JP5540931B2 - 過熱保護装置および過熱保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のパワースイッチング素子が組み合わされて構成された負荷駆動制御装置用の過熱保護装置および過熱保護方法に関する。

例えばインバータ回路は、複数のパワースイッチング素子を組み合わされて構成されており、モータロック等の異常状態から素子の破壊を防ぐため過熱保護回路が構成されている。この過熱保護回路は、温度変化に応じて抵抗値が変化するサーミスタ等を用いたものや、ダイオードの温度特性を利用したものがある（例えば、特許文献１参照）。

例えば、複数のパワースイッチング素子近傍に複数のダイオードをそれぞれ設置し、各々に定電流を流して各感温ダイオードの検出温度に応じて過熱保護を図る構成を採用すると、各パワースイッチング素子の温度を検出するため、定電流回路が複数必要とされる。感温ダイオードの温度特性を利用するときには、パワースイッチング素子が複数存在すると実装上の制約などによって感温ダイオードとパワースイッチング素子との間の配線が長くなり、電波ノイズ等により出力電圧が変動してしまう。ノイズの影響を少なくするためフィルタなどを挿入すると部品追加による部品代のコストアップにつながる。ノイズの影響を少なくするため定電流を増やすと消費電流が増加してしまうという問題がある。

また、逆に、複数のパワースイッチング素子のうち代表した１のパワースイッチング素子の近傍に感温ダイオードを１つのみ設け、当該感温ダイオードの検出温度に応じて過熱保護を図る構成を採用したときには、複数のパワースイッチング素子の温度を正確に検出することができず、過熱保護温度の精度が低下してしまう。

特開２０００−３２４８９３号公報 特開２００２−１０１６４２号公報

本発明の目的は、定電流回路の数を少なくして回路規模と回路の消費電流を極力抑制しながらノイズに対する耐量を向上し、精度良く温度検出でき、パワースイッチング素子を過熱から保護できるようにした過熱保護装置および過熱保護方法を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、複数の温度検出素子が負荷駆動制御装置を構成する複数のパワースイッチング素子に対応してそれぞれ構成されているが、１の定電流回路はこれらの複数の温度検出素子の全てに通電可能となる。スイッチング手段は、温度検出回路が温度検出素子によりパワースイッチング素子の温度を検出するときに当該パワースイッチング素子に対応した温度検出素子に通電を切り替えることで、温度検出回路は複数の温度検出素子により当該複数の温度検出素子にそれぞれ対応した複数のパワースイッチング素子の温度を検出できるようになり当該パワースイッチング素子を過熱から保護できる。これにより、温度検出素子に精度良く定電流を流すことができ、定電流回路の数を少なくして回路規模と回路の消費電流を極力抑制しながらノイズに対する耐量を向上し、精度良く温度検出でき、パワースイッチング素子を過熱から保護できる。
しかも、定電流回路はパワースイッチング素子が通電オフするタイミング前または／およびタイミング後の第１所定期間に当該パワースイッチング素子に対応した温度検出素子にオン通電し、温度検出回路は、第１所定期間内に温度検出素子によって温度を検出するため、所望のタイミングでスイッチング素子の温度を検出でき、精度良く過熱判定することができ、過熱保護の信頼性を向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、上アーム側および下アーム側のスイッチング素子がブリッジ接続されており、複数の温度検出素子は、上アーム側または下アーム側の一方側のスイッチング素子のみに対応して構成されているため、温度検出の必要なスイッチング素子に対応して温度検出素子を設けることができる。

請求項３記載の発明によれば、温度検出回路は、温度検出素子にオン通電されてから第２所定期間後にスイッチング素子の温度を検出するため、精度良く温度を検出できる。
請求項４記載の発明によれば、上アーム側のスイッチング素子をＰＷＭ駆動制御する場合に、ＰＷＭ駆動制御する期間中またはその後に温度を検出し、温度検出結果に基いてスイッチング素子を過熱から保護するため、特にスイッチング損失が大きいＰＷＭ駆動制御時においてスイッチング素子を保護することができ過熱保護の信頼性を向上させることができる。

請求項５記載の発明によれば、負荷駆動制御装置が、スイッチング素子が組み合わされたＨブリッジ回路によりＤＣモータを駆動する場合に、制御回路は、ＤＣモータを正転駆動するときに用いるＨブリッジ回路のスイッチング素子の温度検出結果が異常であるか、ＤＣモータを逆転駆動するときに用いるＨブリッジ回路のスイッチング素子の温度検出結果が異常であるかを判別し、異常と判定された駆動方向を強制的に停止制御することでスイッチング素子を過熱から保護し、異常と判定されない駆動方向のみ正常に駆動するように制御するため、正常に駆動制御可能な方向のみＤＣモータの駆動を継続することができる。

