JP2005318759A - Motor control device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor control device that can exactly detect the generation of an overcurrent without causing a large power loss. <P>SOLUTION: The motor control device comprises: an H bridge circuit 1 that is arranged between a DC power supply VB and the ground, and switches the continuity and the stop of a current; a gate control circuit 2 that outputs a control signal for the continuity and the stop of each MOS-FET (T1) to (T4) possessed by the H bridge circuit 1; an MOS-FET (T5) that is arranged between the DC power supply VB and the ground, and blocks a current flowing to the DC power supply VB side from the ground side; and a diode D1 that is arranged at a region where a coefficient of thermal conductivity is high between the MOS-FET (T5) and the diode, and has almost the same temperature as that of the MOS-FET (T5). The motor control circuit is also characterized by detecting a voltage generated at an anode of the diode D1 on the basis of the detected voltage, and outputting the control signal for the continuity and the stop of each MOS-FET (T1) to (T4) that constitute the H bridge circuit 1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、直流モータの駆動を制御する制御装置に係り、特に過電流発生時或いは温度上昇時に適切に電流を遮断して回路を保護する技術に関する。   The present invention relates to a control device that controls driving of a DC motor, and more particularly to a technique for protecting a circuit by appropriately interrupting current when an overcurrent occurs or when a temperature rises.

車両に搭載されるパワーウインド、バックミラー駆動用モータ等の直流モータは、車両に搭載されるバッテリより電源電圧が供給されて駆動する。このようなモータ制御装置の従来例として、例えば、特開平１０−２１７７６３号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。   DC motors such as power windows and rearview mirror driving motors mounted on vehicles are driven by a power supply voltage supplied from a battery mounted on the vehicle. As a conventional example of such a motor control device, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-217763 (Patent Document 1) is known.

該特許文献１では、モータに対して直列に接続したシャント抵抗を用いて、過電流の発生を検出している。また、車両に搭載されるバッテリは、誤って極性を逆にして接続する場合があり、このような場合に回路の損傷を防ぐため、逆接続防止用のダイオード、或いはＭＯＳ−ＦＥＴを設けている。
特開平１０−２１７７６３号公報 In Patent Document 1, the occurrence of overcurrent is detected using a shunt resistor connected in series to the motor. In addition, the battery mounted on the vehicle may be connected with the polarity reversed, and in such a case, a diode for preventing reverse connection or a MOS-FET is provided to prevent circuit damage. .
Japanese Patent Laid-Open No. 10-217763

しかしながら、この特許文献１に開示された従来例は、過電流を検出するために、シャント抵抗を挿入するので、過電流が発生しない通常の状況においてもこのシャント抵抗に電流が流れることによる電力消費が発生し、電力損失を招くことになる。また、シャント抵抗が発熱するので、発熱対策が必要となり、回路規模が大規模化するという問題が発生する。   However, in the conventional example disclosed in Patent Document 1, since a shunt resistor is inserted to detect overcurrent, power consumption due to current flowing through the shunt resistor even in a normal situation where no overcurrent occurs. Will occur, resulting in power loss. Further, since the shunt resistor generates heat, it is necessary to take measures against heat generation, which causes a problem that the circuit scale increases.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、多くの電力損失を発生することなく、確実に過電流の発生を検出することのできるモータ制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to reliably detect the occurrence of an overcurrent without causing much power loss. The object is to provide a motor control device.

上記目的を達成するため、本願請求項１の発明は、直流電源とグランドとの間に配置されたモータのオン、オフ動作を制御するモータ制御装置において、前記直流電源とグランドとの間に配置され、電流の導通、停止を切り替える半導体で構成されたスイッチ手段と、前記スイッチ手段に導通、停止の制御信号を出力する制御手段と、前記直流電源とグランドとの間に配置され、グランド側から直流電源側へ流れる電流を阻止する逆接続防止用半導体素子と、前記逆接続防止用半導体素子との間で熱伝導率の高い部位に配置され、該逆接続防止用半導体素子と略同一の温度となる温度検知用半導体素子と、前記温度検知用半導体素子に生じる電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される電圧に基づいて、前記スイッチ手段の導通、停止の制御信号を出力することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 of the present application is a motor control device for controlling the on / off operation of a motor arranged between a DC power supply and the ground, and is arranged between the DC power supply and the ground. A switch means composed of a semiconductor that switches between conduction and stop of current, a control means that outputs a control signal for conduction and stop to the switch means, and disposed between the DC power source and the ground, and from the ground side The reverse connection preventing semiconductor element that blocks current flowing to the DC power supply side and the reverse connection preventing semiconductor element are disposed at a portion having high thermal conductivity, and the temperature is substantially the same as that of the reverse connection preventing semiconductor element. A temperature detecting semiconductor element, and voltage detecting means for detecting a voltage generated in the temperature detecting semiconductor element, wherein the control means is a voltage detected by the voltage detecting means. Based on the conduction of said switch means, and outputs a control signal for stopping.

