JP4899801B2 - Semiconductor device, motor having the same, and motor driving device - Google Patents
Semiconductor device, motor having the same, and motor driving device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4899801B2 JP4899801B2 JP2006298374A JP2006298374A JP4899801B2 JP 4899801 B2 JP4899801 B2 JP 4899801B2 JP 2006298374 A JP2006298374 A JP 2006298374A JP 2006298374 A JP2006298374 A JP 2006298374A JP 4899801 B2 JP4899801 B2 JP 4899801B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- phase
- semiconductor device
- current polarity
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 201
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 90
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 11
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 5
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 4
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
本発明は、半導体装置とそれを有するモータ及びモータ駆動装置に係り、特に正弦波駆動する半導体装置とそれを有するモータ及びモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a motor including the semiconductor device, and a motor driving device, and more particularly, to a semiconductor device driven sine wave, a motor including the semiconductor device, and a motor driving device.
近年、家庭用電気機器や産業用のモータにはインバータ制御された3相ブラシレスモータが広く採用されている。特に家庭用電気機器では価格競争が激しく、安価なインバータ装置の提供が望まれている。そのためインバータの方式としては、比較的回路構成が簡単でモータ効率も高くできる、安価な120度通電方式が用いられている。 In recent years, inverter-controlled three-phase brushless motors have been widely adopted for household electric appliances and industrial motors. In particular, price competition is intense in household electric appliances, and it is desired to provide an inexpensive inverter device. For this reason, an inexpensive 120-degree energization method that has a relatively simple circuit configuration and high motor efficiency is used as an inverter method.
図9を用いて、従来技術の120度通電方式の例を説明する。図9で、符号1は商用電源、2は電源回路であり商用電源1からの交流電圧を基にVDCとVccとVmを生成する。モータのインバータ駆動用の主電源電圧と、Vccは120度通電方式モータ駆動用半導体装置10Cの駆動回路用電源電圧、Vmはマイコン3用の電源電圧である。マイコン3は、モータ5Cへ速度指令信号Vspを出力し、モータ5Cから出力される回転数信号FGを入力する。電源回路2とマイコン3は、第1の基板4上に配置されている。
An example of a conventional 120-degree energization method will be described with reference to FIG. In FIG. 9,
モータ5Cは、モータ内蔵基板6Cを内蔵している。120度通電方式モータ駆動用半導体装置10CとホールIC9Cとシャント抵抗Rsはモータ内蔵基板6C上に配置されている。120度通電方式モータ駆動用半導体装置10Cの出力端子にはコイル8が接続されている。
The
図10は、120度通電方式のタイミングチャートである。図10のA〜Cは、磁極位置信号VHU′,VHV′,VHW′を示し、図10のD〜Fは、出力電圧VUM′,
VVM′,VWM′の概略波形を示す。120度通電方式モータ駆動用半導体装置10Cは、磁極位置信号VHU′,VHV′,VHW′を基に、電気角での120度期間のH信号とL信号を出力する。コイル8には、この120度の期間電流が流れ、各120度の期間の間には、60度の無通電期間が存在する。この120度通電方式でモータを駆動すると、モータのトルクリップルが大きくなるため、モータ駆動時に騒音が発生し易い。
FIG. 10 is a timing chart of the 120-degree energization method. 10A to 10C show magnetic pole position signals VHU ′, VHV ′, and VHW ′, and D to F in FIG. 10 denote output voltages VUM ′,
The schematic waveforms of VVM ′ and VWM ′ are shown. The 120-degree energization system motor driving semiconductor device 10C outputs an H signal and an L signal for a 120-degree period in electrical angle based on the magnetic pole position signals VHU ', VHV', and VHW '. A current of 120 degrees flows through the
低騒音化する方法として、モータの相電流を正弦波状にする正弦波駆動方式と呼ばれる方式がある。正弦波駆動方式でモータの高効率運転を行うためには、モータの相電流の位相制御を行う必要がある。しかし、この位相制御には、高価な電流センサを用いるか、または、高価なマイコンを用い高度な演算処理を行う必要があり、120度通電方式と比較すると、高価なシステムとなる。 As a method for reducing noise, there is a method called a sine wave drive method in which the phase current of the motor is made sinusoidal. In order to perform high-efficiency operation of the motor by the sine wave drive method, it is necessary to perform phase control of the phase current of the motor. However, for this phase control, it is necessary to use an expensive current sensor or to perform an advanced arithmetic process using an expensive microcomputer, which is an expensive system as compared with the 120-degree energization method.
また、特許文献1には、アナログ回路を使用し、低コストでモータの相電流を擬似正弦波状にする方法が記載されている。
前記120度通電方式でモータを駆動すると、モータのトルクリップルが大きくなる。
そのため、モータ駆動時に騒音が発生し易い。前記従来技術の正弦波駆動方式では、モータの相電流の位相制御を行うために、高価な電流センサを用いるか、または、高価なマイコンを用い高度な演算処理を行う必要がある。
When the motor is driven by the 120-degree energization method, the torque ripple of the motor increases.
Therefore, noise is easily generated when the motor is driven. In the conventional sine wave driving method, it is necessary to use an expensive current sensor or to perform advanced arithmetic processing using an expensive microcomputer in order to control the phase of the motor phase current.
前記、特許文献1に記載の相電流を擬似正弦波状にする方法では、モータのトルクリップルを十分には低減出来ず、電流位相の制御を行っていないために、モータの高効率運転が出来ない。 In the method of making the phase current described in Patent Document 1 a pseudo sine wave, the torque ripple of the motor cannot be sufficiently reduced, and the current phase is not controlled, so that the motor cannot be operated efficiently. .
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであり、正弦波駆動方式によるモータのトルクリップルの低減および電流位相制御によるモータの高効率運転を同時に実現することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to simultaneously realize a reduction in torque ripple of a motor by a sine wave driving method and a high-efficiency operation of a motor by current phase control.
本発明のモータ駆動装置は、モータを駆動するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路とを備え、モータの相電流の電流極性を検出する電流極性検出機能を備えていることを特徴とする。また、本発明のモータは、このモータ駆動装置を内蔵している。 The motor drive device of the present invention includes a switching element for driving the motor and a drive circuit for driving the switching element, and has a current polarity detection function for detecting the current polarity of the phase current of the motor. It is characterized by that. The motor of the present invention incorporates this motor driving device.
また、本発明の3相モータは、モータ駆動用半導体装置と、制御用半導体装置と、少なくとも1個の磁極位置検出器とを内蔵し、前記モータ駆動用半導体装置は、3相モータを駆動するための6個のスイッチング素子と、前記3相モータのコイルの3端子それぞれへ出力電圧を印加する3個の出力端子と、前記6個のスイッチング素子を駆動するための駆動回路と、前記6個のスイッチング素子それぞれをオン/オフ制御する6つの制御信号を入力するための6個の制御信号入力端子とを備えた1チップもしくは複数チップで構成されたワンパッケージのモータ駆動用半導体装置であり、前記制御用半導体装置は、前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号を入力し、前記6個のスイッチング素子それぞれをオン/オフ制御する6つの制御信号を出力し、前記6つの制御信号が前記モータ駆動用半導体装置の6個の制御入力端子へ入力している。 The three-phase motor of the present invention includes a motor driving semiconductor device, a control semiconductor device, and at least one magnetic pole position detector, and the motor driving semiconductor device drives a three-phase motor. Six switching elements, three output terminals for applying an output voltage to each of three terminals of the coil of the three-phase motor, a driving circuit for driving the six switching elements, and the six A one-package motor driving semiconductor device composed of one chip or a plurality of chips and having six control signal input terminals for inputting six control signals for controlling on / off of each of the switching elements. The control semiconductor device receives a magnetic pole position signal output from the magnetic pole position detector, and performs six controls for on / off control of each of the six switching elements. Outputs No., the six control signals are input to six control input terminals of the motor driving semiconductor device.
本発明によれば、正弦波駆動方式によるモータのトルクリップルの低減および電流位相制御によるモータの高効率運転を同時に実現できる。 According to the present invention, reduction of torque ripple of the motor by the sine wave drive method and high efficiency operation of the motor by current phase control can be realized at the same time.
