JP2006345618A

JP2006345618A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2006345618A
Application number: JP2005167957A
Authority: JP
Inventors: Mitsusachi Kiuchi; 光幸木内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】モータ電流を高精度で検出でき、モジュールを小型化できる、信頼性の高い、ベクトル制御あるいはセンサレス制御のモータ駆動装置を実現する。
【解決手段】インバータ回路３により直流電力を交流電力に変換してモータ４を駆動し、シャント抵抗５と電流検知手段６によりインバータ回路３の出力電流を検出し、制御手段８によりインバータ回路３を制御してモータ４を駆動し、インバータ回路３と電流検知手段６を一体化したインバータモジュール７を構成して、小型で高信頼性のモータ駆動装置を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明はモータ駆動装置に関するもので、特にそのインバータ回路と電流検知手段に関するものである。

従来、この種のモータ駆動装置は、インバータ回路の下アームトランジスタのエミッタ端子に接続された複数のシャント抵抗に流れる電流を検出してモータをベクトル制御、あるいはセンサレス制御するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−９５３９号公報

しかし、従来の方式のモータ電流検出方法は、インバータ回路に接続されたシャント抵抗に流れる電流信号をレベルシフト回路を介してＡ／Ｄ変換器に加えるものであり、シャント抵抗とＡ／Ｄ変換器との配線が長くなるとスイッチングノイズにより電流検出誤差が大きくなり、さらに、負の過大なスイッチングノイズが入力されるとＣＭＯＳで構成されたマイクロコンピュータに内蔵されたＡ／Ｄ変換器が誤動作し、時には、ラッチアップしてＡ／Ｄ変換器が破壊してしまうといった課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、インバータ回路と、モータ電流を検出する電流検知手段を１パッケージにしてインバータモジュールを構成し、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、直流電力をインバータ回路により交流電力に変換して、モータをインバータ回路により駆動し、インバータ回路の出力電流をシャント抵抗と電流検知手段により検出し、電流検知手段の信号によりモータ電流を検知してインバータ回路を制御してモータを駆動し、インバータ回路と電流検知手段を一体化し１パッケージにモジュール化にしたものである。

本発明のモータ駆動装置は、スイッチングノイズによるＡ／Ｄ変換器の誤動作、及びＡ／Ｄ変換器を内蔵したマイクロコンピュータの破壊を防ぐことができ、制御基板の実装密度を高くして、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

第１の発明は、直流電力を交流電力に変換しモータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流を検出するシャント抵抗と、前記シャント抵抗の電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の出力信号より前記インバータ回路を制御して前記モータを駆動する制御手段とを備え、前記インバータ回路と前記電流検知手段を１パッケージにしたモータ駆動装置とすることにより、電流検出精度が高く信頼性の高いインバータモジュールを構成することができ、シャント抵抗を小型化し、スイッチングトランジスタ、およびＡ／Ｄ変換器の誤動作や破壊を防ぐことができ、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、インバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流を検出する複数のシャント抵抗と、前記複数のシャント抵抗の電流を検知する電流検知手段を１パッケージにしたものであり、インバータ回路と複数のシャント抵抗と電流検知手段を１つのインバータモジュールとすることにより、電流検出精度が高く信頼性の高いインバータモジュールを構成することができ、部品点数が少なく、Ａ／Ｄ変換器の誤動作や破壊を防ぐことができ、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

第３の発明は、上記第１の発明において、６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成したインバータ回路と、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数のシャント抵抗のそれぞれの電流を検知する電流検知手段を１パッケージにしたものであり、複数のトランジスタおよびダイオードと、電流検知手段を１つのインバータモジュールとすることにより、シャント抵抗の小型化と電流検出精度向上、信頼性向上、および小型化が可能となり、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

第４の発明は、上記第１の発明において、６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成したインバータ回路と、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数のシャント抵抗と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの電流を検知する電流検知手段を１パッケージにしたものであり、複数のトランジスタおよびダイオードと、複数のシャント抵抗、および、電流検知手段を１つのインバータモジュールとすることにより配線インピーダンスを減らし、電流検出精度向上と、信頼性向上、および、小型化高密度実装が可能となり、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

