特許 7593297 負荷駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】負荷駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241126BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021179708

(22)【出願日】2021-11-02

(65)【公開番号】P2023068524

(43)【公開日】2023-05-17

【審査請求日】2024-03-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】名倉 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】株根 秀樹

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０８０４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４５５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０５９７９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１７２２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０２１８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８５７６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリ（１５）に接続される電源ライン（Ｌｐ）とグランドライン（Ｌｇ）との間に設けられ、前記バッテリの直流電力を変換して負荷（８０）に供給する電力変換器（６０）と、
前記バッテリから供給される電圧により動作し、前記電力変換器の動作を制御する制御回路（３０）と、
半導体スイッチング素子で構成され、ＯＦＦ時に、前記バッテリが逆接続されたとき前記グランドラインから前記電力変換器を経由して前記電源ラインに流れる電流を遮断する逆接続保護リレー（５２）と、
を備え、
前記逆接続保護リレーは前記グランドラインに設けられており、
前記逆接続保護リレーのゲートに供給される電圧が低下したとき、前記逆接続保護リレーがＯＦＦするまでの時間を遅延させるＯＦＦ遅延回路（５４）が設けられており、
前記逆接続保護リレーをＯＮするための電圧が、前記バッテリが順接続されたときゲートに供給され、且つ、前記バッテリが逆接続されたときゲートに供給されないように構成されている負荷駆動装置。

【請求項2】

バッテリ（１５）に接続される電源ライン（Ｌｐ）とグランドライン（Ｌｇ）との間に設けられ、前記バッテリの直流電力を変換して負荷（８０）に供給する電力変換器（６０）と、
前記バッテリから供給される電圧により動作し、前記電力変換器の動作を制御する制御回路（３０）と、
半導体スイッチング素子で構成され、ＯＦＦ時に、前記バッテリが逆接続されたとき前記グランドラインから前記電力変換器を経由して前記電源ラインに流れる電流を遮断する逆接続保護リレー（５２）と、
を備え、
前記逆接続保護リレーは前記グランドラインに設けられており、
前記バッテリから前記電源ラインに供給される電圧に基づき内部電源生成回路（１８）が生成した電圧が前記逆接続保護リレーのゲートに供給され、
前記逆接続保護リレーをＯＮするための電圧が、前記バッテリが順接続されたときゲートに供給され、且つ、前記バッテリが逆接続されたときゲートに供給されないように構成されている負荷駆動装置。

【請求項3】

バッテリ（１５）に接続される電源ライン（Ｌｐ）とグランドライン（Ｌｇ）との間に設けられ、前記バッテリの直流電力を変換して負荷（８０）に供給する電力変換器（６０）と、
前記バッテリから供給される電圧により動作し、前記電力変換器の動作を制御する制御回路（３０）と、
半導体スイッチング素子で構成され、ＯＦＦ時に、前記バッテリが逆接続されたとき前記グランドラインから前記電力変換器を経由して前記電源ラインに流れる電流を遮断する逆接続保護リレー（５２）と、
を備え、
前記逆接続保護リレーは前記グランドラインに設けられており、
前記逆接続保護リレーのゲート電圧供給経路（５３）に、暗電流を遮断するツェナーダイオード（５３Ｚ）が設けられており、
前記逆接続保護リレーをＯＮするための電圧が、前記バッテリが順接続されたときゲートに供給され、且つ、前記バッテリが逆接続されたときゲートに供給されないように構成されている負荷駆動装置。

【請求項4】

前記逆接続保護リレーのゲートに供給される電圧が低下したとき、前記逆接続保護リレーがＯＦＦするまでの時間を遅延させるＯＦＦ遅延回路（５４）が設けられている請求項２または３に記載の負荷駆動装置。

【請求項5】

バッテリ（１５）に接続される電源ライン（Ｌｐ）とグランドライン（Ｌｇ）との間に直列接続された複数相の上下アームのスイッチング素子（６１－６６）を含み、前記バッテリの直流電力を変換して多相の負荷（８０）に供給する電力変換器（６０）と、
前記バッテリから供給される電圧により動作し、前記電力変換器の動作を制御する制御回路（３０）と、
半導体スイッチング素子で構成され、ＯＦＦ時に、前記バッテリが逆接続されたとき前記グランドラインから前記電力変換器を経由して前記電源ラインに流れる電流を遮断する逆接続保護リレー（５２）と、
前記バッテリから供給される電圧により動作し、前記電力変換器の複数のスイッチング素子を駆動する多相プリドライバ回路（４０）と、
を備え、
前記多相プリドライバ回路は、前記バッテリの電圧を昇圧するチャージポンプ（４３）を有し、
前記チャージポンプの出力端は前記逆接続保護リレーのゲートに接続されており、
前記チャージポンプの動作中、前記逆接続保護リレーは前記チャージポンプの出力電圧によりＯＮする負荷駆動装置。