以下本発明の詳細を図面を用いながら説明する。 The details of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施例の説明図である。図1で符号1は商用電源である。図1の符号2は電源回路であり、商用電源1からの交流電圧を基に、直流のVDCとVccとVmを生成する。VDCは、例えば約141V〜約450Vの高圧電圧であり、モータのインバータ駆動用の高圧電源電圧として使用される。Vccは例えば約15Vであり、モータ駆動用半導体装置10で使用される駆動回路用電源電圧である。Vmはマイコン3用の電源電圧であり、例えば3V〜5.5V 程度である。電源回路2とマイコン3は、第1の基板4上に配置されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram of this embodiment. In FIG. 1,
マイコン3は、速度指令信号Vspを出力し、モータ5より出力される回転数信号FGを入力する。マイコン3は、この速度指令信号Vspによりモータ5の回転数を調整する。速度指令信号Vspには、アナログ信号を用いる場合と、パルス信号を用いる場合がある。図1では、VspラインとFGラインはマイコン3と制御用半導体装置7の間を配線にて直接接続しているが、ホトカプラやバッファ回路を経由して接続してもよい。マイコン3がパルス状の速度指令信号を出力し、コンデンサと抵抗からなるCR積分回路にてその信号をアナログ信号に変換し、アナログの速度指令信号を制御用半導体装置7に入力してもよい。
The
図1で符号6はモータ内蔵基板であり、モータ5に内蔵されている。制御用半導体装置7とモータ駆動用半導体装置10とホールIC9とシャント抵抗Rsと高圧電源電圧検出回路15と温度検出回路16は、モータ内蔵基板6上に配置されている。
In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a motor built-in substrate, which is built in the
図示していないが、ホールIC9には、Vccまたは、VBが電源電圧として用いられる。ホールIC9の替わりに、より低コストであるホール素子を用いる場合もある。ホールIC9やホール素子は、磁極位置検出器の例であり、モータ5の永久磁石回転子の位置を示す磁極位置信号を出力する。ホール素子の場合、各ホール素子の出力電圧は2つの端子間の電圧である。通常ホール素子の出力電圧は、1V以下の微小電圧であるため、アンプを用いて信号を増幅する必要がある。図1では、磁極位置検出器には、2個のホール
ICを用いているが、磁極位置検出器は3個または1個でもよい。
Although not shown, Vcc or VB is used as the power supply voltage for the
図1の制御用半導体装置7には、電源電圧VB,マイコン3からの速度指令信号Vsp,モータ駆動用半導体装置10からの電流極性信号VUPとフォルト信号Vf,高圧電源電圧検出回路15からの高圧電源電圧信号Vh,温度検出回路16からの温度信号Vt,ホールIC9からの磁極位置信号VHUとVHVが入力される。制御用半導体装置7は、汎用のマイコンでもモータ駆動専用ICであってもよい。
1 includes a power supply voltage VB, a speed command signal Vsp from the
図1でVBは制御用半導体装置7の電源電圧であり、例えば3V〜5.5V 程度である。図1では、モータ駆動用半導体装置10の内部で生成されるが、外部のレギュレータやツェナーダイオード等によりVccから生成してもよい。また、モータ5の内部で制御用半導体装置7用の電源電圧を生成せず、替わりに第1の基板4上のVmを制御用半導体装置7へ入力してもよい。
In FIG. 1, VB is a power supply voltage of the
制御用半導体装置7は、モータ駆動用半導体装置10へ、制御信号VUT,VVT,
VWT,VUB,VVB,VWBを出力する。制御信号VUT,VVT,VWT,VUB,VVB,VWBは、モータ駆動用半導体装置10内のスイッチング素子のオン/オフを制御するための信号である。制御用半導体装置7が行う制御については、後述する。
The
VWT, VUB, VVB, VWB are output. The control signals VUT, VVT, VWT, VUB, VVB, and VWB are signals for controlling on / off of switching elements in the motor
モータ駆動用半導体装置10は、内部電源回路11,電流極性検出回路13,保護回路14を備えている。また、図1には図示していないが、6個のスイッチング素子とスイッチング素子を駆動するための駆動回路等も備えている。モータ駆動用半導体装置10は、出力端子から、出力電圧VUM,VVM,VWMを出力する。モータ駆動用半導体装置
10の詳細については、後述する。
The motor driving
モータ5のコイル8は、モータ駆動用半導体装置10の出力端子に接続されている。シャント抵抗Rsは、モータ駆動用半導体装置10内の下アームスイッチング素子とグランド電位GNDとの間に配置されている。シャント抵抗Rsは、例えばスイッチング素子に流れる電流の電流値をモニタするために使用される。
The
高圧電源電圧検出回路15は、高圧電源電圧VDCに接続され、高圧電源電圧VDCの情報を高圧電源電圧信号Vhとして出力する。図1の例では、直列接続された2つの抵抗を用いて、高圧電源電圧VDCを低い電圧に変換し出力している。
The high voltage power supply
温度検出回路16は、温度の情報を含んだ温度信号Vtを制御用半導体へ出力する。図1では温度検出回路16が、抵抗と温度検出素子であるサーミスタとにより構成されている。制御用半導体装置7は温度信号Vtを基に、異常高温になったときに、例えばモータのコイルに流れる電流を低減する、もしくはモータを停止する等により、過熱保護を行う。この過熱保護機能により、例えばモータ駆動用半導体装置10や制御用半導体装置7の異常高温時の誤動作や破壊を防ぐことが出来る。
The
温度検出回路16を用い制御用半導体装置7の過熱保護を行う場合、サーミスタは、制御用半導体装置7の近くに配置するのがよい。サーミスタには、抵抗値が正の温度依存性を持つもの、抵抗値が負の温度依存性を持つもの、抵抗値がある温度で急激に変化するものなどがあるが、温度検出回路16にはいずれのサーミスタを用いてもよい。なお、サーミスタだけでなく、ダイオードやSi半導体温度センサを温度検出素子に用いることができる。
When overheating protection of the
図1では、制御用半導体装置7とモータ駆動用半導体装置10と高圧電源電圧検出回路15と温度検出回路16とシャント抵抗Rsは、モータ内蔵基板6上に配置されている。
しかし、これらは第1の基板4上に配置してもよい。
In FIG. 1, the
However, these may be arranged on the
図1の実施例を、空調機器の室外機の熱交換器に送風するファンモータに適用する場合、例えば第1の基板4は室外機のメインの基板であり、モータ5は室外機のファンモータである。
When the embodiment of FIG. 1 is applied to a fan motor that blows air to a heat exchanger of an outdoor unit of an air conditioner, for example, the
次に、モータ駆動用半導体装置10の詳細について説明する。モータ駆動用半導体装置10の詳細図の例を図2に示す。図2で、T1〜T6は3相モータを駆動するための6個のスイッチング素子であり、本実施例では電力半導体スイッチング素子であるIGBTを使用しているが、パワーMOSFETやバイポーラトランジスタでもよい。図2でD1〜D6はそれぞれのIGBTに逆並列に接続された還流ダイオードである。
Next, details of the motor
図2のP9はU相の出力端子、P10はV相の出力端子、P11はW相の出力端子である。これらの出力端子は、モータのコイル8に接続されている。
In FIG. 2, P9 is a U-phase output terminal, P10 is a V-phase output terminal, and P11 is a W-phase output terminal. These output terminals are connected to the
図2でVUTはU相上アーム制御信号であり、U相上アーム制御信号入力端子P1から入力され、論理回路LG1→フィルタ回路FL1→上アーム駆動回路KT→U相上アームIGBT T1 へと伝達される。図2でVVTはV相上アーム制御信号であり、V相上アーム制御信号入力端子P2から入力され、論理回路LG1→フィルタ回路FL1→上アーム駆動回路KT→V相上アームIGBT T2 と伝達される。図2でVWTはW相上アーム制御信号であり、W相上アーム制御信号入力端子P3から入力され、論理回路LG1→フィルタ回路FL1→上アーム駆動回路KT→W相上アームIGBT T3 と伝達される。図2でVUBはU相下アーム制御信号であり、U相下アーム制御信号入力端子P4から入力され、論理回路LG1→フィルタ回路FL1→下アーム駆動回路KB→U相下アームIGBT T4 と伝達される。図2でVVBはV相下アーム制御信号であり、V相下アーム制御信号入力端子P5から入力され、論理回路LG1→フィルタ回路FL1→下アーム駆動回路KB→V相下アームIGBT T5 と伝達される。図2でVWBはW相下アーム制御信号であり、W相下アーム制御信号入力端子P6から入力され、論理回路LG1→フィルタ回路FL1→下アーム駆動回路KB→W相下アームIGBT T6 と伝達される。 In FIG. 2, VUT is a U-phase upper arm control signal, which is input from the U-phase upper arm control signal input terminal P1, and is transmitted from the logic circuit LG1 → filter circuit FL1 → upper arm drive circuit KT → U-phase upper arm IGBT T1. Is done. In FIG. 2, VVT is a V-phase upper arm control signal, which is input from the V-phase upper arm control signal input terminal P2, and is transmitted as logic circuit LG1 → filter circuit FL1 → upper arm drive circuit KT → V phase upper arm IGBT T2. The In FIG. 2, VWT is a W-phase upper arm control signal, which is input from the W-phase upper arm control signal input terminal P3, and is transmitted as logic circuit LG1 → filter circuit FL1 → upper arm drive circuit KT → W phase upper arm IGBT T3. The In FIG. 2, VUB is a U-phase lower arm control signal, which is input from the U-phase lower arm control signal input terminal P4, and is transmitted as logic circuit LG1 → filter circuit FL1 → lower arm drive circuit KB → U-phase lower arm IGBT T4. The In FIG. 2, VVB is a V-phase lower arm control signal, which is input from the V-phase lower arm control signal input terminal P5, and is transmitted as logic circuit LG1 → filter circuit FL1 → lower arm drive circuit KB → V-phase lower arm IGBT T5. The In FIG. 2, VWB is a W-phase lower arm control signal, which is input from the W-phase lower arm control signal input terminal P6, and is transmitted as logic circuit LG1 → filter circuit FL1 → lower arm drive circuit KB → W-phase lower arm IGBT T6. The
図2でチャージポンプ回路CHは上アームIGBT駆動用電源電圧VCPを生成する回路である。ダイオードD7,D8及びコンデンサC3,C4はチャージポンプ回路用の外付け部品である。ダイオードD7,D8は、モータ駆動用半導体装置10に内蔵してもよい。チャージポンプ回路CHを動作させるためのクロック信号VCLは、クロック信号入力端子P12よりチャージポンプ回路CHへ入力される。図1には図示していないが、クロック信号VCLは例えば、制御用半導体装置7が出力する。
In FIG. 2, the charge pump circuit CH is a circuit that generates the power supply voltage VCP for driving the upper arm IGBT. Diodes D7 and D8 and capacitors C3 and C4 are external components for the charge pump circuit. The diodes D7 and D8 may be built in the motor driving
内部電源回路11は駆動回路用電源電圧Vccを基に制御用半導体装置7の電源電圧
VBを生成する。制御用半導体装置7の電源電圧VBは、駆動回路用電源電圧Vccより低い電圧である。VBは制御用半導体装置7の電源電圧として使用されると共に、モータ駆動用半導体装置10内の一部の回路においても電源電圧として使用される。電流極性検出回路13は、例えばU相の電流極性を検出し、電流極性信号出力端子P7から、U相電流極性信号VUPを出力する。電流極性信号は、U相の電流極性信号でなくとも、V相またはW相の電流極性信号でもよい。
The internal
Vcc不足電圧検出回路14Aは、駆動回路用電源電圧Vccをモニタし、駆動回路用電源電圧Vccがある閾値電圧以下となると、Fault回路14Cへ低電圧検知信号を出す。過電流検出回路14Bは、シャント抵抗Rsの電圧があるレベル以上となると
Fault回路14Cへ過電流検知信号を出す。Fault回路14Cは、Vcc不足電圧検出回路14AからのVcc低電圧検知信号もしくは過電流検出回路14Bからの過電流検知信号を受け取ると、論理回路LG1へオフ信号を出力するとともに、Fault信号出力端子P8からFault信号Vfを出力する。Fault回路14Cは、Vcc低電圧信号または過電流検知信号を受け取ると、論理回路LG1へオフ指令信号を出力する。論理回路LG1は、Fault回路14Cよりオフ指令信号が入力されると、制御信号VUT,VVT,VWT,VUB,VVB,VWBのH/Lに関わらず全てのIGBTをオフする信号を出力する。
The Vcc
上記のように、本実施例の場合モータ駆動用半導体装置10は、過電流やVcc低電圧などの異常を検知するとスイッチング素子をオフする。しかし、異常を検知した場合も、スイッチング素子をオフせず、異常が起きたことをFault信号Vfとして制御用半導体装置7へ出力し、制御用半導体装置7がスイッチング素子をオフする制御信号を出力してもよい。
As described above, in the case of the present embodiment, the motor driving
図2のC1,C2,C5は、電源安定化用コンデンサである。モータ駆動用半導体装置10内が1つの半導体チップにて構成されている場合、その1つの半導体チップ内に高耐圧素子と低圧素子が混在する。この半導体チップ内の各素子の分離手段としては、誘電体分離(DI分離)やSOIやPN接合分離などが用いられる。
C1, C2, and C5 in FIG. 2 are power supply stabilizing capacitors. When the motor driving
次に、電流極性検出回路13の詳細について説明する。図3は、電流極性検出回路13の第1の例である。図3では、電流極性検出回路13がU相の電流極性を検出する例を示している。
Next, details of the current
図3に示すように、インバータ装置は、U相上アームスイッチング素子T1及びU相下アームスイッチング素子T4,U相上アーム駆動回路K1,U相下アーム駆動回路K4を有する。U相上アームスイッチング素子T1及びU相下アームスイッチング素子T4の中点にコイル8が接続されている。U相上アームスイッチング素子T1には、U相上アーム還流ダイオードD1が逆並列に接続されており、U相下アームスイッチング素子T4には、U相下アーム還流ダイオードD4が逆並列に接続されている。
As shown in FIG. 3, the inverter device includes a U-phase upper arm switching element T1, a U-phase lower arm switching element T4, a U-phase upper arm driving circuit K1, and a U-phase lower arm driving circuit K4. A
本実施例の電流極性検出回路13は、レベルシフト回路L1及びラッチ回路F1を有する。レベルシフト回路L1は、U相出力電圧VUMをより低圧に変換して出力する。具体的には、U相出力電圧VUMが略高圧電源電圧VDCに等しいときには、ある電圧レベルの信号を出力する。以下に、これを“H”信号と称する。U相出力電圧VUMが略ゼロのときには、ゼロレベルの電圧信号を出力する。以下に、これを“L”信号と称する。“H”信号の電圧レベルは、ラッチ回路F1が“H”信号を検知出来るレベルであればよい。
例えば高圧電源電圧VDCが変化した場合、“H”信号の電圧レベルは、ラッチ回路F1が“H”信号を検知出来る電圧範囲内であれば高圧電源電圧VDCに依存して変化してもよい。
The current
For example, when the high voltage power supply voltage VDC changes, the voltage level of the “H” signal may change depending on the high voltage power supply voltage VDC as long as it is within a voltage range in which the latch circuit F1 can detect the “H” signal.
