JP4188237B2 - モータ制御回路の過電流保護 - Google Patents

Description

本発明はモータ制御回路に係り、より詳細にはブラシレスＤＣモータ用のモータ制御回路における過電流保護に関するものである。

図１は、送風ファンなどの用途で使用される従来のＤＣブラシレス・モータ制御回路の回路図である。この回路では、モータを制御するためにマイクロコントローラを用いている。

図１のモータ制御回路ではモータの要求仕様に応じて、たとえば１８〜３２ボルトＤＣまたは３６〜６０ボルトＤＣの供給電圧がトップ・レールに与えられる。モータ巻線１は、４つのｎ型ＦＥＴ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからなるフル・ブリッジ回路に接続されている。上部の２つのＦＥＴデバイス２ａ、２ｂは、一対のチャージ・ポンプ回路（ＩＲ２１０４）３ａ、３ｂによって駆動される。チャージ・ポンプ回路は、マイクロコントローラＩＣ４（ＰＩＣ１６Ｃ７１２など）からそれぞれ直接供給を受け取り、トップ・レール電圧供給に個々のコンデンサ５ａ、５ｂを介してそれぞれ接続されている。

リニアＤＣ−ＤＣコンバータを備える電圧調整器６からマイクロコントローラＩＣ４に、５ボルトＤＣが供給される。しかし４つのＦＥＴのうちの２つをターン・オンするためには、電圧調整器から供給されるものより高い電圧が必要であり、そのためチャージ・ポンプ回路が、フル・ブリッジの上半分のＦＥＴ用に必要となる。ブリッジの下半分のＦＥＴのドレインは抵抗器７に接続されていて、モータ巻線１によって取り出されている電流を検知するための出力を与えるようになっている。

２つのｎ型ＦＥＴ２ａおよび２ｂはｐ型ＦＥＴと置き換えることができるが、ｐ型ＦＥＴは高価であり、たやすく利用できるものではなく、またｎ型ＦＥＴほど効果的ではない。

モータ巻線には過負荷または過電流といった原因により、損傷を受ける危険性がある。そのため、（抵抗器７から）取り出される電流はマイクロコントローラＩＣ４によって定期的にポーリングされ、電流が所定の閾値未満のままであることが確認される。閾値を超える場合には、マイクロコントローラＩＣ４が下部の２つのＦＥＴ２ｃ、２ｄをスイッチ・オフし、巻線１への電力供給をターン・オフする。

電流閾値はマイクロコントローラＩＣ４の内部で設定され、通常はソフトウェアによって制御可能である。しかし図１の回路、ならびに電流検知および過電流保護を目的とした同様の形式には問題がある。つまり、このような電気的に保護されるモータは、過電流が検知されれば単純にターン・オフするが、マイクロコントローラが検知電流をポーリングする頻度、または速さが潜在的な過電流を検出するには十分でない場合があり、その結果、ＦＥＴまたは巻線が損傷を受ける前にモータへの供給をスイッチ・オフできない場合がある。理想的には１０ミリ秒未満で、起こり得る過電流の状況を検出し、処置を取ることが求められる。すなわち、過電流を検知して損傷を保護するためのマイクロコントローラＩＣ４の反応時間は、その処理スピードによって制限されることになり、これは望ましくない状況だといえる。

本発明の目的は、前述の問題を克服することであり、マイクロコントローラＩＣ４の処理スピードまたはポーリング頻度に左右されないモータ制御回路を提供することである。

したがって、本発明の一態様は被制御モータの巻線に駆動電流を供給するように動作可能な、且つ一旦トリガされると巻線への駆動電流を停止する割込み入力を有するマイクロコントローラと、巻線電流を示す信号が基準レベルを超えるかどうかを判定し、超える場合には割込み入力をトリガするように動作可能な閾値化回路とを備えるモータを制御するためのモータ制御回路を提供することであって、ここで前記閾値化回路は可変の基準レベルを設定する基準レベル設定回路と、巻線電流を示す信号を可変の基準レベルと比較する比較器回路とを備えることを特徴とするものである。

可変の基準レベルはソフトウェア制御されることが好ましい。

好ましくは基準レベル設定回路は可変の周波数および／またはマーク・スペース比のパルス波形が与えられるロー・パス・フィルタからなり、このロー・パス・フィルタの出力は可変の基準電圧を含むようにする。

可変の周波数および／またはマーク・スペース比のパルス波形は、マイクロコントローラの出力であることが、有利である。

波形の周波数はソフトウェア制御されることが好ましい。

本発明の理解のため、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図２に本発明のモータ制御回路を示すが、図１の構成部と同様のものについては、図１で使用の符号番号と同じ符号番号を与えた。

