JP4435068B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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また、従来の構成であると、モータ制御装置に保護手段を別途設ける必要があり、その保護手段はスイッチング素子に流れる過電流を遮断できるように構成する必要があるため、モータ制御装置が複雑で大型なものとなってしまうという不都合があった。
電源側とモータの正転用の第1端子側とに接続される第1スイッチング素子と、
接地側と前記モータの前記第1端子側とに接続される第2スイッチング素子と、
前記電源側と前記モータの逆転用の第2端子側とに接続される第3スイッチング素子と、
前記接地側と前記モータの前記第2端子側とに接続される第4スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子、及び、前記第4スイッチング素子の夫々に対してオフ指令を出力する回転停止用指令状態、前記第1スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子に対してオン指令を出力し、かつ、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子に対してオフ指令を出力する正転駆動用指令状態、及び、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子に対してオン指令を出力し、かつ、前記第1スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子に対してオフ指令を出力する逆転駆動用指令状態に切換え自在な制御手段とが設けられたモータ制御装置において、
前記第1スイッチング素子における電源側端子の電位とモータ側端子の電位との電位差が所定電圧より大きい高電位差発生状態を検出する正転用電位差検出回路と、
前記第3スイッチング素子における電源側端子の電位とモータ側端子の電位との電位差が所定電圧より大きい高電位差発生状態を検出する逆転用電位差検出回路と、
前記制御手段が前記第1スイッチング素子に対してオン指令を出力している状態において、前記正転用電位差検出回路が高電位差発生状態を検出すると、前記第1スイッチング素子を強制的にオフ状態にする正転駆動用保護回路と、
前記制御手段が前記第3スイッチング素子に対してオン指令を出力している状態において、前記逆転用電位差検出回路が高電位差発生状態を検出すると、前記第3スイッチング素子を強制的にオフ状態にする逆転駆動用保護回路とが設けられ、
前記正転駆動用保護回路が、
前記制御手段が前記第1スイッチング素子に対してオン指令を出力している間は、前記正転用電位差検出回路の断続的な高電位差発生状態の検出に対して前記第1スイッチング素子の強制的なオフ状態を保持するラッチ状態となり、前記制御手段が前記第1スイッチング素子に対してオン指令を出力しなくなると、前記制御手段からの前記第1スイッチング素子に対するオフ指令によって前記第1スイッチング素子の強制的なオフ状態の保持を解除する非ラッチ状態となるように構成され、
前記逆転駆動用保護回路が、
前記制御手段が前記第3スイッチング素子に対してオン指令を出力している間は、前記逆転用電位差検出回路の断続的な高電位差発生状態の検出に対して前記第3スイッチング素子の強制的なオフ状態を保持するラッチ状態となり、前記制御手段が前記第3スイッチング素子に対してオン指令を出力しなくなると、前記制御手段からの前記第3スイッチング素子に対するオフ指令によって前記第3スイッチング素子の強制的なオフ状態の保持を解除する非ラッチ状態となるように構成されている点にある。
同様に、モータが逆転駆動しているときに、モータの第2端子に地絡異常が発生した場合や、第1端子及び第2端子の間に端子間短絡異常が発生した場合には、逆転用電位差検出回路及び逆転駆動用保護回路の応答時間が経過すると、第3スイッチング素子がオフ状態となって、第3スイッチング素子に流れる過電流が遮断される。
したがって、モータの地絡異常や端子間短絡異常が発生した場合におけるスイッチング素子の焼損を、簡素な構成で的確に回避することができるモータ制御装置を得るに至った。
前記正転駆動用保護回路が、
前記制御手段が前記逆転駆動用指令状態から前記正転駆動用指令状態に切換わるのに伴って前記ラッチ状態となる時期を遅延させる正転化遅延回路を備えて構成され、
前記逆転駆動用保護回路が、
前記制御手段が前記正転駆動用指令状態から前記逆転駆動用指令状態に切換わるのに伴って前記ラッチ状態となる時期を遅延させる逆転化遅延回路を備えて構成されている点にある。
