JP6268140B2 - Electric motor drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電動モータ駆動回路に関し、特に、直流電源の電極を逆に接続されても負荷を保護するための負荷保護回路を備える電動モータ駆動回路に関する。 The present invention relates to an electric motor drive circuit, and more particularly to an electric motor drive circuit including a load protection circuit for protecting a load even when electrodes of a DC power supply are connected in reverse.
従来から、車両に搭載されるバッテリなどの直流電源の電極を逆に接続されても、負荷(たとえば、車載用電子機器等)を保護するための保護回路は知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a protection circuit for protecting a load (for example, an in-vehicle electronic device) is known even when an electrode of a DC power source such as a battery mounted on a vehicle is connected in reverse.
例えば、特許文献1は、バッテリの電極が逆接続された状態から電子機器を保護し、安価かつ小型に実現することを課題とした保護回路を開示する。この保護回路では、バッテリの負極が接続されるべき電子機器のグランド端子とこの電子機器のグランドラインとの間に、基板がグランドラインに接続されたn型MOS電界効果トランジスタが接続されている。また、この電子機器の電源端子とグランドラインとの間には抵抗が直列接続され、分圧された電圧がn型MOS電界効果トランジスタのゲートに印加される。これにより、バッテリが正しく接続された場合のみグランドラインとグランド端子とが電気的に接続され、逆に接続された場合は電気的に接続されないので、負荷回路は保護される。
For example,
また、特許文献2は、バッテリを逆接続することによって生じるIC内の接合部が順方向バイアスされること、及び基層に少数キャリアが流れラッチアップ現象や熱の発生などを防止することを課題として逆接続されたバッテリに対する保護回路を開示する。この保護回路は、バッテリと、負荷と、逆接続されたバッテリに対して負荷を保護するためのデバイスとからなる。このデバイスは、バッテリがバッテリと負荷とに直列に接続されたMOSFETと順接続されたとき、MOSFETを導通状態にバイアスする第1手段と、バッテリが逆接続されたときに、MOSFETのゲートをソースと短絡することでMOSFETを非導通状態にバイアスする第2手段とを有する。これにより、負荷回路は保護される。 Further, Patent Document 2 has a problem that a junction in an IC generated by reversely connecting a battery is forward-biased, and minority carriers flow to the base layer to prevent a latch-up phenomenon or heat generation. A protection circuit for a reverse connected battery is disclosed. The protection circuit includes a battery, a load, and a device for protecting the load against a reversely connected battery. The device includes a first means for biasing the MOSFET to a conductive state when the battery is in series with a MOSFET connected in series with the battery and a load, and sourcing the gate of the MOSFET when the battery is reverse connected. And a second means for biasing the MOSFET to a non-conducting state by short-circuiting. Thereby, the load circuit is protected.
また、特許文献3は、直流電源を逆極性で接続した場合に回路を保護するとともに、ノイズに強い構成を実現することを課題として電子機器の保護回路を開示する。この保護回路では、電源の逆接保護用にPチャンネルFETを設け、そのドレインを正極側の電源供給端子に接続するとともに、そのソースを電子機器の電源入力端子に接続し、FETのゲートを接地ラインに接続する。この保護回路では、電源の逆接続時においてPチャンネルFETをオフ状態とし、電子機器の回路と電源との間でグランドを共通化することで、逆接続した場合に電子機器の回路を保護する。
また、電動パワーステアリングなどを駆動する電動モータに対する電動モータ駆動回路においても、電動モータに電源を供給するバッテリを逆接続した場合に回路を保護するFETが設けられることも知られている。
Further, Patent Document 3 discloses a protection circuit for an electronic device in order to protect a circuit when a DC power source is connected with reverse polarity and to realize a configuration that is resistant to noise. In this protection circuit, a P-channel FET is provided to protect the reverse connection of the power supply, its drain is connected to the positive power supply terminal, its source is connected to the power input terminal of the electronic device, and the FET gate is connected to the ground line. Connect to. In this protection circuit, when the power supply is reversely connected, the P-channel FET is turned off, and the ground is shared between the circuit of the electronic device and the power supply, so that the circuit of the electronic device is protected when reversely connected.
It is also known that an electric motor drive circuit for an electric motor that drives an electric power steering or the like is provided with an FET that protects the circuit when a battery that supplies power to the electric motor is reversely connected.
たとえば、特許文献4は、小型化の実現と信頼性の確保とを図ることを課題として電動パワーステアリング装置を開示する。この電動パワーステアリング装置は、直流電源からモータ駆動部への通電経路に、この通電経路を導通/遮断する電源リレーを設ける。この電源リレーは、2つのMOSFETを直列接続するバックトゥバックに配置し、双方向の電流を遮断可能とする。MOSFETの近傍にサーミスタを配置し、MOSFETの近傍の温度を検出する。直流電源の電極を逆接続するとMOSFETの温度が上昇するので、その温度が予め設定した基準温度以上であるとき、直流電源が逆接続されたと判断する。 For example, Patent Document 4 discloses an electric power steering device with the object of realizing miniaturization and ensuring reliability. This electric power steering apparatus is provided with a power supply relay that conducts / cuts off the energization path in the energization path from the DC power source to the motor drive unit. This power supply relay is arranged in a back-to-back manner in which two MOSFETs are connected in series so that bidirectional current can be cut off. A thermistor is disposed in the vicinity of the MOSFET to detect the temperature in the vicinity of the MOSFET. When the electrodes of the DC power supply are reversely connected, the temperature of the MOSFET rises. Therefore, when the temperature is equal to or higher than a preset reference temperature, it is determined that the DC power supply is reversely connected.
