特開 2024-135298 モータドライバ回路、電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024135298

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】モータドライバ回路、電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/182 20160101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

H02P6/182

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045919

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】菅本 裕樹

【テーマコード（参考）】

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H560BB04

5H560BB07

5H560BB12

5H560DA13

5H560DB13

5H560DC13

5H560EB01

5H560TT07

5H560UA05

(57)【要約】

【課題】高精度で逆起電力のゼロクロスを検出可能なモータドライバ回路を提供する。
【解決手段】Ｕ相出力ピンＶＵは、三相ＤＣモータのＵ相コイルと接続される。中性点ピンＣＯＭは、三相ＤＣモータの中性点電圧Ｖ_ＣＯＭを受けるように接続される。中性点クランプ回路２６０は、三相インバータ回路１１０の電源電圧をＶｃｃとするとき、中性点ピンに生ずる中性点電圧Ｖ_ＣＯＭを、Ｖｃｃ／２にもとづいて定めた第１クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当する中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ’を出力する。Ｕ相クランプ回路２５０Ｕは、Ｕ相出力ピンＶＵに生ずるＵ相電圧Ｖ_Ｕを第１クランプレベルＶ_ＣＬ１より高く定めた第２クランプレベルＶ_ＣＬ２を超えないようにクランプした電圧に相当するＵ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’を出力する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相ＤＣモータを駆動するモータドライバ回路であって、
前記三相ＤＣモータのＵ相コイルと接続されるべきＵ相出力ピンと、
前記三相ＤＣモータのＶ相コイルと接続されるべきＶ相出力ピンと、
前記三相ＤＣモータのＷ相コイルと接続されるべきＷ相出力ピンと、
前記三相ＤＣモータの中性点電圧を受けるように接続されるべき中性点ピンと、
三相インバータ回路の電源電圧をＶｃｃとするとき、前記中性点電圧を、Ｖｃｃ／２にもとづいて定めた第１クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当する中性点クランプ電圧を出力する中性点クランプ回路と、
前記Ｕ相出力ピンに生ずるＵ相電圧を前記第１クランプレベルより高く定めた第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＵ相クランプ電圧を出力するＵ相クランプ回路と、
前記Ｖ相出力ピンに生ずるＶ相電圧を前記第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＶ相クランプ電圧を出力するＶ相クランプ回路と、
前記Ｗ相出力ピンに生ずるＷ相電圧を前記第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＷ相クランプ電圧を出力するＷ相クランプ回路と、
前記Ｕ相クランプ電圧を前記中性点クランプ電圧と比較するＵ相比較回路と、
前記Ｖ相クランプ電圧を前記中性点クランプ電圧と比較するＶ相比較回路と、
前記Ｗ相クランプ電圧を前記中性点クランプ電圧と比較するＷ相比較回路と、
前記Ｕ相比較回路、前記Ｖ相比較回路、前記Ｗ相比較回路の出力にもとづいて、前記三相インバータ回路を制御するための制御信号を生成する制御回路と、
を備える、モータドライバ回路。

【請求項2】

前記中性点クランプ回路は、前記中性点ピンと接地の間に接続された第１電圧クランプ素子を含む、請求項１に記載のモータドライバ回路。

【請求項3】

前記Ｕ相クランプ回路、前記Ｖ相クランプ回路、前記Ｗ相クランプ回路はそれぞれ、
対応する出力ピンと接地の間に接続された第２電圧クランプ素子を含む、請求項２に記載のモータドライバ回路。

【請求項4】

前記中性点クランプ回路は、前記中性点ピンと、前記第１電圧クランプ素子の間に接続された第１抵抗をさらに含み、
前記Ｕ相クランプ回路、前記Ｖ相クランプ回路、前記Ｗ相クランプ回路はそれぞれ、前記対応する出力ピンと前記第２電圧クランプ素子の間に接続された第２抵抗をさらに含み、
前記第１抵抗と各相の前記第２抵抗はペアリングされている、請求項３に記載のモータドライバ回路。

【請求項5】

前記Ｕ相クランプ回路、前記Ｖ相クランプ回路、前記Ｗ相クランプ回路はそれぞれ、
対応する出力ピンと前記中性点ピンの間に接続された第３電圧クランプ素子を含む、請求項２に記載のモータドライバ回路。

