３を使用して説明する。
【００２６】
図２は、本発明の第１の実施の形態による電流遮断回路２３の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態の電流遮断回路２３は、オペアンプ４６および４７、フィルタ回路４８、電流検出抵抗５０、電流制限抵抗５１、スイッチ素子５４および電流検出回路９３を有している。なお、ここでは電流遮断回路２３を代表例として示しているが、電流遮断回路３８も同様の構成を有している。
【００２７】
オペアンプ４６は、昇圧回路５からの昇圧電圧供給配線７とハイサイドプッシュプル回路１９に繋がる昇圧電圧出力配線２５との間に設けられている。このオペアンプ４６により、昇圧回路５から出力された昇圧電圧をハイサイドプッシュプル回路１９へ供給するための電圧フォロワ回路が構成される。なお、昇圧回路５は、図１に示すように電源回路４と接続されている。すなわち、電源回路４とプリドライバ回路１２内のハイサイドプッシュプル回路１９との間に、オペアンプ４６によって構成された電圧フォロワ回路が設けられている。
【００２８】
なお、電流遮断回路３８でも同様に、電源回路４からの電源供給配線６とロウサイドプッシュプル回路３４に繋がる電源出力配線４０（図１参照）との間にオペアンプ４６が設けられている。すなわち、電源回路４とプリドライバ回路１２内のロウサイドプッシュプル回路３４との間に、オペアンプ４６によって構成された電圧フォロワ回路が設けられている。
【００２９】
ここで図２に戻って電流遮断回路２３の説明を続ける。図２において、オペアンプ４６からの出力電圧により電流検出抵抗５０を流れる電流９２の大きさは、電流検出回路９３により検出される。電流検出回路９３は、電流９２の検出値に応じた電流検出電圧をオペアンプ４７へ出力する。この電流検出電圧は、オペアンプ４７の非反転入力側に入力される。
【００３０】
オペアンプ４７は、非反転入力側に入力された電流検出回路９３からの電流検出電圧と、反転入力側に入力される基準電圧９５とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４８へ出力する。フィルタ回路４８を通過したコンパレータ出力と演算処理装置１０から出力された演算処理装置信号との論理和が、スイッチ素子５４のゲート端子へスイッチ素子駆動信号として出力される。
【００３１】
また、フィルタ回路４８を通過したコンパレータ出力は、故障診断出力２４として論理回路１１へ出力される。論理回路１１では、電流遮断回路２３から故障診断出力２４が出力されることにより、異常の発生を検知することができる。なお、故障診断出力２４を論理回路１１ではなく演算処理装置１０へ出力するようにしてもよい。あるいは、論理回路１１と演算処理装置１０の両方へ故障診断出力２４を出力してもよい。
【００３２】
なお、電流遮断回路３８では、フィルタ回路４８を通過したオペアンプ４７からのコンパレータ出力は、故障診断出力３９（図１参照）として論理回路１１へ出力される。この故障診断出力３９も故障診断出力２４と同様に、論理回路１１ではなく演算処理装置１０へ出力してもよいし、論理回路１１と演算処理装置１０の両方へ出力してもよい。
【００３３】
次に電流遮断回路２３の動作を説明する。ハイサイドプッシュプル回路１９が正常である場合、電流検出抵抗５０に流れる電流９２は比較的小さいため、電流検出回路９３から出力される電流検出電圧は基準電圧９５未満となる。そのため、オペアンプ４７から出力されるコンパレータ出力はロウレベルとなり、スイッチ素子５４はオフ状態となる。これにより、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してオペアンプ４６の電圧フォロワ回路へ入力された昇圧電圧が昇圧電圧出力配線２５を介してハイサイドプッシュプル回路１９へ出力される。また、オペアンプ４７から出力されるコンパレータ出力がロウレベルであるため、故障診断出力２４もロウレベルとなり出力されない。
【００３４】
一方、ハイサイドプッシュプル回路１９において、例えば半導体スイッチ素子２０が短絡故障した場合、前述のように昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへ貫通電流が流れる。この貫通電流は、電流検出回路９３において、電流検出抵抗５０に流れる電流９２として検出される。所定値以上の貫通電流を電流９２として検出することにより、電流検出回路９３から出力される電流検出電圧が基準電圧９５を超えると、オペアンプ４７から出力されるコンパレータ出力がハイレベルとなる。これにより、スイッチ素子５４がオン状態になると共に、故障診断出力２４が出力される。
【００３５】