また、バッテリの電極が逆極性で接続された時、電子機器を保護する保護回路の故障を検出するために、以下の技術が提案されている。 Further, the following techniques have been proposed in order to detect a failure of a protection circuit that protects an electronic device when battery electrodes are connected in reverse polarity.
たとえば、特許文献5は、逆接保護手段が故障しているか否かを診断することを課題としてモータ制御装置を開示する。このモータ制御装置は、バッテリとモータとの間を接続又は遮断するスイッチング素子及びバッテリが逆接続されたときに電流の逆流を防止する逆流防止素子を有する逆接保護手段と、逆接保護手段の故障を診断する故障診断手段を有している。故障診断手段は、逆接保護手段を接続する前の遮断電位差と、逆接保護手段を接続したときの接続電位差との差分を算出し、予め設定された閾値と比較して、差分が閾値以上のときは、逆接保護手段は故障していないと判断し、差分が閾値よりも小さいときは、逆接保護手段は故障していると判断する。 For example, Patent Document 5 discloses a motor control device with the object of diagnosing whether or not the reverse connection protection means has failed. This motor control device has a reverse connection protection means having a switching element for connecting or disconnecting between the battery and the motor and a reverse current prevention element for preventing a reverse current flow when the battery is reversely connected, and a failure of the reverse connection protection means. It has a failure diagnosis means for diagnosing. The failure diagnosis means calculates the difference between the cut-off potential difference before connecting the reverse connection protection means and the connection potential difference when the reverse connection protection means is connected, and when the difference is greater than or equal to a preset threshold value Determines that the reverse connection protection means has not failed, and determines that the reverse connection protection means has failed when the difference is smaller than the threshold value.
また、特許文献6は、逆接保護回路の故障診断精度を向上させることを課題として電動アクチュエータの駆動制御装置を開示する。この駆動制御装置は、電圧V1を供給する電源ラインとグラウンドとを接続する電路に、リレー回路、逆接保護回路、ブレーキアクチュエータを駆動する駆動回路を配設する。これらの回路は、寄生ダイオードをそれぞれ有するFETからなり、逆接保護回路の寄生ダイオードを他の回路のものと逆向きにする。また、逆接保護回路と駆動回路との間に位置する電路に、電圧V1よりも低い電圧V2を供給する。そして、駆動制御装置は、リレー回路、逆接保護回路及び駆動回路を適宜制御し、逆接保護回路のソース側の電圧に基づいて、逆接保護回路の故障を診断する。 Patent Document 6 discloses a drive control device for an electric actuator in order to improve the fault diagnosis accuracy of the reverse connection protection circuit. In this drive control device, a relay circuit, a reverse connection protection circuit, and a drive circuit that drives a brake actuator are disposed on an electric circuit that connects a power supply line that supplies the voltage V1 and the ground. These circuits are composed of FETs each having a parasitic diode, and the parasitic diodes of the reverse connection protection circuit are opposite to those of other circuits. In addition, a voltage V2 lower than the voltage V1 is supplied to an electric circuit located between the reverse connection protection circuit and the drive circuit. The drive control device appropriately controls the relay circuit, the reverse connection protection circuit, and the drive circuit, and diagnoses the failure of the reverse connection protection circuit based on the voltage on the source side of the reverse connection protection circuit.
しかし、特許文献5に開示された逆接保護の故障検出は、電流がダイオードを流れた時に生ずる電圧降下(電位差)の有無に基づいて検出するものであり、電圧降下で生ずる電位差は小さいため電位差を検出するために高精度の電圧計が必要となる。そもそも、この故障検出では、電流が流れないと故障を検出することができない。また、特許文献6に開示された故障検出は、電圧V2を発生させる電源回路が必要となり、コスト増となる。 However, the failure detection of reverse connection protection disclosed in Patent Document 5 is based on the presence or absence of a voltage drop (potential difference) that occurs when a current flows through a diode. Since the potential difference caused by the voltage drop is small, the potential difference is detected. A high-precision voltmeter is required for detection. In the first place, in this failure detection, a failure cannot be detected unless a current flows. Further, the failure detection disclosed in Patent Document 6 requires a power supply circuit for generating the voltage V2, which increases costs.