請求項６記載の発明によれば、複数のパワースイッチング素子が複数の負荷にそれぞれ対応して構成されている場合にも、複数の温度検出素子がそれぞれ複数のパワースイッチング素子に対応して構成されているため、前述の発明と同様の作用効果を奏する。

本発明の第１実施形態の電気的構成を概略的に示すブロック図 温度検出部の回路を概略的に示す回路構成図 １２０°通電時の要部の信号を示すタイミングチャート（温度検出素子の通電状態を概略的に表すタイミングチャート（その１）） 本発明の第２実施形態について温度検出素子の通電状態を示すタイミングチャート（その２） 温度検出素子の通電状態を示すタイミングチャート（その３） 温度検出素子の通電状態を示すタイミングチャート（その４） 本発明の第３実施形態について示す図３相当図 本発明の第４実施形態について示す図１相当図 図４相当図 本発明の第５実施形態について示す図１相当図 図４相当図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。図１は、三相ブラシレスモータを駆動制御する場合の三相全波駆動制御装置の電気的構成をブロック図により示している。この駆動制御装置１は、スイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ、２ｕｄ、２ｖｄ、２ｗｄ）を含むインバータ回路、ゲート駆動回路３（３ｕ、３ｖ）、温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）、温度検出部５、通電制御回路６、信号処理回路７、位置検出回路８、位置検出センサ９を図示接続して構成されており、負荷としてのブラシレスモータ１０を駆動制御する。

インバータ回路は、上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ、下アーム側のスイッチング素子２ｕｄ、２ｖｄ、２ｗｄを三相ブリッジ接続して構成されている。上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕは例えばＰチャネル型のＭＯＳトランジスタにより構成されており、下アーム側のスイッチング素子２ｕｄ、２ｖｄ、２ｗｄは例えばＮチャネル型のＭＯＳトランジスタにより構成されている。

各スイッチング素子２にはフリーホイールダイオードＤ（Ｄｕｕ、Ｄｖｕ、Ｄｗｕ、Ｄｕｄ、Ｄｖｄ、Ｄｗｄ）がそれぞれ逆方向並列に接続して構成されている。信号処理回路７は、外部からの入力指令値に応じて通電制御回路６に指令する。位置検出回路８はセンサ９によりブラシレスモータ１０のロータの位置を検出する。

通電制御回路６は、当該入力指令値と位置検出回路８の位置検出信号に応じてゲート駆動回路３（３ｕ、３ｖ）に制御信号を出力する。ゲート駆動回路３（３ｕ、３ｖ）は、通電制御回路６から与えられる制御信号に応じたゲート駆動信号を各スイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ、２ｕｄ、２ｖｄ、２ｗｄ）に与える。スイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ、２ｕｄ、２ｖｄ、２ｗｄ）によるインバータ回路には直流電源１１が与えられており、ゲート駆動回路３（３ｕ、３ｖ）からの駆動信号に応じてブラシレスモータ１０を駆動する。

モータ１０の回転中には当該モータ１０の環境温度が上昇する。また、モータ１０がロックしたり負荷トルクが上昇したりモータ１０の端子間の短絡などが生じると、スイッチング素子２が発熱する。スイッチング素子２が耐熱温度を超えてしまうと素子が劣化したり破壊する虞があるため、耐熱温度を超える前に強制的に停止制御する必要がある。そこで、通電制御回路６は、温度検出部５および温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）を接続して構成されており、温度検出部５によるスイッチング素子２の温度検出結果が過熱基準温度を超えた場合にスイッチング素子２の駆動を強制停止制御する。

温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）は、各相に対応した上アーム側のスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）の近傍に位置してそれぞれ同一チップ内に内蔵されている。これらの温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）は、温度変化に応じて出力電圧が顕著に変化する感温ダイオードにより構成されている。これらの温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）は温度検出部５に接続されている。

図２は、温度検出部の電気的構成を概略的に示している。温度検出部５は、１つの定電流回路５ａ、温度検出回路（温度判定回路）５ｂ、および、スイッチング手段としての複数の制御端子付スイッチ５ｃ（５ｃｕ、５ｃｖ、５ｃｗ）を接続して構成されている。制御端子付スイッチ５ｃは、通電制御回路６から制御信号を入力すると、当該制御信号に応じてオンオフする。