本実施例では、U相上アームスイッチング素子T1及びU相下アームスイッチング素子T4が共にオフのとき、U相下アーム制御信号VUB′の立ち上がりのタイミングにて、レベルシフト回路L1の出力電圧VULをモニタすることにより、U相の電流極性を検出する。 In this embodiment, when both the U-phase upper arm switching element T1 and the U-phase lower arm switching element T4 are off, the output voltage VUL of the level shift circuit L1 is set at the rising timing of the U-phase lower arm control signal VUB ′. The U-phase current polarity is detected by monitoring.
ラッチ回路F1は、U相下アーム制御信号VUB′の立ち上がりのタイミングにてレベルシフト回路L1の出力電圧VULを反転し、それをU相電流極性信号VUPとして出力する。ラッチ回路F1は、次にU相下アーム制御信号VUB′が立ち上がるタイミングまでは、直前の信号を保持する。 The latch circuit F1 inverts the output voltage VUL of the level shift circuit L1 at the rising timing of the U-phase lower arm control signal VUB ′ and outputs it as the U-phase current polarity signal VUP. The latch circuit F1 holds the previous signal until the next rise of the U-phase lower arm control signal VUB ′.
図4は、図3に示す電流極性検出回路13のタイミングチャートの例である。図4を参照して図3の電流極性検出回路13の動作を説明する。図4のAは、U相上アーム制御信号VUT′、図4のBは、U相下アーム制御信号VUB′を示す。図4のCは、U相上アームスイッチング素子T1の動作、図4のDは、U相下アームスイッチング素子T4の動作を示す。Hがオン、Lがオフである。図4のEは、IUMを示す。U相相電流IUMはU相出力端子からコイル8に流れ込む電流のことであり、コイル8へ向かって電流が流れ込むとき極性は正、コイル8から電流が流れ出すとき極性は負である。図4のFは、U相出力電圧VUM、図4のGは、レベルシフト回路L1の出力電圧VUL、図4のHは、ラッチ回路F1の出力電圧を示す。図4のIは、電流をモニタするタイミング、即ち、ラッチ回路F1がレベルシフト回路L1の出力電圧VULをラッチするタイミングを示す。
FIG. 4 is an example of a timing chart of the current
図4のAとBを比較すると、U相上アーム制御信号VUT′とU相下アーム制御信号
VUB′が同時にオフとなる区間(デッドタイム)が設けられていることが分かる。これは、上下アームスイッチング素子が同時にオンとなることを防止するために設けたものである。
Comparing A and B in FIG. 4, it can be seen that there is a section (dead time) in which the U-phase upper arm control signal VUT ′ and the U-phase lower arm control signal VUB ′ are simultaneously turned off. This is provided to prevent the upper and lower arm switching elements from being turned on simultaneously.
図4のIに示すように、電流をモニタするタイミングは、図4のBのU相下アーム制御信号VUB′が“L”から“H”へ立ち上がる時点t1,t2,t3,t4である。図4のBとDを比較すると分かるように、U相下アーム制御信号VUB′に対してU相下アームスイッチング素子T4の動作は僅かに遅れている。従って、U相下アーム制御信号
VUB′が“L”から“H”へ立ち上がるタイミングt1では、図4のCに示すようにU相上アームスイッチング素子T1はオフであり、図4のDに示すようにU相下アームスイッチング素子T4も未だオフである。
As shown in I of FIG. 4, the timing of monitoring the current is the time t1, t2, t3, t4 when the U-phase lower arm control signal VUB ′ of B of FIG. 4 rises from “L” to “H”. As can be seen by comparing B and D in FIG. 4, the operation of the U-phase lower arm switching element T4 is slightly delayed with respect to the U-phase lower arm control signal VUB ′. Therefore, at the timing t1 when the U-phase lower arm control signal VUB ′ rises from “L” to “H”, the U-phase upper arm switching element T1 is off as shown in FIG. Thus, the U-phase lower arm switching element T4 is still off.
図4のEのU相相電流IUMが負のとき、即ち、時点t1,t2では、電流はコイル8からU相上アーム還流ダイオードD1を通してモータ駆動用電源へ流れる。そのため、図4のFに示すように、U相出力電圧VUMはほぼ高圧電源電圧VDCに等しくなる。
When the U-phase current IUM in E of FIG. 4 is negative, that is, at time points t1 and t2, the current flows from the
図4のEのU相相電流IUMが正のとき、即ち、時点t3,t4では、電流はグランド電位GNDからU相下アーム還流ダイオードD4を通してコイル8へ流れる。そのため、図4Fに示すように、U相出力電圧VUMはほぼ0となる。
When the U-phase current IUM in E of FIG. 4 is positive, that is, at time points t3 and t4, the current flows from the ground potential GND to the
図4のGのレベルシフト回路L1の出力電圧VULは、図4のFのU相出力電圧VUMを低減したものである。従って、出力電圧VULの振幅は、U相出力電圧VUMの振幅より小さいが、波形は同じである。 The output voltage VUL of the level shift circuit L1 of G in FIG. 4 is obtained by reducing the U-phase output voltage VUM of F of FIG. Therefore, the amplitude of the output voltage VUL is smaller than the amplitude of the U-phase output voltage VUM, but the waveform is the same.
図4のHのU相電流極性信号VUPは、図4のBのU相下アーム制御信号VUB′の立ち上がりのタイミングにてレベルシフト回路L1の出力電圧VULを反転したものである。 The U-phase current polarity signal VUP of H of FIG. 4 is obtained by inverting the output voltage VUL of the level shift circuit L1 at the rising timing of the U-phase lower arm control signal VUB ′ of B of FIG.
図4のEとIを比較すると、U相相電流IUMが負から正に変わると、U相電流極性
信号VUPは、“L”から“H”へ変わっていることが分かる。U相電流極性信号VUPが、“L”から“H”となるタイミングは、U相相電流IUMが正に変わって最初にU相下アーム制御信号VUB′が立ち上がる時点t3である。
Comparing E and I in FIG. 4, it can be seen that when the U-phase current IUM changes from negative to positive, the U-phase current polarity signal VUP changes from “L” to “H”. The timing when the U-phase current polarity signal VUP changes from “L” to “H” is the time point t3 when the U-phase lower arm control signal VUB ′ first rises when the U-phase current IUM changes to positive.
図3では、レベルシフト回路L1の出力電圧VULを直接ラッチ回路F1に入力している。しかし、間に1段以上のMOSインバータを追加しても、同様の働きをする回路にできる。 In FIG. 3, the output voltage VUL of the level shift circuit L1 is directly input to the latch circuit F1. However, even if one or more stages of MOS inverters are added in between, a circuit having the same function can be obtained.
図3では、下アーム制御信号VUB′を直接ラッチ回路F1に入力している。しかし、間に1段以上のMOSインバータを追加しても、同様の働きをする回路にできる。 In FIG. 3, the lower arm control signal VUB 'is directly input to the latch circuit F1. However, even if one or more stages of MOS inverters are added in between, a circuit having the same function can be obtained.
図3および図4は、U相の電流極性を検出する例を示しているが、もちろん他相の電流を検出する場合も同様である。 3 and 4 show an example of detecting the current polarity of the U phase, but the same applies to the case of detecting the current of the other phase.
図5は、電流極性検出回路13の第2の例である。図5では、電流極性検出回路13がU相の電流極性を検出する例を示している。図5に示すように、インバータ装置は、U相上アームスイッチング素子T1及びU相下アームスイッチング素子T4,U相上アーム駆動回路K1,U相下アーム駆動回路K4を有する。U相上アームスイッチング素子T1及びU相下アームスイッチング素子T4の中点にコイル8が接続されている。U相上アームスイッチング素子T1には、U相上アーム還流ダイオードD1が逆並列に接続されており、U相下アームスイッチング素子T4には、U相下アーム還流ダイオードD4が逆並列に接続されている。U相下アームスイッチング素子T4とグランド電位GNDとの間にはシャント抵抗Rsが接続されている。
FIG. 5 is a second example of the current
図5に示す電流極性検出回路13は、コンパレータCM1及びラッチ回路F2を有する。コンパレータCM1は、シャント抵抗Rsの電圧VURの正負判定を行う。ラッチ回路F2は、U相下アーム制御信号VUB′の立ち下がりのタイミングにてコンパレータ出力電圧VUCを反転し、それをU相電流極性信号VUPとして出力する。ラッチ回路F2は、次にU相下アーム制御信号VUB′が立ち下がるタイミングまでは、直前の信号を保持する。
The current
図5では、U相上アームスイッチング素子T1がオフ且つU相下アームスイッチング素子T4がオンのとき、U相下アーム制御信号VUB′の立ち下がりタイミングで、シャント抵抗Rsに流れる電流の向きをモニタすることによりU相の電流極性を検出する。 In FIG. 5, when the U-phase upper arm switching element T1 is off and the U-phase lower arm switching element T4 is on, the direction of the current flowing through the shunt resistor Rs is monitored at the falling timing of the U-phase lower arm control signal VUB ′. By doing so, the U-phase current polarity is detected.