パワーステアリング制御装置において走行中にタイヤ等に加わった外力により、またパワースライドドア制御装置やパワーテールゲート制御装置において開閉中にドア等に加わった外力により、電動モータが回転することがある。このような電動モータを駆動する駆動回路においては、電動モータが外力により回転すると逆起電力が発生する。このような電動モータを駆動する制御装置においてもバッテリを逆接続した場合に回路を保護するFETが設けられる(特許文献4)。 The electric motor may rotate due to an external force applied to the tire or the like during traveling in the power steering control device, or due to an external force applied to the door or the like during opening / closing in the power slide door control device or the power tailgate control device. In such a drive circuit for driving an electric motor, a counter electromotive force is generated when the electric motor is rotated by an external force. Such a control device for driving an electric motor is also provided with an FET for protecting the circuit when the battery is reversely connected (Patent Document 4).
発明者らは、パワーステアリングなどを駆動するための駆動回路であって逆接続保護用のFETを備える駆動回路において、かかる逆接続保護用FETがオフ故障(スイッチがオンしないという故障であり、常に断線状態となる故障)した場合について鋭意研究を行った結果、以下のことを発見した。すなわち、発明者らは、逆接続保護用FETがオフ故障し、かつ駆動対象物に外力が加わり電動モータの駆動回路に逆起電力が発生した場合、逆接続保護用FETの両端に高電圧が検出されることを見出した。 The inventors of the present invention provide a drive circuit for driving a power steering or the like, and includes a reverse connection protection FET. The reverse connection protection FET is an off failure (a failure in which the switch does not turn on, and is always As a result of diligent research on the case of a failure that would result in a disconnection, the following was discovered. In other words, when the reverse connection protection FET is turned off and an external force is applied to the drive target and a back electromotive force is generated in the drive circuit of the electric motor, a high voltage is applied across the reverse connection protection FET. It was found to be detected.
そこで、本発明では、外力が加わり易い駆動対象物を駆動する電動モータの駆動回路において、故障検出のための付加的な電源や高精度な電圧計を必要とせずに、電動モータの駆動時/非駆動時にかかわらず逆接保護回路の故障検出を行う電動モータ駆動回路を提供する。 Therefore, in the present invention, in the drive circuit of the electric motor that drives the driven object to which an external force is easily applied, an additional power source for detecting a failure and a high-accuracy voltmeter are not required. Provided is an electric motor drive circuit that detects a failure of a reverse connection protection circuit regardless of non-drive time.
上記課題を解決するために、還流ダイオードを有する複数のスイッチング素子を備え、電動モータを駆動するブリッジ回路と、そのブリッジ回路をバッテリの負極に接続する負極接続端子と、ブリッジ回路とその負極接続端子との間に設けられた逆接保護用スイッチング素子と、ブリッジ回路側にアノードが接続され、負極接続端子側にカソードが接続され、逆接保護用スイッチング素子と並列接続された逆接保護用ダイオードと、その逆接保護用ダイオードの両端の電位差を検出する電位差検出部と、複数のスイッチング素子および逆接保護用スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、その制御部が、ブリッジ回路のすべてのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、逆接保護用スイッチング素子をオン制御している時に、電位差検出部が何らかの電位差を検出した場合、逆接保護用スイッチング素子が故障であると判定する故障判定部と、を備える電動モータ駆動回路が提供される。
これによれば、ブリッジ回路が駆動されておらず電流が流れていない時であっても、電動モータの逆起電力に基づいて逆接保護用スイッチング素子の故障検出を行う電動モータ駆動回路を提供できる。
In order to solve the above-mentioned problem, a bridge circuit that includes a plurality of switching elements having a freewheeling diode and drives an electric motor, a negative connection terminal that connects the bridge circuit to the negative electrode of the battery, a bridge circuit and a negative connection terminal thereof A reverse connection protection switching element provided between and an anode connected to the bridge circuit side, a cathode connected to the negative connection terminal side, and a reverse connection protection diode connected in parallel with the reverse connection protection switching element, A potential difference detection unit that detects a potential difference between both ends of the reverse connection protection diode, a control unit that controls ON / OFF of the plurality of switching elements and the reverse connection protection switching element, and the control unit controls OFF of all the switching elements of the bridge circuit. When the reverse connection protection switching element is on-controlled, If part detects any potential difference, an electric motor driving circuit comprising: a determining malfunction determining unit and the reverse connection protection switching elements is faulty, is provided.
According to this, even when the bridge circuit is not driven and no current flows, an electric motor drive circuit that detects a failure of the reverse connection protection switching element based on the counter electromotive force of the electric motor can be provided. .
