JP2021044971A - Precharge circuit and motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリチャージ回路、及びモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a precharge circuit and a motor control device.
近年、バッテリの電力でモータを駆動するモータ制御装置では、突入電流を防止するために、コンデンサを予め充電するプリチャージ回路を備えているものがある（例えば、特許文献１を参照）。このようなプリチャージ回路は、プリチャージ抵抗と、当該プリチャージ抵抗と並列に接続されているＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチ部とを備えている。 In recent years, some motor control devices that drive a motor with the electric power of a battery include a precharge circuit that charges a capacitor in advance in order to prevent an inrush current (see, for example, Patent Document 1). Such a precharge circuit includes a precharge resistor and a switch unit such as a FET (Field Effect Transistor) connected in parallel with the precharge resistor.
しかしながら、上述したような従来のプリチャージ回路では、スイッチ部を駆動するための駆動回路に常に電流がながれているため、暗電流が多くなるという問題があった。 However, in the conventional precharge circuit as described above, there is a problem that the dark current increases because the current is always flowing in the drive circuit for driving the switch unit.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、暗電流を低減しつつ、突入電流を防止することができるプリチャージ回路、及び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 the above problems, and an object of the present invention is to provide a precharge circuit capable of preventing an inrush current while reducing a dark current, and a motor control device.
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、バッテリから電源供給線を介して電力が供給される負荷部に並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続され、前記コンデンサを充電する電流を制限するプリチャージ抵抗と、前記コンデンサに直列に接続され、且つ、前記プリチャージ抵抗と並列に接続されたスイッチ部と、前記電源供給線の電圧が起動信号として供給され、前記起動信号の供給開始から所定の期間遅延させて、前記スイッチ部をオン状態に制御する第１制御信号を出力するスイッチ駆動部と、電気的に絶縁しつつ、異なる電源系の間で信号を伝達する絶縁伝達素子であって、前記負荷部の動作を開始させる始動スイッチがオン状態にされたことに基づくオン信号を、前記電源供給線の電圧の前記スイッチ駆動部への供給を遮断状態から供給状態に変更し、前記起動信号を前記スイッチ駆動部に供給させる第２制御信号として伝達する絶縁伝達素子とを備えることを特徴とするプリチャージ回路である。 In order to solve the above problem, one aspect of the present invention is to use a capacitor connected in parallel to a load unit to which power is supplied from a battery via a power supply line, and a capacitor connected in series to the capacitor. The voltage of the precharge resistor that limits the charging current, the switch unit that is connected in series with the capacitor and is connected in parallel with the precharge resistor, and the voltage of the power supply line are supplied as a start signal, and the start is performed. A signal is transmitted between a switch drive unit that outputs a first control signal that controls the switch unit to be turned on after a predetermined period of delay from the start of signal supply, and a different power supply system while being electrically isolated. An on-signal based on the fact that the start switch for starting the operation of the load unit, which is an insulated transmission element, is turned on, is supplied from the cutoff state to the supply of the voltage of the power supply line to the switch drive unit. The precharge circuit is characterized in that it includes an insulation transmission element that transmits the activation signal as a second control signal to be supplied to the switch drive unit.
また、本発明の一態様は、上記のプリチャージ回路において、前記始動スイッチがオフ状態にされた場合に、前記絶縁伝達素子が、前記電源供給線の電圧の前記スイッチ駆動部への供給を遮断状態にするとともに、前記スイッチ駆動部が、前記スイッチ部をオフ状態にすることを特徴とする。 Further, in one aspect of the present invention, in the precharge circuit, when the start switch is turned off, the insulation transmission element cuts off the supply of the voltage of the power supply line to the switch drive unit. The switch drive unit turns off the switch unit as well as the switch unit.
また、本発明の一態様は、上記のプリチャージ回路において、前記スイッチ駆動部は、前記コンデンサの電圧が所定の閾値以上に充電された後に、前記スイッチ部がオン状態になるように、前記第１制御信号の出力を前記起動信号から前記所定の期間遅延させることを特徴とする。 Further, in one aspect of the present invention, in the precharge circuit, the switch drive unit is such that the switch unit is turned on after the voltage of the capacitor is charged to a predetermined threshold value or more. (1) The output of the control signal is delayed from the activation signal for the predetermined period.
また、本発明の一態様は、上記のプリチャージ回路において、前記オン信号は、前記始動スイッチがオン状態にされたことで動作を開始する制御部によって出力されることを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is characterized in that, in the precharge circuit, the on signal is output by a control unit that starts operation when the start switch is turned on.
また、本発明の一態様は、上記のプリチャージ回路において、前記絶縁伝達素子は、フォトカプラであり、前記負荷部は、モータを駆動するモータ駆動部であることを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is characterized in that, in the precharge circuit, the insulation transmission element is a photocoupler, and the load unit is a motor drive unit that drives a motor.
また、本発明の一態様は、モータを駆動するモータ駆動部と、前記モータ駆動部を制御する制御部と、上記に記載のプリチャージ回路とを備えることを特徴とするモータ制御装置である。 Further, one aspect of the present invention is a motor control device including a motor drive unit for driving a motor, a control unit for controlling the motor drive unit, and the precharge circuit described above.
