JP5444834B2 - モータ駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、モータに対して還流素子を並列接続した回路において異常検出機能を備えたモータ駆動回路に関するものである。

従来、特許文献１において、ブレーキ液圧制御用アクチュエータなどに備えられるモータの両端に還流素子として還流ダイオードを並列接続したモータ駆動回路が開示されている。このようなモータ駆動回路では、モータをＰＷＭ駆動する場合、ＰＷＭ駆動のオフ時に発生する逆起電力によるサージが発生したときに、モータに対して並列接続した還流ダイオードを通じる還流回路にサージを流すことができるため、サージを抑制することが可能となる。

また、このような構造のモータ駆動回路では、バッテリが逆接続された場合に、還流ダイオードが順方向接続となって短絡電流が流れる可能性がある。このため、還流ダイオードに対して逆接保護用のダイオードを直列接続し、バッテリの逆接時の短絡電流を防止するようにしている。

特表２００１−５１１６３６号公報

上記従来のモータ駆動回路では、異常個所がないかイニシャルチェックを行っている。例えば、モータに対する電流供給の制御を行う半導体スイッチング素子をオンオフさせることによってイニシャルチェックを行っている。

しかしながら、上記のようなイニシャルチェックでは、還流ダイオードがオープン（短絡）不良したような場合までチェックすることはできず、還流ダイオードによる還流回路の異常検出を行うことができない。その結果、最悪の場合モータをオフさせた時に発生する逆起電力により、半導体スイッチング素子を破壊に至らせる場合がある。

本発明は上記点に鑑みて、還流回路の異常検出を行うことができるモータ駆動回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
モータ（２）のハイサイド側にカソードがハイサイド側を向けられたダイオード（３ｂ）を含むモータ制御用の第１半導体スイッチング素子（３）を接続すると共に、第１半導体スイッチング素子（３）よりもローサイド側にアノードがハイサイド側を向けられたダイオード（４ｂ）を含む第２半導体スイッチング素子（４）を配置し、さらに、モータ（２）のローサイド側にカソードがハイサイド側を向けられたダイオード（５ｂ）を含むフェールセーフ用の第３半導体スイッチング素子（５）を配置すると共に、還流素子（６ｂ）を含み該還流素子（６ｂ）を通じて第１半導体スイッチング素子（３）をオフしたときに発生する還流電流を流す還流回路を構成する第４半導体スイッチング素子（６）をモータ（２）に対して並列接続する。そして、制御部（７）にて、第１〜第４半導体スイッチング素子（３〜６）のオンオフを制御すると共に、第１半導体スイッチング素子（３）とモータ（２）との接続点（１３）の電位を第１モニタ電圧として、該第１モニタ電圧と対応する電圧を入力し、第１〜第４半導体スイッチング素子（３〜６）のオンオフ状態と第１モニタ電圧および異常時の電圧との関係に基づいて還流回路が正常に機能するか否かの異常検出を行うことを特徴としている。

このようなモータ駆動回路によれば、第４半導体スイッチング素子（６）をオンオフに基づいて、還流素子（６ｂ）が正常に電気的に接続されているかをチェックできる。これにより、還流回路の異常検出を行うことが可能となる。

例えば、請求項２に記載したように、第２半導体スイッチング素子（４）を第３半導体スイッチング素子（５）のローサイド側に配置した回路構成とすることができる。

また、請求項３に記載したように、第４半導体スイッチング素子（６）を直列接続された第３半導体スイッチング素子（５）とモータ（２）に対して並列接続した回路構成とすることもできる。

この場合、例えば、請求項４に記載したように、直列接続された第２半導体スイッチング素子（４）および第４半導体スイッチング素子（６）と直列接続されたモータ（２）および第３半導体スイッチング素子（５）とを並列接続した回路構成とすることができる。

このような回路構成とされる場合、第２半導体スイッチング素子（４）に対して還流電流のみが流れ、モータ（２）への電力供給時に電流が流れなくなるため、第２半導体スイッチング素子（４）の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。

また、請求項５に記載したように、ハイサイド側から第１半導体スイッチング素子（３）、第４半導体スイッチング素子（６）、第２半導体スイッチング素子（４）、第３半導体スイッチング素子（５）の順ですべてを直列接続し、第４半導体スイッチング素子（６）と第２半導体スイッチング素子（４）との接続点（１４）の電位を第２モニタ電圧として、該第２モニタ電圧と対応する電圧を制御部（７）に入力して、該制御部（７）にて第１〜第４半導体スイッチング素子（３〜６）のオンオフ状態と第１モニタ電圧および第２モニタ電圧と異常時の電圧との関係に基づいて還流回路が正常に機能するか否かの異常検出を行うようにすることもできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるモータ駆動回路の回路構成を示した図である。 異常検出時における各種チェック項目に対応したＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフ状態およびモニタ電圧と異常時の電圧の関係およびモータ２の駆動状態を示した真理値表を表した図表である。 本発明の第２実施形態にかかるモータ駆動回路の回路構成を示した図である。 異常検出時における各種チェック項目に対応したＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフ状態およびモニタ電圧と異常時の電圧の関係およびモータ２の駆動状態を示した真理値表を表した図表である。 本発明の第３実施形態にかかるモータ駆動回路の回路構成を示した図である。 異常検出時における各種チェック項目に対応したＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフ状態および第１、第２モニタ電圧と異常時の電圧の関係およびモータ２の駆動状態を示した真理値表を表した図表である。 モータ駆動回路の作動の一態様を示す図である。 第１半導体スイッチング素子３のオン／オフとモータ２の駆動電流Ｉｍとの関係を示す図である。 モータ２の駆動を制御するためのプログラムの流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、ブレーキ液圧制御用アクチュエータ等に備えられるモータを駆動するためのモータ駆動回路に対して本発明の一実施形態を適用した場合について説明する。

