JP4670833B2 - 車両用モータドライブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載交流モータを駆動制御するための回路装置である車両用モータドライブ装置に関する。

従来のハイブリッド車では、バッテリ電圧を昇降圧チョッパで昇圧して３相インバータに印加する機能を有する車両用モータドライブ装置を装備している。この種の車両用モータドライブ装置については、たとえば下記の特許文献１に記載されている。バッテリ電力を昇降圧チョッパを介して３相インバータに給電するのは、配線抵抗損失を低減してインバータの発熱を低減するための他、磁石同期機（PM）型の車両走行モータの高速回転時の発電電圧がバッテリに印加されるのを阻止するためである。

従来の車両用モータドライブ装置の実用例を図１０を参照して更に具体的に説明する。

１００は３相発電電動機、１０１は昇降圧チョッパ（昇圧回路）、１０２は３相インバータ（インバータ）、１０３は昇降圧チョッパ１０１のパワースイッチング素子を断続制御する昇圧回路用ドライバ回路、１０４は昇圧回路用ドライバ回路１０３に制御電源電力を給電する昇圧回路用制御電源、１０５は昇圧回路用ドライバ回路１０３及び昇圧回路用制御電源１０４が実装される昇圧回路用回路基板、１０６は３相インバータ１０２のパワースイッチング素子を断続制御するインバータ用ドライバ回路、１０７はインバータ用ドライバ回路１０６に制御電源電力を給電するインバータ用制御電源、１０８はインバータ用ドライバ回路１０６及びインバータ用制御電源１０７が実装されるインバータ用回路基板、１０９は昇圧回路用ドライバ回路１０３を制御するための昇圧回路用ECU、１１０はインバータ用ドライバ回路１０６を制御するためのインバータ用ECUである。昇圧回路用制御電源１０４は昇圧回路用ＥＣＵ１０９からの給電電力から制御電源電力を形成する電気絶縁型DCDCコンバータであり、インバータ用制御電源１０７はインバータ用ＥＣＵ１１０からの給電電力から制御電源電力を形成する電気絶縁型DCDCコンバータである。

昇圧回路用ＥＣＵ１０９と昇圧回路用回路基板１０５とは多数の信号線１１１により電気絶縁可能に接続され、インバータ用ＥＣＵ１１０とインバータ用回路基板１０８とは多数の信号線１１２により電気絶縁可能に接続され必要な信号授受を行っている。また、昇圧回路用ＥＣＵ１０９とインバータ用ＥＣＵ１１０とは多数の信号線１１３により電気絶縁されることなく接続されて、必要な信号授受を行っている。昇圧回路用ドライバ回路１０３は信号線１１４を通じて昇降圧チョッパ１０１にパワースイッチング素子駆動信号を送信し、また、昇降圧チョッパ１０１のパワースイッチング素子内蔵のセンサから温度信号や電流信号を受信している。インバータ用ドライバ回路１０６も信号線１１５を通じて３相インバータ１０２にパワースイッチング素子駆動信号を送信し、また、３相インバータ１０２のパワースイッチング素子内蔵のセンサから温度信号や電流信号を受信している。昇降圧チョッパ１０１は高電圧のバッテリ１１６から給電された電力を昇圧し、直流高電圧線１１７、１１８を通じて３相インバータ１０２に昇圧直流電力を給電し、３相インバータ１０２は３相交流電力を３相ケーブル１１９を通じて３相発電電動機１００に給電している。

昇圧回路用回路基板１０５には素子保護用論理回路やセンサ信号処理回路が実装されている。センサ信号処理回路は、昇降圧チョッパ１０１のパワースイッチング素子内蔵の温度センサや電流センサから検出した温度信号や電流信号を処理して素子保護用論理回路又は昇圧回路用ＥＣＵ１０９に出力する。素子保護用論理回路は回路基板１０５のセンサ信号処理回路からのデジタル信号又は二値信号や昇圧回路用ＥＣＵ１０９からの信号に基づいて昇圧回路用ドライバ回路１０３を制御する信号を発生する。

インバータ用回路基板１０８にも素子保護用論理回路やセンサ信号処理回路が実装されている。センサ信号処理回路は、３相インバータ１０２のパワースイッチング素子内蔵の温度センサや電流センサから検出した温度信号や電流信号を処理して素子保護用論理回路又はインバータ用ＥＣＵ１１０に出力する。素子保護用論理回路は回路基板１０８のセンサ信号処理回路からのデジタル信号又は二値信号やインバータ用ＥＣＵ１１０からの信号に基づいてインバータ用ドライバ回路１０６を制御する信号を発生する。
特開２００４―２６０９０４号公報