本発明によれば、スイッチ駆動部が、電源供給線の電圧が起動信号として供給され、起動信号の供給開始から所定の期間遅延させて、プリチャージ抵抗と並列に接続されたスイッチ部をオン状態に制御する第１制御信号を出力する。絶縁伝達素子が、負荷部の動作を開始させる始動スイッチがオン状態にされたことに基づくオン信号を、電源供給線の電圧のスイッチ駆動部への供給を遮断状態から供給状態に変更し、起動信号をスイッチ駆動部に供給させる第２制御信号として伝達する。これにより、絶縁伝達素子が電源供給線の電圧のスイッチ駆動部への供給を遮断状態にし、プリチャージ抵抗がコンデンサを充電する電流を制限するため、プリチャージ回路は、暗電流を低減しつつ、突入電流を防止することができる。 According to the present invention, the switch drive unit is supplied with the voltage of the power supply line as a start signal, delays a predetermined period from the start of supply of the start signal, and turns on the switch unit connected in parallel with the precharge resistor. The first control signal to be controlled is output. The insulation transmission element changes the supply of the voltage of the power supply line to the switch drive unit from the cutoff state to the supply state and starts the on signal based on the start switch that starts the operation of the load unit being turned on. The signal is transmitted as a second control signal to be supplied to the switch drive unit. As a result, the isolated transmission element cuts off the supply of the voltage of the power supply line to the switch drive unit, and the precharge resistor limits the current for charging the capacitor. Therefore, the precharge circuit reduces the dark current while reducing the dark current. Inrush current can be prevented.
以下、本発明の一実施形態によるプリチャージ回路、及びモータ制御装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the precharge circuit and the motor control device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施形態によるモータ制御装置１の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、モータ制御装置１は、バッテリ２と、モータ３と、コンデンサ４と、始動スイッチ５と、電源部６と、プリチャージ回路１０と、モータ駆動部２０とを備えている。モータ制御装置１は、例えば、自動車やオートバイ（二輪車）などの車両に搭載されたモータ３を制御する制御装置である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the
As shown in FIG. 1, the
バッテリ２は、例えば、鉛蓄電池などの充電可能な電池であり、正極端子が正極側の電源供給線Ｌ１に、負極端子が負極側の電源供給線Ｌ２に、それぞれ接続されている。バッテリ２は、正極側の電源供給線Ｌ１及び負極側の電源供給線Ｌ２と介して、モータ制御装置１に直流電力を供給する。なお、バッテリ２は、モータ制御装置１から着脱可能であり、交換が可能になっている。
The
モータ３は、例えば、３相ブラシレスＤＣモータであり、モータ制御装置１のモータ駆動部２０から供給される駆動信号（Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号）によって駆動される。
The motor 3 is, for example, a three-phase brushless DC motor, and is driven by drive signals (U-phase signal, V-phase signal, W-phase signal) supplied from the
コンデンサ４は、電源供給線Ｌ１と、電源供給線Ｌ２との間に、後述するプリチャージ抵抗１１と直列して接続されている。コンデンサ４は、バッテリ２から電源供給線Ｌ１を介して電力が供給されるモータ駆動部２０に並列に接続されている。コンデンサ４は、平滑コンデンサとして機能する。
The capacitor 4 is connected between the power supply line L1 and the power supply line L2 in series with a
始動スイッチ５は、例えば、モータ３を駆動する自動車や二輪車等の使用を開始するためのスイッチである。始動スイッチ５は、例えば、バッテリ２からの電源供給線Ｌ１と、電源部６との間に配置されている。始動スイッチ５は、使用者の手動により、オン状態（ＯＮ状態）、又はオフ状態（ＯＦＦ状態）に切り替えてられる。