第５の発明は、上記第１の発明において、６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成したインバータ回路と、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数のシャント抵抗のそれぞれの電流を検知する電流検知手段と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの電流を検出し過電流信号を出力する過電流検知手段を１パッケージにしたものであり、複数のトランジスタおよびダイオードと、電流検知手段、および、過電流検知手段を１つのインバータモジュールとすることにより、電流検出精度向上と過電流保護が可能となり、信頼性向上、および、小型化高密度実装が可能となり、小型で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図を示すものである。

図１において、交流電源１より整流回路２に交流電力を加えて直流電力に変換して直流電源を構成し、インバータ回路３により直流電力を３相交流電力に変換してモータ４を駆動する。整流回路２は、全波整流回路２０の直流出力端子にコンデンサ２１ａ、２１ｂを直列接続し、コンデンサ２１ａ、２１ｂの接続点を交流電源入力の一方の端子に接続して直流倍電圧回路を構成し、インバータ回路３への印加電圧を高くし電流を減らして回路損失を減らす。

インバータ回路３の下アームエミッタ端子側にシャント抵抗５を接続し、インバータ回路３の３相各下アームに流れる電流を電流検知手段６により検出することによりインバータ回路３の出力電流、すなわち、モータ４の各相電流を検出し、インバータ回路３と電流検知手段６を１パッケージのインバータモジュール７を構成し、制御手段８によりモータ４の駆動電流を制御して回転制御する。

シャント抵抗５は、３シャント方式と呼ばれるもので、インバータ回路３の下アームトランジスタのエミッタ端子Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗのそれぞれに接続されたシャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれに流れる電流を電流検知手段６により検出する。

シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃのグランド側の共通端子を整流回路２の負電圧側端子Ｌ２とインバータ回路３のゲート駆動回路の接地電位端子Ｎ０に共通接続する。また、電流検知手段６の出力端子は制御手段８のＡ／Ｄ変換器の入力端子ＡＤｕ、ＡＤｖ、ＡＤｗに接続され、電流検知手段６の直流電源端子は制御手段８のＡ／Ｄ変換器の直流電源電圧端子（Ｖｃｃ）に共通接続される。

このように構成されたシャント抵抗５は、インバータ回路出力電流、すなわち、モータ相電流を検出して、ベクトル制御や位置センサレス正弦波駆動を行うもので、下アームトランジスタ、又は下アームトランジスタの逆並列ダイオードが導通したタイミングにてモータ電流に対応した電流を検出する。

３シャント方式は、下アームトランジスタの導通時間と、デッドタイムを確保することによりモータ相電流に対応した電流検出が可能となり、直流電流トランスを省略して低価格の電流検出が可能となる。また、一方、いわゆる１シャント方式は、キャリヤ周波数が高い場合や、変調度が大きくなった場合には、電流検出不可能領域が出現するので、本実施の形態の３シャント方式の方が高速で正確な電流検出が可能となる。

制御手段８は、マイクロコンピュータ、あるいはディジタルシグナルプロセッサ（略してＤＳＰ）等のＡ／Ｄ変換器内蔵の高速プロセッサより構成され、電流検知手段６からの電流出力信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、インバータ回路３をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御して、モータ電流を制御し、センサレス駆動やベクトル制御するものである。

また、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの共通接続点（Ｌ２端子）を接地電位とし、制御手段８のグランド端子（ＧＮＤ）に接続することにより、インバータ回路３のゲート駆動回路、シャント抵抗５、制御手段８の各回路の各接地電位を共通にすることにより回路の直流電源を減らし、部品点数を減らすことができる。

インバータ回路３と電流検知手段６を一体化して、１パッケージのインバータモジュール７のようにモジュール化することにより、インバータ回路３と電流検知手段６間の配線を短くすることができ、配線インピーダンスによる電流検出誤差をほとんどなくすことができる。さらに、モジュール化による部品点数削減、あるいは、電流検知手段６のゲイン微調整が可能となる。