しかしながら、上記した従来の車両用モータドライブ装置では、信号線１１１〜１１３、特に２つのＥＣＵ１０９、１１０間の信号線１１３に重畳する高周波電磁波ノイズに起因する信号劣化が問題となっていた。すなわち、昇降圧チョッパ１０１や３相インバータ１０２の各パワースイッチング素子の他、近接する種々の高周波数ノイズ源からの高周波電磁波ノイズが信号線１１１〜１１３に重畳する。なお、信号線１１４、１１５にも同様の高周波電磁波ノイズの重畳は生じるが、昇圧回路用ドライバ回路１０３やインバータ用ドライバ回路１０６の出力抵抗値が小さいため、その影響は比較的小さい。これに対して、昇圧回路用ＥＣＵ１０９やインバータ用ＥＣＵ１１０の信号出力回路、さらには昇圧回路用回路基板１０５やインバータ用回路基板１０８の素子保護用論理回路やセンサ信号処理回路の信号出力回路の出力抵抗値は大きく、信号線１１１〜１１３に重畳する高周波電磁波ノイズの影響は格段に大きい。特に、二つのＥＣＵ１０９、１１０間の信号線１１３に重畳する高周波電磁波ノイズの影響が信号線１１１〜１１２よりも問題であった。これは、昇圧回路用ＥＣＵ１０９と昇圧回路用回路基板１０５とは昇降圧チョッパ１０１に近接配置されているため信号線１１１の距離が短く、その結果として信号線１１１に重畳する高周波電磁波ノイズの影響が小さく、同じく、インバータ用ＥＣＵ１１０とインバータ用回路基板１０８とは３相インバータ１０２に近接配置されているため信号線１１２の距離が短く、その結果として信号線１１２に重畳する高周波電磁波ノイズの影響が小さい。

これに対して、信号線１１３に重畳する高周波電磁波ノイズの影響は信号線１１１〜１１２のそれらに比較して格段に大きかった。これは、次の理由による。すなわち、従来、昇降圧チョッパ１０１はバッテリ１１６とともに直流電源系を構成する回路要素と考えられていたためバッテリ１１６に比較的近接配置されており、これに対して３相インバータ１０２は３相発電電動機１００を駆動するべく３相発電電動機１００に比較的近接配置されていたため、昇圧回路用ＥＣＵ１０９とインバータ用ＥＣＵ１１０とを接続する信号線１１３の距離が比較的長く、高周波電磁波ノイズの影響が大きかったためである。

この問題を改善するため、従来、信号線１１３に低遮断周波数のローパスフィルタを介在させていたが、低遮断周波数のローパスフィルタは大型化するとともに、伝送信号のサンプルレートが大幅に低下するため、両ＥＣＵ１０９、１１０間の高速信号伝送ができないという問題があった。この信号伝送速度低下問題は、とりわけ昇降圧チョッパ１０１のパワースイッチング素子の温度や電流の異常検出時にインバータ用ドライバ回路１０６に緊急指令を送信したり、逆に３相インバータ１０２のパワースイッチング素子の同様の異常検出時に昇圧回路用ドライバ回路１０３に緊急指令を送信したりする場合に問題となった。

その他、上記した従来の車両用モータドライブ装置は、回路構成が複雑であり、複数の車載交流モータを駆動する場合には図１０に示す車両用モータドライブ装置を複数セット作製、配線せねばならず、製造コストのアップが問題となる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な回路構成と優れた耐高周波電磁波ノイズ性を有するコンパクトな車両用モータドライブ装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明は、パワースイッチング素子を有して高電圧の直流電源から印加された入力直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路のパワースイッチング素子である昇圧回路用パワースイッチング素子を断続制御する昇圧回路用ドライバ回路と、前記昇圧回路用ドライバ回路に制御電源電力を給電する入出力電気絶縁型の昇圧回路用制御電源と、インバータ用パワースイッチング素子を多数有して前記昇圧回路から給電される直流電圧を多相交流電圧に変換して車載交流モータに印加するインバータと、前記多数のインバータ用パワースイッチング素子を個別に断続制御する多数のインバータ用ドライバ回路と、前記インバータ用ドライバ回路に制御電源電力を給電する入出力電気絶縁型のインバータ用制御電源と、入出力電気絶縁信号伝送器を通じて前記昇圧回路用ドライバ回路及び前記インバータ用ドライバ回路に制御信号を出力するモータコントローラとを備える車両用モータドライブ装置において、前記昇圧回路用ドライバ回路、前記昇圧回路用制御電源、前記インバータ用ドライバ回路、前記インバータ用制御電源は、共通の回路基板に実装され、前記インバータ及び前記インバータ用ドライバ回路は、第１の前記車載交流モータ駆動のための第１の多相インバータと、前記第１の多相インバータの各インバータ用パワースイッチング素子を個別に断続制御するための第１群のインバータ用ドライバ回路と、第２の前記車載交流モータ駆動のための第２の多相インバータと、前記第２の多相インバータの各インバータ用パワースイッチング素子を個別に断続制御するための第２群のインバータ用ドライバ回路と、を有し、前記第１群、第２群のインバータ用ドライバ回路は、前記昇圧回路用ドライバ回路の両側に配列され、前記昇圧回路用ドライバ回路は、他の回路素子を介することなく前記第１群、第２群のインバータ用ドライバ回路に近接して前記回路基板に実装されていることを特徴としている。

