JP2006050711A - Motor driving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路に関する。 The present invention relates to a motor drive circuit that drives a brushless motor.
公知のDCブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路の一例を図8に示す。
DCブラシレスモータ100は、Y結線された三相(U、V、W)のコイルを有するステータ110と、永久磁石が取り付けられたロータ120と、このロータ120の回転位置(磁極位置)を検出する位置検出手段130(例えばホール素子)等を備えている。
モータ駆動回路140は、直流電源150より得られる直流を交流に変換してモータ100に供給するインバータ回路160と、位置検出手段130の検出信号を基に、FETドライバ170を介してインバータ回路160の動作を制御するマイコン180とを有している。
An example of a motor drive circuit for driving a known DC brushless motor is shown in FIG.
The DC
The
上記のモータ駆動回路140は、モータ100が過負荷状態に陥ると、インバータ回路160を構成するスイッチング素子(例えばFET)に過大電流が流れるため、スイッチング素子が熱破壊する恐れがある。そこで、インバータ回路160を流れる電流を検出して、所定値以上の電流が検出された場合は、インバータ回路160の動作(スイッチング素子のオンオフ制御)を停止してモータ100への通電を遮断することにより、スイッチング素子の熱破壊を防いでいる。電流の検出には、コストを考慮して、低抵抗値のシャント抵抗190を電流センサとして使用することが一般的である(特許文献1参照)。
ところが、シャント抵抗190を用いた電流センサは、発熱が大きいため、信頼性の点で問題がある。また、発熱量に応じた放熱構造を採用するため、機器が大型化する問題もあった。これらの問題に加え、コスト面からも電流センサを廃止したい要望がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、電流センサの代替として、インバータ回路に使用されるスイッチング素子のオン抵抗を用いて電流検出を行うモータ駆動回路を提供することにある。
However, the current sensor using the
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to provide a motor drive circuit that performs current detection using an on-resistance of a switching element used in an inverter circuit, instead of a current sensor. It is in.
(請求項1の発明)
本発明のモータ駆動回路は、直流電源とブラシレスモータとの間に接続される複数のスイッチング素子と、個々のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された複数のダイオードとを有し、所定の順番でスイッチング素子のオンオフ動作を繰り返すことにより、直流電源から得られる直流を交流に変換してブラシレスモータに供給するインバータ回路と、インバータ回路を流れる駆動電流を検出する電流検出手段とを備える。
電流検出手段は、スイッチング素子に駆動電流が流れる時に、そのスイッチング素子が持つオン抵抗分の電圧降下を基に駆動電流を検出することを特徴とする。
(Invention of Claim 1)
The motor drive circuit of the present invention has a plurality of switching elements connected between the DC power supply and the brushless motor, and a plurality of diodes connected in reverse parallel to the individual switching elements, respectively, in a predetermined order. An inverter circuit that converts a direct current obtained from a direct current power source into an alternating current and supplies the brushless motor by repeating the on / off operation of the switching element and a current detection unit that detects a drive current flowing through the inverter circuit are provided.
The current detecting means detects the drive current based on a voltage drop corresponding to the on-resistance of the switching element when the drive current flows through the switching element.
上記の構成によれば、スイッチング素子が持つオン抵抗を用いて駆動電流を検出できるので、従来の電流センサ(例えばシャント抵抗)を廃止できる。この電流センサの廃止により、コストダウンを実現できると共に、電流センサのための放熱構造を省略できるので、機器の小型化を図ることができる。また、電流センサの廃止に伴い、発熱が抑えられるので、モータ駆動回路の信頼性が向上する。 According to said structure, since a drive current can be detected using the on-resistance which a switching element has, the conventional current sensor (for example, shunt resistance) can be abolished. By eliminating the current sensor, the cost can be reduced and the heat dissipating structure for the current sensor can be omitted, so that the device can be downsized. Moreover, since heat generation is suppressed with the abolition of the current sensor, the reliability of the motor drive circuit is improved.