図２は、本実施の形態による電流検知手段６の回路図であり、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃにより検出した交流の電流信号を非反転増幅器により変換増幅し、マイクロコンピュータ等のプロセッサに内蔵するＡ／Ｄ変換器が検出できるＤＣ電圧レベルにレベル変換するものである。

電流検知手段６０ａ、６０ｂ、６０ｃは同一の回路なので、Ｕ相電流検知手段６０ａについてのみ説明する。シャント抵抗５０ａに発生する電圧ｖｅｕのピーク値はインバータ回路３のＵ相出力電流に対応しており、シャント抵抗電圧ｖｅｕは電流検知手段６の接地電位に対して正と負に変化する。マイクロコンピュータ等に内蔵のＡ／Ｄ変換器は所定のＤＣ電圧で動作するので、ＤＣ電圧Ｖｃｃのセンター値（Ｖｃｃ／２）を電流零としセンター値に対して変化するように増幅し、レベルシフトさせる必要がある。言い換えれば、Ａ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジ内で、モータ電流信号が変化するように設定する。

シャント抵抗５０ａと並列関係にコンデンサ６００ａを接続し、シャント抵抗５０ａより第１の入力抵抗６０１ａと第２の入力抵抗６０２ａを直列関係に接続し、電流検知手段６０ａの直流電源Ｖｃｃに第２の入力抵抗６０２ａをプルアップ接続する。第１の入力抵抗６０１ａ（抵抗値Ｒ２）と第２の入力抵抗６０２ａ（抵抗値Ｒ１）の接続点を演算増幅器６０３ａの非反転入力端子に接続し、演算増幅器６０３ａの出力端子と反転入力端子間に帰還抵抗６０４ａ（抵抗値Ｒ４）を接続し、反転入力端子と接地電位間に抵抗６０５ａ（抵抗値Ｒ３）を接続し非反転増幅器を構成する。シャント抵抗５０ａの抵抗値をＲｏとすると、シャント抵抗５０ａの電圧ｖｅｕは抵抗値Ｒｏと電流Ｉｕの積（ｖｅｕ＝Ｒｏ×Ｉｕ）となり、第１の入力抵抗６０１ａと第２の入力抵抗６０２ａの分圧比ｋをｋ＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）、帰還増幅率ＫをＫ＝Ｒ４／Ｒ３とすると、電流検知手段６０ａの出力電圧ｖａｕは数式１で表される。

ここで、分圧比ｋと帰還増幅率Ｋの積、すなわち、ｋ×Ｋ＝０．５となるようにすれば、Ａ／Ｄ変換器の直流電源電圧Ｖｃｃの１／２を中心にして電流Ｉｕに対応した電圧信号に変換される。

例えば、分圧比ｋ＝０．１、帰還増幅率Ｋ＝５、シャント抵抗値Ｒｏ＝０．２Ω、直流電源端子に加える電圧Ｖｃｃ＝５Ｖとすると、電流検知手段６０ａの出力電圧はｖａｕ＝０．９×Ｉｕ＋２．５で表される。すなわち、Ａ／Ｄ変換器のＤＣ電圧が５Ｖの場合、センター値２．５Ｖが０Ａに相当し、ダイナミックレンジは±２．５Ｖに対してほぼ±２．５Ａまでの電流を検出することができる。

抵抗６０６ａとダイオード６０７ａ、６０８ａはＡ／Ｄ変換回路の過電圧保護のために接続している。

図３は、本発明による電流検知手段の他の構成を示す回路図であり、反転増幅器により電流信号を増幅して電圧レベル変換するもので、Ｕ相電流信号増幅手段６０ａ１の部分のみ示している。

回路接続は、図２に示す回路構成から一部変更したもので、第１の入力抵抗６０１ａはシャント抵抗５０ａに接続し、第２の入力抵抗６０２ａを負電源Ｖｅにプルダウン接続し、演算増幅器６０３ａを反転増幅器として使用したものである。図２に示す接地抵抗６０５ａは省略できる。この時、帰還増幅率Ｋは帰還抵抗６０４ａ（Ｒ４）を第１の入力抵抗６０１ａ（Ｒ２）で除したもので、シャント抵抗電圧降下ｖｅｕと出力電圧ｖａｕの関係式は数式２で表される。