なお、ここで言う昇圧回路用ドライバ回路は、昇圧回路のパワースイッチング素子を断続制御するドライバの他、このドライバを駆動制御するための回路を含み、ここで言うインバータ用ドライバ回路も、インバータのパワースイッチング素子を断続制御するドライバの他、このドライバを駆動制御するための回路を含むものとする。たとえば、昇圧回路用ドライバ回路は、昇圧回路のパワースイッチング素子に内蔵されてその状態を検出するセンサ（たとえば電流センサや温度センサ）の出力信号を処理するセンサ信号処理回路や、このセンサ信号処理回路の出力情報に基づいて昇圧回路用ドライバ回路のドライバを制御する保護回路を含むことができる。また、インバータ用ドライバ回路は、インバータ回路のパワースイッチング素子に内蔵されてその状態を検出するセンサ（たとえば電流センサや温度センサ）の出力信号を処理するセンサ信号処理回路や、このセンサ信号処理回路の出力情報に基づいてインバータ回路用ドライバ回路のドライバを制御する保護回路を含むことができる。

すなわち、この発明では、昇圧回路用ドライバ回路及びインバータ用ドライバ回路を共通の回路基板に実装している。このようにすれば、昇圧回路用ドライバ回路とインバータ用ドライバ回路との間で伝送される信号に重畳する高周波電磁波ノイズを大幅に低減することができるため、この信号の伝送を従来よりも大幅に高速化することができる。その結果、上記信号の緊急伝送を要する状況が生じるたとえばパワースイッチング素子の異常状態発生時などにおいて高速のパワースイッチング素子の保護制御を実現することができる。

更に具体的に説明すると、たとえば昇圧回路用ドライバ回路からインバータ用ドライバ回路への既述した従来回路の信号伝送は次のようになる。外部のモータコントローラは低電圧の電源電圧で駆動されるため、昇圧回路用ドライバ回路やインバータ用ドライバ回路とは電圧系が異なることになる。したがって、昇圧回路用ドライバ回路はフォトカプラなどの低速の電気絶縁型信号伝送系を通じて昇圧回路用ＥＣＵに送信し、昇圧回路用ＥＣＵは既述したようにローパスフィルタを通じて低速でインバータ用ＥＣＵに送信し、インバータ用ＥＣＵはフォトカプラなどの低速の電気絶縁型信号伝送系を通じてインバータ用ドライバ回路に送信する。このため、昇圧回路用ドライバ回路とインバータ用ドライバ回路との間の信号伝送には時間が掛かってしまう。

これに対して、本発明では、昇圧回路用ドライバ回路とインバータ用ドライバ回路とが同一回路基板に実装されており、かつ、その電源電圧は同じであるため、回路基板上の配線パターンにより極めて高速に昇圧回路用ドライバ回路とインバータ用ドライバ回路との間の信号伝送を実行することができる。また、昇圧回路用ドライバ回路とインバータ用ドライバ回路との間の信号線の距離が大幅に短いためこの信号線の配線インダクタンスが小さく、その結果としてこの配線インダクタンスと鎖交する高周波電磁波ノイズが従来より大幅に短くなり信号の誤伝送も大幅に低減することができる。

その他、本発明では、回路装置の大幅なコンパクト化を実現することができる。これは、昇圧回路及びそれを制御する昇圧回路用ドライバ回路はバッテリ側の直流電源系の一部であり、３相インバータ及びそれを制御するインバータ用ドライバ回路はモータ側の負荷系の一部と考えられていた常識に反して、昇圧回路、昇圧回路用ドライバ回路、インバータ（３相インバータ）及びインバータ用ドライバ回路を一体のモータ駆動装置として構成した点にその特徴がある。従来、このように昇圧回路（たとえば昇降圧チョッパ回路）をバッテリ近傍に設けていたのは、バッテリから昇圧回路までの配線を流れる直流電流は昇圧回路からインバータ回路までの配線を流れる直流電流より昇圧回路の昇圧比だけ大きく、その分だけ、配線ケーブル断面積を増大させて配線抵抗損失の増大を防止する必要があるためである。たとえば、昇圧比が３倍の場合、ケーブル断面積を９倍としないと配線抵抗を等しくすることができない。

すなわち、この発明によれば、バッテリから昇圧回路までの給電ケーブルは長くなって配線抵抗損失は増大するものの、回路の大幅なコンパクト化を実現することができる。

本発明において、前記インバータ及び前記インバータ用ドライバ回路は、第１の前記車載交流モータ駆動のための第１の多相インバータと、前記第１の多相インバータの各インバータ用パワースイッチング素子を個別に断続制御するための第１群のインバータ用ドライバ回路と、第２の前記車載交流モータ駆動のための第２の多相インバータと、前記第２の多相インバータの各インバータ用パワースイッチング素子を個別に断続制御するための第２群のインバータ用ドライバ回路とを有し、前記昇圧回路用ドライバ回路は、他の回路素子を介することなく前記第１群、第２群のインバータ用ドライバ回路に近接して前記回路基板に実装されている。このようにすれば、回路構成を更に減らすことができる。

本発明において、前記第１群、第２群のインバータ用ドライバ回路は、前記昇圧回路用ドライバ回路の両側に配列されている。このようにすれば、昇圧回路用ドライバ回路が断続制御する昇圧回路のパワースイッチング素子の両側にインバータ用ドライバ回路が断続制御するインバータのパワースイッチング素子を配列することができ、昇圧回路からインバータへの給電距離を短縮することができる。