【請求項6】

インダクタ（１７）と共にＬＣフィルタ回路を構成する有極性のフィルタコンデンサ（１６）が前記電源ラインと前記グランドラインとの間に接続されており、
前記逆接続保護リレーは、前記フィルタコンデンサの負電極と前記バッテリとの間の前記グランドラインに設けられている請求項１～５のいずれか一項に記載の負荷駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、負荷駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、バッテリの直流電力をインバータ等の電力変換器で変換し、三相モータ等の負荷に供給する負荷駆動装置が知られている。

【0003】

例えば特許文献１に開示された電動機駆動装置は、バッテリが逆接続されたとき回路に電流が流れることを防止する逆接続保護リレーが電源ラインに設けられている。逆接続保護リレーは、複数のモータリレーと共通のドライバ回路により駆動される。ドライバ回路の数を減らすことで装置の小型化、高集積化が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－４５５７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来、車両に搭載される補機モータ等の負荷駆動装置は、一般に１２Ｖのバッテリ電圧を想定して設計されていた。今後、電動自動車の補機用バッテリ電圧は２４Ｖ又は４８Ｖに高圧化される予定であり、従来の１２Ｖ仕様の駆動回路では耐圧超過となる。そのため、高電圧で駆動可能なインバータに加え、逆接続保護リレーを駆動するドライバ回路が必要となり、負荷駆動装置の小型化や高集積化の点で障壁となる。

【0006】

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、簡易な構成で逆接続保護リレーを駆動可能な負荷駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の負荷駆動装置は、電力変換器（６０）と、制御回路（３０）と、逆接続保護リレー（５２）と、を備える。電力変換器は、バッテリ（１５）に接続される電源ライン（Ｌｐ）とグランドライン（Ｌｇ）との間に設けられ、バッテリの直流電力を変換して負荷（８０）に供給する。制御回路は、バッテリから供給される電圧により動作し、電力変換器の動作を制御する。

【0008】

逆接続保護リレーは、半導体スイッチング素子で構成され、ＯＦＦ時に、バッテリが逆接続されたときグランドラインから電力変換器を経由して電源ラインに流れる電流を遮断する。

【0009】

本発明の第１の態様では、逆接続保護リレーはグランドラインに設けられている。
また、負荷駆動装置は、次の［１］～［３］のいずれかの構成を有する。
［１］逆接続保護リレーのゲートに供給される電圧が低下したとき、逆接続保護リレーがＯＦＦするまでの時間を遅延させるＯＦＦ遅延回路（５４）が設けられている。
［２］バッテリから電源ラインに供給される電圧に基づき内部電源生成回路（１８）が生成した電圧が逆接続保護リレーのゲートに供給される。
［３］逆接続保護リレーのゲート電圧供給経路（５３）に、暗電流を遮断するツェナーダイオード（５３Ｚ）が設けられている。
各構成に共通し、逆接続保護リレーをＯＮするための電圧が、バッテリが順接続されたときゲートに供給され、且つ、バッテリが逆接続されたときゲートに供給されないように構成されている。

【0010】

例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴで構成された逆接続保護リレーが電源ラインに設けられる場合、バッテリ電圧にゲート駆動電圧を加えた電圧をゲートに印加できる高耐圧ドライバが必要となり、小型化に不利である。それに対し本発明の第１の態様では、逆接続保護リレーがグランドラインに設けられるため、低電圧でのゲート駆動が可能となり、高電圧駆動ドライバが不要となる。したがって、簡易な構成で逆接続保護リレーを駆動することができる。

【0011】

また、バッテリが逆接続された場合、逆接続保護リレーをＯＮするための電圧がゲートに供給されないため、逆接続保護リレーはＯＦＦ状態となる。したがって、逆接続保護リレーをバッテリ側に配置することで、ＬＣフィルタ回路に用いられる有極性コンデンサ等を負バイアス電圧に対して保護することができる。

【0012】

本発明の第２の態様の負荷駆動装置は、電力変換器（６０）と、制御回路（３０）と、逆接続保護リレー（５２）と、多相プリドライバ回路（４０）と、を備える。電力変換器は、バッテリ（１５）に接続される電源ライン（Ｌｐ）とグランドライン（Ｌｇ）との間に直列接続された複数相の上下アームのスイッチング素子（６１－６６）を含み、バッテリの直流電力を変換して多相の負荷（８０）に供給する。制御回路及び逆接続保護リレーは第１の態様と同様である。

【0013】

多相プリドライバ回路は、バッテリから供給される電圧により動作し、電力変換器の複数のスイッチング素子を駆動する。多相プリドライバ回路は、バッテリの電圧を昇圧するチャージポンプ（４３）を有する。チャージポンプの出力端は逆接続保護リレーのゲートに接続されている。チャージポンプの動作中、逆接続保護リレーはチャージポンプの出力電圧によりＯＮする。

