JP5677572B2 - アナログスイッチ回路及びこれを用いたモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、アナログスイッチ回路、及び、これを用いたモータ駆動装置に関する。

図１１Ａは、ＣＭＯＳ［Complementary Metal Oxide Semiconductor］型アナログスイッチの一従来例を示す図であり、図１１Ｂは、アナログスイッチＡＳＷの電気用図記号を示す図である。本従来例のアナログスイッチＡＳＷは、並列に接続されたＮチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＮとＰチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＰを有し、各々のゲートに印加される制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）と反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）に応じて、入力電圧Ｖｉｎの印加端と出力電圧Ｖｏｕｔの印加端との間を導通／遮断する。

トランジスタＮ及びＰのソースは、アナログスイッチＡＳＷの第１端に相当し、入力電圧Ｖｉｎの印加端に接続されている。トランジスタＮ及びＰのドレインは、アナログスイッチＡＳＷの第２端に相当し、出力電圧Ｖｏｕｔの印加端に接続されている。トランジスタＮのゲートは、アナログスイッチＡＳＷの制御端に相当し、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）の印加端に接続されている。トランジスタＰのゲートは、アナログスイッチＡＳＷの反転制御端に相当し、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）の印加端に接続されている。トランジスタＮのバックゲートは、接地電圧ＧＮＤの印加端に接続されている。トランジスタＰのバックゲートは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。

アナログスイッチＡＳＷをオンする場合には、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）がハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）とされ、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）がローレベル（接地電圧ＧＮＤ）とされる。このような電圧の印加によってトランジスタＰ及びＮの少なくとも一方がオンとなり、入力電圧Ｖｉｎの印加端と出力電圧Ｖｏｕｔの印加端との間が導通される。

一方、アナログスイッチＡＳＷをオフする場合には、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）がローレベル（接地電圧ＧＮＤ）とされ、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）がハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）とされる。このような電圧の印加によってトランジスタＰ及びＮがいずれもオフとなり、入力電圧Ｖｉｎの印加端と出力電圧Ｖｏｕｔの印加端との間が遮断される。

特開２００３−１８９６８０号公報

入力電圧Ｖｉｎが通常範囲（電源電圧ＶＤＤから接地電圧ＧＮＤまで）に収まっていれば、上記従来例のアナログスイッチＡＳＷであっても、特段の支障が生じることはない。しかしながら、何らかの理由で、電源電圧ＶＤＤよりも少なくともトランジスタＰのオンスレッショルド電圧Ｖｔｈだけ高い入力電圧Ｖｉｎ（≧ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）が印加された場合には、アナログスイッチＡＳＷをオフするために、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）をローレベル（接地電圧ＧＮＤ）とし、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）をハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）としていても、トランジスタＰが意図に反してオンとなり、入力電圧Ｖｉｎの印加端と出力電圧Ｖｏｕｔの印加端との間を誤って導通してしまうおそれがあった。また、何らかの理由で、接地電圧ＧＮＤよりも少なくともトランジスタＮのオンスレッショルド電圧Ｖｔｈだけ低い入力電圧Ｖｉｎ（≦ＧＮＤ−Ｖｔｈ）が印加された場合にも、トランジスタＮが意図に反してオンとなり、上記と同様の誤動作を生じるおそれがあった。

上記課題の解決に寄与し得る従来技術の一例として、特許文献１には、端子の印加電圧が所定値を上回らないように、クランプ回路を設ける構成が開示されている。しかしながら、クランプ対象となる端子が多数存在する場合には多数のクランプ回路が必要となり、回路規模の拡大やコストアップが招かれるので、最善の解決策とは言えなかった。

本発明は、本願の発明者により見出された上記の問題点に鑑み、意図しない誤オンを防止することのできるアナログスイッチ回路、及び、これを用いたモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るアナログスイッチ回路は、第１抵抗と；第２抵抗と；第１端が前記第１抵抗を介して入力端に接続され、第２端が出力端に接続されたＣＭＯＳ型の第１アナログスイッチと；第１端が前記第１アナログスイッチの第１端に接続され、第２端が前記第２抵抗を介して接地端に接続され、前記第１アナログスイッチと逆相でオン／オフされるＣＭＯＳ型の第２アナログスイッチと；を有する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成るアナログスイッチ回路は、前記第１抵抗と前記入力端との間に挿入され、前記第１アナログスイッチと同相でオン／オフされるＣＭＯＳ型の第３アナログスイッチをさらに有する構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第２の構成から成るアナログスイッチ回路は、前記第３アナログスイッチと前記入力端の間に挿入された第３抵抗をさらに有する構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第３いずれかの構成から成るアナログスイッチ回路において、前記第１抵抗の抵抗値は、前記第２抵抗の抵抗値よりも大きい値に設定されている構成（第４の構成）にするとよい。

