JP2012165516A - Control circuit of drive circuit ic and control method of drive circuit ic - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータを駆動するための半導体スイッチング素子を1つ以上内蔵して構成される駆動回路ICについて、過熱保護を行いつつ制御する制御回路及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control circuit and a control method for controlling a drive circuit IC including one or more semiconductor switching elements for driving an actuator while performing overheat protection.
例えばエンジン内部に燃料を噴射するインジェクタや、スロットルバルブ等のアクチュエータを駆動するには、パワーMOSFET等の半導体スイッチング素子で構成した駆動回路(ドライバ)をPWM制御することで、半導体スイッチング素子を頻繁にオンオフする。すると、半導体スイッチング素子を介して駆動電流が断続的に流れるため、半導体スイッチング素子が発熱する。その発熱が過剰になると半導体スイッチング素子が破壊に至るため、一般的には、過熱保護機能を付加してアクチュエータの駆動を停止させる等の措置を講じている。 For example, in order to drive an injector that injects fuel into an engine or an actuator such as a throttle valve, a semiconductor switching element is frequently controlled by PWM control of a driving circuit (driver) constituted by a semiconductor switching element such as a power MOSFET. Turn on and off. Then, since the drive current flows intermittently through the semiconductor switching element, the semiconductor switching element generates heat. Since the semiconductor switching element is destroyed when the heat is excessive, generally, a measure such as adding an overheat protection function to stop driving of the actuator is taken.
具体的には、例えば、評価環境等において駆動回路の周囲温度Taと設定したとき、駆動回路のパッケージ部等に評価用に設定された温度センサにより検出した温度が、所定の閾値を超えないようにアクチュエータの駆動を停止し、一定の停止時間(待ち時間)が経過して発熱温度が低下した場合に駆動を再開する発熱破壊ガードを設定し、半導体スイッチング素子のジャンクション(接合)温度Tjが定格温度Tjmaxを超えないように保護をする発熱破壊ガード制御を行っている。この場合、ジャンクション温度Tjを直接測定することは行われておらず、通常はICとして構成される駆動回路のパッケージの温度Tcの測定値からTjを推測することが多い。 Specifically, for example, when the ambient temperature Ta of the drive circuit is set in the evaluation environment or the like, the temperature detected by the temperature sensor set for evaluation in the package portion or the like of the drive circuit does not exceed a predetermined threshold value. The actuator is stopped, and when a certain stop time (waiting time) elapses and the heat generation temperature drops, a heat generation destruction guard is set to resume the drive, and the junction temperature Tj of the semiconductor switching element is rated. Exothermic destruction guard control is performed to protect the temperature Tjmax from exceeding. In this case, the junction temperature Tj is not directly measured, and Tj is often estimated from the measured value of the temperature Tc of the package of the drive circuit normally configured as an IC.
また、駆動回路の実装状態が異なれば放熱特性が変化するので、それがジャンクション温度Tjの変動要因となり、アクチュエータの消費電力が変化すれば当然にジャンクション温度Tjも変動する。このように様々な変動要因に対して発熱のマージンを確保する必要があることから、上述した発熱破壊ガード制御における待ち時間は、かなり冗長に設定されることが多い。その結果、実際のジャンクション温度Tjが定格温度Tjmaxに達することは殆どないにも関わらず、アクチュエータの駆動を停止して一定時間の経過待ちをする場合が多くなっており、アクチュエータの制御性や駆動効率の低下が問題となっている。 Further, since the heat radiation characteristics change if the mounting state of the drive circuit is different, this becomes a variation factor of the junction temperature Tj. If the power consumption of the actuator changes, the junction temperature Tj naturally varies. As described above, since it is necessary to secure a heat generation margin for various fluctuation factors, the waiting time in the above-described heat generation destruction guard control is often set to be quite redundant. As a result, although the actual junction temperature Tj rarely reaches the rated temperature Tjmax, the actuator is often stopped and waits for a certain period of time. A decrease in efficiency is a problem.
例えば図8は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)バルブ用のDCモータを駆動制御するものについて、(a)は周囲温度Taが最大で100℃となる条件で、バルブの指令開度幅(差分)に応じて設定される開閉周期を示すテーブルである。例えば、指令開度幅が20degである場合は開閉周期を336msとすれば、ジャンクション温度Tjが定格温度Tjmaxを下回る状態が確実に維持できることを示している。しかしながら、実際の使用環境がTa=85℃であったとすると、それに対応するテーブルは(b)になる。この場合、指令開度幅が20degであれば開閉周期は160msで良いはずであるが、安全のためTa=100℃で作成したテーブルを用いている限りそのような対応はできない。すると、EGRバルブやインテークスロットルの応答性が悪化したり、インジェクタによる燃料噴射回数の制限などに繋がるため、エンジンに要求されるエミッション規定をクリアできなくなる場合がある。 For example, FIG. 8 shows an example in which a DC motor for an EGR (Exhaust Gas Recirculation) valve is driven and controlled. It is a table which shows the opening-and-closing period set according to it. For example, when the command opening width is 20 deg, it is shown that the state where the junction temperature Tj is lower than the rated temperature Tjmax can be reliably maintained if the opening / closing cycle is 336 ms. However, if the actual usage environment is Ta = 85 ° C., the corresponding table is (b). In this case, if the command opening width is 20 deg, the opening / closing cycle should be 160 ms. However, for the sake of safety, such correspondence is not possible as long as a table created at Ta = 100 ° C. is used. As a result, the responsiveness of the EGR valve and the intake throttle may deteriorate, or the number of fuel injections by the injector may be limited, which may make it impossible to clear the emission regulations required for the engine.
