JP5813984B2 - モータ制御回路 - Google Patents

Description

本発明はモータ制御回路に関する。

家電製品の中でも、空気調和機や冷蔵庫のように比較的モータ出力の大きいものについては、少ない消費電力で同等の仕事をさせるため、インバータ装置で駆動することが多くなっている。インバータ装置の一例を特許文献１に見ることができる。

特許文献１に記載されたインバータ装置は、インバータ回路によりモータを駆動する。インバータ装置の制御手段は、電源開閉手段とインバータ回路を制御するインバータ制御回路と、インバータ制御回路の出力信号によりインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動装置と、インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路を有し、電圧検知回路により検出した直流電圧が設定値以上ならば電源開閉手段を遮断する。

特開２００１−３２７１７４号公報

モータをインバータ制御する場合、パワーモジュール、最近ではインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）などの名称で販売されている制御部品を用いるのが通常の形である。このような制御部品には制御用半導体素子として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やパワーＭＯＳＦＥＴが組み込まれている。

パワーモジュールの中には短絡保護機能を備えたものがある。このようなパワーモジュールでは、ピーク電流設定値を超える電流が発生した場合、ＩＧＢＴが組み込まれていればそのゲートを全て遮断、すなわちパワーモジュールとしての動作を停止してＩＧＢＴの破壊を防ぐとともに、エラー信号を出力する。パワーモジュールには保護用ＩＣが内蔵されており、この保護用ＩＣが電流を監視してピーク電流設定値を超える電流の発生を検知する。

ＩＧＢＴには熱耐力の定格がある。熱耐力はピーク電流と電圧と時間の積として定義される。ＩＧＢＴが組み込まれるパワーモジュールの場合、ピーク電流設定値はＩＧＢＴの熱耐力に基づいて定められる。ピーク電流設定値を大きくするためには熱耐力の大きなＩＧＢＴを採用する必要があるが、そのようなＩＧＢＴを組み込んだパワーモジュールは価格が高い。

ピーク電流が発生してもＩＧＢＴが遮断しないようにするためには、そのピーク電流でも問題を生じない、熱耐力の大きなＩＧＢＴを組み込んだパワーモジュールを使用する必要がある。しかしながら、それではオーバースペック（過剰仕様）になることが多く、製品コストも上昇してしまう。また、熱耐力の大きなＩＧＢＴはチップサイズも大きく、必然的にパワーモジュールも大型化する。これは製品小型化の妨げとなる。

ＩＧＢＴの熱耐力は、電圧を高めの一定値として、ゆとりをもって算出されている。そのため、パワーモジュールの実使用環境では、ピーク電流設定値を上回るピーク電流が流れたとしても、ＩＧＢＴの熱耐力としては問題のないことが多い。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、パワーモジュールをオーバースペックとならないように使用できるモータ制御回路を提供することを目的とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、モータ制御回路は、モータと、前記モータを駆動するパワーモジュールと、前記パワーモジュールに流れる電流を検出し、それを電圧値に変換して出力する電流検出部と、前記パワーモジュールを制御する制御部を備え、前記パワーモジュールは、前記電流検出部から出力された電圧値が一定以上となった場合に動作を停止する保護機能を備えるものであるとともに、前記電流検出部は、前記パワーモジュールに流れる実際の電流よりも小さな電流に相当する電圧値を出力する補正機能を備え、前記電流検出部は、出力電圧値の補正度合を、前記パワーモジュールに印加される電圧値に応じて変更するものであり、前記電流検出部は、前記パワーモジュールに印加される電圧値が低いときは前記出力電圧値が低くなるように補正し、前記パワーモジュールに印加される電圧値が高いときは前記出力電圧値が高くなるように補正する。

電流検出部は、出力する電圧値を、パワーモジュールに流れる実際の電流よりも小さな電流に相当する電圧値に補正するから、ピーク電流設定値を僅かに超えるピーク電流が流れたくらいではＩＧＢＴのゲートは遮断されない。これにより、実際に使用する電圧に合わせてパワーモジュールを選定することが可能となるので、オーバースペックとならないパワーモジュールを採用して、製品コストを低減することができる。大型パワーモジュールによる製品小型化の阻害といった弊害も招かなくて済む。

本発明の概念を説明する概略ブロック構成図である。 本発明をより具体的に構成したブロック構成図である。 本発明を説明する電圧グラフである。

モータ制御回路１の実施形態を図１に示す。モータ制御回路１は、モータ１０と、モータ１０をインバータ制御で駆動するパワーモジュール１１を備える。モータ１０は三相同期モータである。パワーモジュール１１には、図示しないＩＧＢＴと、そのＩＧＢＴを短絡電流から保護する保護用ＩＣ１２が組み込まれている。パワーモジュール１１は制御部１３によって制御される。