請求項２の発明は、前記スイッチ手段は、４つの半導体素子からなるＨブリッジ回路で構成され、該Ｈブリッジ回路を構成する４つの半導体素子のうちの２つと、前記逆接続防止用半導体素子、及び前記温度検知用半導体素子が、同一の半導体基体上に形成されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the switch means includes an H bridge circuit including four semiconductor elements, two of the four semiconductor elements constituting the H bridge circuit, the semiconductor element for preventing reverse connection, The temperature detecting semiconductor element is formed on the same semiconductor substrate.

請求項３の発明は、前記逆接続防止用半導体素子のオン抵抗が、前記同一半導体基体上に形成されるＨブリッジ回路を構成する２つの半導体素子のオン抵抗以上となるように設定することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the on-resistance of the reverse connection preventing semiconductor element is set to be equal to or higher than the on-resistances of two semiconductor elements constituting an H bridge circuit formed on the same semiconductor substrate. Features.

請求項４の発明は、前記逆接続防止用半導体素子の導通時のチャネル温度が、前記同一半導体基体上に形成されるＨブリッジ回路を構成する２つの半導体素子の導通時のチャネル温度よりも高くなるように構成することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the channel temperature at the time of conduction of the reverse connection preventing semiconductor element is higher than the channel temperature at the time of conduction of two semiconductor elements constituting the H bridge circuit formed on the same semiconductor substrate. It is comprised so that it may become.

請求項５の発明は、前記電圧検出手段は、前記温度検知用半導体素子に生じる電圧の時間に対する変化率を求め、前記制御手段は、求めた変化率の積算値が所定の変化率しきい値を超えた際に、前記モータへの通電を停止させるべく制御することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, the voltage detection means obtains a rate of change of the voltage generated in the temperature detecting semiconductor element with respect to time, and the control means determines that the integrated value of the obtained change rate is a predetermined change rate threshold value. The control is performed to stop the energization of the motor when the value exceeds the value.

請求項６の発明は、前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される電圧値が所定の電圧しきい値を超えた際に、前記モータへの通電を停止させるべく制御することを特徴とする。   The invention according to claim 6 is characterized in that the control means controls to stop energization of the motor when the voltage value detected by the voltage detection means exceeds a predetermined voltage threshold value. To do.

請求項７の発明は、前記逆接続防止用半導体素子と、前記スイッチ手段との間の電圧を監視し、前記制御手段は、この電圧が所定のレベルを超えた際に前記モータへの通電を停止させることを特徴とする。   The invention according to claim 7 monitors the voltage between the semiconductor element for preventing reverse connection and the switch means, and the control means energizes the motor when the voltage exceeds a predetermined level. It is characterized by being stopped.

本願請求項１の発明によれば、逆接続防止用半導体素子と略同一の温度となる温度検知用半導体素子を設け、この温度検知用半導体素子に電流を流し、発生する電圧に基づいて、逆接続防止用半導体素子の温度異常、ひいてはモータに流れる過電流の発生を検出することができるので、電力損失を招くことなく、高精度に回路を過電流から保護することができる。   According to the invention of claim 1 of the present application, a temperature detecting semiconductor element having substantially the same temperature as that of the reverse connection preventing semiconductor element is provided, and a current is passed through the temperature detecting semiconductor element. Since it is possible to detect the temperature abnormality of the semiconductor element for connection prevention, and the occurrence of overcurrent flowing through the motor, the circuit can be protected from overcurrent with high accuracy without causing power loss.

請求項２の発明によれば、逆接続防止用半導体素子、温度検知用半導体素子、及びＨブリッジ回路を構成する２つの半導体素子が同一の基板上に設けられるので、回路構成をコンパクトにすることができ、省スペース化を図ることができる。   According to the invention of claim 2, since the semiconductor element for preventing reverse connection, the semiconductor element for temperature detection, and the two semiconductor elements constituting the H-bridge circuit are provided on the same substrate, the circuit configuration can be made compact. And space saving can be achieved.

請求項３の発明によれば、逆接続防止用半導体素子のオン抵抗が、同一半導体基体上に設けられる２つの半導体素子のオン抵抗以上となるように設定されるので、過電流発生時には、先に逆接続防止用半導体素子の温度が上昇して回路を遮断することができ、回路全体を過電流から保護することができる。   According to the invention of claim 3, the on-resistance of the reverse connection preventing semiconductor element is set to be equal to or higher than the on-resistances of two semiconductor elements provided on the same semiconductor substrate. In addition, the temperature of the semiconductor element for preventing reverse connection rises so that the circuit can be cut off, and the entire circuit can be protected from overcurrent.

請求項４の発明によれば、逆接続防止用半導体素子の導通時のチャネル温度が、同一半導体基体上に設けられる２つの半導体素子の導通時のチャネル温度よりも高くなるように設定されるので、過電流発生時には、先に逆接続防止用半導体素子の温度が上昇して回路を遮断することができ、回路全体を過電流から保護することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the channel temperature at the time of conduction of the reverse connection preventing semiconductor element is set to be higher than the channel temperature at the time of conduction of two semiconductor elements provided on the same semiconductor substrate. When an overcurrent occurs, the temperature of the reverse connection preventing semiconductor element rises first to shut off the circuit, and the entire circuit can be protected from the overcurrent.