例えば、特許文献1に開示されている技術を用いることで、ECU(Electronic Control Unit)において、通電動作に応じて発熱する回路素子の実装位置からマイクロコンピュータに熱が伝達される経路の途中にチップサーミスタを配置し、周囲温度Taをマイコン内部のCPUでモニタし、周囲温度Taに応じて図8(a),(b)に示すテーブルを切り替えて制御することが考えられている。例えば、(a)を用いている状態で周囲温度Taが80℃まで低下すると(b)に切り替え、(b)を用いている状態で周囲温度Taが85℃を超えると再び(a)に切り替えるように制御する。尚、(a),(b)間を切替える温度の閾値が下降側と上昇側とで異なるのは、ヒステリシス特性を与えるためである。
For example, by using the technique disclosed in
しかしながら、この場合でも、アクチュエータを駆動する半導体素子との間に存在する熱抵抗によって熱伝達に遅れが発生したり、他の素子の発熱による影響があるためジャンクション温度Tjを精度良く認識できない。したがって、駆動制御時点の実際の環境に応じた最適な制御にはならず、制御性の改善に限界がある。例えば、図9に示すように、アクチュエータを駆動する以前の状態ではTa≒Tjとなっているはずで、ジャンクション温度Tjが定格温度Tjmaxに達するまでは制限を加えずとも、すなわち何れの指令開度幅についても開閉周期0msで良いはずだが、特許文献1の技術によって測定した周囲温度Taによってはジャンクション温度Tjが低下していることが把握できない。
また、特許文献2には、温度測定対象のIC内部に温度検出用のダイオードを配置し、その順方向電圧の変化に基づいてジャンクション温度Tjを測定する技術が開示されている。
However, even in this case, the junction temperature Tj cannot be recognized with high accuracy because there is a delay in heat transfer due to the thermal resistance existing between the semiconductor element driving the actuator and the heat generated by other elements. Therefore, optimal control according to the actual environment at the time of drive control is not achieved, and improvement in controllability is limited. For example, as shown in FIG. 9, Ta≈Tj should be obtained before the actuator is driven, and no restriction is imposed until the junction temperature Tj reaches the rated temperature Tjmax. Regarding the width, an opening / closing cycle of 0 ms should be sufficient, but it cannot be understood that the junction temperature Tj is lowered depending on the ambient temperature Ta measured by the technique of
例えば、特許文献2の技術を更に適用することで若干の精度の向上は望めるが、複数のテーブルを切り替えて制御すること自体に上述したようマージンを含まざるを得ないことから、やはり応答性の改善を十分に図ることができない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より実際のジャンクション温度に近い温度を測定した上で、アクチュエータの駆動効率を極力向上させ得る状態で半導体スイッチング素子の過熱保護を行うことができる駆動回路ICの制御回路及び駆動回路ICの制御方法を提供することにある。
For example, although a slight improvement in accuracy can be expected by further applying the technique of
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to measure the temperature closer to the actual junction temperature and to protect the semiconductor switching element from overheating in a state where the drive efficiency of the actuator can be improved as much as possible. It is an object to provide a control circuit for a drive circuit IC and a control method for the drive circuit IC that can be performed.
請求項1記載の駆動回路ICの制御回路によれば、温度偏差演算手段は、複数の制御条件それぞれに従い、半導体スイッチング素子に制御信号を与えてアクチュエータを駆動する前後の状態について、駆動回路ICに内蔵した温度計測用素子によりジャンクション温度Tjの上昇度合いを偏差ΔTjとして求める。閾値温度演算手段は、偏差ΔTjに応じてアクチュエータの駆動の可否を判定するための閾値温度Tsetを制御条件毎に求め、それらを記憶手段に記憶する。そして、制御手段は、アクチュエータを駆動する前に測定された温度Tjと、対応する制御条件について求められた閾値温度Tsetとを比較し、Tj>Tsetとなることが予測されると、条件Tj≦Tsetを満たすことが可能な制御条件で代替してアクチュエータを駆動する。
According to the control circuit of the drive circuit IC according to
すなわち、駆動回路ICに内蔵した温度計測用素子によって、半導体スイッチング素子のジャンクション温度Tjをより正確に測定することが可能となる。そして、アクチュエータをそれぞれの制御条件で駆動した場合の温度Tjの偏差ΔTに応じて閾値温度Tsetを設定し、実際にアクチュエータを駆動する場合は、制御条件に応じた閾値温度Tsetにより当該駆動の可否をリアルタイムで判定する。したがって、実際の駆動環境に極めて近い状態で閾値温度Tsetを決定できるので、駆動回路ICの過熱保護を行いつつアクチュエータの駆動効率を従来よりも向上させることができる。 In other words, the junction temperature Tj of the semiconductor switching element can be measured more accurately by the temperature measuring element incorporated in the drive circuit IC. Then, the threshold temperature Tset is set according to the deviation ΔT of the temperature Tj when the actuator is driven under each control condition. When the actuator is actually driven, whether or not the drive can be performed according to the threshold temperature Tset according to the control condition. Is determined in real time. Therefore, the threshold temperature Tset can be determined in a state very close to the actual driving environment, so that the driving efficiency of the actuator can be improved as compared with the conventional one while protecting the driving circuit IC from overheating.