上記課題を解決するために、還流ダイオードを有する複数のスイッチング素子を備え、電動モータを駆動するブリッジ回路と、そのブリッジ回路をバッテリの負極に接続する負極接続端子と、ブリッジ回路と負極接続端子との間に設けられた逆接保護用スイッチング素子と、ブリッジ回路側にアノードが接続され、負極接続端子側にカソードが接続され、逆接保護用スイッチング素子と並列接続された逆接保護用ダイオードと、逆接保護用ダイオードの両端の電位差を検出する電位差検出部と、複数のスイッチング素子および逆接保護用スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、その制御部が、ブリッジ回路の複数のスイッチング素子をオンオフ制御して電動モータを駆動している時であって、逆接保護用スイッチング素子をオン制御している時に、電位差検出部が逆接保護用ダイオードの電圧降下より大きい電位差を検出した場合、逆接保護用スイッチング素子が故障であると判定する故障判定部と、を備える電動モータ駆動回路が提供される。
これによれば、ブリッジ回路が駆動されており、逆接保護用ダイオードの電圧降下より大きい電位差を検出した場合にオフ故障と判断することで、高精度な電圧計を必要とせず、電動モータの逆起電力に基づいて逆接保護用スイッチング素子の故障検出を行う電動モータ駆動回路を提供できる。
In order to solve the above-described problem, a bridge circuit that includes a plurality of switching elements having a reflux diode and drives an electric motor, a negative connection terminal that connects the bridge circuit to the negative electrode of the battery, a bridge circuit and a negative connection terminal, A reverse connection protection switching element, an anode connected to the bridge circuit side, a cathode connected to the negative connection terminal side, a reverse connection protection diode connected in parallel with the reverse connection protection switching element, and reverse connection protection A potential difference detection unit that detects a potential difference between both ends of the diode, a control unit that controls on / off of the plurality of switching elements and the reverse connection protection switching element, and the control unit controls on / off of the plurality of switching elements of the bridge circuit. When the electric motor is being driven, the reverse connection protection switching element is turned on. When the potential difference detection unit detects a potential difference larger than the voltage drop of the reverse connection protection diode, a failure determination unit that determines that the reverse connection protection switching element is faulty is provided. The
According to this, when the bridge circuit is driven and a potential difference larger than the voltage drop of the reverse connection protection diode is detected, it is determined as an off-fault, so that a highly accurate voltmeter is not required and the reverse of the electric motor is performed. An electric motor drive circuit that detects a failure of the reverse connection protection switching element based on the electromotive force can be provided.
本発明によれば、外力が加わり易い駆動対象物を駆動する電動モータの駆動回路において、故障検出のための付加的な電源や高精度な電圧計を必要とせずに、電動モータの駆動時/非駆動時にかかわらず逆接保護回路の故障検出を行う電動モータ駆動回路を提供できる。 According to the present invention, in an electric motor drive circuit that drives an object to which a drive force is easily applied, an additional power source for failure detection and a highly accurate voltmeter are not required. It is possible to provide an electric motor drive circuit that detects a failure of the reverse connection protection circuit regardless of when it is not driven.
以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
<第一実施例>
図1を参照し、本実施例における電動モータ駆動回路100を説明する。電動モータ駆動回路100は、電動モータMを駆動するブリッジ回路10と、電動モータMの3相をそれぞれオンオフするモータスイッチング素子MFと、ブリッジ回路10をバッテリBATの負極/正極に接続する負極接続端子60/正極接続端子70と、と備える。電動モータMは、車両のステアリングに操舵補助力を付与するパワーステアリング装置、車両の側部や後部のドアを自動的に開閉するパワースライドドアやパワーテールゲートの動力源となる3相(U相、V相、W相)のブラシレスモータである。電動モータMは、ステアリングやドアを正逆両方向に駆動するため、その回転方向を正転と逆転とに切り替えられ、またPWM制御により回転速度を制御される。なお、本明細書における電動モータMは3相であるが、2相の電動モータであってもよい。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<First Example>
With reference to FIG. 1, the electric