電源とグランドとの間において、定電流回路５ａがスイッチ５ｃｕを介して温度検出素子４ｕに直列接続されている。また、この定電流回路５ａはスイッチ５ｃｖを介して温度検出素子４ｖに直列接続されており、さらに、スイッチ５ｃｗを介在して温度検出素子４ｗに直列接続されている。これらのスイッチ５ｃｕおよび温度検出素子４ｕと、スイッチ５ｃｖおよび温度検出素子４ｖと、スイッチ５ｃｗおよび温度検出素子４ｗとは互いに並列接続されており、これらの回路には一つの定電流回路５ａから定電流が供給可能になっている。温度検出回路５ｂは、例えばコンパレータにより構成されており、過熱基準温度に対応した基準電圧Ｖｒｅｆを基準入力端子に入力して比較対象としている。

各相に対応したスイッチ５ｃｕ、５ｃｖ、５ｃｗは、温度検出回路５ｂが各相のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕの温度を検出するときには、通電制御回路６の制御信号に応じて対応したスイッチ５ｃｕ、５ｃｖ、５ｃｗのみがオンし、その他のスイッチがオフされる。すなわち、ある時間においては、スイッチ５ｃｕ、５ｃｖ、５ｃｗのいずれか１つのスイッチのみがオンする。

温度検出回路５ｂは、基準電圧Ｖｒｅｆと温度検出素子４ｕ、４ｖ、４ｗの何れかの検出電圧とを比較し、対応するスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕの温度が過熱基準温度以上となったか否かを検出し、過熱基準温度以上となったときに通常出力とは異なる異常出力を行う。通電制御回路６は、異常出力を受け付けると、全てのスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ、２ｕｄ、２ｖｄ、２ｗｄ）の制御端子（ゲート）に駆動停止信号（例えば全て０Ｖ）を与えることでスイッチング素子２によるモータ１０の駆動を停止させる。なお、ゲート駆動回路３、温度検出部５、通電制御回路６、信号処理回路７が制御ＩＣ（Ａ１）により一体化されており当該制御ＩＣと温度検出素子４とは別チップで構成されている。なお、過熱保護装置Ｚは、温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）、温度検出部５、通電制御回路６を接続して構成されている。

上記構成における温度検出タイミングについて説明する。
図３は、通電パターンと温度検出タイミングの関係を示している。この図３に示すように、１２０度通電方式を適用したときには、下記６つの通電パターンが連続的に変化する。（通電パターン（１）：Ｕ＋→Ｖ−）→（通電パターン（２）：Ｕ＋→Ｗ−）→（通電パターン（３）：Ｖ＋→Ｗ−）→（通電パターン（４）：Ｖ＋→Ｕ−）→（通電パターン（５）：Ｗ＋→Ｕ−）→（通電パターン（６）：Ｗ＋→Ｖ−）。

本実施形態では、図３に示すように、通電制御回路６は、通電パターン（１）（２）の範囲ではスイッチ５ｃｕをオン制御すると共にスイッチ５ｃｖ、５ｃｗをオフ制御することで、Ｕ相の温度検出素子４ｕのみに定電流を通電させる。また、通電制御回路６は、通電パターン（３）（４）の範囲ではスイッチ５ｃｖをオン制御すると共にスイッチ５ｃｕ、５ｃｗをオフ制御することで、Ｖ相の温度検出素子４ｖのみに定電流を通電させる。また、通電制御回路６は、通電パターン（５）（６）の範囲ではスイッチ５ｃｗをオン制御すると共にスイッチ５ｃｕ、５ｃｖをオフ制御することで、Ｗ相の温度検出素子４ｗのみに定電流を通電させる。

これらの温度検出素子４ｕ、４ｖ、４ｗの通電オンオフタイミングは、各相の上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕの通電オンオフタイミングに同期するように設定されており、温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）の通電期間は、スイッチング素子２ｕ（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）のオン期間と同一期間に設定されている。

すると、通電パターン（１）（２）の範囲では、Ｕ相上アーム側のスイッチング素子２ｕｕの温度が検出され、温度検出回路５ｂが温度検出素子４ｕによる検出温度に応じた出力電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較することでスイッチング素子２ｕｕの温度が過熱基準温度以上であるか否かを判定できる。同様に、通電パターン（３）（４）の範囲では、Ｖ相上アーム側のスイッチング素子２ｖｕの温度が検出され、温度検出回路５ｂが温度検出素子４ｖによる検出温度に応じた出力電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較することでスイッチング素子２ｖｕの温度が過熱基準温度以上であるか否かを判定できる。さらに同様に、通電パターン（５）（６）の範囲では、Ｗ相上アーム側のスイッチング素子２ｗｕの温度が検出され、温度検出回路５ｂが温度検出素子４ｗによる検出温度に応じた出力電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較することでスイッチング素子２ｗｕの温度が過熱基準温度以上であるか否かを判定できる。