請求項2記載の駆動回路ICの制御回路によれば、制御手段は、Tj>Tsetとなることが予測されると、条件Tj≦Tsetを満たすことが可能となるように、半導体スイッチング素子に与える制御信号のパターンを変更する。これにより、現状の制御条件に従いアクチュエータを駆動し続けると、過熱状態に至ることが想定される場合でも、効率の低下を極力回避した状態でアクチュエータを駆動し続けることが可能となる。
According to the control circuit of the drive circuit IC according to
請求項3記載の駆動回路ICの制御回路によれば、制御手段は、Tj>Tsetとなることが予測されると、条件Tj≦Tsetを満たすことが可能となるように、アクチュエータの駆動を停止してから再開するまでの待ち時間を延長する。これにより、現状の制御条件に従いアクチュエータを駆動し続けると、過熱状態に至ることが想定される場合でも、必要最小限の待ち時間を置いた後に、アクチュエータの駆動を再開することができる。
According to the control circuit of the drive circuit IC according to
請求項4記載の駆動回路ICの制御回路によれば、閾値温度演算手段は、閾値温度Tsetを、同じ制御条件についてそれ以前に求めていた閾値温度と、温度の偏差ΔTjとに基づいて求める。すなわち、過去に得られている閾値温度を利用して今回の閾値温度Tsetを決定することで、温度ΔTjが瞬時的に変化した場合に、閾値温度Tsetにばらつきが発生することを回避できる。 According to the control circuit of the drive circuit IC according to the fourth aspect, the threshold temperature calculating means determines the threshold temperature Tset based on the threshold temperature previously determined for the same control condition and the temperature deviation ΔTj. That is, by determining the current threshold temperature Tset using the threshold temperature obtained in the past, it is possible to avoid occurrence of variations in the threshold temperature Tset when the temperature ΔTj changes instantaneously.
請求項5記載の駆動回路ICの制御回路によれば、閾値温度演算手段は、制御条件をAとして、n回目に求める閾値温度Tset(A,n)を、n回目に得られた温度の偏差をΔTj(A,n),定格温度をTjmaxとすると、
Tset(A,n)=[Tset(A,n−1)+{Tjmax−ΔTj(A,n)}]/2
により求める。すなわち、(n−1)回目に得られた閾値温度Tset(A,n−1)に、定格温度Tjmaxとn回目に得られた偏差ΔTj(A,n)との差を加えて両者の平均をとる。すなわち、右辺第2項は、駆動パターンAで駆動させた時の温度上昇分ΔTj(A,n)が、定格温度Tjmaxに達するまでの余裕温度を示す。その余裕温度と前回の学習結果である閾値温度Tset(A,n−1)とを加算して平均をとることで、n回までの実行結果にばらつきが発生することを抑制して、閾値温度Tset(A,n)を妥当な値に設定できる。
According to the control circuit of the drive circuit IC according to
Tset (A, n) = [Tset (A, n−1) + {Tjmax−ΔTj (A, n)}] / 2
Ask for. That is, the difference between the rated temperature Tjmax and the deviation ΔTj (A, n) obtained at the nth time is added to the threshold temperature Tset (A, n-1) obtained at the (n-1) th time, and the average of both is obtained. Take. That is, the second term on the right side indicates a margin temperature until the temperature increase ΔTj (A, n) when driven by the drive pattern A reaches the rated temperature Tjmax. By adding the marginal temperature and the previous learning result threshold temperature Tset (A, n−1) and taking the average, it is possible to suppress the occurrence of variations in the execution results up to n times, thereby increasing the threshold temperature. Tset (A, n) can be set to a reasonable value.