請求項５の発明によれば、温度検知用半導体素子に生じる電圧の変化率の積算値に基づいて、過電流の発生を検出するので、ショート時等の急激な電流変化により過電流が発生した場合に、確実に回路を遮断して保護することができる。   According to the invention of claim 5, since the occurrence of overcurrent is detected based on the integrated value of the rate of change of the voltage generated in the temperature detecting semiconductor element, overcurrent has occurred due to a sudden current change such as during a short circuit. In this case, the circuit can be surely interrupted and protected.

請求項６の発明によれば、温度検知用半導体素子に生じる電圧が所定の電圧しきい値を超えた際に回路を遮断するので、周囲温度が上昇し逆接続防止用半導体素子が破壊される可能性がある場合に、電流を遮断して半導体素子を確実に保護することができる。   According to the invention of claim 6, since the circuit is shut off when the voltage generated in the temperature detecting semiconductor element exceeds a predetermined voltage threshold, the ambient temperature rises and the reverse connection preventing semiconductor element is destroyed. When there is a possibility, the semiconductor element can be reliably protected by interrupting the current.

請求項７の発明によれば、前記逆接続防止用半導体素子と、スイッチ手段との間の電圧が所定のレベルを超えた際に、モータへの通電を停止させるので、ショート発生時にいち早く回路を遮断して、モータ及び半導体素子を保護することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, when the voltage between the reverse connection preventing semiconductor element and the switch means exceeds a predetermined level, the energization to the motor is stopped. The motor and the semiconductor element can be protected by blocking.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、このモータ制御装置は、モータＭ１と直流電源ＶＢとの間に配置され、４つのＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）〜（Ｔ４）からなるＨブリッジ回路（スイッチ手段）１と、各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）〜（Ｔ４）のゲートに制御信号を出力することにより、各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）〜（Ｔ４）の動作を制御するゲート制御回路（制御手段）２と、Ｈブリッジ回路１と直流電源ＶＢとの間に配置された逆接続防止用のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５；逆接続防止用半導体素子）を備えている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a motor control device according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, this motor control device is arranged between a motor M1 and a DC power supply VB, and an H bridge circuit (switch means) 1 comprising four MOS-FETs (T1) to (T4), A gate control circuit (control means) 2 for controlling the operation of each MOS-FET (T1) to (T4) by outputting a control signal to the gate of each MOS-FET (T1) to (T4), and an H bridge A reverse connection prevention MOS-FET (T5; reverse connection prevention semiconductor element) is provided between the circuit 1 and the DC power supply VB.

また、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）と同一の基板上には、該ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）と絶縁され、且つ熱抵抗が小さい状態でダイオードＤ１（温度検知用半導体素子）が設けられている。   On the same substrate as the MOS-FET (T5), a diode D1 (temperature detection semiconductor element) is provided in a state of being insulated from the MOS-FET (T5) and having a low thermal resistance.

更に、ダイオードＤ１に定電流を流す定電流源３と、ダイオードＤ１のアノードに生じる電圧を取り出し、この電圧を増幅する増幅器（電圧検出手段）４と、該増幅器４の出力電圧を微分して、この電圧の変化率を求める微分器５と、微分器５の出力信号を積算する積算器６と、しきい値（変化率しきい値）を設定してこのしきい値データを出力するしきい値発生部７と、積算器６での積算結果としきい値発生部７より出力されるしきい値のデータとを比較する比較器８とを備えている。比較器８は比較結果のデータを過負荷異常信号として、ゲート制御回路２に出力する。   Furthermore, a constant current source 3 for supplying a constant current to the diode D1, a voltage generated at the anode of the diode D1, an amplifier (voltage detection means) 4 for amplifying the voltage, and an output voltage of the amplifier 4 are differentiated, Threshold for outputting the threshold value data by setting the differentiator 5 for obtaining the rate of change of the voltage, the integrator 6 for integrating the output signal of the differentiator 5, and a threshold value (rate of change rate threshold value). A value generation unit 7 and a comparator 8 that compares the integration result of the integrator 6 with the threshold value data output from the threshold generation unit 7 are provided. The comparator 8 outputs the comparison result data to the gate control circuit 2 as an overload abnormality signal.

しきい値発生部７に設定するしきい値は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）が熱破壊を起こさない温度に対応する値に設定される。   The threshold value set in the threshold value generator 7 is set to a value corresponding to the temperature at which the MOS-FET (T5) does not cause thermal breakdown.

他方、増幅器４の出力信号は、比較器９にも供給され、且つ該比較器９には、しきい値発生部１０より出力されるしきい値（電圧しきい値）が与えられるので、その比較が行われ、比較結果のデータが過熱異常信号としてゲート制御回路２に出力される。   On the other hand, the output signal of the amplifier 4 is also supplied to the comparator 9, and the comparator 9 is given a threshold value (voltage threshold value) output from the threshold value generator 10. The comparison is performed, and the comparison result data is output to the gate control circuit 2 as an overheat abnormality signal.

