JP7069405B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動制御するモータ駆動制御装置に関する。

モータを駆動制御するモータ駆動制御装置は、一般的に、モータに過電流が流れるのを防止する保護回路を備えている。

特許文献１には、２つの保護回路を設けることで、１つの保護回路が故障した場合でも他方の保護回路がスイッチング素子のゲート信号を停止させてモータに過電流が流れ続けるのを防止するモータ駆動回路が記載されている。

特開２０１１－１３９６１２号公報

特許文献１に記載の発明は、一方の保護回路が故障してもモータに過電流が流れる状態を検出してモータを保護することができる。しかしながら、過電流を検出した場合に駆動回路を制御してスイッチング素子の動作を停止させることにより電流が流れないようにしているため、インバータ回路のスイッチング素子を駆動させる駆動回路が故障し、スイッチング素子の駆動を制御できない場合は過電流が流れる状態を解消させることができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ回路のスイッチング素子を駆動する駆動回路が故障した場合でもモータに過電流が流れる状態を解消させることが可能なモータ駆動制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータ駆動制御装置は、モータへの通電を制御するスイッチング素子によって構成されたインバータ回路と、駆動信号に基づいてスイッチング素子を駆動するゲート駆動回路とを備える。また、モータ駆動制御装置は、モータに流れる電流の検出値が閾値以上となった場合にゲート駆動回路への電力供給を遮断してインバータ回路の動作を停止させる第１の保護回路と、検出値が閾値以上となった場合に駆動信号のゲート駆動回路への入力を遮断する第２の保護回路と、を備える。

本発明にかかるモータ駆動制御装置は、スイッチング素子を駆動する駆動回路が故障した場合でもモータに過電流が流れる状態を解消させることができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかるモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示す図 実施の形態１にかかるモータ駆動制御装置が備える第１の保護回路の要部の構成例を示す図 実施の形態１にかかるモータ駆動制御装置が備える第１の保護回路の要部の動作例を示す図 実施の形態２にかかるモータ駆動制御装置が備える第１の保護回路の要部の構成例を示す図 実施の形態２にかかるモータ駆動制御装置が備える第１の保護回路の動作の一例を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかるモータ駆動制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示す図である。

図１に示すように、実施の形態１にかかるモータ駆動制御装置１００は、モータ１を駆動制御する。

モータ駆動制御装置１００は、インバータ回路２と、ゲート駆動用電源８と、ゲート信号生成部１４と、ゲート駆動回路１５と、第１の保護回路２１と、第２の保護回路２２とを備える。

インバータ回路２は、モータ１への通電を制御する複数のスイッチング素子によって構成され、モータ１に供給する電力を生成する。スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチである。ゲート駆動用電源８は、ゲート駆動回路１５の供給する電力を生成する。ゲート信号生成部１４は、インバータ回路２が備えるスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する。ゲート駆動回路１５は、ゲート信号生成部１４が生成する駆動信号に基づいてインバータ回路２のスイッチング素子を駆動してインバータ回路２の動作を制御する。第１の保護回路２１は、モータ１に過電流が流れる状態を検出した場合にゲート駆動回路１５への電力供給を遮断してインバータ回路２の動作を停止させる。第２の保護回路２２は、モータ１に過電流が流れる状態を検出した場合にゲート駆動回路１５への駆動信号の入力を遮断してインバータ回路２の動作を停止させる。

また、第１の保護回路２１は、電流検出部３、過電流検出回路５、ラッチ回路６、保持回路７およびスイッチ１２を備える。第２の保護回路２２は、電流検出部４、ラッチ回路９、保持回路１０、過電流検出回路１１およびバッファ回路１３を備える。

電流検出部３および４は、インバータ回路２からモータ１へ流れる電流を検出する。電流検出部３および４は、カレントトランス、シャント抵抗などで構成される。なお、これ以降の説明では、インバータ回路２からモータ１へ流れる電流をモータ電流と称する場合がある。