以下、一実施例について図1ないし図7を参照して説明する。図7は、DCモータの駆動システムを示す機能ブロック図である。DCモータ(アクチュエータ)1は、CPU(マイクロコンピュータ,若しくはECU(Electronic Control Unit),制御回路,制御手段)2より与えられるPWM信号により、DCモータ駆動IC(駆動回路IC)3を介して駆動制御される。DCモータ駆動IC3は、例えば4つのパワーMOSFET(半導体スイッチング素子)等で構成されるHブリッジ型の駆動回路を構成しており、DCモータ1の(+)端子,(−)端子は、2組のアームの間に接続されている。尚、Hブリッジ型の駆動回路に限ることなく、ハイサイド型やローサイド型の駆動回路であっても良い。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a functional block diagram showing a DC motor drive system. The DC motor (actuator) 1 is driven and controlled via a DC motor drive IC (drive circuit IC) 3 by a PWM signal supplied from a CPU (microcomputer or ECU (Electronic Control Unit), control circuit, control means) 2. Is done. The DC
また、DCモータ駆動IC3の内部には、上記パワーMOSFETのジャンクション温度Tjを測定するための温度検出用素子として、ダイオード4が内蔵されている。ダイオード4のアノードは、抵抗素子5を介して電源VCCにプルアップされていると共に、CPU2の入力端子に接続されており、カソードはグランドに接続されている。ダイオード4の順方向電圧Vfは、例えば−2mV/℃程度の負の温度特性を備えている。したがって、CPU2は、ダイオード4のアノード電位をA/D変換して読み込むことで、DCモータ駆動IC3の内部温度,すなわちパワーMOSFETのジャンクション温度Tjを検出することができる。
尚、温度の変動に対してより大きな電圧変化を得たい場合には、ダイオード4を複数個直列に接続すれば良い。また、抵抗素子5に替えて定電流源を配置すれば、アノード電位が変化することによる検出精度の低下を防止できる。更に、アノード電位を電圧バッファや増幅回路を介してCPU2に出力しても良い。
Also, a
In order to obtain a larger voltage change with respect to temperature fluctuations, a plurality of
CPU2は、制御プログラムにより実現される機能としてDCモータ動作ガードロジック6(以下、単にガードロジックと称す)を備えている。ガードロジック6は、上述のようにダイオード4のアノード電位をA/D変換して読み込んで演算処理を行い、DCモータ駆動IC3にPWM信号(+)/(−)を出力する。尚、Hブリッジ型の場合、PWM信号は実際には4つの素子それぞれに対して出力される。
The
次に、本実施例の作用について図1ないし図5を参照して説明する。図1は、ガードロジック(制御手段)6による処理内容を示すフローチャートであり、図2は、図1に示す処理中に並行して実行される学習ロジック(温度偏差演算手段,閾値温度演算手段)6s部分の処理内容を示すフローチャートである。図1において、先ず、システムの上位側よりCPU2に対して与えられる、DCモータ1の駆動指令があるか否かを判断する(ステップS1)。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a flowchart showing the contents of processing by the guard logic (control means) 6, and FIG. 2 is learning logic (temperature deviation calculation means, threshold temperature calculation means) executed in parallel during the processing shown in FIG. It is a flowchart which shows the processing content of 6s part. In FIG. 1, first, it is determined whether or not there is a drive command for the
ここでは、特定の駆動パターン(制御条件)A(例えば、バルブの開度(差分)を50degとする指令)についてn回目に発行された駆動指令か否か、とするが、実際には、複数の駆動パターンA,B,C,…に応じて場合分けをした上で、それぞれの駆動パターンについて同様の処理を行う。ステップS1において、駆動パターンAの駆動指令が与えられなければ(NO)、バルブの開度については現状を維持して駆動指令待ちとなり(ステップS9)、ステップS1に戻る。 Here, it is assumed whether or not it is the drive command issued for the nth time for a specific drive pattern (control condition) A (for example, a command for setting the valve opening (difference) to 50 deg). .. Are divided according to the drive patterns A, B, C,..., And the same processing is performed for each drive pattern. In step S1, if the drive command for drive pattern A is not given (NO), the current valve opening degree is maintained and the drive command is waited (step S9), and the process returns to step S1.