制御手段が逆転駆動用指令状態から正転駆動用指令状態へ切換わる場合は、第1スイッチング素子がオン状態になる直前においては、正転用電位差検出回路は、モータの慣性による逆起電力により高電位差発生状態を検出している。そして、制御手段が出力するオン指令により第1スイッチング素子がオン状態となると、第1スイッチング素子の両端子間には高電位差は発生しなくなるため、正転用電位差検出回路は高電位差発生状態を検出しなくなる。
一方、正転駆動用保護回路は、制御手段が第1スイッチング素子にオン指令を出力している状態において、正転用電位差検出回路が高電位差発生状態を検出すると、第1スイッチング素子をオフ状態に保持するラッチ状態になるが、正転化遅延回路を備えているため、制御手段が第1スイッチング素子にオン指令を出力してから正転駆動用保護回路がラッチ状態になるまでの時間が長くなる。
したがって、正転駆動用保護回路がラッチ状態になるまでの間に、正転用電位差検出回路は、高電位差発生状態を検出しなくなるので、正転駆動用保護回路が第1スイッチング素子をオフ状態にしたままラッチ状態となることを回避できる。
制御手段に、正転用電位差検出回路及び逆転用電位差検出回路が高電位差発生状態を検出しているか否かを示す検出信号が入力されるので、制御手段は、入力された検出信号に基づいて、モータの端子の異常を検出することができる。
また、制御手段が回転停止指令状態であって、第1〜第4のスイッチング素子が全てオフ状態であれば、モータMの第1端子又は第2端子に地絡異常が生じていれば、逆転用電位差検出回路が高電位差発生状態を検出する。
つまり、制御手段が回転停止指令状態であって、第1〜第4のスイッチング素子が全てオフ状態であれば、モータの第1端子に地絡異常が発生した場合でも、第2端子に地絡異常が発生した場合でも、正転用電位差検出回路、及び、逆転用電位差検出回路の双方が高電位差発生状態を検出する。したがって、制御手段は、回転停止用指令状態である場合における正転用電位差検出回路及び逆転用電位差検出回路の検出状態に基づいて、モータの第1端子又は第2端子の地絡異常を検出することができる。
つまり、マイコン3は、回転停止指令Nを検出すると、回転停止用指令状態Snとなって、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、及び、第4スイッチSW4の夫々に対してオフ指令を出力する。これにより、図2に示すように、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、及び、第4スイッチSW4の全てがオフ状態となるので、モータMの第1端子Tm1と第2端子Tm2との間には電圧が印加されず、モータMの回転駆動力は発生しない。
まず、モータMの第1端子Tm1に地絡異常が発生している場合について説明する。
マイコン3が、回転停止指令状態Snであるので、第1スイッチSW1〜第4スイッチSW4は図2に示すように、全てオフ状態である。
トランジスタTr7のベースは、正転側のハイサイドドライバ回路D1のトランジスタTr1がオフであるので、トランジスタTr1によるプルダウン作用を受けておらず、なおかつ、電源ラインE側に抵抗及びダイオード等を介して接続されているので、正転駆動用保護回路4のトランジスタTr7のベースエミッタ間に順バイアスが発生している。したがって、トランジスタTr7はオンしている。トランジスタTr7がオンしていることから、トランジスタTr6のベースがプルダウンされる。トランジスタTr6のエミッタは電源ラインEに接続されているため、トランジスタTr6のベースエミッタ間に順バイアスが発生している。したがって、トランジスタTr6はオンしている。トランジスタTr6がオンしていることから、トランジスタTr8のベースエミッタ間に順バイアスは発生していない。したがって、トランジスタTr8はオフしている。
また、モータMの第1端子Tm1が地絡しているので、上述の通り、正転側ソースドレイン間電圧監視回路6のトランジスタTr2はオンしている。このためトランジスタTr4のベースエミッタ間に順バイアスが発生しているためエミッタ接地のトランジスタTr4はオンとなっている。したがって、トランジスタTr5のベースエミッタ間に順バイアスは発生していないため、エミッタ接地のトランジスタTr5はオフとなっている。
マイコン3が回転停止用指令状態Snである間は、正転側ソースドレイン間電圧監視回路6は、上述した第1端子Tm1に地絡異常が発生している場合と同様の状態となっている。