【請求項6】

前記中性点クランプ回路は、前記中性点ピンと、前記第１電圧クランプ素子の間に接続された第１抵抗をさらに含み、
前記Ｕ相クランプ回路、前記Ｖ相クランプ回路、前記Ｗ相クランプ回路はそれぞれ、前記対応する出力ピンと前記第３電圧クランプ素子の間に接続された第３抵抗をさらに含み、
前記第１抵抗と、各相の前記第３抵抗はペアリングされている、請求項５に記載のモータドライバ回路。

【請求項7】

前記Ｕ相比較回路、前記Ｖ相比較回路、前記Ｗ相比較回路はそれぞれ、
対応する相のクランプ電圧を受ける第１入力と、前記中性点クランプ電圧を受ける第２入力と、を有する電圧コンパレータを含む、請求項１から６のいずれかに記載のモータドライバ回路。

【請求項8】

前記Ｕ相比較回路、前記Ｖ相比較回路、前記Ｗ相比較回路はそれぞれ、
前記中性点クランプ電圧を分圧する中性点分圧回路と、
対応する相のクランプ電圧を分圧する相電圧分圧回路と、
前記相電圧分圧回路の出力電圧を受ける第１入力と、前記中性点分圧回路の出力電圧を受ける第２入力と、を有する電圧コンパレータと、
を含む、請求項１から３のいずれかに記載のモータドライバ回路。

【請求項9】

前記相電圧分圧回路は、前記Ｕ相比較回路、前記Ｖ相比較回路、前記Ｗ相比較回路とで共有される、請求項８に記載のモータドライバ回路。

【請求項10】

ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項１から８のいずれかに記載のモータドライバ回路。

【請求項11】

前記三相インバータ回路は、前記モータドライバ回路の外側にディスクリート素子を用いて構成される、請求項１０に記載のモータドライバ回路。

【請求項12】

前記三相インバータ回路をさらに備える、請求項１０に記載のモータドライバ回路。

【請求項13】

三相ＤＣモータと、
前記三相ＤＣモータと接続された三相インバータ回路と、
前記三相インバータ回路を制御する請求項１１に記載のモータドライバ回路と、
を備える、電子機器。

【請求項14】

三相ＤＣモータと、
前記三相インバータ回路を駆動する請求項１２に記載のモータドライバ回路と、
を備える、電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータドライバ回路に関する。

【背景技術】

【0002】

モータドライバ回路やＤＣ／ＤＣコンバータ、電力変換装置などにおいて、パワートランジスタを用いたハーフブリッジ回路、Ｈブリッジ回路、三相ブリッジ回路（以下、ブリッジ回路と総称する）が多用されている。

【0003】

ブリッジ回路は、相ごとに、電源端子と接地端子の間に直列に設けられた上アームおよび下アームを備える。上アームは、並列に接続されるハイサイドトランジスタおよびフライホイルダイオードを含む。下アームは、並列に接続されるローサイドトランジスタおよびフライホイルダイオードを含む。

【0004】

ブラシレスＤＣモータを回転させるためには、ロータの位置に応じて駆動相を順に切り替える必要がある。ブラシレスＤＣモータの駆動方式には、ホール素子を用いたセンサ方式と、ホール素子を用いないセンサレス方式がある。センサレス方式では、モータの各相のコイルに発生する逆起電力（ＢＥＭＦ：Back Electromotive Force）がゼロとなるタイミングを検出し、駆動相を切り替える。

【0005】

逆起電力の検出には、コンパレータによって行われる。逆起電力の検出の際は、各相のインバータの出力はハイインピーダンスとされる。この状態で、コンパレータは、三相モータの中性点の電圧を、各相のインバータの出力電圧と比較することにより、逆起電力がゼロとなるタイミングを検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第７１６９８１５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

インバータの電源電圧をＶｃｃとするとき、三相モータの中性点の電圧はＶｃｃ／２付近に保たれている一方で、各相のインバータの出力電圧は、電源電圧Ｖｃｃと０Ｖの間でスイングする。したがって、インバータの出力をコンパレータに直接入力しようとすると、コンパレータに要求される耐圧が高くなる。

【0008】

コンパレータに要求される耐圧を下げるために、コンパレータの入力側に、インバータの出力電圧を分圧する分圧回路と、中性点電圧を同じ分圧比でする分圧回路と、を設け、分圧後の出力電圧および中性点電圧をコンパレータに入力する手法が採られる場合がある。この手法は、分圧比を高くすることにより、コンパレータに必要な耐圧を下げることができる。

【0009】

しかしながら、出力電圧の分圧回路の分圧比と、中性点電圧の分圧回路の分圧比がばらつくと、検出精度が低下するという問題がある。また分圧回路の抵抗と寄生容量がフィルタを形成するため、検出速度が低下する場合もある。