図6は、図5に示す電流極性検出回路13のタイミングチャートの例である。図6を参照して図5の電流極性検出回路13の動作を説明する。図6のAは、上アーム制御信号
VUT′、図6のBは、下アーム制御信号VUB′を示す。図6のCは、U相上アームスイッチング素子T1の動作、図6のDは、U相下アームスイッチング素子T4の動作を示す。Hがオン、Lがオフである。図6のEは、U相相電流IUMを示す。U相相電流IUMは、U相出力端子からコイル8に流れ込む電流のことであり、コイル8へ向かって電流が流れ込むとき極性は正、コイル8から電流が流れ出すとき極性は負である。図6のFは、シャント抵抗Rsの電圧VUR、図6のGは、コンパレータCM1の出力電圧VUC、図6のHは、ラッチ回路F2の出力電圧を示す。図6のIは、電流をモニタするタイミング、即ち、ラッチ回路F2がコンパレータCM1の出力電圧VUCをラッチするタイミングを示す。
FIG. 6 is an example of a timing chart of the current
図6のIに示すように、電流をモニタするタイミングは、U相下アーム制御信号VUB′が“H”から“L”へ立ち下がる時点t1,t2,t3,t4である。図6のBとDを比較すると分かるように、U相下アーム制御信号VUB′に対してU相下アームスイッチング素子T4の動作は僅かに遅れている。従って、U相下アーム制御信号VUB′が“H”から“L”へ立ち下がるタイミングt1では、図6のCに示すようにU相上アームスイッチング素子T1はオフであり、図6のDに示すようにU相下アームスイッチング素子T4は未だオンである。 As indicated by I in FIG. 6, the timing for monitoring the current is the time point t1, t2, t3, t4 when the U-phase lower arm control signal VUB ′ falls from “H” to “L”. As can be seen by comparing B and D in FIG. 6, the operation of the U-phase lower arm switching element T4 is slightly delayed with respect to the U-phase lower arm control signal VUB ′. Therefore, at the timing t1 when the U-phase lower arm control signal VUB ′ falls from “H” to “L”, the U-phase upper arm switching element T1 is off as shown in FIG. 6C. As shown, the U-phase lower arm switching element T4 is still on.
図6のEのU相相電流IUMが負のとき、即ち、時点t1,t2では、図6のDに示すようにU相下アームスイッチング素子T4がオンであり、電流はコイル8からU相下アームスイッチング素子T4,シャント抵抗Rsを介してグランド電位GNDへ流れる。そのため図6のFに示すように、シャント抵抗Rsの電圧VURは正となる。 When the U-phase current IUM of E in FIG. 6 is negative, that is, at time points t1 and t2, the U-phase lower arm switching element T4 is on as shown in D of FIG. The current flows to the ground potential GND through the lower arm switching element T4 and the shunt resistor Rs. Therefore, as shown in FIG. 6F, the voltage VUR of the shunt resistor Rs becomes positive.
図6のEのU相相電流IUMが正のとき、即ち、時点t3,t4では、図6のCに示すようにU相上アームスイッチング素子T1がオフであるため、電流はグランド電位GNDからシャント抵抗Rs,U相下アーム還流ダイオードD4を介してコイル8へ流れる。そのため、図6のFに示すように、シャント抵抗Rsの電圧VURは負となる。
When the U-phase current IUM in E of FIG. 6 is positive, that is, at time points t3 and t4, the U-phase upper arm switching element T1 is off as shown in C of FIG. The current flows to the
図6のGのコンパレータ出力電圧VUCは、シャント抵抗Rsの電圧VURの正負判定結果を示す。シャント抵抗Rsの電圧VURが正の場合、コンパレータ出力電圧VUCは“H”、シャント抵抗Rsの電圧VURが負の場合、コンパレータ出力電圧VUCは“L”となる。 The comparator output voltage VUC of G in FIG. 6 shows the positive / negative determination result of the voltage VUR of the shunt resistor Rs. When the voltage VUR of the shunt resistor Rs is positive, the comparator output voltage VUC is “H”, and when the voltage VUR of the shunt resistor Rs is negative, the comparator output voltage VUC is “L”.
図6のHのU相電流極性信号VUPは、U相下アーム制御信号VUB′の立ち下がりのタイミングにて、コンパレータ出力電圧VUCを反転したものである。 The U-phase current polarity signal VUP of H in FIG. 6 is obtained by inverting the comparator output voltage VUC at the falling timing of the U-phase lower arm control signal VUB ′.
図6のEとHを比較すると、U相相電流IUMが負から正に変わると、U相電流極性信号VUPは、“L”から“H”へ変わっていることが分かる。U相電流極性信号VUPが、“L”から“H”となるタイミングは、U相相電流IUMが正に変わって最初にU相下アーム制御信号VUB′が立ち下がる時点t3である。 Comparing E and H in FIG. 6, it can be seen that when the U-phase current IUM changes from negative to positive, the U-phase current polarity signal VUP changes from “L” to “H”. The timing when the U-phase current polarity signal VUP changes from “L” to “H” is the time point t3 when the U-phase lower arm control signal VUB ′ first falls after the U-phase current IUM changes to positive.
図5では、コンパレータCM1の出力電圧VUCを直接ラッチ回路F2に入力している。しかし、間に1段以上のMOSインバータを追加しても、同様の働きをする回路にできる。図5では、下アーム制御信号VUB′を直接ラッチ回路F2に入力している。しかし、間に1段以上のMOSインバータを追加しても、同様の働きをする回路にできる。なお、図5および図6は、U相の電流極性を検出する例を示しているが、もちろん他相の電流を検出する場合も同様である。 In FIG. 5, the output voltage VUC of the comparator CM1 is directly input to the latch circuit F2. However, even if one or more stages of MOS inverters are added in between, a circuit having the same function can be obtained. In FIG. 5, the lower arm control signal VUB ′ is directly input to the latch circuit F2. However, even if one or more stages of MOS inverters are added in between, a circuit having the same function can be obtained. 5 and 6 show an example in which the current polarity of the U phase is detected, but the same applies to the case of detecting the current of the other phase.
次に、制御用半導体装置7が行う制御について説明する。図7は、本発明での制御法の例を示すタイミングチャートである。図7のAは、キャリア信号(三角波)Vca,U相変調信号Vu,V相変調信号Vv,W相変調信号Vwを示す。図7のBはU相上アーム制御信号VUT、図7のCはU相下アーム制御信号VUB、図7のDはV相上アーム制御信号VVT、図7のEはV相下アーム制御信号VVB、図7のFは、W相上アーム制御信号VWT、図7のGはW相下アーム制御信号VWBを示す。図7のHは、U相相電流IUM,V相相電流IVM,W相相電流IWMを示す。図7のIはU相電流極性信号VUP、図7のJはU相誘起電圧Vi、図7のKはU相磁極位置信号VHU、図7のLはV相磁極位置信号VHV、図7のMは回転数信号FGを示す。
Next, control performed by the
モータの正弦波駆動を行うために、まず、正弦波状の変調信号Vu,Vv,Vwを生成する。その正弦波状の変調信号Vu,Vv,Vwとキャリア信号(三角波)Vcaとの比較により、制御信号VUT,VUB,VVT,VVB,VWT,VWBを生成する。これらの制御信号に基づきスイッチング素子を駆動しコイル8に相電圧を印加することにより、コイル8には正弦波状の相電流IUM,IVM,IWMが流れる。コイル8に正弦波状の相電流IUM,IVM,IWMを流すためには、変調信号Vu,Vv,Vwは正弦波状でなくてもよく、変調信号間の電圧Vu−Vv,Vv−Vw,Vw−Vuが正弦波状であればよい。変調信号Vu,Vv,Vwが正弦波状でない正弦波駆動方式の例としては、
HIP変調方式と呼ばれるものや、2相変調方式と呼ばれるもの等がある。これらの方式は、変調率を1より大きくすることができるというメリットがあるため、一般的によく使用されている。制御用半導体装置7が行う正弦波駆動方式は、HIP変調方式や2相変調方式等の変調信号Vu,Vv,Vwが正弦波状でない方式でもよい。
In order to drive the motor with a sine wave, first, sinusoidal modulation signals Vu, Vv, Vw are generated. Control signals VUT, VUB, VVT, VVB, VWT, and VWB are generated by comparing the sinusoidal modulation signals Vu, Vv, and Vw with the carrier signal (triangular wave) Vca. By driving the switching element based on these control signals and applying a phase voltage to the
There are a so-called HIP modulation method and a so-called two-phase modulation method. Since these methods have the merit that the modulation rate can be made larger than 1, they are generally used well. The sine wave driving method performed by the
次にモータの相電流の位相制御法について述べる。電流極性検出回路13により、ある1相の電流極性信号を生成する。図7の例ではU相の電流極性信号VUPを生成している。モータの効率を最大とするためには、相電流と誘起電圧の位相差を制御する必要がある。
Next, the phase control method of the motor phase current will be described. The current
効率が最大となる相電流の位相は、誘起電圧の位相と一致もしくはほぼ一致する位相である。また、誘起電圧と磁極位置信号の位相差は、ホールICの取り付け位置により決まるある一定の値である。なお、図7では、U相誘起電圧ViとU相磁極位置信号VHUの位相差をΔθaと示している。 The phase of the phase current that maximizes the efficiency is a phase that matches or substantially matches the phase of the induced voltage. The phase difference between the induced voltage and the magnetic pole position signal is a certain value determined by the mounting position of the Hall IC. In FIG. 7, the phase difference between the U-phase induced voltage Vi and the U-phase magnetic pole position signal VHU is represented by Δθa.