図１は、本実施形態にかかるモータ駆動回路の回路構成を示した図である。この図に示されるように、モータ駆動回路は、バッテリ１を電源として、バッテリ１からの電力供給に基づいてモータ２の駆動を行う。

モータ駆動回路には、第１〜第４半導体スイッチング素子３〜６およびこれら第１〜第４半導体スイッチング素子３〜６を制御するための制御部としての制御＆検出回路７が備えられている。

第１半導体スイッチング素子３は、モータ２の上流側においてモータ２と直列接続されている。この第１半導体スイッチング素子３は、ＭＯＳＦＥＴ３ａおよびこのＭＯＳＦＥＴ３ａ内に形成された寄生ダイオード３ｂを備えた構成とされている。ＭＯＳＦＥＴ３ａは、例えばＮｃｈの場合（Ｐｃｈの場合は逆）、ドレイン端子がハイサイド側（バッテリ１のプラス端子側）に接続されていると共にソース端子がローサイド側（モータ２側）に接続されている。このため、寄生ダイオード３ｂは、カソードがハイサイド側に向けられた状態となっている。この第１半導体スイッチング素子３は、モータ２への電力供給のオンオフを制御するためのモータ制御用素子として機能する。

また、第２半導体スイッチング素子４は、モータ２の下流に備えられている。この第２半導体スイッチング素子４は、ＭＯＳＦＥＴ４ａおよびこのＭＯＳＦＥＴ４ａ内に形成された寄生ダイオード４ｂを備えた構成とされている。ＭＯＳＦＥＴ４ａは、例えばＮｃｈの場合（Ｐｃｈの場合は逆）、ソース端子がハイサイド側（モータ２側）に接続されていると共にドレイン端子がローサイド側（後述する第３半導体スイッチング素子５側）に接続されている。このため、寄生ダイオード４ｂは、アノードがハイサイド側に向けられた状態となっている。このため、第２半導体スイッチング素子４は、バッテリ１が逆接されたときにＭＯＳＦＥＴ４ａはオフとなり短絡電流が流れることを防止するための保護用素子として機能する。

また、第３半導体スイッチング素子５は、第１半導体スイッチング素子３の下流側において第１半導体スイッチング素子３やモータ２に対して直列接続されている。この第３半導体スイッチング素子５は、ＭＯＳＦＥＴ５ａおよびこのＭＯＳＦＥＴ５ａ内に形成された寄生ダイオード５ｂを備えた構成とされている。ＭＯＳＦＥＴ５ａは、例えばＮｃｈの場合（Ｐｃｈの場合は逆）、ドレイン端子がハイサイド側（第１半導体スイッチング素子３側）に接続されていると共にソース端子がローサイド側（バッテリ１のマイナス端子側）に接続されている。このため、寄生ダイオード５ｂは、カソードがハイサイド側に向けられた状態となっている。この第３半導体スイッチング素子５は、第１半導体スイッチング素子３に異常が発生したとき、例えばショート異常となってモータ２への電力供給を遮断できなくなったときに、第１半導体スイッチング素子３の代わりにモータ２への電力供給を遮断するフェールセーフ用素子として機能する。

また、第４半導体スイッチング素子６は、第１半導体スイッチング素子３の下流側においてモータ２に対して並列接続されている。この第４半導体スイッチング素子６は、ＭＯＳＦＥＴ６ａおよびこのＭＯＳＦＥＴ６ａ内に形成された寄生ダイオード６ｂを備えた構成とされている。ＭＯＳＦＥＴ６ａは、例えばＮｃｈの場合（Ｐｃｈの場合は逆）、ドレイン端子がハイサイド側（第１半導体スイッチング素子３側）に接続されていると共にソース端子がローサイド側（第３半導体スイッチング素子５側）に接続されている。このため、寄生ダイオード６ｂは、カソードがハイサイド側に向けられた状態となっている。この第４半導体スイッチング素子６の寄生ダイオード６ｂが還流素子（還流ダイオード）として機能する。

これら第１〜第４半導体スイッチング素子３〜６のＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａが制御＆検出回路７にて制御されることにより、モータ２への電力供給の制御を行うのに加え、各半導体スイッチング素子３〜６が正常に作動するかという異常検出を行っている。

具体的には、モータ駆動回路には、さらに、モータ２に対して印加されるモータ電圧をモニタするモニタ回路（第１モニタ回路）８が備えられている。モニタ回路８は、例えば５Ｖ電源などの定電圧源９とモータ２の抵抗よりも十分大きな抵抗値とされた第１〜第３抵抗１０〜１２を有した構成とされている。このモニタ回路８は、第１半導体スイッチング素子３と第４半導体スイッチング素子６との接続点１３の電位を第２抵抗１１と第３抵抗１２とによって分圧して制御＆検出回路７に入力することによってモータ電圧をモニタすると共に、第１〜第４半導体スイッチング素子３〜６のＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフ状態に応じて第１〜第３抵抗１０〜１２にて分圧された電圧（以下、モニタ電圧という）を制御＆検出回路７に入力する。これにより、制御＆検出回路７にて各半導体スイッチング素子３〜６の異常検出が行われる。