(請求項2の発明)
請求項1に記載したモータ駆動回路において、電流検出手段は、ダイオードに還流電流が流れる時の順方向電圧によってスイッチング素子の温度を推定し、その推定温度を基に、スイッチング素子が持つオン抵抗の温度特性を補正することを特徴とする。
スイッチング素子が持つオン抵抗は、スイッチング素子のジャンクション温度に相関し、ジャンクション温度が高くなる程、オン抵抗も大きくなる。一方、スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードは、ジャンクション温度が高くなる程、順方向電圧が小さくなる温度特性を有している。従って、ダイオードに還流電流が流れる時の順方向電圧を検出して、その順方向電圧によってスイッチング素子のジャンクション温度を推定し、その推定されたジャンクション温度を基に、スイッチング素子が持つオン抵抗の温度特性を補正することができる。これにより、ジャンクション温度の影響を排除できるので、より正確に駆動電流を検出できる。
(Invention of Claim 2)
In the motor drive circuit according to
The on-resistance of the switching element correlates with the junction temperature of the switching element, and the on-resistance increases as the junction temperature increases. On the other hand, the diode connected in reverse parallel to the switching element has a temperature characteristic in which the forward voltage decreases as the junction temperature increases. Therefore, the forward voltage when the return current flows through the diode is detected, the junction temperature of the switching element is estimated based on the forward voltage, and the on-resistance temperature of the switching element is based on the estimated junction temperature. The characteristics can be corrected. Thereby, since the influence of junction temperature can be excluded, a drive current can be detected more accurately.
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail by the following examples.
図1は三相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路の構成図である。
ブラシレスモータ(以下モータ1と呼ぶ)は、Y結線された三相のコイルLU、LV、LWを有するステータ2と、例えば2極の永久磁石が取り付けられたロータ3と、このロータ3の回転位置(磁極位置)を検出する位置検出手段4(例えばホール素子)等を備えている。
モータ駆動回路5は、直流電源6より得られる直流を交流に変換してモータ1に供給するインバータ回路7と、位置検出手段4の検出信号を基に、FETドライバ8を介してインバータ回路7の動作を制御するマイコン9と、5Vの定電圧をマイコン9に供給する5V電源回路10等が設けられている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor drive circuit for driving a three-phase brushless motor.
The brushless motor (hereinafter referred to as motor 1) includes a
The motor drive circuit 5 converts the direct current obtained from the direct
インバータ回路7は、モータ1の各コイルLU、LV、LWに接続される3つのスイッチ回路(以下に説明する)によって構成され、その3つのスイッチ回路が直流電源6に対し並列に接続されている。
コイルLUに接続されるU相のスイッチ回路は、バッテリ端子11を介して直流電源6の正極側に接続されるスイッチング素子F1と、アース端子12を介して直流電源6の負極側に接続されるスイッチング素子F2とを直列に繋いで形成され、両スイッチング素子F1、F2の接続点がU相端子13を介してコイルLUに接続される。
The
The U-phase switch circuit connected to the coil LU is connected to the switching element F1 connected to the positive electrode side of the
他のスイッチ回路も同様に構成される。すなわち、コイルLVに接続されるV相のスイッチ回路は、スイッチング素子F3とスイッチング素子F4とを直列に繋いで形成され、両スイッチング素子F3、F4の接続点がV相端子14を介してコイルLVに接続される。コイルLWに接続されるW相のスイッチ回路は、スイッチング素子F5とスイッチング素子F6とを直列に繋いで形成され、両スイッチング素子F5、F6の接続点がW相端子15を介してコイルLWに接続される。
また、インバータ回路7を構成する個々のスイッチング素子F1〜F6には、それぞれダイオードD1〜D6が逆並列に接続されている。
Other switch circuits are similarly configured. That is, the V-phase switch circuit connected to the coil LV is formed by connecting the switching element F3 and the switching element F4 in series, and the connection point of both the switching elements F3 and F4 is connected to the coil LV via the V-
Further, diodes D1 to D6 are connected in antiparallel to the individual switching elements F1 to F6 constituting the
マイコン9は、外部の上位コンピュータ16より速度指令信号を受けると共に、位置検出手段4の検出信号がアンプ17により増幅されて入力され、これらの信号を基に、インバータ回路7の動作(各スイッチング素子F1〜F6のオンオフ動作)を制御するための駆動信号を生成してFETドライバ8に出力する。
また、マイコン9は、インバータ回路7に流れる駆動電流を検出する電流検出手段(後述する)を有し、検出された駆動電流が所定値以上の時に、インバータ回路7の動作を停止してモータ1への通電を遮断する過電流保護回路(図示せず)を有している。
The
Further, the
FETドライバ8は、マイコン9より出力される駆動信号に基づいて、インバータ回路7を構成する各スイッチング素子F1〜F6を駆動する。具体的には、図2(a)に示す様に、各スイッチ回路の正極側に設けられる3個のスイッチング素子F1、F3、F5および負極側に設けられる3個のスイッチング素子F2、F4、F6が、それぞれ120度位相のずれた状態で順番にオン状態となる様に駆動する。但し、同一のスイッチ回路に設けられるスイッチング素子(F1とF2、F3とF4、F5とF6)が同時にオンすることはなく、異なるスイッチ回路に設けられる正極側のスイッチング素子F1、F3、F5と負極側のスイッチング素子F2、F4、F6とを所定の順序で組み合わせて駆動している。
The FET driver 8 drives the switching elements F <b> 1 to F <b> 6 constituting the
続いて、上記の電流検出手段について説明する。
電流検出手段は、例えば、図3に示す様に、U相のスイッチ回路に設けられるスイッチング素子F1のオン抵抗を利用して駆動電流を検出する。すなわち、スイッチング素子F1とスイッチング素子F4とがオンすると、図中矢印で示す様に、F1→LU→LV→F4に駆動電流が流れる。このとき、スイッチング素子F1の両端には、スイッチング素子F1が持つオン抵抗によって電圧降下V2を生じるため、その電圧降下V2と、予め指定されたスイッチング素子F1のオン抵抗とによって駆動電流を算出することができる。
但し、スイッチング素子F1が持つオン抵抗は、図4に示す様に、スイッチング素子F1のジャンクション温度に相関し、ジャンクション温度が高くなる程、オン抵抗も大きくなる。従って、ジャンクション温度に応じてスイッチング素子F1のオン抵抗が変化すると、駆動電流を正確に算出できなくなる。
Next, the current detection unit will be described.