ここで、帰還抵抗６０４ａと第２の入力抵抗６０２ａの比を、Ｒ４／Ｒ１＝０．５に設定し、負電源ＶｅのＤＣ電圧絶対値をＡ／Ｄ変換器の電源電圧（ダイナミックレンジ）と等しくすると、Ａ／Ｄ変換器の直流電源電圧Ｖｃｃのセンター値に対して上下に変化するようにシャント抵抗電圧が増幅されてレベル変換される。例えば、Ｖｅ＝−５Ｖ、Ｒ４＝１０ｋΩ、Ｒ１＝２０ｋΩ、Ｒ２＝２ｋΩとすると、出力信号ｖａｕは、ｖａｕ＝２．５−５×ｖｅｕで表される。シャント抵抗抵抗値を０．２Ω、電流をＩｕとすれば、ｖａｕ＝２．５−Ｉｕとなる。

図２に説明した非反転増幅器を使用した電流検知手段６０ａは、前述したように、プルアップ接続する直流電源電圧ＶｃｃとＡ／Ｄ変換器の直流電源電圧と等しくし、第１の入力抵抗とプルアップ接続する第２の入力抵抗の分圧比ｋと帰還増幅率Ｋの積（ｋ×Ｋ）をほぼ０．５となるようにすれば、Ａ／Ｄ変換回路の直流電源電圧（Ｖｃｃ）のセンター値にレベル変換できる。

図３に説明した反転増幅器を使用した電流信号増幅手段６０ａ１は、負電源電圧絶対値をＡ／Ｄ変換器のＤＣ電圧と等しくし、帰還抵抗と負電源（Ｖｅ）へプルダウン接続する抵抗の比をほぼ０．５に設定すればよい。

以上述べたように、本発明の電流検出手段は少ない部品点数と単電源の演算増幅器により電流検出が容易、かつ安価に行うことができる。また、演算増幅器によりシャント抵抗の電流信号を増幅するので低抵抗のシャント抵抗でも電流検出可能となり、シャント抵抗の損失を減らし、シャント抵抗を小型化してモータ駆動装置を小型化することができる。

また、シャント抵抗抵抗値を小さくできるので、シャント抵抗の電圧降下を下げることができ、シャント抵抗電圧降下によるゲート電圧低下効果の課題を低減でき、シャント抵抗のインダクタンス分による誘導電圧を低減してスイッチングトランジスタのラッチアップ破壊を防ぐことができる。

さらに、シャント抵抗と演算増幅器の配線を短くすることができるので、配線による電流検出誤差をほとんど無くすことができる。また、電流信号増幅手段がバッファとなって高速スイッチングノイズはＡ／Ｄ変換器に直接入力されないのでＡ／Ｄ変換器が誤動作したり、ラッチアップする恐れがない。特に、図２に示した非反転増幅器を使用した方式は、単一電源で動作するので直流電源を簡素化することができ、かつ、検知精度が向上し安価なインバータモジュールを構成できる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図を示すものであり、シャント抵抗を内蔵したインバータモジュールによるモータ駆動装置のブロック図を示している。基本の接続構成は、実施の形態１と同じであり、詳細な説明は省略し、実施の形態１と異なる点のみ説明する。

インバータモジュール７Ａは、インバータ回路３とシャント抵抗５、および、電流検知手段６を１パッケージとしたものであり、実施の形態１に示すシャント抵抗外付けと比べ、インバータ回路３からシャント抵抗５を介して直流電源２に接続するまでの配線インピーダンスと、シャント抵抗５と電流検知手段６の配線インピーダンスを減らすことができるので、電流検出精度が向上し、さらに、インバータ回路３のスイッチングによる誘導ノイズも減らすことができる。

（実施の形態３）
以下、本発明の第３の実施の形態について図５を用いて説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図を示すもので、インバータモジュール７Ｂに過電流検知手段９を追加してシャント抵抗５に流れる電流を検出することにより、インバータ回路３Ａあるいはモータ４の電流の検出と過電流の検知を行い、電流信号をレベルシフトし、かつ、過電流信号Ｆｏを出力するものである。他の構成は上記実施の形態１および２と同様であり、詳細な説明は省略する。