一般に、各温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）の通電電流は、当該素子（ダイオード）の発熱を避けるため、また、制御回路側の消費電流を抑えるために出来る限り小さい電流値とすることが望ましいが、温度検出部５および温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）間の配線に重畳するノイズを抑制するため、電流をある程度大きくする（例えば数ｍＡ）と良い。また、温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）は通電電流値により出力電圧が変化するため、精度良く温度を検出するためには、定電流回路５ａは精度良く一定電流を供給することが望まれる。

仮に、定電流回路５ａや検出回路５ｂが各相に対応してそれぞれ複数設けられていると、高精度の定電流回路５ａを複数構成しなければならず、回路規模や消費電流が大きくなってしまうと共に、温度検出誤差を生じてしまう原因となる。また回路規模が大きくなると消費電力が増加し発熱量が増加してしまうという問題を生じる。逆に、３相のうち１相のみに対応して１つの定電流回路５ａ、１つの温度検出素子を設けて温度検出すると、各素子の温度差により精度良く温度検出することが困難となる。

本実施形態では、定電流回路５ａが１つの定電流源により構成されており当該１つの定電流源から各温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）の全てにそれぞれ通電可能に構成されているため、当該温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に精度良く同じ定電流を流すことができる。

このとき、通電制御回路６がスイッチ５ｃ（５ｃｕ、５ｃｖ、５ｃｗ）のいずれか１つをオンとすることで温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）の何れかに通電されるようになる。温度検出回路５ｂは、通電された温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）によりスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）の温度に応じた電圧信号を検出し、スイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）の温度に応じた電圧信号と過熱基準温度に応じた基準電圧Ｖｒｅｆとを比較することで、スイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）が過熱基準温度以上であるか否かを判定することができ、スイッチング素子２（２ｕｕ、２ｕｄ、２ｖｕ、２ｖｄ、２ｗｕ、２ｗｄ）を過熱から保護できる。これにより、定電流回路５の数を少なくして回路規模、消費電流を極力抑制しながら精度良く温度検出でき、ノイズに対する耐量を向上してスイッチング素子２を過熱から保護できる。

（第２実施形態）
図４ないし図６は、本発明の第２実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、スイッチング素子に通電オフするタイミング前または／およびタイミング後の第１所定期間に当該スイッチング素子に対応した温度検出素子にオン通電し、温度検出回路は、第１所定期間内に温度検出素子によって温度を検出するところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。

図４ないし図６は、図３に代わるタイミングチャートを示している。前述実施形態では、上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕがオンする期間と同一期間に温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に通電して温度を検出する実施形態を示しているが、本実施形態の例えば図４では、各スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕがオフするタイミングを跨いで温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に通電してスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕの温度を検出するようにしている。また、上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕのオンタイミングよりもそれぞれ所定時間遅延して温度検出素子４ｕ、４ｖ、４ｗに通電開始し、当該スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕのオフタイミングよりもそれぞれ所定時間遅延して温度検出素子４ｕ、４ｖ、４ｗに通電終了している。このようにして、各相に対応した温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に通電して温度を検出するようにしている。なお、温度検出素子４の通電時間は、スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕのオン期間とほぼ同一長さに設定されている。

また、本実施形態の例えば図５では、上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕがそれぞれ通電オフするタイミングから開始して所定期間の間、各相に対応した温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に通電して温度を検出するようにしている。なお、温度検出素子４の通電期間は、各スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕのオフ期間の数分の１（例えば５分の１）の期間に設定されており、スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕの温度を確実に検出できる程度に検出時間が確保されている。

また、本実施形態の例えば図６では、上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕがそれぞれ通電オンするタイミングから温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に通電して温度検出を開始しているが、その後、スイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）がオフするタイミングを跨いだその後の所定期間の間、各相に対応した温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に通電して温度を検出するようにしている。なお、温度検出素子４の通電期間は、スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕのオン期間よりも長い期間に設定されており、互いにオーバーラップするように設定されている。

温度検出回路５ｂは３相の３つの温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に対応して１つしか構成されていないため、このオーバーラップ期間中は温度を検出しない方法を採用すると良いが、図６に示すような形態で温度検出期間を切替えると、温度検出素子４の寄生容量（ダイオードの寄生容量）やフィルタなどを設けた場合の時定数による電圧のなまりを回避することができ、より精度良く温度を検出できるようになる。