【0014】

これにより本発明の第２の態様では、逆接続保護リレー専用のドライバ回路が不要となる。したがって、簡易な構成で逆接続保護リレーを駆動することができる。また、バッテリ電圧が例えば１２Ｖから２４Ｖ又は４８Ｖに高圧化された場合、電力変換器の駆動用にチャージポンプ電圧が高圧化されることに伴って逆接続保護リレーも駆動可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態（ＧＢ配置）のモータ駆動装置の構成図。

【図2】第１実施形態（ＧＡ配置）のモータ駆動装置の構成図。

【図3】負サージ電圧による逆接続保護リレーのアバランシェ破壊を説明するタイムチャート。

【図4】リレーＯＦＦ遅延回路の作用を説明するタイムチャート。

【図5】第２実施形態（ＧＢ配置）のモータ駆動装置の構成図。

【図6】第３実施形態（ＧＢ配置）のモータ駆動装置の構成図。

【図7】第４実施形態（ＧＢ配置）のモータ駆動装置の構成図。

【図8】第５実施形態のモータ駆動装置の構成図。

【図9】第５実施形態のモータ駆動装置でのモータリレー駆動構成を示す回路図。

【図10】比較例のモータ駆動装置の構成図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の複数の実施形態による負荷駆動装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。第１～第５実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の負荷駆動装置はモータ駆動装置である。このモータ駆動装置は、電動パワーステアリング装置においてバッテリの直流電力を変換して「負荷」としての操舵アシストモータに供給する。操舵アシストモータは三相ブラシレスモータで構成されている。

【0017】

なお、車両に搭載される補機バッテリの電圧は従来１２Ｖが一般的であったが、本実施形態では主に、今後、電気自動車で採用される予定である２４Ｖ又は４８Ｖを想定する。図中及び以下の明細書中の「２４Ｖ／４８Ｖ」は「２４Ｖ又は４８Ｖ」を意味する。ただし、１２Ｖのバッテリを用いる場合でも本実施形態の構成は基本的に同様である。「ＩＧ（イグニッション）」という用語を用いていることからも明らかなように、本実施形態は、電気自動車に限らずエンジン車に適用されてもよい。

【0018】

具体的には、電動パワーステアリング装置のＥＣＵがモータ駆動装置として機能する。ＥＣＵは、マイコンやカスタマイズされた統合ＩＣ等で構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ＥＣＵは、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

【0019】

本実施形態は、簡易な構成で逆接続保護リレーを駆動可能なモータ駆動装置を提供するものであるが、解決手段の技術的思想により、大きく第１～第４実施形態のグループと第５実施形態とに分けられる。最初に第１実施形態の構成を詳しく説明する。第２～第４実施形態は第１実施形態に対し一部の構成が異なるのみであるため、第１実施形態との相違点を簡単に説明する。その後、第５実施形態の構成について説明する。

【0020】

また、第１～第４実施形態は、それぞれ逆接続保護リレーの設置箇所により、後述する「ＧＢ配置」又は「ＧＡ配置」の構成があり得る。ＧＢ配置とＧＡ配置とでは基本的な作用効果は同じであるが、ＧＢ配置では「有極性フィルタコンデンサの保護」の作用効果がさらに追加される。そのため、第１～第４実施形態の構成図は基本的にＧＢ配置を示し、代表として第１実施形態のみＧＡ配置の構成図を追加する。

【0021】

（第１実施形態）
図１に、ＧＢ配置の第１実施形態のモータ駆動装置１０１の構成を示す。以下、バッテリ１５が正規の向きに接続されることを順接続といい、バッテリ１５が正規の向きとは逆向きに接続されることを逆接続という。順接続状態で、バッテリ１５の正極はモータ駆動装置１０１の電源端子Ｔｐに接続され、バッテリ１５の負極はモータ駆動装置１０１のグランド端子Ｔｇに接続される。また、バッテリ１５の正極は降圧回路１４を経由してモータ駆動装置１０１のＩＧ端子Ｔｉｇに接続される。

【0022】

電源端子Ｔｐ、グランド端子Ｔｇ、ＩＧ端子Ｔｉｇに接続される配線をそれぞれ電源ラインＬｐ、グランドラインＬｇ、ＩＧラインＬｉｇという。また、電源ラインＬｐに印加される電圧をＰＩＧ電圧といい、ＩＧラインＬｉｇに印加される電圧をＩＧ電圧という。本実施形態では、ＰＩＧ電圧は２４Ｖ又は４８Ｖであり、ＩＧ電圧は１２Ｖである。ＩＧラインＬｉｇを経由してウェイクアップ信号が伝送される。

【0023】

モータ駆動装置１０１は、「電力変換器」としてのインバータ６０、逆接続保護リレー５２、内部電源生成回路１８、制御回路３０等を備える。図１には一系統のモータ駆動装置１０１の構成を例示するが、二系統以上の冗長構成であってもよい。例えば二系統のモータ駆動装置では、二組の巻線組を有する二重巻線モータに対し二つのインバータから電力供給する。