For example, as shown in FIG. 3, the current detection unit detects the drive current by using an on-resistance of a switching element F <b> 1 provided in the U-phase switch circuit. That is, when the switching element F1 and the switching element F4 are turned on, a drive current flows in the order of F1, LU, LV, and F4 as indicated by arrows in the figure. At this time, a voltage drop V2 is generated at both ends of the switching element F1 due to the on-resistance of the switching element F1, and therefore the drive current is calculated from the voltage drop V2 and the on-resistance of the switching element F1 specified in advance. Can do.
However, the on-resistance of the switching element F1 correlates with the junction temperature of the switching element F1, as shown in FIG. 4, and the on-resistance increases as the junction temperature increases. Therefore, if the on-resistance of the switching element F1 changes according to the junction temperature, the drive current cannot be calculated accurately.
このため、スイッチング素子F1のオン抵抗を利用して駆動電流を検出する場合は、オン抵抗の温度特性を補正する必要が生じる。これには、スイッチング素子F1のジャンクション温度を推定し、その推定温度を基に、オン抵抗の温度特性を補正する方法が考えられる。
スイッチング素子F1のジャンクション温度は、スイッチング素子F1に接続されたダイオードD1の温度特性を基に推定することが可能である。つまり、図5に示す様に、負極側のスイッチング素子をF2からF4に切り換えた時に、図中破線矢印で示す様にダイオードD1に還流電流ID1が流れるため、ダイオードD1の両端に順方向電圧V1が発生する。この順方向電圧V1は、図6に示す様に、スイッチング素子F1のジャンクション温度に相関するため、ダイオードD1の順方向電圧V1によってスイッチング素子F1のジャンクション温度を推定できる。
For this reason, when the drive current is detected using the on-resistance of the switching element F1, it is necessary to correct the temperature characteristics of the on-resistance. For this, a method of estimating the junction temperature of the switching element F1 and correcting the temperature characteristic of the on-resistance based on the estimated temperature is conceivable.
The junction temperature of the switching element F1 can be estimated based on the temperature characteristics of the diode D1 connected to the switching element F1. That is, as shown in FIG. 5, when the switching element on the negative electrode side is switched from F2 to F4, the return current ID1 flows through the diode D1 as indicated by the broken line arrow in the figure, so that the forward voltage V1 is applied across the diode D1. Will occur. Since the forward voltage V1 correlates with the junction temperature of the switching element F1, as shown in FIG. 6, the junction temperature of the switching element F1 can be estimated from the forward voltage V1 of the diode D1.
次に、電流検出手段による駆動電流の検出方法を説明する。
まず、ダイオードD1に還流電流ID1が流れる時の順方向電圧V1、およびスイッチング素子F1のオン抵抗による電圧降下V2を検出する。
この時、マイコン9は、図2に示す様に、V1、V2が発生するタイミングで、それぞれサンプルホールド回路18、19にサンプル信号を出力して、アンプ20、21により増幅されたV1、V2の値を保持させると共に、サンプル信号を出力している間に、保持されたV1、V2の値をA/D変換して取り込むことができる。
Next, a driving current detection method by the current detection means will be described.
First, the forward voltage V1 when the return current ID1 flows through the diode D1 and the voltage drop V2 due to the ON resistance of the switching element F1 are detected.