モータスイッチング素子MFは、電界効果トランジスタ(FET)であり、電動モータMの各相をそれぞれオンオフする場合に使用される。負極接続端子60/正極接続端子70は、電動モータ駆動回路100と直流電源のバッテリBATとを電気的に接続/遮断するための端子である。バッテリBATを着脱する際には、電動モータ駆動回路100は、この端子により電気的に接続/遮断される。
The motor switching element MF is a field effect transistor (FET), and is used when each phase of the electric motor M is turned on and off. The negative
ブリッジ回路10は、還流ダイオード12を有する6つのスイッチSW1〜SW6から構成される。ブリッジ回路10は、正極接続端子70を経由してバッテリBATの正極側に接続され、負極接続端子60を経由してバッテリBATの負極側に接続(接地)される。ブリッジ回路10の各相回路は、正極接続端子70側に設けられる高電位側スイッチSW1〜SW3と、負極接続端子60側に設けられる低電位側スイッチSW4〜SW6と、を直列に有する。本実施例では、スイッチSW1〜SW6のスイッチング素子11は、FETが用いられる。各還流ダイオード12は、ソース側にアノードを、ドレイン側にカソードを接続され、ソースからドレインに順方向となるように接続されている。
The
高電位側スイッチSW1〜SW3は、ドレインが正極接続端子70に接続されている。また、高電位側スイッチSW1〜SW3のソースは、低電位側スイッチSW4〜SW6のドレインに接続されている。低電位側スイッチSW4〜SW6のソースは、負極接続端子60側に接続されている。スイッチSW1〜SW6のスイッチング素子11は、後述する制御部50からのPWM信号がゲートに入力され、ソース−ドレイン間がオン/オフされる。
The drains of the high potential side switches SW <b> 1 to SW <b> 3 are connected to the positive
電動モータ駆動回路100は、さらに、逆接保護用スイッチング素子20と、逆接保護用スイッチング素子20と並列接続された逆接保護用ダイオード30と、逆接保護用ダイオード30の両端の電位差を検出する電位差検出部40と、スイッチング素子11などのオンオフを制御する制御部50と、逆接保護用スイッチング素子20の故障を判定する故障判定部80と、を備える。本実施例では、逆接保護用スイッチング素子20は、FETが用いられる。逆接保護用スイッチング素子20は、ブリッジ回路10と負極接続端子60との間に設けられ、ソースはブリッジ回路10側に、ドレインは負極接続端子60側に接続されている。逆接保護用ダイオード30は、ブリッジ回路10側にアノードが、負極接続端子60側にカソードが接続され、逆接保護用スイッチング素子20と並列に接続されている。
The electric
バッテリBATが正接続されている場合、逆接保護用スイッチング素子20のソースはバッテリBATの正極側に、ドレインは負極側に接続され、ゲートへは常に逆接保護用スイッチング素子20がオンできる電圧が掛けられるように構成されている。一方、バッテリBATが逆接続された場合、逆接保護用スイッチング素子20のソースはバッテリBATの負極側に、ドレインは正極側に接続されるが、ゲートとソースを短絡させるなど、ゲートへは常に逆接保護用スイッチング素子20がオフとなるように構成されている。また、逆接保護用スイッチング素子20と並列接続された逆接保護用ダイオード30は、アノードがブリッジ回路10側に、カソードが負極接続端子60側に接続されているので、バッテリBATが逆接続された場合は逆バイアスとなるので電流が流れない。このような構成により、バッテリBATが逆接続されても、電動モータ駆動回路100に含まれる負荷が保護される。
When the battery BAT is positively connected, the source of the reverse connection
電位差検出部40は、逆接保護用ダイオード30のアノード側の電圧をV2、カソード側の電圧をV1として検出し、その両端の電位差を検出する。電圧V1は、バッテリBATが正接続された場合は、グランドレベルの電圧となる。本実施例では、電位差検出部40は、ADコンバータを内蔵したPICマイコン(Peripheral Interface Controller)であるが、同等の機能を有して電位差を検出できるものであればよい。
The potential
制御部50は、ブリッジ回路10の6つのスイッチング素子11(複数のスイッチング素子11)および逆接保護用スイッチング素子20のオンオフを制御する。制御部50は、ブリッジ回路10の6つのスイッチング素子11を所定の組み合わせで通電状態または遮断状態に切り替える(オンオフする)ことにより、電動モータMの回転方向(正転と逆転)と回転速度を制御する。たとえば、図2に示すように、SW1をオン、SW2をオフ、SW3をオフ、SW4をオフ、SW5をオン、SW6をオンとすると、電動モータMは正転する。逆に、SW1をオフ、SW2をオン、SW3をオン、SW4をオン、SW5をオフ、SW6をオフとすると、電動モータMは逆転する。
The
制御部50は、バッテリBATが正接続されている場合逆接保護用スイッチング素子20のゲートが常にオンとなり、バッテリBATが逆接続された場合ゲートがオフとなるように制御する。また、制御部50は、6つのスイッチング素子11をPWM制御(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)して、パワーステアリングの操舵補助力やパワースライドドアやパワーテールゲートなどの駆動速度を目標と一致させるように制御を行う。制御部50は、CPU(中央演算処理装置)、ドライバICやメモリ等を備えたマイクロコンピュータが用いられる。
The
故障判定部80は、ブリッジ回路10の6つのスイッチング素子11のスイッチング状態、逆接保護用スイッチング素子20のスイッチング状態、および電位差検出部40が検出する電位差に基づいて、逆接保護用スイッチング素子20の故障の有無を判定する。まず、図7および図8を参照して、従来技術の電動モータ駆動回路において、逆接保護用スイッチング素子にオフ故障が起きている場合を説明する。なお、オフ故障とは、スイッチがオンしないという故障であり、常に断線状態となる故障を意味する。
The
図7は、ブリッジ回路を駆動していない場合を示す。ブリッジ回路を駆動していない場合は、ブリッジ回路のすべてのスイッチング素子は、オフ状態である。そうすると、ブリッジ回路を含めて本図が示す回路には電流が流れない。この場合において、逆接保護回路の逆接保護用ダイオードの両端の電位差を検出しようとしても、検出することはできない(V1、V2:検出不可)。 FIG. 7 shows a case where the bridge circuit is not driven. When the bridge circuit is not driven, all the switching elements of the bridge circuit are in the off state. Then, no current flows through the circuit shown in the figure including the bridge circuit. In this case, even if an attempt is made to detect a potential difference between both ends of the reverse connection protection diode of the reverse connection protection circuit, it cannot be detected (V1, V2: not detectable).