逆接続防止用のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）は、寄生ダイオードが順方向、即ち、直流電源ＶＢ側からグランド側に向く方向に配置されている。従って、車両に搭載するバッテリの電極を誤って反対に取り付けた場合には、逆方向に流れる電流を阻止し、回路を保護することができる。   In the MOS-FET (T5) for preventing reverse connection, the parasitic diode is arranged in the forward direction, that is, in the direction from the DC power supply VB side to the ground side. Therefore, when the electrode of the battery mounted on the vehicle is mistakenly attached to the opposite side, the current flowing in the opposite direction can be blocked and the circuit can be protected.

Ｈブリッジ回路１を構成する４つのＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）〜（Ｔ４）のゲートはそれぞれゲート制御回路２に接続されており、ゲート制御回路２は、各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）〜（Ｔ４）を選択的にオン、オフさせることにより、モータＭ１に順方向電流或いは逆方向電流を流すように制御する。即ち、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ４）をオンとし、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ２），（Ｔ３）をオフとすることにより、モータＭ１に順方向電流を流すことができ、該モータＭ１を正転させることができる。これにより、例えば、モータＭ１でパワーウインドを昇降させる場合には、パワーウインドを上昇させることができる。   The gates of the four MOS-FETs (T1) to (T4) constituting the H-bridge circuit 1 are connected to the gate control circuit 2, respectively. The gate control circuit 2 is connected to each MOS-FET (T1) to (T4). Is selectively turned on / off to control the motor M1 to pass a forward current or a reverse current. That is, by turning on the MOS-FETs (T1) and (T4) and turning off the MOS-FETs (T2) and (T3), a forward current can be supplied to the motor M1. Can be turned. Thereby, for example, when raising and lowering the power window with the motor M1, the power window can be raised.

また、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ４）をオフとし、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ２），（Ｔ３）をオンとすることにより、モータＭ１に逆方向電流を流すことができ、該モータＭ１を反転させることができる。これにより、パワーウインドを下降させることができる。   Further, by turning off the MOS-FETs (T1) and (T4) and turning on the MOS-FETs (T2) and (T3), a reverse current can be passed through the motor M1, and the motor M1 is reversed. Can be made. As a result, the power window can be lowered.

また、本実施形態では、逆接続防止用のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）とダイオードＤ１、及びＨブリッジ回路１を構成する２つのＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ２）は同一の半導体基体上に設けられた半導体装置として構成されている。   In the present embodiment, the reverse connection prevention MOS-FET (T5), the diode D1, and the two MOS-FETs (T1) and (T2) constituting the H-bridge circuit 1 are provided on the same semiconductor substrate. The semiconductor device is configured.

図２は、この半導体装置の構成を示す断面図であり、図示のように、この半導体装置は、メタル配線２１の上にＮ+型シリコン基板２２が形成され、この上にＮ-型のエピタキシャル層２８が形成されており、更にこの上に各ＭＯＳ−ＦＥＴ毎のＰ-型拡散領域２６が形成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device. As shown in the figure, in this semiconductor device, an N + type silicon substrate 22 is formed on a metal wiring 21, and an N − type epitaxial layer is formed thereon. A layer 28 is formed, and a P − type diffusion region 26 for each MOS-FET is formed thereon.

また、Ｐ-型拡散領域２６には、Ｎ+型，Ｐ+型の拡散層２７が形成され、その上側には、絶縁膜２３、及びメタル配線２４が設けられている。このメタル配線２４が、各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ２），（Ｔ５）のソース電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５となっている。更に、絶縁膜２３の内部には、Ｎ+型多結晶シリコン２５が設けられ、ゲート電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ５となっている。   Further, an N + -type and P + -type diffusion layer 27 is formed in the P − -type diffusion region 26, and an insulating film 23 and a metal wiring 24 are provided on the upper side thereof. This metal wiring 24 becomes the source electrodes S1, S2, and S5 of the MOS-FETs (T1), (T2), and (T5). Further, N + -type polycrystalline silicon 25 is provided inside the insulating film 23 to form gate electrodes G1, G2, and G5.

更に、逆接続防止用のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）の絶縁膜２３内には、ダイオードＤ１のアノード、カソードが設けられている。つまり、ダイオードＤ１は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）を構成する素子と電気的に絶縁されている。   Further, the anode and cathode of the diode D1 are provided in the insulating film 23 of the MOS-FET (T5) for preventing reverse connection. That is, the diode D1 is electrically insulated from the elements constituting the MOS-FET (T5).