また、本発明に係るモータ駆動装置は、三相モータの各相駆動電圧を順次選択して出力するセレクタと、前記三相モータのコモン電圧と各相駆動電圧とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、前記比較信号に応じて前記三相モータの各相駆動制御信号を生成するコントローラと、前記各相駆動制御信号に応じて前記三相モータの各相駆動電圧を生成するドライバと、を有し、前記セレクタは、前記各相駆動電圧の印加端と前記コンパレータとの間を各々導通／遮断するための手段として、各相毎に上記第１〜第４いずれかの構成から成るアナログスイッチ回路を含む構成（第５の構成）とされている。

また、上記第５の構成から成るモータ駆動装置において、各相毎のアナログスイッチ回路は、前記第２抵抗を共有する構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第５または第６の構成から成るモータ駆動装置において、前記セレクタは、前記コモン電圧の印加端と前記コンパレータとの間に挿入され、常時オン状態とされるダミーのアナログスイッチ回路をさらに含む構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第５〜第７いずれかの構成から成るモータ駆動装置は、前記セレクタと前記コンパレータとの間に挿入されたフィルタを有する構成（第８の構成）にするとよい。

また、上記第８の構成から成るモータ駆動装置において、前記フィルタは、抵抗とキャパシタを用いたＲＣフィルタである構成（第９の構成）にするとよい。

また、本発明に係る電動車両は、上記第５〜第９いずれかの構成から成るモータ駆動装置を備えた構成（第１０の構成）とされている。

また、本発明に係る家電機器は、上記第５〜第９いずれかの構成から成るモータ駆動装置を備えた構成（第１１の構成）とされている。

また、本発明に係る産業機器は、上記第５〜第９いずれかの構成から成るモータ駆動装置を備えた構成（第１２の構成）とされている。

本発明によれば、意図しない誤オンを防止することのできるアナログスイッチ回路、及び、これを用いたモータ駆動装置を提供することが可能となる。

アナログスイッチ回路の第１実施形態を示す図 アナログスイッチ回路の第２実施形態を示す図 アナログスイッチ回路の第３実施形態を示す図 モータ駆動装置の一構成例を示す図 モータ駆動装置１０の一動作例を示すタイムチャート セレクタ１１の第１構成例を示す図 出力帰還動作の第１例（正常時）を示すタイムチャート 出力帰還動作の第２例（異常時）を示すタイムチャート セレクタ１１の第２構成例を示す図 モータ駆動装置を搭載した車両の外観図 モータ駆動装置を搭載した家電機器（エアコン）の外観図 ＣＭＯＳ型アナログスイッチの一従来例を示す図 ＣＭＯＳ型アナログスイッチの電気用図記号を示す図

＜アナログスイッチ回路＞
図１は、アナログスイッチ回路の第１実施形態を示す図である。第１実施形態のアナログスイッチ回路１は、抵抗Ｒ１及びＲ２と、ＣＭＯＳ型のアナログスイッチＳ１及びＳ２と、を有する。

アナログスイッチＳ１の第１端は、抵抗Ｒ１を介して入力電圧Ｖｉｎの印加端に接続されている。アナログスイッチＳ１の第２端は、出力電圧Ｖｏｕｔの印加端に接続されている。アナログスイッチＳ１の制御端は、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）の印加端に接続されている。アナログスイッチＳ１の反転制御端は、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）の印加端に接続されている。

アナログスイッチＳ２の第１端は、アナログスイッチＳ１の第１端に接続されている。アナログスイッチＳ２の第２端は、抵抗Ｒ２を介して接地電圧ＧＮＤの印加端に接続されている。アナログスイッチＳ２の制御端は、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）の印加端に接続されている。アナログスイッチＳ２の反転制御端は、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）の印加端に接続されている。

アナログスイッチＳ１及びＳ２は、それぞれ、図１１ＡのアナログスイッチＡＳＷと同じく、並列に接続されたＮチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＮとＰチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＰを有し、各々のゲートに印加される制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）と反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）に応じて、互いに逆相でオン／オフされる。

アナログスイッチ回路１をオンする場合には、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）がハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）とされ、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）がローレベル（接地電圧ＧＮＤ）とされる。このような電圧の印加によってアナログスイッチＳ１がオンとなり、入力電圧Ｖｉｎの印加端と出力電圧Ｖｏｕｔの印加端との間が導通される。このとき、アナログスイッチＳ２はオフとなるので、アナログスイッチＳ１の第１端に印加されるノード電圧Ｖａが不必要に引き下げられることはなく、通常信号パスに悪影響が及ぶことはない。