図8は、ブリッジ回路を駆動している場合を示す。ブリッジ回路を駆動している場合は、本図が示す回路に電流が流れている。本図では、SW1をオン、SW2をオフ、SW3をオフ、SW4をオフ、SW5をオン、SW6をオンとなっている状態であり、一点鎖線で示すように電流が流れる。そうすると、その電流は、逆接保護回路にも流れようとする。逆接保護回路の逆接保護用スイッチング素子にはオフ故障が起きているので、その電流は、逆接保護用スイッチング素子には流れない。 FIG. 8 shows a case where the bridge circuit is driven. When the bridge circuit is driven, a current flows in the circuit shown in the figure. In this figure, SW1 is turned on, SW2 is turned off, SW3 is turned off, SW4 is turned off, SW5 is turned on, and SW6 is turned on, and a current flows as shown by a one-dot chain line. Then, the current tends to flow through the reverse connection protection circuit. Since an OFF fault has occurred in the reverse connection protection switching element of the reverse connection protection circuit, the current does not flow through the reverse connection protection switching element.
しかし、逆接保護回路の逆接保護用ダイオードには順方向にバイアスされるので、その電流は、逆接保護用ダイオードには流れる。その結果、逆接保護用ダイオードの両端の電圧V1およびV2は検出することができ、その電位差Vdは、Vd=V1−V2として検出することができる。しかし、この電位差Vdは、逆接保護用ダイオードの電圧降下分(Vf)の電圧であり、わずかな電圧降下なので、これを検出するためには高精度の電圧計が必要となる。 However, since the reverse connection protection diode of the reverse connection protection circuit is forward-biased, the current flows through the reverse connection protection diode. As a result, the voltages V1 and V2 across the reverse connection protection diode can be detected, and the potential difference Vd can be detected as Vd = V1−V2. However, this potential difference Vd is the voltage drop (Vf) of the reverse connection protection diode, and is a slight voltage drop. Therefore, a highly accurate voltmeter is required to detect this.
図2〜図6を参照して、故障判定部80が、逆接保護用スイッチング素子20のオフ故障の有無を判定する方法について説明する。図2は、逆接保護用スイッチング素子20にオフ故障が起きていない場合に、制御部50が、SW1をオン、SW2をオフ、SW3をオフ、SW4をオフ、SW5をオン、SW6をオン、逆接保護用スイッチング素子20をオンした状態を示す。なお、モータスイッチング素子MFは、本実施例では、すべてオン状態である。
With reference to FIG. 2 to FIG. 6, a method in which the
電動モータ駆動回路100においては、一点鎖線で示したように電流が流れる。すなわち、バッテリBATは正接続されているので、その電流は、正極接続端子70からブリッジ回路10、モータスイッチング素子MF、電動モータM、モータスイッチング素子MF、ブリッジ回路10、逆接保護用スイッチング素子20を経由して、負極接続端子60に至る。ブリッジ回路10の内部ではSW1、SW5、SW6がオンになっているので、電流は、SW1のスイッチング素子11、電動モータMのU相、電動モータMのV相およびW相、SW5およびSW6のスイッチング素子11を通る。この場合、電動モータMは正転している。電流は、逆接保護用スイッチング素子20を通るので、電位差検出部40が検出する逆接保護用ダイオード30の電位差Vdはほぼゼロに等しい(Vd=V1−V2≒0)。故障判定部80は、電位差検出部40が検出した逆接保護用ダイオード30の電位差Vdがほぼゼロに等しい場合(Vd=V1−V2≒0)、逆接保護用スイッチング素子20が導通しているものと判断してオフ故障していると判定しない。
In the electric
図3は、図2と同様の状態を示す。すなわち、図3は、逆接保護用スイッチング素子20にオフ故障が起きていない場合に、制御部50が、SW1をオン、SW2をオフ、SW3をオフ、SW4をオフ、SW5をオン、SW6をオン、逆接保護用スイッチング素子20をオンした状態を示す。図3は、この状態において、さらに、電動モータMに逆回転させる外力(点線の矢印)が加わった場合を示す。外力とは、たとえば、電動モータMがパワーテールゲートに用いられた場合、テールゲートの閉動作中にそれを阻止する力が加わったような場合である。また、外力とは、たとえば、電動モータMがパワーステアリングに用いられた場合、ステアリングを操舵中にタイヤが縁石に乗り上げたような場合である。
FIG. 3 shows a state similar to FIG. That is, FIG. 3 shows that the
この場合、電動モータMの各相には、Ve1+Ve2+Ve3=0の関係を有する起電力Ve1、Ve2、Ve3がそれぞれ発生する。そうすると、電動モータ駆動回路100においては、一点鎖線で示したように電流が流れる。すなわち、逆方向に起電力が生じたので、その起電力による電流は、負極接続端子60から逆接保護用スイッチング素子20、ブリッジ回路10、モータスイッチング素子MF、電動モータM、モータスイッチング素子MF、ブリッジ回路10を経由して、正極接続端子70に至る。
In this case, electromotive forces Ve1, Ve2, and Ve3 having a relationship of Ve1 + Ve2 + Ve3 = 0 are generated in each phase of the electric motor M, respectively. Then, in the electric
この場合、電流は、逆接保護用ダイオード30には逆バイアスとなり逆接保護用スイッチング素子20を通るので、電位差検出部40が検出する逆接保護用ダイオード30の電位差Vdはほぼゼロに等しい(Vd=V1−V2≒0)。故障判定部80は、起電力が生じた場合も、電位差検出部40が検出した逆接保護用ダイオード30の電位差Vdがほぼゼロに等しい場合(Vd=V1−V2≒0)、逆接保護用スイッチング素子20が導通しているものと判断してオフ故障していると判定しない。