過電流検出回路５および１１は、モータ電流が過大となった状態、すなわち、モータ電流が定められた閾値以上となった状態を検出する。ラッチ回路６および９は、モータ電流が過大となった状態が検出されたことを示す信号が入力された場合に、入力信号の状態をラッチして出力する。なお、これ以降の説明では、インバータ回路２からモータ１へ流れる電流が過大となった状態を過電流状態と称する場合がある。

保持回路７は、ラッチ回路６が入力信号をラッチして出力する状態が一定時間継続するよう、すなわち、過電流状態を検出したことを示す信号を一定時間出力し続けるよう、ラッチ回路６を制御する。保持回路１０は、ラッチ回路９が入力信号をラッチして出力する状態が一定時間継続するよう、すなわち、過電流状態を検出したことを示す信号を一定時間出力し続けるよう、ラッチ回路９を制御する。スイッチ１２は、ゲート駆動用電源８とゲート駆動回路１５との間に設けられ、ラッチ回路６からの入力信号が、過電流状態を検出したことを示す場合、ゲート駆動用電源８からゲート駆動回路１５への電源供給路を開放してゲート駆動回路１５への電源供給を遮断する。スイッチ１２は、電磁リレーなどで構成される。バッファ回路１３は、ゲート信号生成部１４とゲート駆動回路１５との間に設けられ、ラッチ回路９からの入力信号が、過電流状態を検出したことを示す場合、ゲート信号生成部１４からゲート駆動回路１５に入力する駆動信号を遮断する。バッファ回路１３は、ロジックＩＣ（Integrated Circuit）などで構成される。

図２は、実施の形態１にかかるモータ駆動制御装置１００が備える第１の保護回路２１の要部の構成例を示す図である。具体的には、図２は、第１の保護回路２１が備える過電流検出回路５、ラッチ回路６および保持回路７の構成例を示す。また、図３は、実施の形態１にかかるモータ駆動制御装置１００が備える第１の保護回路２１の要部、すなわち、図２に示す過電流検出回路５、ラッチ回路６および保持回路７の動作例を示す図である。図２および図３を参照しながら過電流検出回路５、ラッチ回路６および保持回路７の構成および動作を説明する。

なお、第２の保護回路２２の要部、具体的には、過電流検出回路１１、ラッチ回路９および保持回路１０は、その構成および動作が第１の保護回路２１の過電流検出回路５、ラッチ回路６および保持回路７と同様である。そのため、本実施の形態では過電流検出回路１１、ラッチ回路９および保持回路１０の説明を省略する。

過電流検出回路５、ラッチ回路６および保持回路７の動作について説明する。

過電流検出回路５は、コンパレータ５２を含んで構成される。コンパレータ５２の非反転入力端子には、制御電源および分圧回路により生成される過電流閾値５１が入力される。コンパレータ５２の反転入力端子には電流検出部３からの信号である電流検出値が入力される。コンパレータ５２は、入力される電流検出値と過電流閾値５１とを比較して比較結果を出力する。具体的には、コンパレータ５２は、電流検出値が過電流閾値５１未満のときはＨｉｇｈレベルの信号を出力し、電流検出値が過電流閾値５１以上のときはＬｏｗレベルの信号を出力する。コンパレータ５２が出力するＬｏｗレベルの信号を過電流検出信号とする。なお、これ以降の説明ではＬｏｗレベルの信号を「０」で表し、Ｈｉｇｈレベルの信号を「１」で表す。コンパレータ５２の出力が過電流検出回路５の出力となる。

ラッチ回路６はフリップフロップ回路などで構成され、入力端子Ｓには過電流検出回路５から出力された信号が入力する。ラッチ回路６の出力端子ＱおよびＱＮは、入力端子ＳおよびＲのそれぞれに入力する信号の状態に応じたレベルの信号を出力する。出力端子Ｑはスイッチ１２に接続される。出力端子ＱＮは保持回路７に接続される。