本実施形態の図４ないし図６に示すように、温度検出素子４の通電期間（温度検出期間）が各相に対応したスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕのオン期間と同一期間に設定されていない理由は以下による。

スイッチング素子２は、その温度が通電オンするタイミングから通電オフするタイミングにかけて徐々に上昇し、通電オフすると徐々に低くなる。したがって、スイッチング素子２の温度は通電オフするタイミングで最も高くなる。スイッチング素子２を過熱から保護するためには、各スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕが最高温度となる通電オフタイミングの前および／またはタイミング後に温度検出し、この温度検出結果に基いて過熱から保護する方法を採用すると、最高温度付近の温度に基いて過熱保護することができ、精度良く過熱判定することができる。これにより、過熱保護の信頼性を向上させることができる。このため、本実施形態に示すように、温度検出素子４の通電期間（温度検出期間）が各スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕのオン期間からずらして設定されていると良い。

また、温度検出素子４は、オン通電した直後においては、電圧が所定の時定数に応じた電圧なまりを生じてしまう可能性があるため、温度検出回路５ｂは、温度検出素子４にオン通電されてから所定期間（第２所定期間相当）後に電圧を検出すると良く、この場合、温度検出回路５ｂは精度良く温度を検出することができる。

本実施形態によれば、スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕに通電オフするタイミング前または／およびタイミング後の所定期間において当該スイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕのそれぞれに対応した温度検出素子４ｕ、４ｖ、４ｗにオン通電し、温度検出回路５ｂは、所定期間内に温度検出素子４ｕ、４ｖ、４ｗにより温度を検出しているため、所望のタイミングでスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）の温度を検出でき、精度良く過熱判定することができ、過熱保護の信頼性を向上させることができる。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、上アーム側のスイッチング素子をＰＷＭ駆動制御しているところにある。また、温度検出素子の温度検出期間をＰＷＭ制御期間中またはその後とし、温度検出結果に基いてスイッチング素子を過熱から保護しているところにある。

この図７に示す例は、通電制御回路６がゲート駆動回路３ｕを介して所望の駆動周波数およびデューティ比において上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕの制御端子（ゲート）にＰＷＭ駆動信号を印加することで、上アーム側のスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕをＰＷＭ駆動制御している。図７に示すように、通電制御回路６がゲート駆動回路３ｕによるＰＷＭ駆動信号に応じてスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）を駆動制御する期間をＰＷＭ制御期間と称する。

通電制御回路６は、温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）が対応したスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）のそれぞれのＰＷＭ制御期間中に通電するように、各相に対応するスイッチ５ｃ（５ｃｕ、５ｃｖ、５ｃｗ）を切替え、温度検出回路５ｂは、この温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）の通電期間において、各相に対応したスイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕの温度に応じた電圧信号を検出し基準電圧Ｖｒｅｆと比較することで過熱基準温度以上であるか否かを判定する。

本実施形態においては、温度検出回路５ｂは、ＰＷＭ制御期間に同期して当該ＰＷＭ制御期間と同一期間に温度検出し、通電制御回路６はこの温度検出結果に基いて過熱保護するため、特にスイッチング損失が大きくなるスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）の温度に基いて過熱判定することができ、過熱保護の信頼性を向上できる。

（第４実施形態）
図８および図９は、本発明の第４実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、負荷を駆動するＨブリッジ回路に適用したところにある。前述実施形態とほぼ同様の機能を有する部分については同一符号または類似符号を付して必要に応じて説明を省略し、以下、異なる部分を中心に説明する。

図８は、Ｈブリッジ回路によりＤＣモータを駆動する場合の構成例を示している。この図８に示すように、スイッチング素子２ＨＬ、２ＬＬ、２ＨＲ、２ＬＲは、Ｈブリッジ回路１２を構成してＤＣモータ１３を駆動する。フリーホイールダイオードＤＨＬ、ＤＬＬ、ＤＨＲ、ＤＬＲがスイッチング素子２ＨＬ、２ＬＬ、２ＨＲ、２ＬＲにそれぞれ対応して構成されている。

スイッチング素子２ＨＬの近傍には温度検出素子４ＨＬが構成されており、スイッチング素子２ＨＲの近傍には温度検出素子４ＨＲが構成されている。これらの温度検出素子４ＨＬ、４ＨＲは、前述実施形態の温度検出素子４ｕ、４ｖ、４ｗに代えて構成されるものであり、１つの定電流回路５ａから図示しないスイッチを介して接続されており、所定期間中に通電可能に構成されている。これらの温度検出素子４ＨＬ、４ＨＲは、それぞれスイッチング素子２ＨＬ、２ＨＲの温度を検出する。