駆動パターンAの駆動指令のn回目が発行されると(ステップS1:YES)、ガードロジック6は、ダイオード4のアノード電圧をA/D変換して読み込み、ジャンクション温度Tjをモニタすると(ステップS2)、閾値温度Tset(A,n)の学習をスタートさせる(ステップS3)。すると、図2に示す学習ロジック6sが動作を開始するが、以降、学習ロジック6sはガードロジック6と並行して動作する。
When the n-th drive command of the drive pattern A is issued (step S1: YES), the
ここで、図2を参照する。学習ロジック6sは、ステップS2でモニタしたジャンクション温度Tj,すなわち、駆動パターンAでn回目にDCモータ1を駆動する以前のジャンクション温度Tjを、Tj(A,n,0)としてメモリ(記憶手段,図示せず)に記憶する(ステップS11)。それから、駆動パターンAを出力してDCモータ1を駆動すると(ステップS12)、その駆動によりジャンクション温度Tjが上昇してピークに達すると想定される時間;t秒だけ待機する(ステップS13)。
Reference is now made to FIG. The learning
そして、再びジャンクション温度Tjをモニタすると(ステップS14)、駆動パターンAによる駆動後の温度Tj(A,n,t)としてメモリに記憶する(ステップS15)。次に、n回目の駆動パターンAによる駆動でジャンクション温度Tjが上昇した分を、Tj(A,n,t)とTj(A,n,0)との差分で求めて偏差ΔTj(A,n)とすると(ステップS16,温度偏差演算手段)、今回の学習結果である閾値温度Tset(A,n)を、(1)式によって求める(ステップS17,閾値温度演算手段)。
Tset(A,n)=[Tset(A,n−1)+{Tjmax−ΔTj(A,n)}]/2
…(1)
すなわち、前回の学習結果として求められた閾値温度Tset(A,n−1)に、定格温度Tjmaxと今回得られた偏差ΔTj(A,n)との差を加えて両者の平均をとる。右辺第2項は、駆動パターンAで駆動させた時の温度上昇分ΔTj(A,n)が、定格温度Tjmaxに達するまでの余裕温度を示す。その余裕温度と前回の学習結果である閾値温度Tset(A,n−1)とを加算して平均をとることで、n回までの実行結果にばらつきが発生することを抑制して、閾値温度Tset(A,n)を妥当な値に設定できる。そして、今回の学習結果である閾値温度Tset(A,n)は、次回の駆動パターンAによる(n+1)回目の駆動時に使用される。
When the junction temperature Tj is monitored again (step S14), it is stored in the memory as the temperature Tj (A, n, t) after being driven by the drive pattern A (step S15). Next, the increase in the junction temperature Tj due to the driving by the nth driving pattern A is obtained by the difference between Tj (A, n, t) and Tj (A, n, 0), and the deviation ΔTj (A, n ) (Step S16, temperature deviation calculating means), the threshold temperature Tset (A, n), which is the current learning result, is obtained by equation (1) (step S17, threshold temperature calculating means).
Tset (A, n) = [Tset (A, n−1) + {Tjmax−ΔTj (A, n)}] / 2
... (1)
That is, the difference between the rated temperature Tjmax and the deviation ΔTj (A, n) obtained this time is added to the threshold temperature Tset (A, n−1) obtained as the previous learning result, and the average of both is obtained. The second term on the right side indicates a margin temperature until the temperature increase ΔTj (A, n) when driven by the drive pattern A reaches the rated temperature Tjmax. By adding the marginal temperature and the previous learning result threshold temperature Tset (A, n−1) and taking the average, it is possible to suppress the occurrence of variations in the execution results up to n times, thereby increasing the threshold temperature. Tset (A, n) can be set to a reasonable value. The threshold temperature Tset (A, n), which is the current learning result, is used at the time of the (n + 1) th driving by the next driving pattern A.
ここで、再び図1を参照する。ステップS2でスタートした閾値温度Tset(A,n)の学習は以上のようなプロセスで実行されるが、その間にガードロジック6は、ステップS4において、ステップS2でモニタしたジャンクション温度Tjと、前回の学習結果として求められた閾値温度Tset(A,n−1)とを比較する。ここで{Tj≦Tset(A,n−1)}であれば(YES)、DCモータ1を駆動パターンAで駆動しても熱的に問題は発生しないので、駆動パターンAで駆動する(ステップS5)。この時点で、学習ロジック6sにおいては、ステップS12〜S17が実行されるので、閾値温度Tset(A,n)の学習を停止(完了)する。
Here, FIG. 1 will be referred to again. Learning of the threshold temperature Tset (A, n) started in step S2 is executed by the process as described above. Meanwhile, in step S4, the
一方、ステップS4において、{Tj>Tset(A,n−1)}であれば(NO)、{Tj≦Tset(A,n−1)}となるまで待つか否かをユーザによる設定に基づいて判断する(ステップS6)。ユーザによる設定が「待つ」であれば(YES)、{Tj≦Tset(A,n−1)}となるまで駆動パターンAの出力を行わずに待機する(待ち時間によるガード,ステップS7)。すなわち、与えられた指令の通りDCモータ1を駆動すると、ジャンクション温度Tjが定格温度Tjmaxに達する可能性が高いため、ここではジャンクション温度Tjが閾値温度Tset(A,n−1)を下回るまで待機して放熱を促す。
On the other hand, if {Tj> Tset (A, n-1)} in step S4 (NO), whether or not to wait until {Tj≤Tset (A, n-1)} is set based on the setting by the user. (Step S6). If the setting by the user is “wait” (YES), the process waits without outputting the drive pattern A until {Tj ≦ Tset (A, n−1)} (guard by waiting time, step S7). That is, when the