一方、アナログスイッチ回路１をオフする場合には、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）がローレベル（接地電圧ＧＮＤ）とされ、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）がハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）とされる。このような電圧の印加によりアナログスイッチＳ１がオフとなり、入力電圧Ｖｉｎの印加端と出力電圧Ｖｏｕｔの印加端との間が遮断される。このとき、アナログスイッチＳ２はオンとなるので、ノード電圧Ｖａは、入力電圧Ｖｉｎを抵抗Ｒ１及びＲ２で分圧した電圧値（＝Ｖｉｎ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））まで引き下げられる。

なお、ノード電圧Ｖａを十分に引き下げるためには、抵抗Ｒ１の抵抗値を抵抗Ｒ２の抵抗値よりも大きい値（例えばＲ１＝１９．１ｋΩ、Ｒ２＝３ｋΩ）に設定しておくことが望ましい。

このような構成とすることにより、入力電圧Ｖｉｎが通常範囲（電源電圧ＶＤＤから接地電圧ＧＮＤまで）に収まっている場合はもちろん、何らかの理由で、電源電圧ＶＤＤよりも少なくともトランジスタＰ（図９Ａを参照）のオンスレッショルド電圧Ｖｔｈだけ高い入力電圧Ｖｉｎ（≧ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）が印加された場合であっても、ノード電圧Ｖａが（ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）以上とならないようにすることができるので、アナログスイッチＳ１に含まれるトランジスタＰの意図に反した誤オンを防止することが可能となる。また、何らかの理由で接地電圧ＧＮＤよりも少なくともトランジスタＮ（図１１Ａを参照）のオンスレッショルド電圧Ｖｔｈだけ低い入力電圧Ｖｉｎ（≦ＧＮＤ−Ｖｔｈ）が印加された場合であっても、ノード電圧Ｖａが（ＧＮＤ−Ｖｔｈ）以下とならないようにすることができるので、アナログスイッチＳ１に含まれるトランジスタＮの意図に反した誤オンを防止することが可能となる。

従って、第１実施形態のアナログスイッチ回路１をオフさせる際には、いかなる入力電圧Ｖｉｎが印加されている場合であっても、アナログスイッチＳ１を確実にオフさせることができるので、入力電圧Ｖｉｎの印加端と出力電圧Ｖｏｕｔの印加端との間を確実に遮断することが可能となる。

図２は、アナログスイッチ回路の第２実施形態を示す図である。第２実施形態のアナログスイッチ回路１は、先出の第１実施形態とほぼ同様の構成であり、アナログスイッチＳ３をさらに有する点に特徴を有している。そこで、第１実施形態と同様の構成要素については、図１と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第２実施形態の特徴部分についての重点的な説明を行う。

アナログスイッチＳ３は、抵抗Ｒ１と入力電圧Ｖｉｎの印加端の間に挿入されており、アナログスイッチＳ１と同相でオン／オフされる。このような構成であれば、アナログスイッチ回路１のオフ期間において、入力電圧Ｖｉｎが通常範囲に収まっている場合には、アナログスイッチＳ３がオフとなるので、入力電圧Ｖｉｎの印加端から抵抗Ｒ１及びＲ２を切り離して、入力電圧Ｖｉｎの印加端に接続される前段回路への影響を抑えることが可能となる。一方、アナログスイッチ回路１のオフ期間において、（ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）以上または（ＧＮＤ−Ｖｔｈ）以下の入力電圧Ｖｉｎが印加された場合には、アナログスイッチＳ３が意図せずにオンとなるものの、先述のように、抵抗Ｒ１及びＲ２を用いてノード電圧Ｖａを（ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）以下または（ＧＮＤ−Ｖｔｈ）以上とすることができるので、アナログスイッチＳ１を確実にオフさせて、入力電圧Ｖｉｎの印加端と出力電圧Ｖｏｕｔの印加端との間を確実に遮断することが可能となる。

図３は、アナログスイッチ回路の第３実施形態を示す図である。第３実施形態のアナログスイッチ回路１は、先出の第２実施形態とほぼ同様の構成であり、抵抗Ｒ３をさらに有する点に特徴を有している。そこで、第２実施形態と同様の構成要素については、図２と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第３実施形態の特徴部分についての重点的な説明を行う。