図９は、タイミングチャートを示している。この図９に示すように、通常駆動時において、モータ１３を正転させるときには、通電制御回路６は、スイッチング素子２ＨＬおよび２ＬＲをオンすると共に、スイッチング素子２ＨＲおよび２ＬＬを共にオフするように制御することで、モータ１３に正電圧を印加する。逆に、モータ１３を逆転させるときには、通電制御回路６は、スイッチング素子２ＨＲおよび２ＬＬを共にオンすると共に、スイッチング素子２ＨＬおよび２ＬＲを共にオフするように制御することで、モータ１３に負電圧を印加する。

温度検出素子４ＨＬには、スイッチング素子２ＨＬがオンする期間中またはその後（すなわち、ほぼ正転期間中またはその後）に通電され、温度検出回路５ｂが当該温度検出素子４ＨＬによりスイッチング素子２ＨＬの温度を検出する。また、温度検出素子４ＨＲには、スイッチング素子２ＨＲがオンする期間中またはその後（すなわち、逆転期間中またはその後）に通電され、温度検出回路５ｂが当該温度検出素子４ＨＲによりスイッチング素子２ＨＲの温度を検出する。すると、前述実施形態と同様な作用を生じ、過熱判定されたときには、全てのスイッチング素子２（２ＨＬ、２ＬＬ、２ＨＲ、２ＬＲ）の制御端子（ゲート）にオフ駆動信号を印加することでスイッチング素子２（２ＨＬ、２ＨＲ、２ＬＬ、２ＬＲ）を過熱から保護できる。

尚、前述実施形態と同様に、スイッチング素子２（２ＨＬ、２ＨＲ、２ＬＬ、２ＬＲ）の素子をＰＷＭ制御するときには、ＰＷＭ制御を行う素子の近傍に温度検出素子を配設すると良い。

また、温度検出部５は過熱基準温度以上となったか否かを検出し、過熱基準温度以上となったときに通常出力とは異なる異常出力を行うが、この場合、通電制御回路６は、この異常出力が正転駆動時に用いられるスイッチング素子２ＨＬ、２ＬＲの温度検出結果に基いてなされているか、逆転駆動時に用いられるスイッチング素子２ＨＲ、２ＬＬの温度検出結果に基いてなされているかを判別し、異常出力がなされた駆動方向の動作を強制的に停止制御し、他の駆動方向のみ正常に動作させるように制御する。なお、通電制御回路６の内部メモリ（図示せず）に異常方向、正常方向を記憶させれば、このような制御方法は容易に実現できる。

すなわち、通電制御回路６は、異常出力がスイッチング素子２ＨＬ、２ＬＲの温度検出結果に基いてなされていれば正転駆動を強制的に停止させ、スイッチング素子２ＨＲ、２ＬＬの温度検出結果に基いてなされていれば逆転駆動を強制的に停止させ、その他の駆動方向のみ有効に動作させるように制御する。これにより、正常に駆動制御可能な方向のみモータ１３の駆動を継続させることができる。

本実施形態によれば、Ｈブリッジ回路１２がモータ１３を駆動するように構成されており、スイッチング素子２ＨＬ、２ＨＲにそれぞれ対応して温度検出素子４ＨＬ、４ＨＲが構成され、温度検出部５が、正転駆動時および逆転駆動時にそれぞれ対応した温度検出素子４ＨＬ、４ＨＲに通電を切り替えて温度を検出するため、精度良く過熱判定することができ、前述実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。

また、通電制御回路６は、正転駆動時に用いられるスイッチング素子２ＨＬ、２ＬＲの温度検出結果に基いて温度検出部５から異常出力がなされているか、逆転駆動時に用いられるスイッチング素子２ＨＲ、２ＬＬの温度検出結果に基いて温度検出部５から異常出力がなされているかを判別し、異常出力がなされた駆動方向の動作を強制的に停止制御し、他の駆動方向のみ正常に動作させるように制御しているため、正常に駆動制御可能な方向のみモータ１３の駆動を継続させることができる。

（第５実施形態）
図１０および図１１は、本発明の第５実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、複数の負荷を駆動する場合に適用したところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号または類似符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。