【0010】

本開示は係る状況においてなされたものあり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、高精度で逆起電力のゼロクロスを検出可能なモータドライバ回路の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示のある態様は、三相ＤＣモータを駆動するモータドライバ回路に関する。モータドライバ回路は、三相ＤＣモータのＵ相コイルと接続されるべきＵ相出力ピンと、三相ＤＣモータのＶ相コイルと接続されるべきＶ相出力ピンと、三相ＤＣモータのＷ相コイルと接続されるべきＷ相出力ピンと、三相ＤＣモータの中性点電圧を受けるように接続されるべき中性点ピンと、三相インバータ回路の電源電圧をＶｃｃとするとき、中性点電圧をＶｃｃ／２にもとづいて定めた第１クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当する中性点クランプ電圧を出力する中性点クランプ回路と、Ｕ相出力ピンに生ずるＵ相電圧を第１クランプレベルより高く定めた第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＵ相クランプ電圧を出力するＵ相クランプ回路と、Ｖ相出力ピンに生ずるＶ相電圧を第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＶ相クランプ電圧を出力するＶ相クランプ回路と、Ｗ相出力ピンに生ずるＷ相電圧を第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＷ相クランプ電圧を出力するＷ相クランプ回路と、Ｕ相クランプ電圧を中性点クランプ電圧と比較するＵ相比較回路と、Ｖ相クランプ電圧を中性点クランプ電圧と比較するＶ相比較回路と、Ｗ相クランプ電圧を中性点クランプ電圧と比較するＷ相比較回路と、Ｕ相比較回路、Ｖ相比較回路、Ｗ相比較回路の出力にもとづいて、三相インバータ回路を制御するための制御信号を生成する制御回路と、を備える。

【0012】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0013】

本開示のある態様によれば、高精度で逆起電力のゼロクロスを検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態に係るモータドライバ回路を備えるモータ回路の回路図である。

【図2】図２は、実施形態に係るモータドライバ回路の回路図である。

【図3】図３は、図２のモータドライバ回路の動作波形図である。

【図4】図４は、Ｕ相逆起電力検出回路の構成例を示す回路図である。

【図5】図５は、図４のＵ相逆起電力検出回路の一例を示す回路図である。

【図6】図６は、図４のＵ相逆起電力検出回路の別の一例を示す回路図である。

【図7】図７は、Ｕ相比較回路の変形例を示す回路図である。

【図8】図８は、Ｕ相逆起電力検出回路の変形例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0016】

この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。その唯一の目的は、後で提示するより詳細な説明の前置きとして、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。

【0017】

一実施形態に係るモータドライバ回路は、三相ＤＣモータのＵ相コイルと接続されるべきＵ相出力ピンと、三相ＤＣモータのＶ相コイルと接続されるべきＶ相出力ピンと、三相ＤＣモータのＷ相コイルと接続されるべきＷ相出力ピンと、三相ＤＣモータの中性点電圧を受けるように接続されるべき中性点ピンと、三相インバータ回路の電源電圧をＶｃｃとするとき、中性点電圧をＶｃｃ／２にもとづいて定めた第１クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当する中性点クランプ電圧を出力する中性点クランプ回路と、Ｕ相出力ピンに生ずるＵ相電圧を第１クランプレベルより高く定めた第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＵ相クランプ電圧を出力するＵ相クランプ回路と、Ｖ相出力ピンに生ずるＶ相電圧を第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＶ相クランプ電圧を出力するＶ相クランプ回路と、Ｗ相出力ピンに生ずるＷ相電圧を第２クランプレベルを超えないようにクランプした電圧に相当するＷ相クランプ電圧を出力するＷ相クランプ回路と、Ｕ相クランプ電圧を中性点クランプ電圧と比較するＵ相比較回路と、Ｖ相クランプ電圧を中性点クランプ電圧と比較するＶ相比較回路と、Ｗ相クランプ電圧を中性点クランプ電圧と比較するＷ相比較回路と、Ｕ相比較回路、Ｖ相比較回路、Ｗ相比較回路の出力にもとづいて、三相インバータ回路を制御するための制御信号を生成する制御回路と、を備える。