スイッチ素子５４がオンすると、オペアンプ４６の電圧フォロワ回路からの出力電圧が変化し、ロウレベルに固定される。その結果、昇圧回路５からの昇圧電圧はオペアンプ４６において遮断され、ハイサイドプッシュプル回路１９へ供給されなくなる。これにより、昇圧回路５を介した電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給が遮断される。
【００３６】
なお、電流遮断回路３８でも同様に、所定値以上の貫通電流を検出することにより電流検出回路９３から出力される電流検出電圧が基準電圧９５を超えると、故障診断出力３９が出力されると共に、スイッチ素子５４がオン状態となり、オペアンプ４６の電圧フォロワ回路からの出力電圧がロウレベルに固定される。その結果、電源回路４からの電源電圧がオペアンプ４６において遮断されてロウサイドプッシュプル回路３４へ供給されなくなることで、電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給が遮断される。
【００３７】
また、電流遮断回路２３では、半導体スイッチ素子２０の短絡故障が発生していない場合に、演算処理装置１０から出力される演算処理装置信号によってスイッチ素子５４のオンオフを制御することもできる。すなわち、予め定められた電流遮断条件を満たすか否かを演算処理装置１０において判断し、電流遮断条件を満たすと判断した場合は演算処理装置１０から電流遮断回路２３へ演算処理装置信号を出力することで、電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給を強制的に遮断することができる。これは、電流遮断回路３８においても同様である。
【００３８】
図３は、本発明の第１の実施の形態における電流遮断時のタイミングチャートである。ハイサイドプッシュプル回路１９において半導体スイッチ素子２０の故障が発生すると、電流検出抵抗５０に流れる電流９２が上昇し始めることにより、電流検出回路９３からの電流検出出力が符号１０２に示すように上昇する。また、これと同時に、昇圧回路５からプリドライバ回路１２の昇圧電圧出力配線２５へ出力される昇圧電圧は、符号１０１に示すように、正常時の電圧５８から低下し始める。
【００３９】
電流検出回路９３からの電流検出出力が基準電圧９５に達すると、オペアンプ４７からのコンパレータ出力は、符号１０３に示すようにロウレベルからハイレベルへと変化する。このコンパレータ出力の立上りエッジから符号５６に示す所定のフィルタ時間が経過すると、符号１０４および１０５に示すように、故障診断出力２４と、スイッチ素子５４へ出力されるスイッチ素子駆動信号とがロウレベルからハイレベルへと変化し、それに応じて、オペアンプ４６の出力電圧がロウレベルに固定される。その結果、昇圧回路５からプリドライバ回路１２の昇圧電圧出力配線２５へ出力される昇圧電圧が、符号１０１に示すように異常時の電圧５９まで低下し、プリドライバ回路１２への電流供給が遮断される。
【００４０】
以上説明したようにして、電流遮断回路２３により短絡故障時の貫通電流を遮断することにより、プリドライバ回路１２における半導体スイッチ素子２０、２１の接合破壊による他の二相への悪影響を低減させることができる。その結果、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができる。なお、電流遮断回路３８でも同様に、半導体スイッチ素子３５、３６の接合破壊による他の二相への悪影響を低減させ、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができる。さらに、Ｕ相以外の二相、すなわちＶ相およびＷ相についても同様である。
【００４１】
以上説明した本発明の第１の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
【００４２】
（１）三相モータ２を制御するためのモータ制御装置１は、三相モータ２を駆動するために三相モータ２の各相ごとに設けられたハイサイド半導体スイッチ素子２７〜２９およびロウサイド半導体スイッチ素子４２〜４４と、ハイサイド半導体スイッチ素子２７〜２９およびロウサイド半導体スイッチ素子４２〜４４の動作を制御するために三相モータ２の各相ごとに設けられたプリドライバ回路１２〜１４と、プリドライバ回路１２〜１４へ電流を供給する電源回路４と、モータ制御信号を演算して出力する演算処理装置１０と、演算処理装置１０から出力されたモータ制御信号に基づいて三相モータ２の各相の駆動信号を出力する論理回路１１と、論理回路１１から出力された駆動信号に基づいてプリドライバ回路１２〜１４の動作を制御する駆動回路２２、３７と、上記電流が所定値以上であるときに電源回路４からプリドライバ回路１２〜１４への電流の供給を遮断する電流遮断回路２３、３８とを備える。このようにしたので、異常が発生した場合においても安定したモータ駆動を続けることができるモータ制御装置１を低コストで提供することができる。