図１に示す従来のモータ制御回路では、モータ巻線を通る電流は抵抗器７によって検知され、マイクロコントローラＩＣ４内部に配置されるソフトウェア制御の閾値検出器に与えられている。それとは対照的に、図２に示す本発明のモータ制御回路ではこの配置は省かれており、オペ・アンプまたは他の形式の比較器８に検知電流が与えられる。検知電流は比較器８の第１の入力９に与えられ、比較器の第２の入力１０は、分圧器回路を形成する２つの抵抗器１１、１２の接続部から与えられる。抵抗器１１、１２は、リニアＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整器）６の出力とボトム・レールとの間に、直列に接続されている。分圧器は過電流の状況において、電流検知抵抗器７を通る検知電流が超えることができない閾値電流を表わす基準電圧を設定する。重要なのは、比較器８の出力が、マイクロコントローラＩＣ４上の割込み入力１３に与えられることである。比較器８および分圧器は、巻線電流（すなわち検知電流）を示す信号が基準レベルを超えるかどうかを判定するように動作可能な閾値化回路を構成する。

分圧器によって設定された基準電圧によって決定される閾値電流を超えた場合、割込み入力がトリガされて、マイクロコントローラＩＣ４は巻線１への電力を即座にスイッチ・オフする。従来技術におけるその反応時間は、内部閾値検出器の反応時間およびマイクロコントローラＩＣ４の処理スピードによって制限されていたが、本発明の配置では、リアル・タイムの電流制限または保護が得られる。この配置では、閾値化機能をマイクロコントローラＩＣ４の外で行っているため、内部閾値検出器が必要でないことが理解される。

したがって概略的に言えば本発明のモータ制御回路は、被制御モータの巻線に駆動電流を供給するように動作可能な、且つ一旦トリガされると巻線への駆動電流を停止する割込み入力を有するマイクロコントローラＩＣと、巻線電流を示す信号が基準レベルを超えるかどうかを判定して超える場合には割込み入力をトリガするように動作可能な閾値化回路とからなる。

この図２に示した本発明のモータ制御回路においては、閾値化機能がマイクロコントローラＩＣ４の外に有効に取り出されており、従来と比較し、はるかに改善された過電流応答時間が得られる（従来の配置で得られる５０〜１００マイクロ秒ではなく、２〜３マイクロ秒のオーダが得られる。）。しかしながら、図２に示したモータ制御回路では、閾値を変えることができない。

そこで、本発明の他の実施の形態においては、前述の実施の形態にて可能となった「より速い過電流反応時間」に加え、閾値を変えることができるモータ制御回路を提供する。ここで図３を参照すると、比較器８への第１の入力９には、やはり抵抗器７からの検知電流電圧が与えられている。比較器への第２の入力１０は、抵抗器１４とコンデンサ１５とからなるロー・パス・フィルタに接続されている。ロー・パス・フィルタへの入力は、ソフトウェア制御のマイクロコントローラＩＣ４からのパルス出力１６であって、これはマイクロコントローラによって生成されるデジタル信号である。パルス波形の周波数および／またはマーク・スペース比は、ソフトウェアによって可変である。従って、ロー・パス・フィルタの出力は、マイクロコントローラＩＣ４によって生成、且つソフトウェア制御されるパルス波形の周波数および／またはマーク・スペース比によって大きさが制御できる電圧からなる。これにより、検知電流電圧と比較可能な、ソフトウェア制御の可変の基準電圧が設定される。

図２に示した実施形態の場合と同様に、改善された過電流応答時間の利点を得るために、比較器の出力はマイクロコントローラＩＣ４上の割込み入力１３に与えられる。

本明細書においては、「〜からなる」といった表現は「〜を含む、または〜から構成される」を意味し、「〜からなっている」といった表現は「〜を含んでいる、または〜から構成されている」を意味する。

前述の説明もしくは特許請求の範囲、または図面で開示の事柄は、明確、具体的な形で記載されており、又は記載の発明の効果を達成するための作用、方法、プロセスの実行の見地からその好ましい形にて記載されているが、本発明の事柄は、その記載の範囲にとどまるものではなく、必要に応じて単独でも、または任意の組み合わせでもって、多種多様の発明の態様を具現化することができるものである。

従来のモータ制御回路を示す回路図である。 固定基準レベルを設定するモータ制御回路を示す回路図である。 本発明を具体化するモータ制御回路を示す回路図である。

Claims (3)

1. モータを制御するためのモータ制御回路であって、該回路は被制御モータの巻線（１）に駆動電流を供給するように動作可能な、且つ一旦トリガされると前記巻線（１）への駆動電流を停止する割込み入力（１３）を有するマイクロコントローラ（４）と、巻線電流を示す信号が基準レベルを超えるかどうかを判定して超える場合には割込み入力（１３）をトリガするように動作可能な閾値化回路とを備えるものであって、前記閾値化回路は、可変の基準レベルを設定する基準レベル設定回路と、巻線電流を示す信号を前記可変の基準レベルと比較する比較器回路（８）とを備え、前記基準レベル設定回路は、該基準レベル設定回路の一部を構成する抵抗器（１４）と、該抵抗器（１４）に直列に接続されるとともに、前記マイクロコントローラ（４）のパルス出力（１６）に接続されるコンデンサ（１５）とからなるロー・パス・フィルタを備えることを特徴とするモータ制御回路。
2. 前記可変の基準レベルがソフトウェア制御されることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御回路。
3. 前記ロー・パス・フィルタの出力は可変の基準電圧からなることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御回路。

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