The start switch 5 is, for example, a switch for starting the use of an automobile, a motorcycle, or the like that drives the motor 3. The start switch 5 is arranged between, for example, the power supply line L1 from the
電源部６は、始動スイッチ５を介してバッテリ２から供給された直流電圧を、所定の電圧に変換して、モータ制御装置１の各部に供給する。電源部６は、例えば、高電圧の１５Ｖ、制御回路用の５Ｖ、等の電圧を生成し、各部に供給する。電源部６は、始動スイッチ５がオン状態になることで、所定の電圧（１５Ｖ、５Ｖ）を生成して各部に供給し、始動スイッチ５がオフ状態になることで、所定の電圧（１５Ｖ、５Ｖ）の供給を停止する。
The power supply unit 6 converts the DC voltage supplied from the
プリチャージ回路１０は、バッテリ２を電源供給線Ｌ１及び電源供給線Ｌ２に接続する際に発生する突入電流を制限するための回路であり、接続開始から所定の期間、プリチャージ抵抗１１を介して、コンデンサ４への充電電流を制限する。プリチャージ回路１０は、コンデンサ４が充電され、コンデンサ４の電圧が所定の電圧以上になった場合に、後述するスイッチ部１２をオン状態にして、電流の制限を解除する。
プリチャージ回路１０は、プリチャージ抵抗１１、スイッチ部１２と、抵抗１３〜１５と、バイポーラトランジスタ１６と、抵抗１７と、抵抗１８と、スイッチ駆動部４０と、フォトカプラ５０とを備えている。
The
The
プリチャージ抵抗１１は、コンデンサ４に直列に接続され、コンデンサ４を充電する電流を制限する。プリチャージ抵抗１１は、例えば、第１端子がノードＮ１に、第２端子が負極側の電源供給線Ｌ２であるノードＮ２に、それぞれ接続されている。
The
スイッチ部１２は、例えば、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であり、コンデンサ４に直列に接続され、且つ、プリチャージ抵抗１１と並列に接続されいる。スイッチ部１２は、例えば、ソース端子がノードＮ２、ドレイン端子がノードＮ２に、ゲート端子がノードＮ３に、それぞれ接続されている。スイッチ部１２は、バッテリ２が電源供給線Ｌ１及び電源供給線Ｌ２に接続された際に、スイッチ駆動部４０の出力がＬ状態（Ｌｏｗ（ロウ）状態）になることでオフ状態になる。また、スイッチ部１２は、コンデンサ４の電圧が所定の閾値以上に充電された後に、スイッチ駆動部４０の出力がＨ状態（Ｈｉｇｈ（ハイ）状態）になることでオン状態になる。
The
抵抗１３は、ノードＮ３（スイッチ部１２のゲート端子）とノードＮ２（スイッチ部１２のソース端子９）との間に接続されるプルダウン抵抗である。抵抗１３は、電源供給線Ｌ１から電源が供給されていない状態（スイッチ駆動部４０が動作していない状態）において、ノードＮ３（スイッチ部１２のゲート端子）をＬ状態に固定し、スイッチ部１２をオフ状態にする。
The
スイッチ駆動部４０は、電源供給線Ｌ１の電圧が起動信号として供給され、起動信号の供給開始から所定の期間遅延させて、スイッチ部１２をオン状態に制御する制御信号Ｓ１（第１制御信号）を出力する。ここで、制御信号Ｓ１とは、ノードＮ３をＨ状態にした信号のことである。スイッチ駆動部４０は、フォトカプラ５０の受光素子５２を介して、電源供給線Ｌ１に接続されている。スイッチ駆動部４０は、コンデンサ４の電圧が所定の閾値以上に充電された後に、スイッチ部１２がオン状態になるように、制御信号Ｓ１の出力を起動信号から所定の期間遅延させる。
The
また、始動スイッチ５がオフ状態にされた場合に、フォトカプラ５０により電源供給線Ｌ１の電圧のスイッチ駆動部４０への供給が遮断されるため、スイッチ駆動部４０は、スイッチ部１２をオフ状態にする。この場合、スイッチ駆動部４０は、ノードＮ３をＬ状態にする。
スイッチ駆動部４０は、抵抗４１〜４３と、コンデンサ４４と、ツェナーダイオード４５と、抵抗４６とを備えている。
Further, when the start switch 5 is turned off, the
The
抵抗４１及び抵抗４２は、電源供給線Ｌ１とフォトカプラ５０の受光素子５２を介して、直列に接続されている。すなわち、抵抗４１及び抵抗４２は、ノードＮ４とノードＮ５との間に直接に接続されている。
The
抵抗４３は、ノードＮ５と負極側の電源供給線Ｌ２との間に接続されている。抵抗４１及び抵抗４２と、抵抗４３とは、電源供給線Ｌ１の電圧（コンデンサ４の電圧に相当）を抵抗分圧により、スイッチ部１２をオン状態にする閾値電圧を設定する。ノードＮ５には、抵抗４１及び抵抗４２と、抵抗４３とにより、コンデンサ４の電圧が抵抗分圧された電圧が出力される。
The
コンデンサ４４は、ノードＮ５と、電源供給線Ｌ２との間に接続されている。コンデンサ４４は、抵抗４１及び抵抗４２と直列に接続されるとともに、抵抗４３と並列に接続されている。コンデンサ４４は、抵抗４１及び抵抗４２とにより積分回路を構成し、起動信号の供給開始から、スイッチ駆動部４０の制御信号Ｓ１の出力を遅延させる所定の期間を生成する。すなわち、制御信号Ｓ１の出力を遅延させる所定の期間は、抵抗４１及び抵抗４２とコンデンサ４４との時定数により決定される。
The
ツェナーダイオード４５は、アノード端子がノードＮ５に、カソード端子が電源供給線Ｌ２に接続されている。ツェナーダイオード４５は、ノードＮ５が所定の電圧以上になると通電して、ノードＮ５の電圧が異常に上昇することを防止する。ツェナーダイオード４５は、例えば、スイッチ部１２のゲート端子に異常に高い電圧が印加されることを防止する保護素子として機能する。
抵抗４６は、ノードＮ５と、スイッチ部１２のゲート端子との間に接続されている。スイッチ駆動部４０は、抵抗４６を介してスイッチ部１２に制御信号Ｓ１を出力する。
In the
The
フォトカプラ５０は、モータ駆動部２０の動作を開始させる始動スイッチ５がオン状態にされたことに基づくオン信号を、電源供給線Ｌ１の電圧のスイッチ駆動部４０への供給を遮断状態から供給状態に変更し、起動信号をスイッチ駆動部４０に供給させる制御信号Ｓ２（第２制御信号）として伝達する。フォトカプラ５０は、電気的に絶縁しつつ、異なる電源系の間で信号を伝達する絶縁伝達素子の一例である。