そして、上記のように構成された半導体装置は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）のオン抵抗が、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ２）のオン抵抗以上となるように構成されており、雰囲気に対する各熱抵抗が同程度以上となるようにすることで、動作時の各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ２），（Ｔ５）の温度は同一か、或いはＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）が若干高くなるようにする。   The semiconductor device configured as described above is configured such that the on-resistance of the MOS-FET (T5) is greater than or equal to the on-resistance of the MOS-FETs (T1) and (T2). The temperature of each MOS-FET (T1), (T2), (T5) during operation is the same or the MOS-FET (T5) becomes slightly higher by setting the thermal resistance to the same level or higher. To.

次に、上記のように構成された本実施形態に係るモータ制御装置の動作について説明する。図１に示すモータＭ１が停止状態のときには、ゲート制御回路２に正転入力信号、及び逆転入力信号のいずれも入力されず、各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）〜（Ｔ５）のゲートには、駆動信号が供給されず、全てのＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）〜（Ｔ５）はオフ状態となる。従って、直流電源ＶＢよりモータＭ１に電流が流れない。   Next, the operation of the motor control device according to this embodiment configured as described above will be described. When the motor M1 shown in FIG. 1 is in a stop state, neither the forward rotation input signal nor the reverse rotation input signal is input to the gate control circuit 2, and the gates of the MOS-FETs (T1) to (T5) are driven. No signal is supplied, and all the MOS-FETs (T1) to (T5) are turned off. Therefore, no current flows from the DC power supply VB to the motor M1.

また、ゲート制御回路２に正転入力信号が与えられた場合には、ゲート制御回路２の制御により、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５），（Ｔ１），（Ｔ４）の各ゲートに駆動信号を出力する。これにより、これらの各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５），（Ｔ１），（Ｔ４）がオン状態となり、ＶＢ、Ｔ５，Ｔ１，Ｍ１，Ｔ４，グランドの順に電流が流れ、モータＭ１は正転、即ち順方向に回転する。   When a normal rotation input signal is given to the gate control circuit 2, a drive signal is output to each gate of the MOS-FETs (T5), (T1), and (T4) under the control of the gate control circuit 2. . As a result, these MOS-FETs (T5), (T1), and (T4) are turned on, current flows in the order of VB, T5, T1, M1, T4, and ground, and the motor M1 rotates forward, that is, forward. Rotate in the direction.

このときの、図２に示した半導体装置における電流の流れを示すと、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）のソースＳ５から流れ込む電流は、拡散層２７、Ｎ-型エピタキシャル層２８、及び共通のドレイン領域となるＮ+型シリコン基板２２を介して、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）の拡散層２７、及びソースＳ１へと流れる。   When the current flow in the semiconductor device shown in FIG. 2 at this time is shown, the current flowing from the source S5 of the MOS-FET (T5) is the diffusion layer 27, the N − type epitaxial layer 28, and the common drain region. It flows to the diffusion layer 27 of the MOS-FET (T1) and the source S1 through the N + -type silicon substrate 22 as described above.

また、ゲート制御回路２に反転入力信号が与えられた場合には、ゲート制御回路２の制御により、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５），（Ｔ２），（Ｔ３）の各ゲートに駆動信号が出力され、これらの各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５），（Ｔ２），（Ｔ３）がオン状態となる。これにより、ＶＢ，Ｔ２，Ｍ１，Ｔ３，グランドの順に電流が流れ、モータＭ１は反転、即ち逆方向に回転する。   When an inverted input signal is given to the gate control circuit 2, a drive signal is output to each gate of the MOS-FETs (T5), (T2), and (T3) under the control of the gate control circuit 2. These MOS-FETs (T5), (T2), and (T3) are turned on. As a result, current flows in the order of VB, T2, M1, T3 and ground, and the motor M1 reverses, that is, rotates in the reverse direction.

更に、正転、反転のいずれの場合においても、逆接続防止用のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）がオン状態であるので、該ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）はオン状態となり、流れる電流値に応じた熱が発生する。   Further, in both cases of forward rotation and reverse rotation, the MOS-FET (T5) for preventing reverse connection is in the on state, so that the MOS-FET (T5) is in the on state, and heat corresponding to the value of the flowing current is obtained. Will occur.

ここで、モータＭ１がロックした場合やブラシがショートしたときのように過電流が発生した場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）に流れる電流値が増大し、これに伴って該ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）の温度が上昇する。そして、図２に示したように、ダイオードＤ１はＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）の内部に設けられているので、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）の温度上昇に伴い、該ダイオードＤ１の温度が上昇する。また、ダイオードＤ１には定電流源３より一定の電流が供給されているので、ダイオードＤ１のアノード電圧が低下する。   Here, when an overcurrent occurs, such as when the motor M1 is locked or when the brush is short-circuited, the value of the current flowing through the MOS-FET (T5) increases, and accordingly, the MOS-FET ( The temperature of T5) rises. As shown in FIG. 2, since the diode D1 is provided inside the MOS-FET (T5), the temperature of the diode D1 rises as the temperature of the MOS-FET (T5) rises. Further, since a constant current is supplied from the constant current source 3 to the diode D1, the anode voltage of the diode D1 decreases.