以下、このように構成されたモータ駆動回路におけるモータ２の駆動方法および異常検出方法について説明する。

まず、通常時において、モータ２をＰＷＭ駆動する場合には、第２半導体スイッチング素子４におけるＭＯＳＦＥＴ４ａおよび第３半導体スイッチング素子５におけるＭＯＳＦＥＴ５ａを常にオンさせ、第４半導体スイッチング素子６におけるＭＯＳＦＥＴ６ａを常にオフさせた状態で、第１半導体スイッチング素子３のＭＯＳＦＥＴ３ａをＰＷＭ制御する。これにより、第１半導体スイッチング素子３のＭＯＳＦＥＴ３ａをオンしたときには、第１半導体スイッチング素子３から第４半導体スイッチング素子６を通じて第２半導体スイッチング素子４側に流れる経路はＭＯＳＦＥＴ６ａおよび寄生ダイオード６ｂにて遮断されるため、モータ２に対して通電が行われる。そして、第１半導体スイッチング素子３のＭＯＳＦＥＴ３ａをオフしたときには、逆起電力が発生するが、第４半導体スイッチング素子６の寄生ダイオード６ｂを還流ダイオードとしてモータ２からＭＯＳＦＥＴ５ａおよび寄生ダイオード６ｂを通じた還流回路に還流電流が流れる。これにより、ＰＷＭ制御のオフ時に発生するサージを抑制することが可能となる。

次に、異常検出時には、以下のように第１半導体スイッチング素子３〜６におけるＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフが制御され、そのときにモニタ回路８から制御＆検出回路７に入力されるモニタ電位に基づいて、モータ２を駆動することなく各部の異常検出を行っている。これについて、図２に示す図表を参照して説明する。

図２は、異常検出時における各種チェック項目に対応した第１〜第４半導体スイッチング素子３〜６におけるＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフ状態およびモニタ電圧と異常時の電圧の関係およびモータ２の駆動状態を示した真理値表を表した図表である。

まず、チェック１として、各素子のオン固着の有無の確認を行う。オン固着とは、ＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａがオンした状態のまま固着してしまうことを意味している。

この場合には、すべてのＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａをオフにし、モニタ電圧のレベルを確認する。このとき、すべてのＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａをオフにしているため、バッテリ１からモータ２への電力供給ラインは遮断状態となり、モータ２は駆動されない。

具体的には、オン固着が発生していなければ、定電圧源９の電圧を第１〜第３抵抗１０〜１２にて分圧した電圧、つまり中間（以下、Ｍレベルという）電圧がモニタ電圧となる。これに対し、第１半導体スイッチング素子３のＭＯＳＦＥＴ３ａがオン固着した場合、バッテリ１のプラス端子側の電圧を第２、第３抵抗１１、１２にて分圧した電圧、つまりＨｉレベル電圧がモニタ電圧となる。また、第３、第４半導体スイッチング素子５、６のＭＯＳＦＥＴ５ａ、６ａがオン固着した場合、バッテリ１のマイナス側に電圧が引っ張られるため、Ｌｏレベル電圧がモニタ電圧となる。このため、モニタ電圧がＭレベル電圧以外のＨｉレベル電圧もしくはＬｏレベル電圧となれば、制御＆検出回路７にてオン固着が発生していると検出する。

なお、オン固着が発生していない場合に、第１〜第４半導体スイッチング素子３〜６に断線が発生していた場合、ＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａをすべてオフしているのと同様の状態であるため、いずれかで断線が発生していた場合にも、モニタ電圧がＭレベル電圧となる。

次に、チェック２として、バッテリ１のプラス端子側から第１半導体スイッチング素子３を通じて接続点１３に至る経路内での異常を検出する。

この場合には、第１半導体スイッチング素子３のＭＯＳＦＥＴ３ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ４ａ〜６ａはオフする。このときにも、ＭＯＳＦＥＴ４ａ〜６ａをオフにしているため、バッテリ１からモータ２への電力供給ラインは遮断状態となり、モータ２は駆動されない。そして、正常であればモニタ電圧がＨｉレベル電圧となるが、ＭＯＳＦＥＴ３ａが断線するなど、上記経路内で断線が生じているとモニタ電圧がＭレベル電圧のままとなる。また、第３、第４半導体スイッチング素子５、６のいずれかのＭＯＳＦＥＴ５ａ、６ａがオン固着している場合、モニタ電圧がＭレベル電圧にならずにＬｏレベル電圧となる。したがって、この動作により、ＭＯＳＦＥＴ３ａのオンおよびＭＯＳＦＥＴ５ａ、６ａのオフが正常に行えるかチェックできる。

続いて、チェック３として、接続点１３から第４半導体スイッチング素子６や第２半導体スイッチング素子４を通じてバッテリ１のマイナス端子側に至る経路内での異常を検出する。

この場合には、第２半導体スイッチング素子４のＭＯＳＦＥＴ４ａおよび第４半導体スイッチング素子６のＭＯＳＦＥＴ６ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ３ａ、５ａはオフする。このときにも、ＭＯＳＦＥＴ３ａ、５ａをオフにしているため、バッテリ１からモータ２への電力供給ラインは遮断状態となり、モータ２は駆動されない。そして、正常であればモニタ電圧がＬｏレベル電圧になるが、ＭＯＳＦＥＴ４ａ、６ａが断線するなど、上記経路内で断線が生じているとモニタ電圧がＭレベル電圧となる。したがって、この動作により、ＭＯＳＦＥＴ４ａ、６ａが断線ではないことをチェックできる。