【0018】

モータ回路が正常動作しているとき、三相ＤＣモータの中性点電圧は、電源電圧Ｖｃｃの中点電圧Ｖｃｃ／２近傍に維持される。また逆起電力のゼロクロス検出において必要とされるのは、各相電圧が中性点電圧とクロスするタイミングであるから、中性点電圧を大きく上回っている相電圧は監視する必要が無い。そこで、正常時の中点電圧Ｖｃｃ／２を基準として、それと同じか、それよりわずかに高いレベルに第１クランプレベルを定めて中性点電圧をクランプし、第１クランプレベルより高いレベルに第２クランプレベルを定めて相電圧をクランプし、クランプ後の中性点電圧と相電圧を比較することで、逆起電力のゼロクロス検出が可能となる。比較対象となるクランプ後の中性点電圧と相電圧の最大電圧は、中点電圧Ｖｃｃ／２に近いクランプレベルであるため、比較回路に要求される耐圧を低下させることができる。

【0019】

一実施形態において、中性点クランプ回路は、中性点ピンと接地の間に接続された第１電圧クランプ素子を含んでもよい。

【0020】

一実施形態において、Ｕ相クランプ回路、Ｖ相クランプ回路、Ｗ相クランプ回路はそれぞれ、対応する出力ピンと接地の間に接続された第２電圧クランプ素子を含んでもよい。

【0021】

一実施形態において、中性点クランプ回路は、中性点ピンと、第１電圧クランプ素子の間に接続された第１抵抗をさらに含んでもよい。Ｕ相クランプ回路、Ｖ相クランプ回路、Ｗ相クランプ回路はそれぞれ、対応する出力ピンと第２電圧クランプ素子の間に接続された第２抵抗をさらに含んでもよい。第１抵抗と各相の第２抵抗はペアリングされていてもよい。

【0022】

一実施形態において、Ｕ相クランプ回路、Ｖ相クランプ回路、Ｗ相クランプ回路はそれぞれ、対応する出力ピンと中性点ピンの間に接続された第３電圧クランプ素子を含んでもよい。

【0023】

一実施形態において、中性点クランプ回路は、中性点ピンと、第１電圧クランプ素子の間に接続された第１抵抗をさらに含んでもよい。Ｕ相クランプ回路、Ｖ相クランプ回路、Ｗ相クランプ回路はそれぞれ、対応する出力ピンと第３電圧クランプ素子の間に接続された第３抵抗をさらに含んでもよい。第１抵抗と、各相の第３抵抗はペアリングされていてもよい。

【0024】

一実施形態において、Ｕ相比較回路、Ｖ相比較回路、Ｗ相比較回路はそれぞれ、対応する相のクランプ電圧を受ける第１入力と、中性点クランプ電圧を受ける第２入力と、を有する電圧コンパレータを含んでもよい。

【0025】

一実施形態において、Ｕ相比較回路、Ｖ相比較回路、Ｗ相比較回路はそれぞれ、中性点クランプ電圧を分圧する中性点分圧回路と、対応する相のクランプ電圧を分圧する相電圧分圧回路と、相電圧分圧回路の出力電圧を受ける第１入力と、中性点分圧回路の出力電圧を受ける第２入力と、を有する電圧コンパレータと、を含んでもよい。

【0026】

一実施形態において、相電圧分圧回路は、Ｕ相比較回路、Ｖ相比較回路、Ｗ相比較回路とで共有されてもよい。

【0027】

一実施形態において、モータドライバ回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

【0028】

一実施形態において、三相インバータ回路は、モータドライバ回路の外側にディスクリート素子を用いて構成されてもよい。

【0029】

（実施形態）
以下、好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0030】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0031】

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0032】

図１は、実施形態に係るモータドライバ回路２００を備えるモータ回路１００の回路図である。モータ回路１００は、三相ＤＣモータ２と、三相インバータ回路１１０と、モータドライバ回路２００と、を備える。三相ＤＣモータ２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを備える。またＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの接続点である中性点からは、タップが引き出されている。

【0033】

三相インバータ回路１１０は、三相ブリッジ回路であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータ（レグ）を含む。以下、説明の容易化のために、Ｕ、Ｖ、Ｗを、＃で示し、一般化することとする。＃相のインバータは、電源ライン１１２と接地ライン１１４の間に接続されたハイサイドトランジスタＭＨ＃およびローサイドトランジスタＭＬ＃を含む。ハイサイドトランジスタＭＨ＃とローサイドトランジスタＭＬ＃の接続ノードが、＃相インバータの出力であり、対応する＃相コイルと接続される。