電流極性信号VUPと磁極位置信号VHUの位相差を制御することにより、モータの効率を最大にできる。図7では、U相電流極性信号VUPとU相磁極位置信号との位相差をΔθbと示している。制御用半導体装置7は、電流極性信号VUPと磁極位置信号VHUよりΔθbを求め、Δθbがモータの効率が最大となる所定の値からずれていた場合、変調信号Vu,Vv,Vwの位相を進ませるもしくは遅らせることにより、コイル8に印加する相電圧の位相を制御し、Δθbを最適な値に近づけていく。このとき各相の変調信号Vu,Vv,Vwの相対位置は、もちろん電気角120度に維持する。このような制御により、1相分の電流極性信号を基に、3相全ての相電流を最適な位相にできる。但し、電流位相制御の精度を上げる等の理由のために、2相または3相の電流極性信号を用い同様の制御を行ってもよい。
The motor efficiency can be maximized by controlling the phase difference between the current polarity signal VUP and the magnetic pole position signal VHU. In FIG. 7, the phase difference between the U-phase current polarity signal VUP and the U-phase magnetic pole position signal is denoted by Δθb. The
電流極性信号を基に上述した方法により、モータの相電圧の位相を制御することによるモータの相電流の位相制御を行うと、高価な電流センサを用いる必要はなく、また高価なマイコンを用い高度な演算処理を行う必要がなくなり、比較的低コストにて、正弦波駆動方式によるモータのトルクリップルの低減および電流位相制御によるモータの高効率運転を実現できる。電流極性信号には、“L”から“H”への信号の立ち上がりのタイミングと、“H”から“L”への信号の立ち下がりのタイミングがある。制御用半導体装置7は、電流極性信号の立ち上がりのみ、または立ち下がりのみを用いて制御を行ってもよい。そのため、電流極性信号は、立ち上がりもしくは立ち下がりの一方が制御に必要な精度の正確性を持っていれば、他方は大きな誤差を含んでいてもよい。
If the phase control of the motor phase current is performed by controlling the phase of the motor phase voltage by the method described above based on the current polarity signal, it is not necessary to use an expensive current sensor, and an advanced microcomputer is used. Thus, it is not necessary to perform a complicated calculation process, and the motor torque ripple can be reduced by the sine wave drive method and the motor can be operated efficiently by current phase control at a relatively low cost. The current polarity signal has a signal rise timing from “L” to “H” and a signal fall timing from “H” to “L”. The
図11は、本実施例を示す図1を簡略表現した図である。図11では、制御用半導体装置7,コイル8,ホールIC9,モータ駆動用半導体装置10,電流極性検出回路13と配線以外は省略し図示していない。図11に示すように、本実施例では、モータ駆動用半導体装置10が電流極性検出回路13を備える場合を示している。
FIG. 11 is a simplified representation of FIG. 1 showing the present embodiment. In FIG. 11, components other than the
なお、本実施例で、モータ駆動用半導体装置10が、電流極性検出回路13の一部分を備え、他の部分がモータ駆動用半導体装置10の外に配置されていてもよい。このような例としては、電流極性検出回路13に図5の回路を用い、モータ駆動用半導体装置10がコンパレータCM1とラッチ回路F2を備え、シャント抵抗Rsにはディスクリートの抵抗を使用する場合などがある。
In this embodiment, the motor driving
電流極性検出回路13に、例えば図3の回路方式を用いた場合、電流極性検出回路13はレベルシフト回路L1を含む。レベルシフト回路L1には高圧電源電圧VDC程度の高い電圧が印加されるため、レベルシフト回路L1は高耐圧の回路である必要がある。そのため、このような場合、電流極性検出回路13を、モータ駆動用半導体装置10内に備えると、最も低コストでかつコンパクトにできる。
For example, when the circuit system of FIG. 3 is used for the current
本実施例を図12に示す。図12は実施例1の図11に相当する簡略表現した図である。本実施例では、実施例1に示した電流極性検出回路13が図3や図5に示すように、回路の部品数は少ないことから、電流極性検出回路13をモータ駆動用半導体装置10や制御用半導体装置7の外に配置した。これ以外は実施例1と同様である。
This embodiment is shown in FIG. FIG. 12 is a simplified representation corresponding to FIG. 11 of the first embodiment. In the present embodiment, the current
本実施例を図13に示す。図13は実施例1の図11に相当する簡略表現した図である。図13でのVUPAは、電流極性情報を含んだ電圧のことである。本実施例で図3の回路の動作原理を用いて電流極性を検出する場合、例えば、レベルシフト回路L1の出力電圧VULを電流極性情報を含んだ電圧VUPAとして、制御用半導体装置7に入力し、ラッチ回路F1の働きを制御用半導体装置7内で行う。本実施例で図5の回路の動作原理を用いて電流極性を検出する場合、例えば、シャント抵抗Rsの電圧VURを電流極性情報を含んだ電圧VUPAとして、制御用半導体装置7に入力し、コンパレータCM1とラッチ回路F2の働きを制御用半導体装置7内で行う。制御用半導体7内での処理は、制御用半導体装置7内の回路、またはソフト、または回路とソフトの両方にて行う。他は実施例1と同様である。
This embodiment is shown in FIG. FIG. 13 is a simplified representation corresponding to FIG. 11 of the first embodiment. VUPA in FIG. 13 is a voltage including current polarity information. In the present embodiment, when the current polarity is detected using the operation principle of the circuit of FIG. 3, for example, the output voltage VUL of the level shift circuit L1 is input to the
図14に本実施例を示す。図14は、実施例1の図11相当の簡略表現した図である。
本実施例では、モータ駆動用半導体装置10を、電流極性検出回路13を備えたプリドライブ半導体装置10Aと、モータ駆動用スイッチング素子10Bに分けている。本実施例の構成では、モータ駆動用スイッチング素子10Bを大電流用のスイッチング素子とすることにより、より大容量のモータの駆動が可能となる。
FIG. 14 shows this embodiment. FIG. 14 is a simplified representation corresponding to FIG. 11 of the first embodiment.
In this embodiment, the motor
図15は、プリドライブ半導体装置10Aとモータ駆動用スイッチング素子10Bの詳細を示す図である。スイッチング素子T1′〜T6′は、本実施例ではNMOSFETを使用しているが、IGBTやバイポーラトランジスタでもよい。また、パワーMOSFETを使用する場合は、上アームスイッチング素子T1′〜T3′にはPMOSFETを用いてもよい。スイッチング素子T1′〜T6′にパワーMOSFETを使用する場合は、還流ダイオードD1′〜D6′として、MOSFET内部の寄生ダイオードを使用してもよい。
FIG. 15 is a diagram showing details of the
図15は、図2のモータ駆動用半導体装置10をプリドライブ半導体装置10Aとモータ駆動用スイッチング素子10Bに分けたものであり、他は図2と同様であるため、詳細な説明は省略する。
FIG. 15 shows the motor
図15では、プリドライブ部がワンパッケージに樹脂、例えばシリカなどのフィラを配合したエポキシ系樹脂で封止したプリドライブ半導体装置10A1個にて構成されているが、プリドライブ部が複数のICにて構成される場合もある。この様な例としては、1相分のプリドライブ半導体装置3個にて構成するものがある。また、上アームスイッチング素子として、PMOSFETやPNPトランジスタを用いる場合は、プリドライブ部が非常に簡単な回路構成で実現可能なため、プリドライブ部にICを用いずにバイポーラトランジスタや抵抗等を用いたディスクリート回路にて構成することも可能である。
In FIG. 15, the predrive unit is configured by one
図15の例では、モータ駆動用スイッチング素子10Bをワンパッケージに樹脂で封止しているが、複数のパッケージにて構成する場合もある。例えば、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を別々のパッケージに樹脂で封止して、2個のパッケージで構成する場合や、6個のスイッチング素子を全て別々のパッケージとする場合や、1相分の上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を1つのパッケージ内に収め、計3個のパッケージで構成する場合などがある。
In the example of FIG. 15, the motor driving switching
図16に本実施例を示す。図16は、実施例1の図11に相当する簡略表現した図である。本実施例は、制御用半導体チップ7′とモータ駆動用半導体チップ10′を1つのパッケージ内に配置した。図16の符号17が、制御用半導体チップを内蔵したワンパッケージモータ駆動用半導体装置である。制御用半導体チップ7′とモータ駆動用半導体チップ10′との間の配線は、例えばパッケージ内部のワイヤーボンディングにて接続する。
制御用半導体チップ7′の機能は、実施例1の制御用半導体装置7と同様であり、モータ駆動用半導体チップ10′の機能は、実施例1のモータ駆動用半導体装置10と同様である。
FIG. 16 shows this embodiment. FIG. 16 is a simplified representation corresponding to FIG. 11 of the first embodiment. In this embodiment, the control semiconductor chip 7 'and the motor driving semiconductor chip 10' are arranged in one package.
The function of the
モータ駆動用半導体チップ10′は、モータ駆動時は発熱して温度が上昇する。制御用半導体チップ7′の温度上昇を抑えるために、制御用半導体チップ7′とモータ駆動用半導体チップ10′とは、別々のステージ上に配置する。図16では、電流極性検出回路
13は、モータ駆動用半導体チップ10′内に含まれているが、電流極性の検出を、制御用半導体チップ7′内で行ってもよい。また、図16では、モータ駆動部は、モータ駆動用半導体チップ10′のワンチップ構成となっているが、モータ駆動部を複数のチップで構成してもよい。いずれの場合も、モータ駆動部とマイコンをワンパッケージにて構成しているため、2パッケージ以上の場合と比べ、小型化を図ることが出来る。制御用半導体チップ7′は、汎用のマイコンのチップでもモータ駆動専用ICのチップでもよい。
The motor driving semiconductor chip 10 'generates heat and increases in temperature when the motor is driven. In order to suppress the temperature rise of the control semiconductor chip 7 ', the control semiconductor chip 7' and the motor driving semiconductor chip 10 'are arranged on separate stages. In FIG. 16, the current
図17に本実施例を示す。図17は、実施例1の図11に相当する簡略表現した図である。本実施例では、制御用半導体チップ7′とプリドライブ半導体チップ10A′を1つのパッケージ内に配置した。図17の符号18が、制御用半導体チップ内蔵ワンパッケージプリドライブ半導体装置である。制御用半導体チップ7′とプリドライブ半導体チップ10A′間の配線は、例えばパッケージ内部のワイヤーボンディングにて接続する。本実施例では、モータ駆動用スイッチング素子10Bを大電流用のスイッチング素子とすることにより、大容量のモータの駆動が可能となる。制御用半導体チップ7′の機能は実施例1の制御用半導体装置7と同様であり、プリドライブ半導体チップ10A′の機能は、実施例4のプリドライブ半導体装置10Aと同様である。図17では、電流極性検出回路
13は、プリドライブ半導体チップ10A′内に含まれているが、電流極性の検出を、制御用半導体チップ7′内で行ってもよい。プリドライブ半導体チップ10A′はスイッチング素子を含まないため、プリドライブ半導体チップ10A′の温度上昇は、図16のモータ駆動用半導体チップ10′より小さい。そのため、制御用半導体チップ7′とプリドライブ半導体チップ10A′は、同じステージ上に配置してもよい。
FIG. 17 shows this embodiment. FIG. 17 is a simplified representation corresponding to FIG. 11 of the first embodiment. In this embodiment, the control semiconductor chip 7 'and the
図8に、本実施例のモータ5の構造の例を示す。図8に示すモータは3相モータであって、実施例1の図1に示した、制御用半導体装置7とモータ駆動用半導体装置10と高圧電源電圧検出回路15と温度検出回路16とシャント抵抗RsとホールIC9とを、モータ内蔵基板6上に配置している。本実施例のモータ5では、モータの筐体下部5Bにコイル8をはめ込む。永久磁石回転子22を、コイル8に触れないよう適切なギャップを設けて、コイル内部に設置する。永久磁石回転子22の上部に、モータ内蔵基板6を設置する。モータ内蔵基板6に配置した、ホールIC9は、永久磁石回転子22の磁極位置を検出し易くするために、永久磁石回転子22側の面(図8では下側の面)に配置する。例えば、制御用半導体装置7と高圧電源電圧検出回路15と温度検出回路16とシャント抵抗
Rsは永久磁石回転子22側の面(図8では下側の面)に配置し、モータ駆動用半導体装置10は永久磁石回転子22と反対側の面(図8では上側の面)に配置する。
In FIG. 8, the example of the structure of the
温度検出回路16を制御用半導体装置7の温度検出に用いる場合は、温度検出回路16内のサーミスタを制御用半導体装置7の近くに配置する。モータ内蔵基板6には、コイル接続端子21を配置し、半田付けによりコイル8を接続する。モータ内蔵基板6に配線
20を半田付けにより接続する。引き出し配線20は、VDC用配線,Vcc用配線,
Vsp用配線,FG用配線,GND用配線の5本の線からなる。モータの筐体上部5Aは、蓋のようにモータ内蔵基板6の上部に設置される。そのため、モータを組み立てた状態では、モータ内蔵基板6はモータの筐体上部5Aとモータの筐体下部5Bからなるモータ筐体の内部に配置される。
When the
It consists of five lines: Vsp wiring, FG wiring, and GND wiring. The motor housing
モータ5は、モータの筐体下部5Bを用いず、替わりにコイル8をモールドした構造でもよい。このときの図を図18に示す。図18の5Cが、モールドされたコイルである。他は図8と同様である。
The
モータ5は、モータの筐体上部5Aとモータの筐体下部5Bを用いずに、替わりにコイル8とモータ内蔵基板6をモールドした構造でもよい。このときの図を図19に示す。図19は、図8や図18とは異なり、モータの完成状態を図にしたものである。モールド部5Dには、コイル8とモータ内蔵基板6がモールドされており、モータ内蔵基板6には、図8と同様に、制御用半導体装置7とモータ駆動用半導体装置10と高圧電源電圧検出回路15と温度検出回路16とシャント抵抗RsとホールIC9が配置されている。
The
本実施例は、実施例7に記載のモータを空調機に適用した。本実施例の空調機は、冷媒を圧縮する圧縮機と室外熱交換器と、圧縮機を駆動する圧縮機駆動モータと、室外熱交換器に送風する室外機ファンモータとを室外機に備え、室内熱交換器と室内熱交換器に送風する室内機ファンモータとを室内機に備え、冷媒の流れる方向をバルブで切替えて冷房あるいは暖房を行う。 In this example, the motor described in Example 7 was applied to an air conditioner. The air conditioner of the present embodiment includes a compressor that compresses the refrigerant and an outdoor heat exchanger, a compressor drive motor that drives the compressor, and an outdoor unit fan motor that blows air to the outdoor heat exchanger. The indoor unit includes an indoor heat exchanger and an indoor unit fan motor that blows air to the indoor heat exchanger, and performs cooling or heating by switching the flow direction of the refrigerant with a valve.