好適な態様において、前記昇圧回路用ドライバ回路は、前記昇圧回路の上アーム側パワースイッチング素子を断続制御する上アーム側の昇圧回路用ドライバ回路と、この上アーム側の昇圧回路用ドライバ回路に対して所定方向に近接配置されて前記昇圧回路の下アーム側パワースイッチング素子を断続制御する下アーム側の昇圧回路用ドライバ回路とを有し、前記インバータ用ドライバ回路のうち上アーム側パワースイッチング素子を断続制御する上アーム側のインバータ用ドライバ回路は、前記上アーム側の昇圧回路用ドライバ回路に対して前記所定方向に対してほぼ直角となる方向へ近接して一列に配列され、前記インバータ用ドライバ回路のうち下アーム側パワースイッチング素子を断続制御する下アーム側のインバータ用ドライバ回路は、前記下アーム側の昇圧回路用ドライバ回路に対して前記所定方向に対してほぼ直角となる方向へ近接して一列に配列されている。このようにすれば、昇圧回路とインバータとを接続する正負の直流電源ラインを短縮することができる。

好適な態様において、前記昇圧回路用制御電源及びインバータ用制御電源は、前記昇圧回路用ドライバ回路及び前記インバータ用ドライバ回路に整流回路を通じて制御電源電力を給電する多数の二次コイルを有する共通トランスを有する。このようにすれば、制御電源を簡素化することができる。

好適な態様において、前記昇圧回路用ドライバ回路は、前記昇圧回路のパワースイッチング素子の状態信号を処理するセンサ信号処理回路と、前記昇圧回路のパワースイッチング素子を保護制御するパワースイッチング素子保護回路とを有し、前記インバータ用ドライバ回路は、前記インバータのパワースイッチング素子の状態信号を処理するセンサ信号処理回路と、前記インバータのパワースイッチング素子を保護制御するパワースイッチング素子保護回路とを有し、前記昇圧回路用ドライバ回路のセンサ信号処理回路は、前記モータコントローラを経由することなく前記インバータ用ドライバ回路の前記パワースイッチング素子保護回路に信号を出力し、前記インバータ用ドライバ回路のセンサ信号処理回路は、前記モータコントローラを経由することなく前記昇圧回路用ドライバ回路の前記パワースイッチング素子保護回路に信号を出力する。

すなわち、この態様では、昇圧回路用ドライバ回路及びインバータ用ドライバ回路がそれぞれ、センサ信号処理回路とパワースイッチング素子保護回路を有している。

ここで言うインバータ用ドライバ回路のセンサ信号処理回路としては、インバータのパワースイッチング素子又はパワースイッチングモジュールに内蔵される電流センサや温度センサが検出した信号を増幅したり、デジタル信号や二値信号に変換したりする回路である。

ここで言う昇圧回路用ドライバ回路のセンサ信号処理回路としては、昇圧回路のパワースイッチング素子又はパワースイッチングモジュールに内蔵される電流センサや温度センサが検出した信号を増幅したり、デジタル信号や二値信号に変換したりする回路である。

昇圧回路用ドライバ回路のパワースイッチング素子保護回路は、異常検出時に昇圧回路用ドライバ回路のドライバを制御することにより、昇圧回路のパワースイッチング素子を停止する。

インバータ用ドライバ回路のパワースイッチング素子保護回路は、異常検出時にインバータ用ドライバ回路のドライバを制御することにより、インバータ回路のパワースイッチング素子を停止する。

この態様では、インバータ用ドライバ回路のセンサ信号処理回路の出力信号は、モータコントローラを介することなく昇圧回路用ドライバ回路のパワースイッチング素子保護回路に出力され、昇圧回路用ドライバ回路のセンサ信号処理回路の出力信号は、モータコントローラを介することなくインバータ用ドライバ回路のパワースイッチング素子保護回路に出力される。

したがって、この態様によれば、昇圧回路の異常検出時に高速に、あるいはモータコントローラの不調にもかかわらずインバータ用ドライバ回路を通じてインバータのパワースイッチング素子を停止させることができ、インバータの異常検出時に高速に、あるいはモータコントローラの不調にもかかわらず昇圧回路用ドライバ回路を通じて昇圧回路のパワースイッチング素子を停止させることができる。

本発明の車両用モータドライブ装置の好適な実施形態を図面を参照して以下に説明する。

（全体回路構成）
この実施形態の車両用モータドライブ装置の全体回路構成を図１に示す回路図を参照して簡単に説明する。

ＭＧ１、ＭＧ２は２つの３相発電電動機、１は昇降圧チョッパからなる昇圧回路であり、図略の高電圧バッテリから受電して昇圧直流電圧を出力する。２１、２２は３相インバータ（インバータ）であり、３相インバータ２１は３相発電電動機ＭＧ１を、３相インバータ２２は３相発電電動機ＭＧ２にそれぞれ３相交流電圧を出力している。昇圧回路１は３相インバータ２１、２２の間に配置され、３相インバータ２１、昇圧回路１、３相インバータ２２は略一列に配置されている。