In this case, the current is reverse-biased in the reverse
図4は、ブリッジ回路10を駆動していない場合であって、図3で示した電動モータMに逆回転させる外力(点線の矢印)が加わった場合を示す。起電力が生ずると、図3で示した電流が流れようとする。ブリッジ回路10を駆動していない場合は、ブリッジ回路10のすべてのスイッチSW1〜SW6のスイッチング素子11はオフ状態だから、その電流は、スイッチング素子11を流れない。しかし、スイッチSW1〜SW6の還流ダイオード12には順バイアスとなるので、還流ダイオード12を通って電流が流れる。本図では、SW1、SW5、SW6の還流ダイオード12を通って電流が流れることを示しているが、これに限定されず、他の還流ダイオード12も通る。
FIG. 4 shows a case where the
この場合、電流は、逆接保護用ダイオード30には逆バイアスとなり逆接保護用スイッチング素子20を通るので、電位差検出部40が検出する逆接保護用ダイオード30の電位差Vdはほぼゼロに等しい(Vd=V1−V2≒0)。故障判定部80は、起電力が生じた場合も、電位差検出部40が検出した逆接保護用ダイオード30の電位差Vdがほぼゼロに等しい場合(Vd=V1−V2≒0)、逆接保護用スイッチング素子20が導通しているものと判断してオフ故障していると判定しない。
In this case, the current is reverse-biased in the reverse
図5は、逆接保護用スイッチング素子20にオフ故障が起きている場合に、制御部50がブリッジ回路10を駆動しており、逆接保護用スイッチング素子20をオン制御した状態であり、電動モータMに逆回転させる外力が加わった場合を示す。なお、オン制御(オフ制御も同様)とは、オンの状態になるように制御信号出力をすることを言う。このオン制御の結果、実際には、逆接保護用スイッチング素子20の状況(正常・故障)に応じてオン状態になったり、オフ状態を維持したりする。この場合、図3で説明したように、電動モータMの各相には起電力Ve1、Ve2、Ve3がそれぞれ発生し、電動モータ駆動回路100においては、一点鎖線で示したように電流が流れようとする。しかし、一般的には、逆接保護用スイッチング素子20にオフ故障が起きており、また逆接保護用ダイオード30には逆バイアスとなるので電流は流れないとされる。
FIG. 5 shows a state where the
しかしながら、逆接保護用スイッチング素子20がオフ故障した状態で、逆起電力が発生した場合、逆接保護用ダイオード30の両端には、大きな電位差Vdが検出されることが見出された。すなわち、電位差検出部40は、逆接保護用スイッチング素子20がオフ故障していない状態では逆接保護用ダイオード30の電位差Vdはほぼゼロ(Vd=V1−V2≒0)を検出していたところ、オフ故障した場合大きな電位差Vd、すなわち逆接保護用ダイオード30の電圧降下分Vfより大きな電位差(Vd=V1−V2>>Vf)を検出する。発明者らが測定した電位差Vdは、バッテリBATの電圧(たとえば、12V)より少し小さい程度であり、逆接保護用ダイオード30の電圧降下分Vfよりかなり大きい電位差である。
However, it has been found that a large potential difference Vd is detected across the reverse
したがって、故障判定部80は、制御部50が、ブリッジ回路10の6つのスイッチング素子11をオンオフして電動モータMを駆動している時であって、逆接保護用スイッチング素子20をオンにしている時に、電位差検出部40が逆接保護用ダイオード30の電圧降下分Vfより大きい電位差を検出した場合、逆接保護用スイッチング素子20がオフ故障であると判定する。これによれば、ブリッジ回路が駆動されており、逆接保護用ダイオードの電圧降下より大きい電位差を検出した場合にオフ故障と判断することで、高精度な電圧計を必要とせず、電動モータの逆起電力に基づいて逆接保護用スイッチング素子の故障検出を行うことができる。
Therefore, the
図6は、逆接保護用スイッチング素子20にオフ故障が起きている場合に、制御部50がブリッジ回路10を駆動しておらず、逆接保護用スイッチング素子20をオン制御した状態であり、電動モータMに逆回転させる外力が加わった場合を示す。この場合、図4で説明したように、電動モータMの各相には起電力Ve1、Ve2、Ve3がそれぞれ発生し、電動モータ駆動回路100においては、一点鎖線で示したように還流ダイオード12を通って電流が流れようとする。しかし、一般的には、逆接保護用スイッチング素子20にオフ故障が起きており、また逆接保護用ダイオード30には逆バイアスとなるので電流は流れないとされる。
FIG. 6 shows a state where the
しかしながら、逆接保護用スイッチング素子20がオフ故障した状態で、逆起電力が発生した場合、逆接保護用ダイオード30の両端には、大きな電位差Vdが検出されることが見出された。すなわち、電位差検出部40は、逆接保護用スイッチング素子20がオフ故障していない状態では逆接保護用ダイオード30の電位差Vdはほぼゼロ(Vd=V1−V2≒0)を検出していたところ、オフ故障した場合であっても電位差Vd(Vd=|V1−V2|>0)を検出する。
However, it has been found that a large potential difference Vd is detected across the reverse
したがって、故障判定部80は、制御部50が、ブリッジ回路10のすべてのスイッチング素子11をオフにし、かつ、逆接保護用スイッチング素子20をオンにしている時に、電位差検出部40が何らかの電位差Vdを検出した場合、逆接保護用スイッチング素子20がオフ故障であると判定する。これによれば、ブリッジ回路が駆動されておらず電流が流れていない時であっても、電動モータMの逆起電力に基づいて逆接保護用スイッチング素子の故障検出を行うことができる。
Therefore, in the
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、適用例、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。 In addition, this invention is not limited to the illustrated Example, The implementation by the structure of the range which does not deviate from the content described in each item of a claim is possible. That is, although the present invention has been particularly illustrated and described with respect to particular embodiments, it should be understood that the present invention has been described in terms of quantity, quantity, and amount without departing from the scope and spirit of the present invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in application examples and other detailed configurations.