空調機器の室外機ファンモータに従来技術の120度通電方式のモータを用いると、モータの振動による騒音が発生する。この騒音を低減するために、120度通電方式のモータでは、防振用のゴムを使用している。防振用のゴムは、例えば、ファンモータを室外機本体に固定する固定部と、永久磁石回転子の永久磁石とシャフトの間もしくはシャフトとファンの間とに使用している。本実施例では、正弦波駆動方式によりモータのトルクリップルを低減しモータの振動を低減しているため、防振用のゴムは使用しなくても騒音を低減できる。なお、さらに騒音を下げるために、本発明によるモータに防振用のゴムを使用しても勿論良い。 When a conventional 120-degree energization motor is used as an outdoor unit fan motor of an air conditioner, noise due to motor vibration is generated. In order to reduce this noise, vibration-proof rubber is used in the 120-degree conduction motor. Anti-vibration rubber is used, for example, between a fixed portion for fixing a fan motor to an outdoor unit body, and between a permanent magnet and a shaft of a permanent magnet rotor or between a shaft and a fan. In this embodiment, since the torque ripple of the motor is reduced and the vibration of the motor is reduced by the sine wave driving method, the noise can be reduced without using a vibration isolating rubber. In order to further reduce the noise, it is of course possible to use a vibration-proof rubber in the motor according to the present invention.
また、空調機の室内機ファンモータに実施例7に記載のモータを用いても良く、その場合もモータの振動が少ないので、室外機の場合と同様に騒音が少ない運転を実現できる。 Further, the motor described in the seventh embodiment may be used as the indoor unit fan motor of the air conditioner. In this case, since the motor vibration is small, an operation with less noise can be realized as in the case of the outdoor unit.
1 商用電源
2 電源回路
3 マイコン
4 第1の基板
5,5C モータ
5A モータの筐体上部
5B モータの筐体下部
5C モールドされたコイル
5D モールド部
6,6C モータ内蔵基板
7 制御用半導体装置
7′ 制御用半導体チップ
8 コイル
9,9C ホールIC
10 モータ駆動用半導体装置
10′ モータ駆動用半導体チップ
10A プリドライブ半導体装置
10B モータ駆動用スイッチング素子
10C 120度通電方式モータ駆動用半導体装置
11 内部電源回路
13 電流極性検出回路
13A 電流極性検出機能
14 保護回路
14A Vcc不足電圧検出回路
14B 過電流検出回路
14C Fault回路
15 高圧電源電圧検出回路
16 温度検出回路
17 制御用半導体チップ内蔵ワンパッケージモータ駆動用半導体装置
18 制御用半導体チップ内蔵ワンパッケージプリドライブ半導体装置
20 引き出し配線
21 コイル接続端子
22 永久磁石回転子
T1,T1′ U相上アームスイッチング素子
T2,T2′ V相上アームスイッチング素子
T3,T3′ W相上アームスイッチング素子
T4,T4′ U相下アームスイッチング素子
T5,T5′ V相下アームスイッチング素子
T6,T6′ W相下アームスイッチング素子
D1,D1′ U相上アーム還流ダイオード
D2,D2′ V相上アーム還流ダイオード
D3,D3′ W相上アーム還流ダイオード
D4,D4′ U相下アーム還流ダイオード
D5,D5′ V相下アーム還流ダイオード
D6,D6′ W相下アーム還流ダイオード
KT 上アーム駆動回路
KB 下アーム駆動回路
FL1 フィルタ回路
K1 U相上アーム駆動回路
K4 U相下アーム駆動回路
LG1 論理回路
CH チャージポンプ回路
Rs シャント抵抗
C1,C2,C5 電源安定化用コンデンサ
C3,C4 チャージポンプ回路用コンデンサ
D7,D8 チャージポンプ回路用ダイオード
P1 U相上アーム制御信号入力端子
P2 V相上アーム制御信号入力端子
P3 W相上アーム制御信号入力端子
P4 U相下アーム制御信号入力端子
P5 V相下アーム制御信号入力端子
P6 W相下アーム制御信号入力端子
P7 電流極性信号出力端子
P8 Fault信号出力端子
P9 U相出力端子
P10 V相出力端子
P11 W相出力端子
P12 クロック信号入力端子
L1 レベルシフト回路
F1,F2 ラッチ回路
CM1 コンパレータ
VDC 高圧電源電圧
Vcc 駆動回路用電源電圧
Vsp 速度指令信号
FG 回転数信号
GND グランド電位
VHU,VHU′ U相磁極位置信号
VHV,VHV′ V相磁極位置信号
VHW′ W相磁極位置信号
Vm マイコン用電源電圧
VB 制御用半導体の電源電圧
VUM,VUM′ U相出力電圧
VVM,VVM′ V相出力電圧
VWM,VWM′ W相出力電圧
VUT,VUT′ U相上アーム制御信号
VVT V相上アーム制御信号
VWT W相上アーム制御信号
VUB,VUB′ U相下アーム制御信号
VVB V相下アーム制御信号
VWB W相下アーム制御信号
VUP U相電流極性信号
VUPA 電流極性情報を含んだ電圧
Vf フォルト信号
Vh 高圧電源電圧信号
Vt 温度信号
VCL クロック信号
VCP 上アームIGBT駆動用電源電圧
VUL レベルシフト回路の出力電圧
IUM U相相電流
IVM V相相電流
IWM W相相電流
VUR シャント抵抗の電圧
VUC コンパレータ出力電圧
t1,t2,t3,t4 電流をモニタするタイミング
Vca キャリア信号
Vu U相変調信号
Vv V相変調信号
Vw W相変調信号
Vi U相誘起電圧
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor drive semiconductor device 10 'Motor drive semiconductor chip 10A Pre-drive semiconductor device 10B Motor drive switching element 10C 120 degree conduction type motor drive semiconductor device 11 Internal power supply circuit 13 Current polarity detection circuit 13A Current polarity detection function 14 Protection Circuit 14A Vcc undervoltage detection circuit 14B Overcurrent detection circuit 14C Fault circuit 15 High voltage power supply voltage detection circuit 16 Temperature detection circuit 17 One-package motor drive semiconductor device with built-in control semiconductor chip 18 One-package predrive semiconductor device with built-in control semiconductor chip 20 Lead-out wiring 21 Coil connection terminal 22 Permanent magnet rotor T1, T1 'U-phase upper arm switching element T2, T2' V-phase upper arm switching element T3, T3 'W-phase upper arm switching element T4, T4' U Lower arm switching elements T5, T5 'V-phase lower arm switching elements T6, T6' W-phase lower arm switching elements D1, D1 'U-phase upper arm return diode D2, D2' V-phase upper arm return diode D3, D3 'W-phase Upper arm return diode D4, D4 'U phase lower arm return diode D5, D5' V phase lower arm return diode D6, D6 'W phase lower arm return diode KT Upper arm drive circuit KB Lower arm drive circuit FL1 Filter circuit K1 U phase Upper arm drive circuit K4 U phase lower arm drive circuit LG1 Logic circuit CH Charge pump circuit Rs Shunt resistors C1, C2, C5 Power stabilization capacitors C3, C4 Charge pump circuit capacitors D7, D8 Charge pump circuit diode P1 U phase Upper arm control signal input terminal P2 Control signal input terminal P3 W-phase upper arm control signal input terminal P4 U-phase lower arm control signal input terminal P5 V-phase lower arm control signal input terminal P6 W-phase lower arm control signal input terminal P7 Current polarity signal output terminal P8 Signal output terminal P9 U phase output terminal P10 V phase output terminal P11 W phase output terminal P12 Clock signal input terminal L1 Level shift circuit F1, F2 Latch circuit CM1 Comparator VDC High voltage power supply voltage Vcc Drive circuit power supply voltage Vsp Speed command signal FG Rotation Number signal GND Ground potential VHU, VHU 'U-phase magnetic pole position signal VHV, VHV' V-phase magnetic pole position signal VHW 'W-phase magnetic pole position signal Vm Microcomputer power supply voltage VB Control semiconductor power supply voltage VUM, VUM' U-phase output voltage VVM, VVM ′ V phase output voltage VWM, VWM ′ W phase output voltage V T, VUT 'U-phase upper arm control signal VVT V-phase upper arm control signal VWT W-phase upper arm control signal VUB, VUB' U-phase lower arm control signal VVB V-phase lower arm control signal VWB W-phase lower arm control signal VUP U Phase current polarity signal VUPA Voltage Vf including current polarity information Fault signal Vh High voltage power supply voltage signal Vt Temperature signal VCL Clock signal VCP Upper arm IGBT drive power supply voltage VUL Level shift circuit output voltage IUM U phase current IVM V phase Current IWM W-phase current VUR Shunt resistor voltage VUC Comparator output voltage t1, t2, t3, t4 Current monitoring timing Vca Carrier signal Vu U-phase modulation signal Vv V-phase modulation signal Vw W-phase modulation signal Vi U-phase induced voltage
Claims (15)
該モータ駆動用半導体装置が、前記3相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、A part or all of a current polarity detection circuit for detecting a current polarity of a phase current of the three-phase motor and outputting a current polarity signal;
前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、A current polarity signal output terminal for outputting the current polarity signal from the motor driving semiconductor device to the outside;
前記電流極性検出回路が、モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、A level shift circuit for converting the voltage of the output terminal connected to the terminal of the coil of the motor to a voltage lower than this and outputting the voltage, the current polarity detection circuit;
上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えたことを特徴とするモータ駆動用半導体装置。A motor drive semiconductor device comprising: a latch circuit that holds information on a voltage output from the level shift circuit at a timing when both the upper arm switching element and the lower arm switching element are off.