【００４３】
（２）プリドライバ回路１２〜１４は、各相のハイサイド半導体スイッチ素子２７〜２９に対応して設けられたハイサイドプッシュプル回路１９と、各相のロウサイド半導体スイッチ素子４２〜４４に対応して設けられたロウサイドプッシュプル回路３４とを含み、電流遮断回路２３、３８は、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４のいずれか少なくとも一方への電流の供給を遮断するようにした。これにより、ハイサイド半導体スイッチ素子２７〜２９およびロウサイド半導体スイッチ素子４２〜４４の動作をハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４によりそれぞれ適切に制御しつつ、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４のいずれか少なくとも一方に異常が発生した場合は、その回路への電流供給を遮断して安定したモータ駆動を続けることができる。
【００４４】
（３）電流遮断回路２３、３８は、電源回路４とプリドライバ回路１２〜１４との間に設けられたオペアンプ４６による電圧フォロワ回路と、プリドライバ回路１２〜１４へ供給される電流の大きさを検出する電流検出回路９３とを含み、電流検出回路９３により検出された電流の大きさが所定値以上である場合、オペアンプ４６による電圧フォロワ回路の出力電圧を変化させることにより、電源回路４からプリドライバ回路１２〜１４への電流の供給を遮断するようにした。これにより、プリドライバ回路１２〜１４において発生した異常を確実に検知して電流供給を遮断することができる。
【００４５】
（４）電流遮断回路２３、３８は、プリドライバ回路１２〜１４へ供給される電流が所定値以上であるときに、演算処理装置１０または論理回路１１のいずれか少なくとも一方へ故障診断信号２４、３９をそれぞれ出力するようにした。これにより、プリドライバ回路１２〜１４において異常が発生したことをモータ制御装置１のシステム全体で把握し、必要に応じてユーザへの警告等の措置を講じることができる。
【００４６】
（５）モータ制御装置１は、プリドライバ回路１２〜１４、論理回路１１、駆動回路２２、３７および電流遮断回路２３、３８を少なくとも含む複数の回路を集積化した半導体装置３を有することとした。これにより、モータ制御装置１の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態による電流遮断回路２３、３８の構成について、図４を使用して説明する。
【００４８】
図４は、本発明の第２の実施の形態による電流遮断回路２３の構成例を示すブロック図である。本実施形態による電流遮断回路２３は、図２に示した第１の実施の形態によるものと比べて、オペアンプ４６、電流検出抵抗５０、電流制限抵抗５１、スイッチ素子５４および電流検出回路９３の代わりに、ダイオード４９および過電流遮断用ヒューズ５７を有する点が異なっている。なお、ここでは電流遮断回路２３を代表例として示しているが、電流遮断回路３８も同様の構成を有している。
【００４９】
過電流遮断用ヒューズ５７は、図２のオペアンプ４６と同様に、昇圧回路５からの昇圧電圧供給配線７とハイサイドプッシュプル回路１９に繋がる昇圧電圧出力配線２５との間に設けられている。すなわち、電源回路４とプリドライバ回路１２内のハイサイドプッシュプル回路１９との間に過電流遮断用ヒューズ５７が設けられている。なお、電流遮断回路３８でも同様に、電源回路４とプリドライバ回路１２内のロウサイドプッシュプル回路３４との間に過電流遮断用ヒューズ５７が設けられている。
【００５０】
オペアンプ４７は、非反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の出力側電圧と、ダイオード４９を介して反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の入力側電圧とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４８へ出力する。フィルタ回路４８を通過したコンパレータ出力は、反転された後、故障診断出力２４として論理回路１１へ出力される。なお、先に説明した第１の実施の形態の場合と同様に、故障診断出力２４を論理回路１１ではなく演算処理装置１０へ出力するようにしてもよいし、論理回路１１と演算処理装置１０の両方へ出力してもよい。この点は、電流遮断回路３８から出力される故障診断出力３９についても同様である。
【００５１】