また、フォトカプラ５０は、始動スイッチ５がオフ状態にされた場合に、電源供給線Ｌ１の電圧のスイッチ駆動部４０への供給を遮断状態にする。フォトカプラ５０は、発光素子５１と、受光素子５２とを備えている。
The
Further, when the start switch 5 is turned off, the
発光素子５１は、例えば、発光ダイオードであり、アノード端子が電源部６から供給される５Ｖ電源線に、カソード端子がノードＮ６に、それぞれ接続されている。発光素子５１は、制御信号Ｓ２であるオン信号により電流が流れることで発光して、光によりオン信号を受光素子５２に伝達し、受光素子５２をオン状態にする。すなわち、発光素子５１が発光することで、電源供給線Ｌ１の電圧を起動信号としてスイッチ駆動部４０に供給させる。なお、５Ｖ電源線と、電源供給線Ｌ１とは、異なる電源系である。
The
受光素子５２は、光を受光していない状態で、遮断状態になり、光を受光することでオン状態になるフォトトランジスタである。受光素子５２は、例えば、コレクタ端子が電源供給線Ｌ１に、エミッタ端子がノードＮ４に、それぞれ接続されている。受光素子５２は、光を受光していない場合（発光素子５１が発光していない場合）に、電源供給線Ｌ１とノードＮ４との間を電気的に遮断状態にする。また、受光素子５２は、光を受光したい場合（発光素子５１が発光している場合）に、電源供給線Ｌ１とノードＮ４との間をオン状態（導通状態）にして、起動信号をスイッチ駆動部４０に供給させる。
The
抵抗１４は、５Ｖ電源線と、ノードＮ６との間に接続されるプルアップ抵抗である。抵抗１４は、バイポーラトランジスタ１６がオフ状態である場合に、ノードＮ６をＨ状態に固定し、発光素子５１の発光を停止させる。
The
抵抗１５は、ノードＮ６と、バイポーラトランジスタ１６のコレクタ端子との間に接続され、フォトカプラ５０の発光素子５１に流れる電流を制限する。
The resistor 15 is connected between the node N6 and the collector terminal of the
バイポーラトランジスタ１６は、例えば、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、コレクタ端子が抵抗１５を介してノードＮ６に、エミッタ端子がグランド線に、ベース端子がノードＮ７に、それぞれ接続されている。バイポーラトランジスタ１６は、制御部３０が抵抗１７を介して出力する制御信号Ｓ０がＨ状態である場合に、オン状態になり、オン信号として制御信号Ｓ２を生成する。この場合、バイポーラトランジスタ１６は、オン信号により、発光素子５１を発光させる。
The
また、バイポーラトランジスタ１６は、制御信号Ｓ０がＬ状態である場合に、オフ状態になり、ノードＮ６を抵抗１４を介してＨ状態（５Ｖ電源の電圧状態）にすることで、発光素子５１の発光を停止した状態にする。
Further, the
抵抗１７は、制御部３０の制御出力端子とノードＮ７との間に接続され、制御部３０からの制御信号Ｓ０をバイポーラトランジスタ１６に伝達する。
The
抵抗１８は、ノードＮ７（バイポーラトランジスタ１６のベース端子）とグランド線（バイポーラトランジスタ１６のエミッタ端子）との間に接続されるプルダウン抵抗である。抵抗１８は、例えば、５Ｖ電源が電源部６から供給されていない状態において、ノードＮ７（バイポーラトランジスタ１６のベース端子）をＬ状態に固定し、バイポーラトランジスタ１６をオフ状態にする。
The
モータ駆動部２０（負荷部の一例）は、制御部３０の制御に基づいて、モータ３を駆動する。モータ駆動部２０は、モータ３を駆動する駆動信号（Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号）を生成する。ここで、駆動信号は、例えば、１２０度位相のずれた３相の矩形波信号である。モータ駆動部２０は、ＭＯＳＦＥＴ２１〜２６と、ドライバ部２７とを備えている。
The motor drive unit 20 (an example of the load unit) drives the motor 3 based on the control of the
ＭＯＳＦＥＴ２１〜２６は、例えば、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴ２１とＭＯＳＦＥＴ２２とは、電源供給線Ｌ１と、ノードＮ１との間に直列に接続され、Ｕ相の駆動信号であるＵ相信号を生成するフルブリッジ回路を構成する。ここで、ノードＮ１は、プリチャージ抵抗１１又はスイッチ部１２を介して電源供給線Ｌ２に接続されているノードである。ＭＯＳＦＥＴ２１及びＭＯＳＦＥＴ２２は、ドライバ部２７から出力された制御信号に基づいてスイッチングされ、直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ２１とＭＯＳＦＥＴ２２との間のノードＮ８からＵ相信号を出力する。
ＭＯＳＦＥＴ２３とＭＯＳＦＥＴ２４とは、電源供給線Ｌ１と、ノードＮ１との間に直列に接続され、Ｖ相の駆動信号であるＶ相信号を生成するフルブリッジ回路を構成する。ＭＯＳＦＥＴ２３及びＭＯＳＦＥＴ２４は、ドライバ部２７から出力された制御信号に基づいてスイッチングされ、直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ２３とＭＯＳＦＥＴ２４との間のノードＮ９からＶ相信号を出力する。
The
ＭＯＳＦＥＴ２５とＭＯＳＦＥＴ２６とは、電源供給線Ｌ１と、ノードＮ１との間に直列に接続され、Ｗ相の駆動信号であるＷ相信号を生成するフルブリッジ回路を構成する。ＭＯＳＦＥＴ２５及びＭＯＳＦＥＴ２６は、ドライバ部２７から出力された制御信号に基づいてスイッチングされ、直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ２５とＭＯＳＦＥＴ２６との間のノードＮ１０からＷ相信号を出力する。