該プリドライブ半導体装置が、
モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、
前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、
前記電流極性検出回路が、
モータのコイルの端子と接続する端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、
上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えたことを特徴とするプリドライブ半導体装置。 A driving circuit for driving six switching elements for driving a three-phase motor, six output terminals for outputting six signals for driving each of the six switching elements from the driving circuit, and the six In a pre-drive semiconductor device in which one or a plurality of semiconductor chips are resin-sealed in one package, including six control signal input terminals for inputting six control signals for controlling on / off of the switching elements of
The pre-drive semiconductor device is
A part or all of the current polarity detection circuit that detects the current polarity of the motor phase current and outputs a current polarity signal;
A current polarity signal output terminal for outputting the current polarity signal from the motor driving semiconductor device to the outside;
The current polarity detection circuit is
A level shift circuit that converts the voltage of the terminal connected to the terminal of the motor coil into a voltage lower than this, and outputs it;
A pre-drive semiconductor device comprising: a latch circuit that holds information on a voltage output from the level shift circuit at a timing when both the upper arm switching element and the lower arm switching element are off .
該ワンパッケージモータ駆動用半導体装置が、The one-package motor driving semiconductor device is
前記3相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、A part or all of a current polarity detection circuit for detecting a current polarity of a phase current of the three-phase motor and outputting a current polarity signal;
前記磁極位置信号と前記電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記6個のスイッチング素子をオン/オフ制御する6つの制御信号を出力する制御用半導体チップとを備え、The magnetic pole position signal and the current polarity signal are inputted, and the phase current phase of the motor is controlled by controlling the phase voltage phase of the motor based on the phase difference between the magnetic pole position signal and the current polarity signal. A control semiconductor chip that outputs six control signals for on / off control of the switching elements,
前記電流極性検出回路が、The current polarity detection circuit is
モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、A level shift circuit that converts the voltage of the output terminal connected to the terminal of the motor coil to a voltage lower than this, and outputs it,
上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えたことを特徴とするワンパッケージモータ駆動用半導体装置。A semiconductor device for driving a one-package motor, comprising: a latch circuit that holds information on a voltage output from the level shift circuit at a timing when both the upper arm switching element and the lower arm switching element are off.
前記ワンパッケージモータ駆動用半導体装置が、The one-package motor driving semiconductor device is
前記6個のスイッチング素子と、前記駆動回路と、前記電流極性検出回路の一部もしくは全体とを、1つの半導体チップに集積したモータ駆動用半導体チップと、A motor driving semiconductor chip in which the six switching elements, the driving circuit, and part or all of the current polarity detection circuit are integrated in one semiconductor chip;
制御用半導体チップとの2チップを備えており、It has two chips, a control semiconductor chip,
前記制御用半導体チップが出力する6つの制御信号が、前記モータ駆動用半導体チップに入力されることを特徴とするワンパッケージモータ駆動用半導体装置。6. A one-package motor driving semiconductor device, wherein six control signals output from the control semiconductor chip are input to the motor driving semiconductor chip.
該プリドライブ半導体装置が、The pre-drive semiconductor device is
前記3相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、A part or all of a current polarity detection circuit for detecting a current polarity of a phase current of the three-phase motor and outputting a current polarity signal;
前記磁極位置信号と前記電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記6個のスイッチング素子をオン/オフ制御する6つの制御信号を出力する制御用半導体チップとを備え、The magnetic pole position signal and the current polarity signal are inputted, and the phase current phase of the motor is controlled by controlling the phase voltage phase of the motor based on the phase difference between the magnetic pole position signal and the current polarity signal. A control semiconductor chip that outputs six control signals for on / off control of the switching elements,
前記電流極性検出回路が、The current polarity detection circuit is
モータのコイルの端子と接続する端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、A level shift circuit that converts the voltage of the terminal connected to the terminal of the motor coil into a voltage lower than this, and outputs it;
上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えたことを特徴とするプリドライブ半導体装置。A pre-drive semiconductor device comprising: a latch circuit that holds information on a voltage output from the level shift circuit at a timing when both the upper arm switching element and the lower arm switching element are off.
該モータ駆動装置が、モータ駆動用半導体装置と、制御用半導体装置と、少なくとも1個の磁極位置検出器とを備えており、The motor drive device includes a motor drive semiconductor device, a control semiconductor device, and at least one magnetic pole position detector,
前記モータ駆動用半導体装置が、The motor driving semiconductor device is
前記3相モータを駆動する6個のスイッチング素子と、前記3相モータのコイルの3端子それぞれへ出力電圧を印加する3個の出力端子と、前記6個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記6個のスイッチング素子それぞれをオン/オフ制御する制御信号を入力する6個の制御信号入力端子とを備えた、1つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂で封止し、Six switching elements for driving the three-phase motor, three output terminals for applying an output voltage to each of three terminals of the coil of the three-phase motor, and a drive circuit for driving the six switching elements; One or a plurality of semiconductor chips each having six control signal input terminals for inputting control signals for controlling on / off of each of the six switching elements are sealed in one package with resin;
前記3相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、A part or all of a current polarity detection circuit that detects a current polarity of a phase current of the three-phase motor and outputs a current polarity signal, and a current polarity signal for outputting the current polarity signal from the motor driving semiconductor device to the outside Output terminal,
前記電流極性検出回路は、モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備え、The current polarity detection circuit converts a voltage of an output terminal connected to a terminal of a motor coil to a voltage lower than this, and outputs a timing when both the upper arm switching element and the lower arm switching element are off. And a latch circuit for holding information on the voltage output from the level shift circuit,
前記制御用半導体装置は、The control semiconductor device includes:
前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号と前記モータ駆動用半導体装置が出力する電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記6個のスイッチング素子それぞれをオン/オフ制御する6つの制御信号を出力し、The magnetic pole position signal output from the magnetic pole position detector and the current polarity signal output from the motor driving semiconductor device are input, and the phase voltage phase of the motor is determined based on the phase difference between the magnetic pole position signal and the current polarity signal. By controlling, the phase current phase of the motor is controlled, and six control signals for on / off control of each of the six switching elements are output,
該制御用半導体装置が出力する6つの制御信号を前記モータ駆動用半導体装置の6個の制御入力端子へ入力することを特徴とするモータ駆動装置。6. A motor drive device, wherein six control signals output from the control semiconductor device are inputted to six control input terminals of the motor drive semiconductor device.
前記モータ駆動用半導体装置が、The motor driving semiconductor device is
前記3相モータを駆動する6個のスイッチング素子と、前記3相モータのコイルの3端子それぞれへ出力電圧を印加する3個の出力端子と、前記6個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記6個のスイッチング素子それぞれをオン/オフ制御する制御信号を入力する6個の制御信号入力端子とを備えた、1つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂で封止し、Six switching elements for driving the three-phase motor, three output terminals for applying an output voltage to each of three terminals of the coil of the three-phase motor, and a drive circuit for driving the six switching elements; One or a plurality of semiconductor chips each having six control signal input terminals for inputting control signals for controlling on / off of each of the six switching elements are sealed in one package with resin;
前記3相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、A part or all of a current polarity detection circuit that detects a current polarity of a phase current of the three-phase motor and outputs a current polarity signal, and a current polarity signal for outputting the current polarity signal from the motor driving semiconductor device to the outside Output terminal,
前記電流極性検出回路は、モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備え、The current polarity detection circuit converts a voltage of an output terminal connected to a terminal of a motor coil to a voltage lower than this, and outputs a timing when both the upper arm switching element and the lower arm switching element are off. And a latch circuit for holding information on the voltage output from the level shift circuit,
前記制御用半導体装置が、The control semiconductor device comprises:
前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号と前記モータ駆動用半導体装置が出力する電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記6個のスイッチング素子それぞれをオン/オフ制御する6つの制御信号を出力し、The magnetic pole position signal output from the magnetic pole position detector and the current polarity signal output from the motor driving semiconductor device are input, and the phase voltage phase of the motor is determined based on the phase difference between the magnetic pole position signal and the current polarity signal. By controlling, the phase current phase of the motor is controlled, and six control signals for on / off control of each of the six switching elements are output,
該制御用半導体装置が出力する6つの制御信号を前記モータ駆動用半導体装置の6個の制御入力端子へ入力することを特徴とする3相モータ。A three-phase motor, wherein six control signals output from the control semiconductor device are input to six control input terminals of the motor drive semiconductor device.
前記モータ駆動装置が、The motor driving device is
モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記低い電圧に変換された電圧の情報を保持することにより前記3相モータの相電流の電流極性を検出する電流極性検出機能を備え、The voltage of the output terminal connected to the terminal of the motor coil is converted to a voltage lower than this, and the information on the voltage converted to the low voltage is converted at a timing when both the upper arm switching element and the lower arm switching element are off. It has a current polarity detection function that detects the current polarity of the phase current of the three-phase motor by holding it,
前記制御用半導体装置が、前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号を入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性検出機能とにより検出された電流極性信号との位相差に基づいて、モータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記6個のスイッチング素子それぞれをオン/オフ制御する6つの制御信号を出力することを特徴とする3相モータ。The control semiconductor device receives the magnetic pole position signal output from the magnetic pole position detector, and based on the phase difference between the magnetic pole position signal and the current polarity signal detected by the current polarity detection function, A three-phase motor characterized by controlling a phase current phase of a motor by controlling a phase voltage phase and outputting six control signals for controlling on / off of each of the six switching elements.