【0024】

インバータ６０は、順接続状態でバッテリ１５の正極に接続される電源ラインＬｐと、順接続状態でバッテリ１５の負極に接続されるグランドラインＬｇとの間に設けられる。インバータ６０は、電源ラインＬｐとグランドラインＬｇとの間に直列接続された、三相の上下アームのスイッチング素子６１－６６を含む。詳しくは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子６１、６２、６３及び下アームのスイッチング素子６４、６５、６６がブリッジ接続されている。本実施形態では、インバータ６０のスイッチング素子６１－６６としてＭＯＳＦＥＴが用いられる。本実施形態で用いられるＭＯＳＦＥＴは基本的にＮチャネル型である。

【0025】

インバータコンデンサ５６は、電源ラインＬｐとグランドラインＬｇとの間にインバータ６０と並列に接続されている。インバータコンデンサ５６は電解コンデンサで構成され、電源ラインＬｐからインバータ６０に供給されるエネルギーが充電される。モータ駆動装置１０１の通常動作時、インバータコンデンサ５６は平滑コンデンサとして機能する。

【0026】

インバータ６０のバッテリ１５側には、電源フィルタ用のＬＣフィルタ回路を構成するフィルタコンデンサ１６及びチョークコイル（インダクタ）１７が設けられている。チョークコイル１７は電源ラインＬｐに設けられている。ＬＣフィルタ回路は、図示のように各１個のフィルタコンデンサ１６及びチョークコイル１７で構成されるＬ型に限らず、２個のフィルタコンデンサ１６を用いたπ型や２個のチョークコイル１７を用いたＴ型であってもよい。また、電源フィルタとしてコモンモードフィルタが用いられてもよい。コモンモードチョークコイルを用いる場合、以下に説明するＬＣフィルタ回路の有極性コンデンサの保護については考慮しなくてもよい。

【0027】

典型的にフィルタコンデンサ１６は、アルミ電解コンデンサ等の有極性電解コンデンサで構成され、チョークコイル１７と共にＬＣフィルタ回路を構成する。アルミ電解コンデンサはフィルムコンデンサ等の無極性コンデンサに比べて体格が小さい。しかし、無極性コンデンサは負バイアス耐量が正バイアス耐量と同等であるのに対し、有極性コンデンサは負バイアス耐量が正バイアス耐量よりも低い。そのため、バッテリ１５の逆接続時に負バイアス電圧が印加されるとアルミ電解コンデンサが破壊（破裂）に至るおそれがある。

【0028】

仮にバッテリ１５が逆接続されると、電流経路が遮断されない限り、グランドラインＬｇからインバータ６０を経由して電源ラインＬｐに電流が流れる。たとえインバータ６０のスイッチング素子６１－６６がＯＦＦであっても、寄生ダイオードを経由して電流が流れる。逆接続保護リレー５２は、半導体スイッチング素子で構成され、ＯＦＦ時にこの電流を遮断する。本実施形態の逆接続保護リレー５２はＭＯＳＦＥＴで構成されており、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードは、バッテリ１５が順接続されたときに流れる方向に電流を導通する。

【0029】

例えば特許文献１（特開２０１４－４５５７６号公報、対応ＵＳ公報：ＵＳ２０１４／０５５０５９Ａ１）の従来技術では、逆接続保護リレーは電源ラインＬｐに設けられている。これに対し第１実施形態のモータ駆動装置１０１では、逆接続保護リレー５２はグランドラインＬｇに設けられている。逆接続保護リレー５２を構成するＭＯＳＦＥＴは、ドレインがグランド端子Ｔｇ側、ソースがインバータ６０側になるように接続される。

【0030】

ここで、グランドラインＬｇの逆接続保護リレー５２がフィルタコンデンサ１６よりもバッテリ１５側に設けられる配置を「ＧＢ配置」と定義する。「ＧＢ」はグランドラインのバッテリ側を意味する。ＧＢ配置では、逆接続保護リレー５２は、フィルタコンデンサ１６の負電極とバッテリ１５との間のグランドラインＬｇに設けられている。一方、逆接続保護リレー５２がフィルタコンデンサ１６よりもインバータ６０側に設けられる配置を「ＧＡ配置」と定義する。「ＧＡ」はグランドラインのモータ側、すなわちアクチュエータ側を意味する。

【0031】

逆接続保護リレー５２のゲートには、ゲート電圧供給経路５３を経由してゲート電圧が供給される（言い替えれば、ゲート信号が入力される）。ここで、ゲート電圧がどこから供給されるかという点が第１～第４実施形態毎に異なる。ゲート電圧供給経路５３には、逆接続保護リレー５２のゲート側からの電流の逆流を防止するダイオード５３Ｄ、及び、ゲートに流れる電流を制限する抵抗５３Ｒが直列接続されている。