最後に、チェック４として、接続点１３からモータ２や第３半導体スイッチング素子５および第２半導体スイッチング素子４を通じてバッテリ１のマイナス端子側に至る経路内での異常を検出する。

この場合には、第２半導体スイッチング素子４のＭＯＳＦＥＴ４ａおよび第３半導体スイッチング素子５のＭＯＳＦＥＴ５ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ３ａ、６ａはオフする。このときにも、ＭＯＳＦＥＴ３ａ、６ａをオフにしているため、バッテリ１からモータ２への電力供給ラインは遮断状態となり、モータ２は駆動されない。そして、正常であればモニタ電圧がＬｏレベル電圧になるが、ＭＯＳＦＥＴ４ａ、５ａが断線するなど、上記経路内で断線が生じているとモニタ電圧がＭレベル電圧となる。したがって、この動作により、ＭＯＳＦＥＴ４ａ、５ａが断線ではないことをチェックできる。

以上により、還流ダイオードとして機能する寄生ダイオード６ｂが正常に電気的に接続されているかをチェックでき、還流回路の異常検出を行うことが可能となる。また、寄生ダイオード６ｂのみでなく、第１〜第３半導体スイッチング素子３〜５のＭＯＳＦＥＴ３ａ〜５ａが正常に電気的に接続されているかをチェックすることも可能となる。そして、このようなチェックをモータ２を駆動することなく行うことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してモータ駆動回路における接続構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図３は、本実施形態にかかるモータ駆動回路の回路構成を示した図である。この図に示すように、本実施形態のモータ駆動回路では、第１実施形態のように第３半導体スイッチング素子５が第２半導体スイッチング素子４を介してバッテリ１のマイナス端子側に接続される構成ではなく、第３半導体スイッチング素子５が直接バッテリ１のマイナス端子側に接続される構成とされている。つまり、第２半導体スイッチング素子４が還流回路内に配置された構成とされている。

このような構成においても、各半導体スイッチング素子３〜６は基本的には第１実施形態と同様に機能する。ただし、第１実施形態ではモータ２への電力供給時に第２半導体スイッチング素子４を通過するために相応に大きな損失電力に対応できるように第２半導体スイッチング素子４を設計する必要があるが、本実施形態の構成の場合には第２半導体スイッチング素子４には還流電流しか流れない。この還流電流はモータ２へ供給される電流よりも格段に小さく、第２半導体スイッチング素子４はそれに対応できる設計であれば良いため、小型化・低コスト化を図ることが可能となる。

続いて、このように構成されたモータ駆動回路における異常検出方法について説明する。なお、通常時のモータ２の駆動方法に関しては、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図４は、異常検出時における各種チェック項目に対応した第１〜第４半導体スイッチング素子３〜６におけるＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフ状態およびモニタ電圧と異常時の電圧の関係およびモータ２の駆動状態を示した真理値表を表した図表である。

まず、チェック１としては、第１実施形態と同様の動作を行う。つまり、すべてのＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａをオフにして、各素子のオン固着の有無の確認を行う。そして、モニタ電圧がＭレベル電圧以外のＨｉレベル電圧もしくはＬｏレベル電圧となれば、制御＆検出回路７にてオン固着が発生していると検出する。

次に、チェック２として、第１実施形態と同様、第１半導体スイッチング素子３のＭＯＳＦＥＴ３ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ４ａ〜６ａはオフすることにより、バッテリ１のプラス端子側から第１半導体スイッチング素子３を通じて接続点１３に至る経路内での異常を検出する。このときの各部の異常状態とモニタ電圧の電圧レベルに関しても第１実施形態と同様である。

続いて、チェック３として、第１実施形態と同様、第２半導体スイッチング素子４のＭＯＳＦＥＴ４ａおよび第４半導体スイッチング素子６のＭＯＳＦＥＴ６ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ３ａ、５ａはオフする。これにより、接続点１３から第４半導体スイッチング素子６や第２半導体スイッチング素子４を通じてバッテリ１のマイナス端子側に至る経路内での異常を検出する。このときの各部の異常状態とモニタ電圧の電圧レベルに関しても第１実施形態と同様である。

最後に、チェック４として、接続点１３からモータ２や第３半導体スイッチング素子５を通じてバッテリ１のマイナス端子側に至る経路内での異常を検出する。この場合には、第１実施形態と異なり、第３半導体スイッチング素子５のＭＯＳＦＥＴ５ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ３ａ、４ａ、６ａはオフする。このとき、ＭＯＳＦＥＴ３ａ、４ａ、６ａをオフにしているため、バッテリ１からモータ２への電力供給ラインは遮断状態となり、モータ２は駆動されない。そして、正常であればモニタ電圧がＬｏレベル電圧になるが、ＭＯＳＦＥＴ５ａが断線するなど、上記経路内で断線が生じているとモニタ電圧がＭレベル電圧となる。したがって、この動作により、ＭＯＳＦＥＴ５ａのオンが正常に行えるかチェックできる。

このように、第１実施形態に対してモータ駆動回路における接続構成を変更しても、還流ダイオードとして機能する寄生ダイオード６ｂが正常に電気的に接続されているかをチェックでき、還流回路の異常検出を行うことが可能となる。また、寄生ダイオード６ｂのみでなく、第１〜第３半導体スイッチング素子３〜５のＭＯＳＦＥＴ３ａ〜５ａが正常に電気的に接続されているかをチェックすることも可能となる。そして、このようなチェックをモータ２を駆動することなく行うことができる。