また、ステップS6においてユーザによる設定が「待たない」であれば(NO)、{Tj≦Tset(X,N)}を満たす駆動パターンXでDCモータ1を駆動する(ステップS8)。すなわち、DCモータ1を駆動しても、ジャンクション温度Tjが定格温度Tjmaxに達しないような駆動パターンXで駆動する。そしてこの場合、学習ロジック6sは、閾値温度Tset(X,N)について学習を行うように切り替えて、ステップS12〜S17を実行する。以上において、ステップS5〜S9の処理が制御手段に対応する。
On the other hand, if the setting by the user is “do not wait” in step S6 (NO), the
次に、ステップS5,S7,S8の処理について図3ないし図6を参照して説明する。図3は、横軸にジャンクション温度Tjをとり、縦軸にステップS7における「待ち時間」t_setをとって、2つの駆動パターンA,B(Bは例えば開度を10degとする指令)に対応するグラフを示している。すなわち、ジャンクション温度Tjがある値をとる場合に、駆動パターンA,Bのそれぞれについて設定される待ち時間t_setを示すグラフである。グラフがフラットである部分{≦Tset(A,n),≦Tset(B,n)}は待ち時間t_set=0となり、待ち時間なしで駆動可能な領域(ステップS5)であり、グラフが立ち上って直線を成す部分が待ち時間t_setを所定値に設定する領域である(ステップS7)。グラフの直線部の傾きは、駆動素子のリアルタイムの放熱能力に応じて自動的に設定される。駆動パターンAの方が、より低いジャンクション温度Tjでグラフが立ち上っている。 Next, the processing of steps S5, S7, and S8 will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, the horizontal axis represents the junction temperature Tj, and the vertical axis represents “waiting time” t_set in step S7, which corresponds to two drive patterns A and B (B is a command for setting the opening, for example, 10 degrees). The graph is shown. That is, this is a graph showing the waiting time t_set set for each of the drive patterns A and B when the junction temperature Tj takes a certain value. The portion {≦ Tset (A, n), ≦ Tset (B, n)} where the graph is flat is a waiting time t_set = 0, which is an area that can be driven without waiting time (step S5). A portion forming a straight line is an area for setting the waiting time t_set to a predetermined value (step S7). The slope of the straight line portion of the graph is automatically set according to the real-time heat dissipation capability of the drive element. In the driving pattern A, the graph rises at a lower junction temperature Tj.
ここで、ジャンクション温度TjがTj_nowである場合は、駆動パターンAであればステップS7で待ち時間t_set(Tj_now,A)を設定する必要がある。一方、駆動パターンBであれば待ち時間t_set(Tj_now,B)=0であるから、ステップS8で待ち時間無く駆動することが可能となる。図3のグラフをマップ化すれば、図4に示すような待ち時間ガードマップとなる。 Here, when the junction temperature Tj is Tj_now, if it is the drive pattern A, it is necessary to set the waiting time t_set (Tj_now, A) in step S7. On the other hand, if the driving pattern is B, the waiting time t_set (Tj_now, B) = 0, so that it is possible to drive without waiting time in step S8. If the graph of FIG. 3 is mapped, a waiting time guard map as shown in FIG. 4 is obtained.
また、図5は、複数の駆動パータンを示す軸を追加することで、図3を3次元グラフで示したものである。図中に示すジャンクション温度Tj1の場合は、駆動パターンA,Bの何れの場合も待ち時間t_set=0であるからステップS5で実行できる。ジャンクション温度Tjがより高いTj2の場合は、駆動パターンBであれば待ち時間t_set=0でありステップS8で実行できるが、駆動パターンAであれば待ち時間t_set(Tj2,A)を要するため、ステップS7の実行となる。そして、ジャンクション温度Tjが更に高いTj3の場合は、駆動パターンBであっても待ち時間t_set(Tj3,B)を要し、駆動パターンAであれば待ち時間t_set(Tj3,A)を要するため、何れの場合もステップS7の実行となる。図6は、(a)Tj=Tj1,(b)Tj=Tj2,(c)Tj=Tj3のそれぞれのケースに対応する待ち時間ガードマップを示している。 FIG. 5 shows a three-dimensional graph of FIG. 3 by adding axes indicating a plurality of drive patterns. In the case of the junction temperature Tj1 shown in the figure, the waiting time t_set = 0 in both cases of the drive patterns A and B, and therefore can be executed in step S5. In the case of Tj2 where the junction temperature Tj is higher, the waiting time t_set = 0 for the driving pattern B and can be executed in step S8. However, if the driving pattern A is used, the waiting time t_set (Tj2, A) is required. S7 is executed. If the junction temperature Tj is higher Tj3, the driving pattern B requires the waiting time t_set (Tj3, B), and if the driving pattern A, the waiting time t_set (Tj3, A) is required. In either case, step S7 is executed. FIG. 6 shows a waiting time guard map corresponding to each case of (a) Tj = Tj1, (b) Tj = Tj2, and (c) Tj = Tj3.