【0032】

逆接続保護リレー５２のゲート－ソース間には、ツェナーダイオード５４Ｚ、抵抗５４Ｒ及びコンデンサ５４Ｃが並列接続されたＯＦＦ遅延回路５４が設けられている。ＯＦＦ遅延回路５４は、ゲートに供給される電圧が低下したとき、ＲＣ素子の時定数に基づき、ゲート－ソース間電圧の低下速度を遅くすることで、逆接続保護リレー５２がＯＦＦするまでの時間を遅延させる。ＯＦＦ遅延回路５４の作用について図４を参照して後述する。

【0033】

電源ラインＬｐにおいて二点鎖線で示すＸの位置、すなわちチョークコイル１７とインバータ６０との間には電源リレーが設けられてもよい。その場合、電源リレーを構成するＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードは、インバータ６０側からバッテリ１５側への電流を導通する。電源リレーは、バッテリ１５が順接続されたとき、ＯＦＦ時にバッテリ１５側からインバータ６０側への電流を遮断する。

【0034】

インバータ６０の各相の上下アームのスイッチング素子６１－６６の接続点であるアーム間接続点Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗは、それぞれモータ８０の三相巻線８１、８２、８３に接続されている。インバータ６０は、バッテリ１５の直流電力を変換して三相巻線８１、８２、８３に供給する。例えばＹ結線のモータ８０の場合、三相巻線８１、８２、８３は中性点Ｎｍで接続されている。なお、三相巻線８１、８２、８３はΔ結線されてもよい。

【0035】

各相のアーム間接続点Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗと三相巻線８１、８２、８３との間のモータ電流経路にはモータリレー７１、７２、７３が設けられてもよい。例えばＭＯＳＦＥＴで構成されたモータリレー７１、７２、７３の寄生ダイオードは、アーム間接続点Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗから三相巻線８１、８２、８３への電流を導通する。モータリレー７１、７２、７３は、ＯＦＦ時にモータ８０側からインバータ６０側への電流を遮断する。図示を省略するが、インバータ６０又は各相モータ電流経路には相電流を検出する電流センサが設けられる。

【0036】

内部電源生成回路１８は、チョークコイル１７後の電源ラインＬｐから供給された２４Ｖ／４８ＶのＰＩＧ電圧に基づいて内部電源電圧を生成し、制御回路３０及び三相プリドライバ回路４０に出力する。本実施形態の内部電源生成回路１８は、２４Ｖ／４８ＶのＰＩＧ電圧を１２Ｖに降圧する降圧レギュレータとして機能する。モータ駆動装置１０１の起動時、ＩＧラインＬｉｇから内部電源生成回路１８及び制御回路３０にウェイクアップ信号が入力される。

【0037】

マイコン及び統合ＩＣを含む制御回路３０は、バッテリ１５から供給される電圧により動作し、インバータ６０の動作を制御する。モータ駆動装置１０１の通常動作時、制御回路３０は、モータ８０が指令トルクを出力するように、相電流検出値及びモータ回転角に基づく電流フィードバック制御によりインバータ６０の駆動信号を演算する。また、破線で示すように、制御回路３０はモータリレー７１、７２、７３等にＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。なお、二系統構成の場合、各系統のマイコンの間で制御情報を相互に通信してもよい。

【0038】

本実施形態では駆動対象である「多相の負荷」は三相モータ８０であり、「多相プリドライバ回路」として三相プリドライバ回路４０が設けられている。三相プリドライバ回路４０は、制御回路３０が演算した駆動信号に基づき、インバータ６０の複数のスイッチング素子６１－６６を駆動する。三相プリドライバ回路４０の詳細な構成については第５実施形態で説明する。

【0039】

図１の構成における以上の説明は第１～第４実施形態について共通である。第２～第４実施形態に対し第１実施形態では、内部電源生成回路１８の出力電圧がゲート電圧供給経路５３を介して逆接続保護リレー５２のゲートに供給される。つまり、バッテリ１５から電源ラインＬｐに供給される電圧に基づき内部電源生成回路１８が生成した１２Ｖの電圧が逆接続保護リレー５２のゲートに供給される。

【0040】

ここで、仮にバッテリ１５が逆接続された場合、内部電源生成回路１８が電圧生成することができないため、ゲート電圧は供給されない。つまり、逆接続保護リレー５２をＯＮするための電圧が、バッテリ１５が順接続されたときゲートに供給され、バッテリ１５が逆接続されたときゲートに供給されないように構成されている。ＧＢ配置では、逆接続保護リレー５２がフィルタコンデンサ１６よりバッテリ１５側に設けられるため、逆接続保護リレー５２がＯＦＦであれば、フィルタコンデンサ１６に負バイアス電圧が印加されることはない。

【0041】

図２に、ＧＡ配置の第１実施形態のモータ駆動装置１０１Ａの構成を示す。逆接続保護リレー５２と、それに付随するゲート電圧供給経路５３の素子５３Ｄ、５３Ｒ、及びＯＦＦ遅延回路５４とがＬＣフィルタ回路よりもインバータ６０側に設けられる。ＧＡ配置では、バッテリ１５の逆接続時に逆接続保護リレー５２がＯＦＦしてもフィルタコンデンサ１６に負バイアス電圧が印加される。例えばＬＣフィルタ回路にフィルムコンデンサ等の無極性コンデンサが用いられる場合にはＧＡ配置が採用されてもよい。