なお、このような回路構成とする場合、バッテリ１の逆接時に、第２半導体スイッチング素子４のＭＯＳＦＥＴ４ａがモータ２に対して直列接続されていないため、モータ２への電力供給が行われてしまい、モータ２が回転してしまうことになる。このため、バッテリ１の逆接時にモータ２が回ることを許容できるようなシステムである必要がある。例えば、モータ２に流れる電流が大きいと、第３半導体スイッチング素子５の寄生ダイオード５ｂおよび第１半導体スイッチング素子３の寄生ダイオード３ｂでの発熱が大きくなるため素子破壊の問題が発生し得るが、モータ２に流れる電流が小さければそのような問題が発生しないため、逆接時であってもモータ２に流される電流が小さいようなシステムであれば問題ない。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してモータ駆動回路における接続構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図５は、本実施形態にかかるモータ駆動回路の回路構成を示した図である。この図に示すように、本実施形態のモータ駆動回路では、第２半導体スイッチング素子４を還流回路内に配置すると共に、第３半導体スイッチング素子５を還流回路外に配置しつつ、第２半導体スイッチング素子４の下流側に配置した構成としている。

このような構成においても、各半導体スイッチング素子３〜６は基本的には第１実施形態と同様に機能する。ただし、第１実施形態では接続点１３の電位をモニタ電圧として使用しているだけであるが、本実施形態では、接続点１３の電位を第１モニタ電圧として用いると共に、第２半導体スイッチング素子４と第４半導体スイッチング素子６との接続点１４の電位を第２モニタ電圧として使用している。具体的には、モータ駆動回路にはモニタ回路（第２モニタ回路）１５が備えられている。モニタ回路１５は、モータ２の抵抗よりも十分大きな抵抗値とされた第４、第５抵抗１６、１７を有した構成とされ、接続点１４の電位を第４、第５抵抗１６、１７によって分圧して制御＆検出回路７に入力することによって第２モニタ電圧をモニタする。

続いて、このように構成されたモータ駆動回路における異常検出方法について説明する。なお、通常時のモータ２の駆動方法に関しては、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図６は、異常検出時における各種チェック項目に対応した第１〜第４半導体スイッチング素子３〜６におけるＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフ状態および第１、第２モニタ電圧と異常時の電圧の関係およびモータ２の駆動状態を示した真理値表を表した図表である。

図中、Ｍ１〜Ｍ３は、第１〜第５抵抗１０〜１２、１６、１７やモータ２の抵抗にて分圧された第１〜第３中間電圧のことであり、第１〜第５抵抗１０〜１２、１６、１７の各抵抗値Ｒ１〜Ｒ５およびモータ２の抵抗ｒｍにて表される値である。

具体的には、第１中間電圧Ｍ１は、定電圧源９の電圧を第１〜第３抵抗１０〜１２で分圧した値（＝定電圧（５Ｖ）×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３））である。第２中間電圧Ｍ２は、定電圧源９の電圧を第１〜第５抵抗１０〜１２、１６、１７で分圧した値（＝定電圧（５Ｖ）×Ｒ３／｛Ｒ１＋（Ｒ２＋Ｒ３）／／（Ｒ４＋Ｒ５）｝×（Ｒ４＋Ｒ５）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）となる第２中間電圧である。（Ｒ２＋Ｒ３）／／（Ｒ４＋Ｒ５）は、直列接続したＲ２とＲ３に対して直列接続したＲ４とＲ５を並列接続させたときの合成抵抗値を示している。第３中間電圧Ｍ３は、定電圧源９の電圧を第１〜第５抵抗１０〜１２、１６、１７およびモータ２の抵抗で分圧した値（＝定電圧（５Ｖ）×Ｒ３／｛Ｒ１＋（Ｒ２＋Ｒ３）／／（ｒｍ＋Ｒ４＋Ｒ５）｝×（ｒｍ＋Ｒ４＋Ｒ５）／（ｒｍ＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）となる第２中間電圧である。（Ｒ２＋Ｒ３）／／（ｒｍ＋Ｒ４＋Ｒ５）は、直列接続したＲ２とＲ３に対して直列接続したｒｍとＲ４およびＲ５を並列接続させたときの合成抵抗値を示している。

ただし、ｒｍはＲ１〜Ｒ５と比較して十分に小さいため無視でき、Ｒ２＝Ｒ４、Ｒ３＝Ｒ５となるように抵抗値設定してある。このため、第１〜第３中間電圧Ｍ１〜Ｍ３の関係は、Ｍ１＞Ｍ２、Ｍ１＞Ｍ３、Ｍ２≒Ｍ３となる。

まず、チェック１としては、第１実施形態と同様の動作を行う。つまり、すべてのＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａをオフにして、各素子のオン固着の有無の確認を行う。

このとき、正常であれば、第１モニタ電圧は第１中間電圧Ｍ１となり、第２モニタ電圧はＬｏレベル電圧となるため、第１、第２モニタ電圧が所望の電圧レベル以外であれば、制御＆検出回路７にてオン固着が発生していると検出する。

次に、チェック２として、第１実施形態と同様、第１半導体スイッチング素子３のＭＯＳＦＥＴ３ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ４ａ〜６ａはオフすることにより、バッテリ１のプラス端子側から第１半導体スイッチング素子３を通じて接続点１３に至る経路内での異常を検出する。