At this time, as shown in FIG. 2, the
その後、取り込まれたV1からスイッチング素子F1のジャンクション温度を推定し、その推定温度を基に、オン抵抗の温度特性を補正する。
続いて、補正後のオン抵抗と、先に取り込んだV2とを基に駆動電流を算出する。
以上の処理は、図7に示す様に、一定周期で繰り返し実行される。
Thereafter, the junction temperature of the switching element F1 is estimated from the captured V1, and the temperature characteristics of the on-resistance are corrected based on the estimated temperature.
Subsequently, the drive current is calculated based on the corrected on-resistance and the previously acquired V2.
The above processing is repeatedly executed at a constant cycle as shown in FIG.
(実施例1の効果)
実施例1に記載した電流検出手段によれば、スイッチング素子F1が持つオン抵抗の温度特性を補正することにより、ジャンクション温度の影響を排除できるので、ジャンクション温度の変化に係わらず、インバータ回路7の駆動電流を正確に検出できる。
また、スイッチング素子F1が持つオン抵抗を用いて駆動電流を検出するので、従来の電流センサ(例えばシャント抵抗)を廃止できる。この電流センサの廃止により、コストダウンを実現できると共に、電流センサのための放熱構造を省略できるので、機器の小型化を図ることができる。更に、電流センサの廃止に伴い、発熱が抑えられるので、モータ駆動回路5の信頼性が向上する。
(Effect of Example 1)
According to the current detection means described in the first embodiment, the influence of the junction temperature can be eliminated by correcting the temperature characteristic of the on-resistance of the switching element F1, so that the
Further, since the drive current is detected using the on-resistance of the switching element F1, a conventional current sensor (for example, a shunt resistor) can be eliminated. By eliminating the current sensor, the cost can be reduced and the heat dissipating structure for the current sensor can be omitted, so that the device can be downsized. Furthermore, since heat generation is suppressed with the abolition of the current sensor, the reliability of the motor drive circuit 5 is improved.
(変形例)
実施例1では、ブラシレスモータ1を3相2極式として説明しているが、これに限定されるものではなく、その他の相数および極数を有するブラシレスモータでも良い。
また、インバータ回路7を構成するスイッチング素子F1〜F6としては、トランジスタやFET等の様に、駆動信号によりオンオフ制御が可能な半導体素子を用いることができる。
実施例1に記載した電流検出手段では、U相のスイッチ回路に設けられるスイッチング素子F1のオン抵抗を利用して駆動電流を検出する例を記載したが、正極側および負極側に係わらず、その他のスイッチング素子F2〜F6のオン抵抗を利用して駆動電流を検出することもできる。
(Modification)
In the first embodiment, the
Further, as the switching elements F1 to F6 constituting the
In the current detection unit described in the first embodiment, the example in which the drive current is detected using the on-resistance of the switching element F1 provided in the U-phase switch circuit is described. The drive current can also be detected by using the on-resistances of the switching elements F2 to F6.
1 ブラシレスモータ
5 モータ駆動回路
6 直流電源
7 インバータ回路
9 マイコン(電流検出手段)
F1〜F6 スイッチング素子
D1〜D6 ダイオード
DESCRIPTION OF
F1-F6 switching element D1-D6 diode
Claims (2)
前記インバータ回路を流れる駆動電流を検出する電流検出手段とを備えたモータ駆動回路において、
前記電流検出手段は、前記スイッチング素子に駆動電流が流れる時に、そのスイッチング素子が持つオン抵抗分の電圧降下を基に前記駆動電流を検出することを特徴とするモータ駆動回路。 It has a plurality of switching elements connected between the DC power supply and the brushless motor, and a plurality of diodes connected in reverse parallel to the individual switching elements, and repeats the on / off operation of the switching elements in a predetermined order. An inverter circuit for converting the direct current obtained from the direct current power source into alternating current and supplying the brushless motor;
In a motor drive circuit comprising current detection means for detecting a drive current flowing through the inverter circuit,
The motor detection circuit according to claim 1, wherein when the drive current flows through the switching element, the current detection unit detects the drive current based on a voltage drop corresponding to an on-resistance of the switching element.
前記電流検出手段は、前記ダイオードに還流電流が流れる時の順方向電圧によって前記スイッチング素子の温度を推定し、その推定温度を基に、前記スイッチング素子が持つオン抵抗の温度特性を補正することを特徴とするモータ駆動回路。
In the motor drive circuit according to claim 1,
The current detection means estimates the temperature of the switching element based on a forward voltage when a return current flows through the diode, and corrects the temperature characteristic of the on-resistance of the switching element based on the estimated temperature. The motor drive circuit characterized.
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