【0042】

第１実施形態の作用効果［１］～［３］について説明する。［２］の効果は特に有極性のフィルタコンデンサが用いられる場合にＧＢ配置で発揮される。それ以外の作用効果はＧＢ配置及びＧＡ配置に共通する。

【0043】

［１］低電圧でのゲート駆動による逆接続保護リレー駆動構成の簡素化
図１０に示す比較例のモータ駆動装置１０９では、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴで構成された逆接続保護リレー５２が電源ラインＬｐに設けられている。モータ駆動装置１０９は、逆接続保護リレー５２を駆動するための逆接続保護リレードライバ回路４８を備える。ドライバ回路４８は、バッテリ電圧にゲート駆動電圧を加えた電圧をゲートに印加できる高耐圧ドライバであり、モータ駆動装置１０９の小型化に不利である。

【0044】

それに対し第１実施形態のモータ駆動装置１０１では、逆接続保護リレー５２がグランドラインＬｇに設けられるため、低電圧でのゲート駆動が可能となり、高電圧駆動ドライバが不要となる。したがって、簡易な構成で逆接続保護リレー５２を駆動することができる。

【0045】

［２］負バイアス電圧に対する有極性コンデンサ等の保護
バッテリ１５が逆接続された場合、第１実施形態のモータ駆動装置１０１では、逆接続保護リレー５２をＯＮするための電圧が内部電源生成回路１８からゲートに供給されないため、逆接続保護リレー５２はＯＦＦ状態となる。したがって、ＧＢ配置とすることで、ＬＣフィルタ回路に用いられる有極性のフィルタコンデンサ１６等を負バイアス電圧に対して保護することができる。これにより、負バイアス電圧による破壊を回避するために大型の無極性コンデンサを使用する必要がないため、小型化に有利となる。

【0046】

［３］負サージ電圧に対する逆接続保護リレーの保護
図３を参照し、負サージ電圧の印加時における逆接続保護リレー５２のアバランシェ破壊について説明する。図３の縦軸には上から順に、逆接続保護リレー５２のＤＳ（ドレイン－ソース）間電圧Ｖｄｓ、電流Ｉｄ、ＧＳ（ゲート－ソース）間電圧Ｖｇｓを示す。時刻ｔｓ以前の初期状態では逆接続保護リレー５２はＯＮしており、ＤＳ間電圧Ｖｄｓは０、ＧＳ間電圧ＶｇｓはＯＮ閾値以上である。電流ＩｄはＯＮ電流に相当する大電流が流れている。

【0047】

逆接続保護リレー５２がＯＮしている状態で時刻ｔｓにバッテリ電圧に負サージが印加されると、インバータコンデンサ５６に充電されたエネルギーがバッテリ１５に回生される。このときＧＳ間電圧Ｖｇｓが低下して逆接続保護リレー５２がＯＦＦすると、ＤＳ間電圧Ｖｄｓが上昇し、ＭＯＳＦＥＴのブレークダウン電圧ＢＶｄｓｓに至る。その状態で電流Ｉｄがアバランシェ電流Ｉａｓから０まで漸減しながら流れる状態が時刻ｔｅまで、アバランシェ時間Ｔａｓに亘って継続する。

【0048】

アバランシェ時間Ｔａｓに発生するアバランシェエネルギーＥａｓは下式で表される。このアバランシェエネルギーＥａｓにより逆接続保護リレー５２はアバランシェ破壊に至る。

【0049】

Ｅａｓ＝（１／２）×ＢＶｄｓｓ×Ｉａｓ×Ｔａｓ

【0050】

図４を参照し、第１実施形態によるＯＦＦ遅延回路５４の作用について説明する。実線は、ＯＦＦ遅延回路５４が設けられた第１実施形態を示す。破線は仮想の比較例として、ＯＦＦ遅延回路が設けられていないがアバランシェ破壊に至らず復帰可能な場合を示す。時刻ｔ１以前、ＧＳ間電圧ＶｇｓはＯＮ閾値以上の初期値Ｖｇｓ０であり、逆接続保護リレー５２はＯＮしている。

【0051】

第１実施形態と比較例とでは、時刻ｔ１に負サージ電圧が印加されてからのＧＳ間電圧Ｖｇｓの低下速度が異なる。比較例ではＧＳ間電圧Ｖｇｓの低下速度が速く、時刻ｔ２にＧＳ間電圧ＶｇｓがＯＮ閾値を下回って逆接続保護リレー５２がＯＦＦする。その後、負サージ電圧が解消すると時刻ｔ３にＧＳ間電圧Ｖｇｓが初期値Ｖｇｓ０に向かって復帰開始する。時刻ｔ４にＧＳ間電圧ＶｇｓがＯＮ閾値に達すると、逆接続保護リレー５２は再びＯＮする。