３は共通ドライブ回路４と共通の制御電源５とが実装された共通回路基板（共通ドライブ基板とも言う）であり、３相インバータ２１、２２、昇圧回路１に近接して配置されている。

共通ドライブ回路４は昇圧回路１、３相インバータ２１、２２の各パワースイッチング素子を個別に断続制御するドライバを各パワースイッチング素子の個数だけ有している。また、共通ドライブ回路４は、昇圧回路１、３相インバータ２１、２２の各パワースイッチング素子の状態を個別に検出し、検出した状態に基づいて形成した論理信号により上記各ドライバを制御している。更に、共通ドライブ回路４は、外部のモータコントローラ（モータＥＣＵ）と交信し、その指令に基づいて昇圧回路１、３相インバータ２１、２２を制御している。

共通の制御電源５は、共通ドライブ回路４内の各回路に制御用電源電圧を個別に供給する入出力絶縁型のＤＣＤＣコンバータである。つまり、共通ドライブ回路４内の各回路は、種々の基準電位に対して必要な大きさの電源電圧を制御電源５から給電されている。このため、モータコントローラ６と共通ドライブ回路４との信号授受はフォトカプラなどの入出力絶縁型の信号伝送器を通じて行われる。

上記した昇圧回路１、３相インバータ２１、２２、共通ドライブ基板（共通回路基板）３、モータコントローラ６は図示しない密閉ケースに内蔵されており、この密閉ケースは３相発電電動機ＭＧ１、ＭＧ２の中間に設置されている。すなわち、この実施形態では、一つの昇圧回路と２つのインバータと、これらの回路を制御する回路基板と、制御電源と、一つのモータコントローラとを収容する単一の回路装置により、２つの車載交流モータを駆動制御するため、回路構成を従来より大幅に簡素化し、小型軽量化することができる。

（昇圧回路１）
昇圧回路１を図２に示す回路図により説明する。

昇圧チョッパ回路である昇圧回路１は、チョークコイル７１と、上アームのパワースイッチング素子７２と、下アームのパワースイッチング素子７３とから構成されている。

パワースイッチング素子７２、７３は、それぞれＩＧＢＴと逆並列ダイオードとから構成され、互いに直列接続されてハーフブリッジを構成している。パワースイッチング素子７２、７３の接続点は、チョークコイル７１を通じて高電圧バッテリの正極端に接続されている。パワースイッチング素子７２の高電位側端子は昇圧回路１の出力端として高電位側の直流電源線７０１に接続されている。パワースイッチング素子７３の低電位側端子は昇圧チョッパ回路１の帰電端として低電位側の直流電源線７０２に接続されている。パワースイッチング素子７２、７３を所定周波数にて相補的に断続することにより、断続的に昇圧された直流電圧がパワースイッチング素子７２の出力端から３相インバータ２１、２２に電源電力として出力される。昇圧チョッパ回路１の動作自体は、よく知られているためこれ以上の説明は省略する。

（３相インバータ２１）
３相インバータ２１は、上アーム側のパワースイッチング素子１１〜１３と下アーム側のパワースイッチング素子１４〜１６からなる。上アーム側のパワースイッチング素子１１〜１３及び下アーム側のパワースイッチング素子１４〜１６は、昇圧回路１のパワースイッチング素子７２、７３と同一のハーフブリッジ回路構成をもつ。この種の３相インバータ２１は周知の回路構成であるため、これ以上の説明は省略する。３相インバータ２２の回路構成は３相インバータ２１と同じであるため説明を省略する。

（共通ドライブ回路４）
共通ドライブ回路４をその配置図である図５を参照して説明する。２００〜２０６、３００〜３０６はドライバ、４００は制御回路、５００はモータコントローラ６とのフォトカプラ群を有する入出力絶縁型インターフェイス回路である。

ドライバ２００〜２０６、３００〜３０６は、昇圧回路１や３相インバータ２１、２２の各パワースイッチング素子を駆動制御する相補エミッタホロワ回路である（図６参照）。図６においてｒは抵抗である。ドライバ２００は、昇圧回路１の上アーム側のパワースイッチング素子７２のゲートとエミッタ間に制御電圧を出力し、ドライバ２０１〜２０３は、３相インバータ２１の上アーム側のパワースイッチング素子１１〜１３に個別にゲート制御電圧を出力し、ドライバ２０４〜２０６は、３相インバータ２２の上アーム側のパワースイッチング素子１１〜１３に個別にゲート制御電圧を出力する。

ドライバ３００は、昇圧回路１の下アーム側のパワースイッチング素子７３のゲートとエミッタ間にゲート制御電圧を出力し、ドライバ３０１〜３０３は、３相インバータ２１
の下アーム側のパワースイッチング素子１４〜１６に個別にゲート制御電圧を出力し、ドライバ３０４〜３０６は、３相インバータ２２の下アーム側のパワースイッチング素子１４〜１６に個別にゲート制御電圧を出力する。この実施形態では、これらドライバ２００〜２０６、３００〜３０６をそれらが断続制御するパワースイッチング素子の直上に配置しており、これにより昇圧回路１と３相インバータ２１、２２間の高電圧電源線の長さを短縮することができる。