インバータモジュール７Ｂは、上記実施の形態１における図２で説明したインバータ回路３、シャント抵抗５、電流検知手段６に追加して、過電流検知手段９と、過電流出力信号端子９ａおよび過電流設定端子９ｂを設け、制御手段８Ａより過電流設定信号Ｖｒをインバータモジュール７Ｂの過電流設定端子９ｂに印加し、過電流設定値以上の電流がシャント抵抗５に流れると、過電流検知手段９が過電流を検知して、過電流出力信号端子９ａより過電流信号Ｆｏが制御手段８Ａの異常信号割り込み端子ＩＲＱに加えられ、制御手段８Ａは異常割り込み信号によりインバータ回路３Ａの制御信号ＧＣをオフする。

また、過電流出力信号端子９ａからの過電流信号Ｆｏは、インバータ回路３Ａの遮断信号端子ｏｆｆにも加えられ、瞬時にインバータ回路３Ａの出力を停止させるので、インバータ回路３Ａの遮断機能と制御手段８Ａの異常割り込み信号による遮断機能よりなる２重の保護機能により過電流から保護される。モータ４の過負荷による過電流、あるいは、脱調やモータロックによる過電流に対しては、制御手段８Ａの異常割り込み信号からの遮断応答速度で問題ないが、インバータ回路３Ａの上下アーム短絡異常の場合には、数マイクロ秒以内の遮断応答速度が必要であり、過電流信号Ｆｏにより直接インバータ回路３Ａを遮断させることにより、スイッチングトランジスタの上下アーム短絡故障を防止できる。

図６は、本実施の形態におけるモータ駆動装置のインバータモジュール７Ｂの詳細な回路図である。

インバータ回路３Ａは、６個のトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成している。ここで、３相アームの１つのＵ相アーム３０Ａについて説明すると、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴという）よりなる上アームトランジスタ３００ａと逆並列ダイオード３０１ａの並列接続体と、ＩＧＢＴよりなる下アームトランジスタ３０２ａと逆並列ダイオード３０３ａの並列接続体を直列関係に接続し、上アームトランジスタ３００ａのコレクタ端子は直流電源の正電位端子Ｐに接続し、上アームトランジスタ３００ａのエミッタ端子はモータ４への出力端子Ｕに接続し、下アームトランジスタ３０２ａのエミッタ端子Ｎｕはシャント抵抗５０ａを介して整流回路２よりなる直流電源の負電位側端子Ｎに接続する。

上アームトランジスタ３００ａは上アーム駆動信号Ｕｐに応じてゲート駆動回路３０４ａにより駆動され、下アームトランジスタ３０２ａは下アーム駆動信号Ｕｎに応じてゲート駆動回路３０４ａによりオンオフスイッチング制御される。ゲート駆動回路３０４ａは、いわゆるハーフブリッジタイプの高耐圧駆動ＩＣより構成され、微分信号によりセットリセットされるＲＳフリップフロップ回路を内蔵し、上アーム駆動信号Ｕｐの立ち上がりで上アームトランジスタ３００ａをオン動作させ、上アーム駆動信号Ｕｐの立ち下がりで上アームトランジスタ３０２ａをオフ動作させる。

ＩＧＢＴのゲート印加電圧は１０〜１５Ｖ必要であり、下アームトランジスタ３０２ａをオンさせると、１５Ｖの直流電源の＋端子Ｂ１よりブートストラップ抵抗３０５ａ、ブートストラップダイオード３０６ａを介して外付けのブートストラップコンデンサ３０７ａが充電されるので、ブートストラップコンデンサ３０７ａの蓄積エネルギーにより上アームトランジスタ３００ａをオンオフスイッチングできる。また、下アームの逆並列ダイオード３０３ａが導通した場合にも同様にブートストラップコンデンサ３０７ａが充電される。

ゲート駆動回路３０４ａの遮断信号端子ｏｆｆに過電流信号Ｆｏを加えることによりインバータ回路３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相各下アームトランジスタが同時にターンオフする。