1 車両
M 電動モータ
MF モータスイッチング素子
BAT 電源
100 電動モータ駆動回路
10 ブリッジ回路
11 スイッチング素子
12 還流ダイオード
20 逆接保護用スイッチング素子
30 逆接保護用ダイオード
40 電位差検出部
50 制御部
60 負極接続端子
70 正極接続端子
80 故障判定部
SW1〜SW6 スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ブリッジ回路をバッテリの負極に接続する負極接続端子と、
前記ブリッジ回路と前記負極接続端子との間に設けられた逆接保護用スイッチング素子と、
前記ブリッジ回路側にアノードが接続され、前記負極接続端子側にカソードが接続され、前記逆接保護用スイッチング素子と並列接続された逆接保護用ダイオードと、
前記逆接保護用ダイオードの両端の電位差を検出する電位差検出部と、
前記複数のスイッチング素子および前記逆接保護用スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、
前記制御部が、前記ブリッジ回路のすべての前記スイッチング素子をオフ制御し、かつ、前記逆接保護用スイッチング素子をオン制御している時に、前記電位差検出部が何らかの電位差を検出した場合、前記逆接保護用スイッチング素子が故障であると判定する故障判定部と、
を備える電動モータ駆動回路。 A bridge circuit including a plurality of switching elements having a reflux diode and driving an electric motor;
A negative connection terminal for connecting the bridge circuit to a negative electrode of a battery;
A reverse connection protection switching element provided between the bridge circuit and the negative electrode connection terminal;
An anode connected to the bridge circuit side, a cathode connected to the negative electrode connection terminal side, and a reverse connection protection diode connected in parallel with the reverse connection protection switching element;
A potential difference detection unit for detecting a potential difference between both ends of the reverse connection protection diode;
A controller for controlling on / off of the plurality of switching elements and the reverse connection protection switching element;
When the control unit controls all of the switching elements of the bridge circuit to be OFF and controls the reverse connection protection switching element to be ON, the reverse connection protection is performed when the potential difference detection unit detects some potential difference. A failure determination unit that determines that the switching element for failure is in failure;
An electric motor drive circuit comprising:
前記ブリッジ回路をバッテリの負極に接続する負極接続端子と、
前記ブリッジ回路と前記負極接続端子との間に設けられた逆接保護用スイッチング素子と、
前記ブリッジ回路側にアノードが接続され、前記負極接続端子側にカソードが接続され、前記逆接保護用スイッチング素子と並列接続された逆接保護用ダイオードと、
前記逆接保護用ダイオードの両端の電位差を検出する電位差検出部と、
前記複数のスイッチング素子および前記逆接保護用スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、
前記制御部が、前記ブリッジ回路の前記複数のスイッチング素子をオンオフ制御して前記電動モータを駆動している時であって、前記逆接保護用スイッチング素子をオン制御している時に、前記電位差検出部が前記逆接保護用ダイオードの電圧降下より大きい電位差を検出した場合、前記逆接保護用スイッチング素子が故障であると判定する故障判定部と、
を備える電動モータ駆動回路。 A bridge circuit including a plurality of switching elements having a reflux diode and driving an electric motor;
A negative connection terminal for connecting the bridge circuit to a negative electrode of a battery;
A reverse connection protection switching element provided between the bridge circuit and the negative electrode connection terminal;
An anode connected to the bridge circuit side, a cathode connected to the negative electrode connection terminal side, and a reverse connection protection diode connected in parallel with the reverse connection protection switching element;
A potential difference detection unit for detecting a potential difference between both ends of the reverse connection protection diode;
A controller for controlling on / off of the plurality of switching elements and the reverse connection protection switching element;
When the control unit is driving the electric motor by turning on and off the plurality of switching elements of the bridge circuit, the potential difference detecting unit is controlling the reverse connection protection switching element. Detects a potential difference larger than the voltage drop of the reverse connection protection diode, a failure determination unit that determines that the reverse connection protection switching element is defective, and
An electric motor drive circuit comprising:
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