このとき、正常であれば第１モニタ電圧はＨｉレベル電圧となり、第２モニタ電圧はＬｏレベル電圧となる。これに対して、ＭＯＳＦＥＴ３ａが断線するなど、上記経路内で断線が生じていると第１モニタ電圧が第１中間電圧Ｍ１のまま変化しない。したがって、この動作により、ＭＯＳＦＥＴ３ａのオンが正常に行えるかチェックできる。

続いて、チェック３として、接続点１３から第４半導体スイッチング素子６を通じて接続点１４に至る経路内での異常を検出する。具体的には、第４半導体スイッチング素子６のＭＯＳＦＥＴ６ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ３ａ〜５ａはオフする。

このとき、正常であれば、第１、第２モニタ電圧は共に第２中間電圧Ｍ２となる。これに対し、第４半導体スイッチング素子６のＭＯＳＦＥＴ６ａが断線するなど、上記経路内で断線が生じていると第１モニタ電圧が第１中間電圧Ｍ１に変化し、第２モニタ電圧がＬｏレベル電圧のままである。したがって、この動作により、ＭＯＳＦＥＴ６ａのオンが正常に行えるかチェックできる。

さらに、チェック４として、接続点１３からモータ２および第２半導体スイッチング素子４を通じて接続点１４に至る経路内での異常を検出する。具体的には、第２半導体スイッチング素子４のＭＯＳＦＥＴ４ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ３ａ、５ａ、６ａはオフする。

このとき、正常であれば、第１、第２モニタ電圧は共に第３中間電圧Ｍ３となる。これに対し、第２半導体スイッチング素子４のＭＯＳＦＥＴ４ａが断線するなど、上記経路内で断線が生じていると第１モニタ電圧が第１中間電圧Ｍ１のまま変化せず、第２モニタ電圧がＬｏレベル電圧のまま変化しない。したがって、この動作により、ＭＯＳＦＥＴ４ａのオンが正常に行えるかチェックできる。

最後に、チェック５として、接続点１３からモータ２および第３半導体スイッチング素子５を通じてバッテリ１のマイナス端子に至る経路内での異常を検出する。具体的には、第３半導体スイッチング素子５のＭＯＳＦＥＴ５ａをオンし、その他のＭＯＳＦＥＴ３ａ、４ａ、６ａはオフする。

このとき、正常であれば、第１、第２モニタ電圧は共にＬｏレベル電圧となる。これに対し、第３半導体スイッチング素子５のＭＯＳＦＥＴ５ａが断線するなど、上記経路内で断線が生じていると第１モニタ電圧が第１中間電圧Ｍ１に変化する。したがって、この動作により、ＭＯＳＦＥＴ５ａのオンが正常に行えるかチェックできる。

このように、第１実施形態に対してモータ駆動回路における接続構成を変更しても、還流ダイオードとして機能する寄生ダイオード６ｂが正常に電気的に接続されているかをチェックでき、還流回路の異常検出を行うことが可能となる。また、寄生ダイオード６ｂのみでなく、第１〜第３半導体スイッチング素子３〜５のＭＯＳＦＥＴ３ａ〜５ａが正常に機能するかをチェックすることも可能となる。そして、このようなチェックをモータ２を駆動することなく行うことができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態の異常検出結果に基づいてモータ２の駆動制御を実施するモータ駆動回路について説明する。本実施形態のモータ駆動回路の回路構成は、第１実施形態に係るモータ駆動回路の回路構成と実質的に同一である。よって、本実施形態に係るモータ駆動回路の各構成要素に対し第１実施形態に係るモータ駆動回路の対応する構成要素と同一符号を付して、モータ駆動回路の回路構成の説明を省略する。ただし、本実施形態では、第１半導体スイッチング素子３のソースとドレインとの間にクランプ回路を設けることを想定している。

本実施形態に係るモータ駆動回路では、（１）第１〜４半導体スイッチング素子３〜６の全てが正常であることを検出した場合には、モータ２の駆動信号のオンデューティを通常デューティとし、その通常デューティでモータ２をＰＷＭ駆動し、（２）第１〜３半導体スイッチング素子３〜５のいずれかが故障したことを検出した場合には、モータ２のＰＷＭ駆動を停止するようにしている。そして、特に、（３）第１〜３半導体スイッチング素子３〜５の全てが正常であり、かつ、第４半導体スイッチング素子６が断線していることを検出した場合には、モータ２の駆動信号のオンデューティを通常デューティよりも大きいフェールセーフデューティとし、そのフェールセーフデューティでモータ２をＰＷＭ駆動するようにしている。ここで、フェールセーフデューティは、第１半導体スイッチング素子３の耐サージ性に応じて設定されるデューティ値である。このように、フェールセーフデューティでモータ２をＰＷＭ駆動することにより、第４半導体スイッチング素子６の断線発生時において、当該断線発生に起因する第１半導体スイッチング素子３の２次的な故障の発生を抑制しつつ、モータ２の駆動を継続することができる。

この点について図７を参照して補足する。図７はモータ駆動回路の作動の一態様を示す図である。図７において、（ａ）は第１半導体スイッチング素子３のオン／オフを、（ｂ）はモータ２の駆動電流Ｉｍを、（ｃ）は第１半導体スイッチング素子３とモータ２との接点１３の電位Ｖｃを示している。また、図７（ｃ）において、一点鎖線で示すグラフは第４半導体スイッチング素子６が正常である状態を、実線で示すグラフは第４半導体スイッチング素子６が断線した状態を示している。