【0034】

モータドライバ回路２００は、ひとつの半導体基板に集積化されたＩＣ（Integrated Circuit）であり、三相ＤＣモータ２が目標とする状態で回転するように、三相インバータ回路１１０を制御する。たとえばモータドライバ回路２００は、三相ＤＣモータ２の回転数を安定化してもよいし、三相ＤＣモータ２のロータの位置を安定化してもよく、制御方式は特に限定されない。また通電方式も特に限定されず、１２０度通電方式（矩形波駆動方式）であってもよいし、１８０度通電方式（正弦波駆動方式）であってもよい。

【0035】

モータドライバ回路２００は、Ｕ相出力ピンＶＵ、Ｖ相出力ピンＶＶ、Ｗ相出力ピンＶＷ、中性点ピンＣＯＭを備える。Ｕ相出力ピンＶＵは、三相ＤＣモータ２のＵ相コイル、言い換えるとＵ相インバータの出力と接続される。同様に、Ｖ相出力ピンＶＶは、Ｖ相コイルと接続され、Ｗ相出力ピンＶＷは、Ｗ相コイルと接続される。

【0036】

中性点ピンＣＯＭは、三相ＤＣモータ２の中性点電圧Ｖ_ＣＯＭを受けるように接続される。この例では、中性点ピンＣＯＭは、三相ＤＣモータ２の実際の中性点と接続されているが本開示はそれに限定されず、仮想中性点と接続されていてもよい。

【0037】

Ｕ相逆起電力検出回路２４０Ｕは、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕを中性点電圧Ｖ_ＣＯＭと比較し、比較結果を示す検出信号ＢＥＭＦＵを出力する。１２０度通電方式の場合、Ｕ相コイルに電流が流れていない期間に、Ｕ相逆起電力検出回路２４０Ｕが動作する。１８０度通電方式の場合、逆起電力のゼロクロスのタイミングを予測して時間窓を設定し、この時間窓の間、Ｕ相インバータの出力をハイインピーダンスとして、逆起電力を監視する。

【0038】

Ｖ相逆起電力検出回路２４０Ｖは、Ｖ相電圧Ｖ_Ｖを中性点電圧Ｖ_ＣＯＭと比較し、比較結果を示す検出信号ＢＥＭＦＶを出力する。Ｗ相逆起電力検出回路２４０Ｗは、Ｗ相電圧Ｖ_Ｗを中性点電圧Ｖ_ＣＯＭと比較し、比較結果を示す検出信号ＢＥＭＦＷを出力する。

【0039】

制御回路２３０は、Ｕ相比較回路２７０Ｕ、Ｖ相比較回路２７０Ｖ、Ｗ相比較回路２７０Ｗが生成する検出信号ＢＥＭＦＵ，ＢＥＭＦＶ，ＢＥＭＦＷにもとづいて、三相インバータ回路１１０を制御するための制御信号ＨＣＴＲＬＵ、ＨＣＴＲＬＶ、ＨＣＴＲＬＷ、ＬＣＴＲＬＵ、ＬＣＴＲＬＶ、ＬＣＴＲＬＷを生成する。

【0040】

Ｕ相ハイサイドプリドライバ２１０Ｕは、制御信号ＨＣＴＲＬＵにもとづいて対応する相のハイサイドトランジスタＭＨＵを駆動する。Ｖ相ローサイドプリドライバ２１０Ｖ、Ｗ相ローサイドプリドライバ２１０Ｗも同様である。一般化するとハイサイドプリドライバ２１０＃は、制御信号ＨＣＴＲＬ＃にもとづいて、ハイサイドトランジスタＭＨ＃を駆動する。

【0041】

Ｕ相ローサイドプリドライバ２２０Ｕは、制御信号ＬＣＴＲＬＵにもとづいて対応する相のローサイドトランジスタＭＬＵを駆動する。Ｖ相ローサイドプリドライバ２２０Ｖ、Ｗ相ローサイドプリドライバ２２０Ｗも同様である。一般化するとローサイドプリドライバ２２０＃は、制御信号ＬＣＴＲＬ＃にもとづいて、ローサイドトランジスタＭＬ＃を駆動する。

【0042】

以上がモータドライバ回路２００の構成である。

【0043】

図２は、実施形態に係るモータドライバ回路２００の回路図である。図２には、図１のＵ相逆起電力検出回路２４０Ｕ、Ｖ相逆起電力検出回路２４０Ｖ、Ｗ相逆起電力検出回路２４０Ｗの構成が示される。