【0052】

これに対し、第１実施形態ではＧＳ間電圧Ｖｇｓの低下速度が遅く、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間にＯＮ閾値まで低下しないまま、時刻ｔ３に復帰に移行する。したがって、逆接続保護リレー５２はＯＮの状態が保持される。これにより、負サージ電圧の印加時にＤＳ間電圧Ｖｄｓが上昇してブレークダウン電圧ＢＶｄｓｓに至ることが回避されるため、逆接続保護リレー５２のアバランシェ破壊を防止することができる。

【0053】

続いて図５～図７を参照し、グランドラインＬｇに設けられた逆接続保護リレー５２のゲートへの電圧供給経路が第１実施形態とは異なる第２～第４実施形態のモータ駆動装置について説明する。図５～図７には各実施形態のＧＢ配置の図を示す。各実施形態のＧＡ配置は図２に準じて類推可能であるため、図示を省略する。第２～第４実施形態は、第１実施形態の作用効果［１］～［３］を同様に奏する。

【0054】

（第２実施形態）
図５に示す第２実施形態のモータ駆動装置１０２では、制御回路３０からのゲート信号により逆接続保護リレー５２が駆動される。例えば制御回路３０内の統合ＩＣで生成された５Ｖ程度の電圧が逆接続保護リレー５２のゲートに供給される。バッテリ１５が逆接続されたとき制御回路３０が動作せず、ゲート信号が供給されないため、逆接続保護リレー５２はＯＮしない。

【0055】

（第３実施形態）
図６に示す第３実施形態のモータ駆動装置１０３では、ウェイクアップ信号としてＩＧラインＬｉｇに供給されるＩＧ電圧が逆接続保護リレー５２のゲートに供給される。バッテリ１５が逆接続されたときＩＧ電圧が供給されないため、逆接続保護リレー５２はＯＮしない。

【0056】

モータ駆動装置１０３の停止中に降圧回路１４が停止しないシステムの場合、ＩＧラインＬｉｇから逆接続保護リレー５２へのゲート電圧供給経路５３に、括弧内に示すようにツェナーダイオード５３Ｚが設けられることが好ましい。第４実施形態と同様に、ゲート電圧供給経路５３にツェナーダイオード５３Ｚを設けることで暗電流を遮断することができる。

【0057】

（第４実施形態）
図７に示す第４実施形態のモータ駆動装置１０４では、バッテリ１５から電源ラインＬｐに供給されるＰＩＧ電圧が逆接続保護リレー５２のゲートに供給される。ＰＩＧ電圧は、実線のようにチョークコイル１７前の電源ラインＬｐから供給されてもよく、破線のようにチョークコイル１７後の電源ラインＬｐから供給されてもよい。バッテリ１５が逆接続されたときＰＩＧ電圧が供給されないため、逆接続保護リレー５２はＯＮしない。

【0058】

電源ラインＬｐから逆接続保護リレー５２へのゲート電圧供給経路５３には、ダイオード５３Ｄ及び抵抗５３Ｒと直列にツェナーダイオード５３Ｚが設けられている。モータ駆動装置１０４の停止中にも常時ＰＩＤ電圧は電源ラインＬｐに印加されるため、ゲート電圧供給経路５３にツェナーダイオード５３Ｚを設けることで暗電流を遮断することができる。

【0059】

（第５実施形態）
次に図８、図９を参照し、第５実施形態のモータ駆動装置１０５について説明する。第１～第４実施形態とは異なり第５実施形態では、電源ラインＬｐ又はグランドラインＬｇのいずれに逆接続保護リレー５２が設けられてもよい。特に、高いゲート駆動電圧が必要となる電源ラインＬｐに逆接続保護リレー５２を設置可能である点が第５実施形態の特徴である。そのため、図８、図９には逆接続保護リレー５２が電源ラインＬｐに設けられる構成を示す。逆接続保護リレー５２がグランドラインＬｇに設けられる構成については図示を省略する。

【0060】

第５実施形態では、三相プリドライバ回路４０のチャージポンプ電圧により逆接続保護リレー５２が駆動される。なお、図８、図９に破線で示すように、逆接続保護リレー５２と共に、モータリレー７１、７２、７３がチャージポンプ電圧により駆動されてもよい。図９には特に三相プリドライバ回路４０の構成、及び、逆接続保護リレー５２の駆動構成を示す。三相プリドライバ回路４０は、バッテリ１５から供給される電圧により動作し、インバータ６０の複数のスイッチング素子６１－６６を駆動する。

【0061】

三相プリドライバ回路４０には、チョークコイル１７後の電源ラインＬｐから２４Ｖ／４８ＶのＰＩＧ電圧が供給される。また、ＰＩＧ電圧に基づき内部電源生成回路１８が生成した１２Ｖの電圧が三相プリドライバ回路４０に供給される。バッテリ１５が逆接続された場合、三相プリドライバ回路４０は動作しないため、逆接続保護リレー５２はＯＮしない。したがって、逆接続保護リレー５２がグランドラインＬｇに設けられる構成では、ＧＢ配置にすることで第１実施形態の作用効果［２］と同様の作用効果が得られる。