抵抗Ｒ３は、アナログスイッチＳ３と入力電圧Ｖｉｎの印加端の間に挿入されている。このような構成であれば、抵抗Ｒ３の抵抗値を任意に設定（例えば１ｋΩ）することにより、アナログスイッチ回路１のオン期間において、入力電圧Ｖｉｎの印加端から出力電圧Ｖｏｕｔの印加端に流れる電流量を任意に調整したり、内部素子を保護したりすることが可能となる。

＜モータ駆動装置＞
図４はモータ駆動装置の一構成例を示す図である。本構成例のモータ駆動装置１０は、三相モータ（三相ブラシレスモータ）２０の駆動制御を行う主体であって、セレクタ１１と、フィルタ１２と、コンパレータ１３と、コントローラ１４と、ドライバ１５と、を有する。

セレクタ１１は、切替信号ＳＷ（Ｕ／Ｖ／Ｗ）に応じて三相モータ２０の各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗを順次選択して出力する。より具体的に述べると、セレクタ１１は、駆動電圧ＵのＭ期間（Ｌ期間からＨ期間またはＨ期間からＬ期間への遷移期間）に駆動電圧Ｕを選択して出力し、駆動電圧ＶのＭ期間に駆動電圧Ｖを選択して出力し、駆動電圧ＷのＭ期間に駆動電圧Ｗを選択して出力する。すなわち、セレクタ１１は、三相モータ２０の各相コイルに生じる逆起電圧を選択して出力する。また、セレクタ１１は、切替信号ＳＷ（Ｃ）に応じて三相モータ２０のコモン電圧ＣＯＭを常時選択して出力する。

フィルタ１２は、セレクタ１１とコンパレータ１３との間に挿入されており、セレクタ１１で選択された三相モータ２０のコモン電圧ＣＯＭと各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗからノイズ成分を除去する。フィルタ１２としては、例えば、抵抗とキャパシタを用いたＲＣフィルタを用いることができる（図８を参照）。なお、フィルタ１２のカットオフ周波数は、どのような値に設定しても構わないが、例えば１５ｋＨｚに設定すればよい。

コンパレータ１３は、反転入力端（−）に印加される三相モータ２０のコモン電圧ＣＯＭと、非反転入力端（＋）に順次印加される各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗを比較して比較信号ａを生成する。比較信号ａは、コモン電圧ＣＯＭが各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗよりも高ければローレベルとなり、低ければハイレベルとなる。

コントローラ１４は、比較信号ａに基づいて三相モータ２０の回転速度に応じた周波数の速度信号Ａを内部生成し、この速度信号Ａに基づいて三相モータ２０の回転速度の帰還制御を行うように、各相駆動制御信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）を生成する。より具体的に述べると、コントローラ１４は、速度信号Ａの周波数が所定の目標周波数よりも高いときには三相モータ２０の回転速度を下げるように、逆に、速度信号Ａの周波数が所定の目標周波数よりも低いときには三相モータ２０の回転速度を上げるように、各相駆動制御信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）を生成する。なお、コントローラ１４は、三相モータ２０の速度制御に際して各相駆動制御信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）のＰＷＭ［pulse width modulation］制御を行う。

ドライバ１５は、三相モータ２０の各相毎に、ハーフブリッジ接続されたパワートランジスタ（図示せず）を含み、各々のゲートに入力される各相駆動制御信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）に基づいて、各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗを生成する。

図５は、モータ駆動装置１０の一動作例を示すタイムチャートであり、上から順番に、駆動電圧Ｕ、駆動電圧Ｖ、駆動電圧Ｗ、切替信号ＳＷ（Ｕ）、切替信号ＳＷ（Ｖ）、切替信号ＳＷ（Ｗ）、切替信号ＳＷ（Ｃ）、及び、速度信号Ａが描写されている。なお、図５において、各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗの縦ハッチングは、各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／ＷがＰＷＭ制御されていることを示している。

切替信号ＳＷ（Ｕ）は、駆動電圧ＵのＭ期間にハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）とされてその余の期間にローレベル（接地電圧ＧＮＤ）とされる。切替信号ＳＷ（Ｖ）は、駆動電圧ＶのＭ期間にハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）とされて、その余の期間にローレベル（接地電圧ＧＮＤ）とされる。切替信号ＳＷ（Ｗ）は、駆動電圧ＷのＭ期間にハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）とされて、その余の期間にローレベル（接地電圧ＧＮＤ）とされる。切替信号ＳＷ（Ｃ）は、常時ハイレベル（ＶＤＤ）とされる。