ドライバ部２７は、制御部３０からの制御信号Ｄ１〜Ｄ６を、モータ３の駆動用の電圧に変換して、ＭＯＳＦＥＴ２１〜２６のゲート端子に出力する。
The
The
制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含むプロセッサであり、モータ制御装置１を統括的に制御する。制御部３０は、例えば、制御信号Ｄ１〜Ｄ６を出力して、モータ駆動部２０を駆動させてモータ３の駆動を制御する。また、制御部３０は、電源部６から電源が供給されて、動作を開始すると、制御信号Ｓ０をＨ状態にして、オン信号（制御信号Ｓ２）を生成させる。
The
次に、図面を参照して、本実施形態によるプリチャージ回路１０及びモータ制御装置１の動作について説明する。
図２は、本実施形態によるモータ制御装置１の動作の一例を示すタイミングチャートである。なお、この図では、主にモータ制御装置１のプリチャージ回路１０の動作について説明する。
Next, the operation of the
FIG. 2 is a timing chart showing an example of the operation of the
図２において、波形Ｗ１〜波形Ｗ７は、上から順に、バッテリ２の装着状態、コンデンサ電圧（コンデンサ４の電圧）、始動スイッチ５の状態、電源部６の出力電圧、フォトカプラ５０の状態、スイッチ部１２の状態、及び入力電流の波形を示している。ここで、入力電流は、例えば、電源供給線Ｌ１に流れる電流である。また、各波形の横軸は、時間を示している。
In FIG. 2, the waveforms W1 to W7 are, in order from the top, the
時刻Ｔ１において、始動スイッチ５がオフ状態（ＯＦＦ状態）において、バッテリ２が装着されると（波形Ｗ１を参照）、電源供給線Ｌ１を介してコンデンサ４が充電され、コンデンサ４の電圧が徐々に上昇する（波形Ｗ２を参照）。なお、時刻Ｔ１では、電源部６は停止し、フォトカプラ５０及びスイッチ部１２はオフ状態である。この状態では、入力電流は、プリチャージ抵抗１１を介して流れるため、プリチャージ抵抗１１により突入電流が制限された電流波形となる（波形Ｗ７を参照）。
また、コンデンサ４の充電が完了すると、フォトカプラ５０によりスイッチ駆動部４０が電源供給線Ｌ１からの電源の供給が遮断されているため、入力電流は、ほぼ０Ａになる。
At time T1, when the start switch 5 is in the OFF state (OFF state) and the
When the charging of the capacitor 4 is completed, the
次に、時刻Ｔ２において、始動スイッチ５がオン状態にされると（波形Ｗ３を参照）、電源部６に電源供給線Ｌ１から電源が供給され、電源部６が動作を開始する。電源部６は、例えば、所定の電圧（１５Ｖ、５Ｖ）の電源の供給を開始し（波形Ｗ４を参照）、制御部３０が動作を開始する。
Next, at time T2, when the start switch 5 is turned on (see waveform W3), power is supplied to the power supply unit 6 from the power supply line L1, and the power supply unit 6 starts operation. The power supply unit 6 starts supplying power of a predetermined voltage (15V, 5V) (see waveform W4), and the
次に、時刻Ｔ３において、制御部３０が、制御信号Ｓ０をＨ状態にして、バイポーラトランジスタ１６がオン状態になることで、オン信号（制御信号Ｓ２）が生成される。これにより、フォトカプラ５０がオン状態になる（波形Ｗ５を参照）。すなわち、オン信号によりフォトカプラ５０の発光素子５１に電流がながれて発光し、受光素子５２が、発光素子５１からの光を受光してオン状態になる。これにより、電源供給線Ｌ１の電圧が、起動信号としてスイッチ駆動部４０に供給される。
Next, at time T3, the
次に、スイッチ駆動部４０は、抵抗４１及び抵抗４２とコンデンサ４４の積分回路により、起動信号から所定の期間（期間ＤＬＹ１）遅延させて、時刻Ｔ４において、ノードＮ３が閾値電圧以上の状態になる。すなわち、スイッチ駆動部４０は、起動信号から所定の期間（期間ＤＬＹ１）遅延させて制御信号Ｓ１を出力する。これにより、スイッチ部１２は、オン状態になる（波形Ｗ６を参照）。
Next, the
また、時刻Ｔ４において、スイッチ部１２がオン状態になることで、電源供給線Ｌ１に負荷に応じた電流を流すことが可能になり、制御部３０は、例えば、モータ駆動部２０を制御して、モータ３の駆動させるなどを行う。これにより、入力電流は、負荷に応じた電流値となる（波形Ｗ７を参照）。
Further, at time T4, when the
なお、本実施形態では、始動スイッチ５がオン状態になってから、スイッチ部１２が、オン状態になるまでの期間は、期間ＤＬＹ２である。この期間ＤＬＹ２の遅延期間は、制御部３０が、制御信号Ｓ０をＨ状態にするタイミングにより調整可能である。
In the present embodiment, the period from when the start switch 5 is turned on to when the
次に、比較のために図３を参照して、本実施形態のようなフォトカプラ５０を備えない場合の従来のモータ制御装置について説明する。
図３は、従来のモータ制御装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。
Next, for comparison, a conventional motor control device in the case where the
FIG. 3 is a timing chart showing an example of the operation of the conventional motor control device.