【0062】

三相プリドライバ回路４０は、バッテリ電圧を昇圧するチャージポンプ４３を有する。チャージポンプ４３の出力電圧をチャージポンプ電圧Ｖｃｐと記す。また、内部電源生成回路１８から入力される１２Ｖの電圧を非昇圧電圧Ｖｎｂと記す。チャージポンプ電圧Ｖｃｐは、上アーム（ハイサイド）スイッチング素子６１－６３のゲートに出力される。非昇圧電圧Ｖｎｂは、下アーム（ローサイド）スイッチング素子６４－６６のゲートに出力される。図中の「ＨＳ」はハイサイド、「ＬＳ」はローサイドを示す。

【0063】

三相プリドライバ回路４０に電源電圧が供給されている間、チャージポンプ４３は、コンデンサＣｃｐに充電された電圧を重畳させ、基本的に常時一定の電圧を出力し続ける。三相プリドライバ回路４０への電源電圧の供給が途絶えた場合、又は、チャージポンプ電圧Ｖｃｐが上限閾値を超えるか下限閾値を下回った場合、三相プリドライバ回路４０内のロジック回路によりチャージポンプ４３の動作が停止する。

【0064】

第５実施形態では、チャージポンプ４３の出力端がチャージポンプ電圧経路４５を介して逆接続保護リレー５２のゲートに接続されている。これにより、チャージポンプ４３の動作中、逆接続保護リレー５２はチャージポンプ４３の出力電圧ＶｃｐによりＯＮする。つまり、逆接続保護リレー専用のドライバ回路を用いず、インバータ６０の上アームスイッチング素子６１－６３の駆動に必要なチャージポンプ電圧Ｖｃｐを利用して逆接続保護リレー５２をＯＮすることができる。

【0065】

このように第５実施形態のモータ駆動装置１０５では、逆接続保護リレー専用のドライバ回路が不要となる。したがって、簡易な構成で逆接続保護リレーを駆動することができる。また、バッテリ電圧が例えば１２Ｖから２４Ｖ又は４８Ｖに高圧化された場合、インバータ６０の駆動用にチャージポンプ電圧が高圧化されることに伴って逆接続保護リレー５２も駆動可能となる、

【0066】

また、破線で示すように、チャージポンプ４３の出力端がチャージポンプ電圧経路４６１、４６２、４６３を介して各相のモータリレー７１、７２、７３のゲートに接続されてもよい。この構成では、チャージポンプ４３の動作中、各相のモータリレー７１、７２、７３はチャージポンプ４３の出力電圧ＶｃｐによりＯＮする。逆接続保護リレー５２及びモータリレー７１、７２、７３の駆動構成を共通にすることで、装置の小型化、高集積化を図ることができる。

【0067】

（その他の実施形態）
（ａ）第１～第４実施形態に対し負荷駆動装置の「負荷」は三相モータ８０に限らず、単相モータや三相以外の多相モータであってもよく、或いは、モータ以外のアクチュエータやその他の負荷であってもよい。また「電力変換器」として、インバータに代えてＨブリッジ回路等が用いられてもよい。第５実施形態に対し負荷駆動装置の「多相の負荷」は三相モータ８０に限らず、三相以外の多相モータ、モータ以外の多相アクチュエータ、その他の多相の負荷であってもよい。それに対応して、多相プリドライバ回路の相の数は三相に限らず、二相、又は四相以上であってもよい。

【0068】

（ｂ）逆接続保護リレー５２等の半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラトランジスタ等の他の半導体スイッチング素子等で構成されてもよい。

【0069】

（ｃ）ＯＦＦ遅延回路の具体的な構成は、ツェナーダイオードとＲＣ素子とが並列接続されたものに限らず、ゲートに供給される電圧が低下したとき、逆接続保護リレー５２がＯＦＦするまでの時間を遅延させる機能を有するものであればよい。

【0070】

（ｄ）本発明の負荷駆動装置は、電動パワーステアリング装置以外の車載装置や、車両に搭載される装置以外の各種負荷の駆動装置に適用されてもよい。

【0071】

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

【0072】

本開示に記載の制御回路及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御回路及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御回路及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１０（１０１、１０１Ａ、１０２－１０５）・・・モータ駆動装置（負荷駆動装置）、
１５・・・バッテリ、 ３０・・・制御回路、
４０・・・三相プリドライバ回路（多相プリドライバ回路）、
４３・・・チャージポンプ、
５２・・・逆接続保護リレー、
６０・・・インバータ（電力変換器）、 ６１－６６・・・スイッチング素子、
８０・・・モータ（負荷）、
Ｌｐ・・・電源ライン、 Ｌｇ・・・グランドライン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】