図７に示すように、タイミングｔ１において、第１半導体スイッチング素子３がオンし、モータ２への電力供給が開始されると、駆動電流Ｉｍは増加する。タイミングｔ２においてモータ２が始動すると、それ以降、駆動電流Ｉｍは略一定となる。タイミングｔ３において、第１半導体スイッチング素子３がオフされると、逆起電力によるサージが接点１３に重畳されるため、同接点１３の電位は低下する。

第４半導体スイッチング素子６に異常がない場合には、還流動作によりサージエネルギーが消費される。そのため、図７（ｃ）に一点鎖線で示すように、第１半導体スイッチング素子３のオフに伴う接点１３の電位の低下は小さいものとなる。

一方、第４半導体スイッチング素子６が断線している場合、還流回路によりサージエネルギーが消費されず、バッテリ１から第１半導体スイッチング素子３を介して接点１３に電流が流れることでサージエネルギーが消費される。そのため、図７（ｃ）に実線で示すように、接点１３の電位は、バッテリ１のプラス端子の電位ＶＢよりも第１半導体スイッチング素子３におけるクランプ電圧Ｖｃｌだけ低いＶ１となる。

ところで、第４半導体スイッチング素子６が断線している場合、接点１３に重畳されるサージが大きくなると、第１半導体スイッチング素子３にクランプ電圧が印加され、結果として第１半導体スイッチング素子３が故障するおそれがある。

これに対し、本発明では、第４半導体スイッチング素子６の断線を検出した場合には、第１半導体スイッチング素子３のオフ時における駆動電流Ｉｍを小さくするようにしている。

図８は、図７と同様にして、第１半導体スイッチング素子３のオン／オフとモータ２の駆動電流Ｉｍとの関係を示す図である。図８に示すように、モータ駆動信号のオンデューティを大きくすると、モータ駆動電流Ｉｍの大きさはモータ２の回転速度（自己発電の大きさ）に応じて小さくなる（図８（ｂ）のタイミングｔ３１、ｔ３２参照）。そこで、第４半導体スイッチング素子６の断線を検出した場合には、モータ駆動信号のオンデューティを通常デューティよりも大きいフェールセーフデューティとし、そのフェールセーフデューティでモータ２をＰＷＭ駆動するようにしている。

このように、第１半導体スイッチング素子３のオフ時における駆動電流Ｉｍを小さくすることにより、接点１３に重畳されるサージエネルギーが小さくなる。これにより、第４半導体スイッチング素子６の断線発生に起因する第１半導体スイッチング素子３の２次的な故障の発生を抑制しつつ、モータ２の駆動を継続することができる。

図９は、上述の如くモータ２の駆動を制御するためのプログラムの流れを示すフローチャートである。本実施形態では、本プログラムが制御＆検出回路７により周期的に実行されることを想定している。

図９に示すステップ１０では、制御＆検出回路７は、第１実施形態と同様にして、第１〜４半導体スイッチング素子３〜６の各素子について故障を検出する。

続くステップ１１では、制御＆検出回路７は、第１〜３半導体スイッチング素子３〜５のいずれかに断線やショートなどの故障があるか否かを判定する。そして、制御＆検出回路７は、第１〜３半導体スイッチング素子３〜５のいずれかに故障があると判定した場合には、ステップ１２において第１、２半導体スイッチング素子３、４をオフしてモータ２への電力供給を停止し、今回のプログラムの実行を終了する。一方、制御＆検出回路７は、第１〜３半導体スイッチング素子３〜５の全てに故障がないと判定した場合には、ステップ１３の処理に進む。

ステップ１３では、制御＆検出回路７は、第４半導体スイッチング素子６に断線があるか否かを判定する。そして、制御＆検出回路７は、第４半導体スイッチング素子６に断線があると判定した場合には、ステップ１４においてモータ駆動信号のオンデューティをフェールセーフデューティに設定し、今回のプログラムの実行を終了する。一方、制御＆検出回路７は、第４半導体スイッチング素子６に断線がないと判定した場合には、ステップ１５においてモータ駆動信号のオンデューティを通常デューティに設定し、今回のプログラムの実行を終了する。

以上説明したモータ２の駆動制御によれば、第１〜３半導体スイッチング素子３〜５の全てに故障がない場合には、第４半導体スイッチング素子６が断線した場合であったとしても、モータ駆動信号のオンデューティがフェールセーフデューティに設定され、当該フェールセーフデューティでモータ２のＰＷＭ駆動が継続される。要するに、モータ駆動回路において、電力供給回路に異常がない場合には、還流回路に異常があったとしても、モータ駆動信号のオンデューティが大きくなり、モータ２の駆動が継続される。これにより、第４半導体スイッチング素子６の断線発生に起因する第１半導体スイッチング素子３の故障の発生を抑制しつつ、すなわち還流回路の異常発生に起因する電力供給回路の２次的な異常発生を抑制しつつ、モータ２の駆動を継続することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、各部の異常検出のチェック方法の一例を示したが、チェック時の各ＭＯＳＦＥＴ３ａ〜６ａのオンオフ形態は様々であり、上記のように還流ダイオードを第４半導体スイッチング素子６にて構成し、第４半導体スイッチング素子６のＭＯＳＦＥＴ６ａにて還流回路が機能するかどうかのチェックが行える回路構成であれば、どのようなチェック方法であっても構わない。