以上のように本実施例によれば、CPU2のガードロジック6は、複数の駆動パターンのそれぞれに従い半導体スイッチング素子に制御信号を与えてDCモータ1を駆動する前後の状態について、DCモータ駆動IC3に内蔵したダイオード4によりジャンクション温度Tjの上昇度合いを偏差ΔTjとして求めると、偏差ΔTjに応じてDCモータ1の駆動の可否を判定するための閾値温度Tsetを駆動パターン毎に求め、それらをメモリに記憶しておく。そして、DCモータ1を駆動する前に測定されたジャンクション温度Tjと、対応する駆動パターンについて求められた閾値温度Tsetとを比較し、Tj>Tsetとなることが予測されると、条件Tj≦Tsetを満たすことが可能な駆動パターンに代替してDCモータ1を駆動する。
As described above, according to the present embodiment, the
すなわち、DCモータ駆動IC3に内蔵したダイオード4によって、ジャンクション温度Tjをより正確に測定することが可能となる。そして、DCモータ駆動IC3をそれぞれの駆動パターンで駆動した場合の温度Tjの偏差ΔTに応じて閾値温度Tsetを設定し、DCモータ駆動IC3を駆動する場合は、駆動パターンに応じた閾値温度Tsetにより当該駆動の可否をリアルタイムで判定する。したがって、実際の駆動環境に極めて近い状態で閾値温度Tsetを決定できるので、DCモータ駆動IC3の過熱保護を行いつつ駆動効率を従来よりも向上させることができる。
That is, the junction temperature Tj can be measured more accurately by the
そして、Tj>Tsetとなることが予測されると、条件Tj≦Tsetを満たすことが可能となるように、半導体スイッチング素子に与える駆動パターンを変更する。これにより、現状の駆動パターンに従いDCモータ駆動IC3を駆動し続けると過熱状態に至ることが想定される場合でも、効率の低下を極力回避した状態でDCモータ駆動IC3を駆動し続けることが可能となる。
When it is predicted that Tj> Tset, the drive pattern applied to the semiconductor switching element is changed so that the condition Tj ≦ Tset can be satisfied. As a result, even if it is assumed that if the DC
また、Tj>Tsetとなることが予測されると、条件Tj≦Tsetを満たすことが可能となるように、DCモータ駆動IC3の駆動を停止してから再開するまでの待ち時間を延長するので、上記と同様に過熱状態に至ることが想定される場合でも、必要最小限の待ち時間を置いた後に、DCモータ駆動IC3の駆動を再開することができる。
In addition, when it is predicted that Tj> Tset, the waiting time from when the driving of the DC
更に、閾値温度Tset(n)を、同じ駆動パターンについてそれ以前に求めていた閾値温度Tset(n−1)と温度の偏差ΔTj(n)とに基づいて求める。すなわち、過去に得られている閾値温度Tset(n−1)を利用して今回の閾値温度Tset(n)を決定することで、温度ΔTjが瞬時的に変化した場合に、閾値温度Tset(n)にばらつきが発生することを回避できる。この場合、閾値温度Tset(A,n)を(1)式によって求めるので、n回までの実行結果にばらつきが発生することを抑制して、閾値温度Tset(A,n)を妥当な値に設定できる。 Further, the threshold temperature Tset (n) is obtained based on the threshold temperature Tset (n−1) and the temperature deviation ΔTj (n) obtained before that for the same drive pattern. That is, by determining the current threshold temperature Tset (n) using the threshold temperature Tset (n−1) obtained in the past, the threshold temperature Tset (n) when the temperature ΔTj changes instantaneously. ) Can be avoided. In this case, since the threshold temperature Tset (A, n) is obtained by the equation (1), the threshold temperature Tset (A, n) is set to an appropriate value by suppressing occurrence of variations in the execution results up to n times. Can be set.
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変型又は拡張が可能である。
温度検出用素子はダイオード4に限らず、駆動回路ICの内部に配置可能なものであれば良い。
半導体スイッチング素子はパワーMOSFETに限ることなく、パワートランジスタやIGBT等であっても良い。
閾値温度Tset(A,n)は、(1)式によって求めるものに限らず、例えば、前回の結果Tset(A,n−1)に今回の偏差ΔTj(n)を加算若しくは減算するなどして求めても良い。
ステップS7,S8の何れか一方のみを実行しても良い。
負荷はDCモータ1に限ることなく、半導体スイッチング素子を介して通電することで駆動されるアクチュエータであればどのようなものでも良い。また、エンジンのスロットルやバルブを駆動するものに限ることはない。
The present invention is not limited to the embodiments described above or shown in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The temperature detecting element is not limited to the
The semiconductor switching element is not limited to a power MOSFET, and may be a power transistor, an IGBT, or the like.
The threshold temperature Tset (A, n) is not limited to that obtained by the equation (1). For example, the current deviation ΔTj (n) is added to or subtracted from the previous result Tset (A, n−1). You may ask.
Only one of steps S7 and S8 may be executed.
The load is not limited to the
図面中、1はDCモータ(アクチュエータ)、2はCPU(制御回路,制御手段)、3はDCモータ駆動IC(駆動回路IC)、4はダイオード(温度検出用素子)、6はDCモータ動作ガードロジック(制御手段)、6sは学習ロジック(温度偏差演算手段,閾値温度演算手段)を示す。 In the drawings, 1 is a DC motor (actuator), 2 is a CPU (control circuit, control means), 3 is a DC motor drive IC (drive circuit IC), 4 is a diode (temperature detection element), and 6 is a DC motor operation guard. Logic (control means), 6s indicates learning logic (temperature deviation calculation means, threshold temperature calculation means).