ハイサイドプッシュプル回路１９が正常である場合、過電流遮断用ヒューズ５７に流れる電流は比較的小さいため、過電流遮断用ヒューズ５７は溶断しない。そのため、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介して入力された昇圧電圧が過電流遮断用ヒューズ５７および昇圧電圧出力配線２５を介してハイサイドプッシュプル回路１９へ出力される。また、オペアンプ４７の非反転入力側の電圧は、反転入力側の電圧よりもダイオード４９のドロップ電圧分だけ高いため、オペアンプ４７からのコンパレータ出力はハイレベルとなる。そのため、コンパレータ出力を反転した故障診断出力２４はロウレベルとなって出力されない。
【００５２】
一方、ハイサイドプッシュプル回路１９において、例えば半導体スイッチ素子２０が短絡故障した場合、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへ比較的大きな貫通電流が流れる。所定値以上の貫通電流が流れると、過電流遮断用ヒューズ５７が溶断されることにより昇圧回路５からの昇圧電圧が遮断され、ハイサイドプッシュプル回路１９へ供給されなくなる。これにより、昇圧回路５を介した電源回路４からプリドライバ回路１２への電流供給が遮断される。また、昇圧回路５からの昇圧電圧が遮断されることにより、オペアンプ４７の非反転入力側の電圧よりも反転入力側の電圧の方が高くなり、オペアンプ４７からのコンパレータ出力がロウレベルとなる。そのため、コンパレータ出力を反転した故障診断出力２４がハイレベルとなって出力される。
【００５３】
以上説明した本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）、（２）、（４）および（５）の各作用効果に加えて、さらに次の（６）のような作用効果を奏する。
【００５４】
（６）電流遮断回路２３、３８は、電源回路４とプリドライバ回路１２〜１４との間に設けられた過電流遮断用ヒューズ５７を含み、プリドライバ回路１２〜１４へ供給される電流の大きさが所定値以上である場合、過電流遮断用ヒューズ５７が溶断することにより、電源回路４からプリドライバ回路１２〜１４への電流の供給を遮断するようにした。これにより、プリドライバ回路１２〜１４において発生した異常を確実に検知して電流供給を遮断することができる。
【００５５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態による電流遮断回路２３、３８の構成について、図５と図６を使用して説明する。
【００５６】
図５は、本発明の第３の実施の形態によるプリドライバ回路１２の構成例を示すブロック図である。本実施形態によるプリドライバ回路１２は、図１に示した第１の実施の形態によるものと比べて、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４をそれぞれ複数のプッシュプル回路に分割した点が主に異なっている。すなわち、ハイサイドプッシュプル回路１９には、半導体スイッチ素子６２および６５により構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子６３および６６により構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子６４および６７により構成されるプッシュプル回路とが、昇圧電圧供給配線７および昇圧回路５を介して、電源回路４に対して並列に接続されている。また、ロウサイドプッシュプル回路３４には、半導体スイッチ素子７７および８０により構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子７８および８１により構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子７９および８２により構成されるプッシュプル回路とが、電源供給配線６を介して、電源回路４に対して並列に接続されている。なお、ここではハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４において３つのプッシュプル回路をそれぞれ並列に接続した例を示したが、並列するプッシュプル回路の列はこれに限定されない。また、ここではＵ相のプリドライバ回路１２を代表例として示しているが、他のＶ相、Ｗ相のプリドライバ回路１３、１４も同様の構成を有している。
【００５７】
ハイサイドプッシュプル回路１９を構成する各プッシュプル回路には、図４に示した第２の実施の形態による電流遮断回路２３と同様の電流遮断回路が、昇圧電圧供給配線７側とグランド側にそれぞれ接続されている。すなわち、オペアンプ４７、フィルタ回路４８および過電流遮断用ヒューズ５７が、各プッシュプル回路の昇圧電圧供給配線７側とグランド側にそれぞれ接続されている。また、ロウサイドプッシュプル回路３４を構成する各プッシュプル回路にも同様に、オペアンプ４７、フィルタ回路４８および過電流遮断用ヒューズ５７が、各プッシュプル回路の電源供給配線６側とグランド側にそれぞれ接続されている。