また、上記実施形態では、還流素子として還流ダイオードを例に挙げたが、ダイオード以外の単なるスイッチ素子などであっても構わない。つまり、モータ２をＰＷＭ駆動する際の第１半導体スイッチング素子３のＭＯＳＦＥＴ３ａのオンオフに伴ってスイッチ素子がオンオフするようなものであっても構わない。

また、第４実施形態のフェールセーフデューティはオンデューティ１００％でもよい。すなわち、還流回路の異常時において、モータ２をフルオンすることにより、当該モータ２の駆動を継続するようにしてもよい。この場合、モータ２の駆動中には、第１半導体スイッチング素子３のオフに伴うサージが発生しない。これにより、第１半導体スイッチング素子３の２次的な故障の発生を防止しつつ、モータ２の駆動を継続することができる。

上記第４実施形態では、還流回路の異常時に、モータ駆動信号のオンデューティを大きくした。しかしながら、これに限られず、モータ２のオン期間（図７のタイミングｔ１〜ｔ３参照）を、還流回路に異常がない通常時よりも長くすれば足り、上述の如くモータ駆動信号のオンデューティを大きくすることはその一態様である。よって、例えば、モータ駆動信号のパルス幅を長くするとともに、その周期を大きくすることが考えられる。この場合、通常時及び異常時において、モータ駆動信号のデューティ変化を小さくすることができる。

上記第４実施形態は、上記第２、３実施形態のモータ駆動回路にも適用可能である。詳しくは、第２実施形態又は第３実施形態に第４実施形態のモータ駆動制御を適用する場合には、第１半導体スイッチング素子３及び第３半導体スイッチング素子５に故障がなく、かつ、第２半導体スイッチング素子４又は第４半導体スイッチング素子６が断線していることを検出したときに、モータ駆動信号のオンデューティを大きくする。

上記第４実施形態では、モータ駆動回路の異常検出結果に基づいて、モータ２の駆動態様を切り替えた。しかしながら、これに限られず、還流回路に異常がある場合には、モータ２の駆動を禁止することが考えられる。この場合、第４半導体スイッチング素子６の断線発生に起因する第１半導体スイッチング素子３の２次的な故障の発生を防止することができる。

１…バッテリ、２…モータ、３〜６…第１〜第４半導体スイッチング素子、 ３ａ〜６ａ…ＭＯＳＦＥＴ、３ｂ〜６ｂ…寄生ダイオード、７…制御＆検出回路、８…モニタ回路、９…定電圧源、１０〜１２…第１〜第３抵抗、１３…接続点、１４…接続点、１５…モニタ回路、１６…第４抵抗、１７…第５抵抗

Claims (5)

1. 電源（１）からの電力供給に基づいて駆動されるモータ（２）のハイサイド側に配置されることで前記電力供給のオンオフを制御を行い、カソードがハイサイド側を向けられた逆方向接続のダイオード（３ｂ）を含むモータ制御用の第１半導体スイッチング素子（３）と、
   前記第１半導体スイッチング素子（３）よりもローサイド側に配置され、アノードがハイサイド側を向けられた順方向接続のダイオード（４ｂ）を含む第２半導体スイッチング素子（４）と、
   前記モータ（２）のローサイド側に配置され、前記第１半導体スイッチング素子（３）に異常が発生したときに前記電力供給をオフし、カソードがハイサイド側を向けられた逆方向接続のダイオード（５ｂ）を含むフェールセーフ用の第３半導体スイッチング素子（５）と、
   前記モータ（２）に対して並列接続された還流素子（６ｂ）を含み、前記第１半導体スイッチング素子（３）をオフしたときに発生する還流電流を前記還流素子（６ｂ）を通じて流す還流回路を構成する第４半導体スイッチング素子（６）と、
   前記第１〜第４半導体スイッチング素子（３〜６）のオンオフを制御すると共に、前記第１半導体スイッチング素子（３）と前記モータ（２）との接続点（１３）の電位を第１モニタ電圧として、該第１モニタ電圧と対応する電圧を入力し、前記第１〜第４半導体スイッチング素子（３〜６）のオンオフ状態と前記第１モニタ電圧および異常時の電圧との関係に基づいて前記還流回路が正常に機能するか否かの異常検出を行う制御部（７）と、を備えていることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記第２半導体スイッチング素子（４）は、前記第３半導体スイッチング素子（５）のローサイド側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. 前記第４半導体スイッチング素子（６）は、直列接続された前記第３半導体スイッチング素子（５）と前記モータ（２）に対して並列接続されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
4. 直列接続された前記第２半導体スイッチング素子（４）および前記第４半導体スイッチング素子（６）に対して直列接続された前記モータ（２）および前記第３半導体スイッチング素子（５）とが並列接続されていることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動回路。
5. 前記第１〜第４半導体スイッチング素子（３〜６）は、ハイサイド側から前記第１半導体スイッチング素子（３）、前記第４半導体スイッチング素子（６）、前記第２半導体スイッチング素子（４）、前記第３半導体スイッチング素子（５）の順ですべてが直列接続されており、前記第４半導体スイッチング素子（６）と前記第２半導体スイッチング素子（４）との接続点（１４）の電位を第２モニタ電圧として、該第２モニタ電圧と対応する電圧を前記制御部（７）に入力し、該制御部（７）にて前記第１〜第４半導体スイッチング素子（３〜６）のオンオフ状態と前記第１モニタ電圧および前記第２モニタ電圧と異常時の電圧との関係に基づいて前記還流回路が正常に機能するか否かの異常検出を行うことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。

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