図３において、波形Ｗ１１〜波形Ｗ１６は、上から順に、従来のモータ制御装置における、バッテリの装着状態、平滑コンデンサのコンデンサ電圧、始動スイッチの状態、電源部の出力電圧、スイッチ部の状態、及び入力電流の波形を示している。 In FIG. 3, the waveforms W11 to W16 are shown in order from the top, the battery mounting state, the capacitor voltage of the smoothing capacitor, the starting switch state, the output voltage of the power supply section, the switch section, and the state of the conventional motor control device. The waveform of the input current is shown.
図３に示す従来のモータ制御装置では、時刻Ｔ１１において、始動スイッチがオフ状態（ＯＦＦ状態）において、バッテリが装着されると（波形Ｗ１１を参照）、平滑コンデンサのコンデンサ電圧が徐々に上昇する（波形Ｗ１２を参照）。この状態では、入力電流は、突入電流が制限された電流波形となる（波形Ｗ１６を参照）。 In the conventional motor control device shown in FIG. 3, at time T11, when the start switch is off (OFF state) and the battery is installed (see waveform W11), the capacitor voltage of the smoothing capacitor gradually increases (see waveform W11). Waveform W12). In this state, the input current has a current waveform in which the inrush current is limited (see waveform W16).
次に、時刻Ｔ１２において、平滑コンデンサの充電が完了すると、従来のモータ制御装置のスイッチ部がオン状態にされる（波形Ｗ１５を参照）。なお、従来のモータ制御装置では、本実施形態のモータ制御装置１のように、フォトカプラ５０を備えないため、スイッチ駆動部に、電源供給線から常に暗電流Ｉｌｅａｋが流れる（波形Ｗ１６を参照）。
Next, at time T12, when the charging of the smoothing capacitor is completed, the switch portion of the conventional motor control device is turned on (see waveform W15). Since the conventional motor control device does not include the
次に、時刻Ｔ１３において、従来のモータ制御装置の始動スイッチがオン状態にされると、従来のモータ制御装置の電源部及び制御部が動作を開始する（波形Ｗ１３〜波形Ｗ１６を参照）。 Next, at time T13, when the start switch of the conventional motor control device is turned on, the power supply unit and the control unit of the conventional motor control device start operating (see waveforms W13 to W16).
このように、従来のモータ制御装置では、始動スイッチがオフ状態である場合に、暗電流Ｉｌｅａｋが発生する。これに対して、本実施形態によるモータ制御装置１（プリチャージ回路１０）では、フォトカプラ５０がスイッチ駆動部４０への電源供給を遮断するため、図２の時刻Ｔ１から時刻Ｔ４に示すように、従来のモータ制御装置のようなリーク電流は発生せずに、入力電流をほぼ０Ａにすることができる。
As described above, in the conventional motor control device, the dark current Ileak is generated when the start switch is in the off state. On the other hand, in the motor control device 1 (precharge circuit 10) according to the present embodiment, since the
次に、図４を参照して、本実施形態によるモータ制御装置１の動作の別の一例いついて説明する。
図４は、本実施形態によるモータ制御装置１の動作の別の一例を示すタイミングチャートである。この図では、始動スイッチ５がオン状態で、バッテリ２を装着した場合の動作について説明する。
Next, another example of the operation of the
FIG. 4 is a timing chart showing another example of the operation of the
図４において、波形Ｗ２１〜波形Ｗ２７は、上から順に、バッテリ２の装着状態、コンデンサ電圧（コンデンサ４の電圧）、始動スイッチ５の状態、電源部６の出力電圧、フォトカプラ５０の状態、スイッチ部１２の状態、及び入力電流の波形を示している。また、各波形の横軸は、時間を示している。
In FIG. 4, the waveforms W21 to W27 are, in order from the top, the
図４において、まず、時刻Ｔ２１において、始動スイッチ５がオン状態（ＯＮ状態）にされる（波形Ｗ２３を参照）。
次に、時刻Ｔ２２において、始動スイッチ５がオン状態で、バッテリ２が装着されると（波形Ｗ２１を参照）、電源供給線Ｌ１を介してコンデンサ４が充電され、コンデンサ４の電圧が徐々に上昇する（波形Ｗ２２を参照）。また、電源部６に電源供給線Ｌ１から電源が供給され、電源部６が動作を開始する。電源部６は、例えば、所定の電圧（１５Ｖ、５Ｖ）の電源の供給を開始し（波形Ｗ２４を参照）、制御部３０が動作を開始する。
In FIG. 4, first, at time T21, the start switch 5 is turned on (ON state) (see waveform W23).