セレクタ１１は、切替信号ＳＷ（Ｕ）のＨ期間に駆動電圧Ｕを選択して出力し、切替信号ＳＷ（Ｖ）のＨ期間に駆動電圧Ｖを選択して出力し、切替信号ＳＷ（Ｗ）のＨ期間に駆動電圧Ｗを選択して出力する。また、セレクタ１１は、常時ハイレベルとされている切替信号ＳＷ（Ｃ）に応じてコモン電圧ＣＯＭを常時選択して出力する。

セレクタ１１から出力されるコモン電圧ＣＯＭと各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗは、フィルタ１２を介してコンパレータ１３に入力される。コンパレータ１３では、コモン電圧ＣＯＭと各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗを比較して比較信号ａが生成される。コントローラ１４では、比較信号ａに基づいて三相モータ２０の回転速度に応じた周波数の速度信号Ａが内部生成される。

なお、速度信号Ａの理想波形は、各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／ＷがＬ期間からＨ期間に遷移する過程でコモン電圧ＣＯＭを上回ったときにローレベルからハイレベルに立ち上がり、逆に、各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／ＷがＨ期間からＬ期間に遷移する過程でコモン電圧ＣＯＭを下回ったときにハイレベルからローレベルに立ち下がる矩形波となる。

ただし、セレクタ１１の回路構成によっては、速度信号Ａの立上がりタイミングや立下りタイミングが本来のタイミングからずれてしまい、コントローラ１４による出力帰還制御（延いては、三相モータ２０の駆動制御）に支障を生じる場合がある。以下では、このような課題について具体的に説明する。

図６は、セレクタ１１の第１構成例（上記の課題を生じ得る構成）を示す図である。第１構成例のセレクタ１１は、アナログスイッチＳ１（Ｃ）、Ｓ１（Ｕ）、Ｓ１（Ｖ）、Ｓ１（Ｗ）を含む。アナログスイッチＳ１（Ｃ）は、コモン電圧ＣＯＭの印加端とフィルタ１２の第１入力端（延いてはコンパレータ１３の反転入力端（−））との間に接続されている。アナログスイッチＳ１（Ｕ）、Ｓ１（Ｖ）、Ｓ１（Ｗ）は、それぞれ、各相駆動電圧（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の印加端とフィルタ１２の第２入力端（延いてはコンパレータ１３の非反転入力端（＋））との間に接続されている。

アナログスイッチＳ１（Ｃ）、Ｓ１（Ｕ）Ｓ１（Ｖ）、Ｓ１（Ｗ）は、それぞれ、図１１ＡのアナログスイッチＡＳＷと同じく、並列に接続されたＮチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＮとＰチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＰを有し、各々のゲートに印加される切替信号ＳＷ（Ｃ）、ＳＷ（Ｕ）、ＳＷ（Ｖ）、ＳＷ（Ｗ）（それぞれ、先述の制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）に相当）と、反転切替信号ＳＷＢ（Ｃ）、ＳＷＢ（Ｕ）、ＳＷＢ（Ｖ）、ＳＷＢ（Ｗ）（それぞれ、先述の反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）に相当）に応じてオン／オフされる。なお、セレクタ１１では、アナログスイッチＳ１（Ｃ）が常時オンとされ、アナログスイッチＳ１（Ｕ）、Ｓ１（Ｖ）、Ｓ１（Ｗ）については、いずれか一つのみが順次オンとされる。

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、出力帰還動作の第１例（正常時）と第２例（異常時）を示すタイムチャートであり、上から順に、駆動電圧Ｕ、切替信号ＳＷ（Ｕ）、比較信号ａ、フィルタ処理済みの比較信号ｂ、マスク信号ｃ、及び、速度信号Ａが示されている。なお、以下では説明の便宜上、セレクタ１１で駆動電圧Ｕが選択出力される場合を例に挙げて説明を行うが、駆動電圧Ｖや駆動電圧Ｗが選択される場合についても同様である。

まず、図６及び図７Ａを参照しながら、出力帰還動作の第１例（正常時）について説明する。駆動電圧ＵのＭ期間には、切替信号ＳＷ（Ｕ）がハイレベルとされてアナログスイッチＳ１（Ｕ）がオンとなり、切替信号ＳＷ（Ｖ）及びＳＷ（Ｗ）がローレベルとされてアナログスイッチＳ１（Ｖ）及びＳ１（Ｗ）がオフとなる。従って、セレクタ１１からは駆動電圧Ｕが選択出力され、コンパレータ１３では、駆動電圧Ｕとコモン電圧ＣＯＭとを比較することにより比較信号ａが生成される。