（制御回路４００）
制御回路４００について説明する。

昇圧回路１のパワースイッチング素子７２、７３及び３相インバータ２１、２２の各パワースイッチング素子１１〜１６はそれぞれ電流検出端子６０１、及び、温度検出用ダイオード６０２を内蔵するＩＧＢＴモジュール構成を有している（図７参照）。各パワースイッチング素子から検出した電流信号や温度信号は制御回路４００に入力される。

制御回路４００は、各パワースイッチング素子から入力される上記電流信号や温度信号をアナログ増幅する増幅回路と、増幅された各信号をデジタル信号などに変換するＡＤコンバータからなるセンサ信号処理回路と、各センサ信号処理回路の出力信号を処理してそれらのどれかが所定の最高しきい値を超えた場合に各ドライバ２００〜２０６、３００〜３０６に強制的にローレベルを出力させてパワースイッチング素子を保護する素子保護用ロジック回路とを少なくとも有している。この素子保護用ロジック回路は、各ドライバ２００〜２０６、３００〜３０６へのＰＷＭ信号の出力許可又は出力制限を行うことによりパワースイッチング素子の保護を行う機能を有する。

ドライバ２００〜２０６、３００〜３０６がローレベルを出力すると、これらドライバ２００〜２０６、３００〜３０６により断続制御される各パワースイッチング素子がオフされる。このようにすれば、どれかのパワースイッチング素子の電流過大異常又は温度過昇異常が生じた時に、モータコントローラ６を経由することなく直ちにすべてのパワースイッチング素子を強制遮断することができるため、パワースイッチング素子の破損を確実に防止することができる。

なお、制御回路４００のロジック回路を更に複雑に設計すれば、制御回路４００は、入力されるパワースイッチング素子の温度信号や電流信号を利用して更に高度なその他の種々の制御も実施することができることは明白である。制御回路４００にマイコンを内蔵することも可能である。

また、制御回路４００は、入力された電流信号や温度信号を入出力絶縁型インターフェイス回路５００を通じてモータコントローラ６に出力したり、モータコントローラ６からの指令を入出力絶縁型インターフェイス回路５００から受信してドライバ２００〜２０６、３００〜３０６を通じて各パワースイッチング素子を制御したりすることにより、ＭＧ１、ＭＧ２の回転を制御することは従来通りである。

（制御電源５）
制御電源５について、図４に示す回路図を参照して説明する。

制御電源５は、トランス３０、インバータ回路３１、８個の整流回路３２〜３９、出力電圧安定化回路４０からなる。トランス３０は、一つの一次コイルと９つの二次コイルとをもち、８つの二次コイルの出力電圧は整流回路３２〜３９により個別に整流される。整流回路３２〜３９はこの実施形態では簡単な整流ダイオードと平滑コンデンサとにより構成したが他の公知の整流回路形式を採用してもよく、インバータ回路３１も他の公知のインバータ回路形式で構成してもよい。

３Ａは整流回路、３Ｂは出力電圧安定化回路である。一つの二次コイルの出力電圧は整流回路３Ａで整流された後、出力電圧安定化回路３Ｂに入力される。出力電圧安定化回路３Ｂは入力電圧に応じてインバータ回路３１のMOSトランジスタをＰＷＭフィードバック制御する。これにより、出力電圧安定化回路３Ｂは、整流回路３Ａの出力直流電圧と所定目標値とを比較し、比較結果によりインバータ回路３１のMOSトランジスタのＰＷＭデューティ比を調整することにより、整流回路３Ａの出力電圧を一定化する。

整流回路３２はドライバ２００に、整流回路３３はドライバ２０１に、整流回路３４はドライバ２０２に、整流回路３５はドライバ２０３に、整流回路３６はドライバ２０４に、整流回路３７はドライバ２０５に、整流回路３８はドライバ２０６に、整流回路３９はドライバ２０１及びドライバ３０１〜３０６に制御電源電圧を印加する。ドライバ２０１及びドライバ３０１〜３０６は下アーム側のドライバであるため、低電位側の直流電源線７０２を基準として共通の制御電源電圧を形成すればよい。