【0044】

Ｕ相クランプ回路２５０Ｕ、Ｕ相比較回路２７０Ｕは、中性点クランプ回路２６０とともに図１のＵ相逆起電力検出回路２４０Ｕを構成する。Ｖ相、Ｗ相についても同様であるから代表としてＵ相の構成を説明する。

【0045】

正常状態における三相インバータ回路１１０の電源電圧をＶｃｃとする。中性点クランプ回路２６０は、中性点ピンＣＯＭに生ずる中性点電圧Ｖ_ＣＯＭをＶｃｃ／２にもとづいて定めた第１クランプレベルＶ_ＣＬ１を超えないようにクランプし、クランプの結果発生する中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ’を出力する。

【0046】

Ｕ相クランプ回路２５０Ｕは、Ｕ相出力ピンＶＵに生ずるＵ相電圧Ｖ_Ｕを、第２クランプレベルＶ_ＣＬ２を超えないようにクランプした電圧に相当するＵ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’を出力する。第２クランプレベルＶ_ＣＬ２は、第１クランプレベルＶ_ＣＬ１より高く定められる。

【0047】

Ｕ相比較回路２７０Ｕは、Ｕ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’を中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ’と比較し、比較結果を示す検出信号ＢＥＭＦＵを出力する。

【0048】

以上がモータドライバ回路２００の構成である。続いてその動作を説明する。

【0049】

図３は、図２のモータドライバ回路２００の動作波形図である。ここでは１２０度通電方式を例とし、Ｕ相の逆起電力検出について説明する。図３には、三相の逆起電力Ｖ_{ＢＥＭＦＵ}～Ｖ_{ＢＥＭＦＷ}、三相のハイサイドトランジスタＭＨＵ～ＭＨＷの状態、三相のローサイドトランジスタＭＬＵ～ＭＬＷの状態、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕ、Ｕ相の通電状態、Ｕ相クランプ電圧ＶＵ’、検出信号ＢＥＭＦＵが示される。

【0050】

Ｕ相の通電区間において、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕは、電源電圧Ｖ_ＣＣまたは接地電圧０Ｖとなる。非通電区間においてＵ相電圧Ｖ_Ｕは、Ｕ相コイルの逆起電力Ｖ_{ＢＥＭＦＵ}となる。

【0051】

中性点電圧Ｖ_ＣＯＭは、第１クランプレベルＶ_ＣＬ１より低く、したがって、中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ’は、中性点電圧Ｖ_ＣＯＭと等しい。

【0052】

Ｕ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’は、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕを第２クランプレベルＶ_ＣＬ２でクランプした電圧である。Ｕ相の非通電区間において、Ｕ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’が、クランプ後の中性点電圧Ｖ_ＣＯＭ’（＝Ｖ_ＣＯＭ）と比較され、比較結果に応じた検出信号ＢＥＭＦＵが生成される。検出信号ＢＥＭＦＵの矢印を付したエッジが、検出すべきタイミングを表す。

【0053】

以上がモータドライバ回路２００の動作である。続いてその利点を説明する。

【0054】

このモータドライバ回路２００によれば、Ｕ相比較回路２７０Ｕに入力される中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ’は第１クランプレベルＶ_ＣＬ１より低いことが保証され、Ｕ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’は第２クランプレベルＶ_ＣＬ２より低いことが保証される。したがって、Ｕ相比較回路２７０Ｕの耐圧は、第２クランプレベルＶ_ＣＬ２を想定して設計すればよい。

【0055】

図２のモータドライバ回路２００では、Ｕ相出力ピンＶＵに、抵抗分圧回路が直接接続されていない。その結果、高速な逆起電力検出が可能となる。

【0056】

さらに、相電圧と中性点電圧を同じ分圧比で分圧する構成に比べて、製造ばらつきに起因する分圧比の誤差の影響を受けないため、高精度な逆起電力検出が可能となる。

【0057】

本開示は、図２のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

【0058】

図４は、Ｕ相逆起電力検出回路２４０Ｕの構成例を示す回路図である。ここではＵ相について説明するが、ＵはＶ，Ｗと読み替えることができる。

【0059】

Ｕ相クランプ回路２５０Ｕは、第２抵抗Ｒ２および第２電圧クランプ回路２５２を含む。第２電圧クランプ回路２５２は第１抵抗Ｒ１を介して、中性点ピンＣＯＭと接続される。第２電圧クランプ回路２５２は、ノード２５３の電位をクランプする。図３に示したように、通電区間において相電圧Ｖ_Ｕは電源電圧Ｖ_ＣＣ近傍まで上昇する。第１抵抗Ｒ１を挿入することにより、スイッチング動作に影響を与えずに、ノード２５３の電位をクランプできる。