コンパレータ１３から比較信号ａが入力されるコントローラ１４の内部では、まず、比較信号ａに対して所定のフィルタ処理が施される。フィルタ処理済みの比較信号ｂは、元の比較信号ａに比べて、駆動電圧ＵのＰＷＭ成分に起因する不要パルスが一部除去された波形となる。次に、コントローラ１４の内部では、所定の信号検出期間（マスク信号ｃのハイレベル期間）にわたって比較信号ｂの検出（論理レベル判定）が行われ、その検出結果に応じて速度信号Ａの論理レベルが切り替えられる。このようなコントローラ１４の内部信号処理によって生成される速度信号Ａの理想的な波形は、駆動電圧ＵがＬ期間からＨ期間に遷移する過程でコモン電圧ＣＯＭを上回ったときにローレベルからハイレベルに立ち上がる矩形波となる。

次に、図６及び図７Ｂを参照しながら、出力帰還動作の第２例（異常時）について説明する。先にも述べたように、駆動電圧ＵのＭ期間には、切替信号ＳＷ（Ｕ）がハイレベルとされてアナログスイッチＳ１（Ｕ）がオンとなり、セレクタ１１から駆動電圧Ｕが選択出力される。このとき、切替信号ＳＷ（Ｖ）及びＳＷ（Ｗ）は、いずれもローレベルとされているので、本来であればアナログスイッチＳ１（Ｖ）及びＳ１（Ｗ）はいずれもオフとなっていなければならず、コンパレータ１３では、駆動電圧Ｕのみとコモン電圧ＣＯＭとが比較されて比較信号ａが生成されなければならない。

しかしながら、何らかの理由で、電源電圧ＶＤＤよりも少なくともトランジスタＰのオンスレッショルド電圧Ｖｔｈだけ高い駆動電圧ＶまたはＷ（≧ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）が印加された場合には、アナログスイッチＳＷ（Ｖ）及びＳＷ（Ｗ）をオフするために、切替信号ＳＷ（Ｖ）及びＳＷ（Ｗ）をローレベル（接地電圧ＧＮＤ）としていても、トランジスタＰが意図に反してオンとなり、本来であれば駆動電圧Ｕのみを選択出力すべきところに、不要な駆動電圧ＶまたはＷを加算して出力してしまうおそれがあった。例えば、モータ駆動条件（モータの特性や駆動電流値）によっては、ＰＷＭ駆動されている相（モニタ対象とされていない相）の駆動電圧が電源電圧ＶＤＤよりも高い電圧値まで大きく振れることがあり、その電圧値が（ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）を超えると、上記の異常状態に陥るおそれがあった。また、接地電圧ＧＮＤよりも少なくともトランジスタＮのオンスレッショルド電圧Ｖｔｈだけ低い駆動電圧ＶまたはＷ（≦ＧＮＤ−Ｖｔｈ）が印加された場合にも、上記と同様の異常状態に陥るおそれがあった。

このような異常状態に陥ると、コモン電圧ＣＯＭよりも駆動電圧（Ｕ＋Ｖ）または（Ｕ＋Ｗ）の平均値の方が高くなるので、コンパレータ１３で生成される比較信号ａやコントローラ１４の内部で生成されるフィルタ処理後の比較信号ｂがほぼハイレベルに維持される状態となる。その結果、所定の信号検出期間が開始されると同時に、速度信号Ａの論理レベルが切り替えられることになるので、速度信号Ａの立上がりタイミングが本来のタイミングからずれてしまい、コントローラ１４による出力帰還制御（延いては、三相モータ２０の駆動制御）に支障を生じるおそれがある。

図８は、セレクタ１１の第２構成例（上記課題を解消し得る構成）を示す図である。第２構成例のセレクタ１１は、アナログスイッチ回路１１Ｃ、１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを含む。アナログスイッチ回路１１Ｃは、コモン電圧ＣＯＭの印加端とフィルタ１２の第１入力端（延いてはコンパレータ１３の反転入力端（−））との間に接続されている。アナログスイッチ回路１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗは、それぞれ、各相駆動電圧（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の印加端とフィルタ１２の第２入力端（延いてはコンパレータ１３の非反転入力端（＋））との間に接続されている。

アナログスイッチ回路１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗは、それぞれ、基本的に図３のアナログスイッチ回路１と同様の構成から成る。ただし、アナログスイッチ回路１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗは、各相毎に抵抗Ｒ２を有する構成ではなく、単一の抵抗Ｒ２を全ての相で共有する構成とされている。このような構成とすることにより、セレクタ１１の回路規模を縮小することが可能となる。もちろん、各相毎に抵抗Ｒ２を有する構成としても構わない。