（変形態様１）
変形態様１を図８を参照して説明する。この変形態様は、図５に示す共通ドライブ回路４におけるドライバ２００〜２０６、３００〜３０６の配置を変更したものである。
上記と同様に、ドライバ２０１は３相インバータ２１のU相上アーム側のパワースイッチング素子１１にゲート制御電圧を出力し、ドライバ２０２は３相インバータ２１のV相上アーム側のパワースイッチング素子１２にゲート制御電圧を出力し、ドライバ２０３は３相インバータ２１のW相上アーム側のパワースイッチング素子１３にゲート制御電圧を出力する。ドライバ２０４は３相インバータ２２のU相上アーム側のパワースイッチング素子にゲート制御電圧を出力し、ドライバ２０５は３相インバータ２２のV相上アーム側のパワースイッチング素子にゲート制御電圧を出力し、ドライバ２０６は３相インバータ２２のW相上アーム側のパワースイッチング素子にゲート制御電圧を出力する。ドライバ３０１は３相インバータ２１のU相下アーム側のパワースイッチング素子１４にゲート制御電圧を出力し、ドライバ３０２は３相インバータ２１のV相下アーム側のパワースイッチング素子１５にゲート制御電圧を出力し、ドライバ３０３は３相インバータ２１のW相下アーム側のパワースイッチング素子１６にゲート制御電圧を出力する。ドライバ３０４は３相インバータ２２のU相下アーム側のパワースイッチング素子にゲート制御電圧を出力し、ドライバ３０５は３相インバータ２２のV相下アーム側のパワースイッチング素子にゲート制御電圧を出力し、ドライバ３０６は３相インバータ２２のW相下アーム側のパワースイッチング素子１１にゲート制御電圧を出力する。ドライバ２００は、昇圧回路１の上アーム側のパワースイッチング素子７２のゲートとエミッタ間にゲート制御電圧を出力し、ドライバ３００は、昇圧回路１の下アーム側のパワースイッチング素子７３のゲートとエミッタ間にゲート制御電圧を出力する。これらは、上記と同じである。

ただし、図８では、ドライバ２００の紙面上側に隣接してドライバ２０４、２０１が順番に配置され、ドライバ３００の紙面上側に隣接してドライバ３０４、３０１が順番に配置されている。同様に、ドライバ２００の紙面下側に隣接してドライバ２０２、２０５、２０３、２０６が順番に配置され、ドライバ３００の紙面下側に隣接してドライバ３０２、３０５、３０３、３０６が順番に配置されている。このようにすれば、図５のドライバ配置方式に比較して、３相発電電動機ＭＧ１、ＭＧ２を駆動する２つの三相インバータ２１、２２のデューティや電流値が異なる場合でもドライバの発熱が片側に集中することがないため好都合である。

なお、この変形態様では、ドライバ２００〜２０６，３００〜３０６を図８に示すように配列を変更したのに合わせて、３相インバータ２１、２２の各パワースイッチング素子の配列も変更している。すなわち、３相インバータ２１、２２の各パワースイッチング素子は、これらドライバ２００〜２０６、３００〜３０６の略直下に位置するように配置されている。これにより、上記実施形態に比較して、２つの三相インバータ２１、２２のデューティや電流値が異なる場合でも３相インバータ２１、２２の発熱が片側に集中することがないため好都合である。

（変形態様２）
変形態様２を図９を参照して説明する。この変形態様は、ドライバ２００〜２０６，３００〜３０６のうちの所定のドライバ又はすべてのドライバの前段にドライバ前段回路９００を配置したものである。

このドライバ前段回路９００は、その後段のドライバが制御するパワースイッチング素子からの温度信号や電流信号（図７参照）により素子保護信号を形成する素子保護用ロジック回路を少なくとも有している。この素子保護用ロジック回路は、たとえば入力されるＰＷＭ信号と素子保護信号とのアンドゲートをなす。

なお、ドライバ前段回路９００は、入出力絶縁型インターフェイス回路（たとえばフォトカプラ）を含むことができる。素子保護用ロジック回路は、入出力絶縁型インターフェイス回路とドライバとの間に配置されることができる。この場合には、各パワースイッチング素子内蔵の上記センサからの信号又はそれを処理した信号は、この入出力絶縁型インターフェイス回路よりもドライバ側の（後段の）素子保護用ロジック回路に入力される。

その他、素子保護用ロジック回路とドライバとの間に入出力絶縁型インターフェイス回路を配置することもできる。この場合には、各パワースイッチング素子内蔵の上記センサからの信号又はそれを処理した信号は、この入出力絶縁型インターフェイス回路よりも前段の素子保護用ロジック回路に入力される。

上記した入出力絶縁型インターフェイス回路をドライバ２００〜２０６，３００〜３０６の前段のドライバ前段回路９００に設ける場合には、図５に示す入出力絶縁型インターフェイス回路５００や制御回路４００好適にはその一部を省略することができる。

なお、この素子保護用ロジック回路が、自己が制御するドライバへのＰＷＭ信号の出力をオンオフしたり制限したりするたとえばアンドゲートにより構成できることは図５に示す制御回路４００の場合と本質的に同じである。

実施形態の車両用モータドライブ装置を示すブロック回路図である。 図１の昇圧回路を構成する昇降圧チョッパ回路を示す回路図である。 図１の３相インバータを示す回路図である。 図１の制御電源回路を示す回路図である。 制御回路の配置を示す平面配置図である。 ドライバを示す回路図である。 パワースイッチング素子を示す回路図である。 制御回路の配置の変形態様を示す平面配置図である。 ドライバ前段回路を示すブロック回路図である。 従来の車両用モータドライブ装置を示すブロック回路図である。