ラッチ回路６の入力端子ＳおよびＲのそれぞれに入力する信号の状態をそれぞれ信号Ｓおよび信号Ｒとし、出力端子ＱおよびＱＮのそれぞれが出力する信号の状態をそれぞれ信号ＱおよびＱＮとすると、ラッチ回路６の各入力信号と各出力信号の関係は以下の通りとなる。すなわち、信号Ｓ＝１かつ信号Ｒ＝１の場合は信号Ｑおよび信号ＱＮは状態保持、信号Ｓ＝１かつ信号Ｒ＝０の場合は信号Ｑ＝０かつ信号ＱＮ＝１となり、信号Ｓ＝０かつ信号Ｒ＝１の場合は信号Ｑ＝１かつ信号ＱＮ＝０となり、信号Ｓ＝０かつ信号Ｒ＝０の場合は信号Ｑおよび信号ＱＮは不定となる。

図３に示すように、モータ１に過電流が流れ、モータ電流が過電流閾値Ｘ以上となる過電流状態を過電流検出回路５が検出した場合、ラッチ回路６の入力端子Ｓの状態（入力信号Ｓ）が「０」、入力端子Ｒ（入力信号Ｒ）の状態が「０」となり、出力端子Ｑ（出力信号Ｑ）の状態は「１」、出力端子ＱＮ（出力信号ＱＮ）の状態は「０」となる。これにより、ラッチ回路６からスイッチ１２に入力する信号の状態が「１」となりスイッチ１２が駆動する。この結果、ゲート駆動用電源８からゲート駆動回路１５への電力供給がスイッチ１２により遮断され、ゲート駆動回路１５が動作を停止してインバータ回路２は保護停止状態となる。なお、第２の保護回路２２の過電流検出回路１１が過電流状態を検出した場合は、バッファ回路１３がゲート信号生成部１４の出力を遮断し、インバータ回路２を保護停止状態にさせる。

保持回路７は、ＲＣ回路７１およびトランジスタ回路７２を含んで構成される。ＲＣ回路７１にはラッチ回路６の出力端子ＱＮから出力された信号が入力する。ＲＣ回路７１が出力する信号はトランジスタ回路７２に入力し、トランジスタ回路７２が出力する信号はラッチ回路６の入力端子Ｒに入力する。

過電流検出回路５が過電流状態を検出した場合、上述したように、ラッチ回路６の出力端子ＱＮの状態が「０」となり、保持回路７のＲＣ回路７１への入力信号も「０」となる。この結果、ＲＣ回路７１の出力信号のレベルが徐々に下がり、ＲＣ回路７１を構成する抵抗ＲおよびコンデンサＣの定数によって決まる時間が経過すると、トランジスタ回路７２の出力信号の状態が「０」から「１」に変化する。すなわち、ラッチ回路６の入力端子Ｒの状態が「０」から「１」に変化してラッチ回路６がリセットされる。これに伴いラッチ回路６の出力端子Ｑの状態が、過電流状態を検出する前の状態に戻り、モータ１の再駆動が可能となる。

以上のように本実施の形態にかかるモータ駆動制御装置１００は、第１の保護回路２１および第２の保護回路２２を備え、第１の保護回路２１は、インバータ回路２からモータ１に流れる電流が過電流閾値Ｘ以上の状態である過電流状態を検出した場合にゲート駆動用電源８を遮断するスイッチ１２を備える。また、第２の保護回路２２は、過電流状態を検出した場合にゲート信号生成部１４からゲート駆動回路１５への出力信号を遮断するバッファ回路１３を備える。これにより、第１の保護回路２１および第２の保護回路２２の一方が故障した場合でもインバータ回路２を停止できる。また、ゲート駆動回路１５への電力供給を停止してインバータ回路２の動作を停止させるため、ゲート駆動回路１５が故障してインバータ回路２のスイッチング素子を制御できない状態となった場合にモータ１に過電流が流れ続けるのを防止できる。

また、モータ駆動制御装置１００は、第１の保護回路２１および第２の保護回路２２のそれぞれが電流検出部、過電流検出回路、ラッチ回路および保持回路を備えるため、これらの各部の一方が故障した場合でも残りの一方を備える保護回路が過電流状態を検出してインバータ回路２の動作を停止させることができる。