マイコン3が正転準備用指令状態Sf1となって、第1スイッチSW1がオンすると、モータMの第2端子Tm2が地絡しているので、電源ラインEとグランドラインGとの間に第1スイッチSW1とモータMが直列に接続された状態となる。第1スイッチSW1のオン抵抗がモータMの抵抗値より十分小さいため、第1スイッチSW1のソース端子T1sとドレイン端子T1dとの間に電圧は殆ど発生せず、トランジスタTr2のベースエミッタ間に順バイアスがなくなり、トランジスタTr2がオフし、トランジスタTr4もオフする。この時点でトランジスタTr6はオンであるから、トランジスタTr5のベースは、オンのトランジスタTr6によりプルアップされた状態が維持され、トランジスタTr5はオンしている。
この場合は、正転側ソースドレイン間電圧監視回路6の動作についての説明においてすでに述べたように、マイコン3が正転駆動用指令状態Sf2となって、第4スイッチSW4がオンされた時点で、正転側ソースドレイン間電圧監視回路6のトランジスタTr2がオンする。したがって、マイコン3が正転準備用指令状態Sf1となった時点では、トランジスタTr2はオンしないため、第1スイッチSW1がオン状態となったまま、マイコン3は正転駆動用指令状態Sf2となる。
マイコン3が正転駆動用指令状態Sf2であるので第1スイッチSW1及び第4スイッチSW4がオン状態となっている。この場合も、正転側ソースドレイン間電圧監視回路6の動作についての説明においてすでに述べたように、モータMの第1端子に地絡異常が発生した時点で正転側ソースドレイン間電圧監視回路6のトランジスタTr2がオンする。
トランジスタTr2がオンするとトランジスタTr4がオフからオンになり、それによりトランジスタTr5がオンからオフになる。マイコン3が正転駆動用指令状態Sf2であるのでトランジスタTr7はすでにオフしているから、トランジスタTr5がオフするとトランジスタTr6がオンからオフになる。これによりトランジスタTr8がオンして、上述した〔駆動前地絡発生時の動作〕と同様に、第1スイッチSW1はオフ状態となる。
マイコン3が正転駆動用指令状態Sf2であるので第1スイッチSW1及び第4スイッチSW4がオン状態となっている。この場合も、正転側ソースドレイン間電圧監視回路6の動作についての説明においてすでに述べたように、モータMの第1端子と第2端子との短絡異常が発生した時点で正転側ソースドレイン間電圧監視回路6のトランジスタTr2がオンする。
トランジスタTr2がオンするとトランジスタTr4がオフからオンになり、それによりトランジスタTr5がオンからオフになる。マイコン3が正転駆動用指令状態Sf2であるのでトランジスタTr7はすでにオフしているから、トランジスタTr5がオフするとトランジスタTr6がオンからオフになる。これによりトランジスタTr8がオンして、上述した〔駆動前地絡発生時の動作〕と同様に、第1スイッチSW1はオフ状態となる。
モータMを逆転駆動状態から正転駆動状態にする場合、マイコン3は、図2の矢印Bで示す順に指令状態が順次切換わる。
図5のタイミングチャートに示すように、マイコン3が逆転駆動用指令状態Sr2から逆転準備用指令状態Sr1になると第2スイッチSW2がオフする。その直後にモータMのコイルの誘導電流が第1スイッチSW1のフライホイールダイオードを流れるため、トランジスタTr2は一瞬オフしてそれに追従してトランジスタTr4も一瞬オフするが、慣性回転状態にあるモータMの逆起電力により第1スイッチSW1のソースドレイン間にはある程度の電圧が発生し、トランジスタTr2が再びオンとなり、トランジスタTr4も再びオンする。
以上説明したように、本モータ制御装置は、モータMの第1端子又は第2端子に地絡異常や短絡異常が発生して、Hブリッジを構成するスイッチに過電流が流れた場合に、マイコンにより保護手段を作動させて過電流を止める従来のものに比べて短時間で電流を止めることができるので、モータの地絡異常や端子間短絡異常が発生した場合におけるスイッチング素子の焼損を、簡素な構成で的確に回避することができる。
以下、別実施形態を列記する。
(1)上記実施形態では、Hブリッジを構成するスイッチング素子として、ハイサイドスイッチがpチャンネルMOS−FETでローサイドスイッチがnチャンネルMOS−FETであるものを例示したが、ハイサイドスイッチもnチャンネルMOS−FETであるものや、MOS−FETに代えてバイポーラトランジスタ等、その他の半導体素子で構成されたものであってもよい。
(2)上記実施形態では、正転側ソースドレイン間電圧監視回路6及び逆転側ソースドレイン間電圧監視回路7を、バイポーラトランジスタTr2で構成したものを例示したが、コンパレータ等で構成したものでもよい。
(3)正転駆動用保護回路4及び逆転駆動用保護回路5の構成は、本実施形態で例示した回路に限定されるものでもなく適宜変更可能である。
SW2 第2スイッチング素子