【００５８】
ハイサイドプッシュプル回路１９の昇圧電圧供給配線７側の各オペアンプ４７と、ロウサイドプッシュプル回路３４の電源供給配線６側の各オペアンプ４７とは、非反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の出力側電圧（半導体スイッチ素子６２〜６４または７７〜７９のソース端子電圧）と、共通のダイオード４９を介して反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の入力側電圧（昇圧電圧または電源電圧）とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４８へそれぞれ出力する。これらのコンパレータ出力は、第２の実施の形態と同様に反転された後、故障診断出力７１〜７３および８６〜８８として論理回路１１へそれぞれ出力される。
【００５９】
一方、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路３４のグランド側の各オペアンプ４７は、非反転入力側に入力される過電流遮断用ヒューズ５７の入力側電圧（半導体スイッチ素子６５〜６７または８０〜８２のソース端子電圧）と、反転入力側に入力される所定の基準電圧７０または８５とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４８へそれぞれ出力する。これらのコンパレータ出力は反転され、故障診断出力７４〜７６および８９〜９１として論理回路１１へそれぞれ出力される。
【００６０】
なお、第１および第２の実施の形態で説明したように、上記の各故障診断出力を論理回路１１ではなく演算処理装置１０へ出力するようにしてもよいし、論理回路１１と演算処理装置１０の両方へ出力してもよい。
【００６１】
例えば、プリドライバ出力配線２６を介して半導体スイッチ素子６２〜６４と接続されたハイサイド半導体スイッチ素子２７が短絡故障すると、半導体スイッチ素子６２〜６４に誘電ノイズや過渡サージが印加される。ここで、一般的に半導体スイッチ素子は、製造バラツキや配線の寄生抵抗の影響により、オン抵抗値において個体ごとにバラツキを有する。これにより、半導体スイッチ素子６２〜６４のうちオン抵抗値が最も小さいものに多くの電流が流れるため、半導体スイッチ素子６２〜６４において短絡故障の発生状態に差が生じる。例えば、半導体スイッチ素子６２のオン抵抗が最も小さい場合、半導体スイッチ素子６２が最初に短絡故障することになる。
【００６２】
上記のようにして半導体スイッチ素子６２が短絡故障した場合、第２の実施の形態で説明したのと同様に、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへ比較的大きな貫通電流が流れる。この貫通電流が所定値以上になると、半導体スイッチ素子６２および６５によって構成されるプッシュプル回路と接続されている過電流遮断用ヒューズ５７が溶断されることにより、昇圧回路５からの昇圧電圧が遮断され、当該プッシュプル回路へ供給されなくなる。これにより、昇圧回路５を介した電源回路４から当該プリドライバ回路への電流供給が遮断される。
【００６３】
この場合、半導体スイッチ素子６２および６５によって構成されるプッシュプル回路への電流供給のみが遮断されるため、その他の半導体スイッチ素子６３および６６によって構成されるプッシュプル回路と、半導体スイッチ素子６４および６７によって構成されるプッシュプル回路とは、正常に動作することが可能となる。これにより、プリドライバ回路１２によるハイサイド半導体スイッチ素子２７の動作制御性能は低下するものの、三相全てを用いたモータ２の駆動を継続することができる。
【００６４】
また、半導体スイッチ素子６２および６５によって構成されるプッシュプル回路について昇圧回路５からの昇圧電圧が遮断されると、当該プッシュプル回路に接続されているオペアンプ４７において、非反転入力側の電圧よりも反転入力側の電圧の方が高くなり、コンパレータ出力がロウレベルとなる。その結果、故障診断出力７１がハイレベルとなって出力される。
【００６５】
図６は、本発明の第３の実施の形態における電流遮断時のタイミングチャートである。論理回路１１からプリドライバ回路１２へ入力される駆動信号が符号１０６に示すようにロウレベルからハイレベルに変化すると、プリドライバ回路１２からプリドライバ出力配線２６を介してハイサイド半導体スイッチ素子２７のゲート端子へ出力されるプリドライバ出力電圧が符号１０７に示すように正常時の電圧６０まで上昇する。
【００６６】