Claims (10)
複数の制御条件それぞれに従い、前記半導体スイッチング素子に制御信号を与えて前記アクチュエータを駆動する前後の状態について前記温度Tjの偏差ΔTjを求める温度偏差演算手段と、
前記偏差ΔTjに応じて前記アクチュエータの駆動の可否を判定するための閾値温度Tsetを前記制御条件毎に求め、それらを記憶手段に記憶する閾値温度演算手段と、
前記アクチュエータを駆動する前に測定された温度Tjと、対応する制御条件について求められた閾値温度Tsetとを比較し、
Tj>Tsetとなることが予測されると、条件Tj≦Tsetを満たすことが可能な制御条件で代替して前記アクチュエータを駆動する制御手段とを備えたことを特徴とする駆動回路ICの制御回路。 One or more semiconductor switching elements for driving the actuator are built in, a temperature measuring element is built in, and an output signal of the temperature measuring element is monitored to detect a junction temperature Tj ( Hereinafter, in a control circuit that controls a drive circuit IC configured to be able to estimate a temperature Tj),
In accordance with each of a plurality of control conditions, a temperature deviation calculating means for obtaining a deviation ΔTj of the temperature Tj with respect to a state before and after driving the actuator by giving a control signal to the semiconductor switching element;
A threshold temperature calculating means for obtaining a threshold temperature Tset for determining whether or not the actuator can be driven according to the deviation ΔTj for each of the control conditions, and storing them in a storage means;
Comparing the temperature Tj measured before driving the actuator with the threshold temperature Tset determined for the corresponding control condition;
When it is predicted that Tj> Tset, the control circuit of the drive circuit IC includes control means for driving the actuator in place of a control condition that can satisfy the condition Tj ≦ Tset .
Tset(A,n)=[Tset(A,n−1)+{Tjmax−ΔTj(A,n)}]/2
で求めることを特徴とする請求項4記載の駆動回路ICの制御回路。 The threshold temperature calculation means sets the control condition as A, sets the threshold temperature Tset to be obtained at the nth time as Tset (A, n), sets the temperature deviation obtained at the nth time as ΔTj (A, n), and sets the rated temperature as Assuming Tjmax, the threshold temperature Tset (A, n) is
Tset (A, n) = [Tset (A, n−1) + {Tjmax−ΔTj (A, n)}] / 2
5. The control circuit of the drive circuit IC according to claim 4, wherein
複数の制御条件それぞれに従い、前記半導体スイッチング素子に制御信号を与えて前記アクチュエータを駆動する前後の状態について前記温度Tjの偏差ΔTjを求め、
前記偏差ΔTjに応じて前記アクチュエータの駆動の可否を判定するための閾値温度Tsetを前記制御条件毎に求め、それらを記憶手段に記憶しておき、
前記アクチュエータを駆動する前に測定された温度Tjと、対応する制御条件について求められた閾値温度Tsetとを比較し、
Tj>Tsetとなることが予測されると、条件Tj≦Tsetを満たすことが可能な制御条件で代替して前記アクチュエータを駆動することを特徴とする駆動回路ICの制御方法。 One or more semiconductor switching elements for driving the actuator are built in, a temperature measuring element is built in, and an output signal of the temperature measuring element is monitored to detect a junction temperature Tj ( Hereinafter, in a method of controlling a drive circuit IC configured to be able to estimate a temperature Tj),
In accordance with each of a plurality of control conditions, a control signal is given to the semiconductor switching element to determine a deviation ΔTj of the temperature Tj with respect to a state before and after driving the actuator,
A threshold temperature Tset for determining whether or not the actuator can be driven according to the deviation ΔTj is obtained for each control condition, and stored in a storage unit.
Comparing the temperature Tj measured before driving the actuator with the threshold temperature Tset determined for the corresponding control condition;
When it is predicted that Tj> Tset, the control method for the drive circuit IC is characterized in that the actuator is driven instead of a control condition that can satisfy the condition Tj ≦ Tset.
Tset(A,n)=[Tset(A,n−1)+{Tjmax−ΔTj(A,n)}]/2
で求めることを特徴とする請求項9記載の駆動回路ICの制御方法。 Assuming that the control condition is A, the threshold temperature Tset obtained at the n-th time is Tset (A, n), the temperature deviation obtained at the n-th time is ΔTj (A, n), and the rated temperature is Tjmax, the threshold temperature Tset (A, n)
Tset (A, n) = [Tset (A, n−1) + {Tjmax−ΔTj (A, n)}] / 2
10. The method of controlling a drive circuit IC according to claim 9, wherein
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---|---|---|---|---|
JP2014121112A (en) * | 2012-12-13 | 2014-06-30 | Asmo Co Ltd | Voltage control circuit |
JP2015103168A (en) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 三菱電機株式会社 | Numerical control device |
JP2015119599A (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | 高周波熱錬株式会社 | Power conversion device and method |
JP2016214002A (en) * | 2015-05-12 | 2016-12-15 | 株式会社リコー | Motor controller, image forming device and motor control method |
DE102015009005B4 (en) | 2014-07-18 | 2021-10-07 | Fanuc Corporation | Numerical control device that performs repetitive machining |
-
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- 2011-02-04 JP JP2011022655A patent/JP2012165516A/en not_active Withdrawn
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