また、アナログスイッチ回路１１Ｃは、常時オン状態とされることに鑑みてアナログスイッチＳ２と抵抗Ｒ２が取り除かれていること以外、アナログスイッチ回路１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗと全く同様の構成から成る。このように、コモン電圧ＣＯＭの印加端とフィルタ１２の第１入力端（延いてはコンパレータ１３の反転入力端（−））との間に、常時オン状態とされるダミーのアナログスイッチ回路１１Ｃを挿入した構成とすることにより、セレクタ１１内部におけるコモン電圧ＣＯＭと各相駆動電圧Ｕ／Ｖ／Ｗとの信号ロス分を合わせ込むことができるので、コントローラ１４による出力帰還制御の精度を高めることが可能となる。

なお、図８では、図示の便宜上、図３で描写されている制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）及びＶｃｔｒｌ（−）が省略されているが、アナログスイッチ回路１１Ｃ、１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗのいずれにおいても、図３と同様にして、制御電圧Ｖｃｔｒｌ（＋）に相当する切替信号ＳＷと、反転制御電圧Ｖｃｔｒｌ（−）に相当する反転切替信号ＳＷＢが印加されているものとする。すなわち、アナログスイッチＳ１及びＳ２は互いに逆相でオン／オフされ、アナログスイッチＳ１及びＳ３は互いに同相でオン／オフされる。

第２構成例のセレクタ１１において、例えば駆動電圧Ｕを選択して出力する場合には、アナログスイッチ回路１１Ｕがオンとされて、アナログスイッチ回路１１Ｖ及び１１Ｗがオフとされる。オンとされるアナログスイッチ回路１１Ｕにおいては、アナログスイッチＳ１（Ｕ）及びＳ３（Ｕ）がオンとなり、駆動電圧Ｕの印加端とフィルタ１２の第２入力端（延いてはコンパレータ１３の非反転入力端（＋））との間が導通される。このとき、アナログスイッチＳ２（Ｕ）はオフとなるので、アナログスイッチＳ１（Ｕ）の第１端に印加されるノード電圧Ｕ’が不必要に引き下げられることはなく、通常信号パスに悪影響が及ぶことはない。

一方、オフとされるアナログスイッチ回路１１Ｖでは、アナログスイッチＳ１（Ｖ）及びＳ３（Ｖ）がオフとされ、アナログスイッチＳ２（Ｖ）がオンとされる。ここで、（ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）以上または（ＧＮＤ−Ｖｔｈ）以下の出力電圧Ｖが印加された場合には、アナログスイッチＳ３（Ｖ）が意図せずにオンとなるものの、先にも述べた通り、抵抗Ｒ１及びＲ２を用いてノード電圧Ｖ’を（ＶＤＤ＋Ｖｔｈ）以下または（ＧＮＤ−Ｖｔｈ）以上とすることができるので、アナログスイッチＳ１（Ｖ）を確実にオフさせて、駆動電圧Ｖの印加端とフィルタ１２の第２入力端（延いては、コンパレータ１３の非反転入力端（＋））との間を確実に遮断することが可能となる。なお、オフとされるアナログスイッチ回路１１Ｗについても、上記と同様である。

従って、第２構成例のセレクタ１１であれば、選択出力すべき相の駆動電圧のみを確実にコンパレータ１３に伝達することができるので、コントローラ１４による出力帰還制御（延いては、三相モータ２０の駆動制御）の誤動作を回避することが可能となる。

なお、上記では、第２構成例のセレクタ１１において、駆動電圧Ｕを選択して出力する場合を例に挙げて説明を行ったが、駆動電圧Ｖ及びＷを選択して出力する場合についても上記と同様の効果を享受することが可能であることは言うまでもない。

また、アナログスイッチ回路１１Ｃ、１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗの構成については、図３の構成に限らず、図１や図２の構成を採用することも可能である。

＜モータ駆動装置の適用対象＞
以上で説明したモータ駆動装置１０は、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両Ｘ（図９を参照）、エアコンなどの家電機器Ｙ（図１０を参照）、或いは、産業機器などに搭載することが可能である。

＜その他の変形例＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、例えば、三相モータの駆動制御を行うモータ駆動装置において、出力帰還制御時の誤動作を防止するための技術として好適に利用することが可能である。

１ アナログスイッチ回路
１０ モータ駆動装置
１１ セレクタ
１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗ、１１Ｃ アナログスイッチ回路
１２ フィルタ
１３ コンパレータ
１４ コントローラ
１５ ドライバ
２０ 三相モータ（三相ブラシレスモータ）
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ アナログスイッチ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗
Ｘ 電動車両
Ｙ 家電機器

Claims (14)