パワーモジュール１１にはＰ端子とＮ端子の間に電圧Ｖccが印加され、これによりパワーモジュール１１に電流が流れる。パワーモジュール１１に流れる電流は電流検出部１４によって検出される。電流検出部１４は、パワーモジュール１１に流れる電流の大きさを電圧値に変換して出力する。すなわち電流検出部１４はシャント抵抗１５を含み、シャント抵抗１５の両端間の電圧値を保護用ＩＣ１２に出力する。保護用ＩＣ１２は入力された電圧値に応じてＩＧＢＴのゲートを遮断したり、遮断しなかったりする。

電流検出部１４は、パワーモジュール１１に流れる実際の電流よりも小さな電流に相当する電圧値を出力する補正機能を備える。その補正機能を実現するのが電圧補正部１６である。

電圧補正部１６は、出力する電圧値を、パワーモジュール１１に流れる実際の電流よりも小さい電流の電圧値に補正する。そのため、ピーク電流設定値を僅かに超えるピーク電流が流れたくらいではＩＧＢＴのゲートは遮断されない。これにより、オーバースペックとならないパワーモジュール１１の採用が可能となり、製品コストを低減できる。大型パワーモジュールによる製品小型化の阻害といった弊害も招かなくて済む。

電圧補正部１６をなくし、その代わりにシャント抵抗１５を抵抗値の低いものに取り替えることとしてもよい。抵抗値を低くしてシャント抵抗１５の両端間の電圧値を下げることにより電圧値を補正するのである。シャント抵抗１５を可変抵抗にして抵抗値を下げられるようにしてもよい。

図２に示す実施形態では、オペアンプ１７と抵抗Ｒ１〜Ｒ４により電圧補正部が構成されている。抵抗Ｒ１には参照電圧Ｖrefが印加される。Ｖrefはスイッチング電源により生成された一定電圧（例えば５Ｖ）である。抵抗Ｒ２はオペアンプ１７をまたぐように接続されている。抵抗Ｒ３にはパワーモジュール１１に流れる電流を電圧値に変換した電圧、すなわちシャント抵抗１５の両端間電圧Ｖscが印加される。抵抗Ｒ４にはＶccの分圧であるＶcc´が印加される。オペアンプ１７からは保護用ＩＣ１２に対し補正された電圧値Ｖsc´が出力される。短絡保護トリップ電圧であるＶsc´は次式で算出される。
Ｖsc´＝Ｖsc−（Ｖref−Ｖcc´）＝Ｖsc＋Ｖcc´−Ｖref

電流検出部１４は、出力電圧値Ｖsc´の補正度合を、パワーモジュール１１に印加される電圧値Ｖccに応じて、図３のグラフのように変更する。電圧値Ｖccが小さいほど補正値が大きくなるので出力電圧値Ｖsc´は小さくなる。すなわち、電圧値Ｖccが低ければ出力電圧値Ｖsc´も低く、電圧値Ｖccが高くなるにつれ出力電圧値Ｖsc´も高くなる。出力電圧値Ｖsc´は、最終的にはシャント抵抗１５の両端間電圧Ｖscに一致する。

前述の通り、ＩＧＢＴの熱耐力はピーク電流と電圧と時間の積として定義されており、電圧が低ければピーク電流を大きく設定できる。そこで、電圧値Ｖccが低いときは出力電圧値Ｖsc´を低くし、ピーク電流設定値を大きくできるようにするのである。

上記のように、パワーモジュール１１に印加される電圧値Ｖccが低いときは電圧補正部の出力電圧値Ｖsc´が低くなるように補正し、パワーモジュール１１に印加される電圧値Ｖccが高いときは電圧補正部の出力電圧値Ｖsc´が高くなるように補正することにより、制御の精度が向上し、シャント抵抗１５の抵抗値を単に下げるだけの場合と比較して、精度の高い制御が行われることになる。また、パワーモジュール１１にかかる電圧が変動しても、電圧補正部の補正値を変えて対応できるから、汎用性が広がる。

このように本発明によれば、オーバースペックとならないパワーモジュール１１の採用が可能となる。但し、安全性や信頼性が十分に確保されていなければならないことは言うまでもない。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明はモータ制御回路に広く利用可能である。

１ モータ制御回路
１０ モータ
１１ パワーモジュール
１２ 保護用ＩＣ
１３ 制御部
１４ 電流検出部
１５ シャント抵抗
１６ 電圧補正部

Claims (1)

1. モータと、
   前記モータを駆動するパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールに流れる電流を検出し、それを電圧値に変換して出力する電流検出部と、
   前記パワーモジュールを制御する制御部を備え、
   前記パワーモジュールは、前記電流検出部から出力された電圧値が一定以上となった場合に動作を停止する保護機能を備えるものであるとともに、
   前記電流検出部は、前記パワーモジュールに流れる実際の電流よりも小さな電流に相当する電圧値を出力する補正機能を備え、
   前記電流検出部は、出力電圧値の補正度合を、前記パワーモジュールに印加される電圧値に応じて変更するものであり、
   前記電流検出部は、前記パワーモジュールに印加される電圧値が低いときは前記出力電圧値が低くなるように補正し、前記パワーモジュールに印加される電圧値が高いときは前記出力電圧値が高くなるように補正することを特徴とするモータ制御回路。

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