また、モータ駆動制御装置１００は保持回路７および１０を備え、過電流状態を検出してから一定時間が経過した時点でラッチ回路６および９をリセットして動作停止状態を解除するため、モータ１の再駆動が可能となる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２にかかるモータ駆動制御装置について説明する。実施の形態２にかかるモータ駆動制御装置は、実施の形態１にかかるモータ駆動制御装置１００の各保護回路（第１の保護回路２１および第２の保護回路２２）の構成の一部を変更したものである。そのため、本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分である各保護回路の構成および動作について説明する。以下、説明の便宜上、実施の形態２にかかるモータ駆動制御装置、第１の保護回路および第２の保護回路を、それぞれモータ駆動制御装置１００ａ、第１の保護回路２１ａおよび第２の保護回路２２ａと記載する。

図４は、実施の形態２にかかるモータ駆動制御装置１００ａが備える第１の保護回路２１ａの要部の構成例を示す図である。なお、第２の保護回路２２ａの構成も同様である。

図４に示すように、第１の保護回路２１ａの要部は、過電流検出回路５、ラッチ回路６、保持回路７ａおよび制御回路１６を含む。これらの構成要素のうち、過電流検出回路５およびラッチ回路６は、実施の形態１で説明した第１の保護回路２１の過電流検出回路５およびラッチ回路６と同じものであり、動作も同一である。制御回路１６は、マイクロコントローラなどである。

保持回路７ａは、実施の形態１で説明した第１の保護回路２１の保持回路７に対してスイッチ７３を追加した構成である。スイッチ７３は制御回路１６によって制御される。制御回路１６にはラッチ回路６の出力端子ＱＮが出力する信号が入力する。制御回路１６は、ラッチ回路６からの入力信号に基づいて、第１の保護回路２１ａがインバータ回路２を保護停止状態にさせる動作を繰り返す動作不良状態であるかを判別し、動作不良状態を検知した場合は第１の保護回路２１ａの動作を停止させる。スイッチ７３は、通常時、具体的には、保護停止状態ではなく、かつ動作不良状態でもない状態のとき、オフ状態に制御され、ラッチ回路６の出力端子ＱＮから出力された信号のＲＣ回路７１への入力を停止させる。

第１の保護回路２１ａの動作について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態２にかかるモータ駆動制御装置１００ａが備える第１の保護回路２１ａの動作の一例を示すフローチャートである。

第１の保護回路２１ａにおいては、まず、電流検出部３が電流を検出して電流検出値を過電流検出回路５に入力する（ステップＳ１）。次に、過電流検出回路５が、電流検出値を過電流閾値と比較し（ステップＳ２）、電流検出値が過電流閾値未満の場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。

電流検出値が過電流閾値以上の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ラッチ回路６が動作し、これに伴い保持回路７ａが異常状態を保持する（ステップＳ３）。「保持回路７ａが異常状態を保持する」とは、保持回路７ａが、ラッチ回路６から入力信号の状態が変化してもラッチ回路６への出力信号の状態を変化させずに、それまでの状態を維持し続けることをいう。

また、ラッチ回路６がスイッチ１２（図１参照）を駆動させ、ゲート駆動用電源８を遮断する（ステップＳ４）。すなわち、第１の保護回路２１ａは、ゲート駆動用電源８からゲート駆動回路１５への電源供給を遮断し、ゲート駆動回路１５によるインバータ回路２の制御を停止させる。

次に、制御回路１６が、第１の保護回路２１ａが過電流保護動作を繰り返しているかを確認する（ステップＳ５）。制御回路１６は、過電流保護動作を繰り返しているか否かをラッチ回路６の出力端子ＱＮからの入力信号に基づいて判定する。第１の保護回路２１ａが過電流保護動作を繰り返している状態か否かを制御回路１６が判別する方法については問わない。制御回路１６は、例えば、定められた一定の期間において過電流保護動作を実行した回数が閾値に達した場合に過電流保護動作を繰り返していると判定する。なお、ラッチ回路６からの入力信号に基づいて判定を行うこととしたが、制御回路１６は過電流検出回路５が出力する信号、電流検出部３が出力する信号などに基づいて上記の判定を行うようにしてもよい。