SW3 第3スイッチング素子
SW4 第4スイッチング素子
T1s 第1スイッチング素子における電源側端子
T1d 第1スイッチング素子におけるモータ側端子
T3s 第3スイッチング素子における電源側端子
T3d 第3スイッチング素子におけるモータ側端子
Tm1 第1端子側
Tm2 第2端子側
E 電源側
G 接地側
M モータ
Sf2 正転駆動用指令状態
Sn 回転停止用指令状態
Sr2 逆転駆動用指令状態
3 制御手段
4 正転駆動用保護回路
5 逆転駆動用保護回路
6 正転用電位差検出回路
7 逆転用電位差検出回路
8 正転化遅延回路
Claims (3)
- 電源側とモータの正転用の第1端子側とに接続される第1スイッチング素子と、
接地側と前記モータの前記第1端子側とに接続される第2スイッチング素子と、
前記電源側と前記モータの逆転用の第2端子側とに接続される第3スイッチング素子と、
前記接地側と前記モータの前記第2端子側とに接続される第4スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子、及び、前記第4スイッチング素子の夫々に対してオフ指令を出力する回転停止用指令状態、前記第1スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子に対してオン指令を出力し、かつ、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子に対してオフ指令を出力する正転駆動用指令状態、及び、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子に対してオン指令を出力し、かつ、前記第1スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子に対してオフ指令を出力する逆転駆動用指令状態に切換え自在な制御手段とが設けられたモータ制御装置であって、
前記第1スイッチング素子における電源側端子の電位とモータ側端子の電位との電位差が所定電圧より大きい高電位差発生状態を検出する正転用電位差検出回路と、
前記第3スイッチング素子における電源側端子の電位とモータ側端子の電位との電位差が所定電圧より大きい高電位差発生状態を検出する逆転用電位差検出回路と、
前記制御手段が前記第1スイッチング素子に対してオン指令を出力している状態において、前記正転用電位差検出回路が高電位差発生状態を検出すると、前記第1スイッチング素子を強制的にオフ状態にする正転駆動用保護回路と、
前記制御手段が前記第3スイッチング素子に対してオン指令を出力している状態において、前記逆転用電位差検出回路が高電位差発生状態を検出すると、前記第3スイッチング素子を強制的にオフ状態にする逆転駆動用保護回路とが設けられ、
前記正転駆動用保護回路が、
前記制御手段が前記第1スイッチング素子に対してオン指令を出力している間は、前記正転用電位差検出回路の断続的な高電位差発生状態の検出に対して前記第1スイッチング素子の強制的なオフ状態を保持するラッチ状態となり、前記制御手段が前記第1スイッチング素子に対してオン指令を出力しなくなると、前記制御手段からの前記第1スイッチング素子に対するオフ指令によって前記第1スイッチング素子の強制的なオフ状態の保持を解除する非ラッチ状態となるように構成され、
前記逆転駆動用保護回路が、
前記制御手段が前記第3スイッチング素子に対してオン指令を出力している間は、前記逆転用電位差検出回路の断続的な高電位差発生状態の検出に対して前記第3スイッチング素子の強制的なオフ状態を保持するラッチ状態となり、前記制御手段が前記第3スイッチング素子に対してオン指令を出力しなくなると、前記制御手段からの前記第3スイッチング素子に対するオフ指令によって前記第3スイッチング素子の強制的なオフ状態の保持を解除する非ラッチ状態となるように構成されているモータ制御装置。 - 前記正転駆動用保護回路が、
前記制御手段が前記逆転駆動用指令状態から前記正転駆動用指令状態に切換わるのに伴って前記ラッチ状態となる時期を遅延させる正転化遅延回路を備えて構成され、
前記逆転駆動用保護回路が、
前記制御手段が前記正転駆動用指令状態から前記逆転駆動用指令状態に切換わるのに伴って前記ラッチ状態となる時期を遅延させる逆転化遅延回路を備えて構成されている請求項1記載のモータ制御装置。 - 前記制御手段に、前記正転用電位差検出回路及び前記逆転用電位差検出回路が高電位差発生状態を検出しているか否かを示す検出信号が入力されるように構成されている請求項1又は2に記載のモータ制御装置。
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