Next, at time T22, when the start switch 5 is on and the
次に、時刻Ｔ２３において、制御部３０が、制御信号Ｓ０をＨ状態にして、バイポーラトランジスタ１６がオン状態になることで、オン信号（制御信号Ｓ２）が生成される。これにより、フォトカプラ５０がオン状態になる（波形Ｗ２５を参照）。すなわち、オン信号によりフォトカプラ５０の発光素子５１に電流がながれて発光し、受光素子５２が、発光素子５１からの光を受光してオン状態になる。これにより、電源供給線Ｌ１の電圧が、起動信号としてスイッチ駆動部４０に供給される。
Next, at time T23, the
次に、スイッチ駆動部４０は、抵抗４１及び抵抗４２とコンデンサ４４の積分回路により、起動信号から所定の期間（期間ＤＬＹ１）遅延させて、時刻Ｔ２４において、ノードＮ３が閾値電圧以上の状態になる。すなわち、スイッチ駆動部４０は、起動信号から所定の期間（期間ＤＬＹ１）遅延させて制御信号Ｓ１を出力する。これにより、スイッチ部１２は、オン状態になる（波形Ｗ２６を参照）。
Next, the
また、時刻Ｔ２４において、スイッチ部１２がオン状態になることで、電源供給線Ｌ１に負荷に応じた電流を流すことが可能になり、制御部３０は、例えば、モータ駆動部２０を制御して、モータ３の駆動させるなどを行う。これにより、入力電流は、負荷に応じた電流値となる（波形Ｗ２７を参照）。
Further, at time T24, when the
なお、本実施形態では、バッテリ２が装着されてから、スイッチ部１２が、オン状態になるまでの期間は、期間ＤＬＹ３である。この期間ＤＬＹ３の遅延期間は、制御部３０が、制御信号Ｓ０をＨ状態にするタイミングにより調整可能である。そのため、本実施形態では、始動スイッチ５がオン状態で、バッテリ２を装着した場合であっても、コンデンサ４の電圧が所定の閾値以上に充電された後に、スイッチ部１２がオン状態になるようにすることが可能である。
In the present embodiment, the period from when the
以上説明したように、本実施形態によるプリチャージ回路１０は、コンデンサ４と、プリチャージ抵抗１１と、スイッチ部１２と、スイッチ駆動部４０と、フォトカプラ５０（絶縁伝達素子）とを備える。コンデンサ４は、バッテリ２から電源供給線を介して電力が供給されるモータ駆動部２０（負荷部）に並列に接続されている。プリチャージ抵抗１１は、コンデンサ４に直列に接続され、コンデンサ４を充電する電流を制限する。スイッチ部１２は、コンデンサ４に直列に接続され、且つ、プリチャージ抵抗１１と並列に接続されている。スイッチ駆動部４０は、電源供給線Ｌ１の電圧が起動信号として供給され、起動信号の供給開始から所定の期間遅延させて、スイッチ部１２をオン状態に制御する制御信号Ｓ１（第１制御信号）を出力する。フォトカプラ５０は、モータ駆動部２０の動作を開始させる始動スイッチ５がオン状態にされたことに基づくオン信号を、電源供給線の電圧のスイッチ駆動部４０への供給を遮断状態から供給状態に変更し、起動信号をスイッチ駆動部４０に供給させる制御信号Ｓ２（第２制御信号）として伝達する。ここで、フォトカプラ５０は、電気的に絶縁しつつ、異なる電源系の間で信号を伝達する絶縁伝達素子の一例である。
As described above, the
これにより、フォトカプラ５０（絶縁伝達素子）が電源供給線Ｌ１の電圧のスイッチ駆動部４０への供給を遮断状態にし、プリチャージ抵抗１１がコンデンサ４を充電する電流を制限するため、本実施形態によるプリチャージ回路１０は、暗電流を低減しつつ、突入電流を防止することができる。
As a result, the photocoupler 50 (insulation transmission element) cuts off the supply of the voltage of the power supply line L1 to the
例えば、図３に示すように、従来技術では、始動スイッチ５がオフ状態である場合に、スイッチ駆動部４０に電源供給線から電力が供給されているため、暗電流Ｉｌｅａｋが発生する（図３の時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３の波形Ｗ１６を参照）。
これに対して、本実施形態によるプリチャージ回路１０では、フォトカプラ５０（絶縁伝達素子）が電源供給線Ｌ１の電圧のスイッチ駆動部４０への供給を遮断状態にするため、始動スイッチ５がオフ状態である場合に、従来技術のような暗電流Ｉｌｅａｋを大幅に低減することができる。
For example, as shown in FIG. 3, in the prior art, when the start switch 5 is in the off state, power is supplied to the
On the other hand, in the
また、本実施形態では、始動スイッチ５がオフ状態にされた場合に、フォトカプラ５０が、電源供給線Ｌ１の電圧のスイッチ駆動部４０への供給を遮断状態にするとともに、スイッチ駆動部４０が、スイッチ部１２をオフ状態にする。
これにより、本実施形態によるプリチャージ回路１０は、始動スイッチ５がオフ状態にされた待機状態において、暗電流を低減することができる。
Further, in the present embodiment, when the start switch 5 is turned off, the
As a result, the
また、本実施形態では、スイッチ駆動部４０は、コンデンサ４の電圧が所定の閾値以上に充電された後に、スイッチ部１２がオン状態になるように、制御信号Ｓ１（第１制御信号）の出力を起動信号から所定の期間（図１の期間ＤＬＹ１を参照）遅延させる。
これにより、本実施形態によるプリチャージ回路１０は、突入電流を適切に防止することができる。
Further, in the present embodiment, the
As a result, the
また、本実施形態では、オン信号（制御信号Ｓ２）は、始動スイッチ５がオン状態にされたことで動作を開始する制御部３０によって出力される。すなわち、制御部３０が、始動スイッチ５がオン状態にされた後に、オン信号（制御信号Ｓ２）を出力させる。
これにより、本実施形態によるプリチャージ回路１０は、例えば、スイッチ部１２がオン状態にするタイミングを、制御部３０により適切に調整することができる。そのため、上述した図４にしめすように、始動スイッチ５がオン状態で、バッテリ２を装着した場合であっても、本実施形態によるプリチャージ回路１０は、突入電流を適切に防止することができる。
Further, in the present embodiment, the on signal (control signal S2) is output by the
As a result, in the
また、本実施形態において、絶縁伝達素子は、フォトカプラ５０であり、負荷部は、モータ３を駆動するモータ駆動部２０である。
これにより、本実施形態によるプリチャージ回路１０は、フォトカプラ５０を用いた簡易な構成により、暗電流を低減することができるとともに、例えば、モータ３を駆動する用途において、暗電流を適切に低減することができる。
Further, in the present embodiment, the insulation transmission element is a
As a result, the
また、本実施形態によるモータ制御装置１は、モータ３を駆動するモータ駆動部２０と、モータ駆動部２０を制御する制御部３０と、上述したプリチャージ回路１０とを備える。
これにより、本実施形態によるモータ制御装置１は、上述したプリチャージ回路１０と同様の効果を奏し、暗電流を低減しつつ、突入電流を防止することができる。
Further, the
As a result, the
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の実施形態において、負荷部がモータ駆動部２０である例を説明したが、これに限定されるものではなく、負荷部は、例えば、スイッチング電源のスイッチング部や交流信号を生成する各種インバータ部などであってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the example in which the load unit is the
また、上記の実施形態において、モータ制御装置１に本実施形態によるプリチャージ回路１０を適用する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電源装置などに本実施形態によるプリチャージ回路１０を適用してもよい。