図１０は、複数の負荷を駆動する場合の回路例を示している。
この図１０に示すように、直流電源１１の供給端子には、スイッチング素子２に代わるスイッチング素子ＧＬ１、および、逆方向のダイオードＤＬ１が直列接続されている。また、この回路と並列に、スイッチング素子２に代わるスイッチング素子ＧＬ２、および、逆方向のダイオードＤＬ２が直列接続されている。スイッチング素子ＧＬ１およびダイオードＤＬ１の共通接続点とグランドとの間には負荷ＬＤ１が接続されており、スイッチング素子ＧＬ２およびダイオードＤＬ２の共通接続点とグランドとの間には負荷ＬＤ２が接続されている。複数の負荷ＬＤ１、ＬＤ２は、例えば、ソレノイド、ランプ、ＤＣモータなどを適用できる。なお、負荷は３つ以上の場合でも同様に適用できる。

複数の負荷ＬＤ１、ＬＤ２に同時に駆動するときには、各スイッチング素子ＧＬ１、ＧＬ２の制御端子（ゲート）に印加する駆動制御信号に同期して各負荷ＬＤ１、ＬＤ２に対応して構成された温度検出素子４（４Ｌ１、４Ｌ２）に通電し、温度検出部５により温度検出すると良い。複数の負荷ＬＤ１、ＬＤ２に同時に通電するときには、必要に応じて対応するスイッチング素子ＧＬ１、ＧＬ２に切り替えて検出すると良い。

本実施形態によれば、複数のスイッチング素子ＧＬ１、ＧＬ２が複数の負荷ＬＤ１、ＬＤ２にそれぞれ対応して構成されている場合にも、複数の温度検出素子４Ｌ１、４Ｌ２が複数のスイッチング素子ＧＬ１、ＧＬ２の近傍に配設されているため、前述実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
パワースイッチング素子２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕをＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ、パワースイッチング素子２ｕｄ、２ｖｄ、２ｗｄをＮチャネル型のＭＯＳトランジスタにより構成した実施形態を示したが、これらはパワートランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など、通電すると発熱する他の素子を適用しても良い。

それぞれの温度検出素子４ｕ、４ｖ、４ｗをダイオード各１個により構成した実施形態を示したが、このそれぞれ１個のダイオードに代えて、複数個のダイオードを直列に接続した直列回路を適用したり、サーミスタ、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、抵抗値に温度依存性を有する抵抗など、温度依存性を有する他の素子を適用しても良い。温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）を各相で対応するスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）と同一チップ内に構成した実施形態を示したが、同一チップ内ではなくスイッチング素子２のチップ外部の近傍に配置されていても良い。

第１および第２実施形態では、温度検出素子４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）が、上アーム側のスイッチング素子２（２ｕｕ、２ｖｕ、２ｗｕ）のみに対応して構成された実施形態を示したが、これに代えて、下アーム側のスイッチング素子２（２ｕｄ、２ｖｄ、２ｗｄ）のみに対応して構成されていても良い。第４実施形態では、温度検出素子４（４ＨＬ、４ＨＲ）が、上アーム側のスイッチング素子２（２ＨＬ、２ＨＲ）のみに対応して構成された実施形態を示したが、これに代えて、下アーム側のスイッチング素子２（２ＬＬ、２ＬＲ）のみに対応して構成されていても良い。

ゲート駆動回路３、温度検出部５、通電制御回路６、信号処理回路７が制御ＩＣにより一体化されており当該制御ＩＣと温度検出素子４とを別チップに構成した実施形態を示したが、制御ＩＣ内部に構成されたダイオードなどの温度検出素子４を用いて温度検出部５が温度を検出するようにしても良い。

温度検出回路５ｂはコンパレータにより構成され所定の閾値電圧Ｖｒｅｆと比較した結果に基いてスイッチング素子２が過熱基準温度以上であるか否かを判定する実施形態を示しているが、Ａ／Ｄコンバータなどで温度検出素子４の出力信号を取得して過熱基準温度以上であるか否かを判定するようにしても良い。

温度検出素子４への通電および切替えは、複数のスイッチング素子２の通電とは無関係にタイマを用いて所定時間毎に切り替えるようにしても良い。この場合、制御ＩＣの回路規模を極力抑制できる。センサ９により位置検出して駆動制御する実施形態を示したが、センサレスでも適用できる。

図面中、１は負荷駆動制御装置、２はスイッチング素子（パワースイッチング素子）、４（４ｕ、４ｖ、４ｗ）は温度検出素子、５は温度検出部、５ａは定電流回路、５ｂは温度検出回路、５ｃ（５ｃｕ、５ｃｖ、５ｃｗ）はスイッチ（スイッチング手段）、６は通電制御回路（制御回路）、１０はブラシレスモータ（負荷）、１３はＤＣモータ（負荷）、ＬＤ１、ＬＤ２は負荷、Ｚは過熱保護装置を示す。

Claims (8)