このアノード電圧は、増幅器４により増幅された後、微分器５で微分され、積算器６にて積算された後、比較器８に供給される。従って、比較器８には、ダイオードＤ１のアノード電圧の変化率に応じた信号が供給されることになり、しきい値発生部７より出力される所定のしきい値と比較される。   The anode voltage is amplified by the amplifier 4, differentiated by the differentiator 5, accumulated by the integrator 6, and then supplied to the comparator 8. Accordingly, the comparator 8 is supplied with a signal corresponding to the change rate of the anode voltage of the diode D1, and is compared with a predetermined threshold value output from the threshold value generator 7.

ダイオードＤ１のアノード電圧の変化率累積値がしきい値よりも大きい場合には、過負荷異常信号がゲート制御回路２に供給され、ゲート制御回路２の制御により、各ＭＯＳ−ＦＥＴをオフとする。これにより、モータＭ１への通電が停止され、回路を保護することができる。   When the accumulated change rate of the anode voltage of the diode D1 is larger than the threshold value, an overload abnormality signal is supplied to the gate control circuit 2, and each MOS-FET is turned off under the control of the gate control circuit 2. . Thereby, the energization to the motor M1 is stopped, and the circuit can be protected.

つまり、短絡事故のように、短時間で大量の電流がモータＭ１に流れるような場合には、この電流の急激な変化を検出して即時に回路を遮断することができる。遮断状態からの復帰は、電源再投入でのラッチ解除やヒステリシスコンパレータを用いることにより、温度が正常に戻った際に自動復帰する方法を採ることができる。   That is, when a large amount of current flows through the motor M1 in a short time, such as in a short circuit accident, it is possible to detect a sudden change in the current and immediately shut off the circuit. To return from the shut-off state, a method of automatically returning when the temperature returns to normal can be adopted by using a latch release or a hysteresis comparator when the power is turned on again.

また、ダイオードＤ１の温度が徐々に上昇し、アノード電圧が低下し、増幅器４の出力信号がしきい値発生部１０より出力されるしきい値よりも下回った場合には、過熱異常信号がゲート制御回路２に出力される。これにより、ゲート制御回路２は、各ＭＯＳ−ＦＥＴの駆動信号を停止させ、モータＭ１の通電を停止させる。その結果、急激な電流変化でない場合でも、モータＭ１に流れる電流値が異常に増大した場合には、通電を停止させることにより、回路を保護することができる。   Further, when the temperature of the diode D1 gradually increases, the anode voltage decreases, and the output signal of the amplifier 4 falls below the threshold value output from the threshold value generator 10, the overheat abnormality signal is gated. It is output to the control circuit 2. Thereby, the gate control circuit 2 stops the drive signal of each MOS-FET, and stops energization of the motor M1. As a result, even when the current is not suddenly changed, if the value of the current flowing through the motor M1 increases abnormally, the circuit can be protected by stopping energization.

このようにして、本実施形態に係るモータ制御装置では、Ｈブリッジ回路１を構成する各ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）〜（Ｔ４）のオン、オフを切り替えることにより、モータＭ１へ流す電流の方向を変更することができるので、該モータＭ１の正転、反転を切り替えることができる。また、モータＭ１の正転時、及び反転時の双方において、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）に電流が流れ、この温度変化に基づいて、過電流の発生を検出するので、従来のようにシャント抵抗を用いる場合と比較して、消費電力の損失を抑えることができる。   In this manner, in the motor control device according to the present embodiment, the direction of the current flowing to the motor M1 is changed by switching on and off the MOS-FETs (T1) to (T4) constituting the H-bridge circuit 1. Since it can be changed, the forward rotation and the reverse rotation of the motor M1 can be switched. In addition, current flows in the MOS-FET (T1) both during forward rotation and reverse rotation of the motor M1, and the occurrence of overcurrent is detected based on this temperature change. Compared with the case of using, the loss of power consumption can be suppressed.

また、車両に搭載するバッテリの極性を誤って反対に接続した場合には、図１に示したグランド側にプラスの電圧が印加され、電源ＶＢ側がグランドとなるが、このとき、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）が有する寄生ダイオードの向きが逆方向となっているので、電流は流れることはなく、回路の損傷を防止することができる。   In addition, when the polarity of the battery mounted on the vehicle is mistakenly connected in the opposite direction, a positive voltage is applied to the ground side shown in FIG. 1 and the power supply VB side becomes the ground, but at this time, the MOS-FET ( Since the direction of the parasitic diode of T5) is opposite, no current flows and circuit damage can be prevented.

更に、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）のチャネル温度が、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ２）のチャネル温度と同等か、或いは若干高くなるように設定しているので、ダイオードＤ１によりＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）の温度を監視することにより、他のＭＯＳ−ＦＥＴをも保護することができる。   Further, since the channel temperature of the MOS-FET (T5) is set to be equal to or slightly higher than the channel temperature of the MOS-FETs (T1) and (T2), the diode D1 causes the MOS-FET (T5). The other MOS-FETs can be protected by monitoring the temperature of

換言すれば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）には、正転時、反転時の双方において電流が流れるので、このＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）の近傍に設けられたダイオードＤ１の温度を監視することにより、正転時、反転時の双方における負荷状態を監視することができ、更に、Ｈブリッジ回路１の過熱保護を行うこともできる。   In other words, since a current flows through the MOS-FET (T5) both during forward rotation and during inversion, by monitoring the temperature of the diode D1 provided in the vicinity of the MOS-FET (T5), It is possible to monitor the load state during both forward rotation and reverse rotation, and to perform overheat protection of the H bridge circuit 1.