1. 第１抵抗と；
   第２抵抗と；
   第１端が前記第１抵抗を介して入力端に接続され、第２端が出力端に接続されたＣＭＯＳ型の第１アナログスイッチと；
   第１端が前記第１抵抗の前記第１アナログスイッチの第１端との接続側に接続され、第２端が前記第２抵抗を介して接地端に接続され、前記第１アナログスイッチと逆相でオン／オフされるＣＭＯＳ型の第２アナログスイッチと；
   を有することを特徴とするアナログスイッチ回路。
2. 前記第１抵抗と前記入力端との間に挿入され、前記第１アナログスイッチと同相でオン／オフされるＣＭＯＳ型の第３アナログスイッチをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアナログスイッチ回路。
3. 前記第３アナログスイッチと前記入力端との間に挿入された第３抵抗をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のアナログスイッチ回路。
4. 前記第１抵抗の抵抗値は、前記第２抵抗の抵抗値よりも大きい値に設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のアナログスイッチ回路。
5. 三相モータの各相駆動電圧を順次選択して出力するセレクタと、
   前記三相モータのコモン電圧と各相駆動電圧とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、
   前記比較信号に応じて前記三相モータの各相駆動制御信号を生成するコントローラと、
   前記各相駆動制御信号に応じて前記三相モータの各相駆動電圧を生成するドライバと、
   を有し、
   前記セレクタは、前記各相駆動電圧の印加端と前記コンパレータとの間を各々導通／遮断するための手段として、各相毎に請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアナログスイッチ回路を含むことを特徴とするモータ駆動装置。
6. 三相モータの各相駆動電圧を順次選択して出力するセレクタと、
   前記三相モータのコモン電圧と各相駆動電圧とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、
   前記比較信号に応じて前記三相モータの各相駆動制御信号を生成するコントローラと、
   前記各相駆動制御信号に応じて前記三相モータの各相駆動電圧を生成するドライバと、
   を有し、
   前記セレクタは、前記各相駆動電圧の印加端と前記コンパレータとの間を各々導通／遮断するための手段として、各相毎に
   第１抵抗と；
   第２抵抗と；
   第１端が前記第１抵抗を介して入力端に接続され、第２端が出力端に接続されたＣＭＯＳ型の第１アナログスイッチと；
   第１端が前記第１アナログスイッチの第１端に接続され、第２端が前記第２抵抗を介して接地端に接続され、前記第１アナログスイッチと逆相でオン／オフされるＣＭＯＳ型の第２アナログスイッチと；
   を有するアナログスイッチ回路を含み、
   各相毎のアナログスイッチ回路は、前記第２抵抗を共有することを特徴とするモータ駆動装置。
7. 三相モータの各相駆動電圧を順次選択して出力するセレクタと、
   前記三相モータのコモン電圧と各相駆動電圧とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、
   前記比較信号に応じて前記三相モータの各相駆動制御信号を生成するコントローラと、
   前記各相駆動制御信号に応じて前記三相モータの各相駆動電圧を生成するドライバと、
   を有し、
   前記セレクタは、前記各相駆動電圧の印加端と前記コンパレータとの間を各々導通／遮断するための手段として、各相毎に
   第１抵抗と；
   第２抵抗と；
   第１端が前記第１抵抗を介して入力端に接続され、第２端が出力端に接続されたＣＭＯＳ型の第１アナログスイッチと；
   第１端が前記第１アナログスイッチの第１端に接続され、第２端が前記第２抵抗を介して接地端に接続され、前記第１アナログスイッチと逆相でオン／オフされるＣＭＯＳ型の第２アナログスイッチと；
   を有するアナログスイッチ回路を含み、
   前記セレクタは、前記コモン電圧の印加端と前記コンパレータとの間に挿入され、常時オン状態とされるダミーのアナログスイッチ回路をさらに含むことを特徴とするモータ駆動装置。
8. 各相毎のアナログスイッチ回路は、前記第２抵抗を共有することを特徴とする請求項７記載のモータ駆動装置。
9. 前記アナログスイッチ回路は、前記第１抵抗と前記入力端との間に挿入され、前記第１アナログスイッチと同相でオン／オフされるＣＭＯＳ型の第３アナログスイッチをさらに有することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
10. 前記セレクタと前記コンパレータとの間に挿入されたフィルタをさらに有することを特徴とする請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
11. 前記フィルタは、抵抗とキャパシタを用いたＲＣフィルタであることを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動装置。
12. 請求項５〜請求項１１のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を備えたことを特徴とする電動車両。
13. 請求項５〜請求項１１のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を備えたことを特徴とする家電機器。
14. 請求項５〜請求項１１のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を備えたことを特徴とする産業機器。

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