1. 複数のパワースイッチング素子を組み合わせて構成され当該パワースイッチング素子に駆動信号が印加されることに応じて負荷を駆動する負荷駆動制御装置について前記パワースイッチング素子の温度に応じて当該パワースイッチング素子を過熱から保護する過熱保護装置において、
   前記複数のパワースイッチング素子のうち２個以上のパワースイッチング素子に対応してそれぞれ構成された複数の温度検出素子と、
   前記複数の温度検出素子に電気的に接続された温度検出回路と、
   前記温度検出回路が温度を検出するときに前記複数の温度検出素子の全てに電流を通電可能な１の定電流回路と、
   前記温度検出回路が前記温度検出素子により前記パワースイッチング素子の温度を検出するときに当該パワースイッチング素子に対応した温度検出素子に通電を切り替えるスイッチング手段とを備え、
   前記温度検出回路の検出結果に基いて前記パワースイッチング素子を過熱から保護する制御回路とを備え、
   前記スイッチング手段は、前記パワースイッチング素子が通電オフするタイミング前または／およびタイミング後の第１所定期間に当該パワースイッチング素子に対応した温度検出素子にオン通電し、
   前記温度検出回路は、前記第１所定期間内に前記温度検出素子によって温度を検出することを特徴とする過熱保護装置。
2. 前記負荷駆動制御装置は、前記パワースイッチング素子としての上アーム側および下アーム側のスイッチング素子がブリッジ接続されて構成されたものを対象とし、
   前記複数の温度検出素子は、上アーム側または下アーム側の何れか一方側のスイッチング素子のみに対応して構成されていることを特徴とする請求項１記載の過熱保護装置。
3. 前記温度検出回路は、前記温度検出素子にオン通電されてから第２所定期間後にスイッチング素子の温度を検出することを特徴とする請求項１または２記載の過熱保護装置。
4. 前記負荷駆動制御装置は、前記パワースイッチング素子としての上アーム側および下アーム側のスイッチング素子がブリッジ接続されて構成され、前記上アーム側または前記下アーム側のスイッチング素子をＰＷＭ駆動制御する場合、
   前記複数の温度検出素子が、前記ＰＷＭ駆動制御するスイッチング素子に対応して構成され、
   前記温度検出回路は、前記ＰＷＭ駆動制御する期間中またはその後に前記スイッチング素子の温度を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の過熱保護装置。
5. 前記負荷駆動制御装置は、前記パワースイッチング素子としてスイッチング素子が組み合わされたＨブリッジ回路によりＤＣモータを駆動するように構成され、
   前記制御回路は、前記ＤＣモータを正転駆動するときに用いるＨブリッジ回路のスイッチング素子の温度検出結果が異常であるか、前記ＤＣモータを逆転駆動するときに用いるＨブリッジ回路のスイッチング素子の温度検出結果が異常であるかを判別し、前記異常と判定された駆動方向を強制的に停止制御することでスイッチング素子を過熱から保護し、前記異常と判定されない駆動方向のみ正常に駆動するように制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の過熱保護装置。
6. 前記負荷駆動制御装置が、前記負荷を複数駆動制御する場合、
   前記複数のパワースイッチング素子は前記複数の負荷にそれぞれ対応して構成され、前記複数の温度検出素子はそれぞれ前記複数のパワースイッチング素子に対応して構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の過熱保護装置。
7. 前記温度検出素子として、ダイオード、サーミスタ、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、抵抗値に温度依存性を有する抵抗など、温度依存性を有する素子を適用したことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の過熱保護装置。
8. 複数のパワースイッチング素子を組み合わせて構成され当該パワースイッチング素子に駆動信号が印加されることに応じて負荷を駆動する負荷駆動制御装置について前記パワースイッチング素子の温度に応じてパワースイッチング素子を過熱から保護する過熱保護方法において、
   複数のパワースイッチング素子のうち２個以上のパワースイッチング素子に対応してそれぞれ構成された複数の温度検出素子に対し、温度検出回路がパワースイッチング素子の温度を検出するときに当該パワースイッチング素子に対応した温度検出素子に１の定電流回路からスイッチング手段により切替えて通電するものであって、前記スイッチング手段は、前記パワースイッチング素子が通電オフするタイミング前または／およびタイミング後の第１所定期間に当該パワースイッチング素子に対応した温度検出素子にオン通電し、
   前記温度検出回路が前記第１所定期間内に前記温度検出素子によってパワースイッチング素子の温度を検出し、
   前記温度検出回路の検出結果に基いて前記パワースイッチング素子を過熱から保護することを特徴とする過熱保護方法。

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