Ｖ相アーム３０Ｂ、Ｗ相アーム３０Ｃも同様の接続であり、各アームの下アームトランジスタのエミッタ端子Ｎｖ、Ｎｗはシャント抵抗５０ｂ、５０ｃに接続し、シャント抵抗５０ｂ、５０ｃの他方の端子は負電位側端子Ｎに接続している。ＩＧＢＴ、あるいはパワーＭＯＳＦＥＴにより下アームトランジスタを構成すると、ゲート電圧を制御することによりスイッチング制御できるので、ＩＧＢＴの場合はエミッタ端子、パワーＭＯＳＦＥＴの場合にはソース端子に接続するシャント抵抗の電圧が１Ｖ以下となるように抵抗値を選定すればスイッチング動作にはほとんど影響することなく電圧制御によりオンオフスイッチング制御でき、電流検知手段６に演算増幅器を用いることによりシャント抵抗値を小さくし、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの電圧ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを小さくできる特徴がある。

電流検知手段６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、実施の形態１において図３にて説明したものと同様であるので説明は省略する。過電流検知手段９は、シャント抵抗５の端子電圧を検出することにより過電流を検知するもので、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの電流を電圧比較器より構成される過電流検知手段９０ａ、９０ｂ、９０ｃにより検出し、過電流検知手段９０ａ、９０ｂ、９０ｃそれぞれの出力端子をＯＲ接続し、いずれかの過電流信号が過電流出力信号端子に出力される。

過電流検知手段９０ａは、電圧比較器９０１ａの反転入力端子に、シャント抵抗５０ａに接続された抵抗９０２ａとコンデンサ９０３ａよりなる積分回路を介して電圧信号ｖｅｕを加え、電圧比較器９０１ａの非反転入力端子に加えられた設定電圧信号Ｖｒと比較し、電圧信号ｖｅｕが設定電圧信号Ｖｒよりも高くなると出力信号ＦｏはＬｏに低下する。電圧比較器９０１ａの出力段は、通常オープンコレクタトランジスタより構成されており、出力抵抗９０５はプルアップ接続されて容易に論理ＯＲ回路を構成できる。過電流検知手段９０ｂ、９０ｃも同様の接続であり、出力端子を直接接続してオア回路が構成できる。また、それぞれの非反転入力端子には設定電圧信号Ｖｒが加えられるので、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃのいずれか電圧が設定電圧信号Ｖｒ以上となると過電流出力信号端子にアクティブＬｏの過電流信号Ｆｏが出力される。

以上述べたように、複数のトランジスタとダイオードとゲート駆動回路よりなるインバータ回路と、複数のシャント抵抗と、複数の電流信号増幅のための演算増幅器よりなる電流検知手段と、複数の過電流検知のための電圧比較器を一体化した過電流検知手段よりインバータモジュール７Ｂを構成することにより、スイッチングトランジスタとシャント抵抗の配線、および、シャント抵抗と電流検知手段、及び過電流検知手段の配線が短くなるので、パターン配線インピーダンスを減らすだけではなく、配線パターンに誘起するノイズも減らすことができ、ノイズによる誤動作を減らし、正確な電流検出、および過電流検知が可能となる。

特に、シャント抵抗を小さくでき、スイッチングトランジスタとシャント抵抗の浮遊インダクタンスも減らすことができるので、スイッチングトランジスタのエミッタ端子に誘起する電圧を減らすことによりラッチアップによるトランジスタの破壊故障を減らすことができる。

図７は、本実施の形態におけるインバータモジュールの外装コートを除いた外形図で、セラミック基板、あるいは、金属絶縁基板よりなるモジュール基板７０ｂに、インバータ回路を構成するトランジスタ３００Ａとダイオード３０１Ａ、及びゲート駆動回路を構成する高耐圧ＩＣ３０４Ａ、シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、１パッケージに演算増幅器６０３ａ等の複数の回路を内蔵する演算増幅器モジュール６０３Ａ、１パッケージに電圧比較器５６０ａ等の複数の回路を内蔵する電圧比較器モジュール９０１Ａ、およびその他抵抗、コンデンサ等を実装してインバータ回路、電流検知手段、過電流検知手段の配線接続を行い、端子７０を設けてインバータモジュールを構成する。

シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃを、印刷抵抗などの薄膜抵抗で構成すると低価格の電流検出手段が構成できるが、過電流が流れて燃焼する恐れがある。しかし、難燃性樹脂等で外装コートしたり、あるいは、不燃性の板で印刷抵抗をカバーすることにより薄膜抵抗が燃える恐れを無くすことができる。

各部品の配線はワイヤボンディング、あるいは印刷半田とリフローにより可能である。

モジュール基板の１方向に端子を設けるシングルインライン形状が実装密度を高くすることができるが、熱放散は不利となる。両端に端子を設けるデュアルインラインでも構わない。

以上述べたように、本発明は、インバータ回路、シャント抵抗、電流検知手段、および過電流検知手段を一体構成してインバータモジュールとしたものであり、配線インピーダンスを減らすことができるので高精度の電流検出が可能となり、部品実装密度の向上により制御基板を小型化でき、低価格、高信頼性のモータ駆動装置を実現できる。また、配線インピーダンスを減らすことによりスイッチングノイズによる誤動作や、ラッチアップの原因となるスパイクノイズや不要輻射を低減することができる。

また、実施例として個別部品をモジュール基板上で配線する場合を示したが、１チップのシリコン基板上に回路を構成しても効果は同じである。ただし、１チップ構成の場合には、シャント抵抗のみ外付けとなるが。部品点数は大幅に減少し低価格のインバータモジュールを構成できる。

以上のように、本発明のモータ駆動装置は、直流電力をインバータ回路により交流電力に変換して、モータをインバータ回路により駆動し、インバータ回路の出力電流をシャント抵抗と電流検知手段により検出し、電流検知手段の信号によりインバータ回路をＰＷＭ制御してモータを駆動し、インバータ回路と電流検知手段を一体化し１パッケージにモジュール化にしたものであり、配線インピーダンスを減らして高精度の電流検出が可能となり、演算増幅器によりシャント抵抗を小型化して損失を下げ、さらにシャント抵抗に発生する電圧を下げてスイッチングトランジスタのラッチアップを低減できるだけではなく、ノイズ低減によるＡ／Ｄ変換器の誤動作や不要輻射を低減し、小型、高精度、高信頼性のインバータモジュールを構成できるから、ベクトル制御、あるいは、センサレス制御するほとんどのモータ駆動装置に応用することができ、ファンモータ駆動装置、ポンプモータ駆動装置、洗濯機のモータ駆動装置、空気調和機や冷蔵庫のヒートポンプモータ駆動装置等に適用できる。

本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図同モータ駆動装置の電流検知手段の回路図同モータ駆動装置の他の構成を示す電流検知手段の回路図本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図本発明の第３の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図同モータ駆動装置のインバータモジュールの回路図同モータ駆動装置のインバータモジュールの外形図

符号の説明

３インバータ回路
４モータ
５シャント抵抗
６電流検知手段
７インバータモジュール
８制御手段

Claims

直流電力を交流電力に変換しモータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流を検出するシャント抵抗と、前記シャント抵抗の電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の出力信号より前記インバータ回路を制御して前記モータを駆動する制御手段とを備え、前記インバータ回路と前記電流検知手段を１パッケージにしたモータ駆動装置。
インバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流を検出する複数のシャント抵抗と、前記複数のシャント抵抗の電流を検知する電流検知手段を１パッケージにした請求項１記載のモータ駆動装置。
６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成したインバータ回路と、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数のシャント抵抗のそれぞれの電流を検知する電流検知手段を１パッケージにした請求項１記載のモータ駆動装置。
６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成したインバータ回路と、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数のシャント抵抗と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの電流を検知する電流検知手段を１パッケージにした請求項１記載のモータ駆動装置。
６ヶのトランジスタとダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路より構成したインバータ回路と、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子にそれぞれ接続した複数のシャント抵抗のそれぞれの電流を検知する電流検知手段と、前記複数のシャント抵抗のそれぞれの電流を検出し過電流信号を出力する過電流検知手段を１パッケージにした請求項１記載のモータ駆動装置。