第１の保護回路２１ａが過電流保護動作を繰り返している場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御回路１６は、第１の保護回路２１ａを異常停止させる（ステップＳ６）。具体的には、制御回路１６は、スイッチ７３がオフの状態を維持するよう制御して第１の保護回路２１ａの動作を停止させる。

第１の保護回路２１ａが過電流保護動作を繰り返していない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、制御回路１６は、保持回路７ａのスイッチ７３を駆動させてラッチ回路６の状態を解除する（ステップＳ７）。具体的には、制御回路１６は、スイッチ７３をオンさせ、ＲＣ回路７１の作用により実施の形態１と同様にラッチ回路６がリセットされるようにする。この結果、ラッチ回路６の出力端子Ｑの状態が、過電流状態を検出する前の状態に戻り、モータ１の再駆動が可能となる。

第１の保護回路２１ａの動作を説明したが、第２の保護回路２２ａの動作の場合、上記のステップＳ４では、バッファ回路１３（図１参照）が、ゲート信号生成部１４からゲート駆動回路１５に入力する駆動信号を遮断する。

なお、第１の保護回路２１ａおよび第２の保護回路２２ａのそれぞれが保持回路内のスイッチを制御する制御回路を備えるのではなく、第１の保護回路２１ａおよび第２の保護回路２２ａのそれぞれの保持回路内のスイッチを制御する単一の制御回路を備える構成としてもよい。

このように、本実施の形態にかかるモータ駆動制御装置１００ａは、第１の保護回路２１ａおよび第２の保護回路２２ａのそれぞれが過電流保護動作を繰り返す動作不良状態であるかを判別し、動作不良状態の場合はモータ１を再駆動しないようにする。これにより、過電流保護を繰り返すことによるモータ１およびスイッチング素子への損傷を減らすことが可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ モータ、２ インバータ回路、３，４ 電流検出部、５，１１ 過電流検出回路、６，９ ラッチ回路、７，７ａ，１０ 保持回路、８ ゲート駆動用電源、１２，７３ スイッチ、１３ バッファ回路、１４ ゲート信号生成部、１５ ゲート駆動回路、１６ 制御回路、２１ 第１の保護回路、２２ 第２の保護回路、５２ コンパレータ、７１ ＲＣ回路、７２ トランジスタ回路、１００ モータ駆動制御装置。

Claims (3)

1. モータへの通電を制御するスイッチング素子によって構成されたインバータ回路と、
   駆動信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路と、
   前記モータに流れる電流の検出値が閾値以上となった場合に前記ゲート駆動回路への電力供給を遮断して前記インバータ回路の動作を停止させる第１の保護回路と、
   前記検出値が閾値以上となった場合に前記駆動信号の前記ゲート駆動回路への入力を遮断する第２の保護回路と、
   を備えるモータ駆動制御装置。
2. 前記第１の保護回路および前記第２の保護回路は、
   前記モータに流れる電流を検出して前記検出値を出力する電流検出部と、
   前記検出値と前記閾値を比較して比較結果を出力する過電流検出回路と、
   前記検出値が前記閾値以上であることを示す過電流検出信号を前記過電流検出回路が出力した場合に当該過電流検出信号をラッチして出力するラッチ回路と、
   前記ラッチ回路が前記過電流検出信号を一定時間出力し続けた後、前記過電流検出信号の出力を停止させる保持回路と、
   を備える請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記第１の保護回路および前記第２の保護回路は、
   前記ラッチ回路の動作を監視し、前記インバータ回路の動作を停止させる動作が繰り返される場合、前記ラッチ回路による前記過電流検出信号の出力を停止させないよう前記保持回路を制御する制御回路、
   を備える請求項２に記載のモータ駆動制御装置。

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