符号の説明

ＭＧ１ ３相発電電動機
ＭＧ２ ３相発電電動機
１ 昇圧回路（昇圧チョッパ回路）
３ 共通回路基板
３Ａ 整流回路
３Ｂ 出力電圧安定化回路
４ 共通ドライブ回路
５ 制御電源
６ モータコントローラ
１１〜１３ 上アーム側のパワースイッチング素子
１４〜１６ 下アーム側のパワースイッチング素子
２１ ３相インバータ
２２ ３相インバータ
３０ トランス
３１ インバータ回路
３２〜３９ 整流回路
４０ 出力電圧安定化回路
７１ チョークコイル
７２ パワースイッチング素子
７３ パワースイッチング素子
２００〜２０６ ドライバ
３０１〜３０６ ドライバ
４００ 制御回路
５００ 入出力絶縁型インターフェイス回路
６０１ 電流検出端子
６０２ 温度検出用ダイオード
７０１ 直流電源線
７０２ 直流電源線
９００ ドライバ前段回路

Claims (4)

1. パワースイッチング素子を有して高電圧の直流電源から印加された入力直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記昇圧回路のパワースイッチング素子である昇圧回路用パワースイッチング素子を断続制御する昇圧回路用ドライバ回路と、
   前記昇圧回路用ドライバ回路に制御電源電力を給電する入出力電気絶縁型の昇圧回路用制御電源と、
   インバータ用パワースイッチング素子を多数有して前記昇圧回路から給電される直流電圧を多相交流電圧に変換して車載交流モータに印加するインバータと、
   前記多数のインバータ用パワースイッチング素子を個別に断続制御する多数のインバータ用ドライバ回路と、
   前記インバータ用ドライバ回路に制御電源電力を給電する入出力電気絶縁型のインバータ用制御電源と、
   入出力電気絶縁信号伝送器を通じて前記昇圧回路用ドライバ回路及び前記インバータ用ドライバ回路に制御信号を出力するモータコントローラと、
   を備える車両用モータドライブ装置において、
   前記昇圧回路用ドライバ回路、前記昇圧回路用制御電源、前記インバータ用ドライバ回路、前記インバータ用制御電源は、共通の回路基板に実装され、
   前記インバータ及び前記インバータ用ドライバ回路は、
   第１の前記車載交流モータ駆動のための第１の多相インバータと、
   前記第１の多相インバータの各インバータ用パワースイッチング素子を個別に断続制御するための第１群のインバータ用ドライバ回路と、
   第２の前記車載交流モータ駆動のための第２の多相インバータと、
   前記第２の多相インバータの各インバータ用パワースイッチング素子を個別に断続制御するための第２群のインバータ用ドライバ回路と、
   を有し、
   前記第１群、第２群のインバータ用ドライバ回路は、前記昇圧回路用ドライバ回路の両側に配列され、前記昇圧回路用ドライバ回路は、他の回路素子を介することなく前記第１群、第２群のインバータ用ドライバ回路に近接して前記回路基板に実装されていることを特徴とする車両用モータドライブ装置。
2. 請求項１記載の車両用モータドライブ装置において、
   前記昇圧回路用ドライバ回路は、前記昇圧回路の上アーム側パワースイッチング素子を断続制御する上アーム側の昇圧回路用ドライバ回路と、この上アーム側の昇圧回路用ドライバ回路に対して所定方向に近接配置されて前記昇圧回路の下アーム側パワースイッチング素子を断続制御する下アーム側の昇圧回路用ドライバ回路とを有し、
   前記インバータ用ドライバ回路のうち上アーム側パワースイッチング素子を断続制御する上アーム側のインバータ用ドライバ回路は、前記上アーム側の昇圧回路用ドライバ回路に対して前記所定方向に対してほぼ直角となる方向へ近接して一列に配列され、
   前記インバータ用ドライバ回路のうち下アーム側パワースイッチング素子を断続制御する下アーム側のインバータ用ドライバ回路は、前記下アーム側の昇圧回路用ドライバ回路に対して前記所定方向に対してほぼ直角となる方向へ近接して一列に配列されている車両用モータドライブ装置。
3. 請求項１又は２記載の車両用モータドライブ装置において、
   前記昇圧回路用制御電源及びインバータ用制御電源は、前記昇圧回路用ドライバ回路及び前記インバータ用ドライバ回路に整流回路を通じて制御電源電力を給電する多数の二次コイルを有する共通トランスを有する車両用モータドライブ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載の車両用モータドライブ装置において、
   前記昇圧回路用ドライバ回路は、前記昇圧回路のパワースイッチング素子の状態信号を処理するセンサ信号処理回路と、前記昇圧回路のパワースイッチング素子を保護制御するパワースイッチング素子保護回路とを有し、
   前記インバータ用ドライバ回路は、前記インバータのパワースイッチング素子の状態信号を処理するセンサ信号処理回路と、前記インバータのパワースイッチング素子を保護制御するパワースイッチング素子保護回路とを有し、
   前記昇圧回路用ドライバ回路のセンサ信号処理回路は、前記モータコントローラを経由することなく前記インバータ用ドライバ回路の前記パワースイッチング素子保護回路に信号を出力し、
   前記インバータ用ドライバ回路のセンサ信号処理回路は、前記モータコントローラを経由することなく前記昇圧回路用ドライバ回路の前記パワースイッチング素子保護回路に信号を出力する車両用モータドライブ装置。

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