【0060】

中性点クランプ回路２６０は、第１抵抗Ｒ１および第１電圧クランプ回路２６２を含む。第１電圧クランプ回路２６２は、第１抵抗Ｒ１を介して、中性点ピンＣＯＭと接続される。第１電圧クランプ回路２６２は、ノード２６３の電位をクランプする。第１抵抗Ｒ１は、第２抵抗Ｒ２と同じ抵抗値を有する。

【0061】

通常動作中に、中性点電圧Ｖ_ＣＯＭは第１クランプレベルＶ_ＣＬ１より低いため、中性点クランプ回路２６０の第１抵抗Ｒ１は無くてもよいが、第１抵抗Ｒ１を追加することで、Ｕ相クランプ回路２５０Ｕと中性点クランプ回路２６０が同じ構成を有することとなるため、電圧検出の精度を高めることができる。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は半導体基板上で同じ素子構成を有し、隣接配置されることが好ましい。これをペアリングという。

【0062】

Ｕ相比較回路２７０Ｕは、電圧コンパレータ２７２を含む。電圧コンパレータ２７２は、第１入力にＵ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’を受け、第２入力に中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ’を受ける。電圧コンパレータ２７２は、２つの電圧Ｖ_Ｕ’とＶ_ＣＯＭ’の大小関係を示す検出信号ＢＥＭＦＵを出力する。

【0063】

図５は、図４のＵ相逆起電力検出回路２４０Ｕの一例を示す回路図である。第１電圧クランプ回路２６２は、ノード２６３と接地の間に接続された第１電圧クランプ素子であるツェナーダイオードＺＤ１を含む。ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧をＶｚとするとき、ノード２６３の電圧Ｖ_ＣＯＭ’は、Ｖ_Ｚを上限レベルとしてクランプされる。つまり、Ｖ_ＣＬ１＝Ｖ_Ｚとなる。

【0064】

第２電圧クランプ回路２５２は、ノード２５３と接地の間に直列に接続された第２電圧クランプ素子であるツェナーダイオードＺＤ２およびダイオードＤ２を含む。ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧をＶｚ、ダイオードＤ２の順方向電圧をＶｆとするとき、ノード２５３の電圧Ｖ_Ｕ’は、Ｖ_Ｚ＋Ｖｆを上限レベルとしてクランプされる。つまり、Ｖ_ＣＬ２＝Ｖ_Ｚ＋Ｖｆとなる。

【0065】

図６は、図４のＵ相逆起電力検出回路２４０Ｕの別の一例を示す回路図である。図６の第２電圧クランプ回路２５２は、ノード２５３とノード２６３の間に接続された第３電圧クランプ素子であるダイオードＤ３を含む。ノード２５３とＵ相出力ピンＶＵの間には第３抵抗Ｒ３が接続される。第３抵抗Ｒ３と第１抵抗Ｒ１はペアリングされる。この構成によっても、ノード２５３の電圧Ｖ_Ｕ’は、Ｖ_Ｚ＋Ｖｆを上限レベルとしてクランプできる。

【0066】

なお、クランプ回路の構成はツェナーダイオードやダイオードなどの整流素子を利用したものに限定されず、ソースフォロア回路やエミッタフォロア回路で構成してもよい。

【0067】

実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示あるいは本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

【0068】

図７は、Ｕ相比較回路２７０Ｕの変形例を示す回路図である。この変形例は、中性点電圧Ｖ_ＣＯＭが、電圧コンパレータ２７２の耐圧より高い場合に有用である。Ｕ相比較回路２７０Ｕは、電圧コンパレータ２７２に加えて、中性点分圧回路２７４、相電圧分圧回路２７６を備える。中性点分圧回路２７４は、中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ’を分圧する。相電圧分圧回路２７６は、Ｕ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’を同じ分圧比で分圧する。電圧コンパレータ２７２は、分圧後の中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ”と、分圧後のＵ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ”を比較する。

【0069】

なお、中性点分圧回路２７４は、Ｕ相比較回路２７０Ｕ、Ｖ相比較回路２７０Ｖ、Ｗ相比較回路２７０Ｗで共有されており、分圧後の中性点クランプ電圧Ｖ_ＣＯＭ”は、Ｖ相比較回路２７０Ｖ、Ｗ相比較回路２７０Ｗの電圧コンパレータ２７２にも供給される。