また、ダイオードＤ１は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）から電気的に絶縁されているので、負荷ラインより発生するノイズが制御回路に伝達されるという問題を回避することができる。   Moreover, since the diode D1 is electrically insulated from the MOS-FET (T5), it is possible to avoid the problem that noise generated from the load line is transmitted to the control circuit.

なお、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ２），（Ｔ５）を構成する半導体装置の例として、図２に示す構成のものを例に挙げたが、例えばＵ溝構造、Ｖ溝構造を有するものを用いても良い。   In addition, although the thing of the structure shown in FIG. 2 was mentioned as an example of the semiconductor device which comprises MOS-FET (T1), (T2), (T5), for example, it has a U groove structure and a V groove structure May be used.

また、ダイオードＤ１は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）のＮ-型エピタキシャル層２８中に拡散法で形成しても良いし、別の基板上に形成したダイオードＤ１をＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）の上に接着する構成としても良い。   The diode D1 may be formed by a diffusion method in the N − type epitaxial layer 28 of the MOS-FET (T5), or the diode D1 formed on another substrate may be formed on the MOS-FET (T5). It is good also as a structure to adhere | attach.

図２では、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ２），（Ｔ５）を一つの基板上に集積化させているが、別々の基板に形成したものを一つの金属板上に寄せ集めるようにしても良い。このようなＭＯＳ−ＦＥＴの構造を採用することにより、３つのＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１），（Ｔ２），（Ｔ５）をそれぞれ別個に設ける場合と比較して、小型化することができる。   In FIG. 2, the MOS-FETs (T1), (T2), and (T5) are integrated on a single substrate, but those formed on separate substrates are gathered on a single metal plate. Also good. By adopting such a MOS-FET structure, the size can be reduced as compared with the case where three MOS-FETs (T1), (T2), and (T5) are provided separately.

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、このモータ制御装置は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５）とＨブリッジ回路１との接続点に生じる電圧と、しきい値発生部１２より出力されるしきい値とを比較する比較部１１を備えており、この比較部１１の出力信号がショート以上信号としてゲート制御回路２に供給される構成を有している。その他の構成は、図１に示した回路と同様である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a motor control device according to the second embodiment. As shown in the figure, this motor control device compares the voltage generated at the connection point between the MOS-FET (T5) and the H-bridge circuit 1 with the threshold value output from the threshold value generator 12. The comparison unit 11 is provided, and the output signal of the comparison unit 11 is supplied to the gate control circuit 2 as a short circuit or more signal. Other configurations are the same as those of the circuit shown in FIG.

そして、このような構成によれば、上述した第１の実施形態に示した効果に加え、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ１）のソースとモータＭ１とを接続するラインが略抵抗０Ωでグランドにショートした場合において、過電流の発生を検出し、いち早くモータＭ１への通電を停止させることができる。   According to such a configuration, in addition to the effects shown in the first embodiment, the line connecting the source of the MOS-FET (T1) and the motor M1 is short-circuited to the ground with a substantially resistance of 0Ω. , It is possible to detect the occurrence of overcurrent and to quickly stop the energization of the motor M1.

以上、本発明のモータ制御装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。   As mentioned above, although the motor control apparatus of this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this, The structure of each part is replaced with the thing of the arbitrary structures which have the same function. Can do.

車両に搭載されるモータの過電流を検出する上で極めて有用である。   This is extremely useful for detecting an overcurrent of a motor mounted on a vehicle.

本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a motor control device according to a first embodiment of the present invention. ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔ５），（Ｔ１），（Ｔ２）を構成する半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which comprises MOS-FET (T5), (T1), (T2). 本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the motor control apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ Ｈブリッジ回路（スイッチ手段）
２ ゲート制御回路（制御手段）
３ 定電流源
４ 増幅器（電圧検出手段）
５ 微分器
６ 積算器
７ しきい値発生部
８ 比較器
９ 比較器
１０ しきい値発生部
１１ 比較器
１２ しきい値発生部
２１ メタル配線
２２ シリコン基板
２３ 絶縁膜
２４ メタル配線
２５ Ｎ+型多結晶シリコン
２６ Ｐ-型拡散領域
２７ 拡散層
２８ エピタキシャル層
ＶＢ 直流電源
Ｍ１ モータ
Ｔ１〜Ｔ４ ＭＯＳ−ＦＥＴ
Ｔ５ ＭＯＳ−ＦＥＴ（逆接続防止用半導体素子）
Ｄ１ ダイオード（温度検知用半導体素子） 1 H bridge circuit (switch means)
2 Gate control circuit (control means)
3 Constant current source 4 Amplifier (voltage detection means)
5 Differentiator 6 Accumulator 7 Threshold Generation Unit 8 Comparator 9 Comparator 10 Threshold Generation Unit 11 Comparator 12 Threshold Generation Unit 21 Metal Wiring 22 Silicon Substrate 23 Insulating Film 24 Metal Wiring 25 N + Type Multi Crystalline silicon 26 P-type diffusion region 27 Diffusion layer 28 Epitaxial layer VB DC power supply M1 motor T1-T4 MOS-FET
T5 MOS-FET (Semiconductor element for preventing reverse connection)
D1 Diode (Semiconductor element for temperature detection)