ハイサイドプッシュプル回路１９において半導体スイッチ素子６２の短絡故障が発生し、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７および半導体スイッチ素子６２、６５を介してグランドへ流れる貫通電流が所定値以上になると、過電流遮断用ヒューズ５７が溶断し、昇圧回路５から半導体スイッチ素子６２への昇圧電圧が遮断される。すると、プリドライバ出力電圧が符号１０７に示すように、残りの半導体スイッチ素子６３および６４のオン抵抗値に応じたドロップ電圧分だけ変化し、異常時の電圧６１まで低下していく。また、オペアンプ４７の非反転入力側に入力されるコンパレータ入力、すなわち半導体スイッチ素子６２のソース端子電圧も、符号１０８に示すように低下する。
【００６７】
コンパレータ入力の低下分がダイオード４９のドロップ電圧に応じた基準電圧５２を超えると、オペアンプ４７からのコンパレータ出力が符号１０９に示すようにハイレベルからロウレベルに変化する。このコンパレータ出力の立下りエッジから符号５６に示す所定のフィルタ時間が経過すると、符号１１０に示すように故障診断出力７１がロウレベルからハイレベルへと変化し、論理回路１１に出力される。
【００６８】
以上説明した本発明の第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態で説明した（１）、（２）、（４）および（５）の各作用効果に加えて、さらに次の（７）のような作用効果を奏する。
【００６９】
（７）プリドライバ回路１２〜１４は、三相モータ２の各相ごとに電源回路４に対して並列に接続された複数のプッシュプル回路を含み、オペアンプ４７、フィルタ回路４８および過電流遮断用ヒューズ５７によって構成される電流遮断回路は、電源回路４から複数のプッシュプル回路のいずれか少なくとも１つへの電流の供給を遮断するようにした。これにより、プリドライバ回路１２〜１４においていずれかのプッシュプル回路に異常が発生した場合であっても、三相全てを用いたモータ２の駆動を継続することができる。
【００７０】
なお、以上説明した各実施の形態では、車両に搭載される電動パワーステアリング装置などに使用されるモータ制御装置を例として説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、様々な用途のモータ制御装置において適用することができる。以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１  モータ制御装置
２  三相モータ
３  半導体装置
４  電源回路
５  昇圧回路
６  電源供給配線
７  昇圧電圧供給配線
８  バッテリ電圧
９  グランド
１０  演算処理装置
１１  論理回路
１２  プリドライバ回路
１３  プリドライバ回路
１４  プリドライバ回路
１９  ハイサイドプッシュプル回路
２０  半導体スイッチ素子
２１  半導体スイッチ素子
２２  駆動回路
２３  電流遮断回路
２４  故障診断出力
２５  昇圧電圧出力配線
２６  プリドライバ出力配線
２７  ハイサイド半導体スイッチ素子
２８  ハイサイド半導体スイッチ素子
２９  ハイサイド半導体スイッチ素子
３４  ロウサイドプッシュプル回路
３５  半導体スイッチ素子
３６  半導体スイッチ素子
３７  駆動回路
３８  電流遮断回路
３９  故障診断出力
４０  電源出力配線
４１  プリドライバ出力配線
４２  ロウサイド半導体スイッチ素子
４３  ロウサイド半導体スイッチ素子
４４  ロウサイド半導体スイッチ素子
４５  モータ出力配線
４６  オペアンプ
４７  オペアンプ
４８  フィルタ回路
４９  ダイオード
５０  電流検出抵抗
５１  電流制限抵抗
５２  基準電圧
５４  スイッチ素子
５７  過電流遮断用ヒューズ
６２  半導体スイッチ素子
６３  半導体スイッチ素子
６４  半導体スイッチ素子
６５  半導体スイッチ素子
６６  半導体スイッチ素子
６７  半導体スイッチ素子
７０  基準電圧
７１  故障診断出力
７２  故障診断出力
７３  故障診断出力
７４  故障診断出力
７５  故障診断出力
７６  故障診断出力
７７  半導体スイッチ素子
７８  半導体スイッチ素子
７９  半導体スイッチ素子
８０  半導体スイッチ素子
８１  半導体スイッチ素子
８２  半導体スイッチ素子
８５  基準電圧
８６  故障診断出力
８７  故障診断出力
８８  故障診断出力
８９  故障診断出力
９０  故障診断出力
９１  故障診断出力
９２  電流
９３  電流検出回路
９５  基準電圧
【図１】
2012157154.tif 000003
【図２】
2012157154.tif 000004
【図３】
2012157154.tif 000005
【図４】
2012157154.tif 000006
【図５】
2012157154.tif 000007
【図６】
2012157154.tif 000008
【図７】
2012157154.tif 000009