【0070】

図７の構成の利点を、比較技術と対比して説明する。比較技術は、図７の構成から、Ｕ相クランプ回路２５０Ｕ、中性点クランプ回路２６０を省略した構成であり、相電圧U分圧回路２７６に、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕが直接入力され、中性点分圧回路２７４に中性点電圧Ｖ_ＣＯＭが直接入力される。

【0071】

いま、電圧コンパレータ２７２の耐圧を１０Ｖ、三相インバータ回路１１０の電源電圧Ｖ_ＣＣを４０Ｖであるとする。この場合、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕの最大レベルは４０Ｖ、中性点電圧Ｖ_ＣＯＭは２０Ｖ程度となる。比較技術では、４０ＶのＵ相電圧Ｖ_Ｕを、１０Ｖ以下に下げる必要があるため、分圧回路２７６の分圧比は１／４倍（もしくはそれ以下）とする必要がある。中性点分圧回路２７４の分圧比も同様であり、１／４倍とする必要がある。このとき、電圧コンパレータ２７２に入力される中性点電圧Ｖ_ＣＯＭ”は２０Ｖ×１／４＝５Ｖとなる。つまり比較技術では、５Ｖ近傍の２つの電圧Ｖ_ＣＯＭ”とＶ_Ｕ”を比較することとなる。

【0072】

これに対して、図７の構成では、相電圧U分圧回路２７６の入力であるＵ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’は、中性点電圧Ｖ_ＣＯＭよりわずかに高い電圧レベルにクランプされるため、その最大レベルは、２０Ｖ程度となる。したがって、図７の構成では、相電圧U分圧回路２７６によって、２０ＶのＵ相クランプ電圧Ｖ_Ｕ’を、１０Ｖ以下に下げればよいため、分圧回路２７６の分圧比は１／２倍（もしくはそれ以下）とすればよい。中性点分圧回路２７４の分圧比も同様であり、１／２倍とすればよい。このとき、電圧コンパレータ２７２に入力される中性点電圧Ｖ_ＣＯＭ”は２０Ｖ×１／２＝１０Ｖとなる。つまり図７の構成では、１０Ｖ近傍の２つの電圧Ｖ_ＣＯＭ”とＶ_Ｕ”を比較することとなる。

【0073】

電圧コンパレータ２７２は、入力オフセット電圧を有しており、入力電圧が小さいほど、入力オフセット電圧の影響が顕著となり、電圧比較の精度が低下する。図７の構成では、比較技術に比べて、入力電圧が２倍となるため、より正確な電圧比較が可能となる。

【0074】

図８は、Ｕ相逆起電力検出回路２４０Ｕの変形例を示す回路図である。この変形例において、第１抵抗Ｒ１は第１スイッチＳＷ１と置換され、第２抵抗Ｒ２もしくは第３抵抗Ｒ３は、第２スイッチＳＷ２と置換されている。第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２は、逆起電力の検出区間のみオンとなり、それ以外の区間はオフとされる。

【0075】

実施形態では、ブリッジ回路１１０がディスクリート部品で構成されたが、その限りでなく、ブリッジ回路１１０は駆動回路４００に集積化されていてもよい。

【0076】

実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにさまざまな変形例が存在すること、またそうした変形例も本開示または本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0077】

１００ モータ回路
２ 三相ＤＣモータ
１１０ 三相インバータ回路
１１２ インバータ回路
２００ モータドライバ回路
２１０Ｕ Ｕ相ハイサイドプリドライバ
２１０Ｖ Ｖ相ハイサイドプリドライバ
２１０Ｗ Ｗ相ハイサイドプリドライバ
２２０Ｕ Ｕ相ローサイドプリドライバ
２２０Ｖ Ｖ相ローサイドプリドライバ
２２０Ｗ Ｗ相ローサイドプリドライバ
２３０ 制御回路
２４０Ｕ Ｕ相逆起電力検出回路
２４０Ｖ Ｖ相逆起電力検出回路
２４０Ｗ Ｗ相逆起電力検出回路
２５０Ｕ Ｕ相クランプ回路
２５０Ｖ Ｖ相クランプ回路
２５０Ｗ Ｗ相クランプ回路
２５２ 第２電圧クランプ回路
２６０ 中性点クランプ回路
２６２ 第１電圧クランプ回路
２７０Ｕ Ｕ相比較回路
２７０Ｖ Ｖ相比較回路
２７０Ｗ Ｗ相比較回路
２７２ 電圧コンパレータ
２７４ 中性点分圧回路
２７６ 相電圧分圧回路
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒ３ 第３抵抗
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】