Claims (7)

直流電源とグランドとの間に配置されたモータのオン、オフ動作を制御するモータ制御装置において、
前記直流電源とグランドとの間に配置され、電流の導通、停止を切り替える半導体で構成されたスイッチ手段と、
前記スイッチ手段に導通、停止の制御信号を出力する制御手段と、
前記直流電源とグランドとの間に配置され、グランド側から直流電源側へ流れる電流を阻止する逆接続防止用半導体素子と、
前記逆接続防止用半導体素子との間で熱伝導率の高い部位に配置され、該逆接続防止用半導体素子と略同一の温度となる温度検知用半導体素子と、
前記温度検知用半導体素子に生じる電圧を検出する電圧検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される電圧に基づいて、前記スイッチ手段の導通、停止の制御信号を出力することを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device that controls the on / off operation of the motor arranged between the DC power supply and the ground,
Switch means that is arranged between the DC power source and the ground, and is composed of a semiconductor that switches between conduction and stop of current,
Control means for outputting a conduction / stop control signal to the switch means;
A semiconductor element for preventing reverse connection, which is disposed between the DC power source and the ground, and blocks current flowing from the ground side to the DC power source side;
A temperature detecting semiconductor element disposed at a portion having a high thermal conductivity with the reverse connection preventing semiconductor element and having substantially the same temperature as the reverse connection preventing semiconductor element;
Voltage detecting means for detecting a voltage generated in the semiconductor element for temperature detection,
The motor control apparatus, wherein the control means outputs a control signal for conduction and stop of the switch means based on the voltage detected by the voltage detection means. 前記スイッチ手段は、４つの半導体素子からなるＨブリッジ回路で構成され、該Ｈブリッジ回路を構成する４つの半導体素子のうちの２つと、前記逆接続防止用半導体素子、及び前記温度検知用半導体素子が、同一の半導体基体上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。   The switch means includes an H bridge circuit including four semiconductor elements, two of the four semiconductor elements constituting the H bridge circuit, the reverse connection prevention semiconductor element, and the temperature detection semiconductor element. The motor control device according to claim 1, wherein the motor control devices are formed on the same semiconductor substrate. 前記逆接続防止用半導体素子のオン抵抗が、前記同一半導体基体上に形成されるＨブリッジ回路を構成する２つの半導体素子のオン抵抗以上となるように設定することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。   3. The on-resistance of the reverse connection preventing semiconductor element is set to be equal to or higher than the on-resistances of two semiconductor elements constituting an H bridge circuit formed on the same semiconductor substrate. The motor control apparatus described. 前記逆接続防止用半導体素子の導通時のチャネル温度が、前記同一半導体基体上に形成されるＨブリッジ回路を構成する２つの半導体素子の導通時のチャネル温度よりも高くなるように構成することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。   The channel temperature at the time of conduction of the semiconductor element for preventing reverse connection is configured to be higher than the channel temperature at the time of conduction of two semiconductor elements constituting the H bridge circuit formed on the same semiconductor substrate. The motor control device according to claim 2, wherein the motor control device is a motor control device. 前記電圧検出手段は、前記温度検知用半導体素子に生じる電圧の時間に対する変化率を求め、前記制御手段は、求めた変化率の積算値が所定の変化率しきい値を超えた際に、前記モータへの通電を停止させるべく制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。   The voltage detection means obtains a rate of change of the voltage generated in the temperature detecting semiconductor element with respect to time, and the control means determines that the integrated value of the obtained change rate exceeds a predetermined change rate threshold value. The motor control device according to any one of claims 1 to 4, wherein control is performed to stop energization of the motor. 前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される電圧値が所定の電圧しきい値を超えた際に、前記モータへの通電を停止させるべく制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。   The said control means controls to stop energization to the said motor, when the voltage value detected by the said voltage detection means exceeds a predetermined voltage threshold value. The motor control device according to any one of 5. 前記逆接続防止用半導体素子と、前記スイッチ手段との間の電圧を監視し、前記制御手段は、この電圧が所定のレベルを超えた際に前記モータへの通電を停止させることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。   The voltage between the reverse connection preventing semiconductor element and the switch means is monitored, and the control means stops energization of the motor when the voltage exceeds a predetermined level. The motor control apparatus of any one of Claims 1-6.

Images