Further, in the above embodiment, an example in which the
また、上記の実施形態において、絶縁伝達素子の一例として、フォトカプラ５０を用いる例を説明したが、絶縁伝達素子は、フォトカプラ等の光絶縁伝達素子に限らず、パルストランス等の磁気絶縁伝達素子であってもよい。
Further, in the above embodiment, an example in which the
上述のモータ制御装置１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述したモータ制御装置１の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
The
１ モータ制御装置
２ バッテリ
３ モータ
４、４４ コンデンサ
５ 始動スイッチ
６ 電源部
１０ プリチャージ回路
１１ プリチャージ抵抗
１２ スイッチ部
１３、１４、１５、１７、１８、４１、４２、４３，４６ 抵抗
１６ バイポーラトランジスタ
２０ モータ駆動部
２１、２２、２３、２４、２５、２６ ＭＯＳＦＥＴ
２７ ドライバ部
３０ 制御部
４０ スイッチ駆動部
４５ ツェナーダイオード
５０ フォトカプラ
５１ 発光素子
５２ 受光素子
1
27
Claims (6)
前記コンデンサに直列に接続され、前記コンデンサを充電する電流を制限するプリチャージ抵抗と、
前記コンデンサに直列に接続され、且つ、前記プリチャージ抵抗と並列に接続されたスイッチ部と、
前記電源供給線の電圧が起動信号として供給され、前記起動信号の供給開始から所定の期間遅延させて、前記スイッチ部をオン状態に制御する第１制御信号を出力するスイッチ駆動部と、
電気的に絶縁しつつ、異なる電源系の間で信号を伝達する絶縁伝達素子であって、前記負荷部の動作を開始させる始動スイッチがオン状態にされたことに基づくオン信号を、前記電源供給線の電圧の前記スイッチ駆動部への供給を遮断状態から供給状態に変更し、前記起動信号を前記スイッチ駆動部に供給させる第２制御信号として伝達する絶縁伝達素子と
を備えることを特徴とするプリチャージ回路。 A capacitor connected in parallel to the load section where power is supplied from the battery via the power supply line,
A precharge resistor connected in series with the capacitor to limit the current that charges the capacitor,
A switch unit connected in series with the capacitor and connected in parallel with the precharge resistor.
A switch drive unit in which the voltage of the power supply line is supplied as a start signal, a first control signal for controlling the switch unit to be turned on is output after a predetermined period of delay from the start of supply of the start signal, and a switch drive unit.
The power supply supplies an on-signal, which is an insulated transmission element that transmits a signal between different power supply systems while being electrically isolated, and is based on the fact that the start switch for starting the operation of the load unit is turned on. It is characterized by including an insulating transmission element that changes the supply of the line voltage to the switch drive unit from the cutoff state to the supply state and transmits the start signal as a second control signal to be supplied to the switch drive unit. Precharge circuit.
ことを特徴とする請求項１に記載のプリチャージ回路。 When the start switch is turned off, the insulation transmission element cuts off the supply of the voltage of the power supply line to the switch drive unit, and the switch drive unit turns off the switch unit. The precharge circuit according to claim 1, wherein the state is set.
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリチャージ回路。 The switch drive unit delays the output of the first control signal from the start signal for the predetermined period so that the switch unit is turned on after the voltage of the capacitor is charged to a predetermined threshold value or higher. The precharge circuit according to claim 1 or 2, wherein the precharge circuit is characterized in that.
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプリチャージ回路。 The precharge circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the on signal is output by a control unit that starts operation when the start switch is turned on.
前記負荷部は、モータを駆動するモータ駆動部である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプリチャージ回路。 The insulated transmission element is a photocoupler.
The precharge circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the load unit is a motor drive unit that drives a motor.
前記モータ駆動部を制御する制御部と、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のプリチャージ回路と
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 The motor drive unit that drives the motor and
A control unit that controls the motor drive unit and
A motor control device including the precharge circuit according to any one of claims 1 to 5.
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