前記モータ駆動用半導体装置が、ワンパッケージモータ駆動用半導体装置であって、The motor driving semiconductor device is a one package motor driving semiconductor device,
前記3相モータを駆動する6個のスイッチング素子と、前記3相モータのコイルの3端子それぞれへ出力電圧を印加する3個の出力端子と、前記6個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記3相モータの回転子の磁極位置信号を入力する少なくとも1個の入力端子とを備え、Six switching elements for driving the three-phase motor, three output terminals for applying an output voltage to each of three terminals of the coil of the three-phase motor, and a drive circuit for driving the six switching elements; And at least one input terminal for inputting a magnetic pole position signal of the rotor of the three-phase motor,
前記3相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路であって、モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えた電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、A current polarity detection circuit that detects a current polarity of a phase current of the three-phase motor and outputs a current polarity signal, and converts a voltage of an output terminal connected to a terminal of a motor coil to a lower voltage and outputs the voltage. A part or all of a current polarity detection circuit comprising: a level shift circuit; and a latch circuit that holds information on the voltage output from the level shift circuit at a timing when both the upper arm switching element and the lower arm switching element are off. ,
前記磁極位置信号と前記電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記6個のスイッチング素子をオン/オフ制御する6つの制御信号を出力する制御用半導体チップとを備えたことを特徴とする3相モータ。The magnetic pole position signal and the current polarity signal are inputted, and the phase current phase of the motor is controlled by controlling the phase voltage phase of the motor based on the phase difference between the magnetic pole position signal and the current polarity signal. A three-phase motor comprising: a control semiconductor chip that outputs six control signals for on / off control of each switching element.
該モータ駆動装置が、プリドライブ半導体装置と、前記3相モータを駆動する6個のスイッチング素子と、制御用半導体装置と、少なくとも1個の磁極位置検出器とを備えており、The motor driving device includes a pre-drive semiconductor device, six switching elements that drive the three-phase motor, a control semiconductor device, and at least one magnetic pole position detector.
前記プリドライブ駆動装置が、The pre-drive driving device is
3相モータ駆動用の6個のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記6個のスイッチング素子それぞれを駆動するための6つの信号を前記駆動回路から出力する6個の出力端子と、前記6個のスイッチング素子をオン/オフ制御する6つの制御信号を入力する6個の制御信号入力端子とを備えた、1つもしくは複数個の半導体チップをワンパッケージに樹脂封止してあり、モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路であって、モータのコイルの端子と接続する端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が共にオフであるタイミングで、前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を保持するラッチ回路とを備えた電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、A driving circuit for driving six switching elements for driving a three-phase motor, six output terminals for outputting six signals for driving each of the six switching elements from the driving circuit, and the six One or a plurality of semiconductor chips each having six control signal input terminals for inputting six control signals for on / off control of the switching elements are resin-sealed in one package. A current polarity detection circuit that detects the current polarity of the current and outputs a current polarity signal, the level shift circuit that converts the voltage of the terminal connected to the motor coil terminal to a lower voltage and outputs the voltage, and the upper arm A latch circuit for holding information on the voltage output from the level shift circuit at a timing when both the switching element and the lower arm switching element are off. Comprising a part or the whole of the flow polarity detection circuit, and a current polarity signal output terminal for outputting the current polarity signal to the outside from the motor driving semiconductor device,
前記制御用半導体装置が、The control semiconductor device comprises:
前記磁極位置検出器が出力する磁極位置信号と前記プリドライブ半導体装置が出力する電流極性信号とを入力し、前記磁極位置信号と前記電流極性信号との位相差に基づきモータの相電圧位相を制御することによりモータの相電流位相を制御し、前記6個のスイッチング素子それぞれをオン/オフ制御する6つの制御信号を出力し、The magnetic pole position signal output from the magnetic pole position detector and the current polarity signal output from the pre-drive semiconductor device are input, and the phase voltage phase of the motor is controlled based on the phase difference between the magnetic pole position signal and the current polarity signal. To control the phase current phase of the motor, and output six control signals for on / off control of each of the six switching elements,
該制御用半導体装置が出力する前記6つの制御信号が、前記プリドライブ半導体装置の6個の制御入力端子へ入力されることを特徴とするモータ駆動装置。6. The motor drive device according to claim 6, wherein the six control signals output from the control semiconductor device are input to six control input terminals of the pre-drive semiconductor device.
該ファンモータが、請求項7に記載の3相モータであることを特徴とするファンモータ。The fan motor is the three-phase motor according to claim 7.
該ファンモータが、請求項8に記載の3相モータであることを特徴とするファンモータ。The fan motor is the three-phase motor according to claim 8.
該ファンモータが、請求項9に記載の3相モータであることを特徴とするファンモータ。The fan motor is the three-phase motor according to claim 9.
モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧を低減するレベルシフト回路と前記レベルシフト回路の出力信号を入力するラッチ回路とを備え、A level shift circuit for reducing the voltage of the output terminal connected to the terminal of the coil of the motor, and a latch circuit for inputting the output signal of the level shift circuit,
前記ラッチ回路は、該当相の上アームスイッチング素子の制御信号、または、該当相の下アームスイッチング素子の制御信号の何れかが、オフ信号からオン信号に変化するタイミングにて、The latch circuit has a timing at which either the control signal of the upper arm switching element of the corresponding phase or the control signal of the lower arm switching element of the corresponding phase changes from the off signal to the on signal.
前記レベルシフト回路の出力信号を保持することを特徴とする電流極性検出回路。A current polarity detection circuit which holds an output signal of the level shift circuit.
該モータ駆動用半導体装置が、前記3相モータの相電流の電流極性を検出し電流極性信号を出力する電流極性検出回路の一部分もしくは全体と、A part or all of a current polarity detection circuit for detecting a current polarity of a phase current of the three-phase motor and outputting a current polarity signal;
前記電流極性信号を前記モータ駆動用半導体装置から外部へ出力するための電流極性信号出力端子とを備え、A current polarity signal output terminal for outputting the current polarity signal from the motor driving semiconductor device to the outside;
前記電流極性検出回路が、The current polarity detection circuit is
モータのコイルの端子と接続する出力端子の電圧をこれより低い電圧に変換して出力するレベルシフト回路と、A level shift circuit that converts the voltage of the output terminal connected to the terminal of the motor coil to a voltage lower than this, and outputs it,
前記レベルシフト回路が出力する電圧の情報を入力するラッチ回路とを備え、A latch circuit for inputting information on the voltage output by the level shift circuit,
該ラッチ回路は、該当する相の上アームスイッチング素子の制御信号、または該当する相の下アームスイッチング素子の制御信号の何れかがオフ信号からオン信号に変化するタイミングで、前記レベルシフト回路の出力信号を保持することを特徴とするモータ駆動用半導体装置。The latch circuit outputs the output of the level shift circuit at a timing at which either the control signal of the upper arm switching element of the corresponding phase or the control signal of the lower arm switching element of the corresponding phase changes from the off signal to the on signal. A semiconductor device for driving a motor, which holds a signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006298374A JP4899801B2 (en) | 2005-11-25 | 2006-11-02 | Semiconductor device, motor having the same, and motor driving device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005339590 | 2005-11-25 | ||
JP2005339590 | 2005-11-25 | ||
JP2006298374A JP4899801B2 (en) | 2005-11-25 | 2006-11-02 | Semiconductor device, motor having the same, and motor driving device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007174888A JP2007174888A (en) | 2007-07-05 |
JP4899801B2 true JP4899801B2 (en) | 2012-03-21 |
Family
ID=38300716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006298374A Active JP4899801B2 (en) | 2005-11-25 | 2006-11-02 | Semiconductor device, motor having the same, and motor driving device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4899801B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5062005B2 (en) * | 2008-04-03 | 2012-10-31 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor device |
JP5471056B2 (en) * | 2009-06-15 | 2014-04-16 | トヨタ自動車株式会社 | Motor control device |
JP5097228B2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-12-12 | パナソニック株式会社 | Motor and pump equipped with the same |
JP2012157154A (en) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Motor control device |
JP6231357B2 (en) * | 2013-11-11 | 2017-11-15 | ローム株式会社 | MOTOR DRIVE DEVICE, DRIVE METHOD, COOLING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE |
JP6847273B2 (en) * | 2018-01-25 | 2021-03-24 | 三菱電機株式会社 | Motor drive and air conditioner |
JP2023173363A (en) * | 2022-05-25 | 2023-12-07 | ミネベアミツミ株式会社 | Motor drive control device, motor unit, and motor drive control method |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3808583B2 (en) * | 1997-04-04 | 2006-08-16 | 株式会社東芝 | Inverter device |
JP2000278987A (en) * | 1999-03-19 | 2000-10-06 | Toshiba Corp | Inverter device |
JP2001258287A (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-21 | Toshiba Corp | Motor driver and integrated circuit device |
-
2006
- 2006-11-02 JP JP2006298374A patent/JP4899801B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007174888A (en) | 2007-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4742989B2 (en) | Motor driving semiconductor device, motor having the same, motor driving device and air conditioner | |
JP4586034B2 (en) | Motor driving semiconductor device, three-phase motor having the same, motor driving device and fan motor | |
KR101085962B1 (en) | Semiconductor device, motor and motor driving device having same | |
JP4279886B2 (en) | Synchronous motor driving apparatus and method | |
JP4899801B2 (en) | Semiconductor device, motor having the same, and motor driving device | |
JP4736875B2 (en) | Fan motor driving apparatus and fan motor driving method | |
JP6270549B2 (en) | Semiconductor device, motor using the same, and air conditioner | |
JP3419157B2 (en) | Motor driving method and electric equipment using the same | |
JP5163536B2 (en) | Induced voltage detection circuit, motor driving semiconductor device having the same, motor and air conditioner | |
JP5556353B2 (en) | Motor current detector and motor control device | |
US20100013422A1 (en) | Motor driving apparatus and control method thereof | |
US20120256573A1 (en) | Motor driving device, and control method of motor driving device | |
CN113016131B (en) | Motor driving device and air conditioner using the same | |
JP4938467B2 (en) | Power conversion device for motor drive, motor drive device, motor, and motor drive method | |
JP4418194B2 (en) | Brushless DC motor drive device | |
JP4345553B2 (en) | Motor drive device | |
JP2014075976A (en) | Motor-driven apparatus, and freezing and air conditioning apparatus | |
JP2014171293A (en) | Device and method of controlling cooling fan | |
Bist | Field Oriented Control (FOC) Made Easy for Brushless DC (BLDC) Motors Using TI Smart Gate Drivers | |
JP4203329B2 (en) | Motor control device | |
JP2001258287A (en) | Motor driver and integrated circuit device | |
KR101639511B1 (en) | Protection circuit of three-phase bldc motor driving device | |
CN110326210B (en) | Air conditioner | |
JP2019140845A (en) | Motor drive circuit, fan motor, drive control circuit and motor system | |
JPWO2019146020A1 (en) | Motor drive device and air conditioner using it |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081106 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110330 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110405 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110603 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111